Улучшение качества бурых углей марки 2БР-Б2 и 2БОМСШ-Б2 с помощью химической обработки

АННОТАЦИЯ

Существует множество энергетических ресурсов. Один из них – высококачественный бурый уголь, который широко используется в машиностроении, металлургии и др. отраслях промышленности мира. Он является энергоэффективным и недорогим топливом. Из-за невысокого качества – высокого уровня зольности – некоторые из них не могут использоваться в промышленности.

В результате проделанных лабораторных исследований снижена зольность низкокачественного бурого угля на 17–20% с выбранным реагентом – соляной кислотой (HCl) 2БР-Б2 и 2БОМСШ-Б2 (в месторождения Узб. Ангрена) за счет химической обработки. Для этого изначально были изучены свойства угля, его химический состав, и на этой основе был выбран химический реагент для обработки угля.

ABSTRAСT

There are many energy resources. One of them is high-quality brown coal, which is widely used in mechanical engineering, metallurgy, and other industries of the world. It is an energy efficient and inexpensive fuel. Due to not high quality - high ash level, some of them cannot be used in industry.

As a result of laboratory studies, the ash content of low-quality brown coal was reduced by 17–20% with the selected reagent - hydrochloric acid (HCl). 2БР-Б2 and 2БОМСШ-Б2 (in the Uzbek. Angrena field) due to chemical treatment. For this, the properties of coal and its chemical composition were initially studied, and on this basis a chemical reagent was selected for processing coal.

Ключевые слова: зольность, топливо, бурый уголь, теплота сгорания, соляная кислота, минеральный состав, химическая обработкa.

Keywords: ash content, fuels, calorific value, hydrochloric acid, mineral composition, chemical treatment.

Ограниченные энергетические ресурсы, рост населения и развитие современных технологий увеличивают спрос на энергию и создают потребность в эффективном использовании доступных энергетических ресурсов [2].

В настоящее время существует несколько энергетических ресурсов, в том числе высококачественный бурый уголь, который широко используется во многих отраслях промышленности мира (машиностроение, металлургия) в качестве энергоэффективного и недорогого топлива. Однако не весь добываемый уголь имеет высокое качество, некоторые виды угля не могут использоваться в качестве топлива в промышленности из-за высокого уровня зольности [4].

В частности, Ангренское месторождение угля в Узбекистане содержит около 2 миллиардов тонн различных видов бурого угля марки 2БР-Б2 и 2БОМСШ-Б2 с запасами в 1 миллион тонн, также некачественных [1]. Изучены эффективность методов химической обработки для улучшения качества этих высокозольных типов бурого угля.

Изначально исследован основной показатель качества угля – теплота сгорания. Эксперименты показали, что теплота сгорания угля низкая.

Таблица 1.

Теплота сгорания бурого угля марки 2БР-Б2 и 2БОМСШ-Б2

Теплота сгорания угля является важным показателем, на который влияют несколько факторов. Основные из них – количество негорючих минеральных веществ в углях [3].

Было исследовано количество минеральных веществ в угле и обнаружена высокая зольность (35–60%). Она также снижает теплоту сгорания угля, что приводит к чрезмерным экономическим затратам (увеличение транспортных затрат и избыток кислорода) [5].

Следовательно, необходимо повысить теплоту сгорания угля и минимизировать минеральные примеси, чтобы улучшить его качество. Для этого было исследовано содержание состава золы и определен химический состав (таблица 2).

Таблица 2.

Минеральный состав золы углей марки 2БР -Б2 и 2БОМСШ-Б2

Как видно из таблицы, многие компоненты в золе (Fe₂O₃, CaO, MgO, Na₂O, K₂O) хорошо растворимы в кислотах. Поэтому при выборе химического реагента для обогащения угля было изучено влияние различных кислот на бурый уголь. Поскольку эти соединения также растворяются в воде, уголь изначально обогащался водой, чтобы снизить потребление кислоты.

