CC BY
117
женерных решений по защите окружающей среды: метод. указания к дипломному проектированию для студентов специальностей 280202 - «Инженерная защита окружающей среды» очной и заочной форм обучения». Красноярск: Изд-во ГОУ ВПО «Гос. ун-т цвет. металлов и золота», 2005. 32 с.
6. Маштаева Е.В. Обоснование намечаемой деятельности по обращению с опасными отходами. Бородино, 2006. 48 с.
7. Маштаева Е.В. Оценка воздействия на окружающую среду. Бородино, 2003. 68 с.
8. Мочалов И.П., Родзиллер И.Д., Жук Е.Г. Очистка и обеззараживание сточных вод: учеб. пособие для строительных специальностей вузов. Л.: Стройиздат, 1991. 160 с.
9. ООО «Ноосфера». Инструкция по монтажу и обслуживанию очистного сооружения типа ИОР-Б [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.traidenis-rus.ru
10. Ржевский В.В. Открытые горные работы. Ч.1. Производ-
ственные процессы: учебник для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1985. 509 с.
11. Таубе П.Р., Баранова А.Г. Химия и микробиология воды: учеб. пособие для студентов вузов. М.: Высшая школа,1983. 280 с.
12. Технологические решения «Филиал ОАО «СУЭК-Красноярск» разрез «Бородинский»» / Лалетин Н.И. [и др.]. Бородино, 2009. 72 с.
13. Тимонин А.С. Инженерно-экологический справочник. В 3 т. Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой, 2003. Т. 2. 884 с.
14. «Филиал ОАО «СУЭК-Красноярск» разрез «Бородинский»: общая пояснительная записка / Лалетин Н.И. [и др.]. Бородино, 2000. 210 с.
15. Характеристика местонахождения предприятия. Бородино, 2003. 85 с.
УДК 666.3
МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ КОРДИЕРИТОПОДОБНЫХ ФАЗ В КЕРАМИКЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ САВИНСКИХ МАГНЕЗИТОВ
А
© Н.В. Легостаева1
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Разработаны составы масс кордиеритовой керамики на основе сырья Иркутской области: савинского магнезита, трошковской глины, тулунского песка, нарын-кунтинского полевого шпата, глинозема. Определены свойства полученных образцов керамики: водопоглощение, предел прочности при изгибе, термостойкость, коэффициент термического расширения. Проведен рентгенофазовый анализ обожженных образцов. Приведены результаты исследования механизма образования кордиеритоподобных фаз в керамике на основе савинских магнезитов. Установлено, что кордиеритоподобная фаза образуется из муллита в интервале температур 1250—1300°С. Ил. 5. Табл. 6. Библиогр. 5 назв.
Ключевые слова: техническая керамика; кордиерит; кордиеритовая керамика; магнезит Савинского месторождения.
FORMATION MECHANISM OF CORDIERITE-LIKE PHASE IN CERAMICS USING SAVINSKOYE MAGNESITES N.V. Legostaeva
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, Russia, 664074.
The author developed the compositions of cordierite ceramics masses from the raw material of the Irkutsk region: Sav-inskoye magnesite, Troshkovskaya clay, Tulun sand, Naryn-Kuntinskii feldspar, alumina. The properties of the obtained ceramics samples are determined: water absorption, flexural strength, heat resistance, coefficient of thermal expansion. The X-ray phase analysis of burnt samples is carried out. The results of studying the formation mechanism of cordierite-like phases in ceramics on the basis of Savinskoye magnesites are given. It is determined that the cordierite-like phase is formed from mullite in the temperature range of 1250-1300°C. 5 figure. 6 tables. 5 sources.
Key words: technical ceramics; cordierite; cordierite ceramics; magnesite from Savinskoye deposit.
Керамика играет большую роль в мире современных материалов, что определено широким диапазоном её разнообразных физических и химических свойств. В настоящее время проявляется значительный интерес к кордиеритовой керамике, обусловленный рядом ее ценных свойств: низким температурным коэффициентом линейного расширения, способностью противостоять резким перепадам температур, высокой химической стойкостью, диэлектрическими
свойствами.
