ХИМИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА, 2008, № 5, с. 15-18
УДК 662.642
СОСТАВ И СВОЙСТВА УГЛЕЙ ЮРТИНСКОГО УГОЛЬНОГО ПРОЯВЛЕНИЯ
© 2008 г. Н. Г. Вязова, Л. Н. Белоногова, В. П. Латышев, Е. А. Писарькова
Институт нефте- и углехимического синтеза Иркутского государственного университета
E-mail: aschmidt@chem.isu.ru Поступила в редакцию 23.11.2007 г.
Проведено исследование углей Юртинского угольного проявления. Показано, что образцы углей бурые, неспекающиеся, малосернистые (до 1%), с высоким выходом летучих веществ (Vdaf до 53.4 %). Высшая теплота сгорания углей Qdsaf - 20.6-27.7 МДж/кг. Содержание гуминовых кислот - от 5.45 до 77.62%. Минеральная часть представлена в основном каолинитом, а - кварцем, микроклином. Концентрация токсичных элементов не достигает опасных величин.
Юртинское угольное проявление относится к Тайшетской угленосной площади, расположенной на северо-востоке в 10-12 км от поселка Юрты Иркутской области. Ресурсы данного проявления относятся к категории Р2. Мощность пласта на чистый уголь составляет 1.2-1.7 м. Пробы углей были отобраны в ходе разведочных работ Ангарской геологической экспедицией.
В настоящей работе приведены результаты исследования состава и свойств органической и минеральной массы углей Юртинского угольного проявления, взятых из скважин N<9 36, 37, 38, 42, 45, 46.
Угли рассматриваемого проявления (табл.1) малосернистые (5с <0.7%), их зольность Ас изменяется от 8.18 до 29.76%, влажность в рабочем топливе (ЭД") - 23.3-33.2%. Юртинские угли характеризуются высоким выходом летучих веществ на сухую беззольную массу (Уаа = 44.67-53.40%). Содержание углерода и водорода в углях находится в пределах: Сса^ - 58.88-74.04%; Иса - 4.355.53%.
Высшая теплота сгорания углей на сухую беззольную массу (б^) составила величину 21.127.7 МДж/кг, на рабочее топливо (2) - 10.018.6 МДж/кг; низшая теплота сгорания (и 2) соответственно 20.0-26.5 и 9.1-17.5 МДж/кг.
Для общей химико-генетической оценки вещественного состава углей и степени окисленно-сти их определен выход гуминовых кислот (НА), содержание которых (табл. 1) показало, что об-
разцы юртинских углей в основном являются окисленными (НА до 77.62%).
Согласно данным технического и элементного анализов, а также теплоте сгорания и выходу гуминовых кислот, изучаемые образцы углей следует отнести к бурым [1-3].
При оценке топлива обязательно является определение выхода продуктов полукоксования,
который для изучаемых углей составил (%): -
6.4-10.0; Так - 2.7-10.0; К -39.0 -58.8; (8К)лса -
59.0-72.0; ТСК - 5.0-14.0; сСК (газ + потери) -
3.5-27.2. Твердые остатки после полукоксования были порошкообразными.
Полученные лабораторные полукоксы характеризуются выходом летучих веществ от 19.77 до 28.52%. Зольность их различна (от 11.12 до 39.90%), содержание серы - от 0.25 до 0.50%. Концентрация углерода, водорода и азота в полукоксах находится в диапазоне 74.71-81.00; 3.07-3.78 и 1.60-2.88% соответственно на сухое беззольное топливо.
В табл. 2 приведен химический анализ зол углей, откуда следует, что концентрация 8Ю2 находится в диапазоне 35-50%, оксида алюминия -23.4-37.0%. Содержание оксида железа в золах углей невысокое - от 2.82 до 8.48%. Концентрация СаО - 9 - 29%; М§0 - до 4.2%. Сумма оксидов калия и натрия менее 2%.
Согласно типизации состава зол углей [1], золы образцов 36-Т-3, 36-Т-4 и 45-Т-2 следует отнести к известковому типу, остальные - к кремнистому.
