Gradul A (antracit).
Antraciții combină cărbunele cu o reflectanță a vitrinitei de mai mult de 2,59%, cu un randament de materie volatilă mai mică de 8%, antraciții includ și cărbunii cu o reflectanță a vitrinitului de 2,2 până la 2,59%. Cea mai mare parte a antracitului este folosită în scopuri energetice. Clasele medii și mari ale acestora servesc drept combustibil fără fum în sectorul casnic. O parte din antracit este direcționată către producția de termoantracit, care, la rândul său, este utilizat ca umplutură principală de carbon în fabricarea blocurilor catodice pentru electrolizatoare din industria aluminiului. Antracitul este, de asemenea, utilizat pentru producerea de carbură de siliciu și carbură de aluminiu.

Mark D (flacără lungă).
Cărbune cu flacără lungă sunt cărbuni cu o reflectanță a vitrinitei de la 0,4 la 0,79% cu un randament în materie volatilă de peste 28-30% cu un reziduu nevolatil pulverulent sau ușor aglomerat. Cărbunii cu flacără lungă nu se sinterizează și sunt clasificați ca cărbuni termici. Direcțiile de utilizare a acestor cărbuni sunt energia și combustibilii municipali, prin urmare, caracteristica lor cea mai semnificativă este căldura de ardere. Când treceți la următoarea marcă a DG valoare calorica cărbunele crește semnificativ. Studiile au arătat că cărbunele cu flacără lungă cu un conținut scăzut de cenușă poate servi ca materie primă bună pentru producerea de combustibili lichizi sintetici și produse chimice, producerea de cocs turnat și absorbanți sferici și la temperatură scăzută (până la 700 de grade) cocsificabil.

Marca DG (gaz cu flacără lungă).
Cărbunii gazos cu flacără lungă sunt cărbuni cu o reflectanță a vitrinitei de 0,4 până la 0,79%, cu un randament în materie volatilă de peste 28-30%, cu un reziduu nevolatil sub formă de pulbere sau ușor aglomerat. Acești cărbuni sunt de tranziție între cărbunii de gradele D și G. Ei diferă de cărbunii cu flacără lungă în prezența sinterizării (grosimea stratului de plastic este de 6-9 mm, iar de la cărbunii de gaz cu proprietăți de sinterizare similare - fragilitate mai nesemnificativă și rezistență mecanică crescută. Această din urmă împrejurare determină predominanța cărbunilor grosolan printre astfel de cărbuni). - cărbunele de clasa medie DG se referă și la grupul cărbunilor energetici, nu sunt potriviți pentru participarea la încărcăturile de cocs, deoarece cocsul rezultat este caracterizat prin rezistență mecanică scăzută și reactivitate crescută.

Mark G (gaz).
Gazul de cărbune are două grupe tehnologice. Cărbunii de vitrinit (reflectanța vitrinitei de la 0,5 la 0,89%) cu un randament în materie volatilă de 38% sau mai mult, cu o grosime a stratului de plastic de 10 până la 12 mm formează grupa 1G, cărbunii de vitrinite și inertinite cu o reflectare a vitrinitei de 0,8 - 0,99%, randamentul substanțelor volatile este de 30% și mai mare, iar grosimea stratului de plastic este de la 13 la 16 mm din grupa 2G. . Cărbunii de gaz sunt utilizați în principal ca energie și combustibili domestici. Pentru cocsificare se folosește cărbunele din grupa 2G cu grosimea stratului de plastic mai mare de 13 mm.Posibilitatea limitată de a utiliza cărbuni gazos în încărcăturile cocsăriilor producătoare de cocs metalurgic se datorează faptului că în timpul cocsării stratificate provoacă formarea de microfisuri în cocs, care îi reduc semnificativ rezistența. Cărbunele gazos cu o grosime a stratului de plastic de 8-12 mm este utilizat pentru producerea de cocs turnat și absorbanți sferici, iar cărbunii cu o grosime a stratului de plastic mai mică de 8 mm sunt utilizați pentru gazificare și semi-cocsificare. Vitrinitul cărbune cu conținut scăzut de cenușă de grad G cu un randament de materie volatilă de peste 42% este o materie primă bună pentru producerea combustibililor lichizi sintetici.
Mark B (maro).
Cărbunele brun se caracterizează prin reflectanță scăzută a vitrinitei (mai puțin de 0,6%) și materie volatilă ridicată (mai mult de 45%). Cărbunii bruni se împart în funcție de umiditate în grupe tehnologice: 1B (umiditate peste 40%), 2B (30-40%), 3B (până la 30%). Cărbunii bruni din bazinul de cărbune Kansk-Achinsk sunt reprezentați în principal de grupa 2B și parțial - 3B (indicele de reflexie a vitrinitei 0,27-0,46%), cărbunii bruni din bazinul regiunii Moscova aparțin grupului 2B, cărbunii din depozitele Pavlovsky și Bikinsky (Primorsky Teritoriu) aparțin grupei 1B. Cărbunele brun este folosit ca combustibil energetic și materie primă chimică.

Marca GZhO (gaz grăsime slabă).
Cărbunii cu gaz gras, slabi din punct de vedere al randamentului de substanțe volatile și al grosimii stratului de plastic, ocupă o poziție intermediară între cărbunii de gradele G și GZh. Există două grupuri tehnologice. Grupa tehnologică 1GZhO include cărbunele cu un indice de reflexie a vitrinitei mai mic de 0,8% și un randament de materie volatilă mai mic de 38%, cu o grosime a stratului de plastic de 10 până la 16 mm. Grupul 2GZhO include cărbuni cu o reflectanță a vitrinitei de 0,80-0,99%, un randament de substanțe volatile de mai puțin de 38%, cu o grosime a stratului de plastic de 10-13 mm, precum și cărbunii cu o reflexie a vitrinitei de 0,80-0,89% cu randamentul de substanțe volatile este de 36% sau mai mult cu o grosime a stratului de plastic de 14-16mm. Gradul de umiditate GZhO fluctuează între 6-8%, conținutul de cenușă - 6-40%. Conținutul de carbon variază între 78-85%, hidrogen - de la 4,8 la 6,0%, sulf 0,2-0,8%. Cărbunele marca GZhO se caracterizează printr-o variație largă a proprietăților, ceea ce nu ne permite să recomandăm nicio direcție pentru utilizarea lor. Cărbunele din grupul 1GZhO cu o grosime a stratului de plastic mai mică de 13 mm nu poate reprezenta mai mult de 20% din încărcăturile instalațiilor de cocsificare și numai cu condiția ca restul încărcăturii să conțină cărbuni bine aglomerați cu un indice de reflexie a vitrinitei. de la 1 la 1,5%. Cărbunele din grupa 2GZhO este o materie primă bună pentru cocsificare (în special cu o reflectare a vitrinitei de cel puțin 0,85%) și poate reprezenta mai mult de jumătate din încărcătură. Cărbunele fusinit din grupul 1GZhO (subgrupul 1GZhOF) este complet nepotrivit pentru producția de cocs metalurgic și poate fi utilizat în sectoarele domestice (clase mari) sau energetice (clase mici).

Marca GZH (grăsime de gaz).
Cărbunii cu gaz gras ocupă o poziție intermediară între cărbunii G și Zh și sunt împărțiți în două grupe. Grupa 1GZh combină cărbunele cu o reflectanță a vitrinitului de 0,5-0,79%, un randament de materie volatilă de 38% sau mai mult și o grosime a stratului de plastic mai mare de 16 mm. Grupul 2GZh combină cărbunele cu o reflexie a vitrinitei de 0,8-0,99%, un randament de materie volatilă de 36% sau mai mult și o grosime a stratului de plastic de 17-25 mm. Gradul GZh diferă de cărbunii gazos într-o capacitate de sinterizare mai mare și de cărbunii de gradul Zh - cu un randament mai mare de substanțe volatile. Cărbunii de calitate GZh sunt utilizați în principal în industria cocsării și sunt incluși în grupul de cărbune de calitate deosebit de valoros pentru cocsificare. În cele mai multe cazuri, ei pot înlocui complet cărbunii de grăsime în sarcina instalațiilor de cocsificare. Este recomandabil să folosiți concentrate de cărbune de calitate GZh cu un conținut de cenușă mai mic de 2% ca liant în producția de electrozi și produse din carbon-grafit; Cărbunii de calitate GZh sunt, de asemenea, potriviți pentru producerea de combustibili lichizi sintetici.

Mark J (bold).
Cărbunii grasi sunt împărțiți în două grupe. Primul grup (1G) include cărbune cu o reflectanță a vitrinitei de 0,8–1,19%, un randament de materie volatilă de 28–35,9% și o grosime a stratului de plastic de 14–17 mm. Cel de-al doilea grup (2G) include cărbuni cu o reflexie a vitrinitei de 0,8-0,99%, un randament de materie volatilă de 36% sau mai mult, cu o grosime a stratului de plastic de 26 mm sau mai mult. Aceeași grupă include cărbuni cu aceleași valori ale indicelui de reflectare a vitrinitei, dar cu eliberare de substanțe volatile de la 30 la 36% cu o grosime a stratului de plastic de 18 mm și mai mult. De asemenea, grupa 2G include cărbunele cu o reflexie a vitrinitei de 1-1,19% cu un randament în materie volatilă de cel puțin 30% cu o grosime a stratului de plastic de cel puțin 18 mm. Calitatea cărbunelui Zh este un cărbune de cocsificare deosebit de valoros și este utilizat în principal în industria cocsului, reprezentând 20 până la 70% din încărcătura de cocs. Cocsul obținut din cărbuni de calitate Zh are o rezistență structurală ridicată.

Marca KZh (grăsime de cocs).
Cărbunii de cocs gras se evidențiază ca cărbune cu reflectanța vitrinită de 0,9-1,29%, o grosime a stratului de plastic de 18 mm, cu un randament în materie volatilă de 25-30%. Principalul consumator de cărbune de calitate KZh este industria cocsului de produs secundar. Dintre toate calitățile de cărbune folosite la producerea cocsului, au cea mai mare capacitate de cocsificare.Cocsul metalurgic de înaltă calitate se obține din ele fără amestecare cu cărbuni de alte calități. În plus, ei sunt capabili să accepte până la 20% din cărbunele de umplutură de calitate KO, KS și OS fără a modifica calitatea cocsului.

Mark K (Coca-Cola).
Cărbunele de cocs se caracterizează printr-un indice de reflexie a vitrinitei de la 1 la 1,29%, precum și proprietăți bune de sinterizare. Grosimea stratului de plastic este de 13-17 mm pentru cărbunii cu o reflexie a vitrinitei de 1,0-1,29% și 13 mm și mai mare cu o reflectanță a vitrinitei de 1,3-1,69%. Randamentul substanțelor volatile este în intervalul 24-24,9%. Fără a le amesteca cu cărbuni de alte calități, ele furnizează cocs metalurgic condiționat. Calitatea cocsului poate crește semnificativ atunci când cărbunele de calitate K este amestecat cu 20-40% cărbune de calitate Zh, GZh și KZh.

Marca KO (coke lean).
Cocsul slab de cărbune este un cărbune cu un randament de substanțe volatile apropiat de valoarea cărbunelui de cocs, dar cu un strat de plastic mai subțire - 10-12 mm. Indicele de reflexie al vitrinitei este de 0,8-0,99%. Calitatea cărbunelui KO este utilizat în principal pentru producția de cocs metalurgic ca unul dintre cărbunii de umplutură pentru clasele GZh și Zh.

