ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы ТЕХНИКА ТЕРМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА Сущность термического анализа из "Термический анализ твердых топлив" В книге изложена сущность термического анализа, включающего термографию и термогравиметрию. Описаны конструкции приборов, применяемых для термического анализа. Рассмотрены методики термографических и термогравиметрических исследований твердых горючих ископаемых. На основании результатов термического анализа рассмотрен вопрос о кинетике реакций, протекающих при термической деструкции углей. Приведены данные термического анализа торфа, бурых углей, горючих сланцев и гуминовых кислот. [c.2] Бумага типографская 1, 84х 108 /я2=-3,0 бум. л. = 10,08 печ. л. (уел.) Уч. ИЗД. л. 10,33 Изд. 4895 Т-15500 Тираж 1900 экз. Заказ 1107 Цена 55 коп. [c.2] Для улучшения качества каменноугольного кокса важное значение имеет исследование структуры углей и процессов, протекающих при их термической переработке, на основе данных физико-химических методов анализа. Одним из этих методов является термический анализ, включающий термографию и термогравиметрию. [c.3] Методы термического анализа применяют для изучения твердых горючих ископаемых уже в течение 50 лет. Однако накопленный материал несистематизирован, а некоторые результаты и выводы различных исследователей носят противоречивый характер. Имеет место и необъективность при оценке полученных результатов термического анализа, а иногда и явно ошибочные гипотезы. Причиной этого являются методологические трудности и отсутствие теории термического анализа твердых горючих ископаемых. [c.3] Книга знакомит специалистов с результатами и возможностями использования термического анализа при изучении твердых горючих ископаемых, хотя не охватывает всех аспектов данного вопроса. В книге недостаточно освещена теория вопроса. [c.3] Термический анализ начали применять в конце XVIII в., когда химики разработали метод определения степени чистоты веществ ло температурам их плавления. Однако широкое распространение термический анализ получил лишь в 1878 г., когда немецкий ученый Э. Виде-ман предложил скорость охлаждения расплавленных металлов выражать в виде кривых в координатах температура — время. Этот метод анализа находил все более широкое применение по мере совершенствования приборов для измерения температур. В конце XIX в. появились приборы для автоматической записи температуры исследуемого вещества, которая фиксируется в виде кривой на светочувствительной бумаге. Очевидно, что с этого времени в термическом анализе оформилось методологическое направление — термография. Несколько позже, уже в текущем столетии, появилось новое направление в термическом анализе — термогравиметрия. [c.5] Термография изучает тепловые, а термогравиметрия— весовые изменения при протекании физико-химических процессов как в органических, так и неорганических веществах. Таким образом, первый метод термического анализа позволяет фиксировать качественные, а второй — количественные изменения. [c.5] Тепловыми эффектами сопровождается нагрев до высоких температур большинства минералов, в том числе и каолина. Из термограммы (рис. 1) видно, что равномерность повышения температуры при нагреве пробы каолина нарушается при 575 и 930° С. При 575° С подъем кривой задерживается, что свидетельствует о протекании физико-химических процессов с поглощением тепла. При 930° С, наоборот, наблюдается резкий подъем кривой, связанный с выделением тепла. Известно, что при 500— 600° С каолин теряет конституционную воду и переходит в аморфное состояние. На удаление этой воды и расходуется часть тепла. При 960° С из аморфной окиси алюминия вновь образуется кристаллическое вещество — так называемый муллит. Образование кристаллов муллита является причиной выделения тепла. [c.6] При нагревании смеси минералов тепловые эффекты, связанные с физико-химическими превращениями отдельных компонентов, проявляются независимо друг от друга, о чем свидетельствует кривая повышения температуры вещества. По характерным точкам можно судить о содержании в смеси тех или иных компонентов. [c.7] Развитие термографии в некоторой степени стимулировалось развитием силикатной промышленности. Применение термографического метода для изучения минералов является очень эффективным так как этот метод позволяет быстро определить их состав. [c.7] Применение термографии до изучения термической деструкции твердых горючих ископаемых насчитывает полувековую историю. Однако этот метод анализа в настоящее время применяют