CC BY
94
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2015, том 58, №4_
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 662.66
Б.С.Джамолзода, А.Муродиён*, А.Г.Сафаров, академик АН Республики Таджикистан Х.Сафиев
МИНЕРАЛЬНЫЕ ПРИМЕСИ В АНТРАЦИТЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ
НАЗАРАЙЛОК
Физико-технический институт им. С.У.Умарова АН Республики Таджикистан, Государственное унитарное предприятие «Таджикская алюминиевая компания» (ГУП ТАЛКО)
Спектроскопическими и химическими методами количественно определены содержания минеральных примесей и вмещающих пород в антраците месторождения Назарайлок. Показано, что в состав золы антрацита входят макропримеси Al2O3, SiO2, Fe2O3, CaO, MgO и микроэлементы Sr, Pb, As, 2п, ^, №, ^, Mn, ^, V, ^ и др. Полученные данные сравнивались с химическим составом золы некоторых антрацитов Российского Донбасса.
Ключевые слова: минерал - примесь - антрацит - зола - спектроскопия - метод - элемент.
Геологическое происхождение, петрографический состав, наличие угольных пластов, а также промышленные и прогнозные запасы антрацитов месторождений Назарайлок приведены в монографии [1]. В антрацитах, кроме основных элементов, таких как углерод, водород, азот, сера, содержится зола. В зависимости от содержания золы антрациты могут быть использованы для производства определённого вида углеродного материала. Например, для получения катодных блоков содержание золы в антраците не должно превышать 4.0% , для производства холодно-набивной массы (ХНПМ) -не более 6.0%, а для производства электродов - не более 3.0%.
Одним из наиболее важных показателей качества антрацитов является их зольность. Необходимо различать минеральные примеси от вмещающих пород (пустых пород). Природный антрацит (даже любой уголь) всегда содержит то или иное количество минеральных примесей, имеющих различные источники. Это, прежде всего, материнские примеси неорганических веществ, таких как Sr, Pb, As, Zn, №, Mn, &, V, ^ и др., попадающих в торфяник вместе с отмирающими растениями - углеобразователями. Второй источник примесей - минеральные частицы, приносимые в торфяные болота текучими водами и ветрами. Такие частицы иногда поступали в болото в столь больших количествах, что нередко прекращалось накопление органического вещества в результате обильного выпадения песчано-глинистого материала, образующего минеральные прослои пустых пород внутри угольного пласта или сильно загрязняющего продолжавший накапливаться органический материал.
При подземной разработке угольных пластов количество минеральных примесей возрастает за счёт вмещающих пород, способных разрушаться при отделении угля от массива. Частицы вмещающих пород также могут иметь малые размеры, чаще всего это кварц и полевые шпаты. Значи-
Адрес для корреспонденции: Джамолзода Бехрузи Саъдонхуджа. 734063, Республика Таджикистан, г. Душанбе, ул.Айни, 299/1, Физико-технический институт АНРТ. E-mail: [email protected]
тельную роль играют глинистые минералы (каолинит, монтмориллонит, иллит, аргиллит и другие алюмосиликаты). Обычен пирит или марказит (сульфид железа), сидерит и кальцит.
Химический состав золы удобно выразить через оксиды железа, алюминия, кремния и в относительно в малых количествах оксиды магния и кальция. В то же время в золе отдельных пластов или на отдельных площадках распространения пласта наблюдается резкий сдвиг в сторону повышенного содержания одного или двух из этих оксидов.
Заметным является присутствие серы во всех без исключения пластах антрацита. Содержание серы может колебаться от 0.15 до 1.2% (по массе), она встречается при практически полном отсутствии пирита (FeS2); это органическая сера, химически связанная с органическими веществами. Наличие пирита значительно повышает сернистость углей и может достичь 3-5%.
Сера как органическая, так и пиритная при сжигании или термообработке антрацита переходит в сернистый газ, который при взаимодействии с парами воды образует сернистую кислоту, из-за чего повышенное содержание серы ведёт к нежелательным последствиям (образованию кислотного тумана и коррозии металлоконструкций зданий, сооружений, а также оборудования).
В антрацитах наличие содержание фосфора составляет сотые доли процента, многие другие элементы также содержатся в очень небольших количествах.
В наших исследованиях химический состав золы в антраците определяли согласно ГОСТ-10538-87. Элементы-примеси, а также железо и титан определялись вакуумным волнодисперсионным рентгенофлоуресцентным спектрометром типа «СПЕКТРОСКАН МАКС-GV», оснащённый рентгеновской трубкой мощностью 160 Вт.К
Месторождение антрацита «Назарайлок» делится на два участка: «Шикорхона» и «Кафтархо-на» [1]. Из существующих 12 пластов наилучшими с технологической точки зрения являются 4-ый и 6-ой пласты.
