Б С Панов, О О Кущ, Ю Б Панов - Корисні копалини - страница 38

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50 

Конкреції, лінзи, про­шарки, одиничні вкрап­лення, топка суміш

Епігене­тичні

Т - Механічні

Уламки вміщуючих по­рід

Окремі включення у розвальцьованому ву­гіллі

 

Т - Інфільтраційні меха­нічні

Тонкодисперсна алеври­това та пелитова маса

Заповнення тріщин і пор

 

А - Інфільтраційні хімі­чні

Сульфіди - піріт, сфале-ріт та ін. Карбонати -кальцит, сідеріт , суль­фати - гіпс та ін.

Заповнення тріщин і пор

Таблица 5.2

Минеральные включения в угольных пластах

Тип минерализации

 

По времени образования

По способу образования: Т - терригенные; А - аутигенные

Минеральный состав

Форма нахождения в угольных пластах

Сингенен-тичные

Т - Механические обло­мочные, эрозионно-аккумулятивные

Кварц, полевой шпат, глинистые минералы -каолинит, гидрослюды; слюды, хлорит и др. Об­ломки пород

Прослойки, линзы, вкрапления, дисперсия, примесь


 

А - Унаследованные из растительной массы

Металлоорганические соединения Са, К; элементорганические соединения Б и Р, сорби­рованные элементы

Дисперсные примеси неразличимые под мик­роскопом

 

А - Химические из про­точных, торфяных и подземных вод

Сульфиды - пирит, сфа­лерит и др. Карбонаты -кальцит, сидерит и др.

Конкреции, линзы, про­слойки, единичные вкрапления, тонкая примесь

Эпигене-тичные

Т - Механические

Обломки вмещающих пород

Отдельные включения в развальцованном угле

 

Т - Инфильтрационные механические

Тонкодисперсная алев­ритовая и пелитовая масса

Заполнения трещин и пор

 

А - Инфильтрационные химические

Сульфиды - пирит, сфа­лерит и др. Карбонатиты - кальцит, сидерит, сульфаты - гипс и др.

Заполнения трещин и пор

5.4 Елементний склад вугілля

Елементний склад характеризує зміст хімічних елементів в органічній масі ву­гілля. Основними з них є вуглець, водень, кисень, азот, органічна сірка (Бо) і фос­фор. Перші чотири елементи утворюють складне органічне макромолекулярне з'єднання (мал. 5.1) і забезпечують голо­вну властивість корисної копалини - теп­лотворну здатність. Останні два є балас­тами, погіршують енергетичні показники вугілля і зменшують область його засто­сування в різних технологічних процесах. Варто розуміти, що при накопиченні по­чаткового вуглеутворюючого матеріалу в нього привносяться продукти руйнування гірських порід. У зв'язку з цим речовина вугілля складається з двох частин - орга­нічної і мінеральний.

5.4 Элементный состав

Элементный состав характеризует содержание химических элементов в ор­ганической массе углей. Основными из них являются углерод, водород, кисло­род, азот, органическая сера (Бо) и фос­фор. Первые четыре элемента образуют сложное органическое макромолекуляр-ное соединение (рис. 5.1) и обеспечивают главное свойство полезного ископаемого - теплотворную способность. Последние два являются балластами, ухудшают энергетические показатели угля и сужают область его применения в различных технологических процессах. Следует по­нимать, что при накоплении исходного углеобразующего материала в него прив­носятся продукты разрушения горных пород. В связи с этим вещество угля со­стоит из двух частей - органической и минеральной.

Мал.5.1. Модель макромолекули вугільної речовини по ван Кревелену (1960) Рис.5.1. Модель макромолекулы угольного вещества по ван Кревелену (1960)

У мінеральній частині (див. табл. 5.2) також можуть бути вуглець, водень, ки­сень і азот, але вони містяться там у виді карбонатів, оксидів, сульфатів, сульфідів, силікатів, гідратної води і зрідка в само­родному виді. Усереднений елементний склад органічної маси твердих горючих копалин і його зміни в процесі діа-, ката-та метагенетичних перетворень наведе­ний в табл. 5.3.

В минеральной части (см. табл. 5.2) также могут быть углерод, водород, ки­слород и азот, но они содержатся там в виде карбонатов, оксидов, сульфатов, сульфидов, силикатов, гидратной воды и изредка в самородном виде. Усреднен­ный элементный состав органической массы твердых горючих ископаемых и его изменения в процессе диа-, ката- и метагенетических преобразований при­ведены в табл. 5.3.

