Методы прогноза склонности углей к окислению и самовозгоранию Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

© С.А. Эпштейн, М.А. Монгуш, В.Г. Нестерова, 2008

УДК 662.74:544.022.84

С.А. Эпштейн, М.А. Монгуш, В.Г. Нестерова

МЕТОДЫ ПРОГНОЗА СКЛОННОСТИ УГЛЕЙ К ОКИСЛЕНИЮ И САМОВОЗГОРАНИЮ *

Приведены результаты исследования углей, имеющих близкую стадию метаморфизма, но принадлежащих к разным генетическим типам.

Семинар № 2

У^Ъкисление углей - это процесс, который сопровождает все этапы их добычи, обогащения, хранения и переработки. Окисление углей в пластах приводит к разрушению массивов, образованию большого количества мелочи и зачастую к самовозгоранию. Окислительные про-цессы при хранении и подготовке углей сопровождаются также частичной потерей их потребительских свойств.

Существуют разные методы оценки склонности углей к окислению [1-5]. Эти методы основаны на определениях петрографического состава углей; стадии метаморфизма; спекаемости угля; состава и теплоты летучих продуктов термического разложения; оценке атомных групп, содержащих кислород и т.д. Однако на сегодняшний день надежного метода, позволяющего оценить склонность углей разных месторождений к окислению, не существует. Это связано, в первую очередь, со сложным механизмом самого процесса окисления, а также с различными его проявлениями: разрушение, потеря прочности, уменьшение количества углерода, самовоспламенение и т. п.

В самом общем случае, процесс окисления углей состоит из двух стадий:

первая - диффузионная, связанная с транспортом кислорода к твердой поверхности угля и вторая - химическая реакция окисления углерода. Если для оценки второй стадии (химической реакции) существуют достаточно Надежные параметры, отражающие химический состав углей, то для первой стадии - диффузионной, такие параметры практически не выявлены.

Процесс окисления в значительной степени зависит от морфологии угольного вещества: пористости, характеристик поверхности, степени гетерогенности, тре-щинноватости. Для характеристик морфологии угольного вещества может быть использована Международная геологогенетическая классифи-кация углей [6]. В соответствии с ней угли разделены на 5 генотипов в зависимости от степени разложения исходного растительного вещества.

Исследование тонких шлифов углей (табл. 1) в проходящем поляризованном свете (рис. 1) показало, что угли I генотипа (гелинито-теллини-товые) представлены отдельными фрагментами практически неразложившегося исходного материала. Эти угли характеризуются высокой гетерогенностью и наличием значительного

*Работа выполнена при поддержке Г ранта РФФИ №06-05-65189

Таблица 1

Характеристика углей

№ Марка углей Генотип Бассейн, шахта, пласт Технический состав, масс.% 1^"- % Петрографический состав, об.%

\¥а А11 у" VI I ы

1 ДВ I Улугхемский бассейн, р.Каа-Хемский. пл.2Улуг. Юг 1,8 3,2 45,8 0,60 93 1 6

2 ДВ II Улугхемский бассейн, р.Каа-Хемский пл.2Улуг.Север 1,8 5,9 46,3 0,47 91 4 5

3 1КВ IV Донецкий бассейн, ш.Новая пл. К3В 1Д 9,7 25,6 1,19 85 12 3

4 1КВ I Донецкий бассейн, ш.Новая пл. К4 1,6 5,2 25,1 1,12 76 24 0

5 2ГЖОВ IV Донецкий бассейн, ш.Торецкая пл.Пугачевка 1,5 11,3 29,8 0,92 88 6 6

6 2ГЖ I Донецкий бассейн, ш.Торецкая пл.Соленый 1,4 5,7 36,1 0,81 89 9 2

I генотип

II генотип

III генотип IV генотип

Рис. 1. Микроструктура углей разных генотипов в проходящем сеете

количества пор и пустот, а также четкими границами между отдельными фрагментами. Наоборот, угли IV генотипа (гелинито-коллинитовые) представляют собой однородное бесструктурное вещество. Угли II генотипа характеризуются сравнительно небольшой степенью разложения и имеют, зачастую, аттритную (перемешанную) структуру. III генотип характеризуется практически полным разложением органического вещества с малоразличимыми межфазными границами.

В настоящей работе мы исследовали угли (табл. 1), имеющие близкую стадию метаморфизма, но принадлежащие к разным генетическим типам.

