CC BY
163
Химия растительного сырья. 1998. №4. С. 23-27
УДК 662.735
СВОЙСТВА БИТУМОВ НЕКОТОРЫХ ВИДОВ ТОРФА ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ
© С.Г. Маслов, Ю.И. Прейс, Л.И. Тарновская
Томский политехнический университет, Томск (Россия) Сибирский научно-исследовательский институт торфа, Томск (Россия) E-mail: [email protected]
В работе изучены бензиновые битумы, экстрагированные из 8 видов торфа Томской области. Показано, что битумы из некоторых видов торфа низинного и переходного типа по выходу, составу и свойствам соответствуют регламентируемым требованиям к сырью для производства сырого торфяного воска. Сделано предварительное заключение о возможности использования этого торфа в качестве нетрадиционного битуминозного сырья.
Введение
Одним из наиболее перспективных видов продукции комплексной переработки торфа является сырой торфяной воск (битумы). Традиционно для его производства используются верховой торф со степенью разложения не менее 30% и зольностью до 6% [1], содержащий не менее 4% битумов бензиновой экстракции [2].
В Томской области по данным прогнозной оценки запасов торфяного сырья для производства активных углей и битумов количество перспективных баз традиционного битуминозного сырья ограничено [3]. В связи с этим был проведен поиск нетрадиционного битуминозного сырья. Химико-аналитическими исследованиями было установлено высокое содержание битумов (более 4%) в хорошо разложившемся, низкозольном торфе низинного и переходного типа травяной, древесно-травяной и травяно-моховой групп видов [4]. Поэтому предварительный выбор был остановлен именно на этих, широко распространенных в Томской области низинных и переходных видах торфа.
Специальных работ по оценке состава и качества бензиновых экстрактов из торфа Томской
области не проводилось. В литературных источниках имеются указания на высокое качество битумов, получаемых из низинного торфа европейской части России [5]. Ранее проведенными исследованиями было установлено высокое качество спирто-бензольного экстракта среднеразложивше-гося низинного осокового торфа Таганского месторождения Томской области.
Целью данных исследований является определение пригодности нетрадиционного битуминозного торфяного сырья для производства сырого торфяного воска, а также возможности расширения сырьевой базы традиционного битуминозного сырья Томской области за счет менее разложившегося торфа на основании изучения выходов, состава и качества бензиновых битумов.
Выбор торфа для исследования основывался на нижеследующем. В низинном типе выбраны виды, представляющие различные группы: травяную, древесно-травяную и древесную, в переходном -характерные для Томской области осоково-шейхцериевый торф, по ботаническому составу близкий к низинному типу и древесно-травяной (сосново-пушицевый) - близкий к верховому типу. В верховом типе выбраны пушицево-
сфагновый и сосново-пушицевый виды торфа, широко распространенные в Томской области, но имеющие, как правило, степень разложения менее 30%. Всего для проведения экспериментальных работ было отобрано 8 сборных проб торфа.
Методика исследования и обработка результатов
В исходных пробах торфа определялись ботанический состав и степень разложения микроскопическим методом по ГОСТ 28245-89.
Аналитические пробы готовились в соответствии с ГОСТ 11303-75 и ГОСТ 17644-83. Пробы характеризовали по данным технического анализа: массовую долю влаги определяли по ГОСТ 2731487, а зольность по ГОСТ 21123-85. Содержание битумов определяли методом экстракции по Грефе нефрасом С2-80/120 (ГОСТ 443) и петролей-ным эфиром 70-100. Для оценки свойств битумов из каждого образца торфа они были наработаны в количестве 20-25 г. Разделение бензинового экстракта на восковую и смолистую часть проводили в соответствии со способом Института торфа АН Белоруссии, по последнему его описанию [6].
Определение химических констант битумов (кислотное число, число омыления, эфирное число и иодное число) проводилось общепринятыми методами [7], а температура каплепадения - по ГОСТ 6793-73.
Результаты и их обсуждение
Сырье для производства торфяного воска должно иметь зольность не выше 6% [1]. По этому показателю из всех исследованных нами проб превышают браковочный предел пробы древеснотравяного, древесно-осокового и древесного видов торфа, но незначительно (табл. 1). Поэтому при удовлетворении данных проб по другим показателям к выходу и качеству битумов принималось во внимание содержание в битуме механических примесей, которое не должно превышать 1% [2].
Основным показателем, определяющим пригодность торфа для получения битумов, является выход бензинового экстракта. Согласно полученным данным (табл. 2), по этому показателю для получения сырых восков можно использовать верховой сосново-пушицевый, переходный и низинный древесно-травяной и низинный осоковый торф, при степени его разложения более 20%. Низкий показатель выхода экстракта из образца древесного торфа, по нашему мнению, вероятнее всего связан с преобладанием в нем низкобитуминозных остатков березы, а из образца древесноосокового торфа - не с его ботаническим составом, а с повышенным содержанием Са [8].
