Файл: Сырьевая база и подготовка материалов к металлургическому переделу.doc

Основное отличие углей Донбасса – хорошая спекаемость и высокая сернистость ( 2,5 %). Средняя зольность большинства пластов 7-15 %. Угли характеризуются легкой и средней обогатимостью. Угли западного Донбасса имеют повышенное содержание лейптинита и фюзенита, что объясняет существенную особенность их коксуемости. Содержание фосфора составляет 0,001-0,02 %.

Выход основных химических продуктов из углей различных бассейнов дан в таблице 8.3.

Угли Кузнецкого бассейна (более 8 млрд.т коксовых углей) отличаются низкой сернистостью (0,6-0,7 %), относительно малой зольностью (12-16 %), легкообогатимы, фосфор – до 0,2 %, в основном – витринит. В отличие от донецких газовых углей кузнецкие имеют большой выход летучих веществ и основных химических продуктов. Спекаемость углей меньше, чем спекаемость углей Донбасса.

Таблица 8.3 – Выход основных химических продуктов из углей различных бассейнов

Марка угля	Выход продуктов на сухое беззольное вещество, %
Марка угля	Смола	Бензольные углеводороды	Аммиак
Донецкий бассейн
Г Ж К ОС	3,4-7,0 5,5-7,1 2,1-4,3 1,2-1,8	1,52-2,36 1,61-2,04 0,92-1,71 0,63-0,85	0,27-0,35 0,25-0,35 0,18-0,30 0,19-0,24
Кузнецкий бассейн
Г Ж К ОС	5,0-5,5 4,0-5,0 1,7-3,0 1,0-1,1	1,70-1,80 1,20-1,60 0,40-0,70 0,30-0,40	0,50-0,55 0,45-0,50 0,35-0,40 0,30-0,32

Караганда

. Промышленные запасы коксующихся углей составляют более 4 млрд.т, в том числе более 2,6 млрд.т марки Ж и КЖ. Угли высокозольные (11-30 %), труднообогатимые, серы  1,3 %, фосфора -  0,1 %.

Печорский бассейн. Промышленные запасы углей, пригодных для коксования  5 млрд.т, 60 % из них – жирные, 30 % – газовые, 10 % – коксовые и отощенно-спекающиеся. Серы – до 0,7 %, фосфора – до 0,01 %.

Классификация коксуемости по маркам каменных углей и антрацитов дана в таблице 8.4.

Таблица 8.4 – Классификация коксуемости по маркам каменных углей и антрацитов

Марка		Донецкий			Кузнецкий			Печорский
Марка		V^г, %	Спекаемость, у₁	Нелетучий остаток	V^г, %	Спекаемость, у₁	Нелетучий остаток	V^г, %	Спекаемость, у₁	Нелетучий остаток
Д		 37		Слабос-печен-ный	37	–	Порош-кообразный	 37	–	Порошкообразный
Г	6	 35	6-15	Сплавл. трещин.	37	6-16	–	 17	 6	–
Г	16	 35	16-25	Сплавл. трещин.	37	17-25	–	27-37	 19	–
Ж	13	27-35	13-20	Сплавл. плотн.	33	 26	–	27-37	10-18	–
Ж	21	27-35	 21	Сплавл. плотн.	33	 26	–	 27	 14	–
К	ж	18-27	 21	Сплавл. плотн.	25-31	14-25	–	27	6-13	–
К	14	18-27	14-20	Сплавл. плотн.	25-31	6-13	–	 17	–	–
ОС	в	14-22	6-13	Спекш. без по-рошка	 25	–	–		–	–
ОС	ос	14-22	 6	Спекш. без по-рошка	17-25	–	–		–	-
Т		9-17	–	Порошкообразн	 17	–	–		–	–
ПА		 9	–	–		–	–		–	–
А		 9	–	–		–	–		–	–

Исследования показывают, что угли состоят из элементарных частиц, по сути соответствующих молекулам вещества. Структурные единицы угля в одних случаях называют мицеллами, в других – кристаллами. Размеры их составляют – 170-180 А^о.

С точки зрения мицеллярной теории кокс складывается из мицелл, структура которых подобна структуре графита, но не идентична с ней. При коксовании мицеллы располагаются упорядоченно. Важным фактором при коксовании является прочность коксового остатка, то есть образовывать пластический слой. Этим свойством и обладают коксующиеся угли.

Классификация углей по крупности (природной)

Плитный, П	 100 мм
Крупный, К	50-100 мм
Орех, О	25-50 мм
Орех с мелким, ОМ	13-50 мм
Мелкий, М	13-25 мм
Семечко, С	6-13 мм
Зубок, З	3-6 мм
Мелкий и семечко со штыбом, МСШ	 25 мм
Семечко со штыбом, СШ	 13 мм
Штыб, Ш	 6;  3 мм

8.5 Оценка спекаемости углей

Способность углей к коксованию определяется, прежде всего, их спекаемостью и коксуемостью, а также содержанием минеральных примесей, серы, фосфора, выходом летучих и др. Спекаемость – свойство угля при нагревании без доступа воздуха переходить в пластическое состояние и образовывать сплавленный монолит. Спекаемость – важнейший показатель, так как она обеспечивает качество кокса. Спекаемость зависит от условий спекания – скорости повышения температуры, степени измельчения, плотности спекаемого слоя. Наибольшая спекаемость у жирных углей.