Окисление углей проводили при 200 и 250 °С в течение 10 часов в условиях свободного доступа кислорода. Для исходных и окисленных углей определяли:

Рис. 3. Характер образования трещин при окислении углей разных генотипов (а-1 генотип, б- II генотип, в- IV генотип)

• степень окисленности по ГОСТ 8930-94 (по количеству участков с трещинами) и морфологию трещин;

8

н

о

О

К

К

и

ч

о

►о

И

и

С

и

н

о

■р. Каа-Хемский. Юг

■р. Каа-Хемский. Север

ш. Новая. ПД.КЗв

■ш. Новая. Ю1.К4

—а—ш. Торецкая. шШугачевка

—а—ш. Торецкая. гш.Соленый

температура, °С

Рис. 2. Влияние температуры обработки на степень окисленноспш углей

в

АС, %

12,00 г

10,00 -

8,00 -

6,00 -

4,00 -

2,00 -

0,00

□ 473К

Рис. 4. Относительное изменение содержания е углях (номер по табл 1) углерода (АС, %) е зависимости от температуры окисления

• элементный химическим состав. При увеличении температуры окисления степень окисленности угля (как функция трещинноватости) закономерно увеличивается (рис. 2). Влияние генотипа углей на изменение степени их окисленности при термообработке выявить не удалось.

При исследовании морфологии трещин проявились четкие различия для углей разных генотипов (рис. 3). Для углей I и II генотипа характерно образование густой сетки трещин, затрагивающих все зерно и приводящих к нарушению его сплошности.

Трещины окисления углей III и IV генотипов имеют клиновидную форму, не нарушают сплошность материала и не имеют определенных направлений.

Окисление приводит к изменению показателей, характеризующих хи-миический состав углей: увеличивается содержание кислорода, уменьшается содержание водорода и углерода. При сравнении изометаморфных углей разных генотипов установлено (рис. 4), что относительное уменьшение содержания углерода при термоокислении больше для углей IV генотипа.

Выводы

1. Для оценки склонности углей к окислению необходимо учитывать дополнительный параметр - генетический тип углей, отражающий особенности их морфологии.

2. Установлено, что окисление углей I генотипа, характеризующихся высокой гетерогенностью вещества, приводит к образованию густой сетки тре-

щин и нарушению сплошности материала.

3. Глубокое окисление углей, приводящее к существенному снижению

1. Артемьев В. Б. Петрография углей и их эффективное использование. - М.: «Недра коммюникейшен ЛТД», 2000. - 334 с.

2. Еремин И. В. Изменение петрографических особенностей углей при окислении их в естественных условиях. Изд. АН СССР, М., 1956.

3. Кухаренко Т. А. Химия и генезис ископаемых углей. Гос. научно-технич. изд. лит-ры по горному делу, М., 1960.

содержания в них углерода, в большей степени характерно для углей IV генотипа.

--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

4. Еремин И.В., Лебедев В.В., Цикарев Д.А. Петрография и физические свойства углей. М.: Недра, 1980, 263 с.

5. Еремин И.В., Арцер А.С., Броновец Т. М. Петрология и химико-технологические параметры углей Кузбасса. Кемерово, 2000.

6. Тимофеев П.П. Эволюция угленосных формаций в истории Земли. М. Наука. 2005. ЕШ

— Коротко об авторах ----------------------------------------------------------------

Эпштейн С.А. - кандидат химических наук, доцент каф. физики,

Монгуш М.А. - студентка ФТФ (ФТКП),

Нестерова В.Г. — студентка ФТФ (ИЗОС),

Московский государственный горный университет.

Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 2 симпозиума «Неделя горняка-2008». Рецензент д-р техн. наук, проф. В.Л. Шкуратник.

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

ДИССЕРТАЦИИ

Автор Название работы Специальность Ученая степень

КАРАГАНДИ] некий ГОСУДАРСТВЕННЫЙ Т1 ЕХНИЧЕСКИЙ УН ИВЕРСИТЕТ

ШЕВЦОВ

Александр

Анатольевич

Исследование и разработка методов оценки аэродинамического взаимодействия активных регуляторов с потоками воздуха в воздухопроводах

к.т.н.

Файл: 3_Эпштейн2

Каталог: Е:\С диска по работе в униве-

ре\ГИАБ_2008\12\семинар-08 Шаблон:

С:\и8ег8\Таня\АррВа1а\К0ат1^\М1сг080Й\Шабл0ны\

Normal, dotm

Заголовок: МЕТОДЫ ПРОГНОЗА СКЛОННОСТИ УГЛЕЙ К

ОКИСЛЕНИЮ И САМОВОЗГОРАНИЮ Содержание:

Автор: Aziat

Ключевые слова:

Заметки:

Дата создания: 15.10.2008 16:10:00

Число сохранений: 5

Дата сохранения: 24.10.2008 10:15:00

Сохранил: ГитисЛ.Х.

Полное время правки: 1 мин.

Дата печати: 25.11.2008 23:51:00

При последней печати страниц: 6

слов: 1 042 (прибл.)

знаков: 5 944 (прибл.)