Refleksjon av vitrinitt. Kullkarakterer og deres egenskaper

Vitrinittrefleksjonen karakteriserer scenen for kullmetamorfisme. I kombinasjon med maceralsammensetningen gir vitrinittreflektansen en ide om de kjemiske og teknologiske egenskapene til kull eller en blanding av kull.

Vitrinittreflektansindeksen kan også brukes til å karakterisere tettheten av kullstoff. Måling av vitrinittreflektansen i en blanding av kull gjør det mulig å identifisere komponentene i denne blandingen og estimere deres relative innhold.

Vitrinittreflektansindeksen er en av de viktigste genetiske parametrene for klassifisering og kodifisering av kull (avsnitt IV). Så, inndelingen av fossile kull i typer (brun, bituminøs og antrasitt), etableringen av metamorfismens stadium og kullklassen utføres i henhold til refleksjonsindeksen. De første sifrene i den enkelte kullkoden representerer vitrinittreflektansverdien.

I samsvar med GOST 17070-2014, er vitrinittreflektansen R forholdet mellom intensiteten til lysstrømmen til den innstilte bølgelengden reflektert fra den polerte overflaten av maceraler i vitrinittgruppen (huminitt) og intensiteten til lysstrømmen som faller vinkelrett på denne overflaten, uttrykt som en prosentandel.

Refleksjonsindeksene til individuelle makeraler i vitrinittgruppen i testkullet kan variere betydelig fra hverandre; Derfor avhenger den oppnådde verdien av refleksjonsindeksen av hvilken maceral som ble brukt til å måle refleksjonsindeksen. Målingen utføres på en eller flere maceraler i vitrinittgruppen. I dette tilfellet presenterer resultatene, indikerer hvilke maceraler som ble brukt til målinger, og evaluerer også bidraget til hver maceral til det samlede resultatet.

For øyeblikket, for å bestemme refleksjonsindeksen, brukes en enhetlig standardmetode, regulert i ISO 7404-5: 2009 og GOST R 55659-2013 “Metoder for petrografisk analyse av kull. Del 5. Metode for bestemmelse av vitrinittrefleksjonsindeks ved bruk av et mikroskop ”.

Essensen av metoden er som følger. Lysintensiteten med en bølgelengde på 546 nm, reflektert i nesten rette vinkler fra den polerte overflaten av maceraler i vitrinittgruppen, målt med en elektronfotomultiplikator (eller lignende enhet), sammenlignes med lysintensiteten målt under de samme forholdene, reflektert fra standarder med en kjent refleksjonsindeks. I henhold til deres optiske egenskaper skiller vitrinittkorn i samme kull seg litt fra hverandre. Et tilstrekkelig antall målinger utføres på forskjellige vitrinittkorn, slik at det oppnådde resultatet kan tilskrives hele kull- eller kullblandingen.

Optiske briller, leukosapphire, bergkrystall og diamant med oljedyprefleksjon fra 0,3 til 7% brukes som standard. Disse indeksene må bestemmes i spesielle laboratorier eller beregnes ut fra brytningsindekser.

Før du måler reflektansen, må du justere det optiske systemet og forberede utstyret og kontrollere dets stabilitet. Kalibrer instrumentet med en høy reflektansstandard. Deretter blir lineariteten til fotomultiplikatorsignalet kontrollert ved å måle reflektiviteten til ytterligere to standarder. Hvis indikasjonsinstrumentet gir riktige resultater for de tre standardene, kan oppsettet betraktes som kalibrert.

Den polerte briketten plasseres på mikroskop-scenen slik at den polerte overflaten er parallell med glassklie. En dråpe nedsenkningsolje påføres overflaten på den polerte briketten. Etter foreløpig fastsettelse av delingsprisen måleinstrument standardprøven erstattes med den undersøkte polerte seksjonsbriketten. Målinger av refleksjonsindikatorene for standardene utføres før og etter studiet av kullprøven.

Reflektansindeksen for kull og antrasitt måles på alle maceraler i vitrinittgruppen. De undersøkte områdene skal ikke ha riper, mikrorelief og mineralforurensninger. Størrelsen på området bør være dobbelt så mye som det fotometriske feltet. På hver polerte brikett er det nødvendig å utføre fra 40 til 100 målinger, avhengig av homogenitet og stadium av kullmetamorfisme. Antall målinger øker med en økning i vitrinitt heterogenitet og en økning i fasen av kullmetamorfisme. For å etablere refleksjonsindeks for kullblandinger, utføres minst 500 målinger.

Måling av maksimale og minimale refleksjonsverdier for vitrinitt i olje

Målinger utføres i lineært polarisert lys mens du roterer mikroskopstadiet.

I begynnelsen flytter du mikroskopstadiet ved hjelp av en klargjøringsguide til okularets hårkors fokuserer på vitrinittoverflaten som er egnet for målinger. Overflaten som skal måles, skal være fri for sprekker, poleringsdefekter, mineralinneslutninger eller avlastning og skal være plassert i en viss avstand fra makeralens grenser.

Etter å ha mottatt utgangssignalet fra fotomultiplikatoren, roter du scenen 360 ° med en hastighet som ikke overstiger 10 min -1. De høyeste og laveste reflektansverdiene oppnådd ved å rotere scenen registreres.

Den polerte briketten beveges i retning med en trinnlengde på 0,5 mm, og målinger utføres når hårkorset treffer en passende vitrinittoverflate. For å være sikker på at målingene gjøres på et passende område med vitrinitt, kan prøven flyttes av prøvebæreren til en avstand på opptil 10 mikrometer. På slutten av banen flyttes prøven i Y-retning, vinkelrett på X-retning, til neste linje. Avstanden mellom linjene er minst 0,5 mm. Fortsett å flytte prøven med et trinn på 0,5 mm i motsatt retning mens du måler reflektansen. Avstanden hvor prøven flyttes i Y-retning blir valgt slik at målingene fordeles jevnt over hele overflaten av den polerte briketten. Målingene av vitrinittreflektansindeksen til prøven fortsetter til ønsket antall måleresultater er oppnådd (tabell 9.5).

Maksimum og minimum refleksjonshastigheter (R o, max og R o, min) beregnes som det aritmetiske gjennomsnittet av henholdsvis maksimum og minimum avlesning av instrumentet.

Måling av en vilkårlig indeks for vitrinittrefleksjon i olje

Refleksjonsmålinger gjøres jevnt over hele overflaten av preparatet. Den polerte briketten blandes i horisontalplanet i X-retning, trinnlengden er 0,5 mm. Målingen utføres når okularets hårkors treffer en passende vitrinittoverflate. Deretter flyttes briketten ett trinn (0,5 mm) i Y-retning og flyttes igjen langs X-aksen i motsatt retning. Målingene av vitrinittreflektansindeksen til prøven fortsetter til ønsket antall måleresultater er oppnådd (tabell 9.5).

Tabell 9.5 - Maksimalt tillatte avvik mellom resultatene for å bestemme vitrinittrefleksjonsindikatorer

Målingene utføres i upolarisert lys uten å rotere mikroskopstadiet. En vilkårlig reflektansindeks (R o, r) beregnes som det aritmetiske gjennomsnittet av alle målinger.

Måling av reflektivitet i luft

Bestemmelsen av maksimale, minimale og vilkårlige indikatorer for refleksjon i luften (Ra, maks, Ra, min og Ra, r) \u200b\u200ber tillatt å utføres for en foreløpig vurdering av metamorfismens stadier. Disse målingene er lettere å utføre, spesielt i felt. Imidlertid gir målinger i nedsenking mer nøyaktige data, siden de utføres med høye forstørrelser.

Målinger i luft utføres på samme måte som målinger i nedsenkningsolje ved lavere verdier av blenderåpningen, belysningsspenningen og driftsspenningen til fotomultiplikatorrøret (PMT).

På den undersøkte polerte seksjonsbriketten er det nødvendig å utføre 20-30 målinger på den polerte seksjonen - 10 eller mer.

Bestemmelse av vitrinittrefleksanisotropi

Vit(AR) bestemmes som en tilleggsparameter. I samsvar med GOST 17070-87 er vitrinittrefleksjonsanisotropi forskjellen i vitrinittreflektansverdier avhengig av dets orientering med hensyn til sengetøy, bestemt under de betingelser som er etablert av standarden. Antrasitter er preget av høyere verdier av optisk anisotropi enn bituminøse kull. Derfor brukes vitrintil å klassifisere antrasitter i undertyper (avsnitt IV).

Vitrin(AR) beregnes med formelen:

A R \u003d 100 (R o, max - R o, min) / R o, r,%. (9.6)

Refleksjonsanisotropiindeksen bør beregnes basert på resultatene av måling av i polerte seksjoner.

Refleksjonsverdiene registreres avrundet til andre desimaler.

Testrapporten indikerer antall målinger, og gir også informasjon om identifikasjonen av maceraler i vitrinittgruppen som målingene ble utført på.

Resultatene for å bestemme de individuelle verdiene for vilkårlig vitrinittrefleksjonsindeks i en polert brikett er presentert i form av en tabell der alle data fordeles over intervaller av vitrinittrefleksjonsindekser med et område på 0,05% eller 0,10%. Bestem frekvensen (%) av verdiene til Ro, r som faller inn i et bestemt intervall. Fra dataene i en slik tabell kan det trekkes flere konklusjoner og parametrene for klassifisering og kodifisering av kull kan beregnes (avsnitt IV):

Bestem gjennomsnittsverdien til en vilkårlig refleksjonsindeks i nedsenking R o, r for å karakterisere metamorfismens stadium og kullklassen i henhold til GOST 25543-2013;

Bestem standardavviket (σ) i henhold til formelen kjent i matematisk statistikk; denne verdien gjenspeiler heterogeniteten til de studerte prøvene; i kullblandinger varierer det mye;

Konstruer et reflektogram (histogram) av fordelingen av vitrinittreflektansverdier: på abscissen, plott R o, r-verdiene med et intervall på 0,05% eller 0,10%, og på ordinaten - målefrekvensen (%) relatert til hvert intervall.

Type reflektogrammer og verdien av standardavvik refererer til parametrene for kullkodifisering (avsnitt IV).

Avviket mellom resultatene av to parallelle bestemmelser bør ikke overstige verdiene angitt i tabellen. 9.5.

Vitrinittreflektansen øker når graden av kulldannelse endres fra brunkull til antrasitt. Refleksjonsindeksen i olje (Ro, r) varierer fra 0,1 til 6,0%, i luft (Ra, r) \u200b\u200b- fra 5,5 til 15% eller mer. Dette kan forklares som følger.

I samsvar med teoretiske konsepter er intensiteten til den reflekterte lysstrålen i den synlige delen av spekteret direkte proporsjonal med antall frie elektroner, som absorberer energien til den innfallende lysstrålen og går over i en eksitert tilstand. Antall frie elektroner som bestemmer refleksjonsintensiteten er relativt lite og er hovedsakelig forbundet med det kondenserte karbonskjelettet (karbonnettverk).

Med en økning i graden av kulldannelse øker antallet slike karbonstrukturer, og reflektiviteten til vitrinitt øker. Samtidig øker orienteringen av disse karbonstrukturene, hovedsakelig langs sengetøyet, noe som fører til en viss orientering av elektronfeltet. Med en generell økning i refleksjonsindeksen med metamorfisme, øker anisotropien til de optiske og mekaniske egenskapene til kull samtidig.

Vitrinittreflektansen er således en ekstern refleksjon av dype molekylære transformasjoner av det organiske materialet i det opprinnelige plantematerialet under akkumuleringsforholdene og videre i prosessene med torvdannelse, diagenese og metamorfisme.

Kunnskap om det grunnleggende i kulldannelsesprosesser og bruksvilkår fast drivstoff innen metallurgi gir fleksibel styring teknologiske prosesser og økonomisk effektivitet produksjon av jern og stål.

Bruken av fossile brensler i metallurgi går hundre år tilbake. Kildematerialet og forholdene for dannelse av fossile brensler har blitt årsaken til deres artsmangfold. Moderne metallurgi stiller høye krav til kvaliteten på råvarer, inkl. til koks og blåste tilsetningsstoffer. Kunnskap om det grunnleggende i kulldannelsesprosesser og vilkårene for anvendelsen av fast drivstoff i metallurgi tillater fleksibel kontroll av teknologiske prosesser og økonomisk effektivitet i jern- og stålproduksjonen.

Sammensetning og struktur av det originale plantematerialet

Den nåværende teorien om kulldannelse innebærer opprinnelsen til fossile brensler fra plantemateriale som har gjennomgått en viss metamorfisme over lang tid.

