книги из ГПНТБ / Брагина В.И. Технология угля и неметаллических полезных ископаемых
.pdfванных и фюзенизированных веществ, желтых форменных элементов (споры и кутикулы), Смоляных телец.
При этом прозрачная основная масса кларена и дюрена может быть присоединена к витрену, непрозрачная основная масса — к фюзену, а форменные элементы выделяются в са мостоятельные составные части угля.
. Т а б л и ц а 2 |
|
|
|
|
Характеристика |
петрографических |
|
|
|
инградиентов |
|
|
|
|
|
|
Выход |
продуктов сухой' |
|
Ингредиенты |
Коэффици |
|
перегонки, |
% |
ент спе- |
|
|
|
|
|
каемости |
смола |
кокс |
подсмоль- |
|
|
|
|
ная вода |
Фюзен |
0 |
3,6 |
89,3 |
4,8 |
•Дюрен |
8 |
12,1 |
62,3 |
5,9 |
Витрен |
4—9 |
7,7 |
55,7 |
8,8 |
Такое представление о каменном угле, о сочетании групп петрографических микрокомпонентов облегчает изучение его химических свойств и технологических качеств.
В зависимости от типа угля и стадии углеобразования различают большое число микрокомпонентов и дают им раз ные наименования в соответствии со взглядами на их проис
хождение. Известно около двухсот различных |
-номенклатур |
||
микродомпонентов углей |
и сотни |
различных (наименований. |
|
В табл. 3 приводится |
принятая |
у нас единая |
номенклату |
ра микрокомпонентов каменных углей, соответствующая ме ждународной 'номенклатуре.
Таким образом, каменные угли представляют собой гор ные породы, состоящие из различных минералов, которые могут быть, подразделены на отдельные микрокомпоненты. Петрографический состав каменных углей необходимо учи тывать при оценке их как сырья для технологического ис пользования.
Петрографические составляющие угля характеризуются различными плотностью, теплопроводностью, электропровод ностью и т. д. Ниже будет показано, что физические свойства угля в большой степени определяются его петрографическим составом.
Кроме органической массы, в угле всегда присутствуют не органические составные части — влага, минеральные приме-
Характеристика и |
свойства микро |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
компонентов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Микроком |
Цвет микракомлонентов |
|
|
Другие |
характеристики |
|||||||||||
Группа |
в отраженном свете |
|
в проходя |
||||||||||||||
|
понент |
с масляной |
иммер- |
|
микрокомпонентов |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
v |
сией |
|
щем свете |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
1 - |
|
2 |
|
|
3 |
|
|
4 |
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
Витринит |
Коллинит |
(бес- |
Серый, |
поверхность |
Красный |
|
|
Переходят в пластическое состо- |
|||||||||
Vt |
структурный), |
ровная |
|
|
|
|
|
|
яние — |
спекаются |
|
|
|
||||
|
телинит |
(струк |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
турный) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Семивит- |
Семиколлинит |
Светло-серый с мо |
Светло- |
|
|
Не переходят в пластическое со* |
|||||||||||
ринит |
(бесструктур |
лочным |
оттенком |
коричневый |
|
стояние, |
но |
проявляют способ |
|||||||||
Sv |
ный), |
|
семите- |
|
|
|
|
|
|
|
ность к |
спеканию |
|
|
|
||
|
линит |
(струк |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
турный) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Микстинит |
Цвет микстинита как |
сложного |
микро- |
Тонкая смесь органических пе- |
||||||||||||
|
|
|
|
компонента |
зависит |
от |
особенностей |
трографических |
микрокомпонен- |
||||||||
|
|
|
|
слагающих |
его составных |
частей |
и их |
тов друг |
с |
другом |
или |
с |
мине- |
||||
|
|
|
|
сочетаний, например, |
коллинит |
с |
ми- |
ральными |
веществами |
с |
разме- |
||||||
|
|
|
|
кринитом |
и |
минеральными |
примесями |
рами как одних, так |
и других, не |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
превышающими |
2 мк |
|
|
|||
Фюзинит |
Семифюзинит* |
Серо-белый |
|
Коричневый |
и |
Сохранили |
анатомическое |
строе |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
темно-коричне |
ние растений, не переходят в |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
вый |
|
|
|
пластическое |
состояние |
|
|
|||
|
Фюзинит |
|
Белый с |
желтоватым |
Черный, |
непро- |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
оттенком |
и |
высоким |
зрачный' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
микрорельефом
|
