Искусственное топливо — выделка И. топлива составляет совершенно новый промысел последней половины XIX столетия, который явился вследствие крайней необходимости утилизировать, так или иначе, огромные горы накопившегося десятками лет мусора в каменноугольных копях Англии, Бельгии, Франции, а в недалеком будущем явится и у нас в России. Для образования пригодного к делу топлива из остатков угля одного каменного угля недостаточно. Вследствие сего явилось несколько способов выделки И. топлива, смотря по роду примесей, входящих в состав массы. Во Франции выделка И. топлива достигла цифры 1000000 тонн, т. е. 62 млн. пд., в Бельгии 40 млн. пд., в Германии 20 млн. и т. д. В Англии каменный уголь гораздо плотнее, чем на материке Европы, и потому в копях не накапливается так много мусора, да притом и стоимость угля очень мала, так что выделка там И. топлива не представляет уже тех выгод, как во Франции, Бельгии, Германии и пр. Хорошее И. топливо должно обладать следующими качествами: 1) должно быть значительной твердости и плотности, 2) не поглощать сырости, а если и увлажняться, то в очень слабой степени, 3) не усваивать в себе запаха древесных и минеральных смолистых веществ, 4) удельный вес не должен быть, по возможности, менее 1,19, 5) легко воспламеняться, гореть ровным, однообразным светлым пламенем при незначительном образовании дыма, 6) при горении не рассыпаться, 7) нагревательная способность единицы веса И. топлива не должна быть менее таковой, определенной для местного каменного угля. Для пароходных котлов количество золы не должно превышать 10%, а для локомотивов 6,5—7,5%. Плитки И. топлива, будучи нагреты до 60° Ц. в продолжение 24 часов, не должны обнаруживать никаких изменений во всех отношениях, т. е. не делаться более мягкими, не образовывать трещин и не издавать сильного смолистого запаха. По величине плитки И. топлива должны выделываться таких размеров, чтобы не было надобности их разбивать и крошить. В самом начале производства замечено было, что чем мельче каменноугольный мусор, тем лучшего качества получался продукт, потому что при просеивании все посторонние частицы, увеличивающие лишь количество золы, останутся в отсеве, полученный же мелкий порошок гораздо совершеннее смешается с нужными примесями и даст лучший сорт И. топлива. Очевидно, затем, что прибавляемые к такому мусору примеси должны обладать связывающим свойством для соединения частиц угля. Опыты, производимые с целью выделки И. топлива без этого рода примесей, а стремящиеся к образованию его путем лишь одного давления, не дали хороших результатов. Примеси, необходимые к каменноугольному мусору для образования плиток И. топлива, могут быть органические и неорганические. Первые в огне сгорают совершенно и поэтому не уменьшают или даже увеличивают нагревательную способность И. топлива; вторые же, оставаясь без изменения и поглощая часть теплоты, отделяемой при горении угля, уменьшают нагревательную способность И. топлива и увеличивают в нем количество золы. Отсюда органические примеси суть наиболее пригодные. Из числа их деготь и смолу (см. Деготь каменноугольный), получаемые при сухой перегонке каменного угля, применяют чаще всего. Но цена самой дешевой из этих примесей — смолы, не везде настолько низка, чтобы давать возможность широкому применению ее к производству И. топлива. Что же касается минеральных связывающих веществ, то в некоторых местностях Франции и Бельгии пробовали применять сначала глину, известь, ил, гипс и т. п., но продукт, получающийся с этими дешевыми материалами, выходил весьма посредственного качества. Приискание дешевого и вполне пригодного связывающего вещества, которое можно было бы получать в неограниченном количестве, долго занимало многих химиков и техников, пока наконец не остановились в настоящее время на двух веществах — магнезиальном цементе и сухой смоле. Применение магнезиального цемента было осуществлено в первый раз Гиртлем в 1879 г. Около этого же времени Девилль заметил, что основная магнезиальная соль, полученная из хлористого магния, при нагревании до красного каления и смешивании с достаточным количеством воды очень