Исследование влияния пробоподготовки на химический состав и гидрофобность поверхности каменного угля

Пробоподготовку для определения химико-технологических свойств углей проводят стандартными методами при контакте угольных проб с воздухом. При этом в процессе измельчения внешняя поверхность образующихся мелких частиц неизбежно окисляется присутствующим в воздушной среде молекулярным кислородом. Поэтому физико-химические свойства лабораторной пробы не соответствуют свойствам исходного нативного угля или угля более крупноразмерных фракций. В работе представлены результаты исследования образцов лабораторных проб низкометаморфизованного угля. Подготовку нативного образца угля проводили в условиях чистой инертной среды (азот) перчаточного бокса. Для характеристики изменения поверхности угольных частиц использовали ИК- и ЭПР-спектроскопию, химический функциональный анализ кислородных групп, определение удельной поверхности, а также методы определения смачиваемости (определение краевого угла смачивания по капле жидкости и скорости поглощения капли в угольный брикет). Показано, что способ подготовки угольных проб существенно влияет на функциональный состав и гидрофильность внешней поверхности угольных частиц. Полученные результаты могут быть использованы для определения свойств нативных пластовых углей, совершенствования технологий подготовки угольных проб, обогащения и переработки углей.

1. Van Krevelen Dirk W. Coal: typology, physics, chemistry, constitution. — Amsterdam: Elsevier, 1993. — 979 p.

2. Laskowski J. S. Coal flotation and fine coal utilization. — Amsterdam: Elsevier, 2001. — 368 p.

3. Xu Ch., Wang D., Wang H., et al. Effects of chemical properties of coal dust on its wettability / Powder Technol. 2017. Vol. 318. P. 33 – 39. DOI:10.1016/j.powtec.2017.05.02

4. Семенова С. А., Патраков Ю. Ф., Лырщиков С. Ю. Зависимость смачиваемости поверхности углей от петрографического состава / Химия твердого топлива. 2020. № 2. С. 12 – 21. DOI:10.31857/S0023117720020103.

5. Патраков Ю. Ф., Семенова С. А., Харлампенкова Ю. А., Созинов С. А. Методические особенности определения смачиваемости угольной поверхности / Кокс и химия. 2019. № 12. С. 2 – 6. DOI:10.3103/S1068364X19120081

6. Классен В. И. Флотация углей. — М.: Госгортехиздат, 1963. — 379 с.

7. Зимон А. Д. Адгезия жидкости и смачивание. — М.: Химия, 1974. — 416 с.

8. Саранчук В. И. Окисление и самовозгорание угля. — Киев: Наукова думка, 1982. — 166 с.

9. Кучер Р. В., Компанец В. А., Бутузова Л. Ф. Структура ископаемых углей и их способность к окислению. — Киев: Наукова думка, 1980. — 168 с.

10. Cai Ji., Yang Sh., Zheng W., Song W., Gupta R. Dissect the capacity of low-temperature oxidation of coal with different metamorphic degrees / Fuel. 2021. Vol. 292. P. 120256. DOI:10.1016/j.fuel.2021.120256

11. Green U., Aizenshtat Z., Ruthstein Sh., Cohen H. Stable radicals formation in coals undergoing weathering: effect of coal rank / Phys. Chem. 2012. Vol. 14. P. 13046 – 13052. DOI:10.1039/c2cp41696d

12. Qi X., Wang D., Xin H., Qi G. In situ FTIR study of real-time changes of active groups during oxygen-free reaction of coal / Energy Fuels. 2013. Vol. 27. N 6. P. 3130 – 3136. DOI:10.1021/ef400534f

13. Xin H., Wang D., Dou G., Xu T., Qi G. The infrared characterization and mechanism of oxygen adsorption in coal / Spectrosc. Lett. 2014. Vol. 47. P. 664 – 675. DOI:10.1080/00387010.2013.833940

14. Веселовская Е. В. Исследование структуры и особенностей адсорбционных взаимодействий на поверхности энергетических углей / Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические Науки. 2017. № 2. С. 40 – 45. DOI:10.17213/0321-2653-2017-2-40-45