En rekke planter, fra encellede alger til trær, deltok i dannelsen av utgangsmaterialet for alle fossile brensler. I henhold til moderne konsepter frigjøres stoffer i følgende kjemiske grupper i strukturen til planter: fett, voks, harpiks, karbohydratkomplekser (celluloser og pektinstoffer), lignin, proteiner.

Fett utbredt i planter: de inneholder omtrent 1700 forskjellige typer fett. Når det gjelder kjemisk sammensetning, er fett estere av en trehydratalkohol - glyserol - og mettede og umettede fettsyrer (monokarboksylsyrer med en normal karbonkjede og et jevnt antall karbonatomer). Fett er uoppløselig i vann, men oppløses lett i dietyleter, karbondisulfid, bensin, aromatiske hydrokarboner.

Voks - dette er estere av høyere monokarboksylsyrer og høyere primære envannsalkoholer med normal struktur. Voks i planter dekker stilkene, bladene, sporeskallene med et tynneste lag og beskytter dem mot ytre påvirkninger. Voks har høyt smeltepunkt for organiske materialer (70 ... 72 ° C). De er ekstremt stabile stoffer og er på grunn av sin stabilitet nesten alltid til stede i kull.

Harpiks... Vegetabilske harpikser er en blanding av forskjellige organiske forbindelser (syrer, estere, alkoholer, fenoler og hydrokarboner). Harpiks er iboende i høyere planter der de er i løsninger essensielle oljer (balsam). I planter er harpiksganger fylt med balsam. Når planten blir skadet, frigjøres harpikskonsentrater rikelig, som raskt tykner i luften som et resultat av fordampning av essensielle oljer, samt på grunn av delvis polymerisering av harpiksstoffer. Slike klumper av fast harpiks når oss i form av harpiksknuter som er innebygd i den organiske delen av kullet.

Cellulose (С6Н10О5) - det viktigste byggematerialet til plantevev, som gir planter mekanisk styrke.

Hemicellulose (heteropolysakkarider) er komplekse organiske forbindelser, hvis hydrolyse produserer de enkleste sukker (pentoser, heksoser, etc.).

Pektin stoffer - utføre en støttefunksjon i veggene til planteceller, ung frukt og vev.

Lignin er en aromatisk polymer. Deltar i dannelsen av plantecellevegger. Lignindannelse er bare karakteristisk for karplanter. I løpet av evolusjonsperioden (fremveksten av planter på land) fikk karplanter evnen til å produsere enzymer som er i stand til å danne lignin fra karbohydrater. Lignin spiller rollen som et sementholdig stoff som stikker sammen bunter av cellulosefibre, og utgjør dermed hoveddelen av treet. Det omtrentlige innholdet av lignin i noen planter (vekt%) er: bøk - 22, gran - 27, trelignende lucerne - 23, plomme - 37, gjøkelin - 38, sphagnum (en spesiell type mos) - 4,5.

Protein - naturlige produkter med makromolekylær struktur, som omdannes ved hydrolyse til alfa-aminosyrer. En av de viktigste egenskapene til proteiner som andre plantekjemiske grupper mangler, er spesifisitet.

Den grunnleggende sammensetningen av kulldannere er gitt i tabellen. en:

Tabell 1. Elementær sammensetning av kulldannere

Det kvantitative innholdet av kjemiske grupper av stoffer i forskjellige plantearter er gitt i tabell. 2.

Tabell 2. Innhold av hovedgruppene av kjemiske stoffer i planter,% (masse.)

Det opprinnelige plantematerialet og dets transformasjon under kulldannelsesprosessene

Avhengig av sammensetningen av det opprinnelige plantematerialet, deles kull i humisk, sapropelitt, liptobiolitt og blandet kull.

Humuskull er dannet av terrestriske planter.

Liptobiolitt kull er også dannet av terrestrisk vegetasjon, men fra de mest vedvarende plantekomponentene under naturlige forhold - integrerte vev (neglebånd, bark, harpiks, sporer, pollen).

Sapropelitt kull er dannet utelukkende fra alger - grønne, blågrønne.

Blandet kull er et produkt av felles transformasjoner av forskjellige terrestriske og akvatiske vegetasjoner.

Sammen med kildematerialet påvirkes kullets sammensetning og egenskaper også av de fysiske og geografiske forholdene der akkumulering av plantemateriale fant sted. Dette konseptet dekker landskapsinnstillingen, delt inn i lakustrin, myr, sjø, lagune, etc., og dens fysisk-kjemiske (hydrokjemiske og mikrobiologiske) funksjoner, inkludert saltinnhold, flyt, stagnasjon, etc.

Den viktigste forutsetningen for dannelsen av kull er mangelen på tilgang til det opprinnelige oksygenmaterialet i luften. Formasjonsbetingelser og typer kull er gitt i tabell. 3.

Tabell 3. Formasjonsforhold og typer kull

Bare humus, båndede kull kan koke, dvs. klarinkull:

• claren (lat. Clarus - strålende) er et kull som består av komponenter som er rike på karbon og mikro-urenheter: glasslegeme, mikrinitt og fusen.
• vitrin, vitritt, vitrinitt (lat. vitrum - glass) - skinnende svart, rik på hydrokarboner plantevev - den viktigste bæreren av sintringsegenskaper. Danner "linser" og "lag" i hoveddelen av kull.
• micrinite er en svart matt komponent fra plantesporer.
• fusin, fusinite (fransk fusain - linse) - svart pulveraktig, ligner på kull med en silkemyk glans.

Klassifisering av kull etter metamorfisme

Forskjeller i utgangsmaterialet, vanningsgraden av torvmyrer, den kjemiske sammensetningen av miljøet og ansiktsmiljøene av sediment og torvakkumulering, som bestemmer retningen og intensiteten til de oksidative og reduksjonsmikrobiologiske prosessene, skapte grunnlaget for dannelsen av forskjellige genetiske typer kull i torvstadiet. Torvdannelse og torvakkumulering endte med at torvmyren overlappet av sedimenter som dannet taksteinene. Diagenetisk (komprimering, dehydrering av sedimenter, gassutslipp) og biokjemiske prosesser av reduserende karakter som fant sted ved relativt lave temperaturer og trykk førte til transformasjon av torv til brunkull.

Kull som inneholder dårlig nedbrutt treavfall sementert med jordkull, kalt brunkull.

Brune kull - en av variantene av kull - er utbredt. Andelen brunkull og brunkullreserver i verdens kullreserver er 42%. Grunn forekomst og høy tykkelse på kullsømmer tillater utstrakt bruk av åpen vei utvikling, de økonomiske og tekniske fordelene som i stor grad kompenserer for det relativt lav kvalitet råvarer.

Som et resultat av langvarig eksponering forhøyede temperaturer og press brune kull blir omgjort til kull, og sistnevnte til antrasitt. Den irreversible prosessen med gradvis endring i den kjemiske sammensetningen (primært i retning av karbonisering), fysiske og teknologiske egenskaper til organisk materiale i transformasjonen fra torv til antrasitt kalles koalisering. Kullføring på stadiene av transformasjon av brune kull til harde kull og sistnevnte til antrasitter, forårsaket av prosesser som forekommer i jordskorpen, kalles kullmetamorfisme. Det er tre hovedtyper av kullmetamorfisme:

• regional, forårsaket av innflytelsen fra jordens indre varme og trykket fra de overliggende lagene av bergartene når kull er nedsenket i dypet av jordskorpen;
• termisk - under påvirkning av varme som frigjøres av magmatiske kropper som overlappet eller trengte inn i de kullbærende lagene, eller i de underliggende sedimentene;
• kontakt - under påvirkning av varmen fra magmatiske bergarter som har trengt inn i kullsømmer eller krysset dem direkte; det er problematisk anerkjent som mulig metamorfisme av kull på grunn av en økning i temperaturer i områdene med manifestasjon av tektoniske trykk- og skjærkrefter) - dynamometamorfisme.

Strukturell og molekylær omorganisering av organisk materiale under kullmetamorfisme ledsages av en sekvensiell økning i det relative karboninnholdet i dem, en reduksjon i oksygeninnholdet og frigjøring av flyktige stoffer; i visse regelmessigheter med ekstreme verdier i de midterste stadiene av kulldannelse, endres hydrogeninnholdet, forbrenningsvarmen, hardheten, tettheten, skjørheten, optisk, elektrisk, etc. fysiske egenskaper kull. For å bestemme disse trinnene brukes følgende: utbyttet av flyktige stoffer, karboninnhold, mikrohardhet og andre trekk ved den kjemiske sammensetningen og kullens fysiske egenskaper. Den mest effektive metoden for å bestemme trinnet med koalisering ved reflektivitet av vitrinitt.

Hard kull i midtstadiene av metamorfisme, får de sintringsegenskaper - evnen til gelerte og lipoide komponenter av organisk materiale å passere når de varmes opp til visse forhold i en plastisk tilstand og danner en porøs monolit - koks. Den relative mengden kullreserver med høy sintringskapasitet er 10 ... 15% av de totale reservene av bituminøse kull, noe som er assosiert med en høyere konverteringsfrekvens for organisk materiale i midtstadiene av metamorfisme. Kakekull vises ved temperaturer fra 130 til 160 ... 180 ° C med et generelt temperaturområde som bestemmer forløpet for kullmetamorfisme, fra 70 ... 90 ° C for langflammekull til 300 ... 350 ° C for antrasitter. Kakekull av høyeste kvalitet ble dannet i bassenger som opplevde regional metamorfisme under dyp nedsenking av de kullbærende lagene. Med termisk og kontaktmetamorfisme, på grunn av en kraftig endring i temperatur og lavt trykk, fortsetter transformasjonen av organisk materiale ujevnt, og kvaliteten på kull er preget av inkonsekvente teknologiske egenskaper. Bergarter av kullbærende formasjoner, sammen med kullmetamorfisme, gjennomgår katagenetiske transformasjoner.

I soner med lufting og aktiv påvirkning av grunnvann nær jordoverflaten, er kull utsatt for oksidasjon. Når det gjelder effekten på den kjemiske sammensetningen og de fysiske egenskapene til kull, har oksidasjon motsatt retning i forhold til metamorfisme: kull mister styrkeegenskapene (før de blir til en sotaktig substans) og kaker; i dem øker det relative oksygeninnholdet, mengden karbon reduseres, fuktigheten og askeinnholdet øker, og forbrenningsvarmen reduseres kraftig. Dybden av kulloksidasjon, avhengig av den moderne og eldgamle lettelsen, plasseringen av grunnvannsbordet, naturen til klimatiske forhold, materialets sammensetning og metamorfisme av kull, varierer fra 0 til 100 m vertikalt.

Forskjeller i materialets sammensetning og grad av metamorfisme har ført til en stor differensiering av de teknologiske egenskapene til kull. For å etablere en rasjonell retning for industriell bruk av kull, er de delt inn i karakterer og teknologiske grupper; denne underavdelingen er basert på parametrene som karakteriserer oppførselen til kull i prosessen med termisk handling på dem. Grensen mellom brunt og hardt kull er den høyeste forbrenningsvarmen til arbeidsmassen av askløst kull, lik 5700 kcal / kg (23,86 MJ).

Den ledende indikatoren for bruk av kull til energiformål - den laveste brennverdien - når det gjelder drivstoffområder (kcal / kg): 2000 ... 5000 (8.372 ... 20.930 MJ) for brun, 4100 ... 6900 (17.162 ... 28.893 MJ) for bituminøse kull og 5700 ... 6400 (23.86 ... 26.79 MJ) for antrasitter. Den reduserte verdien av denne indikatoren i brune kull forklares med den lave graden av kulldannelse av organisk materiale, den svake komprimeringen av materialet og følgelig deres høye naturlige fuktighetsinnhold, som varierer innen 15 ... 58%. Avhengig av innholdet av arbeidsfuktighet, er brune kull delt inn i teknologiske grupper: B1 med Wp\u003e 40%, B2 med Wp 30 ... 40% og B3 med Wp< 30%.
Den industrielle merkingen av bituminøse kull er basert på indikatorer som karakteriserer resultatene av tørr destillasjon ved høy temperatur (koksing): utbyttet av flyktige stoffer dannet under nedbrytningen av organisk materiale (delvis uorganisk materiale - sulfider, karbonater, hydratiserte mineraler), og egenskapene til askefri brennbar rest - koks når det gjelder sintringskapasitet ... Vektutbyttet av flyktige stoffer fra kull avtar gradvis med en økning i graden av kulldannelse fra 45 til 8% for bituminøse kull og opp til 8 ... 2% for antrasitter.

