Физические свойства углей Майкюбенского бассейна

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Физические свойства углей Майкюбенского бассейна

27.04.2020

Угли Майкюбенского бассейна по внешнему облику отличаются большим разнообразием. Малозольные гелитолиты — хрупкие, обладают более сильным блеском, чем это свойственно обычно бурым углям, и интенсивно черным цветом. Зольные гелитолиты — плотные, серовато-черного цвета с матовым блеском. Среди фюзенолитов выделяются как малозольные рыхлые крупнофрагментарные угли с матово-шелковистым блеском, так и плотные зольные угли серовато-черного цвета с матовым блеском. Микстогумолиты характеризуются значительной плотностью, коричневато-черным цветом и тонкозернистой поверхностью излома. Автохтонные кутикуловые дюрены отличаются тусклым блеском, значительной плотностью и характерной плитчатой отдельностью; аллохтонные липоидолиты — зольные, плотные, с матовым блеском. Сапропелито-гумиты, приближающиеся по типу к кеннелям, характеризуются бархатисто-черным цветом и плитчатой отдельностью.

Удельный и объемный вес углей зависит от их зольности (табл. 35).
Физические свойства углей Майкюбенского бассейна

Химико-технологическая характеристика


Средние показатели качества углей Майкюбенского бассейна по основным горизонтам приведены в табл. 36.

Влажность лабораторная по основным угольным горизонтам увеличивается снизу вверх. Рабочая влажность определена только для углей пласта I-Ш. Она колеблется от 13 до 22% и в среднем составляет 18,5%. На этом основании угли относятся к марке B3. По остальным показателям, таким, как содержание углерода, теплота сгорания горючей массы, показатель преломления витринита, они также соответствуют этой марке.

Зольность углей в естественном состоянии (табл. 37) колеблется в среднем по пластам чаще всего от 14 до 24%, реже до 29%. В среднем для балансовых углей бассейна она составляет 19%. Ho в связи со сложным строением всех угольных пластов засорение угля породными прослоями значительное и изменяется обычно от 7 до 17%, в редких случаях до 36%. Поэтому товарная зольность угля превышает зольность рядового угля по отдельным пластам на 4,4—13,7%, колеблется по пластам от 23,5 до 34,1% и в среднем составляет 26,6%-

Угольный пласт Ж2 является наиболее зольным. Угли горизонта I-Ш, в котором заключено 75% запасов карьерного поля № 1 или 53% всех запасов бассейна, пригодных для открытой разработки, обладают зольностью 18% и товарной зольностью 25%. Наименьшая зольность угольной массы в углях этого горизонта (13—15%) наблюдается в юго-восточной части месторождения; в северном и западном направлениях зольность возрастает до 20—25%. Наименее зольные угли (3—10%) обычно залегают в верхней половине угольного горизонта, но часто слагают его среднюю или нижнюю часть. Зольность рядового угля горизонта I-Ш на площади его слитного строения, которая должна явиться участком первоочередных работ, будет около 20%.

Угольный горизонт II—III занимает второе место по запасам в бассейне и обладает несколько более высокой зольностью угля, чем горизонт I-Ш. В горизонте II-Ш выделено семь угольных пластов, причем зольность угольной массы основных пластов составляет 20—24%, а зольность товарного угля 26—31%.

Горизонт I-T характеризуется наименьшей зольностью углей по сравнению с другими пластами бассейна.

По зольности товарного угля запасы Майкюбенского бассейна в пределах карьерных полей подразделены на пять групп (табл. 38).

Рассчитанная по результатам анализов товарная зольность угля хорошо сходится с фактической зольностью угля, добываемого в действующем карьере.

Химический состав золы углей и температура ее плавления определены лабораториями Всесоюзного научно-исследовательского геологического института (ВНИГИ) и Института химии АН Казахстана по пробам, отобранным из пластов угля карьерного поля № 1 (табл. 39). В золе углей талдыкольской свиты увеличивается по сравнению с золой шоптыкольских углей содержание кремнезема, окиси кальция и, наоборот, уменьшается содержание железа, окиси магния и серы.

