Окисление бурого угля Ангренского месторождения перекисью водородом в щелочной среде

Oxidation of the brown coal of the Angren deposit by hydrogen peroxide in the alkaline environment
Цитировать:
Окисление бурого угля Ангренского месторождения перекисью водородом в щелочной среде // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Ганиев П.Х. [и др.]. 2018. № 9 (54). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/6367 (дата обращения: 09.08.2020).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

В статье изучен процесс окисления бурого угля Ангренского месторождения перекисью водорода в щелочной среде в зависимости от концентрации перекиси водорода, продолжительности и весового соотношения угля к перекиси водорода. Показано, что повысить содержание гуминовых кислот в угле с 4,1% до 62,7% можно, если проводить окисление 30%-ной Н2О2 в течение 2 часов при весовом соотношении органической части угля к перекиси водорода, равном 1 : 0,8.

ABSTRACT

The process of oxidation of brown coal from the Angren deposit by hydrogen peroxide in an alkaline medium is studied, depending on the concentration of hydrogen peroxide, duration and weight ratio of coal: H2O2. It is shown that an increase in the content of humic acids in coal from 4.1% to 62.7% is possible if oxidation of 30% H2O2 is carried out for 2 hours at a weight ratio of the organic part of the coal to hydrogen peroxide of 1: 0, 8.

 

Ключевые слова: бурый уголь, окисленный уголь, гуминовая кислота, фульвокислоты, перекись водорода, гидрооксид натрия.

Keywords: brown coal, oxidized coal, humic acid, fulvic acids, hydrogen peroxide, sodium hydroxide.

 

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

Соотношение Уголь : Н2О2 : NaOH

Выход продуктов окисления, %

Определяемые компоненты в % к органической части окисленного угля

Щелоче-растворимые вещества

Гуминовые

Кислоты

Фульво-

кислоты

Остаточный

уголь

Концентрация перекиси водорода 10%

1 : 0,1 : 0,05

101,63

22,1

19,89

2,21

77,9

1 : 0,2 : 0,05

103,46

29,49

26,98

2,51

70,51

1 : 0,3 : 0,05

104,67

35,38

32,56

2,82

64,62

1 : 0,4 : 0,05

105,31

40,37

37,32

3,05

59,63

1 : 0,5 : 0,05

105,69

43,09

39,95

3,14

56,91

1 : 0,6 : 0,05

106,01

45,41

42,19

3,22

54,59

Концентрация перекиси водорода 20%

1 : 0,1 : 0,05

102,49

26,78

24,35

2,43

73,22

1 : 0,2 : 0,05

104,01

35,77

32,86

2,91

64,23

1 : 0,3 : 0,05

105,28

42,82

39,59

3,23

57,18

1 : 0,4 : 0,05

106,35

47,51

44,05

3,46

52,49

1 : 0,5 : 0,05

107,01

50,54

46,95

3,59

49,46

1 : 0,6 : 0,05

107,41

51,81

48,19

3,62

48,19

Концентрация перекиси водорода 30%

1 : 0,1 : 0,05

103,22

31,32

28,64

2,68

68,68

1 : 0,2 : 0,05

105,49

40,97

37,65

3,32

59,03

1 : 0,3 : 0,05

107,12

48,17

44,39

3,78

51,83

1 : 0,4 : 0,05

108,25

52,72

48,64

4,08

47,28

1 : 0,5 : 0,05

109,01

55,2

50,95

4,25

44,8

1 : 0,6 : 0,05

109,41

55,51

51,19

4,32

44,49

 

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

Соотношение Уголь : Н2О2 : NaOH

Выход продуктов окисления, %

Определяемые компоненты в % к органической части окисленного угля

Щелоче-растворимые вещества

Гуминовые

Кислоты

Фульво-

кислоты

Остаточный

Уголь

Концентрация перекиси водорода 30% (NaOH 20%)

1 : 0,4 : 0,05

101,82

49,47

46,57

2,9

50,53

1 : 0,6 : 0,05

105,34

55,02

51,83

3,19

44,98

1 : 0,8 : 0,05

107,85

58,85

55,47

3,38

41,15

1 : 1,0 : 0,05

109,31

61,64

58,18

3,46

38,36

Концентрация перекиси водорода 30% (NaOH 40%)

1 : 0,4 : 0,05

102,64

49,64

46,61

3,03

50,36

1 : 0,6 : 0,05

109,85

56,21

52,96

3,25

43,79

1 : 0,8 : 0,05

114,72

64,84

 61,42

3,42

35,16

1 : 1,0 : 0,05

116,82

66,48

62,70

3,78

33,52

 

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

Вещество

Влага,

%

Зола,

%

Функциональные группы

СOOH+OH,

мг-экв/г

COOH,

мг-экв/г

OH,

мг-экв/г

Исходный уголь

4,2

14,21

2,198

0,56

1,638

Окисленный уголь

7,19

9,12

6,56

4,24

2,32

ГК исходного угля

1,91

7,18

7,79

3,37

4,42

ГК окисленного угля

4,22

4,25

8,38

4,17

4,21

Остаточный уголь исходного угля

5,61

16,42

3,53

0,34

3,19

Остаточный уголь окисленного угля

3,92

20,32

2,21

1,42

0,79

 

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.

 

Список литературы:
1. Усанбаев Н., Намазов Ш.С., Беглов Б.М. Окисление бурого угля Ангренского месторождения азотной кис-лотой // Химическая промышленность. – СПб., 2006. – Т. 83, № 2. – С.55–61.
2. Усанбаев Н.Х., Намазов Ш.С., Беглов Б.М. Окисление бурого угля Ангренского месторождения азотной кислотой в присутствии уксусной кислоты // Химия и химическая технология. – 2014. – № 4. – С.14–17.
3. Усанбаев Н.Х., Намазов Ш.С., Беглов Б.М. Окисление бурого угля Ангренского месторождения перекисью водорода в присутствии уксусной кислоты // Химическая промышленность. – 2015. – Т. 92, № 2. – С. 55–60.
4. Данченко Н.Н. Функциональный состав гумусовых кислот: определение и взаимосвязь с реакционной спо-собностью: дис. … канд. хим. наук. – М., 1997. – С. 109–110.

 

Информация об авторах

Заведующий лабораторией «Фосфорных удобрений», доктор технических наук, профессор, Институт общей и неорганической химии АН Республики Узбекистан. 100170, г. Ташкент, Узбекистан, ул. Мирзо Улугбека, 77-а.

Head of «Phosphate fertilizers» laboratory, Doctor of science, professor Institute of General and Inorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, 100170, Uzbekistan, Tashkent, Mirzo Ulugbek str., 77-a

старший научный сотрудник-соискатель, Институт общей и неорганической химии АН РУз, 100170, Узбекистан, Ташкент, ул. Мирзо Улугбек, 77-а

главный научный сотрудник, Институт общей и неорганической химии АН Республики Узбекистан, 100170, Узбекистан, г. Ташкент, ул. Мирзо Улугбек, 77-а

Main scientific researcher, Institute of General and Inorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, 100170, Uzbekistan, Tashkent, Mirzo Ulugbek str., 77-a

младший научный сотрудник, Институт общей и неорганической химии АН РУз, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Junior research Scientist, Institute of general and inorganic chemistry AN RUZ, Uzbekistan, Tashkent

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович.
Top