I Sovjetunionen bestemmes sintringskapasiteten til kull i et laboratorieapparat etter den plastometriske metoden, foreslått i 1932 av sovjetiske forskere LM.Sapozhnikov og LP Basilevich, av tykkelsen på plastlaget (y) dannet under oppvarming, med tanke på krymping (x), uttrykt i mm. Den høyeste sintringskapasiteten er karakteristisk for kull i de midterste stadiene av kulldannelse med en plastlagtykkelse på 10 ... 35 mm (karakter K og Zh). Med en nedgang og økning i graden av metamorfisme, reduseres kullens sintringskapasitet. Kull av klasse D og T er preget av en svakt sintret pulverformig ikke-flyktig rest. Bord 4 viser verdiene til hovedindikatorene for kvaliteten på kull på forskjellige stadier av kulldannelse i forhold til karakterer i henhold til GOST.

Tabell 4. Hovedindikatorer for kvaliteten på kull av karaktersammensetning

I tillegg til de som er angitt i tabellen, skiller man mellomkvaliteter i noen kummer: gassfett (GZh), koksfett (KZh), koksekund (K2), litt sintret (CC). Kull av karakterene G, GZh, Zh, KZh, K og OS er delt inn i teknologiske grupper i henhold til sintringskapasitet; for å indikere den teknologiske gruppen blir det lagt til et tall i bokstavbetegnelsen til merket, som indikerer den laveste verdien av tykkelsen på plastlaget (y) i disse kullene, for eksempel G6, G17, KZh14, etc. For kull med spesifikke kummer er verdiene til klassifiseringsindikatorene (VG og y) regulert av GOST. For å oppnå metallurgisk koks brukes en blanding av forskjellige kullkvaliteter - en ladning, hvis hovedkomponent er kull med høy sintringsegenskaper.

Inndelingen av kull i brunt, stein og antrasitt er akseptert i de fleste europeiske land (i noen med tilsetning av brunkull). Grunnlaget vedtatt i 1956 av FNs økonomiske kommisjon for Europa Det internasjonale systemet Klassifiseringen av bituminøse kull inkluderer også utbyttet av flyktige stoffer for kull med V\u003e 33% - den høyeste forbrenningsvarmen til en våt askefri masse, sintringskapasitet og kokskapasitet. Kulltypen er indikert med et tresifret kodenummer, hvor det første sifferet indikerer kullklassen (ved flyktig eller forbrenningsvarme), den andre - gruppen (av sintringskapasiteten, bestemt av Horn-metoden eller hevelsesindeksen i digelen), den tredje - undergruppen (av kokskapasiteten, bestemt av Odiber- Arnu eller Gray-King). I USA og noen andre land er kull delt inn i brunkull, underbituminøs, bituminøs og antrasitt; klassifiseringsparametere aksepteres: for brunkull, sub-bituminøs og bituminøs (med flyktig\u003e 31%) kull - forbrenningsvarmen til askefri masse, for bituminøs med flyktig<31% и антрацитов – выход летучих веществ и содержание связанного углерода.

Kullmerking, som gjenspeiler et kompleks av visse teknologiske egenskaper til kullvarianter, brukes som hovedkriterium i utøvelsen av industriell bruk av kull. Ytterligere tekniske krav er etablert for spesifikke forbruksområder. En kraftig reduksjon i den termiske effekten av kullforbrenning og de økonomiske indikatorene for deres bruk på grunn av ballast (aske og fuktighet) bestemmer behovet for brikettering av kull med høyt naturlig fuktighetsinnhold og foreløpig berikelse av høyaske kull. Det maksimale askeinnholdet i kull som sendes for lagforbrenning, bør ikke overstige 20 ... 37%, for pulverisert forbrenning - 45%.

For koksing brukes sintret kull med lav aske (anriket), hvor innholdet av svovel og fosfor er begrenset. For halvkoksing er gassifisering, produksjon av flytende drivstoff, gruvevoks og andre forbruksområder, sintringskapasitet, svovelinnhold, askeinnhold, klumpighet, termisk stabilitet, innholdet av harpiks, bitumen og andre kvalitetsindikatorer normalisert.

De største kullbassengene i Russland - kilder til koks

Donetsk-bassenget. En av de største europeiske kullbassengene. Bare den ekstreme østlige delen av bassenget ligger på territoriet til Rostov-regionen, hvor antrasitter er utbredt. Koksingskull er tilgjengelig i tre av syv distrikter - Kamensko-Gundorovsky, Belokalitvensky, Tatsinsky - og er preget av lett og middels konsentrasjon. Kullene i Donetsk-bassenget er preget av høyt svovelinnhold.

Kuznetsk-bassenget... Det ligger i Kemerovo og Novosibirsk-regionene og dekker et område på 27 tusen km2 (110 x 350 km). Av 25 geologiske og industriregioner utvikles kokskull i 20. Kullanriking er lett og middels med et kraftfôrutbytte på 70 til 90%. Kullene i Kuznetsk-bassenget er preget av et lavt svovelinnhold. Alle karakterer av koks kull utvinnes i bassenget. Gunstige gruvedrift og geologiske forhold for kullsengetøy, liten dybde av gruvedriften, gjør bruken av disse kullene praktisk mulig i hele Russland.

Pechora-bassenget. Det er en del av den nordlige regionen og ligger på Komi-republikkens territorium og Nenets autonome distrikt i Arkhangelsk-regionen. Bassengområdet er 90 km2. Koksingskull er utbredt i avsetningene Vorkutskoye, Vorgashorskoye og Khalmerjuskoye. Kullene er vanligvis moderat konsentrert (konsentratutbyttet varierer fra 70 til 85 vekt%), kullene i GZhO-, K-, Zh-gradene blir lett bearbeidet (konsentratutbyttet er 85-93 vekt%). som et magert tilsetningsstoff opp til 50% av magert kull med en betydelig økning i koksstyrke Kullkvalitet K av Khalmeryu-avsetningen ved koksing gir sterk metallurgisk koks av høy kvalitet.

Karaganda-bassenget. Det er en kilde til kokskull for bedrifter øst i Russland, som ligger i Sentral-Kasakhstan på territoriet til regionen med samme navn. Området er 3000 km2 (30 x 100 km). Kull er vanskelig å bearbeide, fordi mineralkomponenter er veldig fint fordelt i den organiske massen av kull. Konsentratutbyttet er fra 15 til 65% (vekt).

Kvalitetsindikatorer for kokskull

Kullets kvalitet bestemmes av deres teknologiske og petrografiske indikatorer.

Utbytte av flyktige stoffer (V) - produkter, unntatt fuktighet, som slippes ut av kull i form av gass og damp. Dannet under spaltning av kull under oppvarmingsforhold uten lufttilgang. Bestemt for tørr (tørr - Vd) eller tørr askefri (tørr askefri - Vdaf). Sammen med sintringskapasiteten bestemmer den kulens egnethet for koksing. Det er denne indikatoren som er nøkkelen i utarbeidelsen av en kulladning og vurderer muligheten for å erstatte kull i ladningen.

Askinnhold (A) - innholdet av ubrennbart uorganisk materiale i kull. Det er definert som en rest dannet når kull oppvarmes som et resultat av forbrenningen av all brennbar masse. Bestemt for tørr tilstand (tørr - Annonse).

Svovel (S) - svovelinnhold i kull. Inneholdt som sulfider, sulfater, organiske forbindelser og elementært svovel. Bestemt for tørr tilstand (tørr - Sd).

Vitrinitt (Vt) - en av typene organisk materiale (macerals) som danner en masse kull. I tillegg til vitrinitt skilles liptinitt og inertinitt ut. Vitrinite er den mest verdifulle maceral.

Vitrinittrefleksjon (R0) - refleksiviteten til vitrinitt er en indikator på graden av kullmetamorfisme (jo mer, jo eldre kullet). For å karakterisere graden av forkulling bestemmes den gjennomsnittlige reflektansen av vitrinitt i vanlig monokromatisk lys.

Tykkelse på plastlag (y) - en av hovedindikatorene for kullkapasitet, som karakteriserer vurderingen av kvaliteten på kokskull. Det er definert som den maksimale avstanden mellom grensesnittene "kull - plastmasse - halvkoks", bestemt under plastometriske tester.

Fast karbon (FC) - en del av karbonet som er igjen når kullet varmes opp i en lukket beholder til flyktige stoffer er fjernet fullstendig (dvs. dette er den ikke-flyktige delen minus asken).

Total fuktighet (TM) - fuktighet i det fossile kullet, inkludert fri, overflate og bundet. Under koksing påvirker fuktighet bulktettheten til kulladingen, strømforbruk for knusing og varme til koks negativt. med et fuktighetsinnhold på mer enn 8%, blir det vanskelig å transportere ladningen i kullberedningsbutikkene.

Koks type i henhold til Gray King (Gray King koksindeks) - denne indikatoren er hovedkarakteristikken for kullkapasiteten til kull; typen cola i henhold til Gray King bestemmes i henhold til referanseskalaen: A, B, C, D, E, F, G1, G2, ..., G12; koks type "A" indikerer at kullet ikke koks, typene "B", "C", "D" indikerer lave koksegenskaper, ..., typer "G5" - "G12" indikerer høy koksegenskaper av kull, dessuten, jo høyere tall, jo bedre er kokskapasiteten.

Crucible Swelling Number (CSN) / Free Swelling Index (FSI) - hovedkarakteristikken ved hvilken sintringskapasiteten til kull over hele verden vurderes; kakekapasitet er en av de viktigste klassifiseringsindikatorene for kull som brukes til koksing; sintringskapasiteten til kulladingen bør være tilstrekkelig til å sikre høy styrke av koksovnsubstansen (som regel, jo høyere CSN-verdi, alt annet likt, jo bedre).

Gieseler Max Fluidity - godt sintrede kull bestemmes av Gieseler-metoden; denne parameteren er veldig viktig for kokskull, fordi lavstrømskull er ikke i stand til å delta uavhengig av koksingsprosessen (de krever tilsetning av høystrømskull for binding); For å sammenligne denne parameteren, bruk en logaritmisk (ordinal skala).

Slipbarhetsindeks (Hardgrove Index) - den empiriske indeksen oppnådd som et resultat av sliping av en kullprøve. Maling av sterkt klassifisert kull som veier 50 g utføres i en ringformet kulefreser i 60 omdreininger. Indeksen bestemmes ut fra partikkelstørrelsesfordelingen av det knuste kullet.

Klassifisering av kokskull

I Russland og SNG er det en enhetlig kullklassifisering i samsvar med GOST 25543-88. I følge denne klassifiseringen er kull delt inn i følgende karakterer:

• B - brun;
• D - lang flamme;
• DG - langflammegass;
• G - gass;
• GZHO - magert fett;
• GZh - gassfett;
• F - fet;
• KZh - fet koksovn;
• K - koksovn;
• KO - koksovn;
• KSN - koksbaking lavt omformet;
• KS - kokeovn med lite baking;
• OS - lean sintret;
• TS - tynn sintret;
• SS - litt sintret;
• T - tynn;
• A - antrasitt.

Verdensklassifiseringen deler kull i Hard Coking Coal (HCC), Semi-soft Coking Coal (SSCC), Pulverized Coal for Injection (PCI), Thermal Coal / Steam Coal (Fig. 1):

Figur 1 - Verdensklassifisering av kull

Forholdet mellom verdens kullreserver og bruksretningen, avhengig av innholdet av karbon og fuktighet, er vist i fig. 2:

Figur 2 - Forhold mellom verdens kullreserver

PUT - pulverisert kullbrensel

Historien om utviklingen av pulverisert kullinjeksjonsteknologi

Smelteovnsteknologi med høyovn ved hjelp av pulverisert kull har vært kjent siden 1831. Industriell anvendelse av pulverisert kullinjeksjonsteknologi begynte først i midten av det 20. århundre, og denne teknologien ble mye brukt på 80-tallet av det 20. århundre. Den lange perioden med mestring av pulverisert kullteknologi kan forklares med behovet for å utvikle komplekst og kostbart utstyr for fremstilling og injeksjon av pulverisert kull, samt ved vellykket konkurranse fra fyringsolje og naturgass.

Det første patentet for injeksjon av knust fast brensel i en masovn gjennom tuyeres ble utstedt i England i 1831. Et lignende patent ble utstedt i Tyskland i 1877. Data om begynnelsen av den praktiske anvendelsen av pulverisert kull er forskjellige: ifølge noen kilder ble de første forsøk på å injisere gjort i 1840, ifølge for andre ble den første injeksjonen av knust kull i en sjaktovn utført i Canada under smelting av kobber i 1911.