Плавкость золы наиболее детально изучена ВНИГИ. По данным этого института, деформация конуса наступает при 1140—1205° С, размягчение при 1210—1230° и жидко-плавкое состояние при 1230— 1260°С.

Необходимо отметить высокое содержание в золе глинозема, что диктует необходимость оценки возможности использования ее для глиноземного производства.

Содержание серы. Угли Майкюбенского бассейна малосернистые (табл. 40). Содержание ее колеблется в среднем по пластам от 0,50 до 0,77%. Основная часть серы является органической.


Содержание фосфора. Угли Майкюбенского бассейна относятся к многофосфористым (0,04 %) в горизонте I—Ш или к среднефосфористым (0,018%) в горизонте II—Ш. Однако внутри каждого из этих горизонтов можно выделить пачки малофосфористых углей, пригодных в качестве отощающей добавки в коксовой шихте.

Выход летучих веществ на горючую массу колеблется от 37 до 50%, в том числе для шоптыкольских углей чаще в пределах 40— 45%, для углей талдыкольской свиты 38—42% и ащикольской до 35%. Таким образом, вниз по разрезу выход летучих заметно понижается. В среднем по угольным горизонтам шоптыкольской и талдыкольской свит он также систематически снижается с глубиной от 44,0 до 40,4%.

Теплота сгорания горючей массы по бомбе колеблется от 7000 до 7500 ккал/кг и в среднем по угольным горизонтам составляет 7064—7171 ккал/кг, причем каких-либо закономерных изменений ее по разрезу не наблюдается. Теплота сгорания низшая рабочего топлива по группам зольности колеблется от 4410 ккал/кг для группы углей с зольностью менее 20% до 3400 ккал/кг в углях с зольностью 35—40%. В среднем по горизонтам она изменяется от 3776 до 4026 ккал/.кг; наибольшие ее значения характерны для малозольных углей горизонта I—Ш. Теплота сгорания влажного беззольного топлива колеблется от 5160 до 5540 ккал/кг, составляя в среднем для горизонта I—Ш 5390 ккал/кг и для горизонта II—Ш 5310 ккал/кг.

Ситовый состав и обогатимость. Угли бассейна крепкие с выходом крупных классов 57—75% и пыли до 7%. Содержание видимой породы (порода и сростки) 6—11%; их удаление уменьшает зольность на 3—4%. Какой-либо четкой закономерности в изменении зольности по классам крупности не наблюдается. Можно лишь отметить, что минимальной зольностью обычно характеризуются средние классы (13—1 мм), а максимальной — класс 1—0 мм.

Обогатимость углей шоптыкольской свиты класса +1 мм по результатам испытаний 11 проб характеризуется в табл. 41. Флотация пыли (класс I—0 мм), проведенная Московским горным институтом, не дала положительных результатов. Из табл. 41 видно, что уголь горизонта I—UI относится к среднеобогатимым, а горизонта II—III — к трудно- и чрезвычайно труднообогатимым. Наблюдается определенная зависимость обогатимости углей от исходной зольности угля: выход концентрата уд. веса менее 1,4 при обогащении углей с зольностью 13—16% составляет 73—75%, для углей с зольностью 16—18% он равен 70% и для углей с зольностью 21—23% снижается до 62—63%. Ta же закономерность отмечается при анализе выхода концентрата уд. веса <1,8. Обогатимость углей талдыкольской свиты не изучалась, но поскольку они аналогичны углям нижней части шоптыкольской свиты по петрографическому составу, строению пластов и зольности, можно предполагать, что и выход концентратов их будет близким к выходу, полученному при обогащении углей горизонта II—Ш, т. е. что обогатимость их также будет трудной и чрезвычайно трудной.

