CC BY
316
УДК 662.6:662.74
ПАЩЕНКО Л.В., к.т.н., доцент (Донецкий институт железнодорожного транспорта) ПОТАПЕНКО В.И., доцент (Донецкий институт железнодорожного транспорта)
Использование антрацита - одного из основных грузов на железной дороге Донбасса
Pashchenko L.V., Associate Professor (DRTI), Potapenko V.I. Associate Professor (DRTI)
Use of anthracite as one of mail loads of Donbass railway
Введение
Основными направлениями снижения величины загрязнения окружающей среды являются: рациональный выбор
технологических процессов для
производства готовой продукции и ее транспортирования; использование средств защиты окружающей среды и поддержание их в исправном состоянии.
По железной дороге в больших количествах траспортируют черное золото - каменный уголь. Уголь - это одно из главных богатств Донецкой Народной Республики. Уголь является единственным углеводородным ископаемым сырьем, запасы которого могут обеспечить потребности промышленности и энергетики страны в ближайшие 200-300 лет.
В структуре мировых запасов углеводородного ископаемого сырья уголь составляет 67 %, нефть - 18 % и газ - 15 %, в Украине соответственно 94,5 %, 2 % и 3,6 % [1]. Основными потребителями угля являются энергетика (60%), коксохимия (25%), другие отрасли промышленности и коммунальное хозяйство (15 %).
Кроме энергетической сферы, возможно нетопливное использование углей. Создание комплексных,
безотходных, быстропротекающих
процессов переработки углей, отходов их добычи и обогащения, организованных в замкнутых циклах, позволит повысить
эффективность использования углей в народном хозяйстве, решить проблему защиты окружающей среды от загрязнения токсичными продуктами.
Анализ последних исследований и публикаций
Вопрос неэнергетического
использования углей и антрацитов изучали многие исследователи, вот только некоторые фамалии: Кричко А.А. описал нетопливное использование углей. Еремин И.В изучал сырьевую базу и процессы производства термоантрацита. Цикарев Д.А. исследовал использование антрацитов в производстве электродов и футеровочных блоков. Саранчук В.И.всю жизнь посвятил изучению физико-химических основ переработки горючих ископаемых. Ставицкая С.С. и Олонцев В.Ф. исследовали пористую структуру и химическую природу поверхности углеродных сорбентов на основе каменных углей разной степени метаморфизма.
Цель работы
Нетопливное использование
антрацитов и тощих углей - важное направление получения материалов из угля, которое осуществляется путем обработки антрацитовых углей с получением различных материалов. Литературные
данные по технологии получения и по применению продуктов из антрацита изложены в статье.
Основной материал
Антрацит самой природой подготовлен для дальнейшего
использования в качестве углеродного материала, т.к. органическая масса антрацита содержит 94-97 % углерода. термической обработки антрацитовых углей с получением термоантрацита.
Термоантрацит используют, главным образом, для производства электродной массы (более 70 %) катодных и боковых блоков (20 %), а также угольных электродов, анодной и углеродистой масс. В зависимости от вида потребления к электродному термоантрациту
предъявляются различные требования [1].
Если в производстве электродных изделий главными являются электрические свойства исходного сырья
(электропроводность, графитируемость), то в производстве футеровочных блоков основное внимание уделяется
механической прочности и изотропности свойств углеродистых наполнителей.
На существующих промышленных печах для производства электродного термоантрацита прокаливаются куски исходного антрацита размером 120 мм. В то же время содержание этого класса при добыче очень мало. Что касается электродной промышленности, то в ней применяются преимущественно мелкие классы. И, следовательно, крупный термоантрацит для использования на электродных заводах подвергается дополнительной прокалке и дроблению.
В Институте горючих ископаемых (Москва, Россия) были разработаны способы, позволяющие использовать мелкие классы обогащенных антрацитов для производства ТА [2]. Процесс осуществляли в электрокальцинаторе при температуре 1600 оС. Для прокаливания антрацита был использован процесс
предварительного окусковывания
антрацитовой мелочи. В качестве связующего добавляли каменноугольный пек в количестве 8-10 %. Катодные блоки, изготовленные из мелких классов электротермической обработкой, а также предварительным брикетированием,
показали высокую эксплуатационную стойкость.
Анализ работ в области использования антрацитов для
производства электродов и футеровочных блоков за рубежом подтверждает возможность применения не только крупных и средних классов антрацита, но и мелких для производства термоантрацита
[3].
Из антрацита Донецкого бассейна вырабатывают термоантрацит,
предназначенный для производства угольных электродов, углеродистых блоков для доменных печей и футеровочных материалов для алюминиевой и химической промышленности.
