книги из ГПНТБ / Менковский М.А. Химия в угольной промышленности

Аммониты вследствие меньшей опасности при обращении с ними по сравнению с другими взрывчатыми веществами полу­ чили большое распространение при ведении горных работ.

Аммониты выпускаются заводами в порошкообразном (в гоф­ рированных железных барабанах или деревянных ящиках) или в патронированном виде (патроны весом 100, 200, 300 а). Суще­ ственным недостатком аммонитов является их гигроскопичность.

Введение хлопка или жмыховой муки, содержащей около 9%

хлопкового масла, обволакивающего частицы селитры, несколько

в частности аммонитов, оказывает влияние степень измельчения составных частей. Степень измельчения оказывает влияние и на

другие свойства, например на бризантность, которая увеличи­ вается со степенью измельчения.

Гремучая ртуть [Hg (CNO)2], применяемая в качестве одного из инициирующих взрывчатых веществ, получается при взаимодействии раствора металлической ртути в азотной кис­ лоте с этиловым спиртом. Хранят гремучую ртуть в стеклянных банках под водой. Сухая гремучая ртуть чрезвычайно взрыво­ опасна, но, будучи спрессована (в капсюлях), менее чувстви­

тельна, а потому допускается к транспортированию в спрессо­ ванном виде.

Гремучая ртуть при взрыве дает короткий и резкий удар, но исключительно местного значения, т. е. ее разрушительное дей­ ствие имеет небольшую сферу.

Азид свинца является более мощным инициирующим взрывчатым веществом, чем гремучая ртуть.

В современной практике находит также применение иниции­ рующее взрывчатое вещество тенерес {СеН[ (ОН)2(МО2)::]з}-

Инициирующими взрывчатыми веществами снаряжают кап­ сюли-детонаторы; иногда в капсюли закладывают смесь из не­

скольких инициирующих взрывчатых веществ.

7*

Глава IX

ОБОГАЩЕНИЕ, БРИКЕТИРОВАНИЕ И ХРАНЕНИЕ УГЛЕЙ

1. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОБОГАЩЕНИИ УГЛЕЙ

Простейшее обогащение углей, т. е. отбор кусков породы из

полезного ископаемого, применяется с того времени, когда чело­ век начал добывать и использовать каменный уголь. Механи­ ческие методы обогащения стали внедряться в угольную про­ мышленность сравнительно недавно (в Советском Союзе угле­ обогатительные фабрики начали строить лишь в годы пятиле­ ток), а флотация для обогащения угольной пыли и шлама

лишь в последние годы.

Большинство углеобогатительных фабрик располагается не­ посредственно на шахтах и составляет одно общее хозяйство с шахтой. В последние годы начали вводить в строй централь­ ные углеобогатительные фабрики, обслуживающие несколько шахт.

Обогащение угля начинается в процессе самой добычи, при­ чем оно должно заключаться не только в удалении из угля по­ павшей в него породы, но и в такой организации горных работ,

при которой попадание породы в уголь было бы наименьшим. Со всей тщательностью должны проводиться мероприятия, предо­ храняющие уголь от загрязнений прослойками, а также поро­ дами из кровли и почвы пласта. Особенно засоряется уголь при слабых боковых породах, а чем слабее порода кровли, тем труд­ нее ее последующее извлечение, так как хрупкая порода легко измельчается и свободно перемешивается с углем.

Уголь, используемый для промышленных целей (коксования, газификации или энергетического сжигания), целесообразно под­ вергать обогащению. Удаление излишних минеральных приме­

сей, в том числе и сернистых, позволит не только устранить ряд технологических трудностей при использовании угля, но и уде­ шевить транспорт его и снизить себестоимость получаемой про­ дукции. Существенно, что при обогащении угля в определенных

100

фракциях контролируются рассеянные и редкие элементы.

В этом отношении особо перспективными являются центробеж­

ные методы обогащения.

Впроцессах обогащения угля основное угольное вещество не претерпевает глубоких изменений. Происходит главным обра­ зом перераспределение минеральных примесей, при котором они сосредоточиваются в отходах обогащения.

При обогащении из угля удаляются частицы пород, что повы­ шает спекаемость угля, уменьшает трещиноватость кокса и по­ вышает его прочность по истираемости и дробимости. Особенно

улучшается спекаемость неоднородных углей при петрографиче­ ском их обогащении.

Внастоящее время применяются различные методы обогаще­

ния и подготовки угля для коксования, которые позволяют, на­

пример, использовать для коксования угли с выходом летучих 18—32% вместо 22—27%.

