Окисление бурого угля Ангренского месторождения перекисью водородом в щелочной среде

В предыдущих работах [1–3] нами исследованы процессы окисления угля азотной кислотой, азотной кислотой в присутствии уксусной кислоты, перекисью водорода в присутствии уксусной кислоты. Выявлено, что при оптимальных условиях окисления угля азотной кислотой количество гуминовых кислот увеличивается с 4,1% в исходном угле до 57,2% в продуктах окисления, а при окислении угля азотной кислотой в присутствии уксусной кислоты, т. е. при концентрации HNO₃ 30%, уголь : HNO₃ (мнг) : СН₃СООН = 1 : 2 : 0,2, температуре 40°С и времени окисления 2 часа, содержание гуминовых кислот в окисленном угле достигает 66,1%. Также можно повысить содержание гуминовых кислот в угле с 4,1% до 62,17% путем окисления 35%-ной H₂О₂ c добавкой 60%-ной уксусной кислоты при 40°С в течении 1 часа и массовом соотношении уголь : H₂О₂ : СН₃СООН = 1 : 0,35 : 0,1.

В настоящей работе мы решили проверить окислительную способность перекиси водорода по отношению к Ангренскому бурому углю в щелочной среде. Крупнотоннажное производство перекиси водорода планируется создать на АО «Навоиазот», а гидроксид натрия в большом количестве уже производится на этом предприятии.

В опытах использовали представительную пробу угольной мелочи Ангренского месторождения марки БОМСШ, имеющую после сушки до воздушно-сухого состояния и измельчения в шаровой мельнице до размера 0,25 мм следующий состав (вес, %): влага – 14,1; зола – 13,7; органика – 72,2; гуминовые кислоты – 4,36% на органическую массу. Процесс окисления проводился при концентрации перекиси водорода от 10 до 30%, раствора гидроксида натрия от 20 до 40 % и весовом соотношении уголь (органическая часть) : H₂О₂ : NaОН от 1 : 0,1 : 0,05 до 1 : 1 : 0,05.

Эксперименты проводились следующим образом: сначала уголь обрабатывался в механической ступке измельченным гидрооксидом натрия или раствором при соотношениях уголь : NaОН от 1 : 0,05 в течение 30 минут. Затем в трубчатый реактор, где был заранее залит раствор перекиси водорода, при перемешивании добавлялась полученная масса и обрабатывалась в течение 2 часов. При окислении угля перекисью водорода температура реакционной массы поднялась до 45–90°С в зависимости от нормы концентрации перекиси водорода. Во всех опытах по окончании процесса реакционная масса сушилась до воздушно-сухого состояния, далее в ней определялись зольность, влажность, органика и выход гуминовых и фульвокислот. Зольность определялась по ГОСТ 11022-75, влажность – по ГОСТ 11014-70, органика – по разности между 100 и суммой процентных содержаний золы и влаги, выход гуминовых кислот – по ГОСТ 9517-76.

Результаты экспериментов приведены в табл. 1, 2. Из таблиц видно, как меняется состав окисленного угля в зависимости от нормы и концентрации окисляющих реагентов.

Таблица 1.

Выход продуктов окисления угля в зависимости от нормы и концентрации перекиси водорода и NaOH

Наибольшее количество гуминовых кислот (62,7%) мы имеем в окисленном угле, полученном при использовании 30%-ной перекиси водорода, 40%-ного гидроксида натрия и массовом соотношении уголь : H₂О₂ : NaOН = 1 : 1 : 0,05. Примерно такое же количество гуминовых кислот (61,42%) находится и в угле, окисленном 30%-ной перекисью водорода с 40%-ным гидроксидом натрия при их массовом соотношении уголь : H₂О₂ : NaOН = 1 : 1 : 0,05. Таким образом, окисление бурого угля Ангренского месторождения перекисью водорода в присутствии гидрооксида натрия позволяет повысить содержание гуминовых кислот в угле с 4,36% до 62%.

Таблица 2.

Выход продуктов окисления угля в зависимости от концентрации гидрооксида натрия

Нами также определено содержание функциональных групп в исходном, окисленном, остаточном углях и в гуминовых кислотах исходного и окисленного углей. В качестве окисленного угля был взят уголь, полученный при использовании 30%-ной Н₂О₂, 40%-ной NaOН и массового соотношения уголь : H₂О₂ : NaOН = 1 : 0,8 : 0,05. Функциональные группы выявлялись сорбционным методом, основанным на способности активных кислых групп, содержащихся в органической массе, реагировать с едким баритом и уксуснокислым кальцием в водной среде [4]. Результаты приведены в табл. 3.

Таблица 3.

Содержание функциональных групп в угле и продуктах его окисления перекисью водорода в щелочной среде

Как видно из данной таблицы, в результате окисления угля перекисью водорода в присутствии уксусной кислоты повышается содержание активных функциональных групп, причем как в самом окисленном угле, так и в его гуминовых кислотах. Если в исходном угле содержание карбоксильной группы составляло 0,56 мг-экв/г, а фенольного гидроксила – 1,638 мг-экв/г, то в окисленном угле эти цифры возросли до 4,24 мг-экв/г и 2,32 мг-экв/г соответственно, а в гуминовых кислотах окисленного угля – до 4,17 мг-экв/г и 4,21 мг-экв/г.

Таким образом, проведенное исследование показало, что окисление бурого угля Ангренского месторождения перекисью водорода в щелочной среде значительно повышает в нем содержание гуминовых кислот и активных функциональных групп.