3. Көмірлерді әртүрлі еріткіштермен өңдеу. Көмірдің еруі.

Көмірлердің молекулалық құрылымын айқындайтын қасиеттерінің бірі – олардың әртүрлі типтегі еріткіштерге әсері. Метаморфизм дәрежесі мен түрі әралуан көмірлер біршама төмен температурада ісінетіндіктен, олардан әртүрлі өнімдерді бөліп алуға болады.

Табиғаты бойынша көмірдің ісінуі мен еруі – бір-біріне өте жақын процесс. Еріткіштің көмірде еруі салдарынан көмірдің ісінуі жүреді. Тәжірибе нәтижелері көмірдің ісіну поцесі қайтымды процесс екенін көрсетіп отыр [28]. Ісіну процесі еріткіш молекуласы мен көмірдің органикалық массасының (КОМ) аралығында молекула аралық байланыстардың түзілуі салдарынан жүреді.

Еріткіштің қайнау температурасында экстракциялау горный воск, лигнит пен шымтезек алу үшін жүргізілгендігі [31-33] әдебиеттерде келтірілген. Ол үшін көмірді белгілі бір мөлшерге дейін (0,5-6 мм) ұнтақтап, массалық қатынастары 1:5 болатын көмір мен еріткішті араластырып, еріткіштің қайнау температруасы мен белгілі бір қысымда экстракциялау процесінің кинетикасы зерттелген.

Неғұрлым жұмсақ жағдайларда көмірден бірнеше ондаған пайызға дейін органикалық заттарды экстракциялауға болады [34]. Мысалы, ұшқыш заттардың шығымы 42 % құрайтын көмірдің органикалық массасының 24 % экстракциялау жүргізілген.

Экстракт құрамы мен мөлшері көмірдің құрылымдық-химиялық көрсеткіштеріне және қолданылатын еріткіштің физикалық-химиялық қасиеттеріне тәуелді болады. Мысалы, 40 еріткіш зерттеліп, ең жоғары экстракт

шығымы еріткіш ретінде антрацен майын қолданғанда, төмен шығым хинолинді және парафиндерді қолданғанда байқалған.

Көмірлердің ісінуі мен еруі көмір қасиеттері мен қолданылатын еріткіштердің қасиеттеріне байланысты болады. Көмірдің органикалық массасы макромолекуласының қозғалғыштығы оның құрылымы мен молекула аралық байланыстарға тәуелді. Қозғалғыш макромолекула ішкі конформациялық өзгерістерге бейім келіп, көмірдің ісінуі мен еруіне ықпал етеді. Сондықтан метаморфизм қатарында көмірлердің ісінуі мен еруін көмірдің органикалық массасының элементтік, заттық құрамының өзгеруіне тәуелді қарастыру қажет. Көмірдің органикалық массасының тығыздығы аз болса, соғұрлым еріткіш молекуласының енуі жоғары болады [35].

Көмірлердің петрографиялық құрамына қарай да экстракт құрамы ерекшеленеді. Мысалы, инертиниттен алынатын экстракт құрамында дибензофуран туындылары көп болса, витринит пен инертиниттен бифенил мен аценафтен туындылары бөлініп алынған.

Экстракт шығымына маңызы бар параметрдің бірі – температура. Неғұрлым жұмсақ жағдайдағы экстракциялау механизмі жоғары температурада (t=400÷450°С) экстракциялау механизмінен өзгеше болады. Жұмсақ жағдайларда экстракциялау кезінде еріткіш көмірдің органикалық массасының молекула аралық байланыстармен байланысқан бөлігін ғана еріте алады. Жоғары температуралы экстракциялау кезінде деструктивті процестер жүріп, алынатын өнімдердің тұрақтануы көмірдің органикалық массасының диспропорциялану салдарынан бөлінетн сутекпен немесе егер еріткіш сутек доноры болса, еріткіштен бөлінетін сутекпен жүреді.