Теплотехнические испытания проведены Институтом энергетики АН Казахстана на пробе малозольного угля (Aс = 8%) горизонта I—Ш. Теплота сгорания низшая рабочего топлива по этой пробе составила 4600—4700 ккал/кг, рабочая влажность 22—24%, содержание серы общей 0,75—0,80%.

Лабораторный относительный коэффициент размолоспособности угля равен 1,21, поэтому уголь относится к категории твердых бурых углей. Однако благодаря высокому выходу летучих он успешно может сжигаться в камерных топках при размоле его до P70 = 28—30%. При опытном сжигании майкюбенского угля в циклонной топке видимое тепловое напряжение, отнесенное к объему циклонной камеры, составило 15*10в6 ккал/м3ч, тогда как при сжигании карагандинского угля было получено напряжение 12*10в6 ккал/м3ч. Исполнители опытов отмечают хорошее воспламенение угля, небольшой объем потерь тепла с механическим недожогом (1—1,5%), высокую температуру в дожигательной камере (1520—1560° С) и, видимо, еще более значительную в циклонной топке, и приходят к выводу, что майкюбенский уголь весьма успешно сжигать в камерных топках всех типов — от шахтно-механических до циклонных с жидким шлакоудалением.

Сжигание майкюбенского угля в слое производилось в полумеханической топке с шурующей планкой и на ручной колосниковой решетке. В обоих случаях получено высокое тепловое напряжение решетки (1,3*10в6—1,0*10в6 ккал/м2); потери тепла с механическим недожогом не превышали 1,6—2,0%. Таким образом, уголь очень эффективно можно сжигать в слоевых топках любого типа, включая топки паровозных котлов.

Малозольные разности угля могут служить топливом для металлургических печей, в частности для отражательных медеплавильных.

Термоустойчивость угля определена Московским горным институтом. Крупные его куски загружались в электромуфель при температуре 700—760° С. Уголь горизонта II—Ш загорался через несколько секунд, а горизонта I—Ш — через 1,5—2 мин; горел длинным коптящим пламенем с образованием на поверхности трещин. В спокойном состоянии уголь при горении не разрушался, при шуровке куски немного осыпались с поверхности. В целом уголь обладает достаточной термоустойчивостью.

Атмосфероустойчивость. Угли Майкюбенского бассейна обладают высокой механической прочностью. По результатам ситовых анализов выход крупных классов (+13 мм) составляет обычно более 70%, а содержание мелочи (3—0 мм) — около 10%. Временное сопротивление сжатию в зависимости от петрографического состава угля колеблется от 110 до 230 кгс/см2. Значительная прочность углей определяет их удовлетворительную атмосфероустойчивость. Согласно опытам, проведенным Всесоюзным научно-исследовательским геологическим институтом, хранение угля в течение пяти месяцев на открытом складе не сопровождалось значительным его разрушением. Наружный слой штабеля (100—150 мм) несколько изменил структуру, стал трещиноватым, но не рассыпался. Куоки угля, находившиеся на глубине 100—150 мм, полностью сохранили свою прочность и не изменили наружный вид.

Влагоотдача. При естественной сушке угля в первые 2—4 дня влажность его уменьшается на 1,5—3%, затем в течение примерно 20 дней снижается вдвое (с 20 до 8—9%). Через 25—28 дней она практически прекращается. При искусственной сушке (при 50—60° С) через 14 суток влажность угля с 20% падает до 3,9%.

Влагопоглощение искусственно подсушенного угля в естественных условиях весьма невелико: с 4% влажность увеличивается до 6,5—7,2%. В условиях искусственно повышенной влажности насыщение влагой идет более интенсивно (влажность увеличивается до 14—16%).

В первые трое суток опыта влагопоглощение особенно велико; через 22 суток оно практически прекращается.

