ХИМИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА, 2015, № 3, с. 3-7
УДК 662.73:552
СОСТАВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УГЛЯ ТАВАНТОЛГОЙСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ МОНГОЛИИ1
© 2015 г. Н. И. Фёдорова*, Т. С. Манина*, З. Р. Исмагилов*, Б. Авид**
* Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт углехимии и химического материаловедения СО РАН, Кемерово
E-mail: fedorovani@iccms.sbras.ru **Институт химии и химической технологии МАН, Улан-Батор, Монголия E-mail: avid_icct@yahoo.com
Поступила в редакцию 05.03.2014 г.
Исследован уголь Тавантолгойского месторождения Монголии с применением комплекса химических и физико-химических методов анализа (технический и элементный анализы, гранулометрический и фракционный анализы, химический анализ золы, термогравиметрический анализ и др.) для оценки его состава и химико-технологических свойств.
DOI: 10.7868/S0023117715030068
Тавантолгойское месторождение каменных углей расположено в Монголии на территории Южно-Гобийского аймака, в 100 км от аймачного центра г. Даланзадгад. Поверхность месторождения — равнинная и слабохолмистая с относительным превышением отметок от 5 до 20 м и абсолютными отметками над уровнем моря от 1500 до 1600 м; почвы каменистые и песчаные, со скудным растительным покровом [1—3].
Геологическая разведка Тавантолгойского месторождения была выполнена монгольской стороной с участием советских специалистов ещё в 70-х годах прошлого столетия. Поисково-оценочной разведкой была охвачена почти вся его площадь — около 110 кв. км. Запасы угля месторождения составляют ~5.1 млрд т [3, 4].
На основе данных поисково-оценочных работ геологоразведочной организацией для предварительной разведки был выбран наиболее благоприятный для открытой добычи углей геологический участок — Цанхийский, расположенный в северной части Тавантолгойского месторождения, площадью около 35 кв. км. В отложениях угленосной толщи выделили 16 пластов угля, имеющих рабочую мощность от 2 до 75 м. Большинство
1 Работа выполнена в рамках интеграционного проекта СО РАН и МАН № 3 "Изучение химических и физико-химических свойств гумусовых углей Монголии. Создание научных основ эффективных процессов их переработки" с использованием оборудования Центра коллективного пользования КемНЦ СО РАН.
из них расщепляется на 2—4 пачки, которые при значительной мощности породных прослоев рассматриваются как самостоятельные пласты.
Частичная разработка месторождения началась в 1967 г., уголь поставлялся местным потребителям в ближайшие аймаки. Промышленное освоение месторождения было начато в 2005 г., когда частная монголо-российская компания "Гоби-Урал" приобрела лицензию на отработку углей и начала вскрышу пласта IV на Цанхийском участке. К работе с монгольской стороны были привлечены китайские специалисты, которые на правах аренды одновременно осуществляли и добычу угля. Суммарная добыча угля по пласту IV в 2007 г. составила порядка 1 млн т. В последние годы стремительно увеличиваются объемы добычи и экспорта угля. В настоящее время к месторождению проявляют повышенный интерес Китай, Российская Федерация и транснациональные компании развитых стран, которые уже начали испытывать дефицит в коксующихся углях. Однако следует отметить, что систематических исследований свойств каменных углей данного месторождения недостаточно, и по имеющимся в литературе разрозненным сведениям невозможно получить полную характеристику их химико-технологических свойств.
Цель проведенного исследования — изучить состав и свойства угля Тавантолгойского месторождения Монголии для определения возможности его оптимального использования.
4
ФЁДОРОВА и др.
Экспериментальная часть
Для исследования Институтом химии и химической технологии Монгольской академии наук была предоставлена пластовая проба угля Таван-толгойского месторождения, отобранная по общепринятым методикам (ГОСТ 9815-75) на Цан-хийском участке пласта IV.
Технический анализ углей проводили стандартными методами. Состав органической массы углей определяли методами элементного анализа. Химический состав золы углей определяли в соответствии с ГОСТ 10538-87. Зольные остатки получали при 815°C согласно ГОСТ 11022-95.
Термический анализ проводили на термоанализаторе фирмы Netzsch STA 409 в следующих условиях: масса образца 40 мг; тигель платиново-иридиевый; нагрев до 1000°C со скоростью 10°С/мин в среде гелия. В ходе анализа регистрировали потерю массы (ТГ) и скорость потери массы (ДТГ). Для характеристики термического разложения использовали показатели: Ттах — температура максимальной скорости разложения, Vmax — скорость разложения в точке перегиба. Потерю массы (Am) рассчитывали в интервалах температур наиболее интенсивного разложения образца.
Измельчение лабораторной пробы угля проводили на лабораторной роторной мельнице фирмы "Fritsch". Измельченный уголь далее подвергали гранулометрическому анализу путем рассева на стандартном наборе сит. После рассева уголь, оставшийся на каждом сите, взвешивали и рассчитывали выход классов крупности в процентах от суммы массы классов, полученных при анализе (у, %). Затем определяли зольность в каждом классе крупности.
Фракционный анализ угля проводили в соответствии с ГОСТ 4790-80, сущность которого состоит в расслоении исследуемого топлива на фракции в жидкостях различной плотности. Разделение производили в смеси четыреххлористого
углерода и бензола при убывающей плотности растворов: 1.50, 1.40, 1.30 и 1.25 г/см3.
