Металлургия технология угля и неметаллических полезных ископаемых3

др. Искусственный осажденный сернокислый барий (бланфикс)

Из барита в смеси с сернистым цинком ZnS и примесью окиси цинка ZnO получают литопон, широко применяемый для приго­ товления различных красок, белил, в производстве клеенки, дер­ мантина и т. п.

Глава V

ТЕХНОЛОГИЯ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ МИНЕРАЛОВ

§1. Графит

Гр а ф и т является минералом, представляющим собой одну из аллотропных форм углерода. Химический состав графита — угле­ род (С), обычно с механическими примесями различных мине­

ральных веществ. Цвет темный, почти черный с некоторым блеском; плотность 2,23 г/см3;

угольники из атомов углерода, соединенные ковалентной связью, плоскости шестиугольников связаны через посредство легкопод­ вижных электронов.

В природе графит является довольно распространенным ми­ нералом. Он обычно залегает в виде зернистых и пластинчатых масс, в которых имеются включения соединений кремния, алю­

бири (Амурская область, Курейка и др.).

В естественных графитах различают скрытнокристаллические

(кристаллы от 10-4 до 10~6 см) и явнокристаллические (кристал­ лы >10“4 см) разновидности.

Явнокристаллические графиты сравнительно легко отделяются от сопровождающих их пород. При начальном содержании в гор­ ной массе 2—3% графита путем флотации получают концентраты, содержащие 90—95% графита (с зольностью 5—10%).

Скрытнокристаллические графитовые руды обогащаются преи­ мущественно рудоразборкой или избирательным дроблением. Ру­ ды, содержащие скрытнокристаллический графит, лишь в особых случаях используют с содержанием ниже 25% графита (близость к потребителю), а обычно такие руды считают промышленными при содержании в них 60—70% графита.

Окончательная обработка графитовых концентратов осущест­ вляется путем промывки их концентрированными соляной и пла­ виковой кислотами.

Рафинировка графита также осуществляется при нагревании его в электропечах при температуре 2200° С и выше. Графит наи­ более высокой чистоты получают нагреванием его в атмосфере хлора или фтора, с последующим прокаливанием в вакууме при температуре 2000—3000° С. Таким путем удается получить гра­ фит, содержащий всего лишь 10—5% примесей.

Графит может быть получен также искусственно путем про­ пускания электрического тока через смесь зернеиого кокса со смо­ лой и песком, при каталитическом действии кремния:

Скоке * СГрафнт

Такой графит чище природного. На поверхности графита мо­ гут образовываться два типа соединений. К первому типу при­ надлежит окись, ко второму — фторид графита. Окись графита получается при окислении его сильными окислителями как по­ верхностное соединение с толщиной слоя ~6 А приблизительного состава О : С= 1: 2, причем гексагональные кольца атомов угле­ рода в метаположении связываются с атомами кислорода и во­ дорода в эфирные (С—О—С), кето —( > С = 0) и спиртовые груп­ пы (> С —ОН). Окись графита обладает большой способностью к адсорбции воды и органических жидкостей.

Оба эти соединения не обладают свойственной графиту хоро­ шей электропроводностью.

Поверхностные соединения, сохраняющие электропроводность, образуются при соприкосновении графита с целым рядом ве­ ществ — щелочными металлами, галогенами, окислами и сульфи­ дами многих металлов. Некоторые из таких соединений возникают

на поверхности графитовых электродов в результате прохождения электрического тока, например

Ст + 3H2S O ^ C m HS04-2H2S04 + Н+ + е г ,

где величина т зависит от количества прошедшего через элект­ род тока.

Известен искусственный так называемый пирографит, получаемый пиролизом углеводородов на поверхностях, нагретых до температуры 1000—2500° С. Пирографит обладает повышенной прочностью при высоких температурах и плот­ ностью (находит применение в ракетостроении, а блоки чистого графита —

в ядерной технике).