В связи с тем, что образец древесно-травяного торфа имеет несколько повышенную зольность
Таблица 1
Результаты общетехнического анализа
Проба Тип Вид торфа Степень разложения, % Влажность аналитическая /W d/, % Зольность аналитическая /А а/, % Зольность на сухое топливо /А d/, %
1 Верховой Пушицево- сфагновый 15 9.5 3.6 3.9
2 Верховой Сосново-пушицевый 25 6.0 4.1 4.4
3 Переходный Осоково- шейхцериевый 15 8.0 2.1 2.3
4 Переходный Древесно-травяной 25 6.9 3.0 3.2
5 Низинный Осоковый 25 7.9 5.1 5.6
6 Низинный Древесно-травяной 35 8.8 7.1 7.8
7 Низинный Древесно-осоковый 30 11.1 8.7 9.8
8 Низинный Древесный 40 9.2 8.0 8.8
(7.8%), для оценки качества битума из него был определен дополнительный показатель, а именно, содержание механических примесей, по методике определения зольности по ГОСТ 21123-85. Содержание механических примесей составило
0.13%, то есть значительно меньше браковочного предела [2].
Кроме того, слаборазложившиеся верховой пушицево-сфагновый и переходный осоково-шейхцериевый торф имеет выход битумов близкий к 4%. Для повышения технологической ценности этих видов торфа можно использовать различные методы обогащения [9-12]. Выбор метода обогащения определяется по основным техникоэкономическим показателям.
Сравнительный анализ выходов битумов, экстрагированных петролейным эфиром 70-100 и неф-расом С2 - 80/120, показал, что последний растворитель извлекает больше битумов (табл. 2), чем первый на 0.2 - 0.5%. Исключение составляет образец переходного осоково-шейхцериевого торфа. В некоторых литературных источниках [13] указывается на обратный эффект. Однако, на наш взгляд, полученные нами данные более соответствуют действительности, так как нефрас С2 80/120 имеет более широкий интервал температур кипения и содержит, хотя и очень незначительные, примеси ароматических углеводородов.
Согласно ТУ 6-15-1228-80, сырой торфяной воск должен удовлетворять следующим показателям: температура каплепадения по Уббелоде - от 70 до 80°С, содержание смолистых веществ -40%, кислотное число - от 30 до 60 мг КОН/г, число омыления - от 100 до 160 мг КОН/г, иодное число - от 15 до 30 г 12/100 г.
Согласно полученным данным (табл. 3), содержание смолистых веществ в битумах колеблется от 24.2 до 39.5%, то есть все образцы битумов удовлетворяют требованию ТУ 6-15-1228-80.
Полученные нами результаты соответствуют средним данным по содержанию смол и восков для разных типов торфа [14]. Битумы торфа ни-
зинного типа содержат больше воска (68.9 -73.3%), чем битумы торфа верхового типа (58.3 и 66.6%). При этом максимальное количество воска содержат битумы торфов с преобладанием остатков осок.
Рассмотрим, как соответствуют свойства выделенных битумов (табл. 4) требованиям ТУ 6-151228-80.
Кислотное число колеблется в пределах нормы, от 40 до 56 мг КОН/г, у 7 образцов битумов и лишь битум древесного торфа имеет несколько повышенное кислотное число (63 мг КОН/г).
Таблица 2
Выход битумов
Проба Выход битумов, % на сухой торф /В/ Выход битумов, % на горючую массу торфа /В"/
петролей- петролей-
ный нефрас ный нефрас
эфир 700100 С2 - 80/120 эфир 700100 С2 - 80/120
1 3.2 3.6 3.4 3.8
2 4.4 4.7 4.6 4.9
3 3.3 3.0 3.4 3.1
4 5.4 5.7 5.6 5.9
5 3.5 4.0 3.8 4.2
6 3.7 4.2 4.0 4.5
7 1.6 1.8 1.8 2.0
8 2.5 2.5 2.7 2.7
Таблица 3
Состав битумов
Проба Состав битумов, % Выход восков на горючую массу торфа, %
смол восков баланс
1 39.8 58.3 98.1 2.2
2 30.1 66.6 96.7 3.3
3 24.2 69.6 93.8 2.2
4 39.5 58.6 98.1 3.5
5 24.6 73.3 97.9 3.1
6 29.2 68.9 98.1 3.1
7 29.3 70.6 99.9 1.4
8 30.0 68.9 98.9 1.9
Таблица 4
Свойства битумов
Проба Кислотное число, мг, КОН/г Эфирное число, мг, КОН/г Число омыления, мг, КОН/г Иодное число, г, 12/100г Температура каплепадения, °С
1 51 104 155 26 71
2 43 79 122 27 132
3 44 90 134 14 72
4 56 76 132 33 71
5 54 101 155 18 77
6 40 96 136 34 73
7 53 30 83 20 70
8 63 70 133 29 70
Число омыления колеблется в пределах нормы, от 122 до 155 мг КОН/г, у 7 образцов битумов. Низкое число омыления для битума древесноосокового торфа (83 мг КОН/г) обусловлено малым содержанием свободных эфиров (эфирное число равно 30 мг КОН/г).
