CC BY
43
УДК 622:533.940.4
Б.Ф. Нифантов, А.Н. Заостровский
ВОЗМОЖНОСТИ ВЫГОДНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЕЙ И ВТОРИЧНОГО МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ - ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ КЕМЕРОВСКОЙ ОБЛАСТИ
Комплексное освоение минерально-сырьевой базы (МСБ) месторождений становится одним из главных направлений переработки минерального сырья.
В природе нет мономине-ральных месторождений. Такими они представлялись для того, чтобы выделить одно полезное ископаемое, а не комплекс минерального сырья, например, пластов углей или рудных тел. К настоящему времени накоплен убедительный научный материал о новых качественных показателях угольной продукции, отходов, вмещающих и включенных пород и минералов, сопровождающих пласты углей Кузбасса [1]. В последние годы исследовательские и технологические работы по извлечению ценных и утилизации токсичных элементов весьма существенно развиваются в ряде зарубежных стран - США, Канаде, Австралии, Болгарии, Польше, Франции, а также в России.
Целью данного сообщения является определение пригодности МСБ кузнецких углей и отходов для извлечения редких металлов, минеральной продукции.
Результаты исследований представлены в форме обзора фактического материала по геохимии кузнецких углей и выводов.
На основе наших геологогеохимических данных представляется возможным прогнозирование использования товарных углей, горной массы и отходов для извлечения концентратов металлов. Выполненные работы и полученные результаты позволяют обосновать пригодность МСБ различных марок кузнецких углей и отходов для
глубокой переработки при условии наличия в них ассоциации рудных содержаний элементов как основы продуцирования товарных концентратов металлов. В настоящее время можно предлагать разделение потока добываемых углей с получением их металлоносных фракций в сортаменте по 20 - 30 элементам. Выделенные из горной массы металлоугольные концентраты могут быть реализованы для предприятий металлургических отраслей промышленности, химии, электронных и других производств. База информации о показателях новых качеств кузнецких углей позволит рационально избрать и создать новые продвинутые технологии сепарации горной массы для производства металло-
угольной продукции, специализированных новых способов ее потребления.
Экономическая оценка рудообразующих химических элементов в кузнецких углях соответствует их суммированной потребительской стоимости, значительно превосходящей современную цену органической горючей массы углей. Исследования геохимических показателей золошлакообразующей массы (ЗШМ) пластов углей показали, что в пределах Кузбасса в 85 пластоучастках максимальные содержания 20 -
30 элементов превышают нормативные кондиции для извлечения алюминия, железа, редких, благородных и других металлов. Актуальность выполненных работ заключается в новом пополнении знаний о МСБ Кузбасса данными по товарной ценности кузнецких углей с учетом содержаний рудных элементов.
Массив данных, включающий 476 проб (30406 элементо-определений), по выборке подразделен по значениям зольности на 5 групп.
Зависимость мощности и зольности пластов углей показана на рис. 1.
Для каждой группы изучено распределение в них элементов по трем категориям зольностей в интервалах, S, М, Ь, соответственно, с малыми, средними и высокими показателями. Выделенные группы характеризуются общей закономерностью вхождения наибольшего числа исследованных элементов в интервал М. Поэтому для каждой группы особым диагностическим значением обладают наборы ассоциаций элементов в интервале Ь при средних показателях зольностей в группах (рис. 2).
Из показанных наборов элементов для высокозольных (22,0 - 47,0 %) фракций, в первую очередь для интервала Ь,
Зольность, АсС, %
Рис. 1. Зависимость зольности и мощности кузнецких углей
Зольность, АС, %
Рис. 2. Количество ведущих элементов в ассоциациях: Зольность 8,1 % - Ы, Хп, КЬ, Ag, Ли,
Зольность 13,9 % - Ы, Сё, Аи;
Зольность 22,2 % - Ве, В, Е, Со, Хп, As, Бг, ЫЬ, Мо Бп,Ва, УЬ, Аи, ^; Зольность 35,3 % - А&', Ag, БЬ, и, Е, Бп, Аи; Зольность 46,6 % - КЬ
характерны КЬ, Аи, Ag, Щ.
Этот вывод имеет прямое поисковое значение при исследовании углей, их продуктов разделения и сжигания.
Элементы низкозольных фракций (Б) представлены немногочисленными наборами или отдельными их представителями. Так, первые три группы из интервалов Б характеризуются наличием К, Бе, Ag. Последний из этих элементов более характерен для Ь-интервалов.