быстро твердеет наподобие гидравлической извести. С другой стороны, Сорель нашел, что смесь хлористого магния с жженой магнезией образует весьма пластическую и скоро твердеющую массу, связывающая способность которой в 6 или 7 раз более чем портландского цемента, и отвердевание наступает уже через несколько часов после смешения. Гиртль воспользовался этим, применив его к выделке плиток И. топлива. Однако для того, чтобы масса магнезиального цемента обладала указанными свойствами, необходимо при производстве его соблюсти нижеследующие условия: 1) раствор хлористого магния должен быть достаточно сгущен, не менее чем до 30° Боме; 2) магнезия должна быть прокалена только докрасна; 3) магнезия добавляется к раствору хлористого магния в виде мелкого порошка при температуре не ниже +30° Ц. При затвердевании температура массы повышается сама собой до 100° Ц. Составленный таким образом магнезиальный цемент имеет состав, близкий к формуле 5MgO∙MgCl2∙18H2O, или в 100 частях его заключается:
| жженой магнезии | 35 | = 100 |
| хлористого магния | 11 | |
| кристаллич. воды | 54 |
Но это отношение не следует считать нормальным. В Германии магнезиальный цемент очень дешев благодаря соляным страсфуртским копям, и потому он здесь имеет широкое применение для производства И. топлива. Количество хлористого магния, добываемого в Страсфурте, достигает до полумиллиона тонн. Цена ему за один пд. около 18 к., а за такое же количество жженой магнезии платится 50 к. Если по местным условиям является более дешевым смолистое связывающее вещество, то в настоящее время для лучших сортов И. топлива употребляется сухая смола. Эта смола получается как остаток после перегонки газовой смолы. Некоторые фабрики берут прямо газовую смолу, не освобожденную от минеральных масел, ибо температура нагрева ее обыкновенно доводится лишь до 200° Ц., при которой отделяется едва только 1/4 этих масел. В этом случае выделываемое И. топливо не более среднего достоинства: горение в нем неровное, образование дыма обильное, неприятный смолистый запах издается даже при обыкновенной температуре. Газовая жидкая смола и тем еще хуже сухой смолы, что эта последняя может быть очень легко обращена в мелкий порошок и самым лучшим образом перемешана с углем, образуя вполне однородную массу. При самом производстве И. топлива замечено, что в выделываемых формах: 1) плотность и однородность состава увеличиваются пропорционально уменьшению толщины плиток; 2) уплотнение нижней и верхней поверхности плиток — неодинаково (вследствие значительного трения между сжимаемой массой и вертикальными стенками формовочного цилиндра). Из опыта выведено затем, что: 1) давление поршня на плитки должно быть при употреблении смолы не менее 75 пд. на кв. дм., а при употреблении магнезиального цемента — от 50 до 90 пд.; в случае, если бы каменноугольный мусор был особенно жестким, тогда давление следует увеличить на 50%; 2) плитки, имеющие обыкновенно от 65—75 кв. дм. поверхности, не должны быть толще 4—4,3 дм.; если бы требовалось уменьшить поверхность плиток, то одновременно надо уменьшить и их толщину; 3) для достижения одинаковой плотности плиток рекомендуется делать плитки круглой формы, как представляющей самый меньший периметр при той же площади; если бы требовалась непременно выделка 4-угольной формы, то следует, по крайней мере, закруглять углы. При употреблении магнезиального цемента наблюдают, чтобы диаметр кусков угля не превышал 1/4 дм., чтобы после сжигания угля не образовывалось более 5% пепла и чтобы уголь был сухой. Смешение составных частей производится двояким образом: в первом случае растворяется в воде хлористый магний и жженая магнезия и затем прибавляется каменноугольный мусор, во втором случае смесь каменноугольного мусора с жженой магнезией всыпают в раствор хлористого магния. Полученная смесь должна быть возможно суше перед поступлением в машины для выделки плиток. Из числа машин этого рода, в которых пресс составляет главную часть, считаются наилучшими построенные обществом Société Nouvelle des Forges et Chaudiers de la Méditérannée. С помощью этих машин выделываются плитки весом от 2½-22 