Marca KSN (cocs slab caking low metamorfozat).
Cărbunii de cocs cu aglomerare redusă, cu metamorfoză redusă, se caracterizează printr-un indice de reflexie a vitrinitei de la 0,8 la 1,09%. Atunci când se cocsează fără amestecare cu alți cărbuni, aceștia dau cocs cu rezistență mecanică scăzută, foarte abraziv. Sunt utilizate atât în ​​industria cocsului, cât și în industria energetică și în sectorul casnic. Cărbunele de calitate KSN poate fi folosit și pentru a produce gaz sintetic.

Gradul KS (Coca-Cola slab aglomerat).
Cărbunii de cocs cu aglomerare redusă se caracterizează printr-o sinterizare redusă (grosimea stratului de plastic este de 6-9 mm cu un indice de reflectare a vitrinitei de 1,1-1,69 %). Cărbunele de calitate KS este utilizat în principal în industria cocsului ca componentă slabă. O parte din cărbune este utilizat pentru arderea în strat în cazanele industriale Cărbunii de cocsificare cu aglomerare redusă se caracterizează printr-o capacitate redusă de aglomerare (grosimea stratului de plastic 6-9 mm cu indice de reflectare a vitrinitei 1,1-1,69%). sectorul intern.

Brand OS (lean sintering).
Sinterizarea cărbunelui slab are indici de reflexie a vitrinitei de la 1,3 la 1,8%, iar randamentul de substanțe volatile nu este mai mare de 21,9%. Grosimea stratului de plastic pentru grupul 2OS este de 6-7 mm, iar pentru grupul 1OS este de 9-12 mm cu o compoziție de vitrinit și 10-12 mm cu o compoziție de fusinit. Umiditatea OS de calitate a cărbunelui extras nu depășește 8-10%. Conținutul de cenușă variază de la 7 la 40%. Conținutul de sulf în bazinul Kuznetsk nu depășește 0,6%, uneori ajunge la 1,2% în bazinul Karaganda și 1,2-4,0% în Donbass. Conținutul de carbon este de 88-91%, hidrogen 4,2-5,%. Principalul consumator de cărbune de calitate OS este industria cocsului de produs secundar; acești cărbuni sunt unul dintre cele mai bune componente slabe din amestecurile de cocs. Unii cărbuni de calitate OS, chiar și fără amestecare cu cărbuni de alte clase, dau cocs metalurgic de înaltă calitate; dar în timpul cocsării, ei dezvoltă o presiune mare de spargere pe pereții cuptoarelor de cocs, cocsul este distribuit cu mare dificultate din cuptoare, ceea ce duce la o defecțiune rapidă a cuptoarelor. Prin urmare, cărbunele de calitate OS este de obicei cocsat într-un amestec cu cărbuni G și GZh, care au un grad ridicat de contracție.

Marca TS (slăbănog ușor aglomerat).
Cărbunii slabi cu aglomerare scăzută se caracterizează printr-un randament în materie volatilă de mai puțin de 22% și sinterizare foarte scăzută (grosimea stratului de plastic este mai mică de 6 mm. Conținutul de umiditate al cărbunelui extras de gradul TC este scăzut - 4-6%. Conținutul de cenușă este în intervalul 6-45%.Conținutul de carbon este 89-91%, hidrogen 4,0-4,8%.Conținutul de sulf în cărbuni de Kuzbass 0,3-0,5%, Donbass 0,8-4,5%, în principal în industria energetică. ; clasele mari-medii de cărbuni ale acestui brand sunt combustibil bun fără fum pentru cazane mici și uz casnic individual.

Grad SS (aglomerare redusă).
Cărbunii slab aglomerați sunt caracterizați printr-un indice de reflexie a vitrinitei în intervalul 0,7-1,79%, o grosime a stratului de plastic mai mică de 6 mm și o eliberare de substanțe volatile, care este caracteristică cărbunilor bine cocsificați de Zh, KZh, K. , KS și OS. Umiditatea cărbunelui extras ajunge la 8-9%. Conținutul de cenușă variază de la 8 la 45%. Conținutul de sulf de obicei nu depășește 0,8%. Conținutul de carbon variază de la 74 la 90%, hidrogen de la 4,0 la 5,0%. Sunt utilizate în principal în centralele mari, în cazane industriale și în sectorul casnic. Într-o cantitate limitată, anumite soiuri de cărbuni de calitate SS sunt utilizate în loturile de cocsificații.

Mark T (slăbănog).
Cărbunele slab se caracterizează prin eliberarea de substanțe volatile de la 8 la 15,9% cu un indice de reflexie a vitrinitei de la 1,3 la 2,59%; sinterizarea este absentă. Sunt utilizate în principal în industria energiei electrice și în sectorul casnic; în condiția unui conținut scăzut de cenușă, pot fi utilizate pentru a obține materiale de umplutură carbonice în producția de electrozi.

Măsurarea reflectanței vitrinite Ro% este una dintre cele mai comune metode de evaluare a gradului de maturare a OM în sedimente. Reflexivitatea vitrinitei este măsurată ca raportul dintre intensitățile fasciculelor de lumină reflectate și incidente. Conform legilor fizice ale reflexiei şi refracția luminii,

Fracția de intensitate, Ro, a unui fascicul de lumină monocromatică care se reflectă în mod normal de pe o suprafață plană a unei bucăți de vitrinite cu indice de refracție n scufundată în ulei cu indice de refracție, n o (sau în aer cu indice de n a), este egal cu:

Indicii de refracție n și n o sunt determinați de istoricul de temperatură integral al probei de vitrinite, i.e. funcția T(t). Metoda se bazează pe ideea că în timpul coalificării, vitrinitul își schimbă reflectivitatea de la Ro = 0,25% în stadiul de turbă la Ro = 4,0% în stadiul de antracit (Lopatin, Emets, 1987). Uriașul material factual acumulat până în prezent face posibilă identificarea anumitor etape de maturare prin valorile măsurate ale Ro%. În acest caz, sunt posibile variații ale valorilor Ro% pentru diferite tipuri de OM, precum și în funcție de conținutul de impurități din OM. Astfel, Ro = 0,50% aproximativ corespunde începutului etapei principale de formare a uleiului pentru kerogene cu conținut ridicat de sulf, în timp ce Ro = 0,55 - 0,60% - aceeași etapă pentru kerogene de tip I și II (vezi mai jos), iar Ro = 0,65 - 0,70% - pentru kerogene de tip III (Gibbons et al., 1983; Waples 1985). Una dintre variantele presupusei corespondențe a valorilor Ro% cu principalele etape ale maturării OM și valorile calculate ale indicelui temperatură-timp (TTI), discutate mai jos, poate fi văzută în tabelele 1-7a, precum și pe orez. 1-7. Corespondența etapelor de catageneză cu valorile Ro date în tabel se bazează pe corelația dintre indicii de temperatură-timp (TTI) calculați și valorile Ro% măsurate în diferite bazine ale lumii și este aproximativă. Cu toate acestea, este utilizat pe scară largă în literatură și este discutat mai detaliat în secțiunea 7-5-1. Pentru comoditatea orientării în diferite scări ale catagenezei OM, tabelele 1-7b oferă, de asemenea, o scară pentru corespondența valorilor

Tabelul 1-7a. Corespondența valorilor Ro% și TWI cu etapele catagenezei OS(Waples, 1985)

reflectivitatea vitrinitei %Ro la stadiile de maturitate ale materiei organice, acceptată în geologia petrolieră rusă.

Tabelul 1-7b. Corespondența valorilor Ro% cu etapele catagenezei OM acceptate în geologia petrolieră rusă(Parparova și colab., 1981)

Diageneza: DG3, DG2 si DG1 ------ Ro< 0.25%

Protocatogeneză: PC1 (0,25 £ Ro £ 0,30%)

PC2 ((0,30 £ Ro £ 0,42%)

PC2 ((0,42 £ Ro £ 0,53%)

Mezocatogeneză: MK1 (0,53 £ Ro £ 0,65%)

MK2 ((0,65 £ Ro £ 0,85%)

MK3 ((0,85 £ Ro £ 1,15%)

MK4 ((1,15 £ Ro £ 1,55%)

MK5 ((1,55 £ Ro £ 2,05%)

Apocatogeneză: AK1 (2,05 £ Ro £ 2,50%)

AK2 ((2,50 £Ro £3,50%)

AK3 ((3,50 £ Ro £ 5,00%)

AK4 ((Ro > 5,00%)

Să vorbim pe scurt despre unele probleme asociate cu utilizarea măsurătorilor %Ro pentru a evalua gradul de catageneză OM. Ele sunt asociate în primul rând cu dificultatea separării maceralelor de vitrinite de OM ale rocilor sedimentare datorită diversităţii lor mari. Utilizarea reflectivității vitrinitei pentru a controla condițiile de paleotemperatură este posibilă, în general, numai pe baza vitrinitei din straturile de cărbune și, cu mai puțină fiabilitate, a vitrinitei din OM părinte continentală („terestră”) în argile cu un conținut de carbon organic care nu depășește 0,5 %. Dar chiar și în aceste serii continentale (terestre), trebuie avută grijă, deoarece în roci precum gresiile, partea principală a MO poate fi procesată și modificată (Durand et al. 1986). De asemenea, este necesar să se țină seama de faptul că în orice caz pentru Ro > 2% reflectivitate va depinde și de presiune. De asemenea, trebuie avut grijă în extinderea conceptului de vitrinite la seriile de roci marine și lacustre, deoarece în astfel de roci particulele a căror reflectare este măsurată sunt rareori vitrinite. plante superioare iar în majoritatea cazurilor

Orez. 1-7. Corelația reflectivității vitrinitei, Ro% și gradul de coalifiere cu alți indici de maturitate și cu poziția zonelor de producere și descompunere a petrolului și gazelor. Sus: după (Kalkreuth și Mc Mechan, 1984), jos după (Tissot și colab., 1987) .

sunt bituminoide din plancton, confundate cu vitrinit (Waples, 1985; Durand et al. 1986). După proprietățile termofizice, acestea diferă de vitrinite. O problemă similară există pentru rocile continentale (terestre) din Cambrian-Ordovician și epocile mai înaintate. Ele nu pot conține vitrinit, deoarece plantele superioare nu existau atunci. În toate formațiunile roșii, OM este oxidat. În calcar, vitrinitele sunt mai puțin frecvente și, dacă sunt prezente, reflectivitatea lor poate diferi de cea a vitrinitei normale de același grad de coaliare (Buntebarth și Stegena, 1986).

Anumite erori în această metodă de apreciere a catagenezei OM vor apărea și din cauza dispersării semnificative a valorilor Ro măsurate, precum și datorită faptului că în secțiunea bazinului vor exista întotdeauna orizonturi în care izolarea vitrinitei este dificilă sau deloc imposibilă. De exemplu, când niveluri scăzute La maturitate, izolarea maceralelor de vitrinite este o mare problemă și, prin urmare, fiabilitatea măsurătorilor Ro pentru valori mai mici de 0,3 - 0,4% este extrem de scăzută (Waples et al. 1992). Dependența reflectivității vitrinitei de compoziția chimică inițială a vitrinitei va fi semnificativă (Durand et al. 1986). Acest lucru explică faptul că o răspândire mare a valorilor Ro% este adesea observată chiar și în cadrul aceluiași bazin (Tissot et al. 1987). Pentru a face o eroare minimă din cauza variațiilor în compoziția chimică a vitrinitei, măsurătorile Ro% sunt efectuate pe probe de vitrinite obișnuite izolate prin procedură standard din materie organică de origine continentală. Nu se recomandă utilizarea unor tipuri echivalente de vitrinite în OM tipurile I și II atunci când se creează scale universale pentru corespondența valorilor Ro% cu gradele de conversie OM (Tissot et al. 1987).