Однако следует иметь в виду, что серебро способно входить в составы органических соединений и поэтому его не следует отождествлять с элементами, присущими только неорганической части углей. Это утверждение справедливо для ряда других представителей металлов и неметаллов в углях. В последних двух группах интервалов Б выделены С1, Ыа, Mg, Са, Ее.
Это, скорее всего, связано с преобладанием в обломочной, глинистой хемогенной частях неорганической минеральной массы подобных высокозольных углей карбонатов, полевых шпатов, возможно, самостоятельных галоидных соединений или примесей галогенидов. Склонность рубидия к Ь-интервалам фракций достаточно уверенно отмечалась нами при изучении кузнецких углей. Приуроченность к упомянутому выше интервалу ассоциации Ы,
Хп, Ве, В, Бг, ЫЬ, Мо, УЬ возможна, но она чаще свойственна М - интервалам. В последних широким распространением пользуются литофильные, халь-кофильные, сидерофильные элементы, общее количество
которых достигает 30-43.
Одним из наиболее представительных примеров фрагментов ассоциации Б, Ь интервалов можно полагать - Ы, Ве, В, Е, Ыа, Mg, Al, Бг, Р, Б, Са, Бс, Т1, V, Сг, Мп, Ее, Со, Ыг, Си, Хп, Оа, Ое, КЬ, Бг, У, Хг, И/, Та, РЬ, В1, ТН. Заметим, что РЗЭ являются наиболее постоянными участниками этой композиции в сопровождении Бс, Т1, У, Хг, ЫЬ, И/, Та, ТН, и. Нередко, Ве, В, Е, Т1, V, Сг, Мп, Со тесно увязаны с перечисленными элементами, образуя в общей картине закономерных геохимических корреляционных связей кластерные центры. Они представлены Ве, Б, 8г, Со, 2г и реже другими элементами.
Обобщение данные о содержаниях элементов (компонентов) золообразователей,
также типично представляющие
Б, Ь интервалы, с их показателями для массивов изученных проб приведены в табл. 1.
Отметим, что геологические данные изучения содержаний главных компонентов углей в пределах зольностей 8,0 - 14,5 % для 2083 проб составили, (в %): для БЮ2 (45,0 - 67,0), для А12О3 (18,0 - 27,6) по сведениям
Э.М. Паха [1]. Они совпадают с генеральной выборкой по количеству нами изученных проб (расчетных определений) БЮ2 -155 (160), А12О3 - 152 (157), имея при этом средние (предельные) содержания, соответственно, %: БЮ2 - 44,88 (0,02 -47,88); А12О3 - 20,77 (1,4 -36,0). Приведенные сведения характеризуют золу и ЗШМ угольных пластов во всех продуктивных свитах от тайлуган-ской до мазуровской.
Следующим, важнейшим
показателем является содержание валового железа в ЗШО (ЗШМ). Оно варьирует для изученных золошлаков в пределах
0,0007 - 53,83 по данным анализов 400 проб (508 определений). Кондиционными для извлечения являются содержания железа свыше 7,5 % и алюминия 13,2 % (А12О3 - 25,0 %). Близки к 100 % по уровню изученности ТЮ3, МпО; несколько хуже изученность Ее2О3, СаО, MgO, Ыа2Ю. Калий изучен недостаточно, в пределах 2,6 - 8.3%. В общем, изученность углей с увеличением зольности проб падает, т.к. пласты углей с зольностями свыше 25% не разрабатываются на большинстве добывающих предприятий Кузбасса. Средняя вычисленная мощность пластов также, соответственно, убывает с возрастанием их средней зольности. С
Таблица 1. Распределение главных золообразующих компонентов кузнецких углей
Зольность, Ad, % Содержание, %
О ¿о ТЮ2 ^Юз Ее2Юз СаЮ MgO
8.1 40.3 2.2 19.2 9.6 9.4 5.1
13.9 42.8 1.9 19.6 9.4 10.1 3.7
22.2 45.1 1.6 17.6 9.8 10.1 4.5
35.3 57.1 1.1 16.5 7.3 9.4 1.3
Интервал КК
Рис. 3. Гистограмма распределения количеств элементов по численным показателям уровней геохимического фона
повышением содержаний БЮ2 увеличивается зольность.
Обратная зависимость к зольности выявлена для А12О3, Ее2Ю3, MgO, ЫаЮ, К2О, НС1.