Таблица 3.

Зольности бурого угля марки 2БР-В2 и 2БОМСШ-Б2 после обогащения водой (%)

Во время обработки воды различные растворимые в воде минеральные вещества очищаются от угля, включая сульфат, карбонат, калий и небольшое количество ионов кальция и магния. Было обнаружено, что при обогащении углей с помощью воды зольность углей может быть уменьшена на 5–7%.

Соляная кислота (HCl) была выбрана для кислотной обработки угля. Поскольку другие кислоты, такие как сульфат и фосфат, могут образовать нерастворимые соли в воде с некоторыми ионами, содержащимися в угольной золе, и увеличить количество минералов.

Были исследованы зависимость концентрации кислот и зольность углей. Результаты показаны на графике 1.

График 1. Зависимость концентрации кислот и зольность углей

Результаты показывают, что с увеличением концентрации кислоты зольность угля снижается.

Было обнаружено, что при обработке углей марок 2БР-Б2 и 2БОМСШ-Б2 с 1М HCl зольность понижена до 12–13% из-за растворения главным образом соединения кальция и магния, частично железом и алюминием (таблица 4). При дальнейшем повышении концентрации HCl результат не изменился. Поэтому лучше всего использовать низкие концентрации кислотных и обогащающих реагентов.

Таблица 4.

Зольности бурого угля марки 2БР-Б2 и 2БОМСШ-Б2 после кислотного (HCl) обогащения

Еще одним показателем качества угля является состав газов, выбрасываемых в атмосферу при сжигании угля. Целесообразно, чтобы эти газы не содержали вредных для окружающей среды веществ. Когда сера и ее соединения сжигаются, образуются различные токсичные газы (такие газы могут образовывать кислотные дожди в воздухе), поэтому содержание серы в топливе является важным фактором для окружающей среды. Изучение состава бурого угля марок 2БР-Б2 и 2БОМСШ-Б2 показало наличие нескольких соединений серы (FeS₂, CaSO₄, FeSO₄) и элементарной серы. Определен общий процент серы в угле (таблица 5).

Таблица 5.

Содержание серы (%) в буром угле марок 2БР-Б2 и 2БОМСШ-Б2

Известно, что, когда эти вещества нагреваются (разлагаются CaSO₄, FeSO₄) или сгорают (FeS₂, S), оксид серы-(II) (SO₂) выбрасывается в атмосферу. По этой причине уголь также должен быть очищен от соединений серы.

Наши эксперименты показали, что негорючие минералы в угле снижают качество угля и снижают теплоту сгорания. Серосодержащие соединения (S), содержащиеся в газах сгорания, выделяют токсичный газ при сжигании угля. Также было выявлено значительное снижение содержания золы угля (на 17–20%) и очистка соединений серы путем химической обработки высокозольных углей марок 2БР-Б2 и 2БОМСШ-Б2. Поэтому химическая обработка минеральных примесей эффективна, но из-за высокой стоимости химических реагентов и затрат на промывку делается вывод, что лучше всего использовать низкие концентрации кислотных и обогащающих реагентов.

Список литературы:
1. Зотов Б.И. Безопасность жизнедеятельности на производстве : учебник / Б.И. Зотов, В.И. Курдюмов. – М. : Колос, 2000. – 424 с.
2. Колдаев А.А., Безделига Н.Я. Метасоматиты Ангренского каолин-буроугольного месторождения // Geologya va mineral resurslar. – 2005. – С. 23–27.
3. Федотов К.В., Никольская Н.И. Проектирование обогатительных фабрик : учебник для вузов. – М. : Горная книга, 2012. – 536 с.
4. Хурсанов Х.П. Угольная промышленность Узбекистана: этапы становления, пути развития и перспективы // Горный вестник Узбекистана. – 2008. – № 1 (32). – С. 4–9.
5. International Energy Outlook 2002. – Washington : Energy Information Administration. U.S. Department of Energy, 2002. – 285 p.