Кордиеритовую керамику используют в различных областях техники в качестве футеровочных плит в тепловых агрегатах, капселей, поддонов, деталей газовых горелок, трубок и вставок для высоковольтных предохранителей, в качестве носителей катализаторов для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, в фильтрах для очистки воды, в фильтрах для газов и т.п.
1Легостаева Наталья Владимировна, кандидат технических наук, доцент кафедры химической технологии неорганических веществ и материалов, тел.: 8642116322, e-mail: htnv@istu.irk.ru
Legostaeva Natalya, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Chemical Technology of Inorganic Substances and Materials, tel.: 8642116322, e-mail: htnv@istu.irk.ru
Химический состав кордиеритовых материалов колеблется MgO от 3 до 20, SiO2 от 45 до 65, Al2O3 от 24 до 45 масс. %. Кордиеритовые материалы обычно получают из таких материалов, как силикаты магния, карбонаты магния и других магнийсодержащих материалов: талька, оксида магния, алюмосиликатов, кремнезема в разных формах и добавок [1].
В качестве материалов, в составе которых имеется глинозем, применяют глины, каолины, бентониты, электрокорунд и технический глинозем. С целью ввода кремнезема в состав масс добавляют кварцевый песок или другие кремнеземистые материалы.
При обжиге шихты из материалов указанного типа обычно получают пористую керамику. Для получения плотной керамики в состав шихты, кроме этих материалов, вводят чаще всего плавнеобразующие добавки полевых шпатов и пегматитов, а также силикаты свинца, циркон, двуокись титана и др. Применение этих добавок позволяет расширить интервал спекания кор-диеритовых материалов.
Кордиеритовые материалы содержат основной минерал - кордиерит в количестве 50-90 %, стекло-фазу от долей до 10-30 % и другие минералы - преимущественно муллит и корунд. Обычно в кордиери-товой керамике содержится около 80 % кордиерита и около 20 % клиноэнстатита, муллита, стекла. К числу кордиеритовых относят также материалы, основной фазой которых является кордиерит (не менее 50 %) [1].
Температура обжига кордиерита - 1300-1410 °С. Кордиеритовая керамика имеет очень узкий интервал обжига (15-20 °С), что сильно затрудняет ее производство. Для расширения интервала обжига вводят оксиды щелочных металлов и другие добавки [3].
Процесс образования кордиерита протекает наиболее полно при длительной выдержке (до 3 часов) в зоне высоких температур. При этом получаются изделия с наиболее однородной структурой.
Низкие температуры обжига в интервале температур 1300-1350 °С сопровождаются образованием лишь мельчайших кристаллов. С увеличением продолжительности обжига повышается плотность и прочность кордиеритовой керамики и снижается абсорбционная способность.
Кордиерит плавится инконгруэнтно при 1540 °С, разлагаясь на жидкость муллит. Он отличается сложным полиморфизмом, и для него характерно образование промежуточных фаз с различной степенью упорядоченности. Температурные области стабильного или метастабильного существования отдельных кор-диеритоподобных фаз зависят от их состава.
Известны следующие кордиеритоподобные фазы
[9]:
1. Высокотемпературный гексагональный а-кордиерит - индиалитовая фаза. а-кордиерит - это метастабильная кордиеритоподобная фаза, в результате термообработки при температуре 1400 °С переходит в ромбический в-кордиерит, устойчивый до температуры 1440 °С.
2. Низкотемпературный ромбический в-кордиерит - упорядоченная разновидность кордиерита.
3. Осмулитовая гексаганальная фаза - кордиеритоподобная метастабильная фаза, содержащая несколько большее количество кремнезема, чем в кор-диерите.
4. Петалитовая фаза - кордиеритоподобная метастабильная фаза, содержащая несколько большее количество кремнезема и оксида магния.
5. |>кордиерит - кордиеритоподобная неусточивая фаза, соотношение оксидов MgO, Al2O3 и SiO2 от 2:2:5 до 1:1:3.
