CC BY
104
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО Том 92 ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА 1960 г.
К МЕТОДИКЕ ИЗВЛЕЧЕНИЯ БИТУМА ИЗ БУРОГО УГЛЯ
к. К. СТРАМКОВСКАЯ (Представлено проф. докт. техн. наук И. В. Геблером)
В общем балансе запасов ископаемых твердых топлив бурые угли занимают значительное место. Наряду с использованием их как энергетического топлива они находят себе широкое применение как химическое сырье, а именно, для получения жидкого топлива путем полукоксования и гидрогенизации, а также для газификации. Наиболее битуминозные из них применяются для получения монтан-воска, представляющего собой весьма ценный технический продукт, используемый в целом ряде промышленных производств. Он используется в электротехнической промышленности для изоляционных целей, полиграфической для изготовления копировальных бумаг и лент пишущих машинок, кожевеннообувной для производства кремов и аппритур, лакокрасочной, а также при получении густых смазок для прокатных станов, литейного крепителя для точного литья и во многих других случаях.
В настоящее время считают, что битум бурого угля распределяется равномерно по всей его массе, но иногда встречаются исключения. Некоторые месторождения бурых углей содержат целые прослойки битуминозных углей [2].
Выход и в некоторой степени свойства монтан-воска зависят от происхождения угля, характера растворителя и условий процесса экстрагирования [1].
Целью настоящей работы являлось выяснить поведение битуминозной части бурых углей при обработке их слабыми водными растворами щелочей. Исследовался ярский бурый уголь Томского района, характеристика которого была описана нами в работах [3, 4]. В качестве реагентов применялись одно-, двух-и трехпроцентные водные растворы едкого натра, едкого калия и соды.
При кипячении пробы угля с водным раствором щелочи (при соотношении примерно 1 :.10) в открытом сосуде на поверхности жидкости образуется 'твердая пленка. Если эту пленку удалять, то она образуется вновь и вновь. Таким образом при определенном времени кипячения уголь можно разделить на три продукта: 1) пленку, собирающуюся на поверхности жидкости; 2) гуматы, растворимые в щелочном растворе; 3) остаточный уголь (частицы угля, не растворимые при этих условиях). Выход и характеристика продуктов приведены в таблице 1 [5].
Из данных таблицы следует, что образование пленки идет лучше в растворах едких щелочей: ЫаОН и КОН при двухпроцентной концентрации раствора. Как видно из таблицы, по элементарному составу
137
полученные продукты отличались мало. Результаты экстрагирования этих продуктов различными растворителями приведены в таблице 2.
Полученные данные говорят о том, что все испытанные растворители дали при экстрагировании пленки больший выход битума. Причем битумы, извлеченные одним и тем же растворителем как из исходного угля, так и из пленки имеют одинаковый элементарный состав, сходные числа кислотности и количество восковой части. Битум с большим содержанием восковой части и с более высокими диэлектрическими свойствами получается при применении в качестве растворителя дихлорэтана.
Т а б л пц а 1
№№ пп
Полученный продукт
Й а о.
Й о,
5 °
аз
^ гз Ы С.
С
о о' ж
о£ д ч К ч оЧ
>-) ГЗ о Т| и
и а О а' се ПЗ сз « о «3 а <
Й ч У, и 1) о
-О <и аэ к сб н О СП
Элементарный состав,
с1
н
(О N - Б)
Кипячение с раствором ХаОН
1
2
3
4
5
6 7
10 11
Пленка Пленка
Гуматы натрия Остаточный уголь Пленка
Гуматы натрия Остаточный уголь
1 | 16,8
2 49,7 7,94 28,55 66,20 5,07 28,73
2 10,6 8,90 35,40 66,00 5,01 28,95
2 39,7 7,45 40,70 61,10 5,00 : 28,90
3 55,0 6,52 34,66 — — ! —
3 16,8 6,08 39,50. — _ —
3 28,2 4,59 41,50 ~ 1 —
Кипячение с раствором КОН
Пленка 2 | 51,7 — 30,9 —
Пленка 3 ! 60,3 1 6,52 37,95
Пленка Пленка
Кипячение с раствором Ха2С03 ! 2,5 I 39,6 I 11,58 28,35
3,5 ! 39,6 14,65
19,60
С целью определения битумов А и С пленка, гуматы и остаточный уголь были обработаны соляной кислотой и проэкстрагированы. Выходы экстракта приведены в таблице 3.
Данные этой таблицы убедительно показывают, что действительно происходило обогащение пленки по битуму, так как остаточный уголь давал только 5,8% битума, а из пленки его извлекалось 20%. Спирто-бензол в этом случае давал больший выход экстракта, извлекая вместе с битумом и гуминовые кислоты. В данном случае 73,6% спиртобензольного экстракта растворялось в однопроцентном растворе щелочи. Это подтверждает утверждения В. С. Веселовского [6] о том, что битумные вещества могут не только сами переходить в раствор, но и вызывать растворение и небитумных веществ, адсорбируясь на поверхно.сти их частиц и сообщая им индуцированную растворимость, или, как иначе говорят, служат защитным коллоидом.