Бұдан, көмір молекуласын құрылымы мен қасиеті әртүрлі қосылыстардың агломераты ретінде қарастырып, жеке қосылыстарға қарағанда еріу механизмі анағұрлым күрделі жүреді деп қарастыру қажет.

Көмірдің еру жағдайларын зерттеу органикалық химияның, оның ішінде көмір химиясының теориялық және практикалық тұрғыда маңызы зор тарауының бірі болып табылады.

Қатты жаңғыш кендерге атмосфералық қысым жағдайында әртүрлі органикалық еріткіштермен әсер ету арқылы оларды жартылай ерітуге болады. Температураны жоғарлатқан сайын еритін заттардың мөлшері арта түседі де, еріткіштің қайнау температурасына жеткенде максимал мөлшерді көрсетеді.

Қатты жаңғыш кендерге әртүрлі еріткіштердің әсерін зерттеу ерітіндіге өтетін еріген заттардың мөлшері еріткіш пен қатты отынның құрамына, физикалық, химиялық қасиеттеріне, еру жағдайлары мен қатты отынның көмірлену дәрежесіне тәуелді болатындығын көрсеткен.

Осы уақытқа дейін зерттелген органикалық еріткіштерді мынадай негізгі топтарға бөліп қарастыруға болады:

1. Бейтарап еріткіштер, олаға жататындар:

1. май қатарындағы көмірсутектер;

2. ароматты көмірсутектер – бензол, толуол, нафталин;

3. құрамында оттек бар қосылыстар – эфир, спирт;

4. құрамында хлор бар қосылыстар – хлороформ, төрт хлорлы көміртек;

5. құрамында күкірт бар қосылыстар – күкіртті көміртек;

2. Аралас еріткіштер, мысалы, антрацен майы;

3. Негіздік қасиет көрсететін еріткіштер, оларға құрамында азот бар қосылыстар жатады (неғұрлым көп зерттелгендері пиридин, анилин и хинолин);

4. Қышқылдық қасиет көрсететін еріткіштер, мысалы, фенол.

Аталған еріткіштерден ең көп зерттелгендері бензол, пиридин, фенол, нафталин және антрацен майы. Қалған еріткіштер оңша көп зерттелмеген. Қатты отын үшін еритін зат мөлшері еріткіштің қайнау температурасын арттрған сайын артып, еріткіштің қайнау температурасына жеткенде ең көп шығымды көрсетеді. Егер экстракциялау процесін еріткіш буының қысымында немесе сутек қысымында жүргізсе, онда бұл шығымды одан да жоғары арттыруға болады.

Бұл жағдайда көмірден еритін заттардың мөлшерін біршама арттырып, қысым жағдайында экстракциялау арқылы көмірдің органикалық массасының 70-90 % ерітуге болады.

Атмосфералық қысым жағдайында бейтарап төменгі температурада қайнайтын еріткіштермен (эфир, спирт) экстракциялау біршама мөлшерде еритін заттардың шығымын береді.

Әртүрлі қатты отын түрлерін бензолмен экстракциялау арқылы шығымы әртүрлі битум алуға мүмкіндік береді.

Төменгі температурада қайнайтын еріткіштермен: хлороформ, төрт хлорлы көміртек, ацетонмен экстракциялау шығымы әртүрлі битум алуға мүмкіндік береді.

Бензолға қарағанда жақсы еріткіш ретінде спирт пен бензол қоспасы саналады. Бұл қоспа көмегімен біршама мөлшерде шығымы жоғары өнімдер алуға болады.

Толуолмен көмірден шығымы орташа органикалық заттарды бөліп алуға болады.

Көмірді тетралинмен экстракциялау, тетралиннің қайнау температурасы жағдайында процесс өте жақыс жүретінін көрсеткен. Қысым жағдайын қолданып процесті жүргізгенде экстракциялау өнімдерінің шығымы біршама артқан.