Таблиця 5.3

Склад органічної маси твердих горючих копалин (%), (по О. О. Гапєєву)

Види горючих

С

О

Н

N

Деревина

50

43

6,0

1,0

Торф

59

33

6,0

2,0

Буре вугілля

69

25

5,5

до 0,8

Кам'яне вугілля

82

13

5,0

0,8

Антрацит

95

2,5

2,5

сліди

Таблица 5.3

Состав органической массы твердых горючих ископаемых (%),

(по А.А.Гапееву)

Виды горючих

С

О

Н

N

Древесина

50

43

6,0

1,0

Торф

59

33

6,0

2,0

Бурый уголь

63

25

5,5

до 0,8

Каменный уголь

82

13

5,0

0,8

Антрацит

98

2,5

2,5

следы

Як видно на мал. 5.1 і в таблиці 5.3, вуглець є основним елементом вихідного вуглеутворюючого матеріалу і твердих пальних корисних копалин. Процес вуг-леутворення полягає в постійному збіль­шенні його змісту від 50% у вихідній де­ревині до 98% в антрацитах. Зміст водню в гумолітах, навпаки, у міру росту мета­морфізму (вуглефікації) знижується від 4­6% у бурих вугіллях і до 1-3% в антраци­тах. У сапропелітах воно коливається від 5,2 до 18% і залежить від типу вихідного матеріалу й умов утворення. Кисень у вихідному матеріалі входить до складу хімічних сполук з вуглецем і в міру збі­льшення вуглефікації його зміст у гумо-літах зменшується від 20-30% у бурих вугіллях і до 0,1-2% в антрацитах. У сап­ропелітах зміст кисню коливається від 5,2 до 31%. Азоту у вугіллях небагато - 0,1­5,7%. Підвищення його змісту (4-5,7%) знижує теплотворну здатність вугіль. У процесі коксування він утворить аміак і інші азотисті речовини.

Сірка в будь-якому виді є компонен­том, що погіршує якість корисної копа­лини. Найбільший її зміст (до 30%) від­значається в бурих вугіллях, найменше -в антрацитах (0,1-2,5%). Однак, незважа­ючи на загальну закономірність змен­шення змісту сірки в міру росту ступеню вуглефікації, на локальних ділянках мож­ливі істотні відхилення убік збільшення.

Как видно на рис. 5.1 и в таблице 5.3, углерод является основным элементом ис­ходного углеобразующего материала и твердых горючих полезных ископаемых. По сути, процесс углеобразования заклю­чается в постоянном увеличении его со­держания от 50% в исходной древесине до 98% в антрацитах. Содержание водорода в гумолитах, наоборот, по мере роста мета­морфизма (углефикации) снижается от 4­6% в бурых углях и до 1-3% в антрацитах. В сапропелитах оно колеблется от 5,2 до 18% и зависит от типа исходного материа­ла и условий образования. Кислород в ис­ходном материале входит в состав химиче­ских соединений с углеродом и по мере увеличения углефикации его содержание в гумолитах уменьшается от 20-30% в бурых углях и до 0,1-2% в антрацитах. В сапропе-литах содержание кислорода колеблется от 5,2 до 31%. Азота в углях немного - 0,1­5,7%. Повышение его содержания (4-5,7%) снижает теплотворную способность углей. В процессе коксования он образует аммиак и другие азотистые вещества.

Сера в любом виде является компо­нентом, ухудшающим качество полезного ископаемого. Наибольшее ее содержание (до 30%) отмечается в бурых углях, наи­меньшее - в антрацитах (0,1-2,5%). Одна­ко, несмотря на общую закономерность уменьшения содержания серы по мере рос­та степени углефикации, на локальных

У вугіллях паралічеських (морських) ба­сейнів зміст сірки вище, ніж у вугіллях, що утворилися в лімнічеських (озерних) басейнах. Фосфор у вугіллях міститься в незначних кількостях, звичайно до 0,05%. Його зміст в енергетичних вугіллях прак­тичного значення не має і лімітується лише при одержанні визначених сортів коксу (менш 0,012%) і карбіду кальцію з антрацитів (менш 0,05%). Зміст фосфору визначають у золі вугілля.

Поряд з основними елементами у ву-гіллях у малих кількостях (тисячні і менш частки відсотків) міститься ряд як корис­них, так і токсичних, шкідливих компо­нентів. Як корисні, найбільше промис­лове значення мають уран, германій, га­лій, ванадій, молібден, реній, срібло, сви­нець, цинк. До потенційно шкідливих і токсичних елементів відносять миш'як, хлор, берилій, кобальт, ванадій, марга­нець, нікель, ртуть, свинець, фтор, хром. При цьому, такі елементи, як ванадій, свинець, цинк, входять до обох груп. Мі­німальні змісти (г/т. сухого вугілля) шкі­дливих і токсичних елементів, при яких вугілля відносяться до потенційно небез­печних, складають: миш'як - 300, берилій - 50, ванадій - 100, кобальт - 100, марга­нець - 1000, нікель - 100, ртуть - 1, сви­нець - 50, селенів - 1000, фтор - 500, хром - 100.

