CC BY
13
МРНТИ 53.31.15
https://doi.org/10.48081/HMWS9874
*А. М. Аубакиров1, А. Г. Калиакпаров2, Л. Б. Толымбекова3,
Ю. Е. Капелюшин4, С. В. Ким5
1,2,3Торайгыров университет, Республика Казахстан, г. Павлодар;
4Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск;
5Химико-металлургический институт имени Ж. Абишева
АНАЛИЗ И ОЦЕНКА КАЧЕСТВА СЫРЬЕВОЙ БАЗЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СПЕЦИАЛЬНЫХ ВИДОВ КОКСА
Поиск и исследование альтернативных восстановителей для производства ферросплавов является особенно актуальным в условиях внутреннего рынка Казахстана.
В данной статье представлены характеристики качествауглей месторождения Жалын с целью возможности получения твердых восстановителей, использующихся в производстве ферросплавов.
Приведенные сравнительные характеристики химического и технического состава рассматриваемых углей позволяют судить о возможности применения данного типа углей в качестве восстановителя: сведения о качестве угля по содержанию серы, фосфора, золы и некоторые физико-химические свойства указывают на соответствие к требованиям кокса.
Экспериментальным путем, в результате термической обработки до 1200 С° с выдержкой в 30 мин с последующим, естественным охлаждением, были получены твердые образцы из углей месторождения Жалын. Полученный технический и химический состав соответствуют предъявляемым требованиям к восстановителям: W - 1,88 %, А - 12,54 %; V - 3,8, содержание S и Рравны соответственно - 0,58 и 0,23 %.
Ввиду постоянного поиска альтернативных видов восстановителейдляпроизводства ферросплавов инедостаточности изученности рассматриваемого типа углей проведение исследований в данном направлении является актуальным и перспективным в условиях внутреннего рынка Казахстана.
Ключевые слова: угли, восстановитель, спецкокс, кокс, производство ферросплавов, слабоспекающиеся угли, неспекающиеся угли, Жалын.
ВВЕДЕНИЕ
Поиск и исследование альтернативных восстановителей для производства ферросплавов является особенно актуальным в условиях внутреннего рынка Казахстана. Как известно, на сегодняшний день в республике насчитываются большие запасы угля, составляющие порядка более 300 месторождений. Однако, исходя из общего количества, около 70 % геологических запасов приходится на долю балансовых, прогнозируемых и кондиционных, основная часть которых относятся к числу слабоспекающихся и неспекающихся [1,2].
Хотя данные виды углей по структурно-молекулярному образованию относятся к ранним стадиям углефикации, но уже имеют большой интерес среди отечественных и зарубежных ученых как сырье для производства специального вида кокса, использующийся для производства ферросплавов. К таким углям можно отнести месторождения: Шубарколь, Кара-Жыра, Борлы, Алаколь и др [1].
Исследование, разработка технологии и производство спецкокса является на сегодняшний день актуальным в рамках программы импортозамещения. Так, например, согласно данным сайта «erg.kz» строительство нового завода АО «Шубаколь кeмiр» входящий в группу EurasianResourcesGroup (ERG), планируется ввести в эксплуатацию в 2023 г., что позволяет решить острую проблему в покупке импортного дорогостоящего сырья [3]. Параллельно, также продолжаются исследования и известны множество работ в области альтернативного способа производства восстановителей из отечественного сырья казахстанскими и зарубежными учеными [4-11].
Материалы и методы
Для оценки качества и возможности дальнейшего исследования производства нового вида спецкокса из отечественного сырья был проведен анализ качества углей одного из месторождений Карагандинской области - Жалын.
Согласно общим справочным данным, данное месторождение расположено в 300 км от г. Караганды, площадь которого составляет 2 км2, добыча которого производится открытым способом. По насыщению углерода принимается
Т"\ и \J гп
Верхний угольный горизонт, разделенный на 7 пластов, характеристика которых приводятся в таблице 1.