Состав кордиеритоподобных фаз влияет на области их существования.
С целью расширения сырьевой базы промышленности электротехнических материалов на кафедре химической технологии неорганических веществ и материалов ИрГТУ проводили исследования по разработке составов пористой кордиеритовой керамики с использованием савинских магнезитов.
Задачи данного исследования:
1. Разработка составов масс кордиеритовой керамики с использованием савинских манезитов.
2. Исследование свойств образцов кордиеритовой керамики с использованием савинских манезитов.
3. Исследование механизма образования кордиеритоподобных фаз в керамике на основе савинских магнезитов.
Большой интерес для проектирования составов масс кордиеритовой керамики представляет Савин-ское месторождение магнезитов в Иркутской области, которое находится в 90 км к юго-западу от г. Черемхо-во.
Савинское месторождение кристаллических маг-незитов является крупнейшим в России и может служить сырьевой базой для производства периклазовых огнеупоров [4], технической керамики [5, 6], магнезиальных вяжущих веществ [7] и др.
Савинское нагорное месторождение - это почти мономинеральные руды, состоящие на 65-99% из минерала магнезита.
Полезные запасы составляют более 200 млн т. Горно-геологические условия этого нагорного месторождения исключительно благоприятны для разработки. Продуктивная залежь магнезита почти повсеместно выходит на дневную поверхность. Магнезиты Са-винского месторождения образовались предположительно метасоматическим путём в результате гидротермальной обработки известняков или доломитов магнезиальными растворами, проникшими по тектоническим трещинам [10].
Савинский магнезит относится к кристаллическим плотным разновидностям с высокой температурой спекания. Независимо от содержания кремнезёма, савинский магнезит не спекается даже после обжига при 1700 °С, несмотря на его плотную структуру в естественном состоянии (пористость обожженных образцов колеблется в пределах 20-32 %).
Средневзвешенный химический состав крупной промышленной пробы Савинского магнезита: 1,50 % SiO2, 0,49 % CaO, 46,14 % MgO, 1,27 % R2O3 и 50,60 %
Дmпрк.
Кремнезём в савинском магнезите находится в
основном в виде талька и хлорита, в отдельных образцах встречается в виде пеннина, диопсида, антиго-рита и кварца. Тальк и хлорит присутствуют в магнезите как в виде мелких включений, так и в виде больших кусков размером до 100 мм, иногда до 150-170 мм. Остальные кремнесодержащие минералы встречаются в виде минералов доломита, кальцита и диоп-сида. При этом доломит и кальцит находятся в виде крупных включений (30-80 мм). Железо встречается либо в виде Ре20з, либо в виде пирита с примесью кобальта и меди. Кроме этих примесей, в савинском магнезите в незначительных количествах присутствуют оксид марганца и оксид титана. Оксид алюминия обнаружен только в виде пеннина. Крупных включений этого минерала не обнаружено [10].
Химический состав магнезитов Савинского месторождения приведен в табл. 1.
В качестве пластичной добавки использовали глины Трошковского месторождения Иркутской области, для которых характерно необычайно слабое размока-ние.
Месторождение беложгущихся сухарных глин Трошковского месторождения расположено в Черем-ховском районе непосредственно у железнодорожной станции Половина и пос. Михайловка. Общая установленная площадь распространения огнеупорных глин на месторождении составляет 12 км2 [2, 8].
Огнеупорные глины имеют каолинитовый состав и относятся преимущественно к типу сухарных, реже они представлены песчаными разностями.
Неравномерная степень засоренности щебенкой и песчанистости обуславливает неоднородность гранулометрического и химического состава глин, их физико-механических и технологических свойств.
Глины относятся преимущественно к группе основных, в меньшей степени - полукислых. Они имеют белую, серую и темно-серую до черной окраски, местами обохренные с красной пятнистостью, после обжига дают белый черепок. В естественном состоянии глины непластичны, после измельчения дают число пластичности 10-26 и относятся к группе средне и умеренно пластичного сырья. Огнеупорность глин 1430-1800 0С, в основной массе - 1640-1740 0С. Химический состав глин Трошковского месторождения приведен в табл. 2.