Склеротинит* |
Белый с высоким миТо же |
|
|
|||
|
|
|
|
крорельефом |
|
|
|
|
Микринит |
|
Серо-белый и белый |
Темно-корич- |
Бесструктурные |
микрокомпонен- |
|
|
|
|
|
|
невый и непро- |
ты с плавными |
очертаниями, не |
|
|
|
|
|
зрачный |
переходят в пластическое состо: |
|
|
|
|
|
|
|
яние |
|
Лейптинит |
Споринит, |
поли- |
Темно-серый |
Желтый |
Переходят в пластическое состо- |
||
L |
тинит, |
кутинит, |
|
|
яние — спекаются |
||
|
резинит, |
субе- |
|
|
|
|
|
|
ринит |
|
|
|
|
|
|
Альгинит |
Альготелинит, |
То же |
Светло-желтый |
То же |
|
||
Alg |
Альгоколлинит |
|
|
|
|
||
* По отражательной способности и сохранности анатомического строения растений |
|
||||||
занимает промежуточное |
положение между микрокомпонентами группы семивитринита |
|
|||||
и фюзннита. |
|
|
|
|
|
|
|
** Округловатые |
и овальные тела. |
|
|
|
|||
си, сера в разных видах, соединения фосфора и др. Неорга нические составные части угля являются вредными примеся ми. Так, при коксовании угля большая часть минеральных примесей переходит в кокс, оказывая вредное влияние на до менный процесс при использовании кокса в металлургии. Яв ляясь балластом при сжигаяии, влага и минеральные примеси уменьшают теплоту сгорания угля. Содержание в угле балла ста удорожает стоимость его перевозки. Содержание влаги и минеральных примесей отрицательно влияет на технологию переработки угля. Так, например, каждый лишний процент влаги в угле увеличивает продолжительность коксования на
5— 10 мин., |
влага |
оказывает вредное влияние на динасовую |
||||||||
кладку |
печей и др. |
|
|
|
|
|
|
|
||
З о л а — смесь |
минеральных |
веществ, |
остающихся |
|
после |
|||||
полного |
сгорания |
и завершения |
всех превращений, |
которые |
||||||
происходят с минеральными примесями при полном |
доступе |
|||||||||
воздуха |
и высокой температуре. |
|
Эти минеральные |
примеси |
||||||
могут быть различного происхождения. Если |
минеральные |
|||||||||
примеси |
попали |
при |
образовании |
угля, |
зола |
называется |
||||
внутренней, |
если |
при добыче,—внешней. Внешняя зола |
мо |
|||||||
жет быть полностью удалена при |
обогащении. |
Кроме |
того, |
|||||||
соотношение |
между |
отдельными |
|
составными частями |
золы |
|||||
имеет большое значение при доменной плавке, при эксплу атации коксовых печей, оказывает влияние на спекаемость углей.
Зола является балластом для энергетических углей, сни жает теплотворную способность угля, образует шлак. В самом
процессе коксования зола наносит вред, реагируя |
с материа |
лом коксовых печей. Содержание золы не должно |
превышать |
6 - 7%. |
|
С е р а — одна из наиболее вредных примесей |
угля. Она |
значительно повышает расход кокса в доменной печй, так как
требует введения дополнительного количества |
флюсов. Кокс, |
|||||
полученный из сернистых углей, |
нельзя |
применять при вы- |
||||
-плавке качественных металлов. Такой |
уголь |
даже |
не |
реко |
||
мендуется испатьзовать как энергетическое топливо, |
так как |
|||||
выделяются газы. Вместе с тем |
сера, |
выделенная |
из |
углей, |
||
представляет ценное сырье для |
химической переработки. |
|||||
Сера в угле присутствует в виде: |
|
|
|
|
||
1) |
органической — попадает |
вместе |
с материнским |
веще |
||
ством, |
|
|
|
|
|
|
2) |
неорганической — пириты |
и сульфаты |
(продукты |
окис- |
||
.ления |
пирита). |
|
|
|
|
|
Содержание серы в угле колеблется от 0,5 до 6% |
(и вы |
||
ше), а допускается не выше 2%. |
|
|
|
В процессе коксования выгорает только 15—20% серы, ос |
|||
тальная остается в коксе. |
|
|
|
Сера может быть в значительной |
степени |
переведена в |
|
шлак, но для этого требуется много |
флюсов. |
|
|
Часть серы переходит в металл .и снижает |
его качество. |
||
Есть данные, что уменьшение содержания серы на 0,5% |
в до |
||
нецких углях позволило бы дополнительно получить на метал
лургических |
заводах |
юга не менее 1,5 млн. т чугуна и сокра |
|
тить -расход |
кокса. |
|
|
Ф о с ф о р |
также является вредной примесью, и с ним тру |
||
днее бороться, чем с серой. Содержание |
фосфора в угле ма |
||
ло, но он вызывает |
большие затруднения |
в доменном произ |
|
водстве, так как связать его флюсами не удается. Д а ж е ма лая примесь фосфора значительно ухудшает качество метал ла, вызывая свойство хладноломкости. При обогащении угля фосфор удаляется плохо.