Химические составы золы антрацитов пластов 4-го и 6-го участков «Шикорхона» и «Кафтар-хона» месторождения Назарайлок и для сравнения некоторых пластов Российского Донбасса [2] приведены в табл. 1
Таблица 1
Химический состав золы рассматриваемых антрацитов
Участки Зольность антрацита, % (по массе) Химический состав золы, %
Si2 Fe2Oз CaO и MgO
Шикорхона (пласт №4) 2.70 13.43 37.54 3.14 3.37
Шикорхона ( пласт №6) 3.00 14.55 38.73 2.88 3.05
Кафтархона (пласт №4) 2.80 12.86 39.47 3.07 2.84
Кафтархона (пласт №6) 3.20 13.87 36.63 2.95 3.68
Шахта Великан - 2 22.60 48.80 29.50 17.20 1.50
Шахта Красная Звезда 6.00 45.90 37.40 10.40 3.10
Шахта им. Латучина 4.00 26.60 8.10 35.80 20.30
Шахта № 15 - 16 9.40 38.80 15.50 38.30 3.00
Как видно из табл. 1, содержание оксидов кремния, алюминия, железа, суммы оксидов кальция и магния во всех пластах месторождений Назарайлока распределено более равномерно, о чём свидетельствует общность геологического происхождения обоих участков. В месторождениях Рос-
сийского Донбасса, наоборот, пласты простираются на больших расстояниях и каждый пласт (участок) имеет свои геологические особенности. Что касается большего содержания железа в месторождениях Российского Донбасса, то в состав углей здесь входит пирит (Ре82), а в углях Назарайлока железо входит в состав органической массы. Поэтому концентрация его низкая.
Таблица 2
Спектральный анализ содержания элементов в рассматриваемых антрацитах
Элемент, % Участки «Назарайлок» Шахты Российского Донбасса
Шикорхона Кафтархона Обуховская Алмазная
8г 10 1.687 1.585 10.0 20.2
РЬ 10-3 8.133 8.153 15.0 2.0
АЭ 10-2 1.288 1.258 - -
гп 10-2 8.937 8.873 0.80 0.30
Си 10-3 2.543 2.515 20.2 10.0
N1 10-2 8.089 8.068 1.00 0.80
Со 10-3 7.118 7.015 2.00 1.50
МпО 10-2 2.091 2.085 6.00х 2.00х
Сг 10-2 1.335 1.314 1.00 1.00
V 10-2 6.680 6.725 2.00 1.00
Т1О2 10-1 4.690 4.546 4.00х 5.00х
Примечание : х - соответственно в пересчёте на чистый Мп и И
В табл. 2 приведены результаты спектрального анализа содержания элементов в антрацитах месторождений Назарайлок и для сравнения использовались некоторые шахты антрацитов Российского Донбасса [3]. Как видно из табл. 2, в антрацитах Российского Донбасса отсутствует мышьяк, а содержание стронция во много раз превышает относительно антрацитов в антрацитах месторождений Назарайлок. Такая же ситуация наблюдается с содержанием меди. Содержания гп, N1, Со, V в антрацитах месторождений Назарайлок больше по сравнению с аналогичными показателями в антрацитах Российского Донбасса, хотя исследуемые антрациты по петрографическому составу относятся к вит-риниту, но имеют разные геологические строения и степени метаморфизма.
При преобладающем содержании А1, 81, Бе, Mg и Са во всех пробах (пластах) присутствуют в микроколичествах РЬ, Си, Со, 8г, А8, Мп, V, Сг. Отмечено полное отсутствие таких элементов, как Та, 8Ь, В1, Ag, Сё, 8п, Ое, 1п, и. В антрацитах Российского Донбасса микроэлементы А8, Та,
8Ь, В1, Ag, Сё, 8п, Ое, 1п, Се, Ьп, И, 8г не встречаются, лишь в отдельных антрацитах отмечены Мо, РЬ, и гп.
Представляет определенный интерес содержание золы в различных фракциях, которые получают при дроблении крупных кусков угля или при добыче антрацита. Для производства катодных блоков, подовой массы, сорбентов используют антрацит следующих фракций, мм : (12 - 5) ; (5 -1) ; (3 - 1); (1 - 0.5) и менее 0.5. Для получения сорбентов используют антрацит фракции ( 3 - 1) мм. Фракционный состав определяли по ГОСТ 4790-80 «Топливо твёрдое». Использовали метод фракционного анализа и ГОСТ 2093-82 «Топливо твёрдое», ситовой метод определения гранулометрического состава. Результаты анализов приведены в табл. 3. Для сравнения приведены данные антрацита шахты Шерловская-Наклонная Российского Донбасса.