Таблица 1 - Характеристика угольных пластов Верхнего угольного горизонта
Нанм. СБИТЫ. горизонт а Индекс пластав Мощность пласта от - до .м средняя Коэффнц иент относнтел ь-ностн Степень выл ерж а нноети
горная масса угольная масса
11 Верхний горизонт В 10.8S-33.69 20.9 10.0-33.69 20.9 100 относительно выдержанные
В1 5.85-26.22 14.9 3.71-24.47 13.7 100
В11 1.11-11.27 5.1 1.11-10.20 4.8 93 относительно выдержанные
в,* 1.04-11.27 5.1 0.73-10.16 4.4 90
Вз 3.85-19.97 9.6 3.57-18.6 8.8 100 нев ы л ержанны е
в,1 1.00-13.62 4.9 0.93-12.65 4.3 72 нев ы л ержанны е
в,"3 1.04-2.72 1.66 1.04-2.04 1.44 55 нев ы л ержанны е
Породы вскрыши представлены четвертичными суглинками, песками глинистыми, песками с гравием, неогеновыми глинами, палеогеновыми глинистыми песками, нижнеюрскими алевролитами, аргиллитами, песчаниками и нижнедевонскими туфоалевролитами, туфоконгломератами, порфиритами, песчаниками и конгломератами.
Добываемые угли относятся к маркам Г, Д, и ДГ.
Согласно данным, полученным лабораториями ПГО «Центрказгеологии», в ВУХИНе, КНИУИ и лаборатории коксо-химпроизводства Карметкомбината был проведен анализ качества углей.
Угли имеют относительно низкую зольность: наиболее низкую зольность (порядка 9,5 %) имеют угли марки Г.
Ниже представлены данные по качеству угля.
Таблица 2 - Характеристика качества угля Жалын
Показатели Ед.изме Р- Общие значения Предельные значения
Мака Г Марка ЛГ Марка д
Аналитическая влага - \¥а % 2,05-5.6 3.55 3.94 3.00
Рабочая влага - \ЛгР: - при А = 37.4% - при А = 3.9 % % 4.1 8.3
Выход летучих веществ (ГОСТ 6382-80) % 44.6-50.S 44.6 - 50.S
Зольность % 9.5
Сера: - сера общая (Й!1) - сера сульфагная (^од'1) - сера сульфидная (¡Зр1) - сера органическая (5**) % 1.46 <0.1 0.36 1.10 0.77 0.78 от 0.53
Фосфор 0.0670.124 от 0.067 0.085 0.124
Теплота сгорания О (ГОСТ 147-74) МДж кг 30.3531.96 от 30.35 до 31.96
Высшая тепдота сгорания МДж, кг >24
Содержание битумов (ГОСТ 10969-74) в углях Верхнего горизонта изменяется от 0,2 % до 0,9 % при среднем 0,4 %. Содержание гуминовых кислот (ГОСТ 951776) в углях изменяется от 0,5 % до 4,5 %. В зоне окисления углей содержание гуминовых кислот увеличивается до 21,1 - 99,5 %.
Угли марки Д являются труднообогатимыми, марки Г - обладают средней обогатимостью, относится к группе слабоспекаемых. При проведении полукоксования выход кокса составляет в среднем 85 %, выход смол - 12 %.
В целом, характеристики данного вида углей, в частности марки Г, показывают перспективные возможности использования его в качестве восстановителя, однако, практический опыт ученых Химико-металлургического института имени Ж. Абишева показывает отрицательные результаты использования Жалынского угля для производства спецкокса: при коксовании образуется большое количество сажи, забивающее систему газоотвода печи.
В условиях лаборатории кафедры «Металлургия» Торайгыров университета были проведены лабораторные испытания по возможности получения спецкокса из данного типа углей. Данные по анализу углей представлены в таблице 3 и 4.
"аблица 3 - Технический Wr шализ образцов угля Ad vdaf
3.92 7.24 41.77
аблица 4 - Химический состав угля, %
Содержание. %
С МпО АЬОз БезОз СаО МеО 5 Р
51.90 44.28 1.90 21.08 17.87 4.30 3.24 0.44 0.26
Полученные угли (рисунок 1) фракцией 2-4 мм подвергались измельчению в планетарной мельнице до фракции 0-3мм.
Рисунок 1 - Образцы углей месторождения Жалын
Далее тигли, содержащие измельченный уголь направили в электрическую муфельную печь фирмы SNOL (рисунок 2), с заданной программой нагрева 1200 °С, скорость нагрева составляла 4 С°/мин ().