Графит благодаря своим жароупорным свойствам, химической стойкости и хорошей электропроводности находит широкое при­ менение в различных отраслях народного хозяйства. Из графита в широком ассортименте изготовляют огнеупорные изделия, при­ меняют в химической промышленности и для изготовления раз­ личных электротехнических изделий (электродов, скользящих контактов и других), а также для изготовления карандашей, сма­ зок (коллоидно-измельченный графит) и т. п.

§2. Алмаз

Ал м а з является минералом, состоящим из чистого углерода, включающего в небольших количествах (до 4,8%) химические элементы в виде соединений кремния, алюминия, титана, железа, кальция и др.

Отличительной особенностью ал­ маза является сильное преломление его кристаллом световых лучей, в связи с чем по блеску и красоте он превосходит все минералы, и самая высокая среди минералов твердость, составляющая по шкале Мооса 10. Последнее объясняется структурой кристаллов алмаза в виде тетраэдра (рис. 114), состоящего из атомов уг­ лерода, соединенных атомной связью

встречаются очень крупные алмазы, наиболее крупный из них, найденный до сих пор, весит 621,2 карата.

При нагревании алмаза без доступа воздуха до температуры

зоз

кгх ii вторичных россыпях. Месторождения алмазов находятся на Урале, в Якутии, а за рубежом — в южной части Африки и Конго, Бразилии, Индии, Австралийском Союзе.

Содержание алмазов в алмазоносной массе породы обычно не превышает (4—9) -10-5 вес. %.

Первичный концентрат из природных алмазов получают путем гравитационного обогащения алмазоносной породы в потоке воды.

Алмазный концентрат затем обрабатывается на качающихся столах, покрытых жировым слоем. Алмазы прилипают к жировому слою, а большая часть минералов, сопровождающих породу, смы­ вается холодной водой. При обработке жировой массы с алмаза­ ми горячей водой последние выделяются из нее в чистом виде и окончательно очищаются перед сортировкой промывкой в кис­ лотах и щелочах. Контроль за наличием алмазов в концентратах проводится с помощью лучей Рентгена.

Многочисленные попытки, предпринимавшиеся со времени работ Муассана

сверления и других приемов обработки особо твердых материалов. Алмазы применяются также при бурении твердых горных пород, для изготовления деталей особо трчных инструментов и фильеров для протягивания тончайших проволок и нитей (до 0,001 мм в диаметре). Алмазный порошок используется для шлифовки дра­ гоценных камней, стекла и др. Для ювелирных целей использу­ ются прозрачные, преимущественно крупные алмазы, которые после шлифовки называют бриллиантами.

§ 3. Озокерит

пературе 52—85° С. Растворим в бензине, керосине, нефти, серо­ углероде, бензоле, хлороформе и разных смолах. Почти нераст­ ворим в спирте, воде и щелочах.

родов, хорошо кристаллизующихся, нормального строения, и аморфных угле­ водородов, не дающих кристаллической структуры. Не следует отождествлять озокерит с монтан-воском, получаемым из бурых углей.

различного строения. В чистом озокерите содержится 85,7% угле­ рода и 14,3% водорода.

Некоторые ученые считают, что в составе озокерита находятся циклические углеводороды с длинной парафиновой цепью, другие приходят к выводу, что в основе озокерита лежат парафиновые углеводороды. Следует отметить, что, так как в основе нефтей различных месторождений находятся различные углеводороды, то то же может иметь место и в отношении озокеритов, т. е. их состав и физико-химические характеристики будут различными по отдельным месторождениям.

Наиболее крупные месторождения озокерита находятся в Шор-Су (Средняя Азия), Бориславле (западная часть Украины) и на полуострове Челекен.

Запасы озокерита практически в США, Франции, Румынии, Венгрии, Китае и других районах земного шара уже выработаны и единственной страной в мире, где добыча озокерита продол­ жается в достаточно крупных производственных масштабах, яв­ ляется СССР.

Озокеритовая руда содержит лишь 1—5% озокерита. Для из­ влечения из руды озокерита применяют экстракционный метод. Экстрагирование производят в автоклавах-экстракторах емкостью 10 м3, работающих под давлением 2,0—3,5 от, на батарейных экстракционных заводах.

В качестве растворителя озокерита наиболее широко приме­ няется бензин. В 100 г растворителя при температуре 20° С озо­ керит растворяется в следующих количествах; в петролейном эфи­ ре 8,48 г, в скипидаре 5,21 г, в толуоле 3,34 а, в ксилоле 3,42 г, в хлороформе 3,61 г, в бензоле 1,75 г, ацетоне 0,209 г. С бензи­ ном, бензолом, ацетоном озокерит, переходя в расплавленное со­ стояние, дает истинные растворы '.

Одним из факторов, существенно влияющих на экономику про­ цесса экстрагирования озокерита, является потеря растворителя н накопление отвалов экстракции.

Поскольку озокеритовые рудники и экстракционные заводы яв­ ляются сравнительно небольшими предприятиями, то для подня­ тия рентабельности их работы необходимо, наряду с мероприя­ тиями по усилению автоматизации и механизации отдельных звеньев технологического процесса, увеличения общей мощности предприятий и т. д., изыскание новых методов лучшего извлечения озокерита, например, воздействием ультразвукового, звукового полей и других, а также реализация комплексного использова­ ния отходов озокеритовых горных пород для производства строи­ тельных материалов.

уже потеряла свое значение.

консистентных смазок, пропитки хлопчатобумажных материалов, кабелей, бумаги, для конденсаторов и т. д.

Вкомпозиции с полиэтиленом озокерит, при нанесении на бу­ мажную подкладку, дает хороший упаковочный материал. В ме­ дицине озокерит применяется для теплового лечения.

Взарубежных странах, не обладающих ресурсами озокерита,

изыскиваются пути получения продуктов типа озокеритов, являю­ щихся в некоторых случаях его заменителем из других источни­ ков. Например, в Бразилии так называемый КарнаубскиЯ воск получают из листьев пальмы, в Индии горный воск получают из сахарного тростника.

Как заменитель озокерита горный воск получают также путем обработки растворителями бурых углей, торфа, горючих сланцев [США, Чехословакия, ГДР, СССР (из бурых углей александрий­ ского и других месторождений)].

Горный воск из нефтей (микрокристаллические парафины) по­ лучают из парафинистых отложений, скапливающихся в колоннах и резервуарах нефтяных заводов.

Можно получить и синтетический «горный воск» или церезит при каталитическом синтезе искусственного жидкого топлива из окиси углерода и водорода.

6.Краткая химическая энциклопедия. «Советская энциклопедия», 1961—1967.

7.Материалы из статей журнала «Строительные материалы», Изд-во лите­ ратуры по строительству, 1967.

слюдяных руд. М., изд-во «Недра», 1965.

12.Технология керамики и огнеупоров под общей редакцией П. П. Будни­ кова. Изд. III, Стройиздат, 1962.

13.Технология силикатов под редакцией проф. М. А. Матвеева, Л. Г. Мель­

Для объяснения процесса брикетирования без связующих ве­ ществ были предложены различные гипотезы — битумная, гуми- ново-кислотная, капиллярная, коллоидная, молекулярного прили­

(торфе). При высоких температурах в матричном канале пресса битумы расплавляются, склеивая частицы материала, а затем за­ стывают после охлаждения брикета. По этой гипотезе безбитумные материалы не дают прочных брикетов. Вода уменьшает тре­ ние между частицами материала и способствует их лучшему уп­ лотнению под действием давления.

Гум и н о в о - к и с л о т н а я г и п о т е з а . Гуминовые кислоты, имеющие ярко выраженный полярный характер и обладая колло­ идными свойствами, способствуют возникновению молекулярных сил сцепления в брикете вследствие тесного контакта угольных частиц под действием давления.

К а п и л л я р н а я г и п о т е з а . Образование брикетов проис­ ходит под действием молекулярных сил сцепления и сил сцепле­ ния водяных пленок, находящихся на поверхности угольных ча­ стиц. В брикете имеется два типа капилляров: первичные — внут­ ри угольных частиц и вторичные — образующиеся между отдель­ ными частицами при их уплотнении и относительном перемещении. Под действием давления часть воды выжимается из внутренних капилляров и заполняет промежутки между угольными частица­ ми, обусловливая появление сил капиллярного натяжения.

Для вытеснения воды из капилляров угольных частиц необхо­ димо, чтобы давление прессования было равно или больше капил­ лярного давления в первичных капиллярах. После снятия давле­ ния и упругого расширения брикета в нем появляется отрица­ тельное капиллярное давление, что и должно обеспечить его проч­ ность.

К о л л о и д н а я г и п о т е з а . Бурый уголь состоит из жидкой и твердой фаз, содержащих мельчайшие частицы гуминовых кис­ лот (10“3—10-5 мм). В процессе прессования происходит уплот­ нение фаз.

Действие молекулярных сил сцепления или когезионных сил Вандер-Ваальса, обусловливает образование брикетов. Вода оказывает отрицательное влияние на процесс образования брике­ тов, так как ее пленки на поверхности коллоидных частиц ме­ шают их сближению на расстояния, при которых наиболее полно проявляются силы молекулярного взаимодействия. Положитель­ ной является роль влаги только как смазки частиц для уменьше­ ния трения между ними при их уплотнении и относительном пере­ мещении. Однако коллоидная гипотеза не отрицает появления сил сцепления между отдельными частицами при наличии на их по­ верхности адсорбционной пленки или даже капиллярной воды.

Г и п о т е з а м о л е к у л я р н о г о п р и л и п а н и я 1 основана на свойстве адсорбционной воды вызывать контракции системы. По теории молекулярного прилипания такое свойство адсорбцион­ ной воды позволяет выдвинуть положение о ее прессующем дей­ ствии. За счет действия адсорбционных сил происходит сжатие частиц материала еще до поступления его на прессование, возра­ стает удельный и объемный веса этого материала и прочность его частиц. Зависимость между этими показателями и влажностью материала имеет максимум, соответствующий наибольшему со­ держанию адсорбционной воды до начала процесса капиллярной конденсации.

Одним из выводов теории молекулярного прилипания является доказательство отрицательного влияния капиллярно-конденсиро­ ванной влаги на силы притяжения между частицами.

Г и п о т е з а у п р у г и х и о с т а т о ч н ы х д е ф о р м а ц и й у г л я 2. Образование брикета является результатом последова­ тельного протекания двух процессов: уплотнения и связанного с ним упрочнения сыпучего материала под действием давления; ос­ лабления структуры брикета вследствие упругого расширения его после снятия давления. Чем больше сдвиг в сторону .процесса уплотнения и упрочнения материала, тем лучше брикетируемость угля.

Упругие деформации возникают в материале в связи с преодо­ лением химических и физических сил взаимодействия его частиц. Они могут исчезнуть при переходе в остаточные деформации или же накапливаться в брикете и проявляться после снятия давления в виде упругого расширения брикета. При переходе упругих де­ формаций в пластические происходит упрочнение структуры бри­ кета, для чего требуются определенные время действия и вели­

1970 гг. выпущено более 6 млн. т угольных и около 4 млн. г тор­ фяных брикетов.

В ГДР выпущено около 60 млн. т буроугольных брикетов. Во Франции и ФРГ выпускается 6—7 млн. т в год каменноугольных брикетов и т. д. В ряде стран расширяется производство рудных брикетов. (США, Бразилия, ФРГ и др.).

1 Предложена В. М. Наумовичем. Теоретические основы брикетирования

торфа. Изд. АН БССР, 1960.

2 Предложена И. Д. Ремесниковым. Брикетирование угля. М., Углетехиз-

дат, 1957.