Концентрации химических элементов далее будут именоваться по известным понятиям регионального кларка (РК) или регионального коэффициента концентрации (РКК), местного кларка (коэффициента) МКК и коэффициентов концентраций мирового уровня: по углям -ККУ, золам углей - ККЗУ, глинистым породам - ККГП. Эти группы показателей достаточно полно отражают особенности
геохимического статуса кузнецких углей.
Региональные кларки для каждого элемента рассчитаны по 476 пробам и 30406 элемен-тоопределениям. При этом вычисленные средние зольность и встречаемость элементов равны 13,22 и 65,7 %. Средние для 55 элементов показатели концентраций, т.е. численные отношения к мировым данным составили: по каменным углям (ККУ
- 2,6); золам каменных углей (ККЗУ - 2,9); глинистым породам относительно расчетных кларков для теоретической золошлаковой массы (ЗШМ), ККГП - 36,0. Они отвечают среднему удельному весу углей 1,44 г/см3 и средней мощности угольного пласта 4,09 м. По частным выборкам (число элементов) для РЗЭ (7), ценным и потенциально ценным элементам (ЦПЦ-36), токсичным, потенциально токсичным (ТПТ) и радиоактивным элементам (19) вычислены следующие осред-нённые данные (табл. 2).
Показатели ЦПЦ кузнецких углей по примесям химических
элементов превосходят выявленные группированные данные ТПТ по токсичности углей.
Индивидуальные характе-
ристики разрабатываемых пластов углей и получаемой угле-продукции по геохимическим данным могут стимулировать новое направление маркетинга товарных углей. Безусловно, расчёты дополнительной коммерческой или потребительской
ценности углей или отходов имеют смысл при реализации соответствующих технологий. Стремление осуществить их внедрение значительно повысило бы интерес к минеральным отходам угольной, коксохимической, металлургической и
других отраслей промышленности.
Для удобства дальнейшего рассмотрения вычислены фоновые показатели относительно РККУ для 5 групп выделенных зольностей (табл. 3; рис. 3). Показатели РККУ, как и другие показатели кларков концентраций, целесообразно объединить в пять групп.
Заметно выражена связь пяти групп проб с различной зольностью. С её возрастанием увеличиваются фоновые показатели для Ь1, Б, К, Бс, Тг, V, Ее, Со, Ыг, Хп, КЬ, У, Бп, БЬ, Се, Бт, Еи, УЬ, Ьи, И/, РЬ, ТН, и. Убывают те же показатели для Ыа, Ag, Та, Аи, Щ. Не обнаружили этих зависимостей А1, В, Mg, Al, Бг, Р, Се, Сг, Mn, Оа, Ое, As, Бе, Бг, Хг, ЫЬ, Mo, Cs, Ва, Ьа, ТЬ, Вг.
Достаточно определённо выявляется характер связей
зольности, мощности пласта или его фрагмента с фоновыми показателями концентраций.
Для их представления обозначим стремление элементов оказаться в относительно мощных
Таблица 2. Показатели концентраций РЗЭ, ТПТ, ЦПЦ химических элементов
Группы (количество элементов) ККУ, ед. ККЗУ, ед. ККГП, ед. Уд. в., г/см3 Мощность пласта, м
РЗЭ (7) 3.9 2.0 4.6 1.45 3.95
ЦПЦ(36) 3.2 3.4 51.4 1.45 4.03
ТПТ(19) 1.4 1.8 6.9 1.43 4.14
Таблица 3. Группы уровней средних концентраций элементов в кузнецких углях
Наименования уровней Интервалы КК Элементы
Подфоновый 0 - 1.0 Ве, В, Е, Al, Бг, Б, К, Тг, V, Ее, Оа, Бе, Mo, Сё, БЬ, W, РЬ
Надфоновый 1.0 - 3.0 Ыа, Mg, Р, С1, Са, Бс, Сг, Mn, Со, Ыг, Си, Хп, Ое, КЬ, У, Бп, Cs. Се. Бт, Еи, ТЬ, УЬ, ТН, и
Средний 3.0 - 5.0 Ы, As, Бг, Ва, Ьи, Щ
Высокий 5.0 - 10.0 Хг, Ag, И/, Та, Au, В1
аномальный более 10.0 ЫЬ, Ьа
Q ÖVV
£ 700
р 600 В 500 rf 400 ° 300 о 200 ^ 100 0
Al Sc Ti Fe Y Nb РЗЭ Ta Au Элементы
Рис. 4. Вероятные уровни доходов от извлечения некоторых металлов из кузнецких углей, промышленных отходов их потребления
, С 0 Iе—О , |С—о
пластах (фрагментах) через Ь1, Ь2, Ь3, Ь4, Ь5 и маломощных пластах (фрагментах) через Б1, Б2, Б3, Б4, Б5, где цифрами в порядке увеличения индицированы выделенные выше группы зольности. Размещение элементов показано в табл. 4.