Storstilt eksperimentelt arbeid med pulverisert kullinjeksjon begynte på 50- ... 60-tallet av det tjuende århundre i USA. På den tiden spilte fyringsolje en ledende rolle i drivstoffinjeksjonsteknologien.
I 1955 i Sovjetunionen ved det metallurgiske anlegget oppkalt etter jeg. Dzerzhinsky, ble det utført eksperimenter for å blåse kullstøv gjennom en tuyere inn i en masovn med et volum på 427 m3 ved smelting av jernkisel. Disse eksperimentene markerte begynnelsen på forskning på masovneprosessen ved bruk av pulverisert drivstoff i industrielle masovner i Sovjetunionen.

Det var først etter energikrisen på 1970-tallet at kull ble lagt vekt på som et mer fornuftig økonomisk alternativ. Praksisen med å blåse fyringsolje og andre oljederivater som ble brukt på 70-tallet av det 20. århundre, sikret koksforbruk på nivået 400 kg / t svinejern. Den andre oljekrisen tvang til å forlate injeksjonen av flytende midler og økte forbruket av koks kraftig.

80-tallet var en periode med rask vekst i byggingen av pulveriserte kullinjeksjonsanlegg i verden, hovedsakelig i Europa og Asia. I Nord-Amerika har det blitt populært å injisere naturgass sammen med andre typer flytende og faste drivstoff. Mot slutten av 1980-tallet hadde pulverisert kullinjeksjon betydelig erstattet andre typer drivstoff i USA.

På grunn av motsatt retning av virkningen av pulveriserte kull- og naturgassinjiseringsprosesser på masovnsoperasjonen, ble det åpenbart å kombinere injeksjonen av disse typer drivstoff for en mykere effekt på ovnen. I USA har denne teknologien funnet bred anvendelse (tabell 5):

Tabell 5. Bruk av forskjellige injiserte tilsetningsstoffer i amerikanske høyovner

Populariteten til denne løsningen skyldes at kombinasjonen av de to materialene gir størst mulig koksbesparelse under mindre strenge forhold.
Til dags dato, som et resultat av forbedringen, har pulverisert kullinjeksjonsteknologi funnet bred praktisk anvendelse. Bruken av pulverisert kullinjeksjonsteknologi gjør det mulig å redusere det spesifikke forbruket av koks til 325 ... 350 kg / t svinejern. Nederland er ledende når det gjelder spesifikt forbruk av pulverisert kull (fig. 3,). Nylig har teknologien utviklet seg aktivt i Kina ().

Figur 3. Nivå av pulverisert kullinjeksjon

Nødvendige forhold for vellykket implementering av pulverisert kullinjeksjonsteknologi

For å introdusere pulverisert kullinjeksjonsteknologi i høyovnssmelting, er det nødvendig å utføre et sett med følgende tiltak:

• forbedre cola kvaliteten når det gjelder CSR opp til 62% eller mer;
• redusere askeinnholdet i ladningen for koks til 7,5%;
• for å sikre høy stabilitet av kvalitetsindikatorer for koksavgift;
• bruk kull for pulverisert kull med et askeinnhold på 6,0-8,5% og et svovelinnhold på mindre enn 0,5%;
• å sikre stabiliteten i kvaliteten på indikatorer som brukes til pulverisert kull;
• sikre stabiliteten til kvaliteten på komponentene i jernmalmsladningen;
• å redusere innholdet av bøter i jernmalmråvarer til 3 ... 5%;
• øke eksplosjonstemperaturen til 1200 ... 1250 ° С;
• øke oksygeninnholdet i eksplosjonen til 28 ... 33%.

Parallelt med reduksjonen i koksforbruket når store mengder pulverisert kull injiseres, øker først og fremst kravene til kokskvaliteten ( se avsnittet "Last ned / tilleggslitteratur"), siden koks er det eneste faste materialet under masovnens kohesjonssone og forbrukes her i en lavere hastighet, dvs. utsatt for høye temperaturer og vekten av ladekolonnen i en lengre periode. I denne forbindelse må koks være fysisk mer holdbar og motstandsdyktig mot kjemisk angrep for å sikre høy gasspermeabilitet av ladningen.

Koksstyrkeindeksen etter interaksjon med karbondioksid (CSR - koksstrekkreaktivitet) avhenger i stor grad av den kjemiske sammensetningen av asken, noe som påvirker koksens reaktivitet.

Sammensetningen av masovnslagg påvirker også effektiviteten til pulverisert kullinjeksjon - forskere har funnet en betydelig hemmende effekt av økende trykktap som følge av bruk av jernmalmråvarer med lavt Al2O3-innhold.

Funksjoner ved forbrenning av kullstøv i varmluftsovnen

Det viktigste definerende kravet til den nye teknologien er å sikre full forbrenning av drivstoffet i høyovnssonen. Utgangen av pulveriserte kullpartikler utenfor tuyere-sonen forårsaker en reduksjon i koksutskiftningskoeffisienten, en forverring av viskositeten til slaggen og gasspermeabiliteten til den nedre delen av masovnen.
Den fullstendige forbrenningen av kullstøvpartikler i tuyereherdene bestemmes av brøkdelens sammensetning av kull, innholdet av flyktige stoffer, temperaturen i tuyerezonen og oksygeninnholdet i eksplosjonen.

På grunnlag av teoretisk og praktisk forskning har det vist seg at partikler mindre enn 200 ... 100 mikron kan brennes fullstendig i tuyere-sonene. Den negative siden av å redusere størrelsen på injisert kull er en betydelig økning i kostnadene for pulverisert kullpreparasjon, en reduksjon i produktiviteten til malingsutstyr, en økning i kulltap, etc.
Forbrenningen av kullpartikler kan deles inn i tre trinn:

1. oppvarming og utslipp av flyktige stoffer;
2. antenning av flyktige stoffer og avgassing;
3. forbrenning av karbonholdige rester og smelting av uorganiske kullelementer.

Det første trinnet innebærer oppvarming av en kullpartikkel fra omgivelsestemperatur til 450 ° C, fortsetter nesten øyeblikkelig og tar ikke mer enn 5% av hele partikkelens forbrenningstid. Oppvarmingstiden er direkte proporsjonal med partikkeldiameteren og omvendt proporsjonal med temperaturen rundt partikkelen. Videre er effekten av partikkeldiameteren på oppvarmingshastigheten mer signifikant.

I virkeligheten foregår ikke avgassingsprosessen og det tredje trinnet - forbrenning av karbonrester - strengt sekvensielt, men er lagt over på hverandre. Det vil si at forbrenning av karbonresten begynner før fullføringen av avgassingsprosessen. Brenntid bestemmes av formelen:

hvor ρ er tettheten til partikkelen, g / cm3; d - partikkeldiameter, mm; β er overføringstallet av materie (cm / s), bestemt av Rantz- og Marshall-ligningen; C_O2 - oksygenkonsentrasjon i gassrommet, mol / cm3. Forbrenningen av koksresten tar en betydelig del av prosessen, og forbrenningstiden er direkte proporsjonal med partikkeldiameteren, omvendt proporsjonal med oksygeninnholdet, og avhenger på dette stadiet ikke av omgivelsestemperaturen.

Den presenterte beskrivelsen gir en kvalitativ karakteristikk av forbrenningsprosessen til kullpartikler i bakken. I virkeligheten er forbrenningsprosessen til partikler mer kompleks - under forbrenningen endrer partiklene sin hastighet i forhold til strømmen, størrelsen og formen på partiklene endres, og de termiske og termiske diffusivitetskoeffisientene endres. Temperaturen på det gassformige mediet og oksygeninnholdet i det er også variable verdier.

Det skal bemerkes at forholdene for forbrenning av kullstøv er gunstigere i kaminen til en masovn:

• støvet mates inn i en strøm med varm eksplosjon med en temperatur på 1100 ... 1250 ° C, og beveger seg i høy hastighet, som et resultat av at støvet varmes opp og sprer seg godt;
• foran tauene til masovnen er det et betydelig rom med en lav konsentrasjon av sirkulerende koksstykker og en høy oksygenkonsentrasjon - i dette volumet utvikles en blussprosess av forbrenning av kullstøv;
• uforbrente støvpartikler som faller på deler av oppvarmet koks med en smeltefilm, kan feste seg til dem og brenne seg tilbake til tuyere-sonen.

Men selv under disse forholdene kan det hende at noe av kullstøvet ikke forbrennes. Å redusere størrelsen på kullpartiklene og øke temperaturen forkorter tiden som kreves for fullstendig forbrenning. I dette tilfellet har en økning i temperatur en større effekt på prosessens fullstendighet enn partikkelstørrelsen.

Beregningene viser at når partikler med en størrelse på 100 μm blåses inn i tuyere-sonen og en eksplosjonstemperatur på 1000 ° C, vil omtrent 60 ... 80% av kullet brenne i løpet av den tiden partikkelen er i tuyere-sonen (0,01 ... 0,04 s), og resten vil nå grensene for sonen i form av avgassede partikler. Ytterligere oppførsel av uforbrente partikler kan utvikles i henhold til et av scenariene:

• sekundær forgassning av støvkarbon ved bruk av CO2;
• oksidasjon av karbon i kullstøv ved bruk av flytende faseoksider (FeO, SiO2, MnO, etc.);
• oppsamling av partikler ved ladning med overgangen til de nedre lagene i masovnen, etterfulgt av forbrenning i peisen.

I følge beregninger, uavhengig av forbruket av det injiserte kullet, blir 66% av alt uforbrent kull utført gjennom toppen, 23% forbrukes i karbonforgassingsreaksjonen, og de resterende 11% faller inn i den sentrale sonen til masovnens herd.

Studien av sammensetningen av masovnsstøvet for karboninnholdet i koks og injisert kull viste at karboninnholdet i tørt støv er ca. 55%, hvorav 90% er kullkarbon, og 10% er halvkokskarbon fra kullstøv. Basert på total fjerning av masovnsstøv, er fjerning av kullstøv gjennom masovnen omtrent 1% av det injiserte kullet.

Kullreaktivitet, lavt askeinnhold, lavt flammepunkt og minimum flyktig innhold er den mest fordelaktige kombinasjonen. Innholdet av svovel og fosfor er begrenset av spesifikke smeltebetingelser og krav til innholdet av disse elementene i råjern. Således, med hensyn til kvalitetskarakteristikkene til pulverisert kull og parametrene til masovnen, bestemmes effektiviteten av injeksjonen av følgende grunnleggende trekk:

• bruk av lav-askekull for pulverisert kull (5 ... 14%);
• sliping av pulverisert kull til 22 ... 75 mikron;
• akseptabel kullslipbarhetsindeks (HGI);
• jevn tilførsel av pulverisert kull til masovnens tuyeres (uregelmessighet ± 4 ... 10%).

Verdenspraksis for å bruke kull til pulverisert kull

Egenskapene til kull som brukes som pulverisert kull er gitt i tabellen. 6.

Tabell 6. Kjennetegn ved kull for pulverisert kull

For injeksjonsformål brukes kull med lave koksegenskaper - CSN-indeks mindre enn 4 enheter, fluiditet innen 200 ddpm. Svovelinnholdet er begrenset til 0,6%, askeinnholdet er ikke mer enn 10%.

Det skal bemerkes at kull med høyt innhold av flyktige stoffer (32 ... 38%) og kull med lave flyktige stoffer (15 ... 20%) hovedsakelig brukes til injeksjon:

Figur 4 - Innholdet av flyktige stoffer i kull for pulverisert kull

Lavt flyktige kull har høyt karboninnhold, noe som i stor grad øker koksutskiftningsforholdet. Samtidig har høyt flyktig kull et lavt koksutskiftningsforhold, men har god forbrenningseffektivitet. I tillegg fremmer bruken av høyt flyktige kull for injeksjon reduksjonsreaksjonen på grunn av det høyere hydrogeninnholdet i slike kull.

I mange tilfeller, for å forbedre prosessens teknologiske kontrollerbarhet, brukes kullblandinger av høyt og lite flyktig kull for å kontrollere innholdet av flyktige stoffer og askeinnholdet i det injiserte pulveriserte kullet. I tillegg, med kombinert injeksjon av pulverisert kull og naturgass, for økonomisk effektivitet, er det mulig å øke andelen svært flyktige kull i blandingene i perioder med økende kostnad for naturgass. Dette gjør det mulig å delvis kompensere for reduserte evner til dannede gasser på grunn av hydrogen av flyktige stoffer.