лишь немногие лаборатории, занимающиеся исследованиями твердых топлив. На данном этапе своего развития термография позволяет дать только качественное описание процесса деструкции твердых горючих ископаемых. Причиной этого является как несовершенство методик термографического анализа и отсутствие стандартных условий эксперимента, так и сложность процесса. [c.7] Следующим этапом в развитии термографии было внедрение дифференциальной записи. Автоматический прибор, при помощи которого была осуществлена дифференциальная запись температур, был сконструирован Робертсом-Аустеном [2], а затем усовершенствован Жоржем Шарли [3]. Наиболее удачный из этих приборов был сконструирован русским ученым Н. С. Курнаковым [4]. Этот прибор с некоторыми усовершенствованиями используют и в настоящее время. [c.8] При этом горячий спай комбинированной термопары, измеряющий температуру, необходимо помещать в исследуемый образец, а не в эталон. Дифференциальная запись тепловых эффектов осуществляется в координатах разность температур — время или разность температур— температура. Оба способа записи тепловых эффектов имеют свои преимущества и недостатки. Например, запись эффектов в координатах разность температур (А () — температура является более простой по сравнению с первым способом, поскольку не нужна точная синхронизация скорости вращения барабана с фотобумагой и скорости повышения температуры. При несоблюдении последнего условия вообще невозможно установить к какому интервалу температур относится тот или иной тепловой эффект. При такой записи эффектов э. д. с., развиваемая термопарой, головка которой помещена в испытуемый образец, подается непосредственно на регулятор скорости повышения температуры испытуемого образца, что приводит к изменению равномерности нагрева печи и эталона. В связи с этим тепловые эффекты могут искажаться. В качестве температуры нагреваемой среды принимают обычно температуру индифферентного вещества. В случае отсутствия тепловых эффектов и равенства термических коэффициентов (температуропроводность, теплопроводность, теплоемкость) температуры спаев обеих термопар будут одинаковы, а следовательно, термотоки уравняются и стрелка гальванометра отклоняться не будет. Термограмма, изображаемая в координатах разность температур — время, при такой записи представляла бы горизонтальную прямую. Если будет иметь место экзотермический эффект, прямая отклонится вверх от оси абсцисс, если эндотермический эффект — вниз к оси абсцисс. [c.9] На рис. 4 приведены термограммы каолина различных месторождений [6]. Если при простой записи температур (см. рис. 1) на кривой нагрева имеются два незначительных скачка температуры, то при дифференциальной записи скачки проявляются очень резко. [c.9] Дифференциальный метод записи требует очень большой тонкости эксперимента. Главное внимание следует обращать на условия нагрева тиглей, в которые помещаются испытуемое и индифферентное вещества. Условия их нагрева должны быть совершенно одинаковыми. Для этого лучше вместо двух тиглей применять один двухкамерный тигель. Его необходимо устанавливать точно по центру печи. Спаи термопар должны находиться строго в центре загрузки. Однако Л. Г. Берг [7] не рекомендует применять двухкамерные тигли. В большинстве случаев как в отечественной, так и зарубежной практике применяют два одинаковых кварцевых, фарфоровых либо платиновых тигля. [c.10] Термогравиметрия наряду с термографией является также одним из главных видов термического анализа [9—11]. Применение ее основано на том, что в некоторых веществах при нагревании протекают химические реакции (в том числе и термическая деструкция твердых горючих ископаемых), сопровождающиеся выделением летучих веществ. Выделение последних приводит к потере массы исследуемого образца, который фиксируется путем взвешивания при помощи чувствительных весов. Отсчет ведут как визуально, так и на светочувствительной бумаге при помощи светового луча или каким-либо другим способом. [c.11] Результаты термогравиметрического анализа можно выражать в виде кривой в координатах масса — температура (рис. 6, а), либо в координатах скорость потери массы — температура (рис. 6,6). В первом случае кривую называют интегральной, во втором — дифференциальной. Дифференциальная кривая потери массы вещества дает возможность проследить динамику выделения летучих веществ, что имеет существенное значение при расшифровке химических процессов, происходящих в топливах, и установлении закономерностей изменения некоторых их свойств. [c.11] Вернуться к основной статье