Однородная пластическая смесь глины и воды получается путем измельчения глины с водой в шаровой мельнице в течение 8 ч. После механической обработки глины гель кремниевой кислоты остается в ней уже не в качестве «цемента», а в виде тонкодисперсного материала.
Оксид кремния вводился в массы с тулунским песком. Месторождение расположено в Тулунском районе, в 1,5 км к северо-западу от города и ж/д. ст. Ту-лун, между линией Восточно-Сибирской железной дороги и автодорогой Красноярск-Иркутск [8].
Стекольные пески содержат 85-99% кварца, до 12% обломков кремнистых пород и редкие знаки других минералов.
Средний химический состав тулунского песка приведен в табл. 3.
В состав масс вводился технический глинозем и нарын-кунтинский полевой шпат.
Нарын-Кунтинское месторождение полевых шпатов расположено в районе Ангинско-Бугульдейского междуречья [8].
Средний химический состав нарын-кунтинского полевого шпата приведен в табл. 4.
Таблица 1
Химический состав магнезитов Савинского месторождения_
Сорт магнезита Химический состав, %
Дт прк МдО бю2 ЛьОз РеА СаО МпО
I 50,30 46,60 0,90 0,60 0,80 0,85 0,23
11+111 50,26 46,88 1,60 0,59 0,80 0,85 0,29
IV 47,98 43,80 4,30 0,67 0,90 2,53 0,19
Таблица 2
Химический состав светло-серой сухарной разновидности трошковской глины
Содержание оксидов, %
бю2 Л12О3 ТЮ2 РеА СаО МдО №2О+К2О лт™
50,94 33,30 0,47 0,75 1,80 0,73 0,34 11,34
Таблица 3
Таблица 3
Средний химический состав тулунских стекольных песков_
бю2 Л12О3+ТЮ2 РеА СаО+МдО К2О+№2О лтпрк е
95,82 2,38 0,17 0,39 0,6 0,64 100,00
Таблица 4
Средний химический состав полевого шпата_
Содержание оксидов, %
БЮ2 Л12О3 ТЮ2 Ре2О3 СаО МдО №2О К2О лтпрк
67,02 19,05 0,01 0,26 0,45 0,25 2,60 11,16 0,13
Были разработаны 10 составов масс, содержащих следующие сырьевые материалы: савинский магнезит, трошковскую глину, тулунский песок, нарын-кунтинский полевой шпат и глинозем. При их разработке был проведен пересчет химических составов масс на трехкомпонентную систему МдО-А!2О3-БЮ2. Точки составов находятся в поле кристаллизации кор-диерита. Поле кристаллизации кордиерита на тройной диаграмме состояния системы МдО-А!2О3-БЮ2 граничит с полями кристаллизации шести химических соединений: шпинели (МдО-А!2О3), муллита (3А!2О3-2БЮ2), сапфирина (4МдО-5А!2О3-2БЮ2), форстерита (2МдО-БЮ2), энстатита (МдО-БЮ2) и кристо-балита. Точка, отвечающая по химическому составу кордиериту, находится в поле кристаллизации муллита, что обусловливает инконгруэнтное плавление кор-диерита с выделением муллита и магнезиального расплава при температуре около 1460 °С.
Сырьевые материалы измельчали в шаровой мельнице и пропускали через сито № 0,063. Затем из определенного соотношения компонентов путем смешения приготавливали массы. Образцы для исследо-
ваний готовили методом полусухого прессования.
Опытные партии, составленные из образцов разных составов, обжигали в лабораторной муфельной печи при различных температурах в интервале от 1100 до 1300 °С с шагом 100 °С. Скорость подъема температуры около 550-600 °С/час. Выдержка при максимальной температуре 1 час. При обжиге происходят различные химические реакции и физико-химические процессы, которые приводят к проявлению тех или иных кристаллических соединений и алюмосиликатного стекла различного состава.