På kurven av forholdet mellom typen kull og plastegenskaper, opptar injeksjonskull som pulverisert kull (PCI) ekstreme posisjoner:

Bilde 5 - Forholdet mellom typen kull og plastegenskaper

Denne kullposisjonen for pulverisert kull påvirker deres pris direkte. PCI-kull er en kategori av uegnet kull for koksing. Dette kullet er dårligere i pris enn premiummerker av kokskull (-31% i gjennomsnitt per år). Imidlertid gjør bruk av pulverisert kullinjeksjonsteknologi det mulig å spare kostbar koks, noe som resulterer i overlegen pris i forhold til Semi Soft koksingskull (+ 12% i gjennomsnitt per år). Dynamikken til prisendringer er vist i fig. 6.

Figur 6 - Forhold mellom sitater av metallurgiske kull

Implementering av pulverisert kullinjeksjonsteknologi i Russland

Til tross for at de første eksperimentene med pulverisert kullinjeksjon i Sovjetunionen dateres tilbake til midten av det 20. århundre, har denne teknologien ennå ikke funnet bred anvendelse i bedrifter i Russland. Grunnene:

• tilstedeværelsen av overflødige reserver av naturgass;
• kompleks infrastruktur for klargjøring, lagring og levering av ITB;
• uløste problemer med pulverisert kull som mates inn i masovner (tuyere design, jevn fordeling);
• behovet for parallelle investeringer i å forbedre kvaliteten på koks og jernmalm.

Det siste forsøket på å introdusere pulverisert kullinjeksjonsteknologi i Russland var gjennomføringen av prosjektet i Tulachermet i 1992 ... 1993. I løpet av eksperimentet var det ikke mulig å løse problemer knyttet til tilførsel av pulverisert kull til masovnen.

Inntil nå var interessen for pulverisert kullinjeksjonsteknologi av akademisk karakter. Men de endrede økonomiske forholdene førte til en revisjon av strategien for utvikling av innenlandsk metallurgi. Den nåværende fremvoksende trenden med å øke kostnadene for naturgass for industribedrifter har presset de ledende metallurgiske selskapene i Russland til å gjennomføre prosjekter for pulverisert kullinjeksjon (NLMK, Evraz ZSMK, Evraz NTMK). Tatt i betraktning de mer komplekse tekniske og teknologiske forholdene til russiske foretak (tabell 7, se avsnittet "Last ned / tilleggslitteratur" ) og kvaliteten på den innenlandske kullbasen, vil gjennomføringen av prosjekter for injeksjon av pulverisert kull være fylt med visse vanskeligheter, og oppnåelsen av høye indikatorer i mengden pulverisert kull injisert og koksutskiftningsforholdet er usannsynlig.

Tabell 7. Teknologiske forhold for masovner

Overgangen til en ny teknologi er likevel et åpenbart skritt mot å optimalisere kostnadene for råjern ved å kombinere forskjellige teknologiske erstatninger for koks.

Hvis vi snakker om kullbasen for pulverisert kull i Russland, ser det ut til å være mulig å bruke kull med lave koksegenskaper (GZhO, SS, TS) og grenser til termisk kull med kokskull (G, T). Kombinasjonen av svært flyktige (G, GZhO) og lavflyktige (SS, TS, T) karakterer vil gjøre det mulig å lage kontrollerte kullblandinger for bruk som pulverisert kull.

Kvaliteten og retningene for kullbruk bestemmes i stor grad av sammensetningen av det opprinnelige plantematerialet og graden av metamorfisme. Beskrivelsen av hovedkvalitetsegenskapene til metallurgiske kull er gitt. Et spesielt sted er okkupert av kull for bruk som pulverisert kullbrensel (PFC). Kravene til vellykket implementering av pulverisert kullinjeksjonsteknologi er listet, funksjonene til pulverisert kullforbrenning i en masovn og funksjonene ved implementeringen av pulverisert kullinjeksjonsteknologi i Russland reflekteres. Kravene til kull for bruk som pulverisert kull er gitt og karakterer av kull for bruk som pulverisert kull er oppført.

• pulverisert kull
• kullkvalitet for pulverisert kull
• pUT-pris
• krav til ITB

Hovedlitteratur:

Støttende litteratur:

• Injeksjon av pulverisert kull på terskelen til et nytt århundre ("NCHMZR" 02.2001)
• Forbedring av kvaliteten på råvarer under injeksjon av pulverisert kull ("NCHMZR" 03.2001)
• Krav til kvaliteten på koks til en BF med høyt forbruk av pulverisert kull ("Stal" 06.2009)
• Utsiktene for bruk av pulverisert kull i DCs i Ukraina og Russland ("Steel" 02.2008)

Indikatorer for vitrinittreflektans beregnes både i luft Ra og i olje nedsenking Ro. r. Ved verdien av R o. r klassen av bituminøst kull er estimert i den industrielle genetiske klassifiseringen (GOST 25543-88).

I fig. 2.1 viser sammenhengen mellom den beregnede verdien av parameteren og refleksjonsindeksen for vitrinitt i luft R а.

Det er en nær korrelasjon mellom og Ra: koeffisienten for par-korrelasjon r \u003d 0,996, bestemmelse - 0,992.

Figur 2.1. Forholdet mellom parameteren kull og indikatoren

refleksjoner av vitrinitt i luft Ra (lyse og mørke punkter -

forskjellige kilder)

Den presenterte avhengigheten er beskrevet av ligningen:

Ra \u003d 1,17 - 2,01. (2.6)

Mellom den beregnede verdien og vitrinittrefleksjonsindeksen i oljedypning R ®. r kommunikasjon er ikke-lineær. Forskningsresultatene viste at det er en lineær sammenheng mellom den strukturelle parameteren for vitrinitt (Vt) og parameterne for liptinitt (L) og inertinitt (I).

For kull av Kuzbass er forholdet mellom indikatorene R о. r og følgende:

R om. r \u003d 5,493 - 1,3797 + 0,09689 2. (2.7)

Figur 2.2 viser sammenhengen mellom refleksjonsindeksene for vitrinitt i oljedypning R ®. r (op) og beregnet i henhold til ligning (2.7) R o. r (trekk fra).

Figur 2.2. Korrelasjon mellom erfarne R o. r (op) og beregnet R o. r (trekke fra)

verdier av refleksjonsindeksen for vitrinitt av Kuzbass-kull

Vist i fig. 2.2 grafisk avhengighet er preget av følgende statistiske indikatorer: r \u003d 0,990; R2 \u003d 0,9801.

Dermed karakteriserer parameteren utvetydig graden av metamorfisme av kull.

2.3 Faktisk tetthet av kull d r

Det er den viktigste fysiske egenskapen til TGI. Brukt av

ved beregning av porøsiteten til drivstoff, prosesser og innretninger for bearbeiding osv.

Den faktiske tettheten av kull dr blir beregnet av additivitet, idet man tar hensyn til innholdet i det av antall mol karbon, hydrogen, nitrogen, oksygen og svovel, samt mineralkomponenter i henhold til ligningen:

d \u003d V o d + ΣV Mi d Mi + 0,021, (2,8)

hvor V om og V - volumetrisk innhold av organisk materiale i kull og individuelle mineralforurensninger i enhetsfraksjoner,%;

d og d Mi - verdiene til den faktiske tettheten av det organiske materialet av kull og mineralforurensninger;

0,021 er en korreksjonsfaktor.

Tettheten til den organiske massen av kull beregnes per 100 g av dens masse d 100;

d 100 \u003d 100 / V 100, (2.9)

der V 100-verdien er volumetrisk innhold av organisk materiale i kull, brøkdel av en enhet. Bestemt av ligningen:

V 100 \u003d n C + H n H + N n N + O n O + S n S, (2.10)

hvor n C o, n H o, n N o, n O o og n S o - antall mol karbon, hydrogen, nitrogen og svovel i 100 g WMD;

H, N, O og S er empiriske koeffisienter bestemt eksperimentelt for forskjellige kull.

Ligningen for å beregne V 100 vitrinitt av kull i området karboninnhold i OMU fra 70,5% til 95,0% har formen

V 100 \u003d 5,35 C o + 5,32 H o + 81,61 N o + 4,06 O o + 119,20 S o (2,11)

Figur 2.3 viser et grafisk forhold mellom de beregnede og faktiske verdiene for tettheten av vitrinitt av kull, dvs. d \u003d (d)

Det er en nær sammenheng mellom de beregnede og eksperimentelle verdiene for den sanne tettheten av vitrinitt. I dette tilfellet er den multiple korrelasjonskoeffisienten 0,998, bestemmelseskoeffisienten er 0,9960.

Figur 2.3. Sammenligning av beregnet og eksperimentelt

verdier av den sanne tettheten av vitrinitt

Slipp av flyktige stoffer

Beregnet av ligningen:

V daf \u003d V x Vt + V x L + V x I (2.12)

hvor x Vt, x L og x I - andelen vitrinitt, liptinitt og inertinitt i sammensetningen av kull (x Vt + x L + x I \u003d 1);

V, V og V - avhengighet av utbyttet av flyktige stoffer fra vitrinitt, liptinitt og inertinitt på parameteren:

V \u003d 63,608 + (2,389 - 0,6527 Vt) Vt, (2,7)

V \u003d 109,344 - 8,439 L, (2,8)

V \u003d 20,23 eksp [(0,4448 - 0,1221 L) (L - 10,26)], (2,9)

hvor Vt, L og I er parameterverdiene beregnet for vitrinitt, liptinitt og inertinitt i henhold til deres elementære sammensetning.

Figur 2.4 viser sammenhengen mellom beregnet utbytte av flyktige stoffer for en tørr askefri tilstand med den som er bestemt i henhold til GOST. Par korrelasjonskoeffisient r \u003d 0,986 og bestemmelse R2 \u003d 0,972.

Figur 2.4. Sammenligning av eksperimentelle V daf (op) og beregnede V daf (beregnede) verdier

frigjøring av flyktige stoffer fra petrografisk heterogene kull

Kuznetsk-bassenget

Forholdet mellom parameteren og frigjøring av flyktige stoffer fra kullene i Sør-Afrika, USA og Australia er vist i fig. 2.5.

Figur 2.5 Avhengighet av utbyttet av flyktige stoffer V daf på det strukturelle og kjemiske

parameter for vitrinittkull:

1 - Kuznetsk kullbasseng;

2 - kullforekomster i Sør-Afrika, USA og Australia.

Som følger av dataene i figuren, er forbindelsen med utslipp av flyktige stoffer i disse landene veldig nær. Parkorrelasjonskoeffisienten er 0,969, bestemmelseskoeffisienten er 0,939. Dermed tillater parameteren med høy pålitelighet å forutsi frigjøring av flyktige stoffer fra verdens kullforekomster.

Brennverdi Q

Den viktigste egenskapen til TGI som energidrivstoff viser den mulige mengden varme som frigjøres under forbrenningen av 1 kg fast eller flytende eller 1 m 3 gassformig drivstoff.

Forskjell mellom de høyeste (Q S) og de laveste (Q i) forbrenningsvarmene.

Brutto brennverdien bestemmes i et kolorimeter under hensyntagen til kondensvarmen til vanndamp dannet under forbrenning av drivstoff.

Beregning av forbrenningsvarmen til fast brensel gjøres i henhold til formelen til D. Mendeleev basert på dataene til den grunnleggende sammensetningen:

Q \u003d 4,184 [81C daf + 300H daf +26 (S - O daf)], (2,16)

hvor Q er den laveste forbrenningsvarmen, kJ / kg;

4.184 er konverteringsfaktoren til kcal til mJ.

Dataene fra TGI-forskningsresultatene viste at gitt de ikke-identiske forholdene for kulldannelse i kullbassenger, vil verdiene til koeffisientene ved C daf, H daf, S og O daf være forskjellige, og formelen for beregning av forbrenningsvarmen har formen:

Q \u003d 4,184, (2,17)

der q C, q H, q SO - koeffisienter bestemt eksperimentelt for forskjellige kullavsetninger.

Bord 2.1 viser regresjonsligningene for beregning av netto brennverdi av kull fra forskjellige forekomster av TGI i Russland.

Tabell 2.1 - Ligninger for beregning av netto brennverdi for en kullbombe

forskjellige bassenger i Russland

Verdiene til par-korrelasjonskoeffisienten som er presentert i tabellen mellom forbrenningsvarmene beregnet av ligningene og bestemt av bomben, viser deres nære korrelasjon. I dette tilfellet varierer bestemmelseskoeffisienten i området 0,9804 - 0,9880.

