CC BY
39
1. Chuldum, K.K., Kara-sal, B.K. Ochistka vozdushnyih vyibrosov pri gidrohimicheskoy pererabotke syirya // Sostoyanie i osvoenie prirodnyih resursov Tuvyi i sopredelnyih regionov Tsentralnoy Azii. Geoekologiya prirodnoy sredyi i obschestva: Nauch. tr. / Otv. red. dokt. geol.-min. nauk V.I. Lebedev.- Kyizyil: TuvIKOPR SO RAN, 2012. -S. 137-138.
2. Mongush, G.R., Kotelnikov, V.I., Chuldum, K.K. Energoeffektivnaya tehnologiya polucheniya uglerodnyih materialov // Prirodnyie sistemyi i ekonomika Tsentralno-Aziatskogo regiona: fundamentalnyie problemyi, perspektivyi ratsionalnogo ispolzovaniya: Materialyi II Vseros. molod. shk.-konf. s mezhdunar. uchastiem (06-09.10.2015, Kyizyil). - Kyizyil: TuvGU, 2015. - S. 42-44.
3. Kulikova, M.P. Ispolzovanie ugleyUlug-Khemskogobasseyna/ Energetik.-2012.-N.1.P.31-34.
Чульдум Кежик Кан-оолович - научный сотрудник Тувинского института комплексного освоения природных ресурсов СО РАН, г. Кызыл, E-mail: kezhik-ch@mail.ru
Chuldum Kezhik - Research Fellow, Tuvan Institute for Exploration of Natural Resources SB RAS, Kyzyl, E-mail: kezhik-ch@mail.ru
Куликова Марина Петровна - кандидат химических наук, доцент, доцент кафедры химии Тувинского государственного университета; старший научный сотрудник Тувинского института комплексного освоения природных ресурсов СО РАН, г. Кызыл, E-mail: mpkulikova@mail.ru
Kulikova Marina - PhD of Chemistry, Lecturerin the Department of Chemistry, Tuvan State University; Senior Research Assistant in the Department of Chemical and Technological Research, Tuvan Institute for Exploration of Natural Resources SB RAS, Kyzyl, E-mail: mpkulikova@mail.ru
УДК 622.7.017.
ВОЗМОЖНОСТЬ УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА ТРУДНООБОГАТИМОГО УГЛЯ
Харлампенкова ЮА.1, Семенова С.А.1, Патраков Ю.Ф.1,Клейн М.С.2 1Федеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук (Институт угля СО РАН) 2Кузбасский государственный технический университет им. Т.Ф. Горбачева
POSSIBILITY FOR IMPROVING THE QUALITY OF SLURRY COAL
Kharlampenkovа JA.1, Semenova S A.1, Patrakov Yu.F.1, Klein M.S.2 federal research center of coal and coal chemistry, Siberian branch of the Russian Academy of Sciences (Institute of coal SB RAS), Kemerovo 2Gorbachev Kuzbass State Technical University, Kemerovo
Рассмотрено влияние химического состава золы коксующего угля на технологические свойства образующегося кокса. Выявлена возможность улучшения качества исходного сырья для получения металлургического кокса.
Ключевые слова: минеральные компоненты угля, показатели качества кокса, методы обогащения.
The influence of the chemical composition of coking coal ash on the technological properties of coke is examined. The possibility of improving the quality of the raw materials for the production of metallurgical coke is revealed.
Key words: mineral components of coal, coke quality indicators, methods of enrichment.
Эффективность работы доменных печей определяется качеством металлургического кокса. Кокса - реакционной способностью к (CRI) и прочностью (CSR) после реакции с СО2. Многочисленные испытания показали, что на прочность кокса оказывают влияние генетические особенности углей, выраженные петрографическими показателями и показателями пластических свойств органической массы угля; химический состав минеральных компонентов; насыпная плотность коксуемой угольной загрузки [1].
Минеральные компоненты углей, переходящие при коксовании в кокс, отрицательно влияют на ряд показателей доменного процесса: ухудшается механическая прочность кокса; снижается содержание в нем нелетучего углерода; увеличиваются затраты тепла на расплавление; требуется дополнительный расход известняка; увеличивается количество шлака, повышается расход кокса, снижается производительность печи. Считается [2], что каждый 1 % увеличения зольности приводит к снижению производительности доменных печей на 1-2 % и повышению удельного расхода кокса на 1,2-2,0 %.