Оценка свойств обожженных образцов, а именно водопоглощения и механической прочности на изгиб, производилась в зависимости от содержания магнезита в массе и максимальной температуры обжига. Выборочно проводился рентгенофазовый анализ магне-зитсодержащих материалов.
Результаты определения водопоглощения образцов приведены в табл. 5 и на рис. 1.
Результаты определения прочности на изгиб приведены в табл. 6 и на рис. 2.
Таблица 5
Водопоглощение обожженных образцов
Температура обжига, °С Маркировка масс
Водопоглощение, %
М1 М2 М3 М4 М5 М6 М7 М8 М9 М10
1200 16,75 13,93 27,10 27,00 14,20 14,10 20,25 23,00 22,08 22,31
1250 0,55 0,58 11,30 10,32 0,76 1,70 7,28 7,30 1,36 1,17
1300 - - 5,76 5,79 - - - - - -
30 -I
25
* = о
ю °
20
§
к § °
1ч
а
о «
о
га
§ 15
10
М1 М3 М5 М7 М9
Маркировка масс
□ 1200 град. С
□ 1250 град. С
□ 1300 град. С
Рис. 1. Водопоглощение образцов, обожженных при разных температурах
Механическая прочность на изгиб образцов
Таблица 6
Маркировка масс Прочность на изгиб, МПа
М1 М2 М3 М4 М5 М6 М7 М8 М9 М10
Температура обжига, °С 1200 91,20 73,25 54,41 57,24 56,86 55,13 55,90 45,79 61,11 75,28
1250 68,8 63,90 63,59 81,93 69,87 84,76 61,86 62,41 88,09 63,83
1300 - - 69,42 82,67 - - - - - -
5
0
100
80
ю s
1ч
60
й
К 40
^ 20
о
С 0
□ 1200 град. С
□ 1250 град. С
□ 1300 град. С
М1 М3 М5 М7 М9 Маркировка масс
Рис. 2. Прочность на изгиб образцов, обожженных при разных температурах
На основании оценки свойств обожженных образцов (см. табл. 5, 6) лучшими свойствами обладают массы М4, М5, М6, М9.
Образцы из масс М4, М5, М6, М9 подвергали испытаниям на термостойкость. Термостойкость данных образцов превышает 1250 °С. Коэффициент термического расширения обожженных образцов определялся дилатометрическим методом и составляет 2,5*10-6 -4*10-6 °С.
Рентгенофазовый анализ был выполнен на ди-фрактометре ДРОН-3.0. В кордиеритовую керамику, по данным рентгенофазового анализа, входят индиа-лит, кварц, муллит, корунд и периклаз.
Изменение содержания основных соединений в образцах керамики на основе савинских магнезитов М4, в зависимости от температуры обжига, показано на рис. 3, 4.
Основные соединения в обожженных образцах массы М4: оксид кремния, оксид магния, корунд и ин-диалит. Индиалит обнаружен в образцах, обожженных при 1250 °С (см. рис. 3), при повышении температуры содержание индиалита возрастает (см. рис. 4, 5).
Изучение механизма образования кордиеритопо-
добных фаз позволило бы определить оптимальные условия проведения синтеза кордиеритовой керамики.
Из литературных данных [1] известно, что зародыши кристаллов кордиерита появляются с 1150-1200 °С. Кордиерит образуется из шпинели или муллита. Из шпинели кордиерит возникает при ее взаимодействии с кремнеземом по реакции:
2(МдО ■ Л12О3) + 5БЮ2 ^ 2МдО ■ 2Л12О3 ■ 58Ю2. Некоторые исследователи полагают, что все-таки первичным продуктом при образовании кордиерита является шпинель, что обусловлено наибольшей скоростью образования шпинели.