Следует различать спекаемость и спекающую способность, которая характеризует способность угля при нагревании без доступа воздуха запекать неспекающуюся добавку, образуя твердый остаток определенной прочности.

Коксуемость

– свойство угля образовывать самостоятельно или в смеси с другими углями кусковый кокс. По крупности, прочности, термической стойкости и реакционной способности кокс должен удовлетворять требования промышленности. Коксуемостью определяется структура кокса, его усадка, величина и характер трещиноватости, физико-химические свойства и т.д.

В Украине, России и странах СНГ для изучения спекающихся углей применяют, в основном, пластометрический метод Л.М.Сапожнокова. Замеряемая толщина пластического слоя – Y (мм) – является показателем спекаемости.

За рубежом наиболее распространены метод свободного вспучивания и метод Рога. Первый отличается простотой и дает оценку спекаемости по контуру коксового остатка. Метод Рога заключается в определении механической прочности тигельного королька, получаемого при нагревании (до 850 ^оС) смеси угля и антрацита. В последнее время его начали применять и в России. В США, Индии и других странах применяется метод Гизелера.

В Украине, России и странах СНГ для лабораторного определения коксуемости угля используется комплекс показателей: толщина пластического слоя, пластометрическая усадка, вид пластометрической кривой, характер коксового остатка (трещиноватость, блеск, текстура, пористость).

Выход летучих веществ (V^с или V^r) – в зависимости от того к зольной или беззольной части угля отнесена потеря массы. Выход летучих веществ обусловливает выход кокса от исходного угля. Выход летучих снижается с ростом метаморфизма углей, но не всегда соответствует степени зрелости угля.

Влияние выхода летучих на спекаемость и коксуемость углей зависит от динамики газовыделения при нагревании.

Зольность (А^с, %) – характеризует содержание примесей в углях. Минеральные примеси делятся на внутренние и внешние. Зольность можно снизить обогащением. При нагревании примеси претерпевают глубокие превращения. Так карбонаты разлагаются с выделением СО₂, пирит превращается в оксиды железа с выделением сернистого ангидрида, глинистые вещества теряют кристаллическую воду и т.д. Зольность кокса всегда больше зольности углей. Основными компонентами золы являются SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO. Существенное значение имеет температура плавления золы для стойкости кладки печей. Чем больше SiO₂ и Al₂O₃, тем выше температура плавления.

Сернистость углей – определяет сернистость кокса. Общая сера (S_общ

) – суммарное содержание серы в соединениях угля в пересчете на элементарную серу. Соединения, содержащие серу, подразделяются на минеральные и органические. Минеральные состоят из пирита (FeS₂) – 18-20 % и сульфатов (FeSO₄CaSO₄) – 1,5-8,0 %, 70,0-77 % серы входят в состав органической серы.

При коксовании сера частично улетучивается в виде H₂S, CS₂, CОS и др. и частично остается в твердом, нелетучем остатке. Соответственно различают летучую и нелетучую серу. В молодых углях летучей серы больше.

При обогащении количество серосодержащих соединений снижается в основном за счет пирита. В кокс переходит 50-60 % содержащейся в угле серы (в пересчете на элементарную), в смолу  3 %, в газ – около 40 %.

Содержание фосфора и мышьяка. При коксовании фосфор полностью остается в коксе. Фосфор может быть связан как с органическим веществом, так и с минеральным. В первом случае при обогащении содержание фосфора будет увеличиваться, во втором случае – снижается. Для выплавки высококачественного металла требуется малофосфористый кокс (0,010-0,025 %).

Мышьяк, как правило, сопровождает пириты. Мышьяка в углях содержится до 0,001 %. При коксовании содержание мышьяка уменьшается на 25-75 %. Обычно содержание мышьяка складывают с содержанием фосфора.

Выход жидких и газообразных продуктов коксования - смола, сырой бензол, аммиак, коксовый газ.

Высокотемпературной каменноугольной смолой принято называть сложную смесь жидких органических продуктов коксования, конденсирующихся при охлаждении до 20-40 ^оС. Количество смолы, образующейся при коксовании различных углей, составляет 1,5-6,0 % от массы угля. На выход смолы влияет петрографический состав угля.

Сырой бензол – это смесь парообразных органических соединений, образующихся при коксовании и не конденсирующихся из газа вместе со смолой. Выход сырого бензола на заводах составляет около 1 % от общего количества угля.

Образование аммиака непосредственно связано с превращением азота углей в результате термического воздействия на них. Выход аммиака при коксовании составляет 0,35-0,4 %.