Термоантрацит по физико-химическим показателям качества должен
соответствовать нормам по ГОСТу 4794-75 [4[: зольность (Ас, %), не более, чем 4,3-5,0; массовая доля рабочей влаги %), не более, чем 1,5; удельное
электросопротивление (р, оммм2/м), не более, чем 9,7-1000; размер кусков (мм), 20-120; механическая прочность ( %), не менее 30-53.
Производство термоантрацита (ТА) было вначале организовано для производства графитированных
электродов, применяемых в
электрометаллургии. В последующем ТА стали широко использовать в самых разных технологиях, в том числе как адсорбент для очистки газов и сточных вод, в частности, даже для водоподготовки на атомных электростанциях.
Следует отметить, что в ГОСТе на ТА отсутствуют показатели, характеризующие его как адсорбент. Более того, важным требованием является высокая плотность ТА (величина, обратная пористости,
определяющей сорбционную емкость). Тем не менее, ТА в настоящее время все больше используется как адсорбент. Это обусловлено его относительно низкой ценой и доступностью. На рынке на основе ТА рекламируется адсорбент под торговой маркой «Гидроантрацит».
Значительным недостатком
производства ТА является ограниченность пригодного для этих целей сырья.
По своим характеристикам антрацит ш. им.Космонавтов может быть исследован на возможное использование в качестве сырья для производства адсорбентов типа «Термоантрацит» и «Гидроантрацит». Глубокую очистку угля или углеотхода от золообразующих вредных и токсичных примесей, в первую очередь, от сернистых соединений, без применения каких-либо флотореагентов можно осуществлять с помощью высокоградиентного
криомагнитного сепаратора (СКМ), включенного в технологическую линию углеобогащения [5].
Лабораторные исследования СКМ, работа которого основана на высокоградиентной магнитной сепарации в сильных магнитных полях, показали, что, очищая угли, СКМ извлекает более 90 % пиритной серы и до 60 % прочих золообразующих примесей. Авторами [5] разработана рабочая документация на сепараторы производительностью 10-100 т/час. Актуальность использования СКМ обусловлена сложностью удаления серы и серосодержащих минералов из донецких углей из-за их тонкой вкрапленности. Серосодержащие компоненты в углях представлены в основном
тонкодисперсным пиритом, который «раскрывается» при крупности частиц менее 0,1 мм, что является причиной низкой эффективности традиционных методов обогащения и десульфурации углей.
Получают ТА в барабанных печах периодического действия, во вращающихся трубчатых и других печах. На Алчевском КХЗ ТА получают в шахтной печи
непрерывного действия. Практически все аналогичные конструкции могут быть модернизированы под подачу водяного пара для активации антрацитов с целью получения адсорбентов. Принципиальная схема получения термоантрацита и адсорбента представлена на рисунке. Теплоносителем могут выступать продукты горения. Составляющая СО2+Н2О - это газифицирующий или активирующий агент при получении адсорбентов по этой схеме. Она является вредной при получении термоантрацита, но полезной при получении адсорбента.
Усовершенствовав существующую технологию, можно получать адсорбенты типа «Термоантрацит» или
«Гидроантрацит».
Во многих процессах химической технологии, для очистки сточных вод, отходящих газов, питьевой воды, в медицине широко используется
активированный уголь, который получают из разнообразного углеродсодержащего сырья.
Важнейшим сырьем, используемым в Европе для получения активного угля, являются древесина в виде опилок, древесный уголь, торф, торфяной кокс, некоторые бурые и каменные угли Донбасса, а также полукокс бурых углей.
Современной тенденцией развития химии АУ во всем мире есть поиск новых дешевых и легкодоступных природных материалов, а также усовершенствование условий проведения их активации с целью получения высокоэффективных сорбентов с широким спектром свойств.
Известно, что в условиях роста загрязнения окружающей среды потребность в активном угле (АУ) во всем мире неуклонно растет. В то время, как ежегодное производство АУ на Украине оценивается в несколько десятков тонн, потребность в нем только в промышленном Донбассе составляет примерно 2-5 тыс. т/год. Приблизительно такое же количество АУ необходимо и Днепропетровской области. Таким образом, промышленность
и хозяйство Украины ощущают острый дефицит активного угля. Фильтранты и сорбенты, которые используются сейчас в стране, плохо доступны, дорогие и недостаточно эффективны. После аварии на Чернобыльской АЭС дефицит сорбентов значительно превышает прогнозную оценку. Для сокращения дефицита необходимо освоение новых источников за счет использования низкосортного ископаемого угля, угольных отходов, а также необходима разработка новых способов получения активного угля или улучшение существующих технологий.