На углеобогатительных фабриках обычно получают концен­

трат (обогащенный уголь), промпродукт (сростки угля с поро­

дой) и отходы (породу).

Концентрат преимущественно используется для коксования

иполукоксования, промпродукт — как котельное топливо; от­ ходы обогащения, как и шахтная порода, применяются преиму­ щественно для мокрой закладки. Шлам, получающийся в про­ цессе обогащения коксующихся углей, подвергается флотации и добавляется к концентрату, а шлам энергетических углей брике­

тируется или используется как котельное топливо. Особое зна­ чение имеет удаление из угля серы в виде пирита. Один процент содержания серы в коксе по вредности соответствует примерно 8% зольности.

Сера, потребляемая для производства серной кислоты и дру­ гих продуктов, завозится на Украину и Урал из Средней Азии,

серный колчедан — с Кавказа, тогда как колчедан, содержа­ щийся в угле, который с успехом мог бы заменить эти виды сырья, остается в угле, ухудшая его качество, или же сгорает в отвалах, отравляя воздух вокруг шахт. При помощи обогаще­ ния угля, а в некоторых случаях и последующего обогащения колчедана, вся содержащаяся в нем сера может быть использо­

зуется углистый колчедан.

Экспериментальные работы показали, что наряду с исполь­ зованием углистого колчедана для производства серной кислоты из него можно получать и элементарную серу.

В 1956 г. Московским горным институтом и ИГИ АН СССР

проведены в Подмосковном бассейне предварительные опыты, по­ казавшие возможность выделения из угля углистого колчедана. Так, при начальном содержании примесей угля в колчедане около 15% при применении гравитационного метода обогащения

101

в центробежном поле получается продукт с содержанием угле­ рода около 4% и серы около 47%, т. е. отвечающий требуемым кондициям.

2. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ОБОГАЩЕНИЯ УГЛЕЙ

На сортировках уголь или антрацит разделяют на классы, от­ личающиеся один от другого по крупности кусков, а на конвейе­ рах производят ручную отборку породы и колчедана (рис. 8). В настоящее время ведутся работы по автоматизации процесса

сортировки углей при помощи радиоактивных изотопов.

Довольно широкое распространение в углеобогащении полу­ чили моечные желоба. Различают моечные желоба для крупного и мелкого угля. Моечные желоба для крупного угля (рис. 9) состоят из моечного желоба 1 и двух разгрузочных камер 2 и 3.

В головной, более крутой части желоба происходит предвари­

тельное расслоение материала по удельному весу. При дальней­ шем движении по желобу куски породы образуют породную по­ стель, а далее проваливаются в разгрузочную камеру 2 и раз­ гружаются породным элеватором 4; промежуточный продукт со­

бирается в разгрузочной камере 3 и элеватором 5 возвращается

на повторную обработку, а обогащенный уголь вместе с водой смывается в конце желоба.

Производительность моечных желобов для крупного угля со­ ставляет 1,5 m/час на 1 см ширины желоба. Условием нормаль­ ной работы желоба является равномерная подача исходного угля однородного качества. Важно также следить за состоянием породной постели. При увеличении высоты постели возрастают потери угля.

Процесс гравитационного обогащения полезных ископаемых, состоящий в разделении минералов по их удельным весам при движении воды или воздуха в вертикальном направлении, на­ зывается отсадкой.

Различают поршневые и беспоршневые отсадочные машины.

Простейшая схема поршневой отсадочной машины показана на рис. 10.

Машина состоит из ящика 2, разделенного перегородкой 3 на

подвергается действию восходящей струи; при обратном ходе поршня в подрешетном пространстве возникает нисходящая струя воды — в результате частицы обогащаемого угля расслаи­ ваются по удельному весу, тяжелые части породы опускаются на

решето, где образуется породная постель, а более легкие частицы угля выносятся в верхние слои.

Беспоршневая отсадочная машина представлена на рис. 11.

Камера машины состоит из пяти самостоятельных отсеков. Ко­ лебательное движение передается воде через специальное золот-

102

Рис 9. Схема моечных желобов для крупного угля

Рис. 10. Схема поршневой отсадочной машины

103

никовое устройство. В отсадочную машину подается сжатый воз­ дух, впуск и выпуск которого можно регулировать так, чтобы получить незначительное действие нисходящей струи при боль­ шой скорости восходящей.