Толщину пластического слоя определяли по ГОСТ 1186-87, индекс свободного вспучивания — по ГОСТ 20330-91, дилатометрические характеристики по методу Одибера—Арну — по ГОСТ 13324-94, тип кокса по Грей—Кингу — по ГОСТ 16126-91, пластичность угля — по методу Гизелера согласно американскому промышленному стандарту ASTM-D 2639-96.
Петрографический анализ выполняли на автоматизированном комплексе оценки марочного состава углей системы "SIAMS-620" (Россия) в среде масляной иммерсии. Подсчет микрокомпонентов производился автоматически при увеличении в отраженном свете в 300 раз.
Обсуждение результатов
Результаты технического анализа и элементный состав изученного образца угля приведены в табл. 1. Из представленных результатов видно, что уголь среднезольный (Ad = 7.7%) и малосернистый (¿^бщ = 0.5%).
Комплексное использование твердых топлив, создание малоотходных и безотходных технологий их переработки, а также охрана окружающей среды обусловливают необходимость изучения неорганических компонентов, содержащихся в топливе. Известно, что в углях основное количество алюминия и кремния обычно сосредоточено в виде алюмосиликатных минералов и кварца в смеси с алюмосиликатными минералами. Железо обычно содержится главным образом в виде пирита или сидерита (или их смесей) и реже в алюмосиликатах. Кальций и магний — в алюмосиликатах, карбонатах и органоминеральных соединениях [5].
Химический состав золы исследованного угля приведен в табл. 2. Видно, что зольный остаток угля содержит все основные соединения золооб-разующих элементов. Величина отношения (I,),
Таблица 1. Характеристика исследованных образцов угля
Образец Технический анализ, % Элементный состав, % на daf Атомное отношение
W Ad ydaf sd st общ С H (O + N + S) H/С
Исходный Фракция, г/см3 >1.5 1.4-1.5 1.30-1.4 1.25-1.3 <1.25 1.0 1.2 1.3 1.1 1.0 1.0 7.7 34.7 13.6 9.9 5.7 0.7 28.1 25.2 25.8 26.3 29.2 29.3 0.5 0.6 0.6 0.6 0.3 0.3 87.8 89.2 88.9 88.3 87.8 86.9 5.3 4.8 5.0 5.1 5.2 5.4 6.9 6.0 6.1 6.6 7.0 7.7 0.72 0.65 0.68 0.70 0.71 0.74
Таблица 2. Химический состав золы (мас. %) исследованных образцов угля месторождения Тавантолгой
Образец 8Ю2 А1203 Ре203 СаО МяО ТЮ2 ш2о К2О Р205 803 10
Исходный 63.8 22.6 3.4 3.3 1.0 0.5 0.6 0.4 3.4 1.1 0.10
Фракции, г/см3
>1.50 40.5 26.3 11.9 7.6 5.1 0.3 0.4 0.3 4.1 3.5 0.38
1.40-1.50 56.4 28.1 2.0 4.7 1.5 0.3 0.7 0.3 4.7 1.2 0.11
1.30-1.40 66.9 25.5 0.7 2.0 0.9 0.3 0.3 0.4 2.5 0.4 0.05
1.25-1.30 69.3 23.0 0.7 1.6 0.6 0.8 0.5 0.4 2.6 0.4 0.04
<1.25 61.6 24.9 0.6 2.2 0.6 5.1 0.5 0.3 4.1 0.1 0.05
рассчитанная по формуле ^е203 + СаО + МяО + + Ш20 + К20)/^Ю2 + А1203) [6], меньше единицы, что указывает на ее низкую основность. В составе золы следует отметить высокое содержание оксидов алюминия и кремния, и по их количественному отношению уголь можно отнести к алюмосиликатному типу (А1203^Ю2 = 0.35). Невысокие значения оксидов кальция и магния указывают на незначительное присутствие карбонатов в составе его минеральной части. Следовательно, можно предположить, что минеральная составляющая изученного образца угля месторождения Тавантолгой имеет в основном глинистую природу. Глинистые компоненты, вероятно, представлены монтмориллонитом и гидрослюдой, содержащими примесь кварца.
Состав золы угля месторождения Тавантолгой очень близок к составу зольных остатков углей балахонской серии Кузнецкого бассейна [7]. Однако следует отметить, что зольная часть таван-толгойского угля содержит значимое количество соединений фосфора (3.4%).
Известно, что при измельчении твердых горючих ископаемых происходит избирательное распределение органического вещества по фракциям в зависимости от физических свойств отдельных его микрокомпонентов [8]. В раздробленном угле следует различать: "чистые" зерна угля, состоящие из компонентов органического происхождения, сростки, состоящие из органических и неорганических компонентов, и чистые неорганические компоненты. Проведенное исследование разделения пробы угля по гранулометрическим фракциям позволило установить (табл. 3), что изменение содержания органического вещества и его извлечение в различные классы крупности идет от крупных фракций к более мелким. Наименьшая зольность наблюдается в классах крупности +0.5 и 0.2—0.5 мм. Вероятно, при измельчении происходит частичное освобождение органического вещества от минеральной составляющей. Обогащение крупных классов органическим веществом и в то же время их достаточно невысокая зольность дают основание предполагать, что минеральная часть в угле может присутствовать в виде двух разновидностей — коллоидно-
распределенной либо в виде очень мелких компактных включений, гете
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.