В пороходелии различают три сорта угля по
степени обжига, которая характеризуется содержанием в нем углерода: 1)
черный уголь (80—85% углерода), 2) бурый уголь (70— 75% углерода) и 3)
шоколадный уголь (52—54% углерода).
Кроме того, различают ряд промежуточных стадий обжига, например,
черно-бурый, буро-шоколадный и т. п.
В настоящее время военные пороха (кроме трубочных) готовят с содержанием
углерода от 75 до 79% (черно-бурые угли). Для охотничьих порохов эти
пределы несколько расширены от 74 до 82%. Для трубочных порохов идет
преимущественно бурый или шоколадный уголь.
Свойства этих углей следующие. Шоколадный уголь
имеет светлокоричневый цвет, в значительной мере сохраняя волокнистую
структуру древесины, из которой был получен. Он измельчается с большим
трудом. Трудно воспламеняется и горит очень медленно, благодаря чему
призматические пороха, изготовлявшиеся на его Основе, отличались
значительно большей прогрессивностью, чем пороха с другими углями.
Бурый уголь имеет красновато-бурый цвет, бархатистый вид; он жирен
наощупь; при ударе по куску издает глухой звук; черта, проведенная на
бумаге таким углем, имеет бурый цвет. Измельчается бурый уголь труднее
черного. При горении бурого угля выделяются летучие продукты без
образования сажи и копоти. Бурый уголь частично растворяется в едком
кали.
Виолетт утверждает, что способность угля втягивать влагу зависит от
температуры его обжига: по его данным, уголь, выжженный в пределах
температуры, при которых получается бурый уголь, втягивает около7,5%,
черный—4,7% влажности. Однако работы Б. Ю. Розмана и М. М. Книповича не
подтвердили положений, высказанных Виолеттом. Они пришли к выводу, что
установить общую закономерность между степенью обжига и увлажняемостью
не представляется возможным ввиду сложности явления увлажняемости,
зависящего от большого количества факторов. Они отметили лишь, что
скорость процесса увлажнения значительно выше для углей высокой степени
обжига, чем низкой.
Напротив, Ф. А. Баум на основании обстоятельных работ по увлажняемое™
углей указывает, что эта закономерность существует, хотя и не в таком
виде, как ее выразил Виолетт. Баум установил, что с повышением
температуры обугливания, характеризуемой, увеличением содержания
углерода, непрерывно меняется и гигроскопичность угля- Наибольшей
величиной увлажняемости, независимо от природы дерева, при этом обладает
уголь с содержанием углерода от 80 до 82%. Это явление, повидимому,
объясняется тем, что при этих температурах обугливания происходит
удаление продуктов, закупоривающих капилляры древесного угля.
Замеченное же Виолеттом понижение гигроскопичности угля идет при более
высокой температуре обугливания; в свете развитой Руффом теории о
природе активности древесного угля это может быть объяснено начавшимися
процессами образования неактивной кристаллической (графитной)
модификации углерода.
Обычно пороховой уголь содержит 2—5% влаги, хотя в отдельных случаях
могут быть колебания в ту и другую сторону.
Влажность угля определяют сушкой навески до
постоянного веса при температуре 102—105° С, а увлажняемость —
помещением навески в гигростат с определенной относительной влажностью и
взвешиванием. Прекращение привеса будет характеризовать наступление
равновесия. Одновременно с этим определяют и скорость увлажнения.
Цвет черного угляв кусках—синевато-черный, в порошке— черный. На бумаге
он дает черную черту- Этот уголь хрупок; измель-чается и размалывается
легче, чем бурый уголь; при ударе издает отчетливый звук. Черный уголь
горит или почти совсем без пламени,, или коротким, бледным синеватым
пламенем вследствие горения окиси углерода. В едком кали черный уголь
почти нерастворим.
С увеличением температуры обжига увеличивается и плотность угля, что
видно из табл. 13.
Адсорбционная способность к газам (в частности кислороду воздуха) у
черного и бурого углей неодинакова. На первый взгляд она выше у черного
угля, чем и могут быть объяснены случаи самовоспламенения
свежеприготовленных черных углей. Однако ряд современных исследователей
(Книпович, Розман, Баум) склоняются к мысли, что элементарный состав
угля недостаточно характеризует его адсорбционные свойства, равно как и
реакционную способность.
Реакционная активность угля в большей степени зависит от содержания в
нем ненасыщенных и склонных к окислению соединений, образующихся в
процессе термического разложения древесины.
Процесс поглощения кислорода, крайне медленный при
нормальной температуре, резко увеличивается при повышенных температурах.
