<<
>>

24.3. Влияние различных факторов на электрофизические свойства ТГИ

Характерной особенностью электрофизических свойств ТГИ является их зависимость от степени метаморфизма, которая объясняется происходящими структурными изменениями с углеродной составляющей.

Кроме того, электрические свойства ТГИ зависят от влажности, петрографического состава, содержания минеральных примесей и других факторов.

Установлено, что торфы, бурые угли, каменные угли средней степени углефикации по своим электрическим свойствам можно отнести к полупроводникам. Угли высшей степени углефикации и антрациты по своим свойствам приближаются к проводникам.

Значения удельного электрического сопротивления для углей различной степени углефикации представлены на графике [26], который условно можно разделить на три области (рис. 24.2.).

Для бурых углей удельное электрическое сопротивление имеет большую абсолютную величину и увеличивается с ростом химической зрелости углей. В средней части графика значение ρ экстремально и несколько снижается для углей более высокой степени углефикации. Переход от тощих углей к антрацитам сопровождается резким снижением удельного электрического сопротивления, наблюдаемым в третьей области графика.

Рисунок 24.2. Зависимость удельного электрического сопротивления ρ, Ом?м клареновых углей от степени углефикации

Природа повышенной электропроводности углей низшей и высшей степени углефикации различна. Более низкие значения удельного электрического сопротивления у бурых углей, длиннопламенных и газовых углей объясняется наличием кислородных мостиков в их органическом веществе. По мере перехода к углям средней степени углефикации кислород выделяется в виде двуокиси углерода и воды. Резкое увеличение электропроводности при переходе от каменных углей к антрацитам может быть объяснено увеличением размеров, относительного содержания углеродных сеток по сравнению с боковыми цепями.

Делокализация и увеличение подвижности электронов в системах двойных сопряженных связей углерода, являющиеся результатом молекулярно-структурных изменений на данной стадии метаморфизма, подтверждаются появлением металлического блеска и значительным увеличением отражательной способности.

Электрическая проводимость ТГИ возрастает с увеличением их влажности. Это объясняется тем, что удельное электрическое сопротивление углей в воздушно-сухом состоянии на несколько порядков выше электрического сопротивления чистой воды, не говоря уже о воде минерализованной. Эта закономерность характерна для ТГИ с большой естественной влажностью.

Удельное электрическое сопротивление торфов и бурых углей в большой степени зависит от влажности и содержания в воде растворенных ми­неральных соединений, обусловливающих ионную проводимость элек­тролитов. С увеличением влажности торфов их электрическое сопротивление уменьшается (от 104-106 для сухих торфов до 10-102 Ом?м для тор­фов с влажностью 85-95%). Электрическое сопротивление влажных бурых углей при комнатной температуре составляет 102-104 Ом?м за счёт хорошей ионной проводимости, заполняющей поры угля влаги. После высушивания бурых углей электрическое сопротивление их увеличи­вается до 107-109 Ом?м. Содержание гигроскопической влаги в каменных углях невелико. Поэтому она мало влияет на их электрическое сопротивление, которое состав­ляет 106-1010 Ом?м.

Петрографические составляющие углей имеют различное электрическое сопротивление: витрены и кларены – более 3?106 Ом?м, фюзены – 10-102 Ом?м, причём их электрическое сопротивление понижается с возра­станием степени метаморфизма углей. Прослойки витрена и фюзена (встречающиеся по напластованию в полосчатых углях) изменяют электропроводность угля на 1-3 порядка в ту или другую сторону.

Удельное электрическое сопротивление ТГИ значительно изменяется при их нагревании до разных температур.

Если не принимать во внимание незначительное увеличение электрического сопротивления торфов, бурых и высоковлажных каменных углей с повышением температуры от 50-100 до 200°С, вызываемое удалением влаги, то многочисленные иссле­дования однозначно выявляют общую закономерность, характерную для всех видов ТГИ: их удельное электрическое сопротивление резко сни­жается по мере повышения температуры, достигая минимума (10-1-10-4 Ом?м) при 950-1000°С. То есть полученные из углей коксы ста­новятся проводниками электрического тока.

Каменные угли антрациты и глинистые сланцы относятся к анизотропным породам. Особенности строения таких пород предполагают различия в их свойствах, определяемых в зависимости от направления измерения. А.А. Агроскин определил [24], что удельное электрическое сопротивление каменных углей и антрацитов, измеренное перпенди­кулярно к напластованию, всегда выше сопротивления, измеренного вдоль напластования.

Для количественной оценки этих различий используется коэффициент анизотропии l, который определяется по формуле:

l =(ρn / ρt)-0,5, (24.7)

где ρn – удельное электрическое сопротивление в направлении, перпендикулярном напластованию, Ом?м;

ρt – удельное электрическое сопротивление вдоль напластования, Ом?м.