Таблица 3
Распределения золы по фракциям при дроблении антрацита
№ п.п Фракция, мм Зола,%
Назарайлок ш. Шерловская - Наклонная
1 - 12 + 5 2.56 -
2 - 5 + 3 2.64 3.30
3 - 5 + 1 2.73 -
4 - 3 + 1 2.77 3.60
5 - 1 + 0.5 2.86 5.00
6 менее 0.5 3.00 9.70
7 исходный антрацит 2.70 4.00
Как видно из табл. 3, по золе антрацит Назарайлока с фракцией ( - 3 + 1) мм вполне можно использовать для получения сорбентов. Для этой фракции также важны такие показатели качества,
как кажущаяся и истинная плотность, насыпная плотность, а также общая пористость ( см. табл. 4).
Таблица 4
Показатели качества антрацитов с фракцией ( - 3 + 1) мм.
Антрацит Назарайлока Кажущаяся плотность, г/ 3 см Истинная плотность, г/ см3 Насыпная плотность, г/ 3 см Общая пористость, %
участок «Шикорхона» 1.23 1.73 0.633 28.90
участок «Кафтархона» 1.24 1.74 0.635 28.95
Таким образом, минеральная часть антрацитов оказывает негативное влияние на качественные показатели катодных блоков , подовой массы, используемой для футеровки алюминиевых электролизёров , а также сорбентов и других производимых углеродных изделий. Например, большое содержание золы снижает механическую прочность, увеличивает окисляемость и осыпаемость полученных электродных материалов, а при работе сорбента в жидких средах зольные компоненты могут вымываться, загрязняя раствор.
При термообработке антрацитов зольная часть увеличивается в несколько раз вследствие чего для процессов получения углеродных материалов и сорбентов используют низкозольное сырьё. С этой точки зрения, антрацит Назарайлока вполне пригоден для производства сорбента и различных углеродных изделий.
Авторы выражают искреннюю благодарность доктору физ-мат. наук С.Ф.Абдуллоеву за оказанную помощь при определении микроэлементов на приборе СПЕКТРОСКАН МАКС-ОУ.
Поступило 11.02.2015 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ёров З.Ё., Кабиров Ш.О., Муродиён А., Сироджев Н.М. Минерально-сырьевая база химико-металлургической промышленности Таджикистана. - Душанбе-Истанбул: Мега Басым, 2012, 413 с.
2. Геолого-углехимическая карта Донецкого бассейна. Справочник по качественной характеристике антрацитовых шахтопластов. - М. : Углетехиздат, вып. XII, 1952, 148 с.
3. Справочник по качеству углей и антрацитов Донецкого и Львовско-Волынского бассейнов. Отв. ред. Н.М. Двужильная. - М. : Недра, 1972, 168 с.
Б.С.Ч,амолзода, А.Муродиён*, А.Г.Сафаров, ^.С.Сафиев* ОМЕХТАХОИ МИНЕРАЛЙ ДАР ХОКИСТАРИ АНТРАСИТ^ОИ
МАЪДАНИ НАЗАРАЙЛОК
Институти физикаю техникии ба номи С.У. Умарови Академияи илмцои Цум^урии Тоцикистон, Корхонаи вохиди давлатии «Ширкати алюминийи Тоцик»
Бо усулхои спектроскопй ва химиявй мивдори омехтахое, ки дар таркиби хокистари антрасити маъдани Назарайлок мавчуд аст тахлил карда шуд. Муайян карда шуд, ки таркиби хокистари мазкур аз макроомехтахои AI2O3, SiO2, Fe2O3, CaO, MgO ва микроэлементхои Sr, Pb, As, Zn, Cu, Ni, Co, Mn, Cr, V, Ti, ва гайрахо иборат мебошад. ^иматхои хосилшуда бо таркиби химиявии хокистари антратсити Донбаси Россия му^оиса карда шуд.
Калима^ои калиди: минерал - омехта - антрасит - хокистар - спектроскопия - усул - элемент. B.S.Jamolzoda, A.Murodiyon*, A.G.Safarov, H.S.Safiyev*
MINERAL DEPOSITS IMPURITIES IN ANTHRACITE NAZARAILOK
S.U. Umarov Physical-Technical Institute, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan, The State Unitary enteprise «Tajik aluminum company» (GUP TALCO) By spectroscopic and chemical methods of analysis quantified the content of mineral impurities and rocks in the anthracite of field Nazarailok. It is shown that in the composition of anthracites microprime include Al2O3, SiO2, Fe2O3, CaO, MgO, and trace elements Sr, Pb, As, Zn, Cu, Ni, Co, Mn, Cr, V, Ti, and others. These data compared with the chemical composition of ash anthracite like Russian Donbass. Key words: mineral - admixture - anthracite - ash - spectroscopy - method - element.