Проведенный рентгенофазовый анализ образцов кордиеритовой керамики М4 показал, что вначале образуется муллит, из которого при более высоких температурах синтезируется индиалит, что видно из штрих-диаграммы (рис. 5). Содержание муллита при повышении температуры обжига до 1300 0С уменьшается, в то время как содержание индиалита возрастает. Содержание оксидов магния, алюминия, кремния уменьшается при повышении температуры обжига, эти соединения участвуют в реакции синтеза индиалита.
Рис. 3. Рентгенограмма образца М4, обожженного при 1250 С: ось ординат - интенсивность сигнала; ось абсцисс - угол падения или отражения на атомную плоскость рентгеновского луча; ■ - оксид кремния; ▲ - периклаз; •- индиалит; ♦ - корунд
Рис. 4. Рентгенограмма образца М4, обожженного при 1300 °С: ось ординат - интенсивность сигнала; ось абсцисс - угол падения или отражения на атомную плоскость рентгеновского луча; ■ - оксид кремния; ▲ - периклаз; • - индиалит; ♦ - корунд
100
I
то
го 80
ал
£ и .0 60
.0 т и ни и
о н д е 40
со
и
I е 20
нт
И
0
|_1 Обжиг при 1250 град. С □ Обжиг при 1300 град. С
Индиалит
Корунд
Мулл ит
Соединения
Рис. 5. Штрих-диаграмма соединений, образующихся при обжиге керамики на основе савинских магнезитов
Кордиерит из муллита появляется в результате реакции
2(3А!2О3 ■ 2БЮ2) + 6(МдО ■ А!2О3) + = 5БЮ2 ^ 3(2МдО ^А^ ■ 5БЮ2). По результатам рентгенофазового анализа видно,
что образование кордиеритоподобных фаз в керамике на основе савинских магнезитов происходит из муллита. Присутствие муллита в реакционной смеси имеет особенно большое значение для образования корди-ерита.
Библиографический список
1. Аветиков В.Г., Зинько Э.И. Магнезиальная электротехническая керамика. М.: Энергия, 1973. 184 с.
2. Азаров Г.М., Верещагин В.И. Оценка особенностей сухарных и аргиллитовых глин Иркутской области // Известия вузов Сибири. Вып. 1. 1996.
3. Балкевич В.Л. Техническая керамика. М.: Стройиздат, 1984. 256 с.
4. Баяндина Е.В., Легостаева Н.В. Комплексное использование магнезитов Савинского месторождения Иркутской области // труды IX Междунар. симпозиума им. академика М.А. Усова студентов и молодых учёных, посвященного 60-летию Победы советского народа над фашизмом в Великой Отечественной войне 1941-1945 гг. «Проблемы геологии и освое-
ния недр». Томск: Изд-во ТПУ, 2005.
5. Легостаева Н.В., Адушкина Е.С., Мясоутова С.Б. Использование савинских магнезитов в производстве кордиерито-вой керамики: материалы Всерос. науч. конф. молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» в 7 ч. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2006. Ч. 2. 302 с.
6. Легостаева Н.В., Адушкина Е.С., Мясоутова С.Б. Корди-еритовая керамика из магнезитов Савинского месторождения // Тезисы докладов XIII Междунар. науч.-техн. конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика»: в 3 т. М.: Издательский дом МЭИ, 2007. Т. 2. 556 с.
7. Легостаева Н.В. Магнезиальные вяжущие и изделия на их
основе из магнезитов Савинского месторождения: автореф. дис. ... канд. техн. наук Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2006.
8. Пояснительная записка к обзорной карте месторождений строительных материалов Иркутской области масштаба 1:2000000: в 2 т. Министерство геологии СССР, Объединение «Союзгеолфонд». М., 1988.
9. Рабухин А.И., Савельев В.Г. Физическая химия силикатов
и других тугоплавких соединений. Фазовые равновесия и диаграммы состояния гетерогенных систем: учеб. пособие. РХТУ им. Д.И. Менделеева. М., 2003. 96 с. 10. Щербаков А.Ф. Закономерности пространственного размещения магнезитовых руд и изменчивость основных геолого-промышленных параметров Савинского месторождения: дис. ... канд. геолог.-минералог. наук. Иркутск, 1977.