участках возможны существенные откло­нения в сторону увеличения. В углях па-раллических (морских) бассейнов содер­жание серы выше, чем в углях, образовав­шихся в лимнических (озерных) бассейнах. Фосфор в углях содержится в незначитель­ных количествах, обычно до 0,05%. Его содержание в энергетических углях прак­тического значения не имеет и лимитиру­ется лишь при получении определенных сортов кокса (менее 0,012%) и карбида кальция из антрацитов (менее 0,05%). Со­держание фосфора определяют в золе угля.

Наряду с основными элементами в уг­лях в малых количествах (тысячные и ме­нее доли процентов) содержится ряд как полезных, так и токсичных, вредных ком­понентов. Как полезные, наибольшее про­мышленное значение имеют уран, герма­ний, галлий, ванадий, молибден, рений, серебро, свинец, цинк. К потенциально вредным и токсичным элементам относят мышьяк, хлор, бериллий, кобальт, ванадий, марганец, никель, ртуть, свинец, фтор, хром. При этом, такие элементы, как вана­дий, свинец, цинк, входят в обе группы. Минимальные содержания (г/т. сухого уг­ля) вредных и токсичных элементов, при которых угли относятся к потенциально опасным, составляют: мышьяк - 300, бери-лий - 50, ванадий - 100, кобальт - 100, марганец - 1000, никель - 100, ртуть - 1, свинец - 50, селен - 1000, фтор - 500, хром - 100.

5.5 Технологічні та технічні властиво­сті вугілля

Поняття «технічні властивості ву-гіль» поєднує перелік показників якості, що визначають у всіх випадках і дозво­ляють зробити висновок чи маємо ми 5.5 Технические и технологические свойства углей

Понятие «технические свойства углей» объединяет перечень показателей их каче­ства, которые определяют во всех случаях и позволяют сделать вывод - имеем ли мысправа з корисними копалинами. Техно­логічні властивості визначають схему пе­реробки корисної копалини (підготовку до використання) і напрямок його вико­ристання. До технічних властивостей відносяться вологість зольність (А), зміст сірки (Б), вихід летучих речовин (V) та теплота згоряння (<3) вугілля. До тех­нологічних параметрів відносяться збага-ченість, коксівність, спікливість, зміст цінних і шкідливих компонентів, темпе­ратура плавлення і склад золи, а також ряд інших. Деякі параметри, як, напри­клад, вихід летучих речовин, відносяться як до технічних, так і технологічним.

Вологість викопного вугілля підрозді­ляється на де кілько видів: поверхневу, загальну, гідратну і пірогенетичну. Зов­нішня волога знаходиться на поверхні шматків добутого вугілля. Вона віддаля­ється з кам'яних вугіль висушуванням, а з бурих - вижиманням під чи пресом за допомогою зовнішніх сорбентів. Залиши­лося після її видалення кількість вологи в куті характеризує його максимальну во­логоємність у природному стані Х\^(\¥тах). Це так звана загальна волога.

Загальна волога складається з зовніш­ньої (\Уех) і повітряно-сухий (\Уь). '^(\¥тах)=\¥ех+\¥і1. Зовнішня волога - ві­льними, утримуваними капілярними си­лами, у відкритих тріщинах і порах, на повехні вугілля. Волога повітряно-сухого вугілля представлена водою, що знахо­диться в порах, що утримується гідрофі­льними властивостями часток вугілля. Вода, що міститься в кристалічних ґрат­ках мінеральних домішок в органічній речовині називається відповідно гід­ратною (\Ут) і пірогенетичною У^). Ці види вологи віддаляються при коксу­ванні, напівкоксуванні і прожарюванні.

Зольність вугілля відбиває процентне дело с полезным ископаемым или нет. Технологические свойства определяют схему переработки полезного ископаемого (подготовку к использованию) и направле­ние его использования. К техническим свойствам относятся влажность (\У), золь­ность (А), содержание (Б) серы, выход ле­тучих (V) веществ и теплота сгорания (<3) угля. К технологическим параметрам отно­сятся обогатимость, коксуемость, спекае-мость, содержание ценных и вредных ком­понентов, температура плавления и состав золы, а также ряд других. Некоторые пара­метры, как, например, выход летучих ве­ществ, относятся как к техническим, так и технологическим.