Și totuși, cu o luare în considerare rezonabilă a comentariilor făcute, metoda de evaluare a nivelului de maturitate al MO și controlul prin intermediul acestuia a condițiilor de paleotemperatură ale tasării straturilor sedimentare prin măsurarea reflectivității vitrinitei este în prezent una dintre cele mai fiabile și comune metode în practica analizei bazinelor de petrol si gaze.

7.3 Utilizarea măsurătorilor %Ro și a altor metode pentru a estima temperaturile maxime ale rocii în istoria tasării bazinului

Inițial, măsurătorile reflectanței vitrinitei au fost utilizate pentru a estima temperaturile maxime Tmax din istoria tasării apartamentelor. În astfel de scopuri, au fost utilizate și sunt utilizate în studiile geologice o serie de metode, cum ar fi (Yalcin și colab., 1997): 1) estimări ale T max în funcție de nivelul de maturitate al OM (grad de coalifiere, reflectivitate a vitrinitei). 2) estimări bazate pe modificări mineralogice în timpul diagenezei mineralelor argiloase și cristalizării ilitei; 3) metode bazate pe analiza incluziunilor lichide, de exemplu, temperatura de omogenizare a lichidului; 4) geotermometre bazate pe reacții chimice specifice, de exemplu, care caracterizează echilibrul izotopilor stabili (Hoefs, 1987) sau stările de echilibru ale sistemului SiO 2 -Na-K-Ca (Ellis și Mahon, 1977); 5) Analiza fizzion-track (analiza distribuţiei urmelor din fisiunea elementelor radioactive în apatit; Green et al., 1989; 1995); 6) pe baza unei combinații de determinări radiometrice de vârstă pentru sisteme radiometrice precum K-Ar, Rb-Sr și U, care se închid la temperaturi diferite (Buntebarch și Stegena, 1986). Deoarece estimările paleotemperaturii sunt încă utilizate pe scară largă în literatura geologică, vom caracteriza pe scurt fiecare dintre aceste metode. Să începem prezentarea cu estimări ale temperaturilor maxime ale rocilor din valorile reflectivității vitrinitei.

Trebuie remarcat imediat că dezvoltarea metodelor de estimare a temperaturilor maxime în istoria tasării suitelor sedimentare (Tmax) se datorează faptului că în anii 70 și 80 ai secolului trecut, mulți cercetători au considerat temperatura ca principală și principală. , de fapt, singurul factor în evoluția maturității OM sedimentare. Influența timpului asupra procesului de maturizare a OM a fost neglijată în acest caz. Se credea că valorile măsurate (sau calculate) ale reflectanței vitrinitei %R® ar trebui să reflecte temperaturile maxime ale rocilor din istoria tasării lor. În urma unor astfel de vederi, au fost propuse diverse corelații între valorile T max și reflectivitatea vitrinitei de rocă în aer % R a și în ulei % Ro . De exemplu, în lucrările lui Ammosov și colab. (1980) și Kurcikov (1992) se propune estimarea valorilor T max din valorile măsurate ale %R a din raport

10×R a (%) = 67,2× (7-1)

Pentru probele de interstraturi carbonice din roci, din relația

10×R a (%) = 67,2× (7-2)

Pentru gresii si siltstone si conform ecuatiei

10×R a (%) = 67,2× (7-3)

Pentru argile și noroi. În expresiile de mai sus, T max este exprimat în °C. Price (Price, 1983) a considerat, de asemenea, că un timp de un și chiar mai mult milion de ani nu are un efect sesizabil asupra procesului de maturizare a OM și, pe baza acestuia, a propus o relație similară cu (7-1) - (7-). 3), relaționând T max cu reflectivitatea vitrinitei în ulei (%Ro):

T max (°С) = 302,97×log 10 Ro(%) + 187,33 (7-4)

Mai multe relații similare au fost luate în considerare de K. Barker (Barker și Pawlevicz, 1986; Barker, 1988, 1993). Prima dintre acestea (Barker și Pawlevicz, 1986):

ln Ro(%) = 0,0078×T max (°С) - 1,2 (5)

sa bazat pe 600 de măsurători ale T max în 35 de puțuri din diferite bazine ale lumii. Potrivit autorilor, este valabilă în intervalul de temperatură 25 £ T max £ 325°C și reflectivitatea vitrinitei 0,2% £ Ro £ 4,0%. K. Barker (Barker, 1988) a propus o relație care descrie situații cu o rată constantă de încălzire a rocilor atunci când sunt scufundate într-un bazin:

T max (°С) = 104×ln Ro(%) + 148. (7-6),

și bazat pe un model cinetic al maturării vitrinitei (Burnham și Sweeney, 1989). M. Johnson și colab. (Johnsson și colab., 1993), analizând această formulă, observă că descrie destul de bine situația cu viteze de încălzire V = 0,1 – 1 °C/mcm. ani, dar pentru rate V = 10 – 100 °C/m.a. ani subestimează valorile T max în regiunea Ro< 0.5% и переоценивает их при Ro >2%. În lucrarea sa ulterioară, Barker (Barker, 1993) a propus o altă versiune a corelației dintre T max și % Ro, care nu conține restricții privind viteza de încălzire a rocii:

T max (°C) = [ln(Ro(%) / 0,356)] / 0,00753 (7-7)

Astfel, în literatura de specialitate sunt propuse destul de multe rapoarte de corelare T max - %Ro. Pe orez. 2-7 acestea sunt comparate între ele în funcție de rezultatele estimărilor T max pentru valori de 0,4% £ Ro £ 4,0%.

Orez. 2-7. Relații între temperatura maximă Tmax din istoria tasării rocii cu valorile măsurate ale reflectivității vitrinitei în ulei %Ro, conform diverselor surse din literatură: 1 (pentru cărbuni), 2 (pentru gresii și siltstones), 3 ( pentru argile și pietre de noroi) - (Ammosov și colab., 1980; Kurcikov, 1992); 4 - (Preţ, 1983); 5 - (Barker şi Pawlevicz, 1986); 6 - (Barker şi Pawlevicz, 1986); 7 - (Barker, 1993); 8 - în funcţie de temperatura de omogenizare a incluziunilor lichide (Tobin şi Claxton, 2000).

Din această cifră, este evidentă o împrăștiere semnificativă a valorilor T max corespunzătoare valorilor fixe ale Ro, care ajunge la 60 - 100°C pentru o maturitate de Ro ³ 0,7%. Această împrăștiere indică fără ambiguitate că valoarea temperaturii (chiar dacă cea maximă) singură nu poate determina maturitatea OM în roci și că timpul de menținere a temperaturii joacă un rol semnificativ în maturarea OM. Este posibil ca în anumite intervale Ro și în condiții speciale de sedimentare (cum ar fi cele care asigură o rată constantă de încălzire a rocii), unele dintre rapoartele de mai sus descriu situația destul de bine, dar după cum arată studiile (vezi mai jos), aceleași valori. ​​%Ro poate fi atins, de exemplu, la temperaturi mai scăzute, dar cu timpi mai lungi de reținere a rocii (vezi mai jos). Din acest motiv, există întotdeauna un bazin și o formațiune cu un interval corespunzător de maturitate și temperaturi, pentru care estimările conform relațiilor (7-1) - (7-7) vor duce la erori vizibile. Această împrejurare a avut drept consecință că popularitatea rapoartelor scrise a scăzut considerabil în ultimii 10-15 ani.

O altă metodă comună de evaluare a paleotemperaturilor rocilor din bazine este determinarea Tmax prin analiza compoziției fluidelor prinse în matricea rocilor în timpul diagenezei. Aplicarea metodei este posibilă în următoarele condiții (Burruss 1989): 1) incluziunea este un lichid monofazat, 2) volumul acestui lichid nu se modifică după ce este captat de rocă, 3) compoziția sa de asemenea a rămas neschimbat, 4) efectul presiunii asupra compoziției lichidului este cunoscut dinainte, 5) se cunosc și timpul și mecanismul de captare a lichidului. Aceste condiții sugerează că este necesară o anumită prudență în aplicarea metodei (Burruss 1989). În primul rând, sunt necesare studii petrografice detaliate pentru a stabili timpul relativ de formare a incluziunii lichide. În al doilea rând, este necesară o analiză amănunțită a dezvoltării tectonice a zonei și a istoriei de subsidență a bazinului pentru a detalia istoria rocilor gazdă. De asemenea, este necesar să se analizeze comportamentul de fază și compoziția chimică a lichidului prins. Dar chiar și după aceasta, rămân două probleme importante - una legată de presupunerea că compoziția chimică a lichidului rămâne neschimbată după captarea acestuia de către matricea rocii (există dovezi convingătoare că nu este întotdeauna cazul), iar cealaltă legată de determinarea mărimii și tipului de presiune care a existat în timpul perioadei de reținere a fluidului - indiferent dacă a fost litostatică sau hidrostatică (Burruss 1989). Dacă toate aceste probleme sunt rezolvate, temperatura rocii în momentul captării fluidului este determinată de corespunzătoare diagramă P-T echilibrul fazelor lichide și solide ale substanței de testat. În dezvoltarea acestei metode, Tobin și Claxton (Tobin și Claxton, 2000) au propus să utilizeze corelația dintre temperatura de omogenizare a incluziunilor lichide T hom și reflectivitatea vitrinitei Ro% (Fig. 2-7):

Ro% = 1,9532 ´ log T hom – 2,9428 (7-8)

Ei au descoperit că atunci când se utilizează o serie „ideală” de măsurători, relația (7-8) este satisfăcută cu un coeficient de corelație de 0,973 și o varianță a datelor mai mică de 0,12% Ro. Dacă se utilizează întreaga serie de date mondiale, atunci relația de forma:

Ro = 2,1113 ´ log T hom – 3,2640 (7-9)

va fi efectuată cu un coeficient de corelație de 0,81 și o variație maximă a datelor mai mică de 0,32% Ro (Tobin și Claxton, 2000). Temperatura de omogenizare T hom este adesea folosită ca o estimare a temperaturii maxime a rocii T max în timpul tasării acesteia în bazin. Cu toate acestea, fig. 2-7 arată că curba construită după formula (7-9) diferă semnificativ de estimările lui T max după formulele (7-1) - (7-7), traversând restul liniilor din Fig. 2-7. Subestimează clar temperaturile pentru Ro< 1.5% и даёт нереально высокие значения при Ro >2% (Th = 540, 930 și 1600°C pentru Ro = 2,5, 3 și, respectiv, 3,5%).

Fig.3-7 Modificarea raportului izotopilor d 13 C cu adâncimea pt zăcământ de gaze Bazinul Anadarko (SUA; Price, 1995).

