CC BY
56
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО
ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА _
Том 136 1965
ИССЛЕДОВАНИЕ БУРЫХ УГЛЕЙ ИТАТСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
К. К- СТРАМКОВСКАЯ, А. В. КРАВЦОВ
Итатокое буроугольное месторождение размещается в западной части Канско-Ачинского бассейна на территории Итатского и Тисульско-го районов Кемеровской области.
Запасы топлива на этом 'месторождении огромны. Средняя мощность пласта 55 м, а в пределах Барандатской мульды доходит до 80 и даже до 100 м. Природные условия благоприятны для разработки пластов самым экономичным открытым способом.
Однако технологические свойства этих углей на различных участках обширного месторождения еще не достаточно! изучены.
В данной работе исследовались пробы углей, доставленные в лабо-'раторию Итатской геологоразведочной партией треста Кузбассуглегео-логия. Места отбора проб приведены в табл. 1. В герметической упаковке получены только пробы 4273, 4274, 2482а, 4282а и 4284а, все остальные поступали в лабораторию в деревянных ящиках.
Технический и элементарный анализы угля проведены по соответствующим ГОСТам [2], представлены в табл. 2 [и показывают, что угли Итатского месторождения Барандатской Мульды малозольные (А —3,6—7,2%). Состав золы почти всех проб углей (табл. 3) отличается высоким содержанием СаО — от 39 до 49%. Количество БЮз изменяется Ьт 10 до 30 %, а в верхних, более зольных частях угольного пласта, количество кремнезема в золе достигает 46%. Содержание окислов железа невелико — 7—13% и только в двух пробах оно достигает 26,5—28,678%: Температура плавления зол 1180—1400°С (см. табл. 4).
Рабочая влажность проб углей, доставленных в герметической упаковке, достигала 37%.
Количество углерода и водорода у проб, взятых из различных участков месторождения, изменялось в следующих пределах: углерод от 70,50 до 73,63; водород от 4,73 до 5,12. Содержание углерода и водорода (мало менялась с глубифй залегания пласта в пределах одной скважины. Так, по скважине 2206 проба 2281а, характеризующая интервал опробования от 103,3 до 125,4 м, а проба 2284а — интервал опробования от 149,9 до 174 л, имеют небольшие отклонения в содержании углерода и водорода. Однако содержание углерода несколько
<
Место отбора проб
' ч Паспорт пробы cij СО * 2 Местонахождение скважины cL> X Sss m Г. а Sk Ö 4 о я? к 2 —г ^ Глубина кровли, м <Ч m й О 3 <и г-, » о Н Он о с
с « К g 1 Г» ^ СЭ рз x, с Я £ о 2 i- 2 - 5 с я S о X £ S.HH J2- о а R\O»о
1 2826 1664 уч. Урюпский поисковый III р. л. Итат-ский 57,1 162,2 162,2— 219,3 28/ VII 1961
2 2837 1671 площадь восточного крыла Баран-датской мульды 78 р. л. » 7,0 228,7 228,7-235,7 22/ VII 1961
3 2838 1671 „ » 78,5 240,4 - 240,4-318,9 24/ VII 1961
4 2610а 1705 Барандатский уч. 79 р. л. » 63,0 52,0 52,0-1150 ■ 20/ IX 1961
5 2840 1675 Барандатский уч. 78 р. л. п 67,8 108,6 108,6— 176,4 21/ IX 1961
6 2842 1680 Барандатский уч. 79 р. л. J» 89,2 207,8 207,8— 300,9 21/ IX 1961
7 4004 2069 Барандатский I уч. р. л. 90, 1000 м Ю. 3, СКВ. 1988 88,61 220,0 220-308,6 20. VII 1962
8 4273 2175 уч. Барандатский 1,71 р. л., 500 ж Ю.. 3. скв. 1602 я 35,6 167,7 185,5-186,0 4. IX 1962
9 4274 2175 уч. Барандатский 1,71 р. л. 500 м Ю. 3. скв. 1602 в 35,6 167,7 186— 186,5 4/ XI 1962
10 4281а 2206 уч. Барандатский 1,93 р. л. ПС7 п 72,8 101,3 101,3-125,4 10/ XII 1962
11 42 82а 2206 уч. Барандатский 1,93 р. л. ПС7 п 72,8 101,3 125,4-147,9 12/ XII 1962
12 4284а 2206 уч. Барандатский 1,93 р. л. ПС7 72,8 101,8 147,9— 174,1 ' 14/ XII 1962
13 2281 и 2281а 2281 и 2281а уч. Барандатский 1,98 р. л. 50 м СВ от скв. 2253 г> 67,0 46,0 46,0-113,0 феврал ^1963
14 4619 \ 2355 и 2355а уч. Барандатский III, 131 р. л. •я 68,5 58,5 58,5-127 22/ IV 1963
15 4625 2368 уч. Барандатский III, 135 р. л. т> 35,6 24,0 24,0— 59,6 28/ IV 1963
увеличивается с глубиной залегания пласта в различных пунктах месторождения. Например, пробы 2837 и 2838, интервал опробования соответственно 228,7—235,7 м и 240—318 м, содержат углерода на горючую массу 72,76 и 73,63%, а у пробы 4625—(интервал опробования 24—59. м) Сг — 71,20%.