Выявленные особенности приуроченности содержаний элементов к зольности и мощности пластов не могут быть однозначно интерпретированы.
Низкозольные угли Кузбасса обычно связаны с пластами увеличенной мощности. При длительном времени накопления растительного материала с изменением состава вадозных вод, при сменяемости процессов растворения и осаждения в процессах углефикации и в меньшей степени, возможно, благодаря тектоническим, магмато-генным, метасоматическим процессам происходило "закрепление" в угольной массе именно ассоциаций с С1, 2п, Ов, Л&\ Мо, Ли, БЬ, Л1, Б, Ы. Ассоциации, включающие Л1, Б1, Р, 2п, ЯЬ, Лg, Та, Ы, ТЬ, Ов, Иа, Са, ¥в в своём становлении в значительной мере испытали и отражают процессы раннего и позднего диагенеза, связанные с формированием карбонатов, фосфатов, сульфидов, силикатов. Последние, безусловно, поступали в области накопления в виде глинистого и обломочного материала, способствуя
росту зольности с накоплением главных компонентов золы.
Происхождение минерального неорганического материала в маломощных угольных пластах, существенно, механически привнесенное глинистое и обломочное. В таких пластах следует искать в карбонатах, фосфатах, хлоридах, сульфидах, окислах наиболее высокие кон-
центрации Бв, Бг, БЬ, Аи, Щ, Ах, ЫЬ, Та и геохимически тесно связанные с ними РЗЭ [2]. Нами по максимумам содержаний выявлены 28 - 30 химических элементов в кузнецких углях, которые могут быть оценены как металлоносные по АІ, Бс, Ті, ¥в, У, ЫЬ, сумме РЗЭ, Та, Аи (рис. 4) и другим.
Общая сумма стоимости
объектов металлопромышленных содержаний в углях выше стоимости самих углей в 150 раз. Поэтому перспективы глубокой переработки кузнецких углей, их отходов добычи, переработки и потребления являются экономически благоприятными.
Освоение минеральных ресурсов, сопутствующих угленосным отложениям Кузнецкого бассейна, будет целесообразным при условиях выбора и разведки наиболее металлонасыщенных объектов добычи горной массы на предприятиях подземной или открытой разработки угольных месторождений.
В дальнейшем, при целенаправленных поисках высоких содержаний весьма дорогостоящих металлов платиновой группы, золота или других в
углях и минеральных отходах будут найдены их концентрации для промышленного извлечения [2].
Работа выполнена при финансовой поддержке комплексного интеграционного проекта СО РАН № 6.3 «Геохимия окружающей среды горнопромышленных ландшафтов Сибири и Урала».
Таблица 4. Характеристики приуроченности элементов к пластам углей с различной мощностью и зольностью
Индекс Элементы
S1 Al, P, К, W
S2 Sb, W, S, Hg
S3 Cl, As, Se, Sr, Sb, Au, Hg
S4 F, Na, Mg, Ca, Fe, As, Sb, Au, Hg
S5 Mg
11 Cl, Zn, Ge, As, Mo, An, Sb
L2 Al, S, Bi
L3 Al, Si, P, Zn, Rb, Ag, Ta, Bi, Tb
L4 Cl, Zn, Ge, Bi
L5 Na, Ca, Fe, Rb
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Угольная база России. Том 2. Угольные бассейны и месторождения Западной Сибири (Кузнецкий, Горловский, Западно-Сибирский бассейны; месторождения Алтайского края и Республики Алтай). -
М.: ООО "Геоинформцентр", 2003. - 604 с.
2. Нифантов Б.Ф., Потапов В.П., Митина Н.В. Геохимия и оценка ресурсов редкоземельных и радиоактивных элементов в кузнецких углях. Перспективы переработки. - Кемерово: Институт угля и уг-лехимии СО РАН, 2003. 104 с.
