| Углистые породы Днепровского буроугольного бассейна как сырье для энергетики и химической промышленности.
В.И. Саранчук, Г.П. Маценко, В.А. Тамко, И.И. Швец
Введение
Углистые породы – высокозольные углистые образования, которые залегают в основном в кровле буроугольного пласта. Их количество достигает 50 % от добываемого угля. При добыче угля они отгружаются в отвалы.
Днепровский буроугольный бассейн, расположенный в центральной части Украины, объединяет более 150 месторождений бурого угля, площадью от единиц до 200-400 км2, простирающихся в основном по правобережью р. Днепр. Промышленное значение имеют около 55 месторождений в основном в Александрийском буроугольном районе Днепропетровской и Кировоградской областях. Разведанные запасы угля 2.4 млрд. т.
Промышленная угленосность связана с отложениями бучакского яруса палеогена (средний эоцен). Угленосные отложения бучакского яруса по литологическим признакам разделяются на три толщи (горизонта): подугольную, угольную и надугольную.
Подугольную толщу составляют средние и крупнозернистые серые пески, переходящие вверху в мелкозернистые темно-бурые углистые, линзы глин, каолинов, редко мелкие прослойки угля. Максимальная мощность горизонта 25 м, преобладающая 6-8 м.
Угольная толща представляет единственную образовавшуюся более менее одновременно залежь бурого угля представляющую один пласт простого или сложного строения, реже 2-3 пласта, разделенных углистыми песками, углистыми глинами, прослоями песка. Мощность и строение угольной залежи не выдержаны, резко изменяются с переходом угля в углистые породы, высокозольные угли (в основном в верхней части залежи).
Надугольная толща сложена углистыми глинами, углистыми песками с прослоями глин, песков, линз и прослоев угля. Общая мощность бучакских отложений не превышает 40-45 м, часто 10-15 м [1].
Углистые глины и пески отнесены к категории горных пород только потому, что содержание золы в них больше 40 %. Если бы эта условная граница была принята равной 50 % то запасы угля на некоторых месторождениях выросли бы в 1.5-2.0 раза, а объем вскрыши сократился бы в 2-3 раза.
Проведенные исследования показали, что углистые породы сходны по составу и свойствам с бурыми углями, имеют зольность от 40 до 60 %, одинаковый элементный состав органической массы, выход битумов и гуминовых кислот.
Предварительные исследования показали, что углистые породы при их комплексном использовании могут служить энергетическим и химическим сырьем, основой хороших углеродных адсорбентов.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Для переработки углистых глин (УГ) применяли пиролиз [2]. Пиролизу подвергали как исходные УГ, так и УГ предварительно обработанные 1 М раствором NаОН. Пиролиз УГ проводили при температурах 600-900 °С в реакторе без давления. Образующуюся при пиролизе парогазовую смесь разделяли на жидкие продукты и газ. Сорбенты из УГ получали путем активации парами воды твердых остатков (карбонизатов) пиролиза УГ. Сорбционную емкость полученных сорбентов определяли по метиленовому голубому и фенолу. Удельную поверхность сорбентов методом БЭТ. В работе приведены результаты переработки УГ, на примере УГ Верболозовского разреза Александрийского месторождения.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
В таблице 1 приведен выход продуктов пиролиза УГ Верболозовского разреза при различных температурах. Выход жидких продуктов из УГ увеличивается до температуры 700 °С. При более высоких температурах пиролиза из УГ образуются только газы. Выход жидких продуктов из УГ, обработанных NaOH больше чем из исходных УГ в 1.4 раза. Выход газа при этом больше на 5-15 %. Так из 1 т органической массы УГ, которая содержится в 1.7 т сухих УГ, можно получить 80-120 кг жидких продуктов, 320-610 кг или 250-470 м3 газа и 1000-1250 кг карбонизата (сырья для получения адсорбентов).
Таблица 1 – Выход продуктов пиролиза УГ
| Температура пиролиза, °С
|
Выход продуктов пиролиза
|
Степень конверсии ОМ, %
|
| жидких, % от ОМ
|
газа, % от ОМ
|
карбонизата, % от ОМ
|
карбонизата, % от сухих УГ
|
| исходные УГ
|
| 600
|
8, 0
|
32
|
60
|
73
|
40
|
| 700
|
9, 0
|
44
|
47
|
67
|
53
|
| 800
|
9, 0
|
49
|
42
|
65
|
58
|
| 900
|
9, 0
|
59
|
32
|
62
|
68
|
| УГ обработанные 1М раствором NaOH
|
| 600
|
11, 0
|
37
|
52
|
72
|
48
|
| 700
|
12, 0
|
45
|
43
|
70
|
57
|
| 800
|
12, 0
|
51
|
37
|
68
|
63
|
| 900
|
12, 0
|
61
|
27
|
65
|
73
|
Использование карбонизатов в энергетике не целесообразно, так как в них содержится большое (58-70 %) количество золы. По этому целесообразность переработки УГ зависит от возможностей получения из них качественных адсорбентов. В таблице 2 приведены данные по выходу и свойствам адсорбентов, полученных из карбонизатов УГ.
Таблица 2 – Адсорбенты из УГ Верболозовского разреза
| Наименование
|
Условия получения
|
Выход, % от сухих УГ
|
Зольность, %
|
Удельная поверхность, м2/г
|
Адсорбционная емкость
|
| t, °С
|
Время активации, мин
|
Время активации, мин
|
Время активации, мин
|
| Исходные УГ
|
–
|
–
|
–
|
40
|
3, 0
|
54
|
–
|
| Карбонизат из исходных УГ
|
900
|
–
|
63
|
63
|
120
|
52
|
56
|
| Адсорбент из исходных УГ
|
925
|
30
|
59
|
67
|
205
|
80
|
85
|
| Карбонизат из УГ, обработанных NaOH
|
900
|
–
|
58
|
73
|
61
|
58
|
50
|
| Адсорбент из УГ, обработанных NaOH
|
925
|
30
|
54
|
79
|
110
|
78
|
72
|
| Адсорбент из бурого угля
|
925
|
30
|
38
|
26
|
515
|
77
|
80
|
Удельная поверхность адсорбентов из УГ ниже, чем из адсорбентов полученных из бурого угля. Сорбционная емкость адсорбентов из УГ не уступает адсорбентам полученным в аналогичных условиях из бурого угля. Адсорбенты из УГ, обработанных NaOH обладают меньшей удельной поверхностью, чем адсорбенты из исходных УГ. Но их использование целесообразно, для получения гранулированных адсорбентов из мелкодисперсных (фракции <0.5 мм) УГ. Выход сорбентов из УГ в 1.5-1.6 раза больше, чем из бурых углей. Адсорбенты из УГ отвечают требованиям к осветляющим адсорбентам и могут быть рекомендованы для очистки сточных вод и воздуха от вредных примесей.
ВЫВОДЫ
Анализируя результаты проведенных исследований можно отметить, что использование УГ в качестве сырья для энергетики и химической промышленности возможно при их комплексной переработке.
Список литературы
1. Днепровский буроугольный бассейн / А.Я. Радзивилл и др. – К.: Наук. думка, 1987. – 328 с.
2. Саранчук В.И., Тамко В.А. // ХТТ. 1986. №6. С.55-60.
|