Характерной особенностью этого угля является малое содержание серы и азота. Только в двух .пробах серы было 0,42—0,57%, а во всех остальных не более 0,2%. Содержание азота 0,7—0,9%.
В связи с постоянством элементарного состава мало изменялась теплотворная способность углей — (^6— 6400—6750 ккал/кг.
Аналитическая характеристика Итатского бурового угля
№ № Технический анализ Qr6 Содержание на горючую массу, %
п/п пробы Wa°/o wp% Ас% Vr% Сг Нг Nr Sr Ог
1 2826 9,42 5,07 44,76 6400 70,08 4,73 0,89 0,26 24,04
2 2837 10,41 7,45 43,45 6615 72,56 5,00 0,89 0,14 21,41
3 2838 10,15 6,17 44,99 6760 73,63 4,80 0,98 0,14 50,45
4 2610а 10,62 5,23 44,61 6320 71,36 5,05 0,92 0,09 22,58
5 2840 10,97 8,30 44,14 71,00 4,89 0,63 0,19 23,29
6 2842 10,29 8,16 45,34 6480 70,52 4,87 0,88 0,13 23,60
7 4004 7,40 » 5,25 45,10 6650 71,75 5,04 0,81 0,13 22,27
8 4273 8,20 32,16 4,27 43,27 6515 70,80 4,90 0,75 0,08 23,70
9 4274 8,92 32,01 3,92 44,19 6550 72,32 4,89 0,82 0,09 22,82
10 4281а 9,20 33,97 19,81 45,08 6410 71,03 5,06 0,88 0,57 22,46
И 4282а 9,04 37,28 4,08 46, ia 6540 71,50 4,95 0,85 0,16 22,54
12 4284а 9,31 33,14 5,27 44,51 6500 71,25 4,95 0,82 0,13 22,85
13 2281 2281а 10,39 34,94 7,29 44,74 6725 70,78 5,03 0,79 0,42 22,98
14 4619 11,21 32,70 6,73 44,92 6740 72,57 5,24 0,81 0,17 21,26
15 4625 11,17 3,97 46,30 6659 71,20 5,12 0,90 0,13 22,62
Эти угли дают большой выход летучих — от 43,5 до 46,3% и со:вер-; шенно не спекаются.
Данные табл. 5 показывают, что все исследованные пробы углей .дают большой выход гуминовых кислот, составляющий 35—40%, и малый выход битума, не превышающий 5% на горючую массу.
Полукоксование этих углей в стандартной алюминиевой реторте при температуре 550° показало малый выход первичной смолы {5,0—7,5%). Только в двух пробах из 15 было получено первичной смолы около 8%.
Выход первичного газа на -сухое топливо 17,5—20% или 187—■ 200 нмг/т. В составе этого газа от 43 до 52% углекислоты, что обусловливает низкую его теплотворную способность, составляющую 2500— 3000 ккал/нмг.
Выход полукокса на сухое топливо 66,0—67,5%.
Для одной из проб,.согласно инструкции, приложенной к ГОСТ 38 48—47 [3], определен индекс разбивания. Испытанию подвергались куски керна диаметром 70 мм.
Выяснено, что эти угли в свежедобытом состоянии довольно крепкие. Так, индекс разбивания для угля с влажностью 30,48% равен 77,4. Известно, что согласно ГОСТ 3846—47 антрациты, имеющие индекс разбивания больше 70, относятся к первому сорту. Так что во влажном состоянии бурые угли Итатского месторождения можно поставить в ряд с очень крепкими антрацитами, но прочность этого угля резко падала по мере его высыхания. После пятисуточного хранения на воздухе в лаборатории индекс разбивания угля снизился до 38.
Кроме того, для нескольких проб этих углей были определены истинный и кажущийся удельные веса, а также их диэлектрические и оптические свойства.