Для обогащения мелкого угля (10—13 мм) применяют отса­

дочные машины с постелью из полевого шпата, зерна которого-

в 3 раза крупнее обогащаемого материала. Разгрузка породы производится через отсадочное решето с отверстиями, несколько большими крупности обрабатываемого угля (12—15 мм).

Рис. 11. Беспоршневая отсадочная машина

Если взять жидкость, удельный вес которой находится между удельными весами двух минералов, то при погружении их в эту жидкость произойдет разделение: более легкий минерал всплы­ вает на поверхность, а более тяжелый — опустится на дно.

Для того чтобы разделять минералы или обогащать уголь на отдельные составляющие части, необходимо подобрать жидкости с соответствующими удельными весами, причем эти жидкости мо­ гут быть истинными растворами каких-либо веществ или взве­

сями мельчайших твердых частиц (суспензиями).

Впоследнее время приобретает значение обогащение углей

вцентробежном поле (центрифугах), когда наряду с условиями гравитации действуют и центробежные силы, обеспечивающие еще лучшее разделение -угольного вещества на отдельные фрак­ ции.

Трудности обогащения в суспензиях связаны со сложностью их регенерации. В СССР обогащение в суспензиях применяется

104

на фабриках, построенных в Караганде, Губахе и при шахте- «Комсомолец» в Донбассе.

В качестве тяжелых жидкостей применяют в промышленности

различные растворы.

Если, например, смесь каменного угля (уд. вес 1,3) и сланца (уд. вес 2,3) погрузить в водный раствор СаСЬ (уд. вес. 1,8), то все зерна угля будут плавать на поверхности, а зерна сланца опустятся на дно.

В качестве разделительной жидкости предложено применять также смеси галоидозамещенных углеводородов и др.

При гравитационном обогащении угля образуется до 30% пыли (при пневматическом обогащении) или шлама (при мок­

ром обогащении).

При небольшой зольности пыли ее присоединяют к концен­ трату или к промпродукту. Однако целесообразнее пыль и шлам подвергать обогащению.

Флотационное обогащение шлама с каждым годом получает

все большее распространение. Хорошо флотируется шлам газо­ вых углей.

Сущность процесса флотации заключается в разделении ми­ нералов, находящихся в водной взвеси, при помощи специально вводимых реагентов, избирательно смачивающих поверхности определенных минералов и воздействующих на них при переме­

твердой и жидкой, а также твердой и газообразной.

Поверхности раздела фаз обладают особыми свойствами, от­

личными от свойств каждой фазы в отдельности.

Флотационные реагенты по своему назначению делятся на пять основных групп:

1) пенообразователи (спирты, фенолы, терпинеол и др.), ко­ торые адсорбируются на поверхности раздела жидкость — газ, понижая поверхностное натяжение воды;

105

2) собиратели (масла, ксантогенаты), адсорбирующиеся на поверхности раздела минерал — вода, образуют пленку на ми­ нерале и повышают его гидрофобность;

3) подавители (желатина, крахмал и др.), которые препят­ ствуют адсорбции собирателей на тех минералах, которые не хотят флотировать;

4) активаторы (соли тяжелых металлов), способствующие адсорбции собирателя;

5) реагенты, создающие необходимые свойства среды (на­ пример, pH).

3. БРИКЕТИРОВАНИЕ УГЛЕЙ

Одним из способов облагораживания угля, особенно бурого, является брикетирование. Как правило, бурые угли брикетиру­ ются без добавок связующего. Мелочь каменных углей и антра­ цитов, а также некоторые бурые угли требуют связующих

торые изменения в капиллярной структуре угольного вещества,

которые оказывают влияние на физико-химические свойства бри­ кетов, делая их отличными от исходного угля.

Брикеты отличаются от исходных углей влагоемкостью (опре­ деление производят погружением в воду на 1 час взвешенного брикета, который затем осушают фильтровальной бумагой и снова взвешивают), термической стойкостью (нагревание в му­ феле до 700—800°) и прочностью, т. е. способностью рассыпаться при сбрасывании или истирании.

Перед брикетированием уголь обычно подвергают сушке в га­ зовых сушилках. Крупность угля, подвергаемого брикетирова­ нию, находится в пределах 0—6 или 0—3 мм.

Наиболее распространенное связующее вещество при брике­ тировании— каменноугольный пек (остаток после разгонки'ка­ менноугольной смолы), добавляемый в количестве 8—10% в из­ мельченном состоянии (0—1,0 мм) или в жидком виде путем пульверизации через форсунку. Применяются также нефтяные битумы, торфяной пек, кислые гудроны, нафталин, концентраты

сульфидных щелоков, сульфит спиртовой барды и т. д.