Mengden smeltede komponenter i VOK bestemmer kullkategorien og, i kombinasjon med andre indikatorer, gjør det mulig å vurdere bruken av kull i kokseteknologi.

∑ОК-parameteren er summen av innholdet av inertinitt I og del (2/3) av semivitrinitt S v i kullet:

∑OK \u003d I + 2/3 S v. (2.18)

Forskningsresultatene har vist at innholdet av magre komponenter i kull er tettest korrelert med den kombinerte effekten av parametrene og H / C. Ligningen for å beregne ∑ОК har formen:

OK \u003d b 0 + b 1 + b 2 (H / C) + b 3 (H / C) + b 4 (H / C) 2 + b 5 2. (2.19)

Parets korrelasjonskoeffisient for forholdet ∑OK for forskjellige kullgrader og ladninger fra Kuznetsk-bassenget varierer fra 0,891 til 0,956.

Det ble funnet at et høyere forhold mellom de beregnede verdiene til ∑ОК i henhold til ligningene og de som ble eksperimentelt bestemt for gjennomsnittlig metamorfosert kull. Forholdet mellom OK og kull av høyere grad av metamorfisme avtar.

Kursarbeid

PETROGRAPHISKE METODER FOR KOSTNAD FOR DIAGNOSTIK AV KATAGENES AV ORGANISK STOF

INTRODUKSJON

Sedimentære bergarter inneholder ofte organisk materiale (OM), som ved katagenetisk transformasjon gir opphav til olje og gass. Og studiet av prosessen med transformasjon i prosessen med sedimentogenese, og påfølgende katagenese, er en veldig viktig del av studien av prosessen med oljedannelse. Fram til 1960 forble DOM uutforsket og ble registrert og beskrevet som en kontinuerlig, homogen masse av organisk karbon i fjellet, men den store erfaringen som ble samlet i kullgeologi, gjorde det mulig å utvikle forskningsmetoder og bruke dem til å studere DOM.

Kull petrologi, eller kull petrografi, er en ganske ung geologisk vitenskap, og det dukket opp i forbindelse med behovet for å skille ut og beskrive de forskjellige komponentene i kull, samt å bedømme ut fra deres sammensetning graden av transformasjon, scenen for katagenese av bergarter som inneholder OM. I begynnelsen av utviklingen brukte kull petrografi forskningsmetoder som ble brukt i geologi. For eksempel ble polerte polerte seksjoner aktivt brukt til å studere ugjennomsiktige organiske rester, mens tynne seksjoner ble brukt til gjennomsiktige. Spesifisiteten til de fysiske egenskapene til kull krevde tilpasning av forskningsmetoder, spesielt å endre teknologien for å forberede polerte seksjoner, etc.

På kort tid har karbon petrografi blitt en uavhengig vitenskap. Og den begynte å bli brukt til å løse praktiske problemer, som å bestemme sammensetningen, og som en konsekvens av kvaliteten på kull, så vel som for analyse og forutsigelse av noen verdifulle egenskaper av kull, som koks. Med utviklingen av vitenskap utvidet rekkevidden av oppgaver som skal løses, spørsmål som opprinnelse, leting og optimalisering av bruken av brennbare mineraler innenfor omfanget av forskningen. I tillegg brukes metoder for kull petrografiske studier aktivt for å studere DOM av bergarter. Studiet av DOM er av stor betydning siden det er veldig utbredt i sedimentære bergarter og gir opphav til flytende og gassformige hydrokarboner, og kan også gi forskere verdifull informasjon om ansikts forhold til sedimentering, graden av katagenese, og kan også tjene som et maksimalt geotermometer.

Bestemmelse av graden av katagenetisk transformasjon ved hjelp av kull-petrografiske indikatorer hjelper til med å løse en rekke teoretiske og praktiske problemer, for eksempel i leting og vurdering av utsiktene for leting etter mineraler i en gitt region, samt å bestemme instruksjonene for å gjennomføre geologiske leteaktiviteter, samt å studere prosessen med dannelse av olje og gass ... Metodene for kull petrografi har også funnet anvendelse i andre områder av geologi, for eksempel, de brukes til å gjenopprette de tektoniske, klimatiske forholdene til sedimentdannelse, så vel som ansiktene til et gitt sediment, og i stratigrafi for disseksjon av stille seksjoner.

Takket være anvendelsen av petrografiske karbonmetoder ble arten til kildematerialet til sapropel OM avklart. Det ble også antydet at årsaken til akkumulering og konservering av store masser av sapropel OM med høyt olje- og gasspotensial er den antibakterielle aktiviteten til algelipider. Den facies-genetiske klassifiseringen av DOM ble supplert. En skala av DOM-katagenese ble utviklet for sapropel-mikrokomponenter.

vitrinitt katagenese mikrokomponent organisk materiale

KAPITTEL 1. Katagenese av organisk materiale

Catagenesis er det lengste stadiet av OM-transformasjon, som fortsetter diagenesen og går foran metamorf transformasjon. Det vil si når trykk og termiske effekter begynner å spille en dominerende rolle i transformasjonen av bergarter.

Katagenese er en av de kontrollerende faktorene i oljedannelsesprosessen. Det er i katagenese at den såkalte hovedsonen for gass- og oljeproduksjon ligger.

Det er derfor, sannsynligvis, studien av OM-transformasjonsprosessen spiller en så viktig rolle i oljeforskning. I tillegg er studiet av katagenese viktig ikke bare for petroleumsgeologi, det lar oss også løse problemer med historisk geologi, strukturgeologi, hjelper til med å søke og vurdere malmlegemer, akkumuleringer av faste kaustobiolitter.

Nå er det vanlig å skille mellom protokatagenese, mesokatagenese og apokatagenese i katagenese.

Hver av disse trinnene er delt inn i mindre faser, forskjellige forskere bruker forskjellige skalaer, den vanligste er skalaen, som er basert på bokstavindekser.

Disse indeksene tilsvarer kullkvaliteter som nettopp erstattes i løpet av katagenetisk transformasjon.

De er godkjent og brukt i både kull- og petroleumsgeologi.

Noen ganger registreres en mellomtilstand i organiske rester, når den nøyaktige bestemmelsen av catagenesestadiet er noe vanskelig.

I dette tilfellet brukes en dobbel indeks, som er en kombinasjon av bokstaver som angir de neste stadiene av katagenesen.

I forskjellige kilder er det forskjellige alternativer for betegnelse av trinn for sammenligning, du kan sitere flere av dem.

I katageneseprosessen skjer en endring i OM, og det er resultatet av virkningen av et helt kompleks av forskjellige faktorer, hvorav de viktigste er temperatur, trykk og geologisk tid. La oss vurdere innflytelsen av disse tre faktorene mer detaljert. Den dominerende rollen i katageneseprosessen antas å bli spilt av temperatur, noe som forklares av temperaturens rolle i kjemiske prosesser. Dette bekreftes av noen praktiske og eksperimentelle data [GM Parparova, 1990; 136]. Temperaturens viktigste rolle gjenspeiler Hilts regel. Essensen av det ligger i det faktum at i kullbassenger, med økende dybde, er kull flyktige og beriket med karbon, dvs. forkullet.

Kildene til varme under katagenese kan kalles energien som frigjøres under radioaktivt forfall, magmatiske prosesser, tektoniske prosesser, samt en generell økning i temperatur under senking av lag i prosessen med regional metamorfisme. Under magmatiske prosesser oppstår en lokal intens termisk effekt, der geo-temperaturregimet i et bestemt område av jordskorpen endres betydelig. Den termiske effekten under tektoniske prosesser er også lokal, men svakt uttrykt, fordi manifesterer seg bare under forutsetning av et raskt forløp av selve prosessen, og i fravær av intensiv varmefjerning fra ildstedet.

Spørsmålet om de faktiske spesifikke temperaturverdiene under katageneseprosessen og kulldannelsen er fortsatt kontroversielt.

Problemet kompliseres av mangelen på direkte metoder for å bestemme paleotemperaturer, som et resultat av at alle vurderinger om dem utelukkende er basert på indirekte data og forskningsmetoder. Forskere er forskjellige i deres vurdering av reelle temperaturer. Tidligere ble det antatt at temperaturen skulle være høy: for bituminøse kull 300-350 ° C, for antrasitter 500-550 ° C. I virkeligheten er disse temperaturene imidlertid merkbart lavere enn man antok på grunnlag av modellering og eksperimentelle data. Alle kull ble dannet på en dybde som ikke overstiger 10 km, og temperaturen som fulgte med denne prosessen, oversteg ikke 200-250 ° C, noe som også er bekreftet av studier i brønner boret i USA, her overstiger temperaturområdet på en dybde på 5-6 km ikke 120- 150? C.

Nå, ifølge resultatene av å studere sonene for kontaktendring av bergarter nær magmakammeret, så vel som ifølge noen andre data, kan vi si at temperaturen i denne prosessen varierer fra 90 til 350 ° C. Maksimumstemperaturen oppnås ved maksimal innsynkning av lagene; det er i denne perioden den maksimale katagenesen av OM forekommer.

Trykk, sammen med temperatur, regnes som den viktigste faktoren i endringen i OM under katagenese. Det er forskjellige kontroversielle meninger om pressens rolle i katageneseprosessen. Noen forskere mener at trykk er en av de viktigste faktorene i katagenese. Andre mener at press har en negativ effekt på kullingsprosessen. Så, for eksempel, antas det at trykk bidrar til komprimering av bergmateriale, og som en konsekvens, konvergensen av dets bestanddeler; dette antas å forbedre deres interaksjon og transformasjonsprosess. Dette fremgår av brudd på vitrinittanisotropi. Det er også en annen oppfatning om dette problemet, noen forskere anser ikke bare press for å være den viktigste transformasjonsfaktoren, men de medfølgende tektoniske bevegelsene av varmeutslipp og temperaturøkning.

Derfor, i de fleste tilfeller i brettede belter, under forhold med aktiv kompresjon, er graden av OM-transformasjon merkbart høyere enn i plattformssoner [Fomin AN, 1987; 98]. På den annen side ledsages prosessen med kulldannelse av rikelig gassutslipp, og som en konsekvens bør en økning i trykket forskyve likevekten til denne prosessen i motsatt retning, dvs. det viser seg at trykk spiller en negativ rolle i OM-konverteringsprosessen. Selv om vi ikke må glemme at trykk og temperatur henger sammen i en naturlig prosess. Og arten av transformasjonen av OM ved samme temperatur. Men forskjellige trykk vil være forskjellige. Så, trykk spiller en viktig rolle i OM-konverteringsprosessen, men det er selvfølgelig sekundært og ikke sammenlignbart med temperaturens rolle.

En annen faktor i prosessen med katagenetisk transformasjon er geologisk tid, dens rolle, den vanskeligste å studere, på grunn av mangelen på muligheten for direkte observasjon og studie av tidens innflytelse på katageneseprosessen. Det er forskjellige meninger fra forskere om dette problemet. Noen forskere mener at geologisk tid ikke har en signifikant effekt på OM-transformasjonsprosessen, og refererer til oppdagelsen av eldgammel, men likevel lite konvertert OM. Andre hevder at tiden kan kompensere for temperaturmangel. Dette påstanden er basert på Le Chatelier-prinsippet, som sier at en økning i temperaturen med ca. 10 grader medfører en dobling av reaksjonshastigheten. Ved å bruke denne loven hevder noen forskere at reaksjonen i lang tid kan foregå ved en vilkårlig lav temperatur i prosessen. Men det bør ikke glemmes at prosessen med koalisering er ledsaget av varmeabsorpsjon, og som en konsekvens av at reaksjonen skal fortsette, er det nødvendig å bringe systemet til en tilstand der det overvinner den nødvendige energi-aktiveringsbarrieren. Det antas at temperaturverdien som kreves for starten av OM-konverteringsprosessen er 50 ° C [Fomin AN, 1987; ett hundre]. Derfor kan tid tilsynelatende bare kompensere for temperaturen innen visse grenser.

Det er også verdt å nevne en slik faktor som den litologiske sammensetningen av bergarter som gjennomgår katagenese. Påvirkningen av denne faktoren bekreftes av eksperimentelle data. Så, for eksempel, var P.P. Timofeev den første som gjorde oppmerksom på at karboninnholdet i et glasshus jevnlig øker, og oksygeninnholdet synker i sandstein-mudstone-kullserien. Det ble også vist av G.M. Parparova at i mesozoiske sedimenter i Surgut-regionen i Vest-Sibir ble det vist at brytningsindeksene for glasslegemet i sandsteiner og siltsteiner er for det meste 00,1 - 00,2 lavere enn i gjørme og karbonholdige bergarter.

