Модифицированный связующий для брикетирования угля

АННОТАЦИЯ

В статье обоснована разработка технологии получения связующего на основе местного сырья для производства угольных брикетов. Получаемое сырьё должно иметь высокую теплотворность, низкую зольность, снизить выбросов в атмосферу при сгорании, с качеством, совпадающим со стандартными показателями.

ABSTRACT

The article substantiates the development of a technology for producing a binder based on local raw materials for the production of coal briquettes. The resulting raw materials should have high calorific value, low ash content, reduce atmospheric emissions during combustion, with a quality that matches the standard indicators.

Ключевые слова: уголь, угольная пыль, связующее, синтез, брикеты, теплоотдача, морозостойкость, кислород, механическая прочность, прогорание.

Keywords: coal, coal dust, binder, synthesis, briquettes, heat transfer, frost resistance, oxygen, mechanical strength, burn-through.

Утилизация мало востребованных классов углей различных марок (отсевы, шламы и т.п.), являющихся фактически отходами угледобычи и углеобогащения, становится острой проблемой в районах производства и потребления угля. Большие объемы по­терь каменноугольной массы связаны с измельчением во время транспортировки и погрузо-разгрузочных работ и в течение хра­нения вследствие выдувания. Проблема решается при производстве брикетированного угля. Эта технология позволяет из угольной пыли при высоком давлении изготовить топливные брикеты. Они хорошо переносят транспортировку и хранение, имеют большую теплотворную способность по сравнению с исходными материалами (не менее 6000 ккал/кг), не выделяют дыма и газов, прогорают полностью распадаясь в золу (зольность брикета не более 10% от объема) [1].

Брикетирование углей может происходить как с использованием связующих, так и без них. Связующие вещества бывают неорганические и органические. К неорганическим относятся: известь, глина, гипс, цемент, магнезит, трепел, щелочи, фосфаты натрия и кальция, гранулированный доменный шлак, чугунная стружка и т.д. Применяют эти вещества, как в отдельности, так и в смеси. К органическим связующим веществам относятся: коксующийся уголь, пек, гудрон, смолы и различные отходы целлюлозно-бумажной и пищевой промышленности, например, сульфитный щелок, меласса и др [2].

При промышленном изготовлении в качестве связующего элемента добавляют следующие вещества:

• нефтебитум;
• лигносульфонаты;
• меласса;
• жидкое стекло;
• цемент.

Смешивание угля со связующим производится при температуре окружающей среды.

В настоящее время в угольной промышленности в связи с дефицитом связующих проводится интенсивный поиск и разработка связующих для брикетирования углей с использованием побочных продуктов и отходов различных производств. Основным требованием к сырьевой смеси для производства брикетов являются гранулометрический состав шихты и расход связующего, оптимальный с точки зрения обес­печения заданной прочности как готового брикета так и брикета-сырца направляемого в сушку. Помимо этого, готовый брикет должен обладать влагоустойчивостью, быть экологически без­вредным и иметь достаточно низкую себестоимость, оставаясь конкурентоспособным видом топлива на рынке энергоресурсов [3].

Для получения связующего для угольных брикетов изучены местные сырьевые ресурсы в целях получения качественного связующего для производства угольных брикетов, а также их свойства.

ИК-спектроскопические исследования гидролизат ПАН (нитронное волокно), мелассы - отхода сахарного производства и полученного связующего для угольных брикетов проводили на Инфракрасном спектрометре Фурье-спектрометр «IRTracer-100» (SHIMADZU CORP., Япония, 2017) (спектральный диапазон по шкале волновых чисел - 4000÷400 см-1; разрешение - 4 см-1, чувствительность соотношение сигнал/шум - 60,000:1; скорость сканирования - 20 спектров в секунду).

Методика определения механической прочности полученных угольных брикетов при истирании в барабане заключалась в следующем. Отобранную пробу брикетов определенной массы загружали в барабан, который вращали в течение 4 мин со скоростью 25 об/мин. После 100 циклов вращения барабан останавливали, открывали дверцу люка и высыпали содержимое барабана в ящик. Подвергнутые истиранию в барабане брикеты рассеивали на грохоте с ячейкой сита размером 25 мм до прекращения выделения подрешетного продукта. Надрешетный продукт, оставшийся на сите, собирали и взвешивали.

Для определения механической прочности брикетов при испытании сбрасыванием целые брикеты, предварительно взвешенные, загружали в ящик с открывающимся дном и помещали его над металлической плитой на высоте 1,5 м.

Створки дна ящика открывали и сбрасывали брикеты на плиту. Брикеты с плиты собирали, в том числе и их отдельные куски, загружали в ящик и повторяли сбрасывание. После четвертого сбрасывания испытываемые брикеты и их куски собирали и подвергали рассеву аналогично как при испытании на истирание. Оставшиеся на сите грохота брикеты собирали в ящик и взвешивали.

Водостойкость брикетов оценивали приростом массы брикетов в процентах после 2 и 24 часов пребывания под водой.

Брикетирование методом экструзии представляет собой процесс прессования, в ходе которого происходит наиболее плотная укладка частиц материала с образованием большого количества капиллярных каналов. В результате испарения внешней влаги, взаимодействие сил поверхностного натяжения стягивает частицы материала между собой, тем самым образуя прочную молекулярную связь [4] .