О составе и количестве минеральных примесей судят по количеству золы, оставшейся при сжигании угля. При этом сгорает не только органическая масса угля, но и происходят изменения самих примесей: удаляется кристаллизационная вода алюмосиликатов, разлагаются с выделением диоксида углерода карбонаты, пирит превращается в оксид железа, а сера - в диоксид серы.
Оксиды железа ^2О3), перешедшие из золы в кокс, частично выполняют в доменном процессе роль руды, оксиды магния (1^О) и кальция (СаО) - играют роль флюсов. Увеличение содержания в золе окислов Fe2Оз, СаО, Na2О и К2О повышает реакционную способность кокса в доменной печи, что приводит к возрастанию расхода топлива и снижению эффективности доменного процесса.
Целью работы является поиск возможных методов улучшения качества угля для его использования в коксовании.
Для исследования использовался образец угля марки КО с исходными данными: Wa =1,76%, Ad=10,49 %, Vdaf=24,27% и показателем вспучивания (SI)=11/2 ед. Уголь относится к категории труднообогатимого, т.к. показатель обогатимости Т=17,1%.[3]. В лабораторных условиях проба дробилась до класса 0-3 мм. Зольность определяли по ГОСТу 11022-95, влагу по ГОСТ Р 52917-2008 (ИСО 11722:1999, ИСО 5068-2:2007), выход летучих по ГОСТу Р 55660-2013, показатель вспучивания в тигле по ГОСТ 20330-91 (ИСО 501-81).
Для оценки распределения золы по классам крупности 3,0-0,0; 3,0-0,2 и < 0,2мм определение золообразующих элементов проводилось на атомно-эмиссионном спектрометре с индуктивно-связанной плазмой iCAP 6500 Duo LA (таб.1).
Таблица 1
Оксидный состав исходных образцов_
Параметры, % Класс 3,0-0,0мм Класс 3,0-0,2мм Класс <0,2мм
MgO 0,85 0,90 0,72
Al2Û3 18,00 15,00 18,00
SiO2 41,00 43,00 38,00
Scrôrn, 0,50 0,85 0,53
K2O 2,50 1,80 2,40
Na2O 0,46 0,52 0,44
CaO 28,00 29,00 33,00
TiO2 1,60 0,46 0,56
MnO 0,18 0,17 0,22
Fe2O3 7,10 7,20 5,80
Wa,% 1,76 0,56 1,16
Ad, % 10,49 9,52 11,50
Vdaf,% 24,23 25,15 24,69
Ио 9,13 8,64 11,55
CRI 61,24 60,58 61,35
CSR 16,14 16,99 16,00
Зола относится к силикатному типу с высоким содержанием оксида кальция СаО, что ухудшает свойства угля при использовании его в коксовании. Так же образцы содержат большое количество оксидов ТЮ2 и Fe2O3.
Для определения пригодности угля для коксования были рассчитаны показатели CRI и CSR, характеризующие качества кокса. Поскольку угли содержат небольшое количество серы (Sdt<1 %), то расчет показателей CRI и CSR проводился по формулам [4]:
CRI =13,4+9,35Ио- 0,45 Ио2 CSR = 94,23-1,275-CRI
где Ио - индекс основности золы угля (шихта). Причем Ио рассчитывают по уравнению: ^=100Ad(Fe2O3+CaO+MgO+K2O+Na2Oy(100-Vdaf)(SiO2+Al2O3) допуская, что при коксовании шихты не изменяется соотношение в золе основных и кислых оксидов, а ее зольность увеличивается благодаря только удалению образованных летучих веществ и не зависит от состава минеральных компонентов.
При сравнении типичных параметров Ио=1,5-6,1%, CRI=22-30%, CSR=55-70% получаем, что образец выбивается из данных интервалов, т.к. содержит большое количество минеральных компонентов и не пригоден в коксовании без каких-либо подготовительных процессов.
Далее для улучшения технических свойств угля в процессе переработки (дробления, обогащения) нами был проведен фракционный анализ в тяжелой среде, т.е разделение топлива по плотностям и обогащение методом флотации.