УДК 665.7.032.54:662.73:547.992.2
ЭКСТРАКЦИОННАЯ ПЕРЕРАБОТКА НИЗКОКАЛОРИЙНОГО УГЛЯ © Л.П. Носкова1
Институт геологии и природопользования Дальневосточного отделения Российской академии наук, 675000, Россия, Благовещенск, пер. Релочный, 1.
Проведена экстракция бурого угля Сергеевского месторождения низкокипящими органическими растворителями. Показана зависимость химического состава битумов от полярности экстрагента. Приведена подробная характеристика группового и индивидуального состава восковых фракций битумов. Установлено, что предварительное алкилирование угля способствует повышению его растворимости и получению высококачественных модифицированных продуктов, имеющих широкие сферы использования. Ступенчатая экстракция угля позволяет перевести в состав битумов более 50% органического вещества угля. Ил. 2. Табл. 3. Библиогр. 12 назв.
Ключевые слова: низкокалорийный бурый уголь; экстракция; битумы; воски; алкилирование; деминерализация.
EXTRACTION PROCESSING OF LOW-ENERGY COAL L.P. Noskova
Institute of Geology and Nature Management of Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences,
1 Relochny Pereulok, Blagoveshchensk, Russia, 675000.
The brown coal from Sergeevskoe deposit has been extracted by means of low-boiling organic solvents. The article demonstrates the dependence of bitumen chemical composition on extractant polarity. It provides a detailed characteristic of group and individual composition of bitumen wax fractions and specifies that pre-alkylation of coal contributes to its better solubility and obtaining of high-quality modified products with broad application fields. Stepwise extraction of coal allows to introduce more than 50% of coal organic substance into bitumen.
2 figures. 3 tables. 12 sources.
Key words: low-energy lignite (brown coal); extraction; bitumen; waxes; alkylation; demineralization.
Твердые горючие ископаемые (ТГИ) играют огромную роль в топливно-энергетическом комплексе, однако при сжигании безвозвратно теряется заключенный в углях значительный химический потенциал. Для оценки перспектив твердого топлива как источника химического сырья широко используется метод экстракции [1-3]. Мягкие условия процесса (невысокие температуры, отсутствие катализатора) позволяют извлечь из угольного вещества природные компоненты, сохраняющие структурные особенности исходного органического материала, а полученная информация о составе экстрактов является важным элементом развития представлений о химическом строении и свойствах ТГИ [4-6] и служит основой для разработки эффективных экстракционных технологий получения химических продуктов из угля.
В настоящей работе приведены результаты экстракции бурого угля Сергеевского месторождения, представляющего низкокалорийные топлива Амурской области, запасы которых составляют 2,5 млрд т. Цель работы - определение направлений интенсификации
экстракционной переработки низкокалорийных топлив на примере исследуемого угля.
Экспериментальная часть
Объектом исследования служил усредненный образец сергеевского угля, измельченный до размера <250 мкм, со следующими химическими характеристиками, %: № 8,1; А" 22,3; С 66,1; Н 5,5; N 0,7; Б 0,4; О 27,3; Н/С 1,00.
Экстракционную переработку угля осуществляли по следующим направлениям:
- экстракция угля в аппарате Сокслета;
- экстракция предварительно алкилированного угля;
- ступенчатая экстракция.
Для экстракции угля использовали растворители разной полярности: бензин, бензол, хлороформ, изо-пропиловый спирт и смесь этилового спирта и бензола в соотношении 1:1. Полученные битумы разделяли на воски и смолы многократной обработкой серным эфиром с последующей кристаллизацией восковых компонентов при температуре минус 10°С. Элементный
1Носкова Лидия Петровна, кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатории палеогеографии и природопользования, тел. 89098159S01, e-mail: noskova@ascnet.ru
Noskova Lidiya, Candidate of Chemistry, Senior Researcher of the Laboratory of Paleogeography and Nature Management, tel.: В909В159Э01, e-mail: noskova@ascnet.ru
