РАЗРАБОТКА УГОЛЬНЫХ БРИКЕТОВ НА ОСНОВЕ МЕСТНОГО СЫРЬЯ И ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВ

АННОТАЦИЯ

В статье показано влияние наполнителей на прочностные свойства угольных брикетов. Показано, что увеличение прочности тем, что в присутствии наполнителя происходит сшивание соседних частиц наполнителя в структуре угольного брикета макромолекулами ингредиентами композиционного материала. В результате между частицами наполнителя появляются мостики индивидуальных цепочек макромолекул, что способствует ограничению числа возможных конформаций макромолекул и их сегментного движения, что приводит к повышению  прочности брикета.

ABSTRACT

The article shows the influence of fillers on the strength properties of coal briquettes. It is shown that the increase in strength is due to the fact that in the presence of a filler, neighboring filler particles in the structure of a coal briquette are cross-linked by macromolecules and ingredients of the composite material. As a result, bridges of individual chains of macromolecules appear between the filler particles, which helps limit the number of possible conformations of macromolecules and their segmental movement, which leads to an increase in the strength of the briquette.

Ключевые слова: угольные брикеты, наполнители, прочностные свойства. Физико-механические свойства, бурые угли, отходы.

Keywords: coal briquettes, fillers, strength properties. Physical and mechanical properties, brown coals, waste.

Введение. В мире активно ведутся научные исследования по созданию и реализации новых инновационных идей по производству угольных брикетов отвечающие современным требования в высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами. Бурые угли являются основным топливным продуктом для тепловых электростанции. При транспортировке они быстро измельчаются [1-3]. Поэтому таких угольных мелочей можно использовать при получение брикетов. В связи с этим разработка угольных брикетов на основе местного сырья и отходов производств является весьма актуальным.

Угольная промышленность Узбекистана имеет 72-летнюю историю. Основу ресурсной базы угольной отрасли республики составляют буроугольное «Ангренское» и два менее крупных каменноугольных месторождения – «Шаргуньское» и «Байсунское». Стоит отметить, что 85% добываемого в Узбекистане угля приходится на разрез «Ангренский» [3]. 

При наполнении угольных брикетов происходит изменение ряда термодинамических параметров полимеров (плотности, энтропии, энтальпии) [4,5]. Наполнение является наиболее широко применяемым и высокоэффективным способом направленного регулирования свойств композиционных материалов, позволяющим повысить показатели механической прочности и жесткости, химической стойкости, теплостойкости, диэлектрических свойств и т.д. В общем случае под наполнением композиционных полимерных материалов понимают сочетание полимеров с твердыми и (или) газообразными веществами, которые относительно равномерно распределяются в объеме композиции и имеют четко выраженную границу раздела с непрерывной полимерной фазой (матрицей).

Целью данного исследования является разработка брикетирования угольной мелочи из местного сырья и отходов производств. А также определение некоторых эксплуатационных свойств этих брикетов.

Материалы и методика исследования. При разработке угольных брикетов нами были использованы следующие ингредиенты: бурые угольные мелочи Ангренского месторождения, крахмал, мебельные отходы (древесная стружка), каолин, лигнин,тальк и минералоид получен из Кызылтепинского района Навоийской области.

Методика получения угольных брикетов проводили следующим образом.

Нами для производства угольных брикетов были использованы угольные мелочи размером 0,01-10 мм. Они привозят с АО «Узбек кумир» автотранспортом на предприятие и разгружается на специальную площадку. На площадке сырью подготавливается в ручную с добавлением связующих компонентов и наполнителей из расчета 10 кг в тонну, связующий из расчета 200 кг в тонну, угольные мелочи из расчета 600 кг в тонну и вода техническая из расчета 200 литров в тонну массу добавляемых компонентов измеряется на электронных весах прошедшую поверку в органах Уз стандарта. Из площадки сырье ручным способом поступает в мешалку оборудование марки JZ 250 Non –vacuum brick extruder производства (Китай), где производится дополнительная перемешивание  смесей и отпрессуется на формы кирпича одинарного, полно тельного типа для производства продукции соответствующий требованиям O’zDst 2994:2015 [6].

Способность углей окусковаться в брикеты и качество получаемой продукции зависит от свойств углей – твердости, хрупкости, упругости, пластичности, структуры, степени углефикации, зольности, содержания смолистых веществ [7,8].

Физико-механические свойства разработанных угольных брикетов определяли по ГОСТ  21289-75 [9].

Результаты и обсуждение. В качестве связующего использовали крахмал с минералоидом. Минералоид добывается в процессе бурения по добыче воды в Кызылтепинском районе Навоийской области. Химический состав минеральной глины анализировали на основе спектра элементного анализа (таблица). Минералоид мы условно его обозначили МНЛО. Так как, этот минералоид вязкий его можно использовать как пластификатор при получении угольного брикета. В таблице показан химический состав минералоида.

Таблица

Химический состав минералоида

Рисунок 1. Смесь минералоида с крахмалом

Нами использованный в качестве наполнителя древесная стружка, лигнин, каолин используются для повышения прочностных свойств брикетов, а также с целью сокращения расхода вяжущего. Наполнители добавляли от 5 до 30 массовых частей.

На рисунке показано влияние количество наполнителей на прочность на сжатие угольных брикетов. Как видно из рисунка, максимальное количество наполнителей 20-25 масс.ч. Прочность брикетов зависит от количество наполнителя.