Негіздік қасиет көрсететін еріткіштерді: пиридин, анилин және хинолинді қолданып экстракциялау процесін жүргізгенде, қатты отынның органикалық бөлігінің 10-40 % ерітуге қол жеткізілген.

Жоғары қысым жағдайында экстракциялау кезінде көмірдің еруі жоқсы жүреді. Көмір мен еріткіш табиғатына, экстракциялау жағдайына байланысты көмірдің органикалық массасын толығымен ерітуге қол жеткізуге болады.

Қысым қолданып экстракциялауда көмірдің органикалық массасының айырылу температурасын ескерудің маңызы зор. Экстракциялау температурасы көмір затының айырылу температурасына жуық не одан төмен болуы қажет.

Әртүрлі температурада көмір затының айырылу температурасына жуық не одан төмен жағдайда жүйелі сатылы экстракциялауды қолдану арқылы әртүрлі ерімейтін көмір қалдықтары бөлініп алынған және көмірді экстракциялаудың қолайлы температурасы (390-405 ⁰С) анықталған. Бұл температурадан жоғары қалдық көмірдің органикалық затының айырылуы жүретіндіктен еритін заттардың шығымы төмендеген. Қоңыр көмірлер тас көмірге қарағанда жеңіл және толық еритіндіктерін көрсеткен. Бұның себебін тас көмірлерді экстракциялаудан кейінгі қалдық көмір құрамы жоғары молекулалы заттардан құралатындықтан, осы жағдайда бұл қосылыстарды еритін күйге ауыстыру мүмкіндігі қиындайтындығымен түсіндіруге болады.

Қоңыр көмірлерді экстракциялау арқылы М. Варман [36] көмір құрамынан көп мөлшерде н- және изоалкандарды, циклоалкандарды, алкилбензолды, нафталинді, конденсирленген ароматты компоненттерді бөліп алған. Негізгі оттекті қосылыстарды бензофуран, дибензофуран, дифенилді эфирлер құраған.

Тас көмір мен лигнит құрамынан петролейн эфирі мен бензолды қолдану арқылы экстракциялауды жүргізіп, [37]-жұмыс авторлары экстракт өнімдерінде көміртек-көміртек және жай көпіршелі байланыстармен байланысқан полисақиналы ароматты жүйелердің болатынын анықтаған.

Австралиялық көмірлерді зерттеу арқылы Р. Дюрье және басқалары [38] пиридин мен хлороформ экстрактісінің сұйық өнімдерінде 50 % дейін алифатты сутек ароматты сақинамен байланысқан алкильді орынбасу-шылардың құрамына кіретінін дәлелдеген.

М. Столарский мен басқалары [39] қоңыр және тас көмірлерді толуолмен экстракциялау арқылы, қоңыр көмірлердің экстракт құрамы сутектің көп мөлшерімен сипатталынатындығын анықтады. Тас көмірлерден алынған экстракт құрамына кіретін сутектің 77 % ароматты жүйелерде болатыны дәлелденген. Ароматты жүйелердегі сақина саны 5-6 құраған.

С. Хлопов пен басқалары [40] Будаговск кен орыны көмірін гексанмен, ацетонмен, дифенилформамидпен экстракциялау арқылы гексанмен алынған экстракт құрамы негізінен қаныққан алифатты құрылымдармен сипатталынатындығын анықтаған. Ацетонмен алынған экстракт құрамында оттектің көп мөлшері болатыны көрсетілген. Дифенилформамидпен алынған экстракт құрамының ерекшелігі ароматты құрылымдардың көбірек болуында.

Сонымен, көмірді экстракциялау бойынша жүргізілген әдеби деректер мәліметтері, көмірді экстракциялау арқылы алынатын сұйық өнімдердің құрамы көмір кен орыны мен еріткіштің табиғатына қарай ерекшеленетіндігін көрсетіп отыр.