□ Авторы статьи:
Нифантов Борис Фёдорович
- канд. геол.-минер. наук, ст. науч. сотр. Института угля и угле-химии СО РАН (ИУУ СО РАН)
Заостровский Анатолий Николаевич
- канд. техн. наук, ст. науч. сотр. ИУУ СО РАН, доц. каф. химической технологии твёрдого топлива и экологии
УДК 662.74:552.57 Х.А.Исхаков , Е.Л.Счастливцев О ГЛУБОКОЙ ПЕРЕРАБОТКЕ УГЛЕЙ
«Нет повода видеть где-нибудь грань познания и обладания веществом»
Д. Менделеев
«Ископаемые угли могут и должны явиться тем универсальным сырьем, из которого химическая промышленность получит любой материал, какой только потребует человек»
Г. Стадников
В недрах инженеров горного корпуса Кузбасса в начале нового века появился удивительно емкий термин - глубокая переработка углей. Но разве до этого не было глубокой переработки углей? Да весь ХХ век промышленно-развитые страны занимались именно глубокой переработкой углей в конкретных его воплощениях.
Рассмотрим принципиальные вопросы, относящиеся, в частности, к сжиганию, обогащению, коксованию, полукоксованию и газификации углей, чтобы показать несостоятельность термина «глубокая переработка углей».
Сжигание углей. В котельных агрегатах электростанций каменный уголь измельчают до 30-50 мкм и сжигают в пылевоздушных факелах, в ядре которого температура достигает 1500-1600°С, куда еще глубже и зачем? Косвенным путем через посредство механической энергии уголь дает электрический ток. Другое дело - как добиться более эффективного сжигания при относительно низких температурах (800-1000°С) с более высоким использованием потенциала угля, его энтальпии, в том числе эффективного использования физического тепла продуктов сгорания- дымовых газов, золы и шлака. Высокотемпературные процессы трудноуправляемы и понятно, что здесь каждый шаг дается не просто, однако с ощутимой отдачей, в том числе и экологического плана.
В энергетике забот много. Казалось бы простое дело - налипание угольной мелочи на стенки приемных бункеров, однако сколько хлопот оно доставляет в отделении углеподготовки, без кувалды не обойдешься. Угольная мелочь, особенно ее частицы менее 1 мм, совместно с влагой соз-
дают систему, по свойствам близкую к коллоидной, возникают явления адгезии - прилипания частиц друг к другу и к стенкам бункеров. Как бороться с этим явлением? Прежде всего, обратиться к специальной литературе, рекомендованной в монографии [7].
Постоянного изучения в теплоэнергетике требует коррозия и зашлаковывание поверхностей нагрева в котлоагрегатах, водоподготовка и особенно порблема золы.
Весь ХХ век прошел в битве за использование золы, а также за многочисленные лабораторные попытки выделения из золы металлов, редких и рассеянных элементов. Исследователи с единодушным энтузиазмом утверждают, что стоимость находящихся в тонне угле редких и рассеянных элементов, а также, будем говорить, обычных металлов как А1, Бе, Сг и др. превышает стоимость самой тонны угля. Безусловно, это так, но где рентабельная технология выделения хотя бы из более концентрированного продукта из золы? Это очень большая и трудная проблема, интересующиеся могут воспользоваться полезными сведениями в соответствующих изданиях [1-4].
Обогащение углей. Как и любая технология, обогащение углей требует постоянного совершенствования, технического развития. Наряду с почти столетней практикой обогащения углей для коксования, в настоящее время началось обогащение энергетических углей, производство сверхчистых угольных концентратов. Угли по своим свойствам весьма разнообразны - даже один и тот же угольный пласт изменяет свои свойства по простиранию и в собственной стратиграфической колонке.
Изменяется и характер вмещающих пород, включая породные прослои. Однако в принципе можно говорить о некоторых относительно постоянных свойствах углей данного месторождения и даже бассейна.
Например, угли Подмосковного бассейна отличаются повышенным содержанием серы до 10% и без предварительного обогащения для энергетического потребления не годятся, в то же время в бурых углях Канско-Ачинского бассейна содержание серы редко превышает 1%, в основном оставаясь на уровне 0,4-0,8%. Угли Карагандинского бассейна характерны наличием трудноразделимых сростков породы и органической массы, вследствие чего выход концентрата практически не превышает 51-52%. Угли Кизеловского бассейна в основном представлены высокозольными и высокосернистыми дюренами и являются исключительно труднообогатимыми. В любых месторождениях дюрены отличаются наличием тонко распределенной минеральной массы глинистой природы, избавиться от которой практически невозможно. Поэтому говорить о глубоком обогащении углей можно только имея в виду конкретные угли данного месторождения, да и то обогащать ниже 7-8% не имеет смысла как для коксующихся, так и энергетических углей: глубже обогащать- значит тоньше дробить, а это влечет за собой образование большого количества аэрозолей и водных суспензий, то есть значительно повышаются затраты на создание нормальной экологической обстановки.