Într-un număr de lucrări (Rooney și colab., 1995; Price, 1995, etc.), se propune utilizarea modificării compoziției izotopilor de carbon în timpul catagenezei OM pentru a estima temperatura de generare a hidrocarburilor. (Figura 3-7). Rezultatele experimentelor privind generarea de gaze de tip OM II (roci sursă ale bazinelor Delaware și Val Verde din West Texas) la o viteză constantă de încălzire a rocii de 1°C/min (stânga orez. 4-7; Rooney et al., 1995) arată o schimbare vizibilă în compoziția izotopică a gazelor

Orez. 4-7. Temperatura de generare a gazului și raportul izotopic d 13 C pentru metan (d 13 C 1), etan (d 13 C 2) și propan (d 13 C 3) generate din roci sursă de kerogene de tip II din bazinele Delaware și Val Verde din vestul Texasului la viteza de încălzire a rocii 1°C/min (figura din stânga, după Rooney și colab., 1995) și raportul izotopilor d 13 C pentru metanul generat la diferite temperaturi în timpul pirolizei hidroide a probelor de rocă cu OM tipuri variate(figura din dreapta, după Price, 1995).

cu temperatura și astfel se confirmă posibilitatea fundamentală de a utiliza această dependență pentru a estima temperatura de generare a gazelor de OM de acest tip. Același lucru este evidențiat de rezultatele pirolizei hidroide a probelor de rocă cu diferite tipuri de materie organică, prezentate în figura din stânga. 4-7. Ele demonstrează, de asemenea, în mod clar modificarea raportului izotopilor d 13 C pentru metanul generat la diferite temperaturi (Price, 1995). Cu toate acestea, aceste experimente indică, de asemenea, o sensibilitate extrem de mare a modificărilor în d 13 C la variațiile în compoziția și tipul OM, motiv pentru care metoda poate fi aplicată numai după o analiză detaliată a compoziției OM și obținerea dependențelor corespunzătoare pentru tipul de substanță analizat. Variația largă a valorilor d 13 C cu adâncimea prezentată în fig. 3-7 pentru o secțiune tipică a unui bazin sedimentar este cauzată în principal de variațiile în compoziția și tipul OM din rocile macro și microstraturilor secțiunii. O astfel de împrăștiere limitează sever fiabilitatea estimărilor de temperatură bazate pe rapoartele izotopilor din gazele din secțiunile sedimentare reale.

Procesul de transformare a smectitei în ilit în mineralele argiloase este, de asemenea, utilizat uneori pentru a controla condițiile de paleotemperatură din bazine. In orice caz, orez. 5-7 arată că intervalele de temperatură caracteristice procesului sunt destul de largi. Această variație a temperaturii nu este surprinzătoare, deoarece studiile de laborator arată că procesul de transformare a smectitei în ilită este condus de o reacție cinetică de ordinul 6 (Pytte și Reynolds, 1989) și, prin urmare, timpul influențează ratele acestor tranziții împreună cu temperatura. Aceste reacții vor fi luate în considerare mai detaliat în secțiunea finală a acestui capitol, dar aici observăm că estimările rezonabile ale temperaturii de tranziție a smectitei la ilit sunt posibile numai pentru versiunea izotermă a transformării mineralelor, dar chiar și atunci, eroarea metodei va fi vizibilă.

Fig. 5-7 Transformarea mineralelor argiloase conform analizei probelor din 10 sonde din Marea Nordului (Dypvik, 1983). Procesele de dispariție a straturilor de smectită și ilită de diferite niveluri în mineralele argiloase cu strat mixt de smectită-ilită sunt legate de temperaturile și reflectivitatea vitrinitei.

INTRODUS de Gosstandart al Rusiei

2. ADOPTAT de Consiliul Interstatal de Standardizare, Metrologie si Certificare (Procesul verbal Nr. 6-94 din 21 octombrie 1994)

Numele statului	Denumirea organismului național de standardizare
Republica Azerbaidjan	Azgosstandart
Republica Armenia	Standardul statului armat
Republica Belarus	Belgosstandart
Republica Georgia	Gruzstandard
Republica Kazahstan	Standard de stat al Republicii Kazahstan
Republica Kârgâzstan	Kârgâzstandart
Republica Moldova	Moldovastandard
Federația Rusă	Gosstandart al Rusiei
Republica Uzbekistan	Uzgosstandart
	Standardul de stat al Ucrainei

3. Acest standard internațional este textul autentic complet al ISO 7404-5-85 Cărbune bituminos și antracit. Metode de analiză petrografică. Partea 5. Metoda de determinare microscopică a indicilor de reflectare a vitrinitei” și conține cerințe suplimentare care reflectă nevoile economiei naționale

4. ÎNLOCUIȚI GOST 12113-83

Data introducerii 1996-01-01

Acest standard internațional se aplică cărbunelui brun, cărbunelui tari, antracitului, amestecurilor de cărbuni, organicelor solide difuze și materialelor carbonice și specifică o metodă pentru determinarea valorilor reflectanței.

Indicele de reflectare a vitrinitei este utilizat pentru a caracteriza gradul de metamorfism al cărbunilor, în timpul prospectării și explorării, exploatării și clasificării acestora, pentru a stabili transformarea termogenetică a materiei organice solide dispersate în rocile sedimentare, precum și pentru a determina compoziția amestecurilor de cărbuni în timpul îmbogățirii. și cocsificare.

Cerințele suplimentare care reflectă nevoile economiei naționale sunt scrise cu caractere cursive.

1. SCOP ŞI DOMENIUL DE APLICARE

Prezentul standard internațional specifică o metodă pentru determinarea valorilor de reflectanță minime, maxime și arbitrare folosind un microscop în ulei de imersie. și în aer pe suprafete lustruite secțiune lustruită de brichete și piese lustruite componenta vitrinită a cărbunelui.

GOST 12112-78 Cărbuni bruni. Metoda de determinare a compozitiei petrografice

GOST 9414.2-93 Cărbune și antracit. Metode de analiză petrografică. Partea 2. Metoda de preparare a probelor de cărbune

3. ESENȚA METODEI

Esența metodei constă în măsurarea și compararea curenților electrici care apar într-un multiplicator fotomultiplicator (PMT) sub influența flux luminos, reflectată de suprafețele lustruite ale maceralelor sau submaceralelor din eșantionul de testat și probele standard (standarde) cu un indice de reflexie specificat.

4. PRELEVARE ȘI PREGĂTIREA PROBE

4.1. Prelevarea de probe pentru prepararea brichetelor lustruite se efectuează conform GOST 10742.

4.2. Brichetele lustruite sunt realizate conform GOST 9414.2.

Din probele destinate măsurării indicilor de reflexie cu construcția reflectogramelor se realizează două brichete lustruite cu diametrul de minim 20 mm.

4.3. Pentru prepararea brichetelor lustruite din roci cu incluziuni de materie organică solidă dispersată, roca zdrobită este îmbogățită preliminar, de exemplu, prin flotație, prin metoda de descompunere chimică a părții anorganice constitutive a rocilor și altele.

4.4. Pentru a pregăti bucăți lustruite de cărbune, se prelevează mostre din principalele litotipuri care formează stratul cu o dimensiune de cel puțin 30–30–30 mm. Atunci când se prelevează probe din miezul găurilor de foraj, este permisă prelevarea de probe cu o dimensiune de 20 × 20 × 20 mm.

4.5. Pentru a pregăti piese lustruite din roci cu incluziuni de materie organică solidă dispersată, se prelevează probe în care incluziunile de materie organică solidă sunt vizibile microscopic sau prezența lor poate fi presupusă după tipul depozitelor. Mărimea probelor depinde de posibilitatea de prelevare (aflorimente naturale, lucrări miniere, carote din foraje).

4.6. Pregătirea pieselor lustruite constă în trei operații: impregnare pentru a conferi probelor rezistență și soliditate pentru șlefuirea și lustruirea ulterioară.

4.6.1. Ca agenti de impregnare se folosesc rasini sintetice, ceara de carnauba, colofoniu cu xilen etc.

Pentru unele tipuri de cărbuni și roci cu incluziuni de materie organică solidă dispersată, este suficientă scufundarea probei în substanța de impregnare.

Dacă proba are o rezistență suficientă, suprafața perpendiculară pe planul de stratificare este ușor șlefuită.

Probele de roci argilo-nisipoase slab compactate care conțin mici incluziuni organice împrăștiate sunt uscate într-un cuptor la o temperatură de 70 °C timp de 48 de ore înainte de a fi înmuiate în colofoniu cu xilen.

Probele sunt legate cu sârmă, la capătul căreia este atașată o etichetă cu un pașaport și plasate într-un strat într-o ceașcă de porțelan, se toarnă colofoniu în ea, se zdrobește în boabe cu dimensiuni cuprinse între 3 și 7 mm și xilen. se toarnă (3 cm 3 la 1 g de colofoniu) astfel încât probele să fie complet acoperite cu soluția.

Impregnarea se realizează într-o hotă atunci când este încălzită pe o țiglă închisă timp de 50 - 60 min până când xilenul este complet evaporat. Probele sunt apoi îndepărtate din cană și răcite la temperatura camerei.

4.6.2. Măcinați două plane paralele reciproc ale probei impregnate, perpendiculare pe stratificare și lustruiți unul dintre ele.

Slefuirea și lustruirea se efectuează în conformitate cu GOST R 50177.2 și GOST 12113.

4.7. În studiul brichetelor și pieselor lustruite depozitate pe termen lung, precum și a probelor măsurate anterior, este necesar să le șlefuiți cu 1,5 - 2 mm înainte de a măsura indicele de reflexie și să le lustruiți din nou.

5. MATERIALE ȘI REACTIVI

5.1. Standarde de calibrare

5.1.1. Standardele de indice de reflexie, care sunt mostre cu o suprafață lustruită, îndeplinesc următoarele cerințe:

a) sunt izotrope sau reprezintă secțiunea principală a mineralelor uniaxiale;

b) durabil și rezistent la coroziune;

c) menține o reflectanță constantă timp îndelungat;

e) au o rată de absorbție scăzută.

5.1.2. Standardele trebuie să aibă o grosime mai mare de 5 mm sau să aibă forma prismă triedrică (30/60°) pentru a preveni intrarea în lentilă a mai multă lumină decât cea reflectată de suprafața sa superioară (de lucru).

O margine lustruită este folosită ca suprafață de lucru pentru a determina indicele de reflexie. Baza și părțile laterale ale standardului acoperit cu lac negru opac sau plasat într-un cadru opac puternic.

Calea fasciculului într-un standard în formă de pană introdus în rășină neagră în timpul măsurătorilor fotometrice ale reflectanței este prezentată în Figura 1.

5.1.3. Atunci când se efectuează măsurători, se folosesc cel puțin trei standarde cu indici de reflexie apropiați sau suprapusi zonei de măsurare a indicilor de reflexie ai probelor studiate. Pentru a măsura reflectanța cărbunelui egală cu 1,0%, trebuie utilizate standarde cu reflectanțe de aproximativ 0,6; 1,0; 1,6%.

Indicii medii de refracție și reflexie pentru standardele utilizate în mod obișnuit sunt prezentați în Tabelul 1.

5.1.4. Adevăratele valori ale indicelui de reflexie al standardelor sunt determinate în laboratoare optice speciale sau calculat din indicele de refracție.

Cunoașterea indicelui de refracție n si rata de absorbtie? (dacă este semnificativă) referinței la o lungime de undă de 546 nm, puteți calcula reflectanța ( R) ca procent conform formulei

Dacă indicele de refracție nu este cunoscut sau se presupune că proprietățile suprafeței pot să nu corespundă cu exactitate proprietăților de bază nominale, reflectanța este determinată prin comparare atentă cu un standard cu o reflectanță cunoscută.

5.1.5. Standardul zero este utilizat pentru a elimina influența curentului de întuneric al tubului fotomultiplicator și a luminii împrăștiate în sistemul optic al microscopului. Sticla optică K8 poate fi utilizată ca standard zero sau o brichetă lustruită din cărbune cu dimensiunea particulelor mai mică de 0,06 mm și având o depresiune în centru cu un diametru și o adâncime de 5 mm umplută cu ulei de imersie.

Figura 1 - Traseul fasciculului într-un standard în formă de pană inserat în rășină neagră,
în măsurătorile fotometrice ale reflectanţei

tabelul 1

Indici medii de refracție de reflexie pentru standardele utilizate în mod obișnuit

5.1.6. La curățarea standardelor, trebuie avut grijă să nu deteriorați suprafața lustruită. În caz contrar, este necesar să lustruiți din nou suprafața de lucru.

5.2. Ulei de imersie care îndeplinește următoarele cerințe:

non-coroziv;

neuscare;

cu un indice de refracție la o lungime de undă de 546 nm 1,5180 ± 0,0004 la 23 °C;

cu coeficient de temperatură dn/dt mai mic de 0,005 K -1 .