Для каменных углей коэффициент анизотропии составляет 1,73-2,55, для антрацитов – 2,00-2,55. Высокий коэффициент анизотропии объясняется строением кристаллической решётки угля, которая закономерно ориентируется по отношению к напластованию, а также динамометаморфическими изменениями, происходящими в каменных углях после их образования.

Для полосчатых углей низкой и средней степени углефикации удельное электрическое со­противление по слою и поперёк его имеет разницу на 1,5-2 порядка. Эта разница уменьшается для более однородных по макроструктуре и наиболее метаморфизованных углей.

Диэлектрическая проницаемость углей, также как и их электропроводность, зависит от степени метаморфизма (рис.

24.3).

Рисунок 24.3. Зависимость диэлектрической проницаемости углей ε от содержания углерода

Значение диэлектрической проницаемости углей низкой стадии химической зрелости снижается с увеличением содержания углерода, имеет минимум для углей с содержанием углерода около 85% и далее резко возрастает, имея наибольшую величину у антрацитов.

Первоначальное уменьшение диэлектрической проницаемости в ряду метаморфизма объясняется снижением содержания кислорода (в полярных функцио­нальных группах) в структуре углей и исчезновением ориентационной поляризации. При содержании углерода в углях более 86-87% величина диэлектрической проницаемости возрас­тает, что объясняется повышением электропроводности углей.

На величину диэлектрической проницаемости ТГИ существенно влияет содержание влаги. Это объясняется различием значений диэлектрической проницаемости углей и воды, у которой благодаря преобладающему механизму диориентационной поляризации ε = 81. Из-за высокой чувствительности ε к содержанию воды эту электрофизическую характеристику иногда используют в качестве критерия влажности углей.

Диэлектрическая проницаемость также зависит от температуры. Нагревание углей до 500-550°С приводит к незначительному, а до 600-700°С к резкому увеличению диэлектри­ческой проницаемости за счёт приобретения углем электропроводимодимости, причем при температуре 700-800°С измерение диэлектри­ческих параметров становится уже невозможным.

Измерения тангенса диэлектрических потерь показали, что для углей Донбасса (содержа­ние углерода 80-90%) отмечается наличие явно выраженных макси­мумов в частотном ходе tgδ, свидетельствующее о дипольном характере диэлектрических потерь. В области низких частот электрического поля диэлектрические потери выше для углей с более высоким содержанием углерода, что объясняется относитель­ным снижением их удельного электрического сопротивления. В области высо­ких частот они составляют приблизительно 0,01, независимо от стадии метаморфизма угля.

<< | >>
Источник: Самойлик В.Г.. Классификация твёрдых горючих ископаемых и методы их исследований: [монография] / В.Г. Самойлик. – Харьков: Водный спектр Джи-Ем-Пи,2016. – 308 с.. 2016

Еще по теме 24.3. Влияние различных факторов на электрофизические свойства ТГИ:

  1. о влиянии РАЗЛИЧНОГО ХАРАКТЕРА ЯЗЫКОВ НА ЛИТЕРАТУРУ И ДУХОВНОЕ РАЗВИТИЕ[94]
  2. 3.3. Ограничения применения теории характерного исполнения,связанные с влиянием различных группнормообразующих факторов
  3. Раздел 1. Электрофизические свойства полупроводников
  4. Содержание
  5. 20.4. Влияние различных факторов на плотность ТГИ
  6. 22.2.5. Влияние различных факторов на механическую прочность ТГИ
  7. 23.3. Влияние различных факторов на теплофизические свойства ТГИ
  8. Глава 24. ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТГИ
  9. Электрофизические свойства ТГИ в значительной степени зависят от их состава и строения.
  10. 24.3. Влияние различных факторов на электрофизические свойства ТГИ
  11. Влияние различных факторов на чувствительность взрыва
  12. РОЛЬ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ В ФОРМИРОВАНИИ ЛИПИДНОГО СОСТАВА ЛИПОПРОТЕИДОВ РЫБ
  13. 6ЭКОЛОГО-ГИДРОЛОГИЧЕСКИИ РЕЖИМ СУГЛИНИСТЫХ и глинистых ПОДЗОЛИСТЫХ И БОЛОТНО­ПОДЗОЛИСТЫХ почв,ИХ ГЕНЕТИЧЕСКАЯ, МЕЛИОРАТИВНАЯ И АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА. ИЗМЕНЕНИЕ РЕЖИМА ПОД ВЛИЯНИЕМ . АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ
  14. ГЛАВА 4 ВАРИАНТНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ И СОБИРАТЕЛЬНЫХ ЧИСЛИТЕЛЬНЫХ: ВЛИЯНИЕ СЕМАНТИЧЕСКОГО ФАКТОРА
  15. 3.1. Оценка влияния человеческого фактора на эффективность деятельности предприятий сферы услуг
  16. Влияние основных факторов на показатели работы насоса
  17. 4.4. Определение рациональных режимов работы смесителя на основании анализа влияния основных факторов на функции отклика