№ 1 п.п. Наименование пробы н2о | ппп 5Ю2
1 4273 0,19 2,51 18,34
2 4274 0,04 6,38 10,04
3 4281а 0,31 3,23 46,00
4 4282а нет 7,42 9,86
5 4284а нет 1,74 18,56
6 2281и 2281а 0,17 0,73 19,86
7 2826 нет 7,02 12,06
8 2837 « 4,62 22,64
9 2840 « 5,00 30,90
ю 2842 « 3,90 20,00
11 4004 и 3,20 27,00
12 4619 а 7,86 17,80
13 4625 п 5,20 8,10
Т а б л "и ц а 3
Химическим состав золы
АШз
Ре20з
0,63 5,46 8, .16
0,35 5,34 13,81
1,32 18,55 8,38
0,35 6,92 6,78
0,62 9,15 7,58
0,63 10,07 5,75
0,55 6,58 10,62
0,55 6,85 26,50
0,85 14,93 8,22
0,38 11,24 28,78
0,63 11,73 8,14
0,55 8,39 5,91
0,47 6,11 11,57
СаО Л^О ( БОз Сумма
42,70 10,32 7,06 95,37
43,26 10,13 9,81 99,16
11,20 2,35 8,92 100,26
49,00 10,68 8,74 99,75
44,38 9,23 8,78 100,04
39,48 6,84 15,60 99,13
48,58 7,71 6,75 99,87
24,78 6,66 6,69 99,29
26,18 6,95 6,41 99,44
21,84 6,84 6,52 99,50
31,08 8,87 9,26 99,91
37,94 7,13 14,09 99,67
52,78 6,33 9,40 99,96
Температура плавления зол
№ п.п. Номера проб Температура начала деформации /j—округление вершины образца Температура размягчения ¿2 — при которой вершина конуса опускается Температура t3 — начало жидкоплавкого состояния (конус расплавляется)
1 2837 1240 1260 1280
2 4004 1240 1280 1280
3 2840 1280 1320 1360
4 4625 13С0 1370 1400
5 4619 1340 1380 1400
6 2826 1180 1300 1380
7 2842 1130 1160 1180
8 2281 и 1340
2281а 1300 1320
Для испытания аналитические пробы высушивались до постоянного веса при 105° и затем прессовались с давлением 2000 кг/см2. Для спрессованных таблеток на установке, предназначенной для определения проводимости полупроводников, определялась кривая спада тока, и по установившемуся то-ку рассчитывалось удельное сопротивление. Расчет
удельного сопротивления угля проведен по формуле:/^ V гДе 5.—
J.l
площадь электрода, в см2; / — толщина образца, в см\ / — установившийся ток в а; и — накладываемое напряжение.
Удельные^сопротивления представлены в табл. 6.
У сухого подмосковного угля удельное сопротивление равно ■ 1010 ом.см. Результаты многих работ показывают, что при комнатной температуре электросопротивление сухих бурых углей различной степени метаморфизма колеблется от 109 до 10й ом.см. [4]. Полученные нами удельные сопротивления для сухих Итатских углей несколько выше подмосковных в связи с тем, что зольность Итатских углей значительно ниже подмосковных.
Диэлектрическую проницаемость Итатского бурого угля определяли следующим образом: аналитическая проба угля, высушенная до постоянного веса при 105° прессовалась под давлением 1000 кг/см2 и тотчас же определялся тангенс угла потерь и диэлектрическая проницаемость с помощью моста МДП. Диэлектрическую проницаемость е рас-
, 4тг -а-С, считывали по формуле: е =-^ ,
где ¿ — толщина образца, 5 — площадь образца, Сх — емкость, рассчитываемая из данных опыта. Сг~ Со- — ,
/?3
где Я3 и /?4 — показания моста.
Полученные данные приведены в табл. 6.
Коэффициент лучепреломления, представляющий собой отношение скорости света в стандартной среде к скорости света в данном веществе, измерен нами иммерсионным методом [5].