Uleiul trebuie să fie lipsit de componente toxice, iar indicele său de refracție trebuie verificat anual.

5.3. Spirit rectificat,

5.4. Vată absorbantă, țesătură pentru optică.

5.5. Lame si plastilina pentru fixarea probelor studiate.

6. ECHIPAMENTE

6.1. Monocular sau un microscop binocular polarizat cu un fotometru pentru a măsura indicele în lumina reflectată. Părțile optice ale microscopului utilizate pentru măsurarea reflectanței sunt prezentate în Figura 2. Părțile constitutive nu sunt întotdeauna aranjate în secvența specificată.

6.1.1. Sursă de lumină DAR. Poate fi folosită orice sursă de lumină cu emisie stabilă; se recomandă o lampă cu halogen de cuarț de 100 W.

6.1.2. Polarizator D- filtru sau prisma polarizante.

6.1.3. Diafragma pentru reglarea luminii, constând din două deschideri variabile, dintre care una focalizează lumina pe planul focal din spate al obiectivului (iluminator LA), celălalt - pe suprafața probei (apertura câmpului E). Trebuie să fie posibilă centrarea în raport cu axa optică a sistemului de microscop.

6.1.4. Iluminator vertical - prismă Berek, placă de sticlă simplă acoperită sau iluminator Smith (combinație de oglindă cu placă de sticlă Z). Tipurile de iluminatoare verticale sunt prezentate în Figura 3.

6.1.6. Ocular L - două oculare, dintre care unul este prevăzut cu o reticulă care poate fi scalată astfel încât mărirea totală a obiectivului, a ocularelor și, în unele cazuri, a tubului să fie între 250° și 750°. Poate fi necesar un al treilea ocular M pe calea luminii spre fotomultiplicator.

DAR- lampă; B- lentilă convergentă LA- deschiderea iluminatorului; G- filtru termic;
D- polarizator; E- diafragma de camp; ȘI- lentila de focalizare a diafragmei de camp;
Z- iluminator vertical; Și- lentila; R - probă; La- masa; L- oculare;
M - al treilea ocular; H- deschidere de măsurare, O- filtru de interferență 546 nm;
P- fotomultiplicator

Figura 2 - Părți optice ale unui microscop utilizate pentru măsurarea reflectanței

6.1.7. Un tub de microscop având următoarele atașamente:

a) diafragma de măsurare H, care vă permite să reglați fluxul de lumină reflectat în fotomultiplicator de la suprafața probei R, zonă mai mică de 80 microni 2 . Diafragma trebuie să fie centrată cu firele încrucișate ale ocularului;

b) dispozitive de izolare optică a ocularelor pentru prevenirea pătrunderii luminii în exces în timpul măsurătorilor;

c) înnegrirea necesară pentru a absorbi lumina împrăștiată.

NOTĂ Cu grijă, o parte din fluxul de lumină poate fi redirecționată către ocular sau camera TV pentru observare continuă atunci când se măsoară reflectanța.

6.1.8. Filtru O cu o lățime de bandă maximă la (546 ± 5) nm și o jumătate de lățime a lățimii de bandă mai mică de 30 nm. Filtrul ar trebui să fie amplasat pe calea luminii, direct în fața fotomultiplicatorului.

DAR- filament; B- lentilă convergentă LA - deschiderea iluminatorului (poziția de reflexie a filamentului);
G- diafragma de camp; D- lentila de focalizare a diafragmei de camp; E- prisma Berek;
ȘI- planul focal invers al lentilei (poziția imaginii filamentului și deschiderea iluminatorului);
Z- lentila; Și- suprafata probei (pozitia imaginii campului vizual);

A- iluminator vertical cu prisma Berek; b- iluminator cu placa de sticla; în- Iluminatorul lui Smith

Figura 3 - Schema iluminatoarelor verticale

6.1.9. Fotomultiplicator P, fixat într-o duză montată pe un microscop și permițând fluxului de lumină prin deschiderea de măsurare și filtrul să intre în fereastra fotomultiplicatorului.

Fotomultiplicatorul trebuie să fie de tipul recomandat pentru măsurarea fluxurilor de lumină de intensitate scăzută, trebuie să aibă o sensibilitate suficientă la 546 nm și un curent de întuneric scăzut. Caracteristica sa ar trebui să fie liniară în regiunea de măsurare, iar semnalul să fie stabil timp de 2 ore.De obicei, se folosește un multiplicator direct cu un diametru de 50 mm cu o intrare optică la capăt, având 11 diode.

6.1.10. treapta de microscop La, capabil să se rotească la 360° perpendicular pe axa optică, care poate fi centrată prin reglarea scenei sau a lentilei. Etapa rotativă este conectată la driverul de pregătire, care asigură deplasarea probei, cu un pas de 0,5 mm în direcții. Xși Y, echipat cu un dispozitiv care permite ajustarea ușoară a mișcărilor în ambele direcții în limita a 10 microni.

6.2. Stabilizator DC pentru sursa de lumina. Caracteristicile trebuie să îndeplinească următoarele condiții:

1) puterea lămpii ar trebui să fie de 90 - 95% din normă;

2) fluctuațiile puterii lămpii ar trebui să fie mai mici de 0,02% atunci când sursa de alimentare se schimbă cu 10%;

3) ondulație la sarcină maximă mai mică de 0,07%;

4) coeficient de temperatură mai mic de 0,05% K -1.

6.3. Stabilizator de tensiune DC pentru fotomultiplicator.

Caracteristicile trebuie să îndeplinească următoarele condiții:

1) fluctuațiile de tensiune la ieșire trebuie să fie de cel puțin 0,05% atunci când tensiunea sursei de curent se modifică cu 10%;

2) ondulație la sarcină maximă mai mică de 0,07%;

3) coeficient de temperatură mai mic de 0,05% K -1;

4) schimbarea sarcinii de la zero la maxim nu ar trebui să modifice tensiunea de ieșire cu mai mult de 0,1%.

Notă - Dacă în timpul perioadei de măsurare tensiunea sursei de alimentare scade cu 90%, între sursa de alimentare și ambii stabilizatori trebuie instalat un autotransformator.

6.4. Dispozitiv indicator (afișaj), constând din unul dintre următoarele dispozitive:

1) un galvanometru cu o sensibilitate minimă de 10 -10 A/mm;

2) reportofon;

3) voltmetru digital sau indicator digital.

Instrumentul trebuie ajustat astfel încât timpul său de răspuns la scară completă să fie mai mic de 1 s și rezoluția sa să fie de 0,005% reflectanță. Aparatul trebuie să fie echipat cu un dispozitiv pentru eliminarea potențialului pozitiv mic care apare la descărcarea fotomultiplicatorului și din cauza curentului de întuneric.

Note

1. Voltmetrul sau indicatorul digital trebuie să poată distinge clar valorile reflectanței maxime atunci când proba este rotită pe scenă. Valorile individuale ale reflectanței pot fi stocate electronic sau înregistrate pe bandă magnetică pentru procesare ulterioară.

2. Un amplificator cu zgomot redus poate fi utilizat pentru a amplifica semnalul fotomultiplicatorului atunci când este aplicat instrumentului indicator.

6.5. fixare pentru a da suprafața lustruită a probei de testat sau poziția de referință paralelă cu lama de sticlă (presa).

7. MĂSURĂTORI

7.1. Pregătirea echipamentului (în 7.1.3 și 7.1.4, literele dintre paranteze se referă la Figura 2).

7.1.1. Operațiuni inițiale

Asigurați-vă că temperatura camerei este (23 ± 3) °C.

Includeți surse de curent, lumini și alte echipamente electrice. Setați tensiunea recomandată pentru acest fotomultiplicator de către producător. Pentru a stabiliza echipamentul, acesta se ține timp de 30 de minute înainte de începerea măsurătorilor.

7.1.2. Reglarea microscopului pentru măsurarea reflectanței.

Dacă se măsoară o reflectanță arbitrară, polarizatorul este îndepărtat. Dacă se măsoară reflectanța maximă, polarizatorul este setat la zero când se folosește o placă de sticlă sau un iluminator Smith, sau la un unghi de 45° când se folosește o prismă Berek. Dacă se folosește un filtru polarizant, acesta este verificat și înlocuit dacă prezintă o decolorare semnificativă.

7.1.3. Iluminat

Pe suprafața lustruită a brichetei lustruite se aplică o picătură de ulei de imersie montată pe o lamă de sticlă și se nivelează și se așează pe platoul de microscop.

Verificați reglarea corectă a microscopului pentru iluminarea Koehler. Reglați câmpul iluminat folosind diafragma de câmp ( E) astfel încât diametrul său să fie de aproximativ 1/3 din întregul câmp. Diafragma iluminatorului ( LA) sunt reglate astfel încât să reducă strălucirea, dar fără a reduce în mod nejustificat intensitatea fluxului luminos. În viitor, dimensiunea diafragmei ajustate nu se modifică.

7.1.4. Reglarea sistemului optic. Centrați și focalizați imaginea diafragmei de câmp. Centrați lentila ( Și) dar în raport cu axa de rotație a etajului obiect și reglați centrul deschiderii de măsurare ( H) astfel încât să coincidă fie cu reticule, fie cu un punct dat din câmpul vizual al sistemului optic. Dacă imaginea deschiderii de măsurare nu poate fi văzută pe eșantion, un câmp care conține o mică incluziune lucioasă, cum ar fi un cristal de pirit, este selectat și aliniat cu firele de păr. Reglați centrarea diafragmei de măsurare ( H) până când fotomultiplicatorul dă cel mai mare semnal.

7.2. Testare de fiabilitate și calibrare hardware

7.2.1. Stabilitate hardware.

Standardul cu cea mai mare reflectanță este plasat la microscop, focalizat în ulei de imersie. Tensiunea fotomultiplicatorului este ajustată până când citirea afișată se potrivește cu reflectanța standardului (de exemplu, 173 mV corespunde unei reflectanțe de 173%). Semnalul trebuie să fie constant, modificarea citirii nu trebuie să depășească 0,02% în 15 minute.

7.2.2. Modificări ale citirilor în timpul rotației standardului de reflexie pe scenă.

Puneți pe scenă un standard cu o reflectanță a uleiului de 1,65 până la 2,0% și focalizați în uleiul de imersie. Întoarceți încet masa pentru a vă asigura schimbare maximă indicatori este mai mic de 2% din indicele de reflexie al standardului luat. Dacă abaterea este mai mare decât această valoare, este necesar să se verifice poziția orizontală a standardului și să se asigure perpendicularitatea strictă a acestuia pe axa optică și rotația în același plan. Dacă după aceasta fluctuațiile nu devin mai mici de 2%, producătorul trebuie să verifice stabilitatea mecanică a scenei și geometria microscopului.

7.2.4. Linearitatea semnalului fotomultiplicator

Măsurați reflectanța celorlalte standarde la aceeași tensiune constantă și aceeași setare a deschiderii luminii pentru a verifica dacă sistemul de măsurare este liniar în limitele măsurate și dacă standardele sunt conforme cu valorile lor de proiectare. Rotiți fiecare standard astfel încât citirile să fie cât mai aproape posibil de valoarea calculată. Dacă valoarea pentru oricare dintre standarde diferă de reflectanța calculată cu mai mult de 0,02%, standardul trebuie curățat și procesul de calibrare trebuie repetat. Standardul trebuie lustruit din nou până când indicele de reflexie diferă de cel calculat cu mai mult de 0,02%.