Иодное число колеблется в пределах нормы, от 14 до 29 г 12 /100 г/, у 6 образцов битумов, а у двух образцов битумов, переходного осоково-шейхце-риевого и древесно-травяного торфа, незначительно превышает регламентируемые требования (33 и 34 г 12/100 г/). По этому показателю последние занимают промежуточное положение между битумами из торфа и бурых углей [15], хотя они и ближе к первым.
Температура каплепадения колеблется в пределах нормы, от 70 до 77°С, у 7 образцов битумов. Для образца битума верхового сосново-пушице-вого торфа она имеет очень высокое значение 132ФС. Подобная температура каплепадения не отмечена в доступной нам литературе по торфяным и буроугольным воскам. Для объяснения подобного феномена можно предположить, что в смолистой части этого образца битума имеется повышенное содержание тритерпеноидов или ароматических углеводородов, содержащихся в некоторых видах вересковых кустарничков [5, 16]. Заключение
В результате проведенных исследований 8 образцов торфа месторождений Томской области
установлено соответствие регламентируемым требованиям к торфяному сырью для производства сырого торфяного воска показателей выхода, состава и свойств битумов из 4 образцов: верхового сосново-пушицевого, переходного древеснотравяного, низинных древесно-травяного и осокового, имеющих степень разложения от 25 до 35% и зольность от 2.3 до 7.8%. Правда, следует отметить, что образцы битумов из переходного и низинного древесно-травяного торфа имеют несколько повышенное иодное число. Высокая же температура каплепадения у битума из верхового сосново-пушицевого торфа делает возможным его применение в отраслях, где требуется повышенная термостойкость сырых восков, например, при получении консервирующих смазок.
Установлены выход, близкий к регламентируемому, и высокое качество битумов из образцов менее разложившихся верхового пушицево-сфаг-нового и переходного осоково-шейхцериевого торфа.
Таким образом, полученные данные позволяют сделать предварительное заключение о возможности использования низинного и переходного торфа травяной и древесно-травяной групп видов степенью разложения не менее 25% и зольностью не более 7.8% в качестве нетрадиционного битуминозного сырья для производства сырого торфяного воска. Особую значимость данным результатам исследований придает наличие значительных
запасов сырья в Томской области и залегание его мощными, монолитными, удобными для добычи пластами, что позволит в значительной степени расширить сырьевую базу для химической переработки торфа. Сырьевая база битуминозного сырья может быть расширена и за счет менее разложившихся верхового пушицево-сфагнового и переходного осоково-шейхцериевого торфа при условии их обогащения.
Список литературы
1. Лиштван Н.И., Король Н.Т. Основные свойства торфа и методы их определения. Минск, 1975. 320 с.
2. Торф в народном хозяйстве / Под ред. Соколова Б.Н. М., 1988. 268 с.
3. Прейс Ю.И. Сырьевые базы Томской области для производства сырого торфяного воска и активных углей из торфа // Опыт, проблемы и перспективы развития химической науки и образования. Томск, 1996. С. 35.
4. Прейс Ю.И. Нетрадиционное битуминозное торфяное сырье // Опыт, проблемы и перспективы развития химической науки и образования. Томск, 1996. С. 35.
5. Раковский В.Е., Пигулевская Л.В. Химия и генезис торфа. М., 1978. 231 с.
6. Белькевич П.И., Голованов Н.Г., Долидович Е.Ф. Битумы торфа и бурого угля. Минск, 1989. 127 с.
7. Иванова Л.А., Чистякова Е.И., Юркевич Е.А.
Влияние вида торфа на компонентный химический состав воска. // Химия твердого топлива. 1996. №3. С. 60-65.
8. Демьянов Н.Я., Прянишников Н.Д. Жиры и воска. М.-Л., 1932. 247 с.
9. Сасим А.С. Исследование процесса экстракции восков из торфа // Тез. докл. конф. «Получение и использование восков и сопутствующих продуктов из бурых углей и торфа». Минск, 1974. С. 8.
10. Лопотко М.З., Раковский В.Е., Миронов А.М. Гидромеханическое обогащение торфа // Комплексное использование торфа. М.-Л., 1965. С. 135-140.
11. Новичкова Е.А. и др. Влияние окисления азотной кислотой на выход и групповой состав битумов торфа // Применение торфа и продуктов его химической переработки в народном хозяйстве. Калинин, 1977. С. 53-58.
12. Пат. № 1460036 (РФ). Способ подготовки торфа к переработке в химические продукты / Маслов С.Г., Смольянинов С.И., Тарновская Л.И. // 1994, от 20.06.1994.
13. Торфяной воск и сопутствующие продукты / Под ред. П.И. Белькевича. Минск, 1977. 230 с.
14. Аронов С.Г., Нестеренко Л.Л. Химия твердых горючих ископаемых. Харьков, 1960. 272 с.
15. Белькевич П.И., Голованов Н.Г. Воск и его технические аналоги. Минск, 1980. 176 с.
16. Белькевич П.И., Голованов Н.Г., Далидович Е.Ф. Химия экстракционных смол торфа и бурого угля. Минск, 1985. 168 с.
Поступило в редакцию 13.05.98