Расширение сырьевой базы для получения активных углей за счет использования низкосортных углей, оптимизация условий переработки углей Донбасса в дешевые сорбенты , а также утилизация мелких классов углей для получения сорбентов-весьма актуальная для Украины задача.
Антрациты - это естественные углеродные материалы, которые могут являться доступными и дешевыми предшественниками получения пористых углеродных материалов. Обзор по результатам активации антрацитов в различных условиях [1-3] показал широкие возможности для получения из них активных углей с развитой пористостью и с достаточной механической прочностью.
Идея использования антрацитов или смеси различных антрацитов для получения промышленных адсорбентов базируется на знании состава и свойств антрацитов, а также на наличии минеральных компонентов антрацитов, которые могут быть катализаторами реакций карбонизации и активации.
Упорядоченная углеродная структура антрацита и исходная высокая пористость позволяет, на наш взгляд, создать эффективные сорбенты с высокой пористостью и механической прочностью. Использование смесей антрацитов возможно сможет позволить
минимизировать недостатки одного сырья и усилить достоинства другого
Требования, предъявляемые к адсорбентам, различны в зависимости от способа их получения, используемого сырья и области их применения.
В основном, качество угольных сорбентов определяется характером их пористой структуры [6]. Угли являются уникальным сырьем для получения адсорбентов, так как вся их масса пронизана развитой системой пор, образующихся в процессе метаморфизма углей и имеющих различные размеры.
Переработка угля в углеродные сорбенты является одним из малотоннажных углехимических
производств. В мире вырабатывается около 400 тыс. тонн в год углеродных сорбентов. В Европе производство угольных сорбентов составляет 90 тыс.тонн, а в России - 30 тыс.тонн. В Украине годовой выпуск активных углей ограничен несколькими десятками тонн.
Структура потребления
активированных углей в ведущих капиталистических странах следующая: очистка питьевой воды - 34 %; очистка газов, воздуха, катализ и др. - 26 %; пищевая промышленность - 22 %; химическая и фармацевтическая
промышленность - 18 %.
Ископаемые угли, несмотря на наличие развитой пористой структуры, не могут быть эффективно использованы в качестве адсорбентов без дополнительной обработки, так как имеют малый объем микропор.
Для получения угольных адсорбентов можно использовать угли разных стадий метаморфизма - от бурых до антрацитов, в зависимости от свойств исходного сырья.
Пористость углей изменяется при воздействии на них различных химических и физико-химических факторов.
Увеличение объема микропор углей приводит к значительному увеличению их сорбционной активности и реакционной способности.
Пористость углей изменяется в процессе их термической обработки
(карбонизация) и при воздействии на них различных окислителей (водяной пар, кислород, двуокись углерода). Эти процессы (карбонизация и активация) являются основными стадиями
технологических процессов получения адсорбентов.
Физико-химические условия
проведения процесса карбонизации углей имеют большое значение для формирования их первичной пористой структуры.
Карбонизация неспекающихся углей при высоких температурах (до 900 оС) приводит к большему уплотнению материала и образованию большого количества макропор.
В зависимости от условий нагрева используются различные технологические методы обработки гранул - в стационарных условиях, в «кипящем слое» или во вращающихся печах с внешним или внутренним обогревом.
Пористая структура, прочность и реакционная способность карбонизованных материалов существенно влияют на условия проведения следующей стадии их технологической обработки - активации. Известно, что каменные угли, прошедшие стадии полукоксования или коксования, образуют твердый остаток, имеющий малоразвитую пористую структуру и недостаточную сорбционную активность. Поэтому они не могут быть квалифицированно использованы в качестве адсорбентов в промышленности.
Для получения высококачественных адсорбентов необходимо проводить активацию карбонизованных материалов различными окислителями (водяной пар, двуокись углерода, кислород воздуха и др.). При этом протекают реакции газофикации (окисления) углерода. При выгорании углерода, при определенных физико-химических условиях (диффузионная или кинетическая области), различных для каждого вида углеродистого материала и окислителя, может происходить раскрытие замкнутых или образование новых пор.
При оптимальных условиях активации углей можно получить адсорбент с развитой системой микро- и переходных пор по всему объему. Указанные процессы определяют сущность активации пористых коксовых остатков и карбонизованных углей.
