ХИМИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА, 2013, № 4, с. 16-18
УДК 62.61.533.3
ВЛИЯНИЕ МЕТАМОРФИЗМА НА ИЗМЕЛЬЧАЕМОСТЬ УГЛЕЙ ПРИ УДАРНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ1
© 2013 г. Т. С. Юсупов*, А. П. Бурдуков**
*Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН, Новосибирск Е-таП: yusupov@igm.nsc.ru ** Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН, Новосибирск Е-таП: burdukov@itp.nsc.ru Поступила в редакцию 03. 09. 2012 г.
Исследована измельчаемость углей в мельницах ударного действия в зависимости от степени метаморфизма. На примере углей стадий Д, К и Т, оценивая эффективность диспергирования по классу 20 мкм, показываем, что измельчаемость увеличивается с ростом метаморфизма, достигая наибольшего значения для углей марки Т.
БО1: 10.7868/80023117713040142
Большинство технологических процессов переработки и использования углей сопряжено с тонким измельчением. В практике диспергирования широко применяется ударное разрушение, реализуемое в шаровых мельницах и дезинтеграторах [1].
Измельчение до десятков микрон используется с целью раскрыть органо-минеральные сростки перед процессами механического и химического обогащения, повысить реакционную способность при химической переработке органического вещества, снизить энергии активации органических веществ угля в процессах горения на ТЭС [2].
Преимущества дезинтеграторного, чисто ударного измельчения перед другими видами разрушения состоит в меньшем разупорядочении молекулярной структуры вещества угля, что позволяет более эффективно разделять органоминеральные компоненты методами гравитационного, центробежного и флотационного обогащения. Ударные воздействия обычно направлены перпендикулярно угольным слоям и приводят к аморфизации поверхностных слоев частиц, в то время как посредством сдвига и трения, проявляющихся в центробежных мельницах, имеют место более глубокое разрушение и деструкция угольных частиц.
Характеристика исследованных углей, %
Как показали исследования, степень дисперсности и механоактивированности углей разных марок после тонкого измельчения в одном и том же аппарате имеют существенные различия, что объясняется рядом генетических и технологических особенностей углей. В данной работе изучалась измельчаемость углей разных стадий метаморфизма, факторами изменения которых являются давление и температура. Объектами исследований служили угли Кузбасса разных стадий метаморфизма — Д, К и Т (длиннопламенный, коксовый и тощий), характеристика которых приведена в таблице. При диспергировании использовали дезинтегратор Таллиннского производства 2А35 производительностью 10 кг/ч при N = = 2.35 кВт и микромельница ударного действия "Си1аШ" производства фирмы "Швт/в^" (Германия). Для экспериментов были выбраны два режима измельчения в дезинтеграторе со скоростью удара 100 и 38 м/с и два режима диспергирования в аппарате Си1аШ — 40 и 20 м/с.
Измельчению подвергали угли крупностью 2 +0 мм, после чего продукты анализировали по выходу фракций —0.5 +0.25, —0.25 +0.1 и —0.02 мм. Подобный вариант фракционирования по круп-
Марка угля, шахта Ж а Аd Vе Элементный состав, %
Сг Нг N + О
Марка Д, "Журинка" 4.05 11.70 43.4 77.93 5.66 16.41
Марка К, "Физкультурник" 1.26 9.90 19.8 91.86 4.58 -
Марка Т, "Красный углекоп" 1.25 9.1 8.4 90.83 3.56 5.61
1 Работа выполнялась при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ (госконтракт 16.516.11.6036) и фонда РФФИ, грант № 10-05-98014-р.
ВЛИЯНИЕ МЕТАМОРФИЗМА НА ИЗМЕЛЬЧАЕМОСТЬ УГЛЕЙ
17
ности выбран с целью оценить деминерализацию угольного вещества различных стадий метаморфизма в различных технологических процессах. Зольность углей составляла 9—10%, такие сравнительно малозольные угли были выбраны для сравнения измельчаемости витринизированной части угля, состоящей на 90% и выше из компонент группы витринита. Сравнительный анализ выхода фракций крупности выполняли на объединенных продуктах —0.25 +0.02 и —0.02 мм. Выход продукта —0.5 +0.25 мм был весьма незначительным. Фракция крупностью —0.25 +0.02 мм наиболее оптимальна для обогатительных процессов (флотационные, центробежные и другие методы). Более тонкий продукт —0.02 мм в большей степени отвечает задачам химической переработки и использования в энергетике (пылевидное сгорание).
Как следует из рис. 1, наиболее благоприятным режимом измельчения, приводящим к наибольшему выделению фракции —0.25 +0.02 мм для всех выбранных углей является дезинтегра-торный помол при 38 м/с. Максимальным выходом данной фракции характеризуется уголь стадии К, а наименьшим — пробы угля Д, что объясняется большей вязкостью витринита на начальных стадиях метаморфизма. Вполне удовлетворительные результаты получены и при использовании микромельницы при 40 м/с. Однако в данных экспериментах образуется повышенное количество шламов, что ухудшает показатели обогатительных процессов, хотя в других названных выше технологиях увеличенный выход фракции —0.02 мм вполне приемлем.