Для получения наполненных полимерных композиций в большинстве случаев применяют твердые тонкодисперсные наполнители с частицами сферической (стеклянные микросферы, золы-уноса), зернистой (сажа, кремнезем, древесная мука, мел, каолин), пластинчатой (тальк, графит, слюда), игольчатой (оксиды, соли, силикаты) формы, а также волокнистые наполнители (хлопок, стекловолокно, асбест, целлюлоза).

1-угольный брикет наполненный древесной стружкой; 2-брикет наполненный лигнином; 3-брикет наполненный каолином

Рисунок 2. Зависимость прочность на сжатий угольного брикета от количество наполнителей

При малых степенях наполнения частицы сравнительно далеко удалены друг от друга в объеме композита, поэтому эффект задержки трещины значительно снижен. При высоких степенях наполнения частицы упакованы настолько плотно, что композит представляет сплошную среду, в которой фронт трещины перестает взаимодействовать с отдельными частицами. Эффект упрочнения композитов в присутствии наполнителя во многом определяется структурой граничного слоя и прочностью адгезионного взаимодействия частиц наполнителя с угольным мелочам. Адсорбционное взаимодействие проявляется в радиально-сферической ориентации структурных единиц угольной матрицы у поверхности наполнителя[10-13].

Заключение. Таким образом можно сказать, что при разработке угольных брикетов с различными наполнителями приводит к изменению прочностных характеристик готовых брикетов. Особенностью композитов с дисперсным наполнителем является экстремальное изменение их прочности с увеличением объемной доли наполнителя.

Список литературы:

1. Бурый уголь // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.- СПб., 1890—1907.
2. https:// unece/org›pdts›mansurov_uzbekistan. Краткое сообщение об использовании угля на тепловых электростанциях Узбекистана. Ташкент 2020, 5 с.
3. Хурсанов Х.П. Угольная промышленность Узбекистана: Этапы становления, пути развития и перспективы // Горный вестник Узбекистана. 2008. – № 1 (32). – С. 4–9.
4.  Аскаров К.А., Киямова Д.Ш., Холмурадова Д.К. Исследование процесса получения топливных брикетов из отходов производств // Композиционные материалы, 2021, №3, - С. 148-150.
5. Аскаров К.А., Киямова Д.Ш., Холмурадова Д.К. Исследование влияния наполнителей на физико-механические свойства угольных брикетов // Universum: технические науки. Выпуск: 8(89) Москва 2021. Часть 2. – C. 49-51.
6. Киямова Д.Ш., Холмурадова Д.К. Разработка научно-методических принципов и технологии получения угольных брикетов // Universum: техниеские науки. Выпуск: 4(97) Москва 2022. Часть 8. – C.56-58.
7. Рассказова, А. В. Повышение комплексности использования энергетических ресурсов Дальневосточного региона и экологические аспекты переработки буроугольной мелочи [Текст] / А.В. Рассказова // Молодые исследователи – регионам: Материалы Всероссийской научной конференции студентов. В 2-х томах. - Вологда: ВОГТУ. – 2011. – Т.1. – С. 382-384.
8.  Fuel briquette [Электронный ресурс]: pat. 02117032 Russian Federation, МПК C10L6. / Kravets Yu.М., Kostochko A.V., Novikov D.S.; заявитель и патентообладатель Kazan state technological university. - № 97107218/04. – Режим доступа: http://patentscope.wipo.int.
9.  ГОСТ 21289-75. Брикеты угольные. Методы определения механической прочности [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://gostexpert.ru/gost/gost-21289-75.
10. Эминов Ш.О., Абдукаримова Д.Н. Исследование влияния электрофизической природы и концентрации наполнителей на процесс электризации композиционных полимерных покрытий при взаимодействии с хлопком-сырцом // Universum: технические науки. 2020. №6-3 (75). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/issledovanie-vliyaniya-elektrofizicheskoy.
11. Nuritdinovna A. D., Soibjanovna N. K., Olimjonovich E. S. Research Of Physical And Chemical Properties Of Fillers For The Development Of Composite Chemical Preparations //The American Journal of Engineering and Technology. – 2021. – Т. 3. – №. 05. – С. 40-46.
12. Намазов Ш.С. Ташпулатов Ш.Ш., Ортыкова С.C., Эминов Ш.О. ХИМИЧЕСКАЯ АКТИВАЦИЯ МИНЕРАЛИЗОВАННОЙ МАССЫ С ПОМОЩЬЮ НИТРАТА АММОНИЯ И НИТРАТА ЦИНКА // Universum: технические науки. 2021. №6-3 (87). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/himicheskaya-aktivatsiya-mineralizovannoy-massy-s-pomoschyu-nitrata-ammoniya-i-nitrata-tsinka (дата обращения: 28.09.2024).
13. Абдукаримова Д.Н., Негматова К.С., Эминов Ш.О. Исследование физико-химических и технологических свойств Na-карбосиметилцеллюлозы и композиционной порошкообразной госсиполовой смолы от их концентрации // Universum: технические науки. 2020. №5-2 (74). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/issledovanie-fiziko-himicheskih-i-tehnologicheskih-svoystv-na-karbosimetiltsellyulozy-i-kompozitsionnoy-poroshkoobraznoy (дата обращения: 28.09.2024).