Основным, перспективным
направлением является получение гранулированных адсорбентов, несмотря на их повышенную стоимость по сравнению с порошкообразными. Это объясняется тем, что гранулированные адсорбенты более прочные, могут регенерироваться и использоваться неоднократно длительное время. Порошкообразные адсорбенты после разового их применения обычно подлежат уничтожению.
Процессы получения
гранулированных адсорбентов
осуществляются в большинстве случаев по следующей схеме. Угли или полукоксы углей дробятся до мелких классов. Измельченный уголь (или полукокс) смешивается со связующим и гранулируется. Гранулы подвергаются термической обработке
(среднетемпературному полукоксованию) и активации различными окислительными газами или парами воды.
Сырьем для получения активных углей являются: древесина, торф, бурые и каменные угли, на долю каменных углей приходится 60 % углеродсодержащих материалов, перерабатываемых в активные угли.
Активные угли получают из разнообразного углеродсодержащего сырья в некарбонизованном виде или в форме углей и коксов.
Основной принцип активирования состоит в том, что углеродсодержащий материал подвергается селективной термической обработке в соответствующих условиях, в результате которой образуются многочисленные поры, щели и трещины и увеличивается площадь поверхности пор на единицу массы.. При такой обработке в
зернах угля увеличивается поверхность пор, достигая 500-1500 м2/г.
Используются химические и парогазовые способы активирования.
При химическом активировании в качестве исходного сырья используются в основном некарбонизованные продукты (древесные опилки, торф), смесь которых с неорганическими активирующими
агентами подвергается
высокотемпературной обработке.
Исходным сырьем для парогазового активирования служит обычно
карбонизованные природные материалы. Важнейшим фактором, определяющим способность этих продуктов к активированию, является доля летучих компонентов: с их увеличением в первом приближении увеличивается реакционная способность.
Для активирования газами обычно используется кислород (воздух), водяной пар и диоксид углерода. При активировании кислородом существует опасность внешнего обгара гранул. Поэтому предпочтение отдается водяному пару и диоксиду углерода.
Чтобы достигнуть высокой скорости процесса, его необходимо вести при температурах 800-1000 оС. Поэтому для ведения процесса необходимо специальное оборудование: шахтные, вращающиеся, многополочные печи, реакторы с движущимися слоями, реакторы кипящего слоя и др. Выбор оборудования зависит от степени дробления исходного материала и от того, в какой форме должны быть получены активные угли -порошкообразные, зерненные или формованные. Универсальными являются вращающиеся печи, поэтому они применяются особенно часто.
Важными факторами, позволяющими сделать правильный выбор активных углей для конкретных целей, являются гранулометрический состав, площадь внутренней поверхности (объема пор), распределение пор по размерам, природа и содержание примесей.
При получении активных углей свойства их можно регулировать выбором соответствующего сырья, метода активирования, изменением
продолжительности и условий
активирования.
Кусковые и гранулированные угли, а также прессованные изделия из древесноугольной пыли и связующего активируются в шахтных и вращающихся печах водяным паром или диоксидом углерода при 800- 1000 оС.
Большой интерес представляет получение адсорбентов из
высокометаморфизованных углей
(антрацитов, тощих углей), имеющих высокую прочность и содержащих малое количество летучих. Они являются высококачественным сырьем для получения адсорбентов, применяемых для очистки сточных вод и промышленных газов. Антрацит можно сразу активировать. Его измельчают, брикетируют со связующим, вновь измельчают и после рассева по фракциям подвергают карбонизации и активированию. Активирование измельченного антрацита водяным паром осуществляется в промышленном масштабе в реакторах движущегося слоя с газовыми горелками.
Однако в литературе отсутствуют обобщающие сведения о связи между природой исходных антрацитов, их реакционной способностью при
взаимодействии с окислителями, пористой структурой получаемых материалов и их сорбционными свойствами. До последнего времени подбор антрацитов для получения адсорбентов осуществляется эмпирически. Только в последние годы появляются работы по изучению реакционной способности антрацитов разной стадии метаморфизма по отношению к водяному пару, а также пористой структуры и сорбционных свойств получаемых адсорбентов.
Антрациты характеризуются развитой системой микропор и отсутствием крупных открытых пор.
В таблице приведена характеристика антрацитов Донецкого и Горловского угольных бассейнов, из которых в Институте горючих ископаемых (г. Москва, Россия) до 1990 года пытались получать адсорбенты (активирующий агент водяной
пар, температура 9000 С). При этом получали адсорбенты со средней удельной поверхностью и объемом микропор и переходных пор до 0,325 и 0, 080 см3/г соответственно [1].