Kanskje er denne innflytelsen assosiert med bergens forskjellige evne til å varme seg opp, for eksempel er den anomalt lave katagenesen av OM på store dyp i Kaspisk bassengområde forklart av den varmeledende effekten av saltkupler, som spiller rollen som naturlige naturlige kjøleskap. Rollen til den litologiske sammensetningen er ennå ikke pålitelig etablert. Forfatterne forklarer denne usikkerheten av forskjellige årsaker, for eksempel typen planteforening, graden av gelifisering og biokjemisk endring av bergarter under katagenese. I tillegg er det bevis for at det ikke er noen sammenheng mellom den litologiske sammensetningen og indikatorene for katagenese, under lignende forhold [Fomin AN, 1987; 115]. Disse dataene gjør det mulig å forene data om endringen i de optiske egenskapene til en optisk fiber under transformasjonen.

Generelt avhenger prosessen med katagenese hovedsakelig av temperatur, i mindre grad av en rekke andre faktorer.

Ulike metoder brukes i studien av katagenese. De mest pålitelige og nøyaktige er petrografiske forskningsmetoder. Spesielt diagnostikk av katagenesetrinnet ved reflektivitet av vanlige mikrokomponenter av bergarter. Disse metodene er enkle, krever ikke komplisert utstyr, og viktigst av alt er pålitelige. I tillegg til kull petrografiske metoder brukes en rekke andre funksjoner, de er hovedsakelig basert på kjemisk sammensetning. Dette er slike indikatorer som: den elementære sammensetningen av kerogen, utbyttet av flyktige komponenter, IR-spektroskopi av bitumoider og mange andre, de er ikke så nøyaktige, men sammen kan de gi nøyaktige estimater, spesielt når det gjelder apokatagenese, siden de primære genetiske egenskapene til OM ikke lenger påvirkes her. ...

Måling av karbon-petrografiske indikatorer, fra synspunktet til rasjonaliteten til forskningsteknologien, har en rekke fordeler: du kan raskt og nøyaktig måle refleksjons- og brytningsindikatorene på et utvalg av liten størrelse, ofte utilstrekkelig for kjemisk analyse; du kan forske på mikroskopiske inneslutninger i fjellet; Som et resultat av analysen får vi parametrene ikke til et kompleks av mikrokomponenter, men til en spesifikk, noe som gjør det mulig å bruke denne metoden på alle sedimentære bassenger, siden visse mikrokomponenter er allestedsnærværende og kan tjene som en pålitelig diagnostisk indikator for stadiene av katagenese. Vitrinite er en så vanlig mikrokomponent; dens reflektivitet måles hovedsakelig. Vitrinite er også praktisk ved at det har en regelmessig endring i sine optiske egenskaper under konverteringsprosessen. Det er derfor reflektiviteten til vitrinitt tas som standard for diagnostisering av stadiene av katagenese.

KAPITTEL 2 Refleksivitet av organiske substanser

Reflektivitet av vitrinitt

Av alle mikrokomponentene i organisk materiale er vitrinitt det beste når det gjelder indikativitet når man studerer graden av katagenetisk transformasjon. Faktum er at, for pålitelig diagnostikk, er det nødvendig med en mikrokomponent, som må ha en regelmessig endring i egenskaper under konverteringsprosessen, samtidig som den må være utbredt i OM. Vitrinite oppfyller alle kravene ovenfor, i motsetning til andre mikrokomponenter av kull og DOM. Som enten smelter sammen med den totale organiske massen av kull som allerede er i de midterste stadiene av katagenesen (leupinitt), eller svakt og ujevnt svarer på endringer i miljøparametere (fusinitt). Og bare vitrinitt endrer egenskapene naturlig gradvis og er veldig lett å diagnostisere.

Det er på grunnlag av reflektiviteten til vitrinitt at de fleste skalaene for å bestemme graden av katagenese er bygget. I tillegg til det brukes andre mikrokomponenter av DOM, men i mindre grad. Metoden er basert på regelmessigheten av økningen i lysstyrke i katageneseprosessen. Dette kan lett sees visuelt hvis vi vurderer endringen i glansen av kullene i løpet av endringen. Det kreves ingen spesielle instrumenter for å legge merke til at glansen av antrasitt, for eksempel, er mye høyere enn for brunkull. Reflektivitet er nært knyttet til den indre strukturen til et stoff, nemlig graden av pakking av partikler i et stoff. På dette avhenger det bare. Selvfølgelig blir studien av graden av katagenese når det gjelder reflektivitet utført ved hjelp av spesialutstyr, for eksempel består en POS-I-enhet av et polariserende mikroskop, et optisk vedlegg, et fotomultiplikatorrør (PMT) og en opptaksenhet. Studien sammenligner fotostrømmer forårsaket av lyset som reflekteres fra overflaten av prøven og referansen.

Så, vitrinitt, eller rettere dens reflektivitet, ble tatt som en standard under forskning. Det måles ved hjelp av forskjellige fotometre og standarder i luft og i et nedsenkningsmedium med strengt vinkelrett forekomst av lys på en godt polert prøveoverflate. Målinger utføres bare i et smalt bølgelengdeområde: fra 525 til 552 nm. Denne begrensningen skyldes de tekniske egenskapene til enheten. En bølgelengde på 546,1 nm tas som standard, men små svingninger rundt denne verdien har praktisk talt ingen merkbar effekt på måleverdien. Prøven er festet på mikroskopstadiet og stopper slik at overflaten er vinkelrett på aksen til det optiske festet. Som nevnt ovenfor måler vi intensiteten til det reflekterte lyset vekselvis fra prøven og referansen ved hjelp av en fotomultiplikator. Per definisjon er reflektivitet evnen til å reflektere en del av lyset som hender på en overflate. Hvis vi oversetter dette til et numerisk språk, er dette forholdet mellom reflektert lys og innfallende lys.

Hva kan skrives som:

Der I1 er intensiteten til det reflekterte lyset og I2 er intensiteten til det innfallende lyset. I praksis, når du foretar målinger, brukes formelen

Her er R ønsket reflektans, d er instrumentavlesningene når man måler teststoffet, og R1 er henholdsvis reflektansen til standarden og d1 er instrumentavlesningene når standarden måles. Hvis du setter mottakerenheten til null for referansen, blir formelen forenklet til R \u003d d.

I tillegg til vitrinitt, brukes også andre OM-mikrokomponenter til målinger. Noen av dem har egenskapen til reflektivitetsanisotropi. Tre måleparametere brukes ofte: Rmax Rmin Rcp. Økningen i vitrinittanisotropi under katagenese er hovedsakelig assosiert med prosessen med gradvis ordning av aromatiske humusmiceller assosiert med en økning i trykk med økende nedsenkningsdybde. Målinger i tilfelle en anisotrop prøve er ikke forskjellig i begrepet fra måling av en homogen prøve, men det er tatt flere målinger. I dette tilfellet roterer mikroskopstadiet 360? med intervaller på 90? To posisjoner med høyest refleksjon og to med lavest reflektans oppdages alltid. Vinkelen mellom hver av dem er 180 °. Målinger er tatt for flere bergarter og gjennomsnittet beregnes senere. Som det aritmetiske gjennomsnittet av gjennomsnittet av maksimums- og minimumsmåling:

Du kan umiddelbart bestemme gjennomsnittet ved å velge en rotasjonsvinkel på 45? fra maksimums- eller minimumsverdien, men denne målingen er bare korrekt når man studerer en svakt konvertert OM.

Når du forsker, oppstår det flere teknologirelaterte problemer. For eksempel, hvis vi har en stein med et lavt innhold av organisk materiale, er det behov for spesiell bearbeiding av prøven og transformasjonen til form av konsentrerte polerte seksjoner-briketter. Men i ferd med å skaffe kraftfôr gjennomgår det opprinnelige organiske stoffet kjemisk behandling, noe som ikke kan påvirke stoffets optiske egenskaper. I tillegg går informasjon om strukturen til det organiske materialet i fjellet tapt. Målingene kan forvrenges av det faktum at teknologien i forberedelsesprosessen ikke er standardisert og at beredskapen til prøven vanligvis blir bestemt visuelt. De fysiske egenskapene til bergarter, som sterk mineralisering eller sprøhet av kull, er også problematiske. I så fall er det nødvendig å studere reflektiviteten på overflaten som ble oppnådd. Hvis stedet er valgt riktig, har de omkringliggende feilene praktisk talt ingen effekt på målingene. Men de grunnleggende kvantitative verdiene av feil påvirker praktisk talt ikke bestemmelsen av catagenesestadiet.

Prøver studeres, vanligvis under normale luftforhold, det er enkelt, raskt. Men hvis du trenger en detaljert undersøkelse med høy forstørrelse, bruk nedsenkningsmedier, vanligvis sedertreolje. Begge målene er korrekte, og hver av dem brukes, men hver i sitt spesifikke tilfelle. Fordelene med målinger i et nedsenkningsmedium er at de tillater studiet av partikler med en liten dimensjon, i tillegg økes skarpheten, noe som gjør det mulig å diagnostisere graden av katagenese mer detaljert.

En ytterligere vanskelighetsgrad ved forskning er diagnosen mikrokomponenter av OM, siden de vanligvis oppdages i overført lys. Mens reflektiviteten åpenbart gjenspeiles. Derfor. Vanligvis kombineres to metoder i forskningsprosessen. Det vil si at overført og reflektert lys brukes vekselvis for å studere det samme fragmentet av DOM. Til dette brukes vanligvis dobbeltsidige polerte seksjoner. I dem, etter å ha sett og bestemt mikrokomponenten i overført lys, blir lyset slått og målingene blir tatt i reflektert lys.

Vitrinitt kan ikke bare brukes til å bestemme graden av transformasjon av organisk materiale, men også for å bestemme dets forhold til fjellet. I syngenetisk vitrinitt er formen på fragmentene vanligvis langstrakt, partiklene er plassert parallelt med sengeplanene og har vanligvis en cellulær struktur. Hvis vi har å gjøre med vitrinittpartikler med avrundet, avrundet form, er dette mest sannsynlig et stoff som blir deponert på nytt.

Reflektivitet av andre OM-mikrokomponenter

Utvilsomt er vitrinitt det mest praktiske for å bestemme graden av katagenese av mikrokomponenter av OM, men det er ikke alltid mulig å oppdage det i fjellet, og det er ikke alltid godt bevart. I dette tilfellet studeres andre mikrokomponenter av kull for å studere stadiene av katatgenese, for eksempel semivitrinitt SVt, semifusinite F1, fusinite F3, leuptinite L. Data fra studiene av disse komponentene har allerede samlet skalaer av katagenese. De gjør det mulig å bruke resultatene oppnådd i studiet av semivitrinitt, semifusinitt og fusinitt for diagnostisering av trinn. Nøyaktigheten av bestemmelsen er begrenset av scenen på grunn av ulineariteten til endringer i de optiske egenskapene til disse mikrokomponentene. Ikke-linearitet er karakteristisk for de første stadiene av transformasjon, som er forbundet med de primære genetiske egenskapene til OM. I de senere stadiene øker reflektiviteten til alle mikrokomponenter jevnt.

Noen forskere har forsøkt å bruke reflektivitet for å bestemme transformasjonen av OM. Det er sant at det bare gjelder i et smalt intervall, begrensningen er forbundet med problemet med å diagnostisere selve leupinitten. Dens reflektivitet varierer fra 0,04% R? på trinn B opp til 5,5% R? på antrasittstadiet. Den generelle karakteren av mønsteret med endringer i reflektivitet er lik vitrinitt, men skiller seg fra sistnevnte i absolutte verdier.

Metoder for å bestemme graden av OM-transformasjon med humisk mikrokomponent ble vurdert ovenfor, og denne metoden kan brukes på oljekildeavsetninger hvis de inneholder rester av høyere jordbasert vegetasjon. Situasjonen er ofte en annen, og fjellet inneholder bare sapropel OM-varianter. Så oppstår spørsmålet om det er mulig å diagnostisere stadiene av katagenese ved bruk av visse komponenter i sapropel OM. Noen forskere bruker mye brytningsindeks for kolloalginitt, colochitinite, pseudovitrinite og noen andre rester av marine sedimenter [Fomin AN, 1987; 121]. Men samtidig er det nødvendig å bruke kerogenkonsentrater, som ikke bare kan påvirke stoffets egenskaper. Mye mer nøyaktige er indikatorene for tek av OM-mikrokomponenter, som har en regelmessig karakter av endringer i egenskaper under transformasjonsprosessen, og som kan studeres i polerte seksjoner - håndprøver, uten å endre naturen til OM i fjellet. I tillegg er pseudovitrinitt allestedsnærværende i kildebergarter, noe som gjør det mulig å forene skalaen.