Dacă reflectanța standardelor nu oferă o diagramă liniară, verificați liniaritatea semnalului fotomultiplicator folosind standarde din alte surse. Dacă nu dau diagramă cu linii, verificați din nou liniaritatea semnalului prin aplicarea mai multor filtre de calibrare a densității neutre pentru a reduce fluxul de lumină la o valoare cunoscută. Dacă se confirmă neliniaritatea semnalului fotomultiplicatorului, înlocuiți tubul fotomultiplicatorului și efectuați teste suplimentare până când se obține liniaritatea semnalului.

7.2.5. Calibrare hardware

După ce s-a stabilit fiabilitatea aparatului, este necesar să se asigure că instrumentul indicator oferă citirile corecte pentru standardul zero și pentru cele trei standarde de reflexie ale cărbunelui de testare, așa cum este indicat la 7.2.1 la 7.2.4. Reflectanța fiecărui standard afișată pe afișaj nu trebuie să difere de cea calculată cu mai mult de 0,02%.

7.3. Măsurarea reflectanței Vitrinite

7.3.1. Dispoziții generale

Metoda de măsurare a valorilor de reflexie maximă și minimă este dată în 7.3.2, iar pentru una arbitrară în 7.3.3. În aceste subclauze, termenul vitrinit se referă la unul sau mai multe submacerale din grupul vitrinite.

După cum sa discutat în Secțiunea 1, alegerea submaceralelor care urmează să fie măsurate determină rezultatul și, prin urmare, este important să se decidă ce submacerale să măsoare reflectanța și să le noteze atunci când se raportează rezultatele.

7.3.2. Măsurarea reflectanței maxime și minime a vitrinitei în ulei.

Instalați polarizatorul și verificați aparatul conform 7.1 și 7.2.

Imediat după calibrarea echipamentului, pe o treaptă mecanică (pregătire) se așează un preparat lustruit nivelat realizat din proba de testat care permite efectuarea măsurătorilor începând dintr-un colț. Aplicați ulei de imersie pe suprafața probei și focalizați. Mișcați ușor proba cu preparatul de șofer până când firele de păr sunt focalizate pe o suprafață adecvată a vitrinitei. Suprafața de măsurat trebuie să fie lipsită de fisuri, defecte de lustruire, incluziuni minerale sau relief și trebuie să fie la o oarecare distanță de limitele maceralului.

Lumina este trecută printr-un fotomultiplicator și masa este rotită la 360° cu o viteză de cel mult 10 min -1. Înregistrați cele mai mari și cele mai mici valori ale indicelui de reflexie, care se notează în timpul rotației tabelului.

NOTĂ Când glisa este rotită la 360°, în mod ideal, pot fi obținute două citiri maxime și minime identice. Dacă cele două citiri sunt foarte diferite, trebuie determinată cauza și corectată eroarea. Uneori, cauza erorii poate fi bulele de aer din ulei care intră în zona măsurată. În acest caz, citirile sunt ignorate și bulele de aer sunt eliminate prin coborârea sau ridicarea etajului microscopului (în funcție de design). Suprafața frontală a lentilei obiectiv este șters cu o cârpă optică, se aplică din nou o picătură de ulei pe suprafața probei și se realizează focalizarea.

Proba este mutată în direcția X(lungimea treptei 0,5 mm) și luați măsurători atunci când reticulul lovește o suprafață adecvată a vitrinitei. Pentru a fi siguri că măsurătorile sunt efectuate pe un loc adecvat al vitrinitei, proba poate fi mutată cu ajutorul cursorului până la 10 µm. La sfârșitul traseului, proba trece la următoarea linie: distanța dintre linii este de cel puțin 0,5 mm. Distanța dintre linii este aleasă astfel încât măsurătorile să fie distribuite uniform pe suprafața secțiunii. Continuați să măsurați reflectanța utilizând această procedură de testare.

La fiecare 60 de minute, verificați din nou calibrarea aparatului în raport cu standardul cel mai apropiat de cea mai mare reflectanță (7.2.5). Dacă reflectanța standardului diferă cu mai mult de 0,01% față de valoarea teoretică, aruncați ultima citire și efectuați-o din nou după recalibrarea aparatului față de toate standardele.

Măsurătorile de reflexie se fac până la obținerea numărului necesar de măsurători. Dacă bricheta lustruită este pregătită din cărbune dintr-un strat, atunci se fac de la 40 la 100 de măsurători și mai multe (vezi tabelul 3 ). Numărul de măsurători crește odată cu gradul de anizotropie a vitrinitei. În fiecare bob măsurat, se determină valorile maxime și minime ale numărului și în timpul rotației treptei microscopului. Valorile medii ale reflectanței maxime și minime sunt calculate ca medie aritmetică a rapoartelor maxime și minime.

Dacă proba utilizată este un amestec de cărbuni, atunci se fac 500 de măsurători.

Pe fiecare specimen lustruit trebuie măsurate 10 sau mai multe zone de vitrinite, în funcție de gradul de anizotropie al probei de testat și de obiectivele studiului.

Înainte de începerea măsurătorilor, specimenul lustruit este fixat astfel încât planul de stratificare să fie perpendicular pe fasciculul incident al sistemului optic al microscopului. La fiecare punct măsurat, se găsește poziția citirii maxime, iar apoi citirile sunt înregistrate la fiecare 90° din rotirea etajului microscopului când acesta este rotit la 360°.

Reflectanta maxima si minima (R 0, max și R 0, min) calculată ca medie aritmetică a citirilor maxime și, respectiv, minime.

7.3.3. Măsurarea reflectanței vitrinitei arbitrare în uleiul de imersie (R 0, r)

Utilizați procedura descrisă în 7.3.2, dar fără polarizare și rotație a probei. Efectuați calibrarea așa cum este descris în 7.2.5

Măsurați reflectanța vitrinitei până când este înregistrat numărul necesar de măsurători.

Pe fiecare brichetă lustruită, este necesar să se efectueze de la 40 la 100 sau mai multe măsurători (tabel 3 ) în funcție de omogenitatea și gradul de anizotropie a probei de testat.

Numărul de măsurători crește odată cu creșterea eterogenității în compoziția grupului huminit și vitrinite, precum și cu o anizotropie pronunțată a cărbunilor și antracitelor.

Numărul de măsurători pentru probele care conțin materie organică solidă dispersată este determinat de natura și dimensiunea acestor incluziuni și poate fi semnificativ mai mic.

Pentru a stabili compoziția amestecurilor de cărbune din reflectograme, este necesar să se efectueze cel puțin 500 de măsurători pe două mostre din proba de cărbune studiată. Dacă participarea cărbunilor de diferite grade de metamorfism, care fac parte din sarcină, nu poate fi stabilită fără ambiguitate, se efectuează alte 100 de măsurători și în viitor până când numărul lor este suficient. Limitarea numărului de măsurători - 1000.

Pe fiecare piesă lustruită se efectuează până la 20 de măsurători în două direcții reciproc perpendiculare. Pentru a face acest lucru, piesa lustruită este setată astfel încât planul de stratificare să fie perpendicular pe fasciculul incident al sistemului optic al microscopului. Locurile pentru măsurători sunt alese astfel încât să fie distribuite uniform pe întreaga suprafață a vitrinitei specimenului lustruit studiat.

Indicele de reflexie arbitrară (R 0, r ) se calculează ca medie aritmetică a tuturor măsurătorilor.

7.3.4. Măsurători de reflexie în aer.

Definițiile indicilor de reflexie maxim, minim și arbitrar (R a, max, Ra, min și Ra, r) ​​​​pot fi efectuate pentru o evaluare preliminară a etapelor metamorfismului.

Măsurătorile în aer sunt efectuate în mod similar cu măsurătorile în ulei de imersie la valori mai mici ale opririi deschiderii, tensiunii iluminatorului și tensiunii de funcționare PMT.

Pe bricheta lustruită studiată, este necesar să se efectueze 20 - 30 de măsurători, lustruit - 10 sau mai mult.

8. PRELUCRAREA REZULTATELOR

8.1. Rezultatele pot fi exprimate ca o singură valoare sau ca o serie de numere în intervale de reflectanță de 0,05% (1 / 2 V-pas) sau la intervale de 0,10% din indicele de reflexie ( V-Etapa). Reflectanța medie și abaterea standard se calculează după cum urmează:

1) Dacă citirile individuale sunt cunoscute, atunci reflectanța medie și abaterea standard sunt calculate folosind formulele (1) și respectiv (2):

(2)

Unde ?R- medie maximă, medie minimă sau medie a indicelui de reflexie arbitrară, %.

Ri- indicare individuală (măsurare);

n- numarul de masuratori;

Deviație standard.

2) Dacă rezultatele sunt prezentate ca o serie de măsurători în 1/2 V-pas sau V-pas, utilizați următoarele ecuații:

Unde Rt- valoare medie 1/2 V-pas sau V-Etapa;

X- numărul de măsurători de reflectare în 1/2 V-pas sau V-Etapa.

Înregistrați submacerale de vitrinite, care includ valori ?R indiferent de reflectanța măsurată, maximul, minim sau arbitrar și numărul de puncte de măsurare. Procent de vitrinit pentru fiecare 1/2 V-pas sau V-pasul poate fi reprezentat ca reflectogramă. Un exemplu de exprimare a rezultatelor este dat în Tabelul 2, reflectograma corespunzătoare este în Figura 4.

Notă - V-pasul are un interval de 0,1 reflectanță, iar 1/2 are un interval de 0,05%. Pentru a evita suprapunerea valorilor reflectanței exprimate la a doua zecimală, intervalele de valori sunt prezentate, de exemplu, după cum urmează:

V- pas - 0,60 - 0,69; 0,70 - 0,79 etc. (inclusiv).

1 / 2 V- trepte: 0,60 - 0,64; 0,65 - 0,69 etc. (inclusiv).

Valoarea medie a seriei (0,60 - 0,69) este 0,645.

Valoarea medie a seriei (0,60 - 0,64) este 0,62.

8.2. Opțional, un indice de reflexie arbitrar (R 0, r ) se calculează din valorile medii ale valorilor de reflexie maximă și minimă conform formulelor:

pentru minereu lustruit R 0, r = 2 / 3 R 0, max + 1/3 R 0, min

pentru brichete lustruite

Valoare ocupă o poziție intermediară între R 0, max și R 0, min și asociat cu orientarea cerealelor în bricheta lustruită.

8.3. Ca un parametru suplimentar, indicele de anizotropie de reflexie (AR) este calculat folosind formulele:

8.4. Prelucrarea rezultatelor măsurătorilor în lumină obișnuită și polarizată în aer pe brichete lustruite și piesele lustruite se realizează în mod similar cu prelucrarea rezultatelor măsurătorilor în ulei de imersie (8.1 ).

Figura 4 - Reflectogramă compilată conform rezultatelor din tabelul 2

masa 2

Reflectanța măsurată arbitrară

Submacerale ale vitrinitei, telocolinitei și desmocolinitei

Indicele de reflecție	Numărul de observații	Procentul de observații

Numărul total de măsurători n = 500

Reflectanta medie ?R 0, r = 1,32%

Deviație standard? = 0,20%

9. PRECIZIE

9.1. Convergenţă

Convergența definițiilor valorilor medii ale maximului, minim sau reflectanța arbitrară este valoarea cu care diferă două citiri separate, luate cu același număr de măsurători de către același operator pe aceeași diapozitivă folosind același aparat la nivel de încredere 95 %.

Convergența se calculează prin formula

Unde? t- abaterea standard teoretică.

Convergența depinde de o serie de factori, printre care:

1) precizie limitată de calibrare cu standarde de reflectanță (6.2.5);

2) devierea de calibrare admisă în timpul măsurătorilor (6.3.2);

3) numărul de măsurători efectuate și intervalul de valori ale indicelui de reflexie pentru vitrină dintr-un strat de cărbune.