Удаление серы и фосфора из угля представляет при пере работке каменного угля ооновную трудность.
В ряде работ [26, 65, 80] сообщается о возможности сни жения содержания серы в углях с помощью отсадки, желобов, концентрационных столов, тяжелых сред, воздушной класси
фикации, гидросепарации, флотации, а |
также электростати |
||
ческих и химических |
методов |
обогащения. |
|
Р а с с е я н н ы е |
(редкие) |
элементы. |
Уголь содержит |
большое количество химических элементов в виде различных солей, входящих в его минеральную и органическую части. Работами акад. Вернадского показано, что растения, давшие начало современным угольным месторождениям, заключали в себе разнообразный комплекс элементов, в том числе редких, которые перешли в уголь.
Некоторые угли содержат в заметных количествах марга нец, цинк, свинец, кадмий, медь, золото, ванадий, бериллий, германий, никель. По данным Зильберминца, содержание пя-
тиокиси ванадия в золе углей СССР колеблется |
от 0,2 до |
|
0,34%. |
|
|
В большинстве случаев редкие и рассеянные |
элементы |
|
встречаются в |
углях группами, концентрируясь преимущест |
|
венно в почве |
'И частично в кровле угольного пласта. Рассе |
|
янные и редкие элементы чаще связаны с органической ча стью угля (преимущественно с гуминовыми кислотами), но встречаются и в минеральной (зольной) части. -з-
СВОЙСТВА И КЛАССИФИКАЦИЯ УГЛЕЙ
Ископаемые угли чрезвычайно разнообразны по своим свойствам. Они определяются исходным материнским веще ством, условиями ег.о накопления и первоначальными процес сами разложения, а также вторичными геологическими фак торами, под влиянием которых происходят последующие про цессы изменения углей.
Ц в е т углей изменяется от бурого до черного; как исклю чение он может быть светло-желтым. Бурый цвет зависит от низкой степени углефикации угля. Бурые угли дают бурую,
каменные |
|
— серую или черную, антрацит |
— черную |
черту. |
||||||
Сапропелиты дают |
бурую или светло-бурую |
черту. |
|
|||||||
Б л е с к |
углей |
зависит от степени |
углефикации, чем ста |
|||||||
рее угли, тем больше |
их блеск. С возрастом |
угли |
приобрета |
|||||||
ют серебристый |
блеск, особенно это заметно |
у антрацитов. У |
||||||||
витрена блеск стеклянный, у кларена |
— смолистый, жирный, |
|||||||||
у фюзена |
— шелковистый. |
|
|
|
|
|
||||
У д е л ь н ы й |
в е с |
углей зависит от количества |
минераль |
|||||||
ных примесей, попадающих в органическую |
массу |
при ее на |
||||||||
коплении |
|
и от степени углефикации. |
Средний удельный вес |
|||||||
углей одного состава |
зависит от степени |
углефикации: у бу- |
||||||||
рых*углей он равен 0,8—1,24, у каменных |
— 1,26—1,35, у ан |
|||||||||
трацитов |
— 1,36—1,5, |
|
|
|
|
|
||||
Угли |
отличаются |
и по плотности, |
которая зависит |
от ис |
||||||
ходного материнского вещества и способа его накопления, в значительной мере от степени углефикации. Наименее плот ными являются угли молодые — бурые, наиболее плотные —
антрацит. |
|
|
|
|
Т в е р д о с т ь |
зависит |
от петрографического состава и |
||
степени |
углефикации (чем выше степень |
углефикации, тем |
||
больше |
твердость). |
|
|
|
Х р у п к о с т ь |
зависит |
от внутреннего |
сцепления частиц |
|
•угольной массы й от ее твердости. Основные инградиенты гу- . мусовых углей могут быть расположены в следующий ряд по убыванию хрупкости: фюзен, витрен, кларен, дюрен.
В л а ж н о с т ь зависит от степени углефикации. В торфя ной стадии уголь обладает высокой влажностью (30—40%). С увеличением возраста содержание влаги уменьшается. У бурых углей содержание влаги колеблется от 10 до 30%- Ка менные угли содержат ^енее 10% влажности, антрацит — 1 — 2%, редко до 4%.
