Определение физико-механических свойств и химического состава углей Ангренского месторождения

АННОТАЦИЯ

В статье приводятся результаты исследования по определению физико-механических свойств и химического состава углей марок 2БР-Б2 и 2БОМСШ-Б2. Изучены плотность, насыпная плотность, механическая прочность, зольность, влажность и содержание серы углей. А также определено количество минеральных компонентов углей.

ABSTRACT

The article presents the results of a study to determine the physicomechanical properties and chemical composition of coals of grades 2БР-Б2 and 2БОМСШ-Б2. The density, bulk density, mechanical strength, ash, moisture, and sulfur content of coals were studied. And also determined the amount of mineral components of coal.

Ключевые слова: каменный уголь, бурый уголь, плотность, насыпная плотность, механическая прочность, влажность, зольность, сера.

Keywords: coal, brown coal, density, bulk density, mechanical strength, moisture, ash, sulfur.

Введение. Каменный и бурый уголь играет важную роль в мировой энергетической системе. По литературным данным, запасы угля составляют 90-97% от общих ресурсов ископаемого топлива земли, в то время как нефть и газ составляют лишь 3-10% [1].

Республика Узбекистан располагает разведанными запасами угля в количестве 1890 млн. т., в том числе бурого – 1843 млн. т., каменного – 47 млн. т. Прогнозные ресурсы составляют около 5 млрд. т., в том числе каменного – 1 млрд. т. [2].

Разделения и адсорбционная очистка газов, рекуперация летучих органических растворителей, очистка и осветления растворов осуществляется с помощью различными мелкопористыми сорбентами, такими как силикагели, природные и синтетические цеолиты, алюмогели, пористые стекла, иониты. Однако только активированные угли и их модифицированные виды в полной мере отвечают требованиям, предъявляемым к твердому поглотителю [3-6]. Согласно мировой практики каменный уголь служить хорошим сырьем для получения активированного угля. 

В настоящее время в Республики переработка и обогащение угля, для промышленного использования является актуальной проблемой. Изданные Указы Президента РУз «Углубление экономических реформ в энергетике РУз» от 22.02.2001 г. об увеличении доли использования угля в топливо-энергетическом балансе экономики Республики и Постановления Кабинета Министров РУз «О мерах по осуществлению первого этапа перевооружения угольной отрасли РУз» № 203 от 02.05.2001 г., а также «Инвестиционная программа РУз на 2002 год» № 457 от 22.11.2001 г. необходимы и своевременные.

Добычу угля ведут три основных угледобывающих предприятий, которые его перерабатывают: Ангренское месторождение бурых углей, Шаргуньское и Байсунское месторождения каменных углей.

Ангренское месторождение содержит около 1 млн. тонн запасов бурого угля разных марок. Марки 2БР-Б2 и 2БОМСШ-Б2 угли имеют высокую зольность и непригодна для использования. Когда в Республике растет спрос на топливо, особенно на уголь, обогащение и поставка этих образцов угля для промышленного использования является актуальной проблемой.

Учитывая вышеизложенного в настоящей работе ставилась цель – изучение физико-механических свойств и химического состава углей Ангренского месторождения.

Объекты и методы исследования. В качестве объекта исследования были использованы бурые угли марки 2БР-Б2 и 2БОМСШ-Б2 Ангренского месторождения.

В работе использованы современные и классические методы исследования, позволяющие определить физико-механические свойства и химический состав углей, а также методы исследования согласно ГОСТам.

Результаты исследований. В ходе исследования определены плотность, насыпная плотность, механическая прочность, зольность, влажность и содержание серы углей марки 2БР-Б2 и 2БОМСШ-Б2, а также анализирован их химический состав.

Плотность угля – это отношение его массы к объему. Истинная плотность – это количественное выражение соотношения массы тела, лишенного воздуха и не связанной с ним воды, к ее объему [7].

Определена действительная плотность углей марки 2БР-Б2 и 2БОМСШ-Б2 и получены следующие результаты (табл. 1).

Таблица 1.

Действительная плотность углей

Насыпная плотность определяется количественным отношением последнего к объему, заполненному свободным или спрессованным наполнителем, т.е. в стакане, вагоне, бункере или другой таре. Он варьируется в очень широком диапазоне и зависит от плотности, одинакового размера, состава сита и влажности угля [7].