Другое дело, когда обогащение производится с целью получения сверхчистых угольных концентратов, в которых зольность не должна превышать 1%, а в некоторых случаях значительно менее. В настоящее время в электротермических процессах этому требованию удовлетворяют нефтяной и пековый коксы, однако в недалеком будущем в связи с истощением нефтяных запасов и нехваткой коксохимического пека встанет проблема глубокого обогащения углей вплоть до обработки минеральными кислотами. Подробности этих способов и результаты исследований вплоть до промышленных испытаний и практически осуществленных технологий изложены в подборках [5,6].
Как и любая технология - технология обогащения будет развиваться в связи с требованиями производства новых углеродных материалов, а также проблемами экологии.
Коксование углей. В данной области переработки углей более полувека назад предпринятые исследования, главным образом в Институте горючих ископаемых АН СССР, по непрерывному коксованию не принесли ожидаемых успехов, так как не были востребованы промышленностью, которая пошла по пути усовершенствования исторически сложившегося в мировой практике периодического коксования в вертикальных камерных печах. Объясняется это возросшими требова-
ниями к качеству кокса со стороны металлургии, где полезная емкость доменных печей достигла 5 тыс м3. Технологии непрерывного коксования новым требованиям не отвечали по весьма простой причине - принципы непрерывных коксований были заимствованы из технологий полукоксования - области, не имеющей отношения к производству чугуна.
Если рассматривать производство кокса не с позиции одной коксовой камеры, а коксовых батарей, то оно в самом деле непрерывно. Технология коксования развивается по многим направлениям с учетом экологических требований и технического оформления как отдельных печей, так и батареи в целом, а также совершенствования технологии подготовки угольной шихты и состояния химического крыла и производства в перспективе широкой гаммы химической продукции.
Что касается термина «глубокая переработка», то к коксованию оно не применимо: в самих камерах температура 950оС, а в обогревательных простенках 1475 оС, повышать температуры нет нужды, «глубина» достигнута еще 100 лет назад, дело в постоянном развитии технологии, здесь интересы инженерной мысли беспредельны: даже велосипед, на который постоянно кивают, пусть не так стремительно, но ощутимо развивается, а коксохимическое производство как отрасль тяжелой промышленности без развития вообще не может существовать.
Полукоксование углей. Этой отрасли химической технологии возраст без малого 200лет. Началась она еще во времена, когда ни природный газ, ни нефть в промышленных масштабах не добывали, металлургия сидела на древесном угле, а для уличного освещения в городах очень удобным оказался газ, в те времена он так и назывался -светильный газ. Полукоксование особенно было развито вплоть до второй моровой войны в Западной Европе, печи и технологии полукоксования были разнообразны [8,9], однако наиболее удачно себя зарекомендовали печи системы Лур-ги, с некоторыми видоизменениями долгое время использовавшиеся в Лауххамере на базе землистых бурых углей [10].
Нефть и природный газ частично вытеснили полукоксование, однако уже в сравнительно недалеком будущем полукоксование вновь будет затребовано особенно для переработки бурых углей.
В Кемеровской области привлекают внимани-ие огромные запасы бурых углей; это западное крыло огромного Канско-Ачинского бассейна, в пределах Кемеровской области сосредоточенно 68 млрд.т. с географическим центром в г. Мариин-ске. Пожалуй, будет справедливо эту громадную залежь углей назвать Мариинским бассейном -перспективой для развития энергетики и химической промышленности. Наиболее целесообразно преступить к комплексной разработке Северо-Судженского месторождения (9 млрд.т.), так как
66
Х.А.Исхаков , Е. Л. Счастливцев
оно начинается всего в 12 км от Анжеро-Судженска, следовательно, жилье и прочее не надо строить на месте тайги и болот.