Рисунок 2 - Нагрев образцов до температуры 1200 °С
По достижению максимально-заданной температуры, программа задействовало «выдержку» в течение 30 минут. Образцы охлаждались в условиях комнатной температуры (рисунок 3).
Рисунок 3 - Полученные образцы
В таблице 5 и 6 приведены данные по техническому составу полученных образцов кокса и химическому составу.
Таблица 5 - Технический состав кокса, %
W А V
1,88 12.54 3.58
аблица 6 - Химический состав кокса, %
Содержание. %
С Si02 AI2O3 Fe2Oj СаО МгО S Р
82.74 35.90 17.10 32.17 4.30 2.43 0.58 0.23
Результаты и обсуждения
Полученные образцы имеют небольшое озоление, а также наблюдаются «недоспекшие» частицы в верхней части кокса, которое в свою очередь, может быть связано с не герметичностью тигля.
Образцы имеют достаточную прочность.
Вывод
Результаты проведенных исследований характеристик качества углей Жалын позволяют судить о перспективности использования данного типа углей в качестве твердых восстановителей в производстве ферросплавов.
Первичные сведения о качестве угля по содержанию серы, фосфора и золы, а также некоторым физико-химическим свойствам указывают на приемлемое соответствие предъявляемым требованиям к восстановителям.
Ввиду постоянного поиска альтернативных видов восстановителей для производства ферросплавов и недостаточности изученности рассматриваемого типа углей проведение исследований в данном направлении является актуальным и перспективным.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Никитин, Г. М., Калиакпаров, А. Г. Основы комплексного подхода при получении конкурентоспособной продукции для предприятий черной металлургии //Наука и техника Казахстана.- 2005. -№ 3. -С. 85-89.
2 Ким, В. А., Ульева, Г. А. Сравнительная оценка структуры спецкоксов, используемых в электротермии // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. - 2012. - № 2 (38). - С. 20-23.
3 Новый завод мощностью 400 тысяч тонн спецкокса в год будет построен в Карагандинской области [Электронный ресурс] - Режим доступа. - URL: https:// www.erg.kz/ru/news/2245. - 2021. - 1 c.
4 Страхов, В. М., Калиакпаров, А. Г., Святов, Б. А. Получение кокса из высокозольных углей казахстана во вращающейся печи и возможность его использования в металлургии ферросплавов // Кокс и химия. - 2020. - № 10. -С. 20-28.
5 Страхов, В. М., Едильбаев, Б. А., Едильбаев, А. И., Калиакпаров, А. Г.
Эффективные способы использования длиннопламенных углей и специальных коксов казахстана в металлургии стали // Кокс и химия. - 2020. - № 11. - С. 12-23.
7 Калиакпаров, А. Г. Особенности способа термоокислительного коксования углей на аксуском заводе ферросплавов // Труды университета. - 2007. -№ 2 (27). С. 47-49.
8 Исагулов, А. З., Орлов, А. С., Ким, С. В., Мишо, Ж., Толымбеков, М. Ж.
Исследование физико-химических и технологических свойств высокозольного угля Борлинского месторождения // Труды университета. - 2018. - № 3 (72). -С. 55-58.
9 Нурмуханбетов, Ж. У., Ким, В. А. Углеродистые восстановители для выплавки ферросплавов: Аналитический обзор. - Караганды : ЦНТИ, 2005. - 38 с.
10 Исагулов, А. З., Орлов, А. С., Ким, С. В., Мишо, Ж., Толымбеков,
М. Ж. Исследование физико-химических и технологических свойств
высокозольного угля Борлинского месторождения // Труды университета. - 2018.
- № 3 (72). С. 55-58.
11 Габдуллин, С. Т., Байсанов, С., Шабанов, Е. Ж., Толеукадыр, Р. Т., Муздыбаев, Д . Р. Исследование металлургических свойств высокозольных углей для производства ферросплавов // Комплексное использование минерального сырья. - 2018. - № 4 (307). - С. 38-45.
