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Il mistero dell'umidità: perché l'umidità nel carbone è così importante per la sua qualità?
Con la crescente domanda di energia odierna, il carbone è un combustibile importante e la sua valutazione della qualità riceve sempre più attenzione. L’umidità nel carbone, sia che si tratti di analisi dettagliate o di fattori chiave che influiscono sulla qualità del carbone, è diventata sempre più una questione a cui l’industria e il mondo accademico prestano attenzione.
Le tecniche di analisi del carbone sono progettate specificamente per misurare le proprietà fisiche e chimiche specifiche del carbone. Questi metodi vengono utilizzati principalmente per valutare l'idoneità del carbone per la cokeria, la produzione di energia o la fusione.
Proprietà chimiche del carbone
Il carbone è diviso in quattro tipi o gradi principali: lignite, carbone bituminoso, antracite e grafite. Ogni tipo di carbone ha parametri fisici diversi, controllati principalmente dall'umidità, dalla materia volatile e dal contenuto di carbonio.
Umidità
L'umidità è una caratteristica importante del carbone e tutti i carboni contengono umidità quando vengono estratti. L'acqua sotterranea e altra umidità esterna sono chiamate umidità aggiuntiva e possono facilmente evaporare. L'umidità contenuta nel carbone stesso è chiamata umidità intrinseca e solitamente richiede un'analisi quantitativa.
L'umidità può esistere nel carbone in quattro forme: acqua superficiale, acqua igroscopica, acqua decomposta e acqua minerale.
L'analisi dell'umidità della massa viene solitamente eseguita confrontando la perdita di massa dei campioni non trattati e analizzati. Gli scienziati possono misurare efficacemente il contenuto di umidità riscaldando campioni di carbone ed essiccandoli in un'atmosfera di azoto a 150°C o in aria a 100-105°C.
Sostanze volatili
Le sostanze volatili si riferiscono ai componenti del carbone rilasciati in condizioni prive di aria ad alte temperature, solitamente inclusi idrocarburi a catena corta e lunga, idrocarburi aromatici e alcuni solfuri. L'importanza della misurazione dei volatili risiede nella sua capacità di valutare il potenziale energetico del carbone e il suo utilizzo nel carbone attivo.
Cenere
La cenere è il residuo non combustibile rimasto dopo la combustione del carbone e rappresenta la quantità totale di minerali dopo la combustione. L'analisi del contenuto di ceneri del carbone è relativamente semplice. Dopo che il carbone è stato completamente bruciato, il contenuto di ceneri prodotto viene espresso come percentuale rispetto al peso originale, che è anche uno degli indicatori importanti della qualità del carbone.
Carbonio fisso
Il carbonio fisso si riferisce al carbonio che rimane nel carbone dopo essere stato trasportato da sostanze volatili. Il contenuto fisso di carbonio viene spesso utilizzato per stimare la quantità di materiale che produce coke da un campione di carbone e viene misurato rimuovendo la massa volatile dalla massa totale del campione di carbone.
Proprietà fisiche e meccaniche
Densità relativa
La densità relativa del carbone dipende dal grado del carbone e dal grado di impurità minerali, e la conoscenza della densità di ciascun carbone è necessaria per determinare le proprietà di complessi e miscele. La densità viene generalmente misurata dalla perdita di peso di un campione in acqua.
Distribuzione dimensionale delle particelle
La distribuzione granulometrica del carbone dipende dal grado del carbone, che influisce sulla fragilità del carbone, nonché sui processi di manipolazione, frantumazione e macinazione a cui è sottoposto. Queste informazioni devono essere conosciute prima dell'estrazione per poter utilizzare il carbone nella dimensione appropriata nei forni e nei coker.
Test di flottazione-stabilimento
Il test di sedimentazione per flottazione è un'analisi delle particelle di carbone e dei giacimenti di carbone. Utilizza un liquido per assorbire le particelle ad alto contenuto di ceneri per aumentare il prezzo di vendita e il contenuto energetico del carbone. Questo test può aiutare a determinare la dimensione ottimale delle particelle per il lavaggio e la densità del bagno di lavaggio richiesta.
Test di combustione speciale
Energia specifica
L'energia specifica può essere determinata da un calorimetro a bomba, che misura la produzione di energia della combustione completa del carbone, in particolare del carbone utilizzato per la generazione di vapore.
Test del punto di fusione delle ceneri
Il comportamento alla fusione delle ceneri di carbone è un fattore chiave nella scelta del carbone, soprattutto nelle applicazioni di generazione di energia a vapore. Un punto di fusione eccessivamente alto causerà l'agglomerazione di coke e ceneri nel forno, il che richiede una pulizia regolare. La temperatura di fusione viene solitamente testata osservando i cambiamenti di forma della cenere fusa in un forno ad alta temperatura.
Indice di espansione libera
Il test dell'indice di espansione libera è il test più semplice per valutare l'idoneità del carbone per la produzione di coke. Dopo essere stato aggiunto ad un crogiolo standardizzato per la combustione, la forma della sezione trasversale del panello di coke ottenuto viene valutata confrontandola con la sezione trasversale standard.
Classificazione del grado del carbone
Gli standard internazionali classificano il carbone in base al grado. All'aumentare del grado, il contenuto di carbonio del carbone aumenta. Il sistema ASTM classifica il carbone con oltre il 69% di carbonio fisso in base al contenuto di carbonio e sostanze volatili.
Il contenuto di umidità del carbone non influisce solo sulla produzione energetica del carbone, ma influisce anche sulla sua competitività sul mercato.
Di fronte alle sfide della transizione energetica globale e della protezione ambientale, come si dovrebbe combinare la gestione dell'umidità nel carbone con le nuove tecnologie per ottenere i migliori benefici ambientali ed economici?