Таким образом, при «жесткой» экструзии получается очень прочный и плотный пустотелый или полнотелый топливный брикет, пригодный при добавлении гидрофобизатора, для длительного хранения в открытом складе и транспортировке в полувагоне.

После измельчения, смесь смешивается с вяжущим веществом с добавлением воды. Смесь растирается, чтобы униформизировать распределение вяжущей добавки и повысить вязкость для достижения состояния, в котором легко придается форма. Потом смесь помещается в прессующую формовочную машину, чтобы изготовить брикеты. Брикеты высушиваются и охлаждаются.

Для технологии холодного брикетирования Ангренских бурых углей необходимо такое связующее, которое бы было при обычных условиях одновременно и вязким, и достаточно жидкотекучим. Этому требованию в полной мере отвечает разработанное комплексное связующее. В лаборатории химической технологии ИОНХ АН РУз и в производственных условиях УП «Наманган кумир етказувчи» синтезировано и испытано связующее на основе местного сырья.

Рисунок 1. Технологическая схема получения связующего для производства угольных брикетов

В этих целях собрана пилотная установка для получения связующего угольных брикетов и получены опытные образцы связующих. Создана пресс установка для получения угольных брикетов с применением связующего. Получены и испытаны образцы угольных брикетов в лаборатории химической технологии.

Технологическая схема брикетирования угля включает следующие операции: сушка рядового компонента; дробление до крупности -3 мм (с предварительном грохочением); смешивание с подогретым до 120- 180 °С битумом (при этом вся шихта нагревается до температуры 75-80 °С); прессование; охлаждение форм; складирование [5].

Дроблённая смесь смешивается с свяжущим веществом с добавлением воды. Смесь растирается, чтобы униформизировать распределение вяжущей добавки и повысить вязкость для достижения состояния, в котором легко придается форма. Потом смесь помещается в прессующую формовочную машину, чтобы изготовить брикеты. Брикеты высушиваются и охлаждаются.

Были проведены ряд работ по определению показателей качеств образцов угольных брикетов без добавления связующих и со связующими, разработанные нашими сотрудниками, показанные в таблице 1.

Таблица 1.

Показатели качеств образцов угольных брикетов

Как видно из таблицы, технический анализ полученных угольных цилиндрических брикетов калорийность и механическая прочность имеют высокие показатели качества, зольность низкие.

Рисунок 2. ИК – спектры исходного полимерного продукта (ПАН)

Рисунок 3. ИК – спектры отхода сахарного производства (меласса)

ИК – спектры полученного связующего продукта на основе гидролизованного (ПАН) и мелассы.

Согласно анализам проведенного ИК-спектров исходного ПАН, мелассы и полученного продукта МГС на их основе показывает, что при взаимном действии исходных веществ образуется композиция, обладающая свойство адгезии по отношению к различным твёрдым дисперсным системам, конкретно угольным брикетам.

Из приведенных выше результатов следует, что термообработанные брикеты с новым связующим материалом по показателям механической прочности и атмосферо-водоустойчивости значительно превышают требования потребительских стандартов на бытовое брикетное топливо, предъявляемые на отечественном и зарубежном рынках.

По данным химического анализа исследуемые брикеты относятся к сравнительно малосернистому (общая сера 1,0 %) и среднеми-нерализованному угольному топливу. Брикеты характеризуются высокой теплотворной способностью (6990 ккал/кг), имеют низкий выход летучих веществ и незначительное содержание кислорода.

За критерий оценки по показателям механической прочности и водоустойчивости брикетов принимали значения, соответствующие отечественному и зарубежному уровням:

• прочность на истирание в барабане, не менее, % 80,0
• прочность на сбрасывание, не менее, % 85,0
• прочность на сжатие, не менее, МПа 7,0
• водопоглощение, не более, % 4,0

Заключение. На основе гидролизат ПАН (нитронное волокно), мелассы - отхода сахарного производства разработано принципиально новое малотоксичное связующее для производства бездымных брикетов из Ангренских бурых углей, который позволит организовать в нашей стране современное углебрикетное производство.

Список литературы:
1. Сухомлинов Д.В., Кусков Е.Б., Кускова Я.В. Получение каменноугольных брикетов с низкой температурой воспламенения //Горный информационно-аналитический бюллетень(научно-технический журнал ). Отдельные статьи (специальный выпуск). — 2013. —No 5. — 20 с.— М.: Издательство «Горная книга».
2. Кусков В.Б., Ленев Л.А. Влияние технологии изготовления угольных брикетов на их свойства. Записки Горного института том 169, СПб, 2006. —С.147-149.
3. Кусков В.Б., Калашникова В.Ю., Скрипченко Е.В. Разработка технологии получения топливных брикетов из маловостребованного углеродсодержащего сырья. Записки горного института. 2012 г., т. 196. — С. 147 – 149.
4. Кусков В.Б., Кускова Я.В., Николаева Н.В., Сухомлинов Д.В.Топливные брикеты с низкой температурой воспламенения. Материалы Международной научно-технической конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья», Екатеринбург, 2010.— С. 321 – 324.
5. Юсупов С.К., Юсупов Ф.М., Эшметов И.Д., Бектурдыев Г.М., Курбанов А.Р. Получение угольных брикетов с применением нового связующего. Science and technology in oil and gas business, Armavir, February 9-10, 2018, p. 85-87.