фн.; чаще употребляются 11 фн. (немного тяжелее нашего кирпича). Каждая машина состоит из 4 частей: 1) мешальной — для перемешивания состава; 2) распределительного прибора; 3) собственно формовальной машины и 4) пресса. Мешательный прибор состоит из неподвижного железного цилиндра, на вращающейся оси которого насажены лопатки, укрепленные к ней под разными углами. Сверху цилиндра автоматически насыпается обрабатываемая масса; с боков цилиндра входит пар, который, производя разогревание во время перемешивания, вместе с тем и увлажняет массу до той степени, что образует пластическое тесто, которое нижними лопатками, насаженными на оси, сгребается и выбрасывается в распределительный прибор. Этот прибор, находящийся ниже цилиндра, в 27 раз большего диаметра и сделан из котельного железа. В нем двигаются постоянно взад и вперед грабли или скребки, которые подхватывают выпадающую из верхнего цилиндра массу и пододвигают нужное количество ее к отверстию форм, находящихся в следующей части машины — собственно формовальной. Она состоит из чугунного станка, на котором с каждой стороны распределительного прибора находятся два «верхних» вращающихся щита, сделанные из котельного железа. В этих щитах вырезаны отверстия, равные по величине выделываемым плиткам И. топлива или для них формы. В каждой форме дно подвижное, может подыматься и опускаться по винтовой линии нижнего неподвижного щита. Действие машины во время одного полного оборота верхнего щита следующее: одно из порожних отверстий верхнего щита подходит к отверстию распределительного прибора, в котором в это время скребки, отделивши часть готовой массы, подвигают ее к отверстию придвинувшегося отверстия верхнего щита, наполняют ею форму и возвращаются обратно, между тем отверстие наполненной формы плотно запирается сверху. В этот момент нижнее подвижное дно формы, опирающееся на самую низкую точку винтовой плоскости неподвижного основания, начинает подыматься и сжимать массу в форме, причем выжимается вся излишняя вода. Когда верхний щит сделает половину оборота и дно формы дойдет до известного предела, тогда открывается верхняя крышка формы и сформованная плитка подымается кверху, наконец совершенно выходит из формы поверх верхнего щита и, прежде чем окончится полный его оборот, автоматически препровождается по бесконечной ленте к гидравлическому прессу. Как только плитка выйдет из формы, дно последней падает вниз, а отверстие формы верхнего щита становится против отверстия распределительного прибора, в котором скребки отделяют нужную часть массы, и т. д. Четвертая и последняя часть этого сложного механизма — гидравлический пресс, устроенный на общих основаниях, с весьма немногими изменениями сообразно специальному своему назначению. Все работы по приготовлению плиток И. топлива исполняются этой машиной автоматически, без помощи рабочих. При машине находится только один человек, наблюдающий как за ней, так и за правильностью действий отдельных частей и смазкой их. Производительность описанной машины в продолжение 24 часов составляет:
| № машин | Вес плиток | Общий вес суточной работы, в пудах | |
|---|---|---|---|
| На одиночных машинах |
На двойных машинах | ||
| № 1 | 22 | 17980 | 35960 |
| № 2 | 11 | 9920 | 19840 |
| № 3 | 5,52 | 5332 | 10664 |
| № 4 | 2,52 | 2976 | 5952 |
Плитки И. топлива, выделанные с примесью магнезиального цемента, должны сохнуть при обыкновенной температуре, не выше +15 Ц., дабы не вызвать испарения воды, вследствие чего плитки остались бы мягкими. При низкой температуре, напротив, отвердевают окончательно после 6 дней. Перед смоляными плитками имеют то преимущество, что обладают гораздо большей твердостью и сохраняют ее и на солнце, а положенные в воду, не теряют своей нагревательной способности. В огне не рассыпаются и выделяют очень немного дыма. В Париже акционерное общество выделывает плитки И. топлива обоих видов. Отсюда видно, что выделка И. топлива легка, дешева и посредством тех же связывающих веществ, смолы и магнезиального цемента, может быть применена и к другого рода материалам, как, напр., к древесному углю, торфу, коксу и древесным материалам.