Древесный Уголь

Макропористый высокоуглеродистый продукт, получаемый пиролизом древесины без доступа воздуха. Структура и св-ва угля определяются т-рой пиролиза. Пром. Д. У., получаемый при конечной т-ре 450-550 °С, - аморфный высокомол. Продукт, включающий алифатич. И ароматич. Структуры. Состав. 80-92% С, 4,0-4,8% Н, 5-15% О. Д. У. Содержит также 1-3% минер. Примесей, гл. Обр. Карбонатов и оксидов К, Na, Ca, Mg, Si, Al, Fe. Кажущаяся плотность елового угля составляет 0,26, осинового - 0,29, соснового - 0,30, березового - 0,38 г/см 3. Истинная плотность Д. У. 1,43 г/см 3. Пористость 75-80%. Уд. Теплоемкость 0,69 и 1,21 кДж/(кг. К) соотв. При 24 и 560 °С. Теплопроводность 0,058 Вт/(м. К), теплота сгорания 31500-34000 кДж/кг, уд. Электрич. Сопротивление 0,8.108 0,5.102 Ом.

См. Д. У. Обладает парамагнитными св-вами, обусловленными присутствием стабилизир. Макрорадикалов (парамагнитных центров ПМЦ) - высокореакционноспособных концевых радикалов R к* и менее реакционноспособных срединных радикалов Rcp*, макс. Концентрации к-рых достигаются соотв. При 550 и 325 °С. При термообработке Д. У. (400-900 °С) без доступа воздуха в результате р-ций R к + RH . R кH + Rcр*, R ср* . R к + CO + CО 2 + H2 + С m Н n и R* + R* . R-R происходит уплотнение его структуры, сопровождаемое убылью массы (до 18%) и выделением смеси газов, содержащей (в % по объему) от 12,7 до 0,7 СО, от 8,5 до 4,5 СО 2, от 36,5 до 67,5 Н 2, от 45,0 до 24,0 углеводородов (преим. СН 4). Снижаются доля алифатич. Структур, водорода (до 1,5%), кислорода (до 4,5%), концентрация ПМЦ (до 1,7.1018 спин/г), уд.

Электрич. Сопротивление (до 0,5 Ом. См). Повышаются доля ароматич. Структур и углерода (до 95%), степень кристалличности, истинная плотность (до 1,97 г/см 3). Присутствие макрорадикалов обусловливает высокую реакц. Способность Д. У. По отношению к кислороду. Так, свежеприготовл. Д. У. При 30-90 °С за 1 ч хемосорбирует из воздуха 0,5-2% (от массы угля) кислорода. Одновременно из угля выделяются низкомол. Продукты, гл. Обр. Вода (0,3-1,5%). На воздухе развивается цепной разветвл. Процесс автоокисления Д. У. R к* + О 2 . R кOO*. R кOO* + RH . R кOOH + R ср*, R ср* + О 2 . R ср ОО*, R ср ОО* + RH . RcpOOH + R сp*, RcpOOH + RH . RO* + R* + H2O и R* + R* . R-R. В результате может произойти самовозгорание Д. У., если к.-л. Из параметров процесса (концентрация ПМЦ, т-ра, концентрация О 2 и геом.

Размеры массы угля) превысит нек-рую критич. Величину. Чтобы избежать этого, Д. У. Стабилизируют, выдерживая слой угля высотой не более 60 мм при 50-80°С не менее 10 мин, т. Е. В условиях, когда ни один из параметров не превышает критич. Величину. Д. У. Получают пиролизом древесины в стальных вертикальных непрерывно действующих ретортах производительностью 100-2200 кг/ч, а также в разл. Печах. Выход Д. У. В пересчете на нелетучий углерод составляет 21-25% от безводной древесины. В СССР Д. У. Получают из древесины твердолиств. Пород, березы или из смеси древесины твердолиств. И мягколиств. Пород. Он должен содержать не более 3% золы, не более 6% влаги, не более 7% частиц размером менее 12 мм. Массовая доля нелетучего углерода в Д. У. Должна составлять 77-90%.

Перспективно получение Д. У. Из измельченной древесины с катализатором, ускоряющим процесс в неск. Раз и повышающим выход угля на 30-40%. Широко применяется крупнокусковый (более 12 мм) Д. У. Из твердолиств. Пород древесины, имеющий наиб. Высокую мех. Прочность. Он используется в качестве сырья для получения активного угля, CS2, окисленного Д. У., карбюризатора, в качестве восстановителя в произ-ве кристаллич. Si, черных и цветных металлов, проволоки и др. Мелкий Д. У. Может служить подкормкой животным, его используют также для получения бытового топлива - древесноугольных брикетов. Окисленный Д. У. (Д. О. У.) получают окислением Д. У. Воздухом в условиях, когда ни один из параметров окисления не превышает критич. Величину. На пов-сти Д. О. У. (углеродного ионообменника) содержатся функц.

Группы - карбоксильные, гидроксильные, карбонильные, хинонные, пероксидные и др. Статич. Ионообменная емкость по NaOH составляет 1,0-8,0 м 2.экв/г. Д. О. У. Содержит значительно больше кислорода (18-40%), чем Д. У., но меньше углерода (55-75%) и водорода (1,5-4,0%). Зольность его такая же, как у Д. У. (до 3%), но после обеззоливания минер. К-той она не превышает 0,4%. Кажущаяся плотность Д. О. У. 0,45-0,52 г/см 3, истинная - 1,5-1,9 г/см 3, пористость 75-80%, уд. Электрич. Сопротивление 2,1.108-1,5 3 1011 Ом. См. В зависимости от характера поверхностных функц. Групп, их количеств. Соотношения и формы (водородной или катионзамещенной) Д. О. У. Проявляет комплексо-образующие, ионообменные, электронообменные или каталитич. Св-ва. В сравнении с селективными ионообменными смолами они обладают рядом преимуществ.

Термостойки (до 300 °С), исключительно радиационно- и химстойки (не растворяются, не набухают и не слипаются во всех средах, в т. Ч. В щелочах), нетоксичны. Д. О. У. Используют для получения особо чистых в-в, напр., при глубокой очистке реактивов от примесей катионов переходных металлов, щел.-зем. Металлов, как катализатор переэтерификации в произ-ве жиров, инверсии cахаров и др. Древесноугольный карбюризатор - твердый гранулированный продукт, состоящий гл. Обр. Из дробленого Д. У., карбонатов щелочных (в осн. К и Na) или щел.-зем. (гл. Обр. Ва и Са) металлов (10-20%). Его используют для цементации стальных изделий путем насыщения поверхностного слоя стали углеродом. Введение в карбюризатор разл. Добавок, напр., наводороженного железа, мочевины, повышает скорость цементации в 2 раза.

Для удержания добавок на частицах угля часто используют связующее (крахмал, поливинилацетатную эмульсию, мазут, мелассу и др.). Мировое произ-во Д. У. Более 5 млн. Т/год, в т. Ч. В СССР ок. 200 тыс. Т/год (1986). Лит. Завьялов А. Н., Калугин Е. Н., "Химия древесины", 1978, № 4, с. 88-92. Древесный уголь. Получение, основные свойства и области применения древесного угля, М., 1979. Тарковская И. А., Окисленный уголь, К., 1981. А. Н. Завьялов. .