Водоустойчивость угля сравнительно высокая. Куски его размером 8—10 см при 15% естественной влажности после 3-часового пребывания в воде поглощали от 2 до 5% влаги, но не разрушались и лишь с поверхности покрывались мелкими трещинами. Влагоемкость равна 25—27%.

Склонность углей к самовозгоранию определена лабораторией углехимии Института химии АН Казахстана. При оценке ее по методу МакНИИ 45% изученных проб отнесены к особо опасным в пожарном отношении. При оценке самовозгораемости адиабатическим методом установлено, что подавляющее большинство проб саморазогревается ускоренно или равномерно, причем температура увеличивается на 7—8°. Поэтому угли отнесены к пожароопасным. Отмечено, что особенно опасными являются угли зоны окисления, угольная мелочь и угли с влажностью порядка 12%.

Разогревание майкюбенских углей идет в 1,5—3 раза быстрее ленгерских и ангренских, в 4—8 раз быстрее карагандинских, в 5—10 раз быстрее экибастузских и более чем в 10 раз — кузнецких. Если кузнецкий уголь относится к углям средней опасности в пожарном отношении, а карагандинский — к опасным, то майкюбенский должен быть отнесен к особо опасным. Специальные опыты по хранению угля в штабеле были проведены в 1955 г. В течение мая и июня, когда температура воздуха была не более 25° С, саморазогревания угля не наблюдалось. С повышением температуры воздуха до 30° С температура внутри штабеля достигала 45° и через несколько дней возник пожар. По данным комбината «Майкаинзолото» случаи самовозгорания отмечались в зоне окисленных углей в подземных выработках при обрушении лав. В 1937 г. с августа по январь ВНИГИ проводил наблюдение за хранением угля в штабеле на складе института, разогревания и самовозгорания угля не наблюдалось. Суммируя изложенные наблюдения, можно сделать вывод о том, что угли Майкюбенского бассейна пожароопасны, однако в зоне с умеренным климатом их можно хранить в течение нескольких месяцев.

Выход гуминовых кислот резко уменьшается вниз по разрезу. Для шоптыкольской свиты он составляет 5% на сухой уголь, а для талдыкольской всего 0,77%. В углях ащикольской свиты установлены лишь следы гуминовых кислот. Выход битумов порядка 2,5%.

Газификация. Опыты по газификации майкюбенских углей проведены в 1936—1937 гг.: ВНИГИ испытывался уголь зольностью 19,3%, Институтом энергетики АН Казахстана зольностью 8%. Обоими институтами установлена пригодность угля для газификации. Обращенный процесс газификации характеризуется следующими показателями: напряженность горения 200—250 кг/м2ч, теплота сгорания газа около 1000 ккал/м3, к.п.д. процесса около 75%, выход газа примерно 3,5 м3/кг. Прочность угля способствует нормальной работе газогенератора. Эти выводы подтверждены в промышленных условиях: с 1941 по 1959 г. в пос. Шоптыколь работала ТЭЦ комбината «Майкаинзолото», в газогенераторных установках которой использовался уголь горизонта I—Ш.

Полукоксование углей проводилось лабораториями Центрально-Казахстанского геологического управления, Московского горного института и Института химии АН Казахстана. Средние значения выходов продуктов полукоксования приведены в табл. 42. Наибольший выход смол получен при полукоксовании углей нижних угольных горизонтов. По отдельным пробам ащикольских углей он достигает даже 10—18%. Однако в целом в связи с низким выходом первичных смол переработка углей методом полукоксования является нерентабельной.

В составе смол содержатся: свободный углерод (1—2%), органические основания (0,4—1,7%), карбоновые кислоты (0,4—1,6%), фенолы (17,6—29,8), асфальтены (1,0—1,8%), парафины (0,9—3,7%), нейтральные масла (70,4—74,9). При разгонке смол выход бензиновой фракции (температура 100—170°С) оказался незначительным — всего 1,3—7,9%, выход керосиново-лигроиновой фракции (температура 170—350° С) наибольший — от 31,2 до 91,9%, тяжелой керосиновой фракции (температура 300—600° С) 27,7—58,8%. Удельный вес смолы 0,93— 0,99.