Таблица 1. Результаты технического и элементного анализов углей
Скважина, Мощность, Глубина залега- Образец угля, № Технический анализ, % Элементный анализ, % на daf HA, %
№ м ния, м Wr Wa Ad ydaf Sd C H O + N + S
36 1.2 10.8-12.0 36-Т-3 (окисленный) 32.12 6.89 22.60 51.33 0.69 63.50 4.60 31.90 76.20
36 1.5 12.0-13.5 36-Т-4 (окисленный) 31.86 3.51 15.52 52.11 0.64 66.96 5.00 28.04 54.58
37 1.5 16.5-18.0 37-Т-3 (неокисленный) 24.89 4.47 12.06 46.78 0.55 70.07 5.33 24.60 7.83
37 1.4 21.0-22.4 37-Т-6 (неокисленный) 23.30 2.42 21.68 49.06 0.46 74.04 5.53 20.43 5.45
38 1.5 15.5-17.0 38-Т-1 (слабоокисленный) 25.66 3.56 8.18 44.67 0.53 68.26 5.00 26.74 20.61
38 1.5 23.0-24.5 38-Т-6 (неокисленный) 23.58 2.73 25.26 48.88 0.65 69.22 5.42 25.36 5.81
42 1.3 8.2-9.5 42-Т-1 (окисленный) 32.64 5.78 29.76 53.12 0.41 58.88 4.35 36.77 73.47
45 1.5 10.5-12.0 45-Т-2 (окисленный) 33.16 5.99 23.60 53.40 0.56 62.63 4.64 32.73 77.62
46 1.7 17.0-18.7 46-Т-3 (слабоокисленный) 27.51 3.52 20.86 47.20 0.54 68.37 4.67 26.96 31.68
Таблица 2. Химический состав зол углей
Скважина, № Проба, № Содержание оксидов, % Температура размягчения золы, t2, °С
SiO2 AI2O3 MgO CaO Fe2O3 Na2O K2O
36 36-Т-3 35.00 25.59 2.50 28.82 6.06 - 0.73 1220
36 36-Т-4 37.35 27.31 3.54 26.96 5.04 - 0.54 1234
37 37-Т-3 49.51 28.35 2.71 12.70 7.00 0.07 0.20 1227
37 37-Т-6 50.05 29.45 3.34 9.07 5.71 - 1.77 1274
38 38-Т-1 39.00 31.00 3.50 17.09 8.48 0.11 0.35 1204
38 38-Т-6 40.34 37.05 2.54 10.85 7.35 0.15 0.63 1216
42 42-Т-1 45.40 26.02 3.28 21.00 2.82 0.30 0.96 1252
45 45-Т-2 40.40 23.40 3.00 29.11 3.35 - 0.68 1248
46 46-Т-3 48.68 32.14 4.22 10.56 3.90 - 0.32 1296
По формуле Барышева [4] рассчитаны температуры начала жидкоплавкого состояния (12) (табл. 2), на основании которых золы юртинских углей являются среднеплавкими.
Состав минеральной части - одна из важнейших характеристик углей, предопределяющих их использование, характер получаемых шлаков и зольных уносов. Для оценки минералогического состава углей использовали данные рентгенофазово-го анализа тяжелых фракций углей (р > 1.6 г/см3), химического анализа зол и расчеты по кристал-лохимическим формулам идентифицированных
минералов по картотеке PDF [5]. По данным рентгенофазового анализа минеральная часть исследуемых углей в основном состоит из каолинита (57-66%), свободного а-кварца (7-17%), микроклина (1-7%).
Проведена кислотная деминерализация проб углей с целью выявления взаимосвязи макроэлементов с гуминовыми кислотами. Обработку проводили 5%-ным раствором HCl в течение 2 ч на водяной бане.