12 Кулинич, В. И., Жунусов, А. К., Толымбекова, Л. Б. Анализ выплавки ферросиликохрома при применении различных количеств углеродистых восстановителей // Вестник КазНТУ. - № 2 (108). Алматы, 2015. - С. 414-419.
REFERENCES
1 Nikitin, G. M., Kaliakparov, A. G. Osnovy kompleksnogo podhoda pri poluchenii konkurentosposobnoj produkcii dlya predpriyatij chernoj metallurgii // Nauka i tekhnika Kazahstana.- 2005. -№ 3. - P. 85-89.
2 Kim, V. A., Ul'eva, G. A. Sravnitel'naya ocenka struktury speckoksov, ispol'zuemyh v elektrotermii // Vestnik Magnitogorskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta im. G. I. Nosova. - 2012. -№ 2 (38). - P. 20-23.
3 Novyj zavod moshchnost'yu 400 tysyach tonn speckoksa v god budet postroen v Karagandinskoj oblasti [Elecronic resource] - Access mode. - URL: https://www. erg.kz/ru/news/2245. - 2021. - 1c.
4 Strahov V. M., Kaliakparov A. G., Svyatov B. A. Poluchenie koksa iz vysokozol'nyh uglej kazahstana vo vrashchayushchejsya pechi i vozmozhnost' ego ispol'zovaniya v metallurgii ferrosplavov // Koks i himiya. -2020. -№ 10. -S. 20-28.
5 Strahov, V. M., Edil'baev, B. A., Edil'baev, A. I., Kaliakparov, A. G. Effektivnye sposoby ispol'zovaniya dlinnoplamennyh uglej i special'nyh koksov kazahstana v metallurgii stali // Koks i himiya. - 2020. - № 11. - P. 12-23.
6 Kaliakparov, A. G. Osobennosti sposoba termookislitel'nogo koksovaniya uglej na aksuskom zavode ferrosplavov // Trudy universiteta. - 2007. -№ 2 (27). P. 47-49.
7 Isagulov, A. Z., Orlov, A. S., Kim, S. V., Misho, Zh., Tolymbekov, M. Zh. Issledovanie fiziko-himicheskih i tekhnologicheskih svojstv vysokozol'nogo uglya Borlinskogo mestorozhdeniya // Trudy universiteta. - 2018. - № 3 (72). - P. 55-58.
8 Nurmuhanbetov, Zh. U., Kim, V. A. Uglerodistye vosstanoviteli dlya vyplavki ferrosplavov : Analiticheskij obzor. - Karagandy : CNTI, 2005. - 38 р.
9 Isagulov, A. Z., Orlov, A. S., Kim, S. V., Misho, Zh., Tolymbekov, M. Zh. Issledovanie fiziko-himicheskih i tekhnologicheskih svojstv vysokozol'nogo uglya Borlinskogo mestorozhdeniya. -Trudy universiteta. - 2018. - № 3 (72). - Р. 55-58.
10 Gabdullin, S. T., Bajsanov, S., Shabanov, E. Zh., Toleukadyr, R. T., Muzdybaev, D. R. Issledovanie metallurgicheskih svojstv vysokozol'nyh uglej dlya proizvodstva ferrosplavov // Kompleksnoe ispol'zovanie mineral'nogo syr'ya. - 2018.
- № 4 (307). - S. 38-45.
11 Kulinich, V. I., Zhunusov, A. K., Tolymbekova, L. B. Analiz vyplavki ferrosilikohroma pri primenenii razlichnyh kolichestv uglerodistyh vosstanovitelej // Vestnik KazNTU. -2015. - № 2 (108). Almaty. - Р. 414-419.
Материал поступил в редакцию 16.09.22
*А. М. Аубакиров1, А. Г. Калиакпаров2, Л. Б. Толымбекова3, Ю. Е. Капелюшин4, С. В. Ким5
1,2,3TopaftFbipoB университет^ Казахстан Республикасы, Павлодар к.; 4Ощустж-Орал мемлекеттiк университетi, Ресей федерациясы, Челябинск к.; 5Ж. Эбiшев aтындaFы химия-металлургиялык институты, Казакстан Республикасы, КaрaFaнды к. Материал бaспaFa тYстi 16.09.22.