Влажность ископаемых углей подраз­деляется на несколько видов: поверхно­стную, общую, гидратную и пирогенети-ческую. Внешняя влага находится на по­верхности кусков добытого угля. Она уда­ляется из каменных углей высушиванием, а из бурых - выжиманием под прессом или с помощью внешних сорбентов. Оставшее­ся после её удаления количество влаги в угле характеризует его максимальную вла-гоемкость в естественном состоянии '^(\Утах). Это так называемая общая влага.

Общая влага состоит из внеш­ней (\Уех) и воздушно-сухой (\Уп). Wt(Wmax)=WeX+Wh. Внешняя влага - сво­бодная, удерживаемая капиллярными си­лами, в открытых трещинах и порах, на поверхности угля. Влага воздушно-сухого угля представлена водой, находящейся в поровых пространствах, удерживаемая гидрофильными свойствами частиц угля. Вода, содержащаяся в кристаллических решетках минеральных примесей в орга­ническом веществе называется соответст­венно гидратной и пирогенетической ^вк). Эти виды влаги удаляются при кок­совании, полукоксовании и прокаливании.відношення маси непального залишку, отриманого при спалюванні палива, до маси досліджуваного обсягу вугільного матеріалу. У куті зола міститься у виді внутрішньої (рослинної, конституційної), хімічно зв'язаної з органічною речовиною (неорганічні домішки, що входять у рос­лини вуглетвірники) і зовнішньої, що складається з мінеральних включень, по­родних прошарків і уламків вміщаючи порід. Внутрішня зола (1-10%) практично не віддаляється, а зовнішня - частково витягається при збагаченні.

При складній будови шару розрізня­ють зольність чистих вугільних пачок (Ай) і зольність породних прошарків і по­рід, що вміщають, (Айпор). При оцінці кондиційності по зольності шарів склад­ної будови розраховують середньозва­жену виймочну зольність по сумі вугіль­них пачок і породних прошарків, а іноді і що засмічують шарів порід покрівлі і ґрунту. Кондиційною межею виймочної зольності для вугіль України вважається інтервал 30-40%. Шари з зольністю вище 40% оцінюються як забалансові, а більш ніж 45% як такі, що не підраховуються. Важливе значення придається складу і властивостям золи. У ряді випадків у неї можуть міститься підвищені концентрації А§, Со, В, А1, коштовних Аи, Рі і інших коштовних компонентів. Плавкість золи оцінюється по температурах початку де­формації (іа), спікання плавлення (1;в) і рідко-плавкового стану (іс). У залежності від граничної температури плавлення зо­ла підрозділяється на три групи: - туго­плавку (1;в>14000), середньоплавкую (гв=1200-13500) і легкоплавку (гв<12000).

Вихід летучих речовин ("У^"*) - визна­чають при термічному впливі на вугілля (1=850±100) протягом 7 хвилин без до­ступу повітря. Летучі продукти, що при

Зольность угля отражает процентное отношение массы негорючего остатка, по­лученного при сжигании топлива, к массе исследуемого объема угольного материала. В угле зола содержится в виде внутренней (растительной, конституционной), химиче­ски связанной с органическим веществом (неорганические примеси, входящие в рас­тения углеобразователи) и внешней, со­стоящей из минеральных включений, по­родных прослоев и обломков вмещающих пород. Внутренняя зола (1-10%) практиче­ски не удаляется, а внешняя - частично из­влекается при обогащении.

При сложном строении пласта разли­чают зольность чистых угольных пачек (Ай) и зольность породных прослоев и вмещающих пород (Айпор). При оценке кондиционности по зольности пластов сложного строения рассчитывают сред­невзвешенную выемочную зольность по сумме угольных пачек и породных про­слоев, а иногда и засоряющих слойков по­род кровли и почвы. Кондиционным пре­делом выемочной зольности для углей Ук­раины считается интервал 30-40%. Пласты с зольностью выше 40% оцениваются как забалансовые, а свыше 45% как неподсчи-тываемые. Важное значение придается со­ставу и свойствам золы. В ряде случаев в ней могут содержаться повышенные кон­центрации А§, Со, В, А1, ценных Аи, Pt и других ценных компонентов. Плавкость золы оценивается по температурам начала деформации (1а), спекания ^), плавления (1в) и жидко-плавкового состояния (1с). В зависимости от предельной температуры плавления зола подразделяется на три группы: - тугоплавкую (1в>14000), средне-плавкую (1в=1200-13 500) и легкоплавкую (1в<12000).