В связи с технологией полукоксования обратим внимание на термин «мягкий пиролиз». Желание некоторых исследователей обратить внимание на себя и свои работы приводит к употреблению терминов, не характерных в историческом плане развития как химии вообще, так и углехи-мии в частности [11]. Для органических веществ в некоторых случаях температуры свыше 100 оС уже являются чувствительными; это характерно для процессов в лесохимии [12] и в основном органическом синтезе [13,14]. Термин «мягкий пиролиз» применим к взаимодействию углей с органическими растворителями при температурах 250350 оС, когда удается в состояние раствора перевести до 90% органической массы каменных углей типа газовых [15].
В непосредственной связи с полукоксованием стоит технология газификации углей, временно приостановленной в связи с первенством нефти и природного газа. Еще в недавнем прошлом синтез газа получили газификацией угля, полукокса и кокса по реакции С+Н2О=СО+Н2^. Несмотря на кажущуюся простоту реакции, осуществление ее является довольно сложной технологией и к.п.д. использования органической массы топлива обычно не превышает 60%.
Существует ли в России проблема газификации угля? Да, существует, особенно если учесть сверхинтенсивную добычу природного газа и нефти; у нас добываются сотни миллионов тонн нефти и млрд. м3 газа и половина добытого идет за кордон, не сказать, что по высокой цене, т.к. нефть - это сырье, колониальный товар. Намного ли хватит российской нефти и газа? Мнения на этот счет разные - от 10 до 50 лет.
Разумеется, через 10 лет добыча нефти и газа не прекратится, однако неудобства начнут ощущаться. Даже если взять крайнюю цифру - 50 лет, то это не так уж много, тем более, что на разработку новых технологий уходят десятки лет. При этом необходимо отметить, что любые новые технологии разрабатываются на базе существующих, иначе и быть не может. При современных разработках на первый план выходят проблемы экологии и технической безопасности, учитываются современные способы технологического управле-
ния, новейшая аппаратура, новые материалы и, конечно, сырьевые, энергетические, транспортные возможности региона. Последнее обстоятельство особенно важно иметь в виду в тех сырьевых регионах, где в настоящее время железные дороги отсутствуют. Например, Республика Тыва, обладая общими запасами углей около 19 млрд.т (данные на 1.01.1955 г.), не имеет ни одного километра железных дорог, то же касается Камчатского края, где общие запасы углей превышают 200 млрд.т при полном отсутствии железных дорог.
Развитие газификации может идти по двум направлениям - как указывалось выше, это производство синтез газа, с другой стороны, производство газа для различных отраслей промышленности и для бытового использования. Теоретические основы газификации твердого топлива, техническое оформление процесса, оборудование газогенераторных станций подробно описано в трудах российских ученых [16-20].
Что касается различных направлений использования углей как химического сырья, то подробности изложены в специальной литературе, в частности, в работах [21-26]. Особый интерес в настоящее время представляет разработка новых технологий на основе непосредственного использования электрической энергии, о чем в своей книге писал еще Ф. Фишер (русский перевод 1927 г.[27]). Технология электрококсования и электрополукоксования описывается в работах [8,9]. Использованию плазмы посвящены работы [28,29].
Электрохимической переработке углей посвящена монография [30]; технология электрохимии органических соединений рассмотрена в [31], практические особенности этой технологии изложены в прекрасной монографии Стендера В.В. [32]. Наконец огромные возможности представляют работы по углеродным волокнам и нанотрубкам [33-36].
Заключение. Общая фраза «глубокая переработка угля» отвлекает исследователей от конкретных задач. Углехимия - наука прикладная и необходимо задачу ставить в узком интервале, чтобы от рабочей гипотезы перейти к решению именно поставленной задачи, разумеется, не забывая огромной возможности для химии угольной сырьевой база, о чем коротко и ясно сказал В. Маяковский: «Даже пища от угля, от угля все это».
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Скурский М.Д. Золото-редкометалльно-нефтегазоугольные месторождения и их прогноз в Кузбассе. Кемерово: Кузбассвузиздат, 2005. 627с.
2. Скурский М.Д. Недра земли. - Кемерово: Кузбассвузиздат, 2006. 880с.
3. Ценные и токсичные элементы в товарных углях России. Справочник. - М.: Недра, 1996. 238с.
4. Юдович Я.Э. Кетрис М.П. Токсичные элементы- примеси в ископаемых углях. -Екатеринбург: УрО РАН, 2005. 655с.
5. Малозольные и сверхчистые угольные концентраты / Ред. И. С. Благов. М.: Наука, 1968. 146с.
6. Непрерывное коксование углей. Труды Института горючих ископаемых. Т.Х. - М.: Изд-во АН
СССР, 1959. 262с.