Фракционный анализ проводился по ГОСТу 4790-93(ИСО 7936-92) . Отбиралась проба класса 3,0-0,2мм. В качестве тяжелой жидкости использован водный раствор хлористого цинка (табл.2). Так же были рассчитаны показатели реакционной способности кокса (CRI) и прочность кокса после реакции (CSR).
Таблица 2
Пок-ли,% Фракционное разделение
1230 кг/м3 1360 кг/м3 1460 кг/м3 1520 кг/м3 1600 кг/м3 >1600 кг/м3
Na2O 3,60 2,27 1,80 3,70 1,66 2,47
MgO 1,33 1,48 1,45 1,37 1,30 1,40
Al2O3 24,45 23,17 18,03 21,56 24,68 18,79
SiO2 50,57 55,06 55,72 51,71 55,82 54,86
SO3 2,53 1,40 1,06 7,05 2,42 2,77
K2O 2,26 2,80 2,56 3,16 3,81 2,79
CaO 3,55 1,74 1,07 5,23 3,05 12,64
TiO2 0,90 1,38 0,50 0,61 0,85 0,81
Fe2O3 5,92 9,52 7,72 5,37 5,31 3,22
Y,% 3,06 26,22 34,32 18,89 4,3 12,80
Ad, % 2,47 3,06 4,28 9,78 13,06 42,66
Vdaf,% 19,66 19,78 20,04 21,27 22,08 33,59
Ио 0,68 0,87 1,06 3,19 3,15 19,64
CRI 19,53 21,18 22,80 38,63 38,38 23,45
CSR 69,32 67,22 65,16 44,97 45,30 64,34
Основной процент выхода угля наблюдается в интервале плотностей р=1230-1520 кг/м3. В осадок (в более тяжелые фракции) уходит оксид кальция СаО. Содержание оксида кремния SiO2 примерно одинаково (51,71-55,72%) для всех фракций. Т.е. порода в образце тесно связана с органической массой угля и плохо отделяется от нее при механическом воздействии (дробление, отсев).
Флотация проводилась на лабораторной флотационной машине механического типа. В качестве реагентов использовался керосин ТС с расходом 0,50,7 кг/т. Для флотации использовался отсев класса <0,2мм (табл.3).
Таблица 3
Распределение оксидного состава после флотации исходного образца (< 0,2мм )
Показатели,% Концентрат Отход
MgO 1,34 1,18
Al2Os 20,24 18,29
SiO2 51,90 44,49
SO3 5,18 4,11
K2O 3,02 2,98
CaO 11,30 23,72
TiO2 1,14 0,76
Fe2O3 5,89 4,46
сумма 100,0 100,0
Y,% 73,1 26,9
Ad, % 5,19 18,19
Vdaf,% 24,48 28,38
Ио 2,05/0,30 13,08/0,51
CRI 30,52/39,91 58,70/35,25
CSR 55,32/46,18 19,39/36,08
Как и было показано в предыдущем анализе (фракционное разделение) оксид кальция СаО уходит в более тяжелые фракции. По качественным показателям (параметры И0, CRI и CSR) концентрат угля соответствует международным стандартам [5], предъявляемым к углям для получения качественного металлургического кокса.
По итогам всех анализов представлена сводная таблица (табл. 4) для показателей качества угля (показатель реакционной способности и прочность кокса).
Таблица 4
Сводная таблица для CSR и CRI образца угля_
Пок-ли Исход. проба Флотация Фракционное разделение
Конц. Отход 1230 1360 1460 1520 1600 >1600
Ио 9,13 2,05 13,08 0,68 0,87 1,06 3,19 3,15 19,64
CRI 61,24 30,52 58,70 19,53 21,18 22,80 38,63 38,38 23,45
CSR 16,14 55,32 19,39 69,32 67,22 65,16 44,97 45,30 64,34
Из данных табл. 4 следует, что различные способы обогащения (флотационный, фракционный) позволяют улучшить качества исходного сырья. Использование фракционного (до р=1460 кг/м3) обогащения крупных фракций и флотации мелкого угля позволяет повысить концентрацию органической массы, значительно снизить содержание оксида кальция СаО в золе и достигнуть необходимых значений параметров индекса основности золы (Ио), реакционной способности кокса (CRI) и прочности кокса после реакции с СО2 (CSR).