Важной характеристикой углей является содержание |
л е |
|||
т у ч и х • в е щ е с т в . Это |
вещества, |
которые |
удаляются |
при |
нагревании угля без доступа воздуха |
при высокой температу |
|||
ре. Вместе с летучими веществами удаляется |
влага; остаю |
|||
щийся при этом твердый |
остаток называют коксом, в котором |
|||
будет и зола. По содержанию летучих веществ угли распола |
||||
гаются в следующей последовательности: торф (70%), бурые
угли (45—50%), каменные угли (35—50%), |
антрацит |
(5%). |
||
Важным является |
х а р а к т е р к о к с а . |
Он |
определяет |
|
ся свойством королька, остающегося после"" |
удаления |
лету |
||
чих. Он может быть |
в виде порошка или в |
виде, |
спекшейся |
|
массы. Различают: не спекшийся, слабо спекшийся, слипший ся и, наконец, спекшийся королек.
Т е п л о т в о . р н а я с п о с о б н о с т ь у г л е й — количе ство тепла, выделяемое при полном сгорании единицы их ве
са. Теплотворная |
способность определяется |
путем |
полного |
|||
сжигания навески угля в атмосфере |
сжатого |
кислорода |
в бом |
|||
бе, помещенной в калориметр. По |
повышению |
температуры |
||||
воды, окружающей бомбу, вычисляют теплоту |
сгорания уг |
|||||
ля, отнесенную к |
взятой |
навеске. |
|
|
|
|
Э л е к т р и ч е с к и е |
с в о й с т в а . |
По электрическим свой |
||||
ствам каменные и бурые угли относятся к обширному классу полупроводников, характерной особенностью которых являет ся то, что все их электрические свойства, в частности прово димость, чрезвычайно неустойчивы. При изучении проводимо; сти ископаемых углей следует учитывать влияние температу ры и химического состава примесей, гигроскопичности и дру гих факторов. Поэтому электрическое сопротивление угля, оп ределяемое в экспериментальных установках обычного типа, дает только величину, относящуюся ік данным условиям, опре деления.
М а г н и т н ы е с в о й с т в а ^ Магнитная восприимчивость собственно угольного вещества является диамагнитной, в то время как минеральные примеси характеризуются парамаг нитными свойствами. Истинная магнитная восприимчивость углей закономерно возрастает с увеличением степени их ме таморфизма.
Большое значение имеет э л е м е н т а р н ы й |
с о с т а в |
уг |
|
ля. При элементарном анализе углей определяют. |
углерод, |
||
водород, кислород, азот и серу, а иногда и фосфор |
(табл. |
4). |
|
Существует несколько видов классификаций |
(табл. 5, |
6). |
|
Они основаны как на физических свойствах углей, |
так и |
на |
|
его элементарном составе. Для углей Донецкого |
и |
Кузнецко- |
|
Элементарный состав |
углей |
|
|
|
|
|
|
Элементарный состав |
|
Теплотворная |
|
Топливо |
|
|
|
|
|
С |
Н |
О |
N |
способность, |
|
|
•кал/кг |
||||
Торф |
59 |
6,0 |
33,0 |
2,0 |
4000--5000 |
Бурый уголь |
69 |
5,2 |
25,0 |
0,8 |
4500—6200 |
Каменный уголь |
82 |
5,0 |
12,2 |
0,8 |
7000—9Q00 |
Антрацит |
95 |
2,5 |
2,5 |
— |
9000—9200 |
го бассейнов стандартизирована |
классификация, |
основанная |
||
на выходе летучих веществ и толщине |
пластического |
слоя |
||
(табл. 5). |
|
|
|
|
Антрациты для коксования не могут использоваться, так |
||||
как кокс получается в виде порошка, |
но ввиду высокой |
теп |
||
лотворной способности являются |
прекрасным энергетическим |
|||
топливом. - |
|
|
|
|
Коксовые угли хорошо поддаются коксованию. Коксовыми |
||||
они называются потому, что являются идеальными |
для коксо |
|||
вания. |
|
|
|
|
Составляя шихту из различных углей, можно |
получить |
|||
уголь с хорошим выходом кокса |
и с хорошими его свойства |
|||
ми. |
|
|
|
|
5.
ОБОГАЩЕНИЕ УГЛЯ
Целью обогащения угля является удаление вредных при месей. При обогащении угля получаются обычно 3 продукта:
1.Коьщентрат (низкозольный, малосернистый).
2.Промпродукт (высокозольный — энергетическое топли
во).
3.Хвосты (отвальные).
За годы Советской власти обогащение углей стало круп нейшей отраслью угольной промышленности.