Результаты определения насыпной плотности углей 2БР-Б2 и 2БОМСШ-Б2 приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Насыпная плотность углей

Механическая прочность углей характеризуется раздавливанием, хрупкостью, твердостью, временным сопротивлением сжатию, а также термической стабильностью (для антрацитов). Общий показатель – показатель механической прочности. Его находят путем разрушения образцов угля с размером частиц от 13 до 100 мм во вращающемся закрытом барабане. По истечении заданного времени измельчения определяется оставшаяся неразрушенная масса деталей (точность выше нижнего предела проверяемого класса). Для соответствующих сортов отсортированного угля, выраженного в процентах от массы, загруженной на барабан, выход последнего является показателем механической прочности. Наибольшей механической прочностью обладают антрациты, наименьшей – бурые и битуминозные угли (Ж, К, ОС) в средней стадии метаморфизма. Механическая мощность определяет состав грохота добытого угля, изменение процессов его транспортировки, хранения и обогащения, а также образование шлама, влияет на выбор процессов и схем обогащения [7].

Механическую прочность углей определяют по ГОСТ 15490-70 [8].

Определена механическая прочность на истирание углей 2БР-Б2 и 2БОМСШ-Б2, результаты которых приведены в таблице 3.

Таблица 3.

Механическая прочность углей

Зольность углей определяют по ГОСТ 11022-95. Сущность метода заключается в золении навески угля в муфеле и прокаливании зольного остатка до постоянной массы при температуре 850-875°С и определении массы зольного остатка в процентах к массе навески образца. Определение зольность ускоренным методом производится по ГОСТ 11022-95 [9]. Зольность углей 2БР-Б2 и 2БОМСШ-Б2 определена по ГОСТ 11022-95. Полученные результаты приведены в таблице 4.

Таблица 4.

Зольность углей

Влажность (содержание влаги) углей (W^r) – определяют путем сушки образца в печи при 105-110°C в течение 60 минут и расчета потери веса (%) образца. Влажность угля зависит от влажности района добычи, условий транспортировки, обогащения и хранения. Влага снижает тепловую ценность углей, ухудшает условия и результаты сортировки углей по крупности, делает уголь склонным к самовозгоранию [7].

В таблице 5 приведены результаты определения влажности углей 2БР-Б2 и 2БОМСШ-Б2.

Таблица 5.

Влажность углей

Общая сера, содержащаяся в углях, состоит из колчеданной S, сульфатной SО₃, и органической S₈ серы. Колчеданная сера встречается в углях в виде отдельных зерен и крупных кусков минералов пирита и марказита. При выветривании угля в шахтах, разрезах и на поверхности колчедан окисля­ется и образует сульфаты. Сульфатная сера содержится в углях, главным образом в виде сульфатов железа FeSО₄ и кальция CaSО₄. Органическая сера входит в состав органической массы угля. Содержание общей серы и ее разновидной в топливе определяют по ГОСТ 8606-93.

Содержание общей серы определяют сжиганием навески топлива со смесью окиси магния и углекислого натрия (смесь Эшка), растворением образовавшихся сульфатов, осаждением сульфат-иона в виде сернокислого бария, определением массы последнего и пересчетом его на массу серы. Содержание сульфатной серы определяют растворением сульфатов, содержащихся в топливе, в дистиллированной воде, осаждением сульфат-иона в виде сернокислого бария, определением массы последнего и пересчетом его на массу серы. Содержание колчеданной серы определяют обработкой пробы топлива разбавленной азотной кислотой и растворением в ней сульфатов, образовавшихся при окислении колчедана азотной кислотой с последующим осаждением сульфат-иона в виде сернокислого бария, определением массы последнего и пересчетом его на массу серы. Содержание колчеданной серы определяется по разности между содержанием серы, извлекаемой из топлива азотной кислотой и водой [10,11]. Содержание серы в углях 2БР-Б2 и 2БОМСШ-Б2 представлено в таблице 6.

Таблица 6.

Содержание серы в углях

Из данных приведенных в таблице видна, что содержание серы в углях повышенное. Поэтому следует снизить содержание серы во время переработки углей.

Химический состав углей. Органическая масса угля характеризуется его элементным составом (углерод, водород, кислород, содержание азота), согласно которому состав продуктов сгорания, эффективность продуктов термического разложения, теоретическая температура сгорания и теплота сгорания могут быть определены с достаточной аппроксимацией [12].

Основные элементы, составляющие органическую массу (углерод, водород, кислород), также входят в состав минеральных соединений, которые попадают в газовую фазу вместе с элементами органической массы, которые частично анализируются в ходе химического анализа. В связи с этим элементный состав, определенный стандартными методами, примерно отражает реальный состав органического вещества [12].

После анализа элементного состава углей 2БР-Б2 и 2БОМСШ-Б2 выяснилось, что угли в чистом виде пригодны для использования. Результаты анализа приведены в таблице 7.

Таблица 7.

Элементный состав углей

Минеральные компоненты углей. Основными элементами, составляющими минеральную часть угля, являются кремний (Si), алюминий (Al), кальций (Ca), магний (Mg), титан (Ti), калий (K) и натрий (Na). Минералы, присутствующие в угле и сопровождающих его породах. Угли многих месторождений в основном содержат следующие классы минералов: силикаты, оксиды, карбонаты, сульфиды. Реже встречаются сульфаты, галогениды и др. [13].

Исходя из химического состава золы углей, определяется способ очистки их для подготовки к дальнейшему переработку. Оксид кремния и алюминия являются основными частями золы. Химический состав золы углей 2БР-Б2 и 2БОМСШ-Б2 приведен в таблице 8.

Таблица 8.

Химический состав золы углей

Заключение

В результате изучения физико-механических свойств и химического состава углей марки 2БР-Б2 и 2БОМСШ-Б2 сделаны следующие выводы:

1. В результате анализа насыпной плотности исходных образцов углей выявлено, что насыпная плотность углей выше нормы стандарта. Это означает количество инородных веществ выше в углях.

2. Установлено высокое содержание серы в углях, в следствии чего, необходимо снизить содержание серы для дальнейшей переработки углей.

3. Также установлена высокая зольность образцов углей 2БР-Б2 и 2БОМСШ-Б2. Установленный состав золы аналогичен природному минеральному каолину.

Список литературы:

1. Беловолов В.В., Бочков Ю.Н., Давыдов М.В Техника и технология обогащения углей. – М.: Наука, 1995. – 622 с.
2. Васильев В.П., Морозова Р.П., Кочергина Л.А. Практикум по аналитической химии: Учебн. Пособие для вузов. – М.: Химия, 2000. – 328 с.
3. ГОСТ 15490-70 Угли бурые, каменные, антрацит и термоантрацит. Методы определения механической прочности.
4. ГОСТ 11022-95 (ИСО 1171-97) Топливо твердое минеральное. Методы определения зольности.
5. Истангулова А.А. Управление качеством добытого угля в системе «Добычной забой-тэс» на базе многофакторной геометризации // Магистерская диссер. Ташкентский Государственный Технический Университет имени И. Каримова. – Ташкент, 2010.
6. Хурсанов Х.П. Угольная промышленность Узбекистана: Этапы становления, пути развития и перспективы // Горный вестник Узбекистана. – 2008. – № 1 (32). – С. 4-9.
7. Хайитов, Р.Р., Нарметова Г.Р. (2016). Активированные угли из местного сырья для регенерации алканоламинов очистки природного газа взамен сорбента АГ-3. Мир нефтепродуктов. Вестник нефтяных компаний, (11), 23-26.
8. Rustamjonovich Kh.R., Rozukulovna N.G. (2016). Production of activated coal from the pits of apricots and peach for the adsorption purification of the waste Diethanolamine. Austrian Journal of Technical and Natural Sciences, (7-8).
9. Rustamjonovich Kh.R., Rozukulovna, N.G., Eshbaevich Sh.B. (2016). Regeneration of activated carbon used in adsorption purification of alkanolamines. Austrian Journal of Technical and Natural Sciences, (7-8).
10. Khayitov R., Narmetova, G. (2016). Regeneration of alkanolamines used in natural gas purification. Journal of Chemical Technology & Metallurgy, 51(3).
11. http://ea.donntu.org:8080/bitstream/123456789/11096/1/TehnObUglei.pdf/
12. International Energy Outlook 2002. – Washington: Energy Information Administration. U.S. Department of Energy, 2002. – 285 p.