7. Цикарев Г.А., Петрова Г.И., Бычев М.И. Переработка углей. Часть I. Зарубежный научный и промышленный опыт. - Якутск.: Изд-во ЯФ СО РАН, 2005. 128с.
8. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. М.: Химия, 1976. 512с. (раздел адгезия, с.168).
9. Робертс Д., Иенкнер А. Коксование и полукоксование углей. - Харьков: ОНТИ Украины, 1938. 490с.
10. ТауА. Полукоксование углей. - М.-Л.: Гостоптехиздат, 1948. 212с.
11. Цылев Л.М., Дмитреев Г.Н., Махалов П.Н. Производство и потребление буроугольного кокса в ГДР. - М.: Металлургиздат, 1961. 80с.
12. Лебедев А.К. Озонолиз технического низкопроцентного фенантрена / Известия ТПИ. Т.151. -Томск: Изд-во ТГУ, 1966. с. 94-100.
13. Козлов В.Н. Нимвицкий А.А. Технология пирогенетической переработки древесины. - М.-Л.: Гос-лесбумиздат, 1954. 619с.
14. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. - М.: Химия, 1981. 608с.
15. Орлова Е.Ю. Химия и технология бризантных взрывчатых веществ. - Л.: Химия, 1973. 688с.
16. Аронов С.Г. , Нестеренко Л.Л. Химия твердых горючих ископаемых. - Харьков: Изд-во ХГИ, 1960. 371с.
17. Лавров Н.В. Физико-химические основы горения и газификации топлива. - М.: Металлургиздат, 1957. 288с.
18. Канторович Б.В. Введение в теорию горения и газификации твердого топлива. - М.: Металлургиздат, 1961. 355с.
19. Альтшулер В.С. Новые процессы газификации твердого топлива. - М.: Недра, 1976. 280с.
20. Канторович М.В. Газогенераторы и газогенераторные станции в металлургической промышленности. - Свердловск: Металлургиздат, 1958. 467с.
21. Токарев Г.Г. Газогенераторные автомобили. - М.: Машгиз, 1955. 206с.
22. Аронов С.Г., Скляр М.Г., Тютюнников Ю.Б. Комплексная химико- технологическая переработка углей. - Киев: Техника, 1968. 263с.
23. Калечиц И.В. Химия гидрогенизационных процессов в переработке топлив. - М.: Химия, 1973. 336с.
24. Святец И.Е., Агроскин А.А. Бурые угли как технологическое сырье. - М.: Недра, 1976. 224с.
25. Химические вещества из угля / Ред. Ю.Фальбе. - М.: Химия, 1980. 615с.
26. Химия и переработка угля / Ред. В.Г.Липович. - М.: Химия, 1983. 336с.
27. Лебедев В.В., Рубан В.А., Шпирт М.Я. Комплексное использование углей. - М.: Недра, 1980.
239с.
28. Фишер Ф. Искусственное получение жидкого топлива. - Л.: НХТИ, 1927. 385с.
29. Использование плазмы в химических процессах / Ред. Л.С. Полак. - М.: Мир, 1970. 255с.
30. Крапивина С.А. Плазмохимические технологические процессы. - Л.: Химия, 1981. 248с.
31. Петрова Г.И., Бычев М.И. Электрохимическая переработка бурых углей. - Якутск.: Изд-во СО РАН, 2001. 165с.
32. ТомиловА.П. и др. Электрохимия органических соединений. - Л.: Химия, 1968. 592с.
33. Стендер В.В. Прикладная электрохимия. - Харьков: Изд-во ХГУ, 1961. 542с.
34. Конкин А. А. Углеродные и другие жаростойкие материалы. - М.: Химия, 1974. 375с.
35. Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз направления исследований / Ред. М.К. Роко.
- М.: Мир, 2002. 292с.
36. Фуллерены / Л. А. Сидоров, М. А. Юровская и др. - М.: Изд-во «Экзамен». 2004. 648с.
37. Раков Э.Г. Нанотрубки неорганических веществ // ЖНХ, 1999, т. 44..№11. с.1827-1833. Общая характеристика углеродных НТ.
□ Авторы статьи:
Исхаков Хамза Ахметович
- докт. техн. наук, ведущий научный сотрудник Института угля и углехи-мии СО РАН
Счастливцев Евгений Леонидович ■ канд. техн. наук, зав. лаб. геоэкологических и водных проблем Института угля и углехимии СО РАН