' В 1969 г. объем механического |
обогащения углей по СССР |
|
составил 330 млн. т, в том числе |
на обогатительных фабри |
|
ках Министерства |
угольной |
промышленности СССР — |
212 млн. т, на |
фабриках Министерства черной металлургии |
|
СССР — 58 млн. т, на обогатительных |
установках—50 млн. т |
|
и на брикетных |
фабриках — 10 млн. т |
[33]. |
Технологическая классификация углей Донецкого и Кузнецкого бассейнов
|
Марка |
угля |
|
|
наименование |
обозна |
|||
чение |
||||
|
|
|
||
Длиннопламенный |
|
Д |
||
Газовый |
|
|
Г |
|
Газовый |
жирный |
|
гж |
|
Жирный |
|
|
ж |
|
Коксовый |
|
|
К |
|
Коксовый |
жирный |
|
||
Коксовый |
второй |
|
к2 |
|
Отощенный |
|
|
||
Опекающийся |
|
ОС |
||
Тощий |
|
|
Т |
|
Технологи |
Донецкий бассейн |
Кузнецкий |
бассейн |
||||
ческая |
группа |
V r , |
% |
Y, мм |
V r , % |
Y, мм |
|
угля |
|||||||
— |
|
37 |
и |
— |
Более |
|
|
|
|
более |
|
37 |
|
|
|
Г6 |
|
35 и |
6—15 |
Более |
|
6—16 |
|
Г14, Г16, Г17 |
более |
1 6 - 2 5 |
37 |
|
17—25 |
||
— |
|
— |
|
— |
37—30 |
6—25 |
|
Ж8, Ж10, Ж 1 3 |
35 — 27 |
13—20 |
|
|
|
||
Ж18, |
Ж19, |
|
|
|
Более |
33 |
26 и |
Ж 2 1 , Ж2 6 |
35 — 27 |
21 и более |
33 и менее |
более |
|||
К10 |
|
|
|
14—20 |
17—25 |
10—12 |
|
К13 |
|
27—18 |
|
Менее |
25 |
13—25 |
|
КЖ6, |
|
|
|
21 и |
30—25 |
6—13 |
|
КЖ14 |
|
27 — 18 |
более |
30—25 |
|
14—25 |
|
— |
|
— |
|
— • |
17 — 25 |
6—9 |
|
ОС6 |
|
14—22 |
6—13. |
Менее |
17 |
6—9 |
|
ОС |
|
14—22 |
Менее 6 |
|
|
|
|
— |
|
9—17 |
— |
Менее |
17 |
— |
|
Т а б л и ц а |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Промышленная классификация ка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
менных углей и антрацитов СССР |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
№ |
Параметр |
группы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
индекс |
|
|
|
К о д о в ы й н о м е р |
|
|
|
|
|
|
||||
группы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
у, |
мм |
спекаё- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
мости |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
>30 |
|
— |
|
|
|
|
|
58 |
68 |
78 |
а |
88 |
б |
98 |
7 |
26—30 |
|
— |
|
|
|
|
|
Ж К |
Ж |
|
|
|
|
ГЖ |
|
|
|
|
|
|
|
57 |
67 |
77 |
а |
87 |
б |
97 |
||||
6 |
22—25 |
|
— |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
56 |
66 |
76 |
а |
86 |
б |
96 |
||||
5 |
17 — 21 |
|
• — |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
13—16 |
|
— |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
9—12 |
|
— |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
6—8 |
|
— |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
< 6 |
|
>12 |
|
|
|
|
|
51 |
61 |
|
|
|
|
91 |
О |
|
0 |
0 - 1 2 |
1 |
|
|
|
|
СС |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
40 |
50 |
60 |
70 |
|
80 |
|
90 |
|||||
Параметры |
|
|
|
О |
|
|
|
.>17— >22 — >27— >33— |
|
8 |
|
|
||||
|
|
|
< 9 |
< 9 |
> 9 - |
> 1 4 - |
|
>37— |
>4 8 |
|||||||
класса |
|
Q6r , |
ккал/кг |
_ |
_ |
_ |
17 |
22 |
27 |
33 |
37 |
|
48 |
|
|
|
|
|
_ |
_ |
• _ |
_ |
>8200 |
|
7950— |
|
|||||||
|
|
Vq6r, |
|
|
<220 |
220— |
>310 |
— |
— |
— |
— |
— |
|
8200 |
— |
|
|
|
С М 3 / Г |
|
_ |
|
_ |
||||||||||
П р и м е ч а н и е . |
Угли |
|
— 3.10 |
|
|
17% |
и пластическим |
|
|
|
|
|
||||
с выходом летучих (vr ) менее |
|
|
|
|
|
|||||||||||
слоем (у) |
13 мм и более относятся |
к марке К. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||