Выход летучих веществ ("Vм) - опре­деляют при термическом воздействии нацьому утворюються представлені пер­винним дьогтем (з бурого вугілля) чи ка­м'яновугільною смолою (з кам'яного ву­гілля), газами (Н2, СН4, СО, СО2, ) пароподібними вуглеводнями, їх похід­ними і водою. В міру росту вуглефікації вихід летучих знижується від 70-50% у бурих вугіль до 1,5% у антрацитів.

Для класифікації антрацитів при Vdaf<8% визначають об'ємний вихід лету-

Ла/ 3 чих (Vу   ). Він відбиває обсяг (см ) лету­чих речовин, що виділилися, при нагрі­ванні 1 м антрациту без доступу повітря протягом 15хв. В інтервалі значень Vім'

1,5 - 9% величина Vу змінюється від 60 до 320см3/г, що дає можливість розділити антрацити на стадії метаморфізму А9-А14 (табл. 5.4).

Сірчистість вугілля. Сера у вугіллях є чинником,   що   негативно   впливає на

якість сировини. По величині Б1 вугілля розділяються на низькосірчисті від 0,5 до 1,5%, середньосірчисті (1,5-2,5%), сірчи­сті (2,5-4%) і високосірчисті (>4%). Ка­м'яні вугілля України володіють підви­щеною сірчистю, за винятком родовищ Червоноградского і Південно-Західного районів Львівсько-Волинського басейну.

Сірка у вугіллі входить до складу як мінеральної, так і органічної частини. Відповідно при дослідженнях із загальної

сірки (Б1 ) виділяють сульфідну в), су­льфатну (8во4) і органічну (Бо). Сульфідна (колчеданна) сірка зв'язана (див. табл. 5.2) із дрібними розсіяними зернами, кристалами, конкреціями піриту, марка­зиту й інших утримуючих сірку мі­нералів. Сульфатна сірка (8во4) присвя­чені до кристалів ангідриту, гіпсу, мелан­териту - сульфатів, що утворяться при вивітрюванні сульфідів заліза. Зміст ор­ганічної сірки у вугіллях коливається в уголь (1=850±100) в течение 7 минут без доступа воздуха. Образующиеся при этом летучие продукты представлены первич­ным дегтем (из бурого угля) или камен­ноугольной смолой (из каменного угля), газами (Н2, СН4, СО, СО2, МЪ) парооб­разными углеводородами, их производ­ными и водой. По мере роста углефикации выход летучих снижается от 70-50% у бу­рых углей до 1,5% у антрацитов.

Для классификации антрацитов при определяют объемный выход ле­тучих (Vу ). Он отражает объем (см ) вы­делившихся летучих веществ при на­гревании 1 г антрацита без доступа воздуха в течение 15мин. В интервале значений

Vм 1,5 - 9% величина Vу изменяется от 60 до 320см3/г, что дает возможность раз­делить антрациты на стадии метаморфизма А9-А14 (табл. 5.4).

Сернистость углей. Сера в углях яв­ляется фактором, отрицательно влияющим

й

на качество сырья. По величине Б1 угли разделяются на низкосернистые от 0,5 до 1,5%, среднесернистые (1,5-2,5%), серни­стые (2,5-4%) и высокосернистые (>4%). Каменные угли Украины обладают повы­шенной сернистостью, за исключением месторождений Червоноградского и Юго-Западного районов Львовско-Волынского бассейна.

Сера в углях входит в состав как ми­неральной, так и органической части. Со­ответственно при исследованиях из общей

й

серы (Б1 ) выделяют сульфидную сульфатную (8во4) и органическую (Бо). Сульфидная (колчеданная) сера связана (см.табл. 5.2) с мелкими рассеянными зер­нами, кристаллами, конкрециями пирита, марказита и других содержащих серу ми­нералов. Сульфатная сера (8во4) приуроче­ны к кристаллам ангидрита, гипса, мелан­межах 0,11-3,5%, колчеданної - 0,02-8,5 і сульфатної - 0,01-0,8. Найбільше важко витягуємими є домішки органічної сірки. Найбільший зміст сірки (до 30%) спосте­рігається в бурому вугіллі, найменше (0,1-2,5%) - в антрацитах. У вугіллях прибережно-морського походження її завжди більше, ніж в озерних (лімніч-них). Сірчисті вугілля спалюються на ТЕС у суміші з дробленим вапняком, що зв'язує окиси сірки, що утворюються, у твердофазні гіпс і ангідрит.

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50 


Похожие статьи

Б С Панов, О О Кущ, Ю Б Панов - Корисні копалини