В табл.3 приведен химический состав зол исходного и деминерализованного углей. Силикат-
СОСТАВ И СВОЙСТВА УГЛЕЙ ЮРТИНСКОГО УГОЛЬНОГО ПРОЯВЛЕНИЯ
17
Таблица 3. Химический состав зол исходного и деминерализованного углей
Объект исследования (№ образца) Состав золы, мас. % на уголь Л4, %
3102 А12О3 Mg0 СаО Бе20з №20 К2О
Исходный уголь (36-Т-3) 7.91 5.78 0.57 6.51 1.37 - 0.16 22.60
Деминерализованный уголь (36-Т-3) 7.12 5.40 0.13 0.21 0.30 - 0.005 12.21
Исходный уголь (42-Т-1) 13.51 7.81 0.98 6.25 0.84 0.09 0.29 29.76
Деминерализованный уголь (42-Т-1) 12.14 7.74 0.11 0.14 0.37 0.005 0.01 21.06
Исходный уголь (45-Т-2) 9.53 5.52 0.71 6.86 0.79 - 0.16 23.60
Деминерализованный уголь (45-Т-2) 8.15 4.33 0.21 0.25 0.20 - 0.004 13.15
Таблица 4. Токсичные элементы в углях (г/т угля)
Проба, № РЬ Б АЭ Ве Сё
36-Т-3 3.5 <200 0.088 3.5 1.3 -
36-Т-4 3.7 То же - <3.0 1.6 -
37-Т-3 4.8 » 0.080 6.0 1.6 -
37-Т-6 4.2 » 0.101 3.5 2.0 -
38-Т-1 1.6 » 0.046 <3.0 1.1 -
38-Т-6 2.8 » 0.188 3.4 1.7 -
42-Т-1 11.9 » 0.122 <3.0 4.46 -
45-Т-2 3.9 » 0.131 <3.0 2.8 -
46-Т-3 4.4 » - 5.5 2.2 -
Кларк в углях:
каменных 18 ± 3 80 ± 20 0.2 ± 0.04 7.4 ± 1.4 2.1 ± 0.2 0.6 ± 0.3
бурых 11 ± 2 110 ± 30 0.04 ± 0.01 9.0 ± 0.8 2.4 ± 0.3 0.3 ± 0.2
Кларк в земной коре 12 800 0.07 5 2.8 0.2
Предположительно опасная концентрация 50 500 1-0.5 300 50 -
В целом в углях бывшего СССР 1-300 0.5-250 0.01-2 30-250 2-10 -
ный анализ золы деминерализованного угля показал, что в значительной степени прошло удаление соединений Са, М§, Бе. На основании этого можно заключить, что НА находятся в исходном угле в виде соединений этих элементов (гуматов).
Для оценки содержания "малых" элементов, в том числе токсичных РЬ, Ве, Сё, использовали полуколичественный атомно-эмиссионный анализ [6, 7] низкотемпературных зол углей. Пределы обнаружения определяемых элементов составляют, г/т: РЬ-1; Ве-1; Сё-5. Прецизионность 0.100.50. Содержания Н§ и Б определяли по методикам [8, 9], а АЭ - по ГОСТ 10478-75. Полуколичественный атомно-эмиссионный анализ изучаемых углей показал, что концентрация редких элементов в углях низкая, однако в пробе 42-Т-1 отмечено повышенное содержание титана (выше 1 кг/т угля).
В табл. 4 приведены результаты определения содержания в углях токсичных элементов. Из данных таблицы следует, что концентрации Б, А8, РЬ, Н§, Ве, Сё в исследуемых углях в целом небольшие, однако в пробе 42-Т-1 обнаружено Ве -4.46 г/т угля, что выше кларкового содержания в земной коре, но ниже предположительно опасной концентрации [10, 11].
Присутствие в юртинских углях незначительных количеств токсичных элементов позволяет рекомендовать их к использованию в народном хозяйстве, не опасаясь загрязнения окружающей среды.
Таким образом, изученные юртинские бурые угли могут быть использованы как энергетическое топливо и как сырье для получения гумино-вых кислот и углегуминовых препаратов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Русъянова Н.Д. Углехимия. М.: Наука, 2003. 316 с.
2. Клер В.Р. Изучение и геолого-экономическая оценка качества углей при геологоразведочных работах. М.: Недра, 1975. 318 с.
3. Кухаренко Г.А. Окисленные в пластах бурые и каменные угли. М.: Недра, 1972. 213 с.
4. Барышев В.И. // ХТТ. 1979. № 5. С. 81.
5. Powder Diffraction File. Hanawalt Search Manual Inorganic Phases. Sets 1-42. JCPDS. USA. 1992.
6. Методические основы химического состава горных пород, руд и минералов /Под.ред. Остроумова Г.В. М.: Недра, 1979. 400 с.
7. Василъева И.Е., Кузнецов А.М., Василъев И.Л., Шабанова Е В. // Журн. анал. химии. 1997. Т. 52. № 12. С. 1238.
8. Вязова Н.Г., Андрулайтис Л.Д., Крюкова В Н. Способ определения ртути в углях: Информ. листок. № 88-83. Иркутск: Иркутск. межотраслевой территориальный центр научно-технической информации и пропаганды (ЦНТИ).1983. 4 с.
9. Вязова Н.Г., Крюкова В Н. Способ определения фтора в углях: Информ. листок. № 84-25. Иркутск: Иркутск. межотраслевой территориальный центр научно-технической информации и пропаганды (ЦНТИ).1984. 2 с.
10. Юдович Я.Э., Кетрис МП. Элементы-прим
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.