КОКСТЬЩ АРНАЙЫ ТYРЛЕРIН ЭНД1РУГЕ АРНАЛFАН ШИК1ЗАТ БАЗАСЫНЬЩ САПАСЫН ТАЛДАУ ЖЭНЕ БАFАЛАУ
Ферроцорытпаларды eHdipy ymm баламалы тотыцсыздандыргыштарды 1здеу жэне зерттеу эЫресе Казацстанныц Шт нарыгы жагдайында eseKmi болып табылады.
Булмацалада ферроцорытпа eндiрiсiндe пайдаланылатын цатты цалпына келтiргiштердi алу мумктдш мацсатында Жалын кен орнындагы meMip сапасыныц сипаттамалары бершген.
Карастырылып отырган кeмiрдiц химиялыц жэне техникалыц цурамыныц жогарыда келтiрiлген салыстырмалы сипаттамалары кeмiрдiц осы турт тотыцсыздандыргыш реттде цолдану мумктдшн багалауга мумктдт бeрeдi: кутрт, фосфор, кул жэне кейбiр физика-химиялыц касиеттерi бойынша кeмiрдiц сапасы туралы ацпарат Кокс талаптарына сэйкестшн кeрсетедi.
Эксперименттт жолмен, 1200 °С дешн термиялыц e^ey нэтижестде 30 минут усталып, кешннен Табиги салцытдату арцылы Жалын кен орныныц кeмiрiнeн цатты улгшер алынды. Алынган техникалыц жэне химиялыц курам цалпына кeлтiргiштeргe цойылатын талаптарга сэйкес кeлeдi: W — 1,88 %, A — 12,54 %; V — 3,8.S жэне P цурамы тшстше — 0,58 жэне 0,23 % - га тец.
Ферроцорытпалар eндiрiсi ушт цалпына кeлтiргiштeрдiц баламалы турлерт турацты iздeстiрyгe жэне кeмiрдiц царалып отырган турт зерделеудщ жeткiлiксiздiгiнe байланысты осы багытта зерттеулер жург1зу Казацстанныц imm нарыгы жагдайында eзeктi жэне перспективалы болып табылады.
Кiлттi сeздeр: кeмiр, тотыцсыздандыргыш, арнайы Кокс, кокс, ферроцорытпа eндiрiсi, баяу пШршетт кeмiр, тспейтт кeмiр, Жалын.
*A. M. Aubakirov1, A. G. Kaliakparov2, L. B. Tolymbekova3, Yu. E. Kapelyushin4, S. V. Kim5
1,2,3Toraighyrov University, Republic of Kazakhstan, Pavlodar;
4South Ural State University, Russian Federation, Chelyabinsk; 5Zh. Abishev Chemical and Metallurgical Institute, Republic of Kazakhstan, Karaganda Material received on 16.09.22.
ANALYSIS AND EVALUATION OF THE QUALITY OF THE RAW MATERIAL BASE FOR THE PRODUCTION OF SPECIAL
TYPES OF COKE
The search and research of alternative reducing agents for the production of ferroalloys is especially relevant in the conditions of the domestic market of Kazakhstan.
This article presents the characteristics of the quality of coal from the Zhalyn deposit in order to obtain solid reducing agents used in the production of ferroalloys.
The given comparative characteristics of the chemical and technical composition of the coals under consideration allow us to judge the possibility of using this type of coal as a reducing agent: information on the quality of coal in terms of sulfur, phosphorus, ash and some physico-chemical properties indicate compliance with the requirements of coke.
Experimentally, as a result of heat treatment up to 1200 °C with an exposure of 30 minutes followed by natural cooling, solid samples were obtained from the coals of the Zhalyn deposit. The resulting technical and chemical composition meet the requirements for reducing agents: W — 1.88 %, A — 12.54 %; V — 3.8, the content of S and P are equal to 0.58 and 0.23 %, respectively.
Due to the constant search for alternative types of reducing agents for the production of ferroalloys and the lack of knowledge of the type of coal under consideration, research in this direction is relevant and promising in the conditions of the domestic market of Kazakhstan.
Keywords: coals, reducing agent, special coke, coke, ferroalloy production, low-burning coals, non-baking coals, Zhalyn.