Характеристика антрацитов Донецкого и Го
Таблица 1 зловского угольных бассейнов
Место отбора проб: комбинат, шахта, пласт уг, мг/л Ог, % Нг, % С/Н, ат тг° ^ тах Н, кг/мм
Свердловантрацит, шахта 10 им. Володарского, пласт 8 73 96,47 1,09 7,37 7,6 158
Донбассантрацит, шахта 26, пласт 8 81 96,16 1,41 5,62 7,4 156
Донбассантрацит, шахта Н-Павловская, пласт 8 118 95,50 1,41 5,64 6,8 141
Торезантрацит, шахта «Комсомольская Рассыпная». пласт 8 200 95,14 2,00 3,97 6,2 69
Горловский разрез 155 95,70 2,20 3,63 6,0 68
Шахтерскантрацит, шахта 3, «Стожковская», пласт 3 301 - - - 2,6 -
Как видно из таблицы, низкометаморфизованные антрациты по сравнению с более
высокометаморфизованными имеют
повышенный выход летучих веществ, более низкое отношение (С/Н), более низкую отражательную способность ^0тах) и микротвердость.
Для всех донецких антрацитов характерно высокое содержание витринита (до 96%), малое содержание минеральной части (до 6%). Антрацит Горловского бассейна содержит около 53% витринита и примерно до 10% минеральных компонентов.
Химический состав золы антрацита приведен в таблице 2.
Таблица 2
_Химический состав золы антрацита_
Sio2 So3 Гю2 Fe2oз AÍ2o3 м Mgo К^ №2ё
SiO2+Al2Oз/Fe2Oз+MgO+CaO Fe20з+Al20з+Ca0_
В золе 48.58 3.84 0.45 25.66 12.89 3.6 1.44 2.37 1.16 2.86 42.15
В угле 5.84 0.43 0.06 0.38 1.55 0.42 0.18 0.29 0.14
4.65
Результаты исследований показали, что для всех видов антрацитов объем микропор при активации водяным паром (900о С) растет с увеличением степени их окисления. Объем переходных пор увеличивается незначительно.
В связи с тем, что антрациты обладают низкой реакционной
способностью, которая при термической обработке снижается еще больше, для их активации применяют наиболее
эффективные процессы, в частности, процессы в «кипящем» слое. В некоторых
случаях процессу активации антрацита предшествует окисление его кислородом воздуха при низких температурах, способствующее повышению реакционной способности материала. Очень активный адсорбент может быть получен из антрацита путем обработки его некоторыми неорганическими соединениями (№ОН, Na2CO3, Na2SO4) и азотной кислотой [7].
Многие исследователи занимаются разработкой процесса получения молекулярных сит из антрацитов. Угли, в том числе и антрацит, обладают молекулярно-ситовыми свойствами,
проявляющимися в лучшей адсорбции веществ с небольшим размером молекул. Однако эти молекулярно-ситовые свойства не имеют значительного практического значения, так как диффузия веществ в микропоры угля очень мала, а суммарная емкость антрацита незначительна.
Перспективным сырьем являются каменные угли Донецкого месторождения. Поскольку в активных углях содержание минеральных примесей не должно превышать 10 %, то допустимая зольность исходного угля составляет 5 %. Такому требованию удовлетворяют каменные угли, добываемые в ПО «Свердловантрацит» г. Свердловск, Луганской области. На одну тонну активного угля расходуется 4-5 тонн антрацита. При потребности активного антрацита 1-2 тысячи тонн в год, расход сырья - антрацита составит 4-10 тыс.тонн в год.
Ранее в Украине до 1990 года выпускали активный уголь марок АУА-К; АУА-М и АУА-П.
Характеристика углей марок АУА-К и АУА-М следующая: размер частиц - 0,251,0 и 1-4 мм; насыпная масса - 0,64-0,66
3 3
г/см ; емкость по бензолу - 0,25-0,30 см /г; йодное число - 60-70 мг/г; поверхность по БЭТ - 600-700 м2/г.
Крупнозернистый активный антрацит АУА-К использовался в бытовых угольных фильтрах для доочистки питьевой воды от хлора, хлороформа и других органических веществ, а также в кустовых
водоочистителях, устанавливаемых в местах общего пользования (летние оздоровительные лагеря и т.д.).
Мелкозернистый активный антрацит (марка АУА-М) использовали в полевых водоочистителях для обеззараживания воды, отбираемой из непроверенных открытых водоемов.
Порошковый активный антрацит применяют на свинофермах для лечения кишечно-желудочных заболеваний поросят взамен антибиотиков.
По разработке Института коллоидной химии и химии воды на Первомайском ПО «Химпром» (Харьковская область) была освоена технология получения дробленого мелкозернистого микропористого
активного антрацита, предназначенного для очистки промышленных сточных вод в цикле замкнутого водоснабжения (работа удостоена Госпремии СССР за 1986 г.). На заводе имелось пять печей мощностью 2 тыс. т в год активного угля.
По разработке ИКХХВ АН Украины и Приднепровского химического завода также эксплуатировалась промышленная установка для парогазовой активации (с предварительным перегревом водяного пара) гранулированных синтетических смол. На этой установке проводились работы по освоению технологии получения крупнопористого активированного
антрацита для медицинских целей.
В Институте физико-органической химии и углехимии НАН Украины (г.Донецк) было изучено влияние времени, температуры активации, вида обработки и других факторов на параметры получаемых из каменных углей марок Д, Г и А активных углей. Процесс изучали при совмещении стадий карбонизации и активации и раздельно. Влияние условий процесса на параметры АУ из антрацита ш. Лесная ПО Торезантрацит пласта приведены в таблице 3. Характеристика угля следующая (%): Wa=0,8, Ad=3,0, Vdaf=2,5, St=2,6, ^=94,3.
Таблица 3
Влияние условий процесса карбонизации и парогазовой активации на параметры АУ из _углей марки А_
Условия активации Параметры АУ
марка угля 1, оС т, ч V, % S, м2/г А, мг/г Обгар, %
А 800 4 62,6 165 - -
850 1 38,0 302 - -
850 4 84,0 445 - -
850 5 63,0 361 - -
Результаты испытаний, как видно из таблицы 3, показывают, что оптимальными параметрами при получении АУ из каменного угля марки А являются следующие: образец карбонизуют и активируют водяным паром при температуре 850 оС в течение 4 часов. Полученный активный уголь обладает максимальными значениями удельной поверхности : S= 445 м /г [ 8 ].
Антрацит можно применять для производства электрокорунда. По показателям качества антрацит должен соответствовать следующим нормам (ГОСТ 8160-69): зольность (Ас, %) не более, чем 7,2; содержание общей серы ^соб., %), не более, чем 2,0; содержание окиси кальция (СаО, %), не более, чем 0,4; содержание рабочей влаги %), не более, чем 6,5 [8].
Антрацит по ГОСТу 8180-59, предназначенный для производства карбида кальция по ГОСТу 5288-75 [9] должен поставляться обогащенным с нижним пределом крупности 13 мм и более по ГОСТ 19242-73 и соответствовать нормам: зольность (Ас, %), не более, чем
6,5; содержание рабочей влаги %), не более, чем 6,5 ; содержание общей серы ^соб., %), не более, чем 1,5; содержание фосфора (Рс, %), не более, чем 0,05; объемный выход летучих (Угоб., см3/г), не менее, чем 130.
Обогащенный антрацит по ГОСТ 8180-59 предназначен для производства литейного термоантрацита и должен по показателям качества соответствовать требованиям, указанным в ГОСТе 10943-74 [10]: зольность (Ас, %), не более, чем 10,0; содержание рабочей влаги %), не
более, чем 6,0; содержание общей серы ^соб., %), не более, чем 2,5; размер кусков, мм, 50-100; механическая прочность, %, не менее, чем 38; термическая стойкость, %, не менее, чем 60; содержание мелочи, %, не более, чем 7.
В г.Свердловске (Луганская область) инвестиционно-промышленная компания «Спецпромтехника» производит
высококачественное фильтрующие
материалы из антрацита донецкого марки А (фильтрант антрацитовый).
Характеристики данного антрацита приведены ниже.
Шахта им. Космонавтов, г Ровеньки На балансе пласты Ы1, Ы0, h8
Ы1 отработан, Ы0 - действующий, h8 - еще не вскрыт
Характеристика пласта Ы0
1. Максимальная влагоемкость (%) Wmax =1.3-5.8 (среднее значение.3.9) (5.2)
2. Аналитическая влагоемкость (%) Wd=0.7-4.7 (среднее значение 2.5)
3. Зольность угольных пачек (%) Adyп= 1.6-29.3 (среднее значение 9.6)
4.
Асп= 1.6-44.0(среднее значение 20.1) (31.0)
5. Сера общая (%)
Sdt(%)=0.62-5.28 (среднее значение 1.20) (1.3)-малосернистый
6.Выход летучих веществ %
Vdaf(%)= 1/1-5.2 (среднее значение 2.1) (2.0)
7. Удельная теплота сгорания мДж/кг Qsdaf=(29.176-35.792)/33.673
8. Высшая теплота сгорания мДж/кг Qsdaf=33.838 (33.6)
9. Низшая теплота сгорания мДж/кг Qir=30.954
10. Тепловой эквивалент Эк=1.06
11. Среднее содержание серы по видимому
1) SdSo4-0.02
2) Sc сульфидная-0.'6
3) S t общая-1.30
4) Sc ^органическая-0.'2
12. Фосфор % Р"=0.018
13. Содержание углерода, водорода, ,азота, кислорода на сухую беззольную массу изменяется соответственно 86.3-97.6%, 0.6-2.7%, 0.2-5%
14. Содержание окислов по скважине по горным работам %:
1) SiO2-51.4/45.4
2) Бе20э-16.69/22.27
3) А1203-11.91/9.65
4) ТЮ2-0.38/0.27
5) CaO-6.26/7.44
6) М§0-2.70/2.40
7) S03-6.46Z7.40
8) К20+№20-(1.63+0.88)/(1.33+0.45)
9) Р205-0.48/0.58
15. Типы золы пласта Ь10-кремнистые. Пределы колебаний состава: А12О3 - 8-30%
Si02 - 40-70% Бе20э - до 20% Ca0 - до 20%
16. Плавкость золы -среднеплавкая
17. Содержание вредных примесей г/т
(среднее значение) Ртуть 0.09 Мышьяк 82.9 Бериллий 5.1 Фтор 163.9 Свинец 12.63 Никель 26.9 Кобальт 14.1
Шахта п81''Киевская" (пласт
Содержание водорода
Hodaf,% 1.36 Содержание углерода
0о^,% 95.05 Теплота сгорания
Qвdaf,мДж/кг 37.9 (33.7) Содержание серы
Std,% 2.19 (1.9) Влага рабочая
Wr,% 3.53 (5.7) Выход летучих
Vdaf,% 1.95 (2.0) Объединенный выход летучих
Vобdaf,см3/г 74 Зольность Ас,%
чистых пачек 11.0
с учетом загрязнений 17.6(33.5) Содержание серы
Std,% 2.19(1.9)
Фильтрант антрацитовый по своим свойствам используется для загрузки фильтровальных установок в процессах водоподготовки и очистки сточных вод, для загрузки механических фильтров в качестве поддерживающих и фильтрующих слоев на предприятиях энергетической,
металлургической, химической и других отраслей промышленности при фильтрации воды для технических целей [11]. Антрацит обладает высокой механической прочностью и достаточной химической стойкостью, относится к зернистым материалам.
Фильтрант антрацитовый должен соответствовать установленным нормам показателей качества: класс крупности (для разных марок), мм - 0,8-20; зольность (Ас, %), не более, чем 5,0 -10,0; общая сера %), не более, чем 1,0 - 2,0; общая влага %), не более, чем 7,0 ; измельчаемость (%), не более, чем 5,0; истираемость (%), не более, чем 1,0; действительная плотность для сухого состояния топлива ^сг, г/см3), не менее, чем 1,4; пористость (Рсг, %), не
менее, чем 10; приращение кремнесодержания ^Ю2, мг/л), не более, чем 2,0; приращение окисляемости по кислороду (О2, мг/л), не более, чем 8,0; приращение сухого остатка (мг/л), не более, чем 10,0; цена фильтранта антрацитового от 1800 до 2500 грн/тн в зависимости от марки и качества (зольность до 5,0 - 10,0 % и содержание серы до 1,0 и 2,0 %).
Использование фильтрантов в качестве сорбентов при физико-химической очистке сточных вод позволяет снизить содержание взвешенных частиц на 90-98 %, масел - на 90-99%; органических загрязнений - на 60-70 %. Результаты исследований показали возможность использования фильтрантов в качестве загрузки фильтров при водоподготовке для задержки механических примесей, снижения цветности, запаха и содержания органических загрязнений.
Предложенный антрацит необходимо, на наш взгляд, исследовать на предмет использования в качестве фильтров
промышленных и бытовых стоков. В этом случае возможно использование мелких классов и штыба антрацита.
По своим характеристикам антрацит ш. им. Космонавтов может быть исследован на возможное использование в качестве сырья для производства адсорбентов типа «Термоантрацит» и «Гидроантрацит» [11-17]. Глубокую очистку угля или углеотхода от золообразующих вредных и токсичных примесей, в первую очередь, от сернистых соединений, без применения каких-либо флотореагентов можно осуществлять с помощью высокоградиентного
криомагнитного сепаратора (СКМ), включенного в технологическую линию углеобогащения [5].
Анализ работ в области использования антрацитов для
производства электродов и футеровочных блоков за рубежом подтверждает возможность применения не только крупных и средних классов антрацита, но и мелких классов антрацита с такими параметрами, как у предложенного для исследования для производства
термоантрацита [16].
Выводы
Освещена пористая структура и реакционная способность основного углеродсодержащего груза, перевозимого по Донецкой железной дороге - Донецкого антрацита. Сделан обзор литературы по неэнергетическому, нетопливному
использованию антрацитов Донбасса, в частности, для производства
термоантрацита, электродов, футеровочных блоков, электрокорунда. литейного термоантрацита, фильтранта
антрацитового, а также углеродных сорбентов или активированных углей для различных сорбционных процессов в промышленности.
Список литературы:
1. Кричко А.А., Лебедев В.В., Фарберов Н.Л. Нетопливное использование углей. - М.: Недра, 1976. - 215 с.
2. Сырьевая база и процессы производства термоантрацита / И.В.Еремин, Е.М. Тайц, А.С.Леонов и др. // Химия и переработка топлив. - М. - Т. 30. -Вып. 2. - 1976. - С. 3-10.
3. Цикарев Д.А., Самойлова Т.Р., Бевза Т.И. Использование антрацитов в производстве электродов и футеровочных блоков за рубежом //
Обогащение и брикетирование угля. -ЦНИЭИУголь. - 1974. - № 10. - С. 25-26.
4. ГОСТ 4794-75. Термоантрацит электродный. - М.: Гос. ком. СССР по стандартам, 1981. - 3 с.
5. Саранчук В.И., Ошовский В.В., Власов Г.А. Физико-химические основы переработки горючих ископаемых. -Донецк, ДонГТУ, Схщний видавничий дiм, 2001. - 304 с.
6. Дубинин М.М. Адсорбция и пористость. - М.: Изд-во ВАХЗ, 1972. - 127 с.
7. Об особенностях пористой структуры углей в сорбционных процессах / В.А.Астахов, А.В.Бунин, Е.В.Викокурова,
A.А.Гамемонов // Химия твердого топлива. - 1986. - № 5. - С. 24-27.
8. ГОСТ 3253-73. Антрацит Донецкого бассейна для производства электрокорунда. - М.: Гос.ком.ст. Сов.Мин.СССР,1974. - 2 с.
9. ГОСТ 5288-75. Антрацит Донецкого бассейна для производства карбида кальция. - М.: Гос. ком. ст. Сов. Мин. СССР, 1975. - 2 с.
10. ГОСТ 10943-74. Антрацит Донецкого бассейна для производства литейного термоантрацита. - М.: Изд-во стандартов, 1975. - 2 с.
11. ТУ У 10.1-23472138-060-2001. Фильтрант антрацитовый из угля донецкого марки А. - Луганск.: Держстандарт Украши, 2001. - 11 с.
12. Лаврик С.Н., Мизан В.Г., Страхов
B.М. Пористая структура и реакционная способность углеродистых материалов //
Химия твердого топлива. - 1969. - № 3. - С. 103-108.
13. Грег С., Синг К. Адсорбенты, удельная поверхность, пористость. - М.: Мир, 1984. - 306 с.
14. Ставицкая С.С., Ларина А.А., Тарковская К.А. Пористая структура и химическая природа поверхности углеродных сорбентов на основе каменных углей разной степени метаморфизма // Химия твердого топлива. - 1990. - № 5. - С. 111-115.
15. Колышкин Д.А., Михайлова Л.Д. Активные угли. Свойства и методы испытаний. - Л.: Химия, 1972. - 56 с.
16. Олонцев В.Ф. Некоторые тенденции в производстве и применении активных углей в мировом хозяйстве// Химическая промышленность. -2000. -№8. -С8-14.
17. Саранчук В.И. Окисление и самовозгорание твердого топлива / В.И.Саранчук, Д.Русчев, В.К Семененко, Л.Я.Галушко, К Маркова, Л.В.Пащенко, Г.П.Темерова //Киев, Наук.думка, 1994. -264. с.
Аннотации:
Приведены литературные данные по технологии получения и по применению различных продуктов переработки антрацитовых углей.
Ключевые слова: антрацит, термоантрацит, углеродсодержащий адсорбент
The technologies of obtaining of different anthracite products and their industrial using are considered in this article.
Key words: anthracite, thermoanthracite, carboncontaining adsorbent