Из остаточного угля спиртобензолом было извлечено экстракта примерно столько же, что и дихлорэтаном, так как в остаточном угле уже отсутствовали гуминовые кислоты. Пленка, обогащенная битумом 138
Таблица 2
Выход би-
характеристика битума
тума, % зола, % число кис- число эфирности число омы- Элементарный состав Темпе- Содержание Температура раз- Угол ди- Диэлек-
Растворитель на су- на го- % ратура электрических потерь в мин. тричес-
хое вещество рючую массу лотности ления Сг Нг (О+N4-Б) размягчения, °С восков, % смол, % мягчения воска, °С кая постоянная
Битум из исходного у г л я
Спирт — этиловый бензол 1:1 10,70 14,60 0,5 65,3 68 133,3 70,1 8,11 21,79 75 58,92 41,03 85 3,60 4,22
Бензол , . . . 8,45 11,86 0,48 42,0 77,4 119,4 75,65 8,75 15,5 64 45,0 55,0 77 — —
Сольвент—нафта 8,90 12,16 0,52 39,4 75,6 1 '5,0 76,49 8,76 17,75 67 46,0 5 1,0 76 3,36 4,92
Дихлорэтан 9,85 15,50 0,5 52,6 123 175 75,0 10,55 14,45 66 58,0 42,0 77 2,52 4,76
Бит у м из п л е и к и, не о б р а б о т а н I о й с о л я и о й к и с ло Т О и
Спирт этиловый— бензол 1:1 14,7 20,4 45,5 65,0 110,5 71,10 8,10 20/20 82,0 58,0 42,0 85 — —
Спирт этиловый— дихлорэтан 1:1 15,7 22,2 _ 46,0 68,0 114,0 70,0 7,95 22,^5 83,8 55,0 45,0 84 — —
Спирт метиловый—дихлорэтан 1:1 16,7 23,4 45,9 67,1 112,9 70,65 8,22 21,3 83,10 55,8 44,2 83,8
Бензол 10,75 16,5 — 47,0 67,5 114,5 75,0 8,71 16,29 65,0 46,2 53,8 76 — —
Дихлорэтан 12,94 18,1 — ■ 26,0 103,5 129,5 75,25 10,96 13,79 68,0 ■59,1 40,9 76 2,52 4,76
образуется и в том случае, если уголь со щелочным раствором предварительно прокипятить в закрытом сосуде, затем дать отстояться и, отделив остаточный уголь, кипятить в открытом сосуде.
Процесс перехода битумной части угля в раствор вместе с гу-
Таблица 3
Вещество, обработанное соляной кислотой
Пленка .............- 39,8
Гуматы . . . ....................44,2
Остаточный уголь...... . . . 4,5
матами, растворимыми в щелочном растворе, очевидно, состоит в том, что при кипячении бурого угля со щелочью гуминовые кислоты, находящиеся в таких углях в большом количестве, переходят в раствор в виде гуматов, увлекая за собой и битуминозную часть угля, адсорбированную на своей большой внутренней поверхности. Такой агрегат, в котором присутствует битум, очевидно, становится более легким и всплывает на поверхность жидкости, где вследствие охлаждения затвердевает, образуя пленку.
По-видимому, в подходящих природных условиях не исключен и такой путь обогащения гумусовой части битумом на ранних стадиях углеобразования. Так, например, Уитман и Штрахе [1] считали, что при распределении битума в гумусовой части угля имело место их расслоение по удельному весу.
Технологические свойства обогащенного продукта как сырья для извлечения монтан - воска характеризуются не только повышенным содержанием в нем битума. Обогащенный продукт значительно быстрее высыхает до воздушно сухого состояния, имеет значительно больший насыпной вес. Так, при измельчении под сито 400 отв!см2 .обогащенный продукт имел насыпной вес 0,75 г/см3, а у исходного угля того же измельчения и одинаковой влажности он был равен 0,36 г ¡см*. Кроме того, проэкстрагированный продукт удерживает значительно меньшее количество растворителя. Следовательно, для извлечения монтан-воска из бурых углей их следует предварительно обрабатывать щелочным раствором и получать продукт, обогащенный битумом.
Выводы
1. При кипячении бурого угля с двухпроцентным раствором ще-лачи в открытом сосуде на поверхности жидкости собирается продукт, обогащенный битумом, который обладает более высокими технологическими показателями, как сырье для извлечения монтан—воска, чем исходный уголь.
2. Показано, что составные растворители наряду с битуминозной частью из обогащенного продукта извлекают и гуминовые кислоты, а также, что наиболее чистый битум, с большим количеством восковой части и с более высокими диэлектрическими показателями, извлекает растворитель дихлорэтан.
ЛИТЕРАТУРА
1. Химия твердого топлива. Сборник 1. Издательство Иностранной литературы, 164, 163, 367, 1951.
Выход на горячую массу, %
спирт этиловыи бензол 1:1
дихлорэтан
20,4
8,3 5,8
2. С т а д н и к о в Г. Л. Происхождение углей и нефти. 3-е изд. Издательство-АН СССР, 1937.
3. Г е б л е р И. В. и С т р а м к о в с к и й В. Ф. Изв. ТПИ, 64, 275, 1943.
4. Г е б л е р И. В. и С т р а м- к о в с к а я К. К. Изв. ТПИ 64, 291, 1948,
5. С г р а м к о в с к а я К. К. Кандидатская диссертация, г. Томск, 1947.
6. В е с е л о в с к и й В. С. Химическая природа горючих ископаемых. Издательство АН СССР, 158, 1955.