Полукокс порошкообразный; характеристика его приведена в табл. 43.

В составе подсмольного газа обычно присутствуют (в %): CH4—19,9—35,5; H2—3,5—17,1; CO—7,3—13,0; O2—0,6—7,2; CnHm—3,5—5,1; C2H6—13,8; N2—2,3—3,2; CO2+H2S—22,0—44,0. Теплота сгорания горючей массы газа по бомбе от 2578 до 3875 ккал/м3, теплота сгорания низшая рабочего топлива от 2339 до 3512 ккал/м3. Удельный вес газа 0,76—0,98.

Брикет,и руемость углей исследована Московским горным институтом. Установлено, что в связи с повышенной твердостью, упругостью и пониженной их пластичностью при брикетировании без связующих для получения прочных и водоустойчивых брикетов требуется применение сложной технологической схемы, предусматривающей измельчение угля до 0,5 мм, нагрев его перед прессованием до 300—320° С и применение давления 2000 кгс/см2. Прочные и водоустойчивые брикеты получаются также с присадкой 7—8% нефтяного битума.

Коксование углей Майкюбенского бассейна в смеси со спекающимися углями Карагандинского бассейна проведено угольной лабораторией Карагандинского химико-металлургического института АН Казахстана. Установлено, что они могут быть использованы при производстве кокса как отощающая добавка в шихту. В виде полукокса они могут заменять слабоспекающиеся угли пласта к12 и других пластов Карагандинского бассейна. Жирные и коксово-жирные угли долинской свиты могут принимать до 20—25% добавки полукокса майкюбенских углей, образуя при коксовании прочный металлургический кокс. Оптимальными условиями использования полукокса в шихте для коксования являются измельчение шихты до 0,5—0,2 мм и выжиг при температуре 450° С. Для окончательного решения вопроса о целесообразности использования майкюбенского угля в этом направлении необходимо проведение полузаводских технологических исследований.

Угли зоны выветривания. Породы и угли Майкюбенского бассейна затронуты выветриванием до глубины 12—15 м. Аргиллиты и алевролиты в этой зоне обычно превращены в глину, а плотные песчаники становятся рыхлыми. По степени выветрелости угля можно выделить четыре подзоны. В первой подзоне мощностью от 2—3 до 6—7 м уголь превращен в желтовато-серую глину с примазками сажи; зольность этих пород 70—75%. Вторая подзона характеризуется выветриванием углей до сажи с зольностью более 40% и выходом летучих более 60%; мощность ее 1—3 м. Эти подзоны слагают горизонт углей, непригодных для сжигания. В целом мощность его колеблется от 2—3 до 8—9 м и в единичных случаях до 10—12 м.

В третьей подзоне угли имеют пониженную механическую прочность и несут такие следы окисления, как потеки окислов железа и отсутствие смоляного блеска; мощность ее 3—4 м. В четвертой подзоне визуальные признаки выветривания угля отсутствуют и ее наличие устанавливается только по данным лабораторных анализов. Угли отличаются здесь повышенной влажностью (15—20%), увеличенным выходом летучих веществ (50—60%) и пониженной теплотой сгорания горючей массы по бомбе (6500—5000 ккал/кг). Угли двух последних подзон обладают меньшей, прочностью и пониженной атмосфероустойчивостью, что исключает возможность их длительного хранения и сжигания в колосниковых топках, однако для сжигания в пылевидном состоянии они вполне пригодны.

Редкие и рассеянные элементы в углях. Практически интересных концентраций редких и рассеянных элементов в углях Майкюбенского бассейна не обнаружено: на отдельных участках установлено только повышенное содержание бериллия и молибдена. Содержание германия в углях месторождения Шоптыколь не превышает 1 г/т, а месторождения Тамды — 2 г/т.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: