Оценка продуктов термопереработки низкосортных углей и угольных шламов для обоснования эффективной технологии их использования и утилизации
В роботі наведені результати аналізу лабораторних досліджень термічної переробки вугільних шламів і низькосортного вугілля різних марок для обґрунтування оптимальних параметрів технології їх переробки та одержання цінних енергоресурсів у вигляді газового палива і будівельної сировини. In work result...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Геотехническая механика |
|---|---|
| Дата: | 2009 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2009
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33294 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Оценка продуктов термопереработки низкосортных углей и угольных шламов для обоснования эффективной технологии их использования и утилизации / Е.А. Слащева, В.Л. Приходченко, И.Л. Кратковский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 83. — С. 263-268. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-33294 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Слащева, Е.А. Приходченко, В.Л. Кратковский, И.Л. 2012-05-27T13:59:05Z 2012-05-27T13:59:05Z 2009 Оценка продуктов термопереработки низкосортных углей и угольных шламов для обоснования эффективной технологии их использования и утилизации / Е.А. Слащева, В.Л. Приходченко, И.Л. Кратковский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 83. — С. 263-268. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33294 662.156:622.784 В роботі наведені результати аналізу лабораторних досліджень термічної переробки вугільних шламів і низькосортного вугілля різних марок для обґрунтування оптимальних параметрів технології їх переробки та одержання цінних енергоресурсів у вигляді газового палива і будівельної сировини. In work results of laboratory researches of thermal reprocessing of coal slacks and low-grade coals of different grades for a substantiation optimum parametres of technology of their reprocessing and getting of valuable power resources in the form of gas fuel and building raw materials. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехническая механика Оценка продуктов термопереработки низкосортных углей и угольных шламов для обоснования эффективной технологии их использования и утилизации Estimation of products thermoprocessing of low-grade coals and coal slacks for substantiations of effective technology of their use and reprocessing Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Оценка продуктов термопереработки низкосортных углей и угольных шламов для обоснования эффективной технологии их использования и утилизации |
| spellingShingle |
Оценка продуктов термопереработки низкосортных углей и угольных шламов для обоснования эффективной технологии их использования и утилизации Слащева, Е.А. Приходченко, В.Л. Кратковский, И.Л. |
| title_short |
Оценка продуктов термопереработки низкосортных углей и угольных шламов для обоснования эффективной технологии их использования и утилизации |
| title_full |
Оценка продуктов термопереработки низкосортных углей и угольных шламов для обоснования эффективной технологии их использования и утилизации |
| title_fullStr |
Оценка продуктов термопереработки низкосортных углей и угольных шламов для обоснования эффективной технологии их использования и утилизации |
| title_full_unstemmed |
Оценка продуктов термопереработки низкосортных углей и угольных шламов для обоснования эффективной технологии их использования и утилизации |
| title_sort |
оценка продуктов термопереработки низкосортных углей и угольных шламов для обоснования эффективной технологии их использования и утилизации |
| author |
Слащева, Е.А. Приходченко, В.Л. Кратковский, И.Л. |
| author_facet |
Слащева, Е.А. Приходченко, В.Л. Кратковский, И.Л. |
| publishDate |
2009 |
| language |
Russian |
| container_title |
Геотехническая механика |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Estimation of products thermoprocessing of low-grade coals and coal slacks for substantiations of effective technology of their use and reprocessing |
| description |
В роботі наведені результати аналізу лабораторних досліджень термічної переробки вугільних шламів і низькосортного вугілля різних марок для обґрунтування оптимальних параметрів технології їх переробки та одержання цінних енергоресурсів у вигляді газового палива і будівельної сировини.
In work results of laboratory researches of thermal reprocessing of coal slacks and low-grade coals of different grades for a substantiation optimum parametres of technology of their reprocessing and getting of valuable power resources in the form of gas fuel and building raw materials.
|
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33294 |
| citation_txt |
Оценка продуктов термопереработки низкосортных углей и угольных шламов для обоснования эффективной технологии их использования и утилизации / Е.А. Слащева, В.Л. Приходченко, И.Л. Кратковский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 83. — С. 263-268. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT slaŝevaea ocenkaproduktovtermopererabotkinizkosortnyhugleiiugolʹnyhšlamovdlâobosnovaniâéffektivnoitehnologiiihispolʹzovaniâiutilizacii AT prihodčenkovl ocenkaproduktovtermopererabotkinizkosortnyhugleiiugolʹnyhšlamovdlâobosnovaniâéffektivnoitehnologiiihispolʹzovaniâiutilizacii AT kratkovskiiil ocenkaproduktovtermopererabotkinizkosortnyhugleiiugolʹnyhšlamovdlâobosnovaniâéffektivnoitehnologiiihispolʹzovaniâiutilizacii AT slaŝevaea estimationofproductsthermoprocessingoflowgradecoalsandcoalslacksforsubstantiationsofeffectivetechnologyoftheiruseandreprocessing AT prihodčenkovl estimationofproductsthermoprocessingoflowgradecoalsandcoalslacksforsubstantiationsofeffectivetechnologyoftheiruseandreprocessing AT kratkovskiiil estimationofproductsthermoprocessingoflowgradecoalsandcoalslacksforsubstantiationsofeffectivetechnologyoftheiruseandreprocessing |
| first_indexed |
2025-11-26T01:40:00Z |
| last_indexed |
2025-11-26T01:40:00Z |
| _version_ |
1850604245958524928 |
| fulltext |
"Геотехническая механика" 263
УДК 662.156:622.784
Е.А. Слащева, канд. техн. наук,
В.Л. Приходченко, канд. техн. наук,
И.Л. Кратковский, канд. техн. наук
(ИГТМ НАН Украины)
ОЦЕНКА ПРОДУКТОВ ТЕРМОПЕРЕРАБОТКИ НИЗКОСОРТНЫХ
УГЛЕЙ И УГОЛЬНЫХ ШЛАМОВ ДЛЯ ОБОСНОВАНИЯ
ЭФФЕКТИВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И
УТИЛИЗАЦИИ
В роботі наведені результати аналізу лабораторних досліджень термічної переробки ву-
гільних шламів і низькосортного вугілля різних марок для обґрунтування оптимальних пара-
метрів технології їх переробки та одержання цінних енергоресурсів у вигляді газового пали-
ва і будівельної сировини.
ESTIMATION OF PRODUCTS THERMOPROCESSING OF LOW-GRADE
COALS AND COAL SLACKS FOR SUBSTANTIATIONS OF EFFECTIVE
TECHNOLOGY OF THEIR USE AND REPROCESSING
In work results of laboratory researches of thermal reprocessing of coal slacks and low-grade
coals of different grades for a substantiation optimum parametres of technology of their reprocess-
ing and getting of valuable power resources in the form of gas fuel and building raw materials.
Уголь является ценным источником энергии и сырьем для химической про-
мышленности, обладает многими экономическими преимуществами – он доста-
точно дешев, его доказанные запасы в Украине составляют около 34 млрд.
тонн. Переработка угля повышает эффективность угледобывающей промыш-
ленности и снижает зависимость Украины от импорта энергетических ресурсов.
Обзор мировой энергетики [1] показывает, что Украина, обладая 3,8 % мировых
запасов угля, что соответствует 6-му месту в мире, недостаточно использует
свой потенциал по его полной переработке. Между тем в европейских странах
этому вопросу уделяют большое значение, поскольку уголь приобрел ярлык
«грязного топлива» из-за экологических проблем – загрязнения воздуха и грун-
товых вод, отчуждения больших земельных площадей для сооружения и со-
держания шламовых отстойников [2, 3].
Решение данной проблемы кажется достаточно очевидным, так как уголь-
ные шламы, складированные после обогащения в илонакопителях, содержат
большое количество полезных элементов и являются ценным сырьем, которое
может использоваться в разных отраслях промышленности. Однако, несмотря
на то, что шламы по своему составу уникальный и полезный материал, а необ-
ходимость их использования предопределена экологическими и экономически-
ми факторами, они не могут прямо использоваться в строительстве, поскольку
содержат значительное содержание органического углерода. То есть, с одной
стороны, шламы являются источником загрязнения в регионах, с другой сторо-
ны – они весьма перспективны в плане высвобождения дополнительных топ-
ливных ресурсов для энергетики (например, по данным 2008 г. в углеотходах
Червоноградской обогатительной фабрики содержание свободного углерода
264 Выпуск № 83
составляет от 48,1 % до 69,8 %).
Отходы флотации обладают рядом характеристик, которые дают значимые
преимущества при использовании их в качестве технологического сырья для
производства строительных материалов, это:
– высокая степень дисперсности, уменьшающая или полностью исключаю-
щая операции дробления;
– содержание в шламах значительного количества глинистых минералов и
органического углерода, позволяющее сократить расходы глины и топлива;
– высокое содержание железа или алюминия, заменяющие железистые или
алюмосиликатные составляющие сырьевой шихты.
Поэтому решение проблем переработки низкосортных углей и утилизации
отходов обогатительных фабрик является актуальной научной задачей, тре-
бующей обоснования параметров технологий их термической переработки.
Исследования ИГТМ им. Н. С. Полякова НАН Украины включали два взаи-
мосвязанных направления: определение рациональных параметров технологии
термообработки шламов Червоноградской ЦОФ и разработку путей использо-
вания полученных продуктов в строительстве [4, 5]. Такой подход обусловлен
химическим и минералогическим составом шламов, использование которых в
производстве стройматериалов без предварительной термообработки весьма
ограничено в связи со значительным содержанием органического углерода и
серы.
Серия лабораторных исследований проводилась с образцами проб гумусо-
вых и сапропелевых некондиционных углей западных регионов Украины, а
также шламов Червоноградской ЦОФ. Режим испытаний – высокоскоростной
ступенчатый пиролиз без доступа воздуха, с последующим анализом основных
продуктов термодеструкции. Температура нагрева изменялась в диапазоне
0-900 °С (рис. 1).
Как видно на рис. 1, а, при термодеструкции шламов до температуры 900 °С
наблюдается практически прямопропорциональная зависимость между увели-
чением температуры сжигания и объемом образующегося газа. Такая же зако-
номерность наблюдается при нагревании до 800 °С сапропелевого и гумусового
угля. Для гумусового угля при пиролизе до температур более 800 °С происхо-
дит уменьшение выхода летучих. Однако, как это видно из графиков, для шла-
мов и сапропелевого угля точка перегиба, после которой уменьшается выделе-
ние газа, еще не наступает.
Очевидно, что тенденцию изменения количества выделяемого при термоде-
струкции газа необходимо рассматривать совместно с его качественной харак-
теристикой. При этом с точки зрения энергетической ценности одной из самых
важных ее составляющих является теплота сгорания газа. Можно предполо-
жить (рис. 1, б, в), что наиболее перспективный момент отбора пиролизного га-
за для энергетических нужд, с учетом его состава, соответствует температуре
нагревания шламов до 800 °С, когда теплота сгорания достигает 21-22 МДж/м3,
что в 2,3-2,4 раза выше теплоты сгорания некондиционных углей.
Теплота сгорания газа, несомненно, зависит от его состава и на ее увеличе-
"Геотехническая механика" 265
ние, в основном, влияют количество водорода и метана, при этом теплота сго-
рания водорода в 2,4 раза больше метана. Как показано на рис. 2.1, в график те-
плоты сгорания газа, полученный при пиролизе шлама, практически синхронен
с графиком содержания в газе метана, но имеет несколько больший коэффици-
ент наклона в связи с ростом содержания водорода. Аналогичная тенденция по-
лучена для гумусового угля, на теплоту сгорания сапропелевого угля больше
влияет содержание водорода.
а б
в г
а – общий выход газов; б – энергетичность полученных газов; в –компоненты
газов (термодеструкция шлама); г – выход твердого остатка
Рис. 1 – Результаты анализа термодеструкции шламов и некондиционных углей:
Для термодеструкции шламов, как было уже отмечено, переломной является
точка нагревания ≈ 800 °С (рис. 1, в). При превышении этой температуры со-
держание метана начинает резко падать, в то время как содержание водорода
значительно возрастает. Этот факт необходимо учитывать при разработке эф-
фективных технологий переработки, в которых предполагается использование
синтезированных газов в энергетических или других целях.
Наибольшая интенсивность уменьшения массы проб в ходе термодеструк-
266 Выпуск № 83
ции выявлена при температурном интервале 400-600 °С (рис. 1, г). Например,
изменение массы шлама в этом интервале в 2,5 раза больше, чем при дальней-
шем нагревании до 900 °С. Можно предположить, что первоначально, в проме-
жутке 0-400 °С происходит испарение свободной гравитационной влаги, а в ин-
тервале 400-600 °С – молекулярно связанной влаги, которая обладает слабыми
нестойкими межмолекулярными связями.
Следует отметить, что в процессе пиролиза общее уменьшение количества
шламов и некондиционного угля не превышает 30 %. Это ставит на первый
план задачу утилизации твердых отходов термодеструкции, а, следовательно,
требует применения комплексной технологии, основанной на тесной взаимо-
связи между параметрами процесса термообработки исходного сырья и направ-
лением использования твердого остатка исходя из его химического и фракци-
онного анализа. Таким образом, термодеструкция шламов и некондиционного
угля должна проводиться с учетом направления дальнейшего использования
твердого остатка в промышленности с получением необходимых показателей.
Для определения содержания химических компонентов в золе шламов и не-
кондиционного угля, скорости их изменения в процессе пиролиза и соответст-
вия нормативным документам по использованию золы в промышленности, бы-
ли проведены химические анализы золы, полученной при разных температурах
(табл. 1). Эти данные подтверждают рациональность корректировки химиче-
ских параметров еще в процессе пиролиза для получения твердого остатка с за-
данными свойствами, особенно в случаях, когда значение показателя близко к
значению, утвержденному ГОСТом. Например, при повышении температуры
термодеструкции вяжущие свойства золы изменяются несущественно и увели-
чение СаО не сделало из кислой золы основную, тем не менее, уменьшение со-
держания SO3 представляет практический интерес с точки зрения производства
целого комплекса строительных материалов.
Таблица 1 – Химический состав золы шламов и некондиционного угля (масс.%)
при различных параметрах пиролиза
Образец
Т-ра,
°С
SiO2
Al2O3+Fe2O3+
+TiO2
Fe2O3 SO3 CaO MgO
K2O+
+Na2O и др.
900 47,3 46,7 20,0 0,5 2,3 2,2 1,0 Зола сапро-
пел. угля 1100 48,0 47,3 20,4 0,5 3,2 1,0 0,1
900 34,0 36,7 24,4 0,6 22,1 6,7 0,1 Зола гуму-
сов. угля 1100 34,6 32,2 16,0 0,5 31,3 1,2 0,1
900 45,7 37,3 15,4 2,2 6,8 1,97 6,1
900 42,9 34,12 10,4 2,8 5,0 2,5 12,6 Шлам
1100 53,5 37,3 12,6 1,1 5,7 2,4 0,1
На поляризационном микроскопе МП-2, снабженного интеграционным сто-
ликом ИСА, при увеличении в 1000× были изучены пробы усредненного ис-
ходного шлама и усредненные пробы золы, полученные при термопереработке
до температуры 1000 °С.