Для целей тонкого помола с получением пылевидного топлива наиболее эффективным оказалось дезинтеграторное измельчение при 100 м/с, наибольший выход фракции менее 20 мкм получен для угля стадии Т — 81.6%, в то время как данный показатель для марок Д и К имеет, соответственно, значения 21.8 и 47%. Таким образом, с повышением стадии метаморфизма измельчае-мость угля резко возрастает, причем это закономерность относится к экспериментам, выполненным с использованием и других измельчителей и режимов. При активационном измельчении углей для их использования в энергетике (ТЭС) наибольшую интенсификацию горения за счет сверхтонкого измельчения следует ожидать при использовании углей высоких стадий метаморфизма (СС, Т).
Другое важное обстоятельство, вытекающее из выполненных экспериментов, состоит в возможности дифференциации по зольности фракций — 20 мкм, полученных в различных режимах диспергирования, в зависимости от стадии метаморфизма угля (рис. 2).
Наибольшей зольностью отличается тонкая фракция угля стадии Д, полученная в режиме измельчения микромельницы при V = 20 м/с и дезин-теграторном диспергировании при V = 38 м/с. Зна-
Выход, %
80 Ь П1
60 40 20 0
80 60 40 20 0
80
60
40
20
II
2 3
Уголь стадии Д
2 3
Уголь стадии К
Уголь стадии Т Рис. 1. а, б, в — измельчаемость углей разных стадий метаморфизма: 1 — измельчение в микромельнице "Сы1аШ" при V = 20 м/с, 2 — то же при 40 м/с, 3 — измельчение в дезинтеграторе при V = 38 м/с, 4 — то же при V = 100 м/с; I — фракция —0.25 +0.02 мм, II — фракция —0.02 мм.
чения Аа, соответственно, составляют 29.0 и 33.5%. Повышение скорости ударов указанных измельчителей до 40 м/с и 100 м/с, соответственно, значительно снижает зольность данной фракции до 22.8 и 17.6%, вероятно, ввиду агрегации (втирания) минеральных частиц с угольным веществом.
Данное положение открывает возможности обогащения угля Д на основе удаления продукта — 20 мкм после энергонапряженного измельчения. Для углей стадии К и Т подобная зависимость также имеет место, но в меньшей мере. Однако эффективность ударного измельчения как метода селектив-
а
4
4
0
18
ЮСУПОВ, БУРДУКОВ
□ I 1 ■ II
Выход фракций и зольность, % 30
25
20
15
10
5
0
Д К т
Выход фракций и зольность, % 30 25 20 15 10 5 0
Д К т
30 25 20 15
10
Д К т
Стадии метаморфизма
80 70 60 50 40 30 20 10 0
III
Д
К
т
Стадии метаморфизма
Рис. 2. Выход и зольность (I, II) фракций крупностью -20 мкм в зависимости от вида и энергонапряженности измельчителей: 1, 2 — (Си1аШ) при V = 20 и 40 м/с; 3, 4 — (дезинтегратор) при V = 38 и 100 м/с.
ного измельчения угля в той или иной мере проявляется для всех исследованных в работе углей.
Изменения в составе микрокомпонентов продуктов измельчения не произошли, так как использованные угли были на 90% представлены витринизированным веществом. Также не установлены изменения в химическом составе фракций, подвергнутых дезинтеграторному измельчению, так как при этом виде диспергирования структурно химическим преобразованиям подвергаются главным образом только поверхностные слои частиц углей с толщиной не выше 100 А.
Выводы
1. Экспериментами по высокоэнергонапря-женному измельчению углей показана закономерность их измельчаемости в зависимости от стадии метаморфизма. С повышением этого показателя диспергируемость угля возрастает. Данное положение имеет место при всех исследованных в работе режимах и видах измельчителей.
Данную зависимость важно учитывать при тонком измельчении углей перед их обогащением, химической переработкой и использованием в энергетике.
2. Установлено влияние энергонапряженности измельчения и стадии метаморфизма угля на
величину зольности наиболее тонких фракций (—20 мкм).
Наибольший переход минеральных включений, определяющих зольность в тонкую угольную фракцию, характерен для угля марки Д, т.е. угли начальных стадий метаморфизма в большей мере подвергаются деминерализации в результате ударных воздействий.
Для марок К и Т величина зольности тонкой фракции несколько ниже при тех же режимах механических воздействий, вероятно, ввиду более высокой прочности органоминеральных сростков.
Интенсификация перехода минеральных образований в тончайшие фракции при ударном измельчении может стать эффективным методом деминерализации и обогащения углей на основе удаления шламовой фракции методами высокоскоростного грохочения или других процессов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Российская угольная энциклопедия. М.-СПб.:
ВСЕГЕИ, 2004. Т. 1. 649 с.
2. Юсупов Т.С., Шумская Л.Г., Бурдуков А.П. // Физ.-
техн. проблемы разработки полезных ископаемых.
2009. № 4. С. 111.
5
0
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.