Oppførselen til pseudovitrinitt ble studert på grunnlag av prøver som inneholdt både humiske og sapropel komponenter av OM, og en regelmessighet i endringen i reflektivitet ble avledet. Det viste seg at i hele området av katageneseskalaen, er reflektiviteten til pseudovitrinitt lavere enn for vitrinitt. På senere stadier er det en avmatning i veksthastigheten for reflektivitet i pseudovitrinitt, mens in vitrinitt tvert imot øker vekstratene [Fomin AN, 1987; 123].

I tillegg til alle ovennevnte mikrokomponenter av DOM, er organiske inneslutninger av bituminitt ofte funnet i sedimentære lag. Bituminitt forekommer i porene, sprekker og langs periferien av hulrom. Det opprinnelige materialet for det var flytende eller plastiske naftider, som vandret og ble værende i fjellet. Senere ble de forvandlet med den, ble utsatt for trykk, temperatur, herdet og ble solide. Etter egenskapene til bituminitt, kan man bedømme graden av transformasjon av fjellet etter migrasjon. Men det må tas i betraktning at HC-migrering er en langsiktig prosess, og som et resultat kan man støte på en situasjon med dataavvik i ett utvalg. Det finnes flere typer bituinitt: diabituminitt, katabituminitt og metabituminitt.

KAPITTEL 3 Brytningsindeks for OM-mikrokomponenter

I tillegg til reflektivitet er en parameter som brytningsindeksen mye brukt i forskningspraksis. Brytningsindeksen tjener som et tegn på sekundære endringer i molekylstrukturen til OM-mikrokomponentene under katagenese. Og som en konsekvens, ved å måle brytningsindeksen til visse mikrokomponenter, er det mulig å diagnostisere med tilstrekkelig nøyaktighet graden av transformasjon av et gitt sediment som inneholder OM. Den mest gradvise endringen i brytningsindeksen skjer i vitrinitt; for det er det blitt tegnet en brytningsindeksskala for hele katagenesen. Andre mikrokomponenter brukes også, men i mindre grad.

Nøyaktigheten av metoden er gitt av en slik egenskap av organisk materiale som gjennomsiktighet. Så for eksempel bestemmes graden av transformasjon i trinn B-T nøyaktig når OM er gjennomsiktig i overført lys. Brytningsindeksen kan selvfølgelig også brukes til å studere OM av antrasittstadiet, selv om det oppstår et problem i diagnostikken til mikrokomponenter, siden de optiske egenskapene til mikrokomponenter i et høyt konverteringstrinn merkbart konvergerer. Intervallet for muligheten for å bestemme den optiske parameteren avhenger av væsken som brukes, for eksempel når du bruker konvensjonelle nedsenningsvæsker, er det mulig å bestemme trinnene B og D. Når du bruker høyt brytende nedsenningsvæsker, er det mulig å diagnostisere trinn B - A inklusive. Hvis vi bruker legeringer av arsenjodider, antimon med piperin, er det mulig å bestemme trinnene G - T.

Målingene utføres på finmalte prøvebiter. Det oppnås ved enkel mekanisk ekstraksjon fra fjellet med påfølgende sliping, eller ved kjemisk ekstraksjon.

Studien er utført på en måte som ligner måling av refleksjon, det vil si den komparative metoden. For å gjøre dette plasseres flere karbonholdige partikler på et objektglass og fordeles jevnt over glassområdet slik at partiklene ikke berører eller overlapper hverandre. og på toppen er det dekket med et annet glass. En væske med forventet brytningsindeks for prøven plasseres i hulrommet mellom glassene. Hvis den visuelle identifikasjonen ikke er sikker, anbefales det å tilberede flere preparater med forskjellige væsker.

For å bestemme høye transformasjonsgrader brukes legeringer; for fremstilling av preparater er det nødvendig å smelte stoffet og plassere partiklene i stoffet i den resulterende smelten. Definisjonen i seg selv er lik definisjonen i nedsenkningsvæsker. Det er basert på et slikt fenomen som Beckes stripe, det er en tynn lys kant rundt det studerte preparatet, det vises ved grensen til to medier med forskjellige brytningsindekser. For å utføre målingen er det nødvendig å justere skarpheten til mikroskopet og finne Becke-stripen, og deretter flytte mikroskoprøret til side jevnt, stripen vil bevege seg mot mediet med høyere brytningsindeks. Hvis stripen beveger seg bort fra prøven, har den en høyere brytningsindeks, og omvendt. Så når man vekselvis sammenligner brytningsindeksen til prøven med indeksene for kjente væsker, er det mulig å oppnå fullstendig forsvinning av strimmelen, så kan vi si at brytningsindeksen er lik referansen.

KAPITTEL 4. Visuell diagnostikk av stadiene av katagenese

For en mer kvalitativ og rask vurdering av catagenesestadiet, er det nødvendig å foreta en kvalitativ tilnærmet vurdering av transformasjonen av OM før en kvantitativ nøyaktig vurdering. Dette utføres vanligvis av visuelle tegn, for eksempel farge i overført og reflektert lys, bevaring av den anatomiske strukturen, lettelse, samt farge og intensitet av glød i ultrafiolette stråler. Til tross for bevaring av egenskapene til det originale plantematerialet til mikrokomponenter, endrer hver av dem under karbonisering sine optiske, kjemiske og fysiske egenskaper. Men dette skjer i forskjellige hastigheter, noen reagerer veldig sterkt. Derfor, for visuell diagnostikk, er det nødvendig å bruke hovedsakelig lipoidkomponenter, som er veldig følsomme for endringer i miljøforhold. Dette påvirker fargen deres sterkt, og som et resultat kan man bedømme graden av transformasjon etter fargen på mikrokomponenter.

Ulike parametere for mikrokomponenter reagerer forskjellig på transformasjonsprosessen, for eksempel går den anatomiske strukturen til mikrokomponenter gradvis tapt. På trinn B - F er den tydelig, og senere falmer den gradvis ut. Samtidig, i prosessen med å øke stadium av katagenese, vokser lindringen av mikrokomponenter. I løpet av katagenesen øker også anisotropi av mikrokomponenter. Generelt øker anisotropien til noen mikrokomponenter under konverteringsprosessen. Anisotropi, generelt, er egenskapen til noen stoffer å ha forskjellige verdier av noen egenskaper i forskjellige retninger, krystallografisk, eller bare relatert til strukturen til et stoff, dette manifesteres primært i fargen på et stoff. Fargen endres avhengig av svingningsretningen til det polariserte lyset som passerer gjennom stoffet. Dette fenomenet kalles pleokroisme. Det observeres i overført lys i en nikole. Når reflektert lys brukes, viser anisotropien til prøven seg i sin polarisering.

For hvert trinn av OM-transformasjon er det et visst sett med visuelle tegn, og de kan brukes til ganske enkelt å diagnostisere stadiene av katagenese. La oss vurdere dem nærmere.

Trinn B er preget av det faktum at lipoidkomponentene i en nikol er nesten hvite, med en lett gulaktig skjær. Vitrinite er oransjerød eller brun med en rød fargetone, med tørkesprekker og en godt bevart struktur, der det er mulig å bestemme et stoffs tilhørighet til en bestemt type plantevev. I kryssede nikoler er lipoidkomponentene praktisk talt homogene eller gir svak clearing. Individuelle partikler er praktisk talt uordnede, sporene er svakt flatede. I reflektert lys er vitrinitt grå, leupinitt har brungrå toner; sporene er tydelig synlige og omgitt av en karakteristisk kant.

Trinn D er preget av høy grad av orden i ordningen av planterester. Leiptinitt er lysegult, anisotropisk. Gelifiserte komponenter skiller seg lett ut, deres farge endres fra rød-gul til brun-rød. På dette stadiet begynner OM anisotropi å manifestere seg i strukturelle vitrinitter, vevsanisotropi vises. Ofte i kryssede nikoler kan man spore strukturen i vevene til den opprinnelige substansen. Hvis prøvene blir observert i reflektert lys, er OM generelt isotropisk; med en nikol er dens sammensetning og struktur tydelig å skille mellom. Cutinite er brungrå og godt synlig. Vitrinite har grå toner av varierende intensitet.

På trinn D øker rekkefølgen, orienteringen av mikrokomponenter er parallell med sengetøyet. Komponenter med en vevsstruktur, en nettstruktur er godt å skille mellom. Den viktigste diagnostiske funksjonen er fargen på sporekonvoluttene. På dette grunnlag er det mulig å dele dette trinnet i delstrinn. På nettstrøm G1 er de gylden gule og sjeldnere strågule, ved G2 er de gule, ved G3 er de mørkegule. Vitrinite er preget av en rødgul farge. I reflektert lys er Leiptinite brungrå eller grå, sporer er preget, vitrinitt er grå.

Trinn G er preget av den oransje fargen på sporene i både overført og reflektert lys. I henhold til nyanser av oransje farge kan trinn G deles inn i tre delstrinn: G1 er preget av en gul fargetone, på G2 er de oransje og mørk oransje, på G3 med en rødlig fargetone. I reflektert lys er sporene preget av beige-grå \u200b\u200btoner på trinn G1, sandgrå på trinn L2 og lysegrå på trinn G3.

I trinn K skilles det mellom to delstrinn K1 og K2. På K1-scenen har leiptinitt en rødlig tone i overført lys, mens den i reflektert lys er gråhvit. På K2-undergrunnen, under overført lys, er det bare synlige brune fragmenter av sporinitt eller kutinitt. Strukturen til det gelerte stoffet er generelt monolitisk uten en klar manifestasjon av strukturen til det opprinnelige stoffet.

Når det gjelder kvantitative indikatorer, er OS-scenen delt inn i to delstrinn: OS1 og OS2, men de kan praktisk talt ikke skilles fra petrografiske trekk. I den totale massen er det mulig å skille mellom individuelle rester av kutinitt eller sporer. Alle detaljer i OM-strukturen er tydelig synlige, hovedsakelig i overført lys. Med kryssede nikoler er en sekundær, noen ganger primær struktur av forskjellige typer vitrinitt tydelig synlig.

Stage T, så vel som OS, er delt inn i to understasjoner. På trinn T er sjeldne lipoidkomponenter med en brunaktig farge synlige. En tydelig pleokroisme observeres, noe som er mer merkbar ved T2-undergrunnen enn på T3-undergrunnen. I den organiske massen observeres bare enkle lysstreker og trådlignende utklipp.

På PA-stadiet i tynne tynne seksjoner med en nikol, er de gelerte komponentene rødbrune, brune, sjeldnere svarte. Leiptinitt har en litt brunaktig tone. Sporinitt og kutinitt i kryssede nikoler er rosa-gule. Den mest anisotrope er fragmenter av vitrinitt og noen formasjoner av hvit farge, som ligner leupinitt i form. På trinn A, i tynne polerte seksjoner, skinner organisk materiale bare stedvis. I reflektert lys, på grunn av den distinkte anisotropien, er mange detaljer i strukturen til individuelle mikrokomponenter relativt godt å skille for både en og to nicolas. Under katagenese endres også fargen på mikrokomponenter i alginittgruppen. Dette forekommer mest naturlig i tallamoalginitt, konserverte algerester. Så for eksempel, i intervallet av stadier av katagenese fra B til F, er fargen i overført lys. Videre, med veksten av katagenese, har den en gråaktig fargetone. På trinn B har tallamoalginitt en lysegrønn-gul luminescens, sjeldnere blå. På trinn D og D svekkes intensiteten merkbart, og i trinn G registreres ikke lenger. I reflektert lys endres fargen på thallamoalginitt fra mørk i de innledende stadiene av katagenese til gråhvit i antrasitter.

Generelt reagerer lipoidkomponenter tydeligst på endringer i temperatur og trykkforhold. Fargen på gelerte og alge komponenter er et veiledende tegn for meg. I prosessen med katagenese. Hver av mikrokomponentene forblir individuelle og beholder visse egenskaper. Men de fysiske egenskapene og andre egenskaper gjennomgår betydelige endringer. Den generelle rekkefølgen av endringer i petrografiske indikatorer er vist i tabell 1.