Предварительные исследования показали, что в состав шламов входит 30-37
"Геотехническая механика" 267
% органических веществ (углефицированный детрит, угольная пыль),
61-68 % золы и 2-2,2 % серы. Глинистых частиц выявлено от 10 % до 70 %.
Соотношение основных минералов следующее: гидрослюда – 40 %, каолинит
– 20 %, силикаты – 23 %, хлорит – 17 %.
На рис. 2, а, б показаны фотографии исходного усредненного шлама (увели-
чение в 1000×). Отчетливо видны гидрослюды и частички угольной пыли. Гид-
рослюды представляют собой частицы многоугольной формы с относительно
прямыми гранями, белого, местами прозрачного цвета. Угольная пыль – части-
цы неправильной формы черного цвета «бархатной» структуры.
а б
в г
Рис. 2 – Фотографии проб до и после термодеструкции (поляризационный микроскоп,
увеличение 1000×): а, б – исходный шлам; в, г – зола шлама.
В результате пиролиза шлама до 1000 °С была получена зола – рис. 2, в, г
(при том же увеличении). Как видно на рисунках, наблюдается отсутствие
угольных частиц, так как произошло практически полное выгорание свободно-
го углерода. Его содержание в золе является важным параметром при дальней-
шем использовании золы в строительстве и поэтому требует точного количест-
венного определения.
268 Выпуск № 83
Гидрослюды представлены в значительно меньшем объеме, что связано с их
частичным плавлением при нагревании. При нагревании гидрослюды теряют
молекулярную воду и увеличиваются в объеме, так как при этом вскипающая и
удаляющаяся вода раздвигает межпакетные промежутки. Это явление обуслав-
ливает перспективность применения содержащих гидрослюды материалов в
строительной промышленности.
Хорошо различимые в поле зрения микроскопа бурые включения в пробах
шлама предполагают присутствие в составе комплекса минералов группы кар-
бонатов. В мелкой фракции преобладают капельки стекла размером от 3 до 5
мкм, большая часть из которых прозрачна. Однако их значительно меньше, чем
можно наблюдать в высококальциевой золе.
Анализ фотографий позволил уточнить минералогический и фракционный
состав шламов и золы, определить изменения минералогического состава в
процессе термопереработки шламов.
Таким образом, для обоснования эффективной технологии переработки низ-
косортных углей и угольных шламов необходимо использовать комплексный
подход, который должен включать параллельные исследования параметров
термодеструкции и технологии получения твердого остатка с заданными хими-
ческими показателями, соответствующими наиболее перспективным направле-
ниям его использования в качестве строительного сырья.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. BP Statistical Review of word Energy = Статистический обзор мировой энергетики [Електронний ресурс] /
– Режим доступа: www/ URL: http://thefraserdomain.typepad.com/ energy/2007/06/bp_2007_statist.html/, June 18,
2007. – Загл. с экрана.
2. Корчевой, Ю. П. Экологически чистые угольные энерготехнологии [Текст] / Ю. П. Корчевой, А. Ю.
Майстренко, А. И. Топал. – К.: Наукова думка, 2004. – 186 с.
3. Глущенко, И.М. Теоретические основы технологии твердых горючих ископаемых: Учебн. пособие для
ВУЗов [Текст] / И.М. Глущенко. – К: Вища школа, 1980. – 256 с.
4. Оценка возможности переработки углей Украины в синтетическое жидкое топливо [Текст] /
А.Т. Курносов, С.А. Курносов, В.Л. Приходченко, Н.В. Коваль // Геотехническая механика: межвед. сб. науч.
тр. – Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2006. – № 67. – С. 210-216.
5. Приходченко, В.Л. Лабораторное изучение процессов термодеструкции углей Украины [Текст] /
В. Л. Приходченко, С.А. Курносов, Н.В. Коваль // Геотехническая механика: межвед. сб. науч. тр. – Днепропет-
ровск: ИГТМ НАНУ, 2006. – № 64. – С. 78-84.
|