Efectul general al acestor factori poate fi exprimat ca o abatere standard a reflectanței medii de până la 0,02% pentru o probă de un cărbune individual dintr-o cusătură. Aceasta corespunde unei convergențe de până la 0,06%.

9.2. Reproductibilitatea

Reproductibilitatea determinărilor valorilor medii ale indicatorilor maxim, minim sau arbitrar este valoarea cu care valorile a două determinări efectuate cu același număr de măsurători de către doi operatori diferiți diferă pe două preparate diferite realizate din același eșantion și folosind echipamente diferite, cu o probabilitate de încredere de 95%.

Reproductibilitatea este calculată prin formula

Unde? 0 este abaterea standard reală.

Dacă operatorii sunt instruiți în mod adecvat pentru a identifica vitrinitele sau submaceralele corespunzătoare, iar reflectanța referinței este cunoscută în mod fiabil, abaterile standard ale determinărilor de reflectanță medie de către diferiți operatori în diferite laboratoare sunt de 0,03%. Reproductibilitatea este astfel de 0,08%

9.3. Discrepanțele permise între rezultatele valorilor medii ale indicatorilor de reflectare a celor două definiții sunt indicate în tabel 3 .

Tabelul 3

Indicele de reflexie, %	Discrepane admise % abs.		Numărul de măsurători
	într-un singur laborator	în diferite laboratoare
Până la 1,0 incl.

10. RAPORT DE TESTARE

Raportul de testare trebuie să includă:

2) toate detaliile necesare pentru identificarea probei;

3) numărul total de măsurători;

4) tipul de măsurători efectuate, i.e. maxim, minim sau un indice de reflexie arbitrar;

5) tipul și raportul de submacerale vitrinite utilizate în această definiție;

6) rezultatele obţinute;

7) alte caracteristici ale probei observate în timpul analizei și care pot fi utile în utilizarea rezultatelor.

Reflexivitatea vitrinitei se calculează atât în ​​aer R а cât și în imersie în ulei R o . r . Prin valoarea lui R o . r este clasa estimată a cărbunelui în clasificarea industrială - genetică (GOST 25543-88).

Pe fig. 2.1 arată relația dintre valoarea calculată a parametrului și reflectanța vitrinitei în aer R a.

Există o corelație strânsă între și Rа: coeficient de corelație de pereche r = 0,996, coeficient de determinare – ​​0,992.

Fig.2.1. Relația dintre parametrul cărbunelui și indicator

reflexiile vitrinitei în aer Ra (puncte deschise și întunecate -

diverse surse)

Dependența prezentată este descrisă de ecuația:

R a \u003d 1,17 - 2,01. (2,6)

Între valoarea calculată și reflectanța vitrinitei în imersie în ulei R o. r conexiunea este neliniară. Rezultatele cercetării au arătat că există o relație directă între parametrul structural al vitrinitei (Vt) și indicii liptinitei (L) și inertinitei (I).

Pentru cărbunii Kuzbass, relația dintre R o. r și următoarele:

R despre. r = 5,493 - 1,3797 + 0,09689 2 . (2,7)

Figura 2.2 prezintă relația dintre reflectanța vitrinitei în imersie în ulei R®. r (op) și calculat prin ecuația (2.7) R o . r(calc).

Fig.2.2. Corelația dintre R experimentat aproximativ. r (op) și R o calculat. r (calc)

valorile indicelui de reflexie al cărbunilor de vitrinite de Kuzbass

Arată în Fig. 2.2 dependența grafică se caracterizează prin următoarele statistici: r = 0,990; R 2 \u003d 0,9801.

Astfel, parametrul caracterizează fără ambiguitate gradul de metamorfism al cărbunelui.

2.3 Densitatea reală a cărbunelui d r

Este cea mai importantă caracteristică fizică a TGI. folosit

la calcularea porozității combustibililor, proceselor și aparatelor pentru prelucrarea acestora etc.

Densitatea reală a cărbunelui d r este calculată prin aditivitate, ținând cont de conținutul din acesta al numărului de moli de carbon, hidrogen, azot, oxigen și sulf, precum și componente minerale conform ecuației:

d = V o d + ΣV Mi d Mi + 0,021, (2,8)

unde V o și V sunt conținutul volumetric al materiei organice și al impurităților minerale individuale din cărbune în fracțiuni de unitate,%;

d și d Mi sunt valorile densităților reale ale materiei organice de cărbune și impurități minerale;

0,021 - factor de corecție.

Densitatea masei organice de cărbune se calculează la 100 g din masa sa d 100;

d 100 = 100/V 100 , (2,9)

unde valoarea lui V 100 este conținutul volumetric al materiei organice din cărbune, fracțiuni de unitate. Determinat de ecuația:

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

unde n C o , n H o , n N o , n O o şi n So sunt numărul de moli de carbon, hidrogen, azot şi sulf în 100 g WMF;

H , N , O și S sunt coeficienți empirici determinați experimental pentru diverși cărbuni.

Ecuația pentru calcularea V 100 a vitrinitului de cărbune în intervalul conținutului de carbon în ADM de la 70,5% la 95,0% are forma

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)

Figura 2.3 prezintă o relație grafică între valorile calculate și reale ale densității vitrinitei de cărbune, adică d = (d)

Există o strânsă corelație între valorile calculate și experimentale ale densității adevărate a vitrinitei. În acest caz, coeficientul de corelație multiplă este 0,998, determinarea - 0,9960.

Fig.2.3. Comparația dintre calculat și experimental

valori ale densității adevărate a vitrinitei

Randamentul substanțelor volatile

Calculat conform ecuației:

V daf = V x Vt + V x L + V x I (2.12)

unde x Vt ,x L și x I sunt proporția de vitrinite, liptinite și inertinite în compoziția cărbunelui (x Vt + x L + x I = 1);

V , V și V - dependența randamentului de substanțe volatile din vitrinite, liptinite și inertinite de parametrul:

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

V = 109,344 - 8,439 L, (2,8)

V = 20,23 exp [ (0,4478 – 0,1218 L) ( L – 10,26)], (2,9)

unde Vt , L și I sunt valorile parametrilor calculati pentru vitrinite, liptinite și inertinite în funcție de compoziția lor elementară.

Figura 2.4 prezintă relația dintre randamentul calculat de substanțe volatile în stare uscată fără cenușă și cel determinat conform GOST. Coeficient de corelație perechi r = 0,986 și determinarea R 2 = 0,972.

Fig.2.4. Compararea valorilor experimentale V daf (op) și calculate a V daf (calc).

pentru eliberarea de substanţe volatile din cărbuni neomogeni petrografic

bazinul Kuznetsk

Relația parametrului cu eliberarea de substanțe volatile din zăcămintele de cărbune din Africa de Sud, SUA și Australia este prezentată în Fig. 2.5.

Fig. 2.5 Dependenţa randamentului de substanţe volatile V daf de structura - chimic

parametrii cărbunilor de vitrinite:

1 - Bazinul cărbunelui Kuznetsk;

2 - zăcămintele de cărbune din Africa de Sud, SUA și Australia.

După cum reiese din datele din figură, relația cu eliberarea de substanțe volatile din aceste țări este foarte strânsă. Coeficientul de corelare a perechii este 0,969, determinarea - 0,939. Astfel, parametrul cu fiabilitate ridicată face posibilă prezicerea eliberării de substanțe volatile din cărbunii din zăcămintele mondiale.

Puterea calorică Q

Cea mai importantă caracteristică a TGI ca combustibil energetic arată cantitatea posibilă de căldură care este eliberată în timpul arderii a 1 kg de combustibil solid sau lichid sau a 1 m 3 de combustibil gazos.

Există valori calorice mai mari (Q S) și mai mici (Q i) ale combustibililor.

Puterea calorică brută se determină într-un colorimetru, ținând cont de căldura de condensare a vaporilor de apă formată în timpul arderii combustibilului.

Calculul căldurii de ardere a combustibilului solid se efectuează conform formulei lui D.I. Mendeleev pe baza datelor compoziției elementare:

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

unde Q este puterea calorică netă, kJ/kg;

4,184 este factorul de conversie al kcal în mJ.

Rezultatele studiilor TGI au arătat că, având în vedere condițiile neidentice de formare a cărbunelui în bazinele carbonifere, valorile coeficienților pentru C daf , H daf , S și O daf vor fi diferite, iar formula de calcul a puterii calorice are forma:

Q = 4,184, (2,17)

unde q C , q H , q SO sunt coeficienți determinați experimental pentru diferite zăcăminte de cărbune.

În tabel. 2.1 prezintă ecuațiile de regresie pentru calcul căldură mai mică arderea cărbunelui din diverse zăcăminte de TGI Federația Rusă.

Tabel 2.1 - Ecuații pentru calcularea puterii calorifice nete pentru o bombă cu cărbune

diferite bazine ale Federației Ruse

Valorile coeficientului de corelație de pereche dintre puterile calorice calculate prin ecuații și determinate de bombă, prezentate în tabel, arată o corelație strânsă a acestora. În acest caz, coeficientul de determinare variază între 0,9804 - 0,9880.

Numărul de componente fuzionate ∑OK determină categoria cărbunelui și, în combinație cu alți indicatori, face posibilă evaluarea utilizării cărbunelui în tehnologia cocsării.

Parametrul ∑OK este suma conținutului de inertinite I și a părții (2/3) de semivitrinite S v din cărbune:

∑OK = I+ 2/3 S v . (2,18)

Rezultatele cercetării arată că conținutul de componente slabe din cărbuni se corelează cel mai strâns cu influența combinată a parametrilor și a H/C. Ecuația pentru calcularea ∑OK este:

∑OK \u003d b 0 + b 1 + b 2 (H / C) + b 3 (H / C) + b 4 (H / C) 2 + b 5 2. (2,19)

Coeficientul de corelație de pereche al relației ∑OC a diferitelor grade de cărbuni și încărcături ale bazinului Kuznetsk variază de la 0,891 la 0,956.

S-a stabilit că există o relație mai mare între valorile calculate ale lui ∑OK conform ecuațiilor și cele determinate experimental pentru cărbuni metamorfozați medii. Relația lui ∑OK cu cărbunii cu un grad mai mare de metamorfism este redusă.

Indicele de reflexie al vitrinitei caracterizează stadiul metamorfismului cărbunelui. În combinație cu compoziția macerală, indicele de reflectare a vitrinitei oferă o idee despre proprietățile chimice și tehnologice ale cărbunelui sau ale unui amestec de cărbuni.

Reflectanța vitrinitei poate fi folosită și pentru a caracteriza densitatea materiei de cărbune. Măsurarea reflectanței vitrinitei într-un amestec de cărbuni face posibilă identificarea componentelor acestui amestec și estimarea conținutului lor relativ.

Indicele de reflectare a vitrinitei este unul dintre principalii parametri genetici pentru clasificarea și codificarea cărbunilor (Secțiunea IV). Deci, împărțirea cărbunilor fosili în tipuri (cărbuni maro, negru și antracit), stabilirea stadiului de metamorfism și a clasei de cărbune se realizează în funcție de indicele de reflexie. Primele cifre ale codului individual de carbon reprezintă valoarea reflectanței vitrinitei.

În conformitate cu GOST 17070-2014, reflectanța vitrinitei R este raportul dintre intensitatea fluxului de lumină al unei lungimi de undă stabilite reflectată de suprafața lustruită a maceralelor grupului de vitrinite (huminite) și intensitatea fluxului luminos incident perpendicular. la această suprafață, exprimată în procente.