Принципиальная же картина процесса остается такой же, как и окисление
при низких температурах, т. е. вначале происходит адсорбирование углем
кислорода и азота воздуха. Затем начинается между углем и кислородом
химическая реакция, идущая в две фазы: сначала идет присоединение
кислорода к летучим примесям угля, а затем — выделение окислов углерода
и воды. При повышении температуры реакция ускоряется; вследствие
экзотермичности реакции происходят местные (локальные) резкие перегревы
и уголь воспламеняется с образованием пламени.
Та температура, при которой начинается горение угля с выделением
пламени, может характеризовать его реакционную способность
по отношению к кислороду или, иначе говоря, его воспламеняемость;
методика ее определения приведена ниже (§ 54, п. 2).
По данным Виолетта, температура воспламенения угля растет в зависимости
от увеличения температуры обжига (табл. 14).
Таким образом, согласно Виолетту, бурые угли и порох, на них
приготовленный, значительно легче воспламеняются, чем угли и пороха на
черном угле.
Однако М. М. Книпович и Б. Ю. Розман опровергают
данные Виолетта и, ссылаясь на результаты своих исследований1,
утверждают, что зависимость температур воспламенения угля ст степени
обжига выражается не прямой линией, а кривой, имеющей минимум,
соответствующий при принятых ими условиях экспериментирования углю с
75—80%-ным содержанием углерода. Они указывают также, что для углей,
выжженных в иных условиях, зависимость эта сохраняется, хотя минимум
может соответствовать и несколько иной степени обжига.
Какова же причина минимума в температурной кривой?
Объяснение, данное Б. Ю. Розманом, состоит в следующем. Угли высокой
степени обжига в значительной степени лишены летучих примесей,
обладающих особенно легкой воспламеняемостью ввиду большой реакционной
способности их к кислороду. Кроме того, особенно при пережогах, угли
этого сорта заметно гра-фитуются. Эти оба фактора способствуют ухудшению
воспламеняемости.
Для воспламеняемости низкообожженных углей, в
которых содержание летучих очень высокое, наибольшее значение имеет не
содержание летучих само по себе, а их состав, который и обусловливает
реакционную способность угля. По-видимому, состав летучих в углях низшей
степени обжига обусловливает меньшую реакционную способность их по
сравнению с углями средней степени обжига.
Это объяснение хорошо согласуется с имеющимся
опытным материалом.
Таким образом адсорбционная способность угля в воспламенении играет
второстепенную роль.
Активный уголь обладает значительно худшей воспламеняемостью, чем
обычный, несмотря на то, что его активность по отношению к кислороду
гораздо больше, чем у последнего.
Это объясняется, по-видимому, тем, что при активации древесный уголь
лишается летучих, а вместе с тем и способности к лег кому воспламенению.
В этом нас убеждает также и опыт нагревания угля в струе азота или под
вакуумом. При этом содержание летучих в угле резко уменьшается, и
температура его воспламенения существенно воз растает.
Так, например, уголь с содержанием углерода около 62% и лету чих около
60% после нагревания в струе азота повысил свою темпера туру
воспламенения с 212 до 299°, т. е. на 87%.
Итак, следует считать, что наилучшей
воспламеняемостью отличаются угли средней степени обжига (75—80%
углерода). Угли шоколадные и угли сильно обожженные (с содержанием
углерода более 80%) воспламеняются значительно труднее.
Что же касается влияния степени обжига угля на скорость горения пороха,
приготовленного на его основе, то опытыПиоберапо сжиганию дымных порохов
на открытом воздухе показали, что бурый уголь, при всех прочих равных
условиях, уменьшает скорость горения пороха. Опыты Вьеля в
манометрической бомбе подтвердили, что и при давлениях, отличных от
атмосферного, на уменьшение скорости горения пороха также влияет
введение слабо обожженных углей. Эти выводы хорошо согласуются с опытами
применения бурых углей в трубочных составах, показавшими, что
употребление менее обожженного угля ведет к замедлению горения пороха.
Тепловая энергия углей растет по мере увеличения
содержания углерода в них (при расчете на 1 кг угля). Еще Бертло и Вьель
показали, что бурый уголь с содержанием 69% углерода выделяет при
горении 6700 Кал, с содержанием же 90% углерода—8100 Кал, т. е. черный
уголь обладает большей калорийностью.
Эти цифры подтверждаются и некоторыми новейшими исследованиями сжигания
углей различных сортов в бомбе Крекера, что видно из табл. 17.