Основные требования, предъявляемые к связующим вещест­ вам: цементирующее свойство; придание брикетам влагоустой-

чивости; сохранение теплоты сгорания брикетов; способность не вытапливаться и не выгорать ранее самого угольного вещества в брикете; безвредность при переработке; простота оборудо­

вания, требуемого для введения связующего в угольное ве­

щество.

1.06

4.ХРАНЕНИЕ УГЛЕЙ

Всвязи с развивающейся механизацией добычи угля и уве­ личением содержания в нем мелких классов вопросы хранения больших количеств твердого топлива приобрели большое значе­ ние.

Угольное вещество, находясь в земных недрах, претерпевает непрерывные качественные изменения. Эти изменения значи­ тельно ускоряются при длительном пребывании угля на поверх­ ности и могут привести не только к ухудшению его свойств, но и к самовозгоранию.

Окисление кислородом воздуха является одной из основных причин изменений качества угля при его хранении. Однако меха­ низм реакций, происходящих при хранении углей, очень сложен и не имеет до настоящего времени исчерпывающего объясне­ ния.

В результате окисления понижается теплота сгорания угля,

ухудшаются его коксующие свойства и т. д. В табл. 17 показано примерное изменение элементарного состава угля при хранении

его на воздухе в течение года.

Таблица 17

Изменение элементарного состава угля при хранении

При хранении происходит потеря горючих компонентов угля и увеличивается содержание кислорода.

Окисление угля является процессом, развивающимся на по­ верхности раздела угля и окружающей среды. Поэтому увеличе­

ние поверхности соприкосновения угля с воздухом ведет к интен­ сификации окисления. В мелких классах угля, имеющих боль­

шую удельную поверхность, процессы окисления протекают бо­ лее эффективно.

Однако склонность угля к окислению зависит не только от удельной поверхности, но и от типа угля и степени его углефи­

кации. Разница в степени углефикации или метаморфизма уг­

лей, как это известно, отражена главным образом в химическом строении макромолекулы основного угольного вещества. Угли малоуглефицированные — бурые, молодые каменные, имеющие в составе своих молекул большую бахрому алифатических це­ пей, более склонны к окислению, чем каменные угли, у которых за счет процессов последующего метаморфизма и углефикации

107

эти боковые цепи уже подверглись значительному или даже пол­ ному разрушению.

Таким образом, по способности к окислению ископаемые угли располагаются в следующем возрастающем порядке: антра­ циты, каменные угли, молодые каменные угли, бурые угли.

ного, успешного хранения молодых каменных углей и бурых углей.

Поэтому в каждом отдельном случае, для каждого вида и типа твердых ископаемых необходимо практически устанавли­ вать их склонность к окислению и определять условия длитель­ ного хранения.

Известное влияние на процессы окисления угля при его хра­ нении оказывают минеральные примеси и влага. Из минераль­ ных примесей в этом отношении наибольший интерес представ­ ляет пирит. По некоторым данным, пирит может оказывать ка­ талитическое влияние при окислении угля.

Очевидно, пирит играет не самостоятельную, а вспомогатель­ ную роль в процессе самовозгорания угля, в который он включен. При наличии пирита в угле последний легче растрескивается,,

а следовательно, возгорается.

Влияние сернистых соединений и минеральных примесей, так же как и влияние степени углефикации угля, не может служить

имеет свои особенности, которые должны быть практически опре­ делены и учтены при организации длительного хранения боль­ ших количеств угля.

Весьма существенное влияние на окисление и самовозгорание

углей оказывает влага. Следует учитывать, что наличие влаги может иметь двоякое значение в зависимости от ее характера.

Влага гигроскопическая, или капиллярная, предотвращая окис­ ление органического вещества, весьма полезна для стабильного

хранения угля. Влага же внешняя, или атмосферная, играет от­ рицательную роль в процессе хранения.

При хранении больших количеств угля в кучах или в штабе­ лях наблюдается повышение температуры. В практике хранения

различают критическую температуру, по достижении которой мо­ жет произойти быстрый переход от самонагревания углей до их самовозгорания. Такой критической температурой для большин­ ства бурых углей следует считать 40—60°, для жирных каменных углей она несколько выше и равна примерно 60—70°, для отощенных углей и антрацитов — составляет 80°.

При достижении указанной температуры дальнейшее само­ нагревание может быстро усиливаться и достигнуть температуры 100—140° и даже выше, что в случае непринятия соответствую­ щих мер приведет к самовозгоранию угля в штабеле.

108