Экспериментальные данные (табл. 6) показывают, что диэлектрическая проницаемость и коэффициент лучепреломления для Итатских
г„ Таблица 5
I рупповои состав, выходы продуктов при полукоксовании и состав первичного газа
№ п.п. № пробы Выход на горючую массу, % Выход продуктов полукоксования сухое вещество угля в % на Состав газа полукоксования, с <6 объемн. Теплотворная
гумино-вые кислоты битумы полукокс смола пироге-нетичес-кая вода газ ~ потери газ м31т С02 С/я Нп С2И4 СО н2 СН4 N2 способность газа, ккал\мъ
1 2281 32,73 4,57 67,10 7,10 6,90 18,80 186,0 43,20 2,5 1,40 16,70 9,40 19,10 6,8 2957
2281а
2 2326 42,63 4,82 66,88 7,15 7,45 18,52 212,0
3 2837 35,90 68,75 7,92 6,90 16,42 187,0 50,80 1,80 1,4 13,9 11,3 15,6 5,2 2755
4 2838 35,61 4,51 66,50 6,65 7,55 19,40 207,0 50,7 2,1 1,3 15,7 9,5 17,4 3,3 2579
5 2610а 48,64 5,13 66,50 5,0 6,78 21,72 204,0 43,3 2,0 1.3 17,0 11,8 18,1 5,5
6 2840 39,08 5,04 66,70 6,90 7,30 20,90 200,5
7 2842 34,23 4,81 61,00 6,14 7,50 18,50 213,0
8 4004 34,07 5,00 64,90 6,35 8,20 20,55 199,0 47,8 2,1 1,5 16,0 10,1 17,2 5,3 2909
9 4273 29,26 5,23 67,50 7,85 7,05 17,60 202,0 45,0 1,7 2,0 17,8 10,5 20,2 2,8
10 4274 29,85 5,14 66,0 6,65 10,00 17,35 196,5
11 4281а 42,29 3,41 78,7 6,3 6,00 19,0 178,0 45,2 2,5 1,4 16,7 9,4 19,5 5,5 3082
12 4282а 35,73 66,50 7,45 7,35 18,7 208,5
13 4284а 37,93 5,23 67,0 6,15 8,15 18,7 189,0 43,1 2,4 1,9 19,9 8,7 20,9 3,1 3032
14 4625 34,38 4,72 66,70 6,86 6,10 20,34
15 4619 35,55 4,80 62,40 5,85 11.00 20,75 211,5 49,9 2,7 1,6 15,8 8,3 17,2 4,3 2836
бурых углей, как и в большинстве случаев, не подчиняется уравнению Д. Максвелла, показывающему зависимость между электрическими и оптическими свойствами веществ, выраженному уравнением г=п2\ где е — диэлектрическая проницаемость вещества; п — коэффициент преломления света. .
Таблица б
Физические свойства Итатских бурых углей
№ Удельный вес Удельное сопротивление, ом см Тангенс уг- Диэлектрическая проницаемость Коэффициент лучепреломления
пробы истинный кажущийся ла потерь
4281а 1,53 0,93 18,3.10" ( 0,056 3,70 1,570
4282а 1,44 1,11 13,2.10» 0,031 4,00 1,570
4284а 1,43 ■ 0,91 8,73.ЮН 0,037 4,14 1,653
2281 и 2781а 1,37 М2 7,8.10й 0,043 4,30 1,577
Диэлектрическая проницаемость вещества в уравнении Д. Максвелла представляет собой отношение силы взаимодействия электрических зарядов в вакууме к силе взаимодействия их в данном диэлектрике, которое обусловливается изменением расположения молекул в последнем и связано с молекулярным строением. Для большинства электроизоляционных материалов эта величина колеблется от двух до шести. Что касается различных ископаемых углей, то по этому вопросу лишь в последнее время опубликованы немногочисленные исследования [4].
Из оптических свойств данного угля нами определена еще отражательная способность, которая составляет величину 1,5—3% при различных длйнах падающих волн.
Выводы
1. Проведено исследование 15 проб углей, отобранных из различных участков, показавшее, что угли Итатского месторождения относятся к малобитуминозным, плотньш бурым гумусовым углям с малой зольностью и большим выходом летучих, совершенно не спекаются.
2. При полукоксовании эти угли дают ;малый выход смолы, не превышающий восьми процентов на сухое топливо, и большой выход первичного газа, до 200 км3/т, в составе которого почти 50% С02.
3. Состав золы этих углей отличается высоким содержанием окиси кальция (39—49%). Температура плавления зол у исследованных проб колебалась в широких пределах 1180—1400°С.
4. В свежедобытом состоянии это топливо обладает высокой механической прочностью, которая резко уменьшается при кратковременном хранении их на воздухе («индекс разбивания» снижается в течение пяти дней с 77,4 до 38).
5. Определены некоторые диэлектрические и оптические свойства Итатских бурых углей.
ЛИТЕРАТУРА
1. С. Г. Аронов, Л. ЛжН е сте ре н ко. Химия твердых горючих ископаемых. Издание ХГУ, 1960.
2. СССР. Государственные стандарты твердых топлив. Уголь. Метод исследования. Государственное издательство стандартов, 1962.
3. 3. Е. Тайц, Н. Г. Титов, Н. В. Шишаков. Методы оценки угля как сырья для промышленного использования. Углетехиздат, 1949.
4. А. А. А г р о с к и н, Физические свойства углей. Металлургиздат, 1961.