Indicii de reflexie ai maceralelor individuale din grupa vitrinite din cărbunele studiat pot diferi semnificativ unul de celălalt, prin urmare, valoarea obținută a indicelui de reflexie depinde de ce maceral a fost utilizat pentru măsurarea indicelui de reflexie. Măsurarea se efectuează pe unul sau mai multe macerale din grupa vitrinite, în acest caz, prezentând rezultatele, se indică ce macerale au fost utilizate pentru măsurători și, de asemenea, se evaluează contribuția fiecărui maceral la rezultatul general.

În prezent, pentru determinarea indicelui de reflexie se utilizează o singură metodă standard, reglementată în ISO 7404-5:2009 și GOST R 55659-2013 „Metode pentru analiza petrografică a cărbunilor. Partea 5. Metoda de determinare a reflectanței vitrinitei cu ajutorul unui microscop.

Esența metodei este următoarea. Intensitatea luminii cu o lungime de undă de 546 nm, reflectată aproape în unghi drept de suprafața lustruită a maceralelor din grupa vitrinite, măsurată cu ajutorul unui tub fotomultiplicator de electroni (sau dispozitiv similar), este comparată cu intensitatea luminii măsurată sub același condiţii reflectate de standarde cu o reflectanţă cunoscută. După proprietățile lor optice, boabele de vitrină din același cărbune diferă ușor unele de altele. Se fac măsurători suficiente asupra diferitelor boabe de vitrinite, astfel încât rezultatul obținut poate fi atribuit întregului amestec de cărbune sau cărbune.

Ca standarde, se folosesc ochelari optici, leucozafir, cristal de rocă, diamant cu indici de reflectare în imersie în ulei de la 0,3 la 7%. Acești indicatori trebuie să fie determinați în laboratoare speciale sau calculați din indici de refracție.

Înainte de a măsura reflectanța, reglați sistemul optic și pregătiți echipamentul, verificându-i stabilitatea. Calibrați instrumentul pornind de la un standard cu o reflectanță ridicată. În continuare, liniaritatea semnalului fotomultiplicator este verificată prin măsurarea indicilor de reflexie a încă două standarde. Dacă instrumentul indicator dă rezultatele corecte pentru cele trei standarde, putem presupune că instalația este calibrată.

Un bloc lustruit este plasat pe scena microscopului, astfel încât suprafața sa lustruită să fie paralelă cu lama. Pe suprafața brichetei lustruite se aplică o picătură de ulei de imersie. După o determinare prealabilă a valorii de diviziune a dispozitivului de măsurare, proba standard este înlocuită cu bricheta lustruită investigată. Măsurătorile indicilor de reflexie ai standardelor se efectuează înainte și după examinarea probei de cărbune.

Indicele de reflectare al cărbunilor bituminoși și antracitelor este măsurat pe toate maceralele din grupa vitrinitelor. Zonele investigate nu trebuie să aibă zgârieturi, microrelief și impurități minerale. Mărimea zonei ar trebui să fie de două ori dimensiunea câmpului fotometru. Pe fiecare brichetă lustruită, este necesar să se efectueze de la 40 la 100 de măsurători, în funcție de omogenitatea și stadiul metamorfismului cărbunelui. Numărul de măsurători crește odată cu creșterea eterogenității vitrinitei și cu o creștere a stadiului metamorfismului cărbunelui. Pentru a stabili indicele de reflexie al amestecurilor de cărbune, se efectuează cel puțin 500 de măsurători.

Măsurarea reflectanței maxime și minime a vitrinitei în ulei

Măsurătorile sunt efectuate în lumină polarizată liniar în timp ce se rotește treapta microscopului.

În primul rând, treapta microscopului este mutată cu ajutorul pregătirii driverului până când reticulele filamentelor ocularului sunt focalizate pe suprafața vitrinitei potrivite pentru măsurători. Suprafața de măsurat trebuie să fie lipsită de fisuri, defecte de lustruire, incluziuni minerale sau relief și trebuie să fie la o oarecare distanță de limitele maceralului.

După primirea semnalului de ieșire de la fotomultiplicator, rotiți scena la 360° la o viteză de cel mult 10 min -1. Înregistrați cele mai mari și cele mai mici valori ale indicelui de reflexie obținut în timpul rotației tabelului.

Bricheta lustruită este deplasată în direcția cu o lungime a pasului de 0,5 mm și măsurătorile sunt luate atunci când reticulele lovesc o suprafață adecvată a vitrinitei. Pentru a fi siguri că măsurătorile sunt efectuate pe un loc adecvat al vitrinitei, proba poate fi mutată cu ajutorul cursorului până la 10 µm. La sfârșitul traseului, proba este mutată în direcția Y, perpendicular pe direcția X, la următoarea linie. Distanța dintre linii este de cel puțin 0,5 mm. Continuați să mutați proba în trepte de 0,5 mm în direcția opusă, în timp ce măsurați reflectanța. Distanța la care proba este deplasată în direcția Y este aleasă astfel încât măsurătorile să fie distribuite uniform pe întreaga suprafață a brichetei lustruite. Măsurătorile indicelui de reflectare a vitrinitei al probei sunt continuate până când se obține numărul necesar de rezultate de măsurare (Tabelul 9.5).

Reflectanțele maxime și minime (R o,max și R o,min) sunt calculate ca medie aritmetică a citirilor maxime și, respectiv, minime ale instrumentului.

Măsurarea reflectanței arbitrare a vitrinitei în ulei

Măsurătorile indicelui de reflexie se fac uniform pe întreaga suprafață a preparatului. Bricheta lustruită se amestecă în plan orizontal în direcția X, cu o lungime a pasului de 0,5 mm. Măsurarea se face atunci când mitra ocularului lovește o suprafață adecvată a vitrinitei. Apoi bricheta este mutată cu un pas (0,5 mm) în direcția Y și din nou deplasată de-a lungul axei X în direcția opusă. Măsurătorile indicelui de reflectare a vitrinitei al probei sunt continuate până când se obține numărul necesar de rezultate de măsurare (Tabelul 9.5).

Tabel 9.5 - Discrepanțele maxime admise între rezultatele determinării indicatorilor de reflexie a vitrinitei

Indicele de reflexie, %	Discrepanțele maxime admise între rezultate, % absolute		Numărul de măsurători
	Convergenţă	Reproductibilitatea
Până la 1,0 incl.	0,02	0,03	40
1,01-1,50	0,03	0,05	40
1,51-2,00	0,05	0,08	40
2,01-2,50	0,07	0,11	40
2,51-3,00	0,10	0,15	40
3,01-3,50	0,10	0,15	80
3,51-4,00	0,10	0,15	120
4,01-4,50	0,10	0,15	200
4,51-5,00	0,10	0,15	300
Peste 5.0	0,10	0,15	500

Măsurătorile se efectuează în lumină nepolarizată fără rotirea etajului microscopului. Un indice de reflexie arbitrar (R o,r) este calculat ca medie aritmetică a tuturor măsurătorilor.

Măsurarea reflectanței în aer

Determinarea reflectanței maxime, minime și arbitrare în aer (R a, max, Ra, min și Ra, r) ​​​​se permite să fie efectuată pentru o evaluare preliminară a etapelor metamorfismului. Aceste măsurători sunt mai ușor de făcut, mai ales pe teren. Cu toate acestea, măsurătorile în imersiune oferă date mai precise, deoarece sunt efectuate la măriri mari.

Măsurătorile în aer sunt efectuate în mod similar cu măsurătorile în ulei de imersie la valori mai mici ale opririi deschiderii, tensiunii iluminatorului și tensiunii de funcționare a tubului fotomultiplicator (PMT).

Este necesar să se efectueze 20-30 de măsurători pe bricheta lustruită studiată, 10 sau mai multe măsurători pe specimenul lustruit.

Determinarea anizotropiei de reflexie a vitrinitei

Ca un parametru suplimentar, se determină indicele de anizotropie de reflexie a vitrinitei (A R). În conformitate cu GOST 17070-87, anizotropia de reflexie a vitrinitei este diferența dintre valorile indicelui de reflexie a vitrinitei în funcție de orientarea acestuia în raport cu așternutul, determinată în condițiile stabilite de standard. Antracitul se caracterizează prin valori mai mari ale anizotropiei optice decât cărbunii bituminoși. Prin urmare, indicatorul anizotropiei reflectanței vitrinitei este utilizat în clasificarea antracitelor în subtipuri (Secțiunea IV).

Indicele de anizotropie a reflectanței vitrinitei (AR) este calculat prin formula:

A R = 100 (R o, max - Ro, min) / R o, r,%. (9,6)

Indicele de anizotropie de reflexie trebuie calculat pe baza rezultatelor măsurării indicilor de reflexie a vitrinitei în bucăți lustruite.

Valorile reflectanței sunt înregistrate rotunjite la a doua zecimală.

Raportul de testare indică numărul de măsurători și oferă, de asemenea, informații despre identificarea maceralelor din grupul de vitrinite pe care au fost efectuate măsurătorile.

Rezultatele determinării valorilor individuale ale indicilor de reflectare a vitrinitei arbitrari într-o brichetă lustruită sunt prezentate sub forma unui tabel în care toate datele sunt distribuite pe intervalele indicelui de reflectare a vitrinitei cu un interval de 0,05% sau 0,10%. Determinați frecvența (%) valorilor lui R o,r care se încadrează într-un anumit interval. Din datele unui astfel de tabel se pot trage mai multe concluzii și se pot calcula parametrii clasificării și codificării cărbunelui (secțiunea IV):

Determinați valoarea medie a unui indice de reflexie arbitrar în imersie R o,r pentru a caracteriza stadiul metamorfismului și clasa cărbunelui conform GOST 25543-2013;

Să se determine abaterea standard (σ) după formula cunoscută în statistica matematică; această valoare reflectă eterogenitatea probelor studiate; în amestecurile de cărbune variază foarte mult;

Construiți o reflectogramă (histogramă) a distribuției valorilor de reflectanță a vitrinitei: pe axa absciselor graficați valorile lui R o,r cu un interval de 0,05% sau 0,10%, iar pe axa ordonatelor - frecvența măsurătorilor (% ) legate de fiecare interval.

Tipul reflectogramelor și valoarea abaterilor standard se referă la parametrii codificării cărbunelui (Secțiunea IV).

Discrepanțele dintre rezultatele a două determinări paralele nu trebuie să depășească valorile indicate în tabel. 9.5.

Reflectanța vitrinitei crește pe măsură ce gradul de coaliare se schimbă de la cărbune brun la antracit. Indicele de reflexie în ulei (R o, r) variază de la 0,1 la 6,0%, în aer (R а, r) - de la 5,5 la 15% sau mai mult. Acest lucru poate fi explicat după cum urmează.

În conformitate cu conceptele teoretice, intensitatea fasciculului de lumină reflectat în partea vizibilă a spectrului este direct proporțională cu numărul de electroni liberi, care, absorbind energia fasciculului de lumină incident, intră într-o stare excitată. Numărul de electroni liberi care determină intensitatea reflexiei este relativ mic și este asociat în principal cu scheletul de carbon condensat (rețelele de carbon).

Odată cu creșterea gradului de carbonizare a cărbunilor, numărul de astfel de structuri de carbon crește, iar reflectivitatea vitrinitei crește. În același timp, orientarea acestor structuri carbonice crește, în principal de-a lungul așternutului, ceea ce duce la o anumită orientare a câmpului de electroni. Cu o creștere generală a reflectanței odată cu stadiul de metamorfism, anizotropia proprietăților optice și mecanice ale cărbunilor crește simultan.

Astfel, indicele de reflexie al vitrinitei este o reflectare externă a transformărilor moleculare profunde ale materiei organice a materialului vegetal original în condițiile acumulării sale și în continuare în procesele de formare a turbei, diageneză și metamorfism.