Библиографический список
1. Лялюк, В.П., Соколова, В.П., Шмельцер, Е.О., Тимофеева, Д.Ю., Береза, В.В. Разработка модели прогноза качества доменного кокса на основе химического состава угольной шихты /Горный вестник. Украина. 2014. Вып.97. С. 285-293.
2. Металлургия чугуна / Под ред. Ю.С. Юсфина. М.:"Академкнига", 2004. С.774.
3. Харлампенкова, Ю.А., Патраков, Ю.Ф, Ващилов, В.В., Монгуш, Г.Р., Котельнико, В.И Особенности вещественного состава высокозольного шлама труднообогатимого угля./ Кокс и химия. 2016. №8. С.9-12.
4. Козлов, В.А . Влияние химического состава золы углей на технологические свойства кокса / ГИАБ.2012.№11. С.108-113.
5. Гуляев, В.М., Барский, В.Д., Рудницкий, А.Г. О европейских требованиях металлургов к качеству доменного кокса // Кокс и химия. 2012. № 10. С. 13-17.
Bibliograficheskiy spisok
1. Lyalyuk, V.P., Sokolova, V.P., SHmel'cer, E.O., Timofeeva, D.YU., Bereza, V.V. Razrabotka modeli prognoza kachestva domennogo koksa na osnove himicheskogo sostava ugol'noj shihty /Gornyj vestnik. Ukraina. 2014. Vyp.97. S. 285-293.
2. Metallurgiya chuguna / Pod red. YU.S. YUsfina. M.:"Akademkniga", 2004. S.774.
3. Harlampenkova, YU.A., Patrakov, YU.F, Vashchilov, V.V., Mongush, G.R., Kotel'niko, V.I Osobennosti veshchestvennogo sostava vysokozol'nogo shlama trudnoobogatimogo uglya./ Koks i himiya. 2016. №8. S.9-12.
4. Kozlov, V.A . Vliyanie himicheskogo sostava zoly uglej na tekhnologicheskie svojstva koksa / GIAB.2012.№11. S.108-113.
5. Gulyaev, V.M., Barskij, V.D., Rudnickij, A.G. O evropejskih trebovaniyah metallurgov k kachestvu domennogo koksa // Koks i himiya. 2012. № 10. S. 13-17.
Харлампенкова Юлия Александровна - ведущий инженер лаборатории научных основ технологий обогащения угля. Федеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук (Институт угля СО РАН), г. Кемерово, E-m^il: kon. julija@gmail.com
^аНатреп^а Julia - Senior Engineer laboratory scientific foundations of the technology of coal enrichment of coal. Federal research center of coal and coal chemistry, Siberian branch of the Russian Academy of Sciences (Institute of coal SB RAS), Kemerovo. E-mail: kon. julija@gmail.com
Семенова Светлана Александровна - кандидат химических наук, доцент, Федеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук (Институт угля СО РАН), г. Кемерово. E-mail: semlight@mail.ru
Semenova Svetlana - Candidate of Chemical Sciences ,associate Professor, Federal research center of coal and coal chemistry, Siberian branch of the Russian Academy of Sciences (Institute of coal SB RAS), Kemerovo. E-mail: semlight@mail.ru
Патраков Юрий Федорович - доктор химических наук, заведующий лабораторией научных основ технологий обогащения угля Федеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук (Институт угля СО РАН), г. Кемерово , E-таУ: _yupat@icc.kemsc.ru
Patrakov Yury - Doctor of Chemistry, Laboratory of scientific bases of technology of coal enrichment of coal. Federal research center of coal and coal chemistry, Siberian branch of the Russian Academy of Sciences (Institute of coal SB RAS), Kemerovo,_ E-mrail: yupat@icc.kemsc.ru
Клейн Михаил Симхович - доктор технических наук, профессор, Кузбасский государственный технический университет им. Т.Ф. Горбачева, г. Кемерово. E-mail: m-klein@mail.ru
Klein Mikhail - Ph. D., Professor, Gorbachev Kuzbass State Technical University, Kemerovo, E-mail: m-klein@mail.ru
