В [17] показаны типы сростков и энергетический подход к их эффективному раскрытию, а в [18] приведены границы крупности минерального сырья для его обогащения.
Основные количественные характеристики, необходимые для оценки обогатимости топлив и эффективности процесса обогащения, получают на основании экспериментально полученных данных ситового и фракционного анализов пробы угля. Достаточно подробно методика их получения и последующей обработки результатов с построением обобщенных кривых обогатимости показана в [19].
Располагая такими кривыми можно выбирать технологический режим обогащения угля с целью получения концентратов необходимого качества как по зольности, так и по содержанию общей серы. В [16] показано, что с использованием компьютерного метода анализа изображений возможно обоснование технологических режимов глубокого обогащения угля с одновременным его обессериванием. Экономический эффект такого обогащения при расчете затрат от добычи угля до получения электроэнергии на ТЭЦ составит от 2,44 до 9,98 долл. США на 1 тонну сжигаемого угля в зависимости от глубины обогащения рядового угля.
При наличии подобных данных (гранулометрический и фракционный анализ) по интересуемым элементам (табл.1) по обобщенным кривым обогатимости можно разрабатывать технологические режимы для выделения этих элементов, а точнее, минералов, в которых они содержаться, в концентрат.
Как показано в [20] на примере углей Дальнего Востока необходимо развивать исследования по рациональному использованию углей с учетом сопутствующих полезных компонентов, возможности и экономической целесообразности их извлечения. При этом следует учитывать, что значительная часть элементов максимально концентрируется в золе углей, а некоторые элементы уносятся с газами при высоких температурах сжигания.
Важнейшими техническими характеристиками топлива являются теплота сгорания, выход летучих веществ и свойства кокса. Теплотой сгорания топлива называется количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 кг массы твердого или жидкого топлива или 1 м3 газового топлива при нормальных физических условиях. Различают высшую и низшую теплоты сгорания. Высшей теплотой сгорания называется количество теплоты, выделяющейся при сгорании топлива с учетом теплоты конденсации водяных паров, образующихся при сгорании водорода HP и испарении влаги топлива WP. Низшей теплотой сгорания называется теплота сгорания топлива при условии, что влага, образующаяся при сгорании водорода топлива 9НР, и влага топлива WP находятся в парообразном состоянии.
Теплота сгорания топлива может быть рассчитана по эмпирическим формулам, наиболее точная из которых принадлежит Д.И. Менделееву. Для твердых и жидких топлив она имеет вид:
МДж/кг,
где C, H, O, S, W - содержание углерода, водорода, кислорода, серы и влаги соответственно, %. При этом , где SOP - органическая сера, SK - сера колчеданная.
Для сравнения энергетической ценности различных видов топлива вводится понятие условного топлива, теплота сгорания которого принята равной:
МДж/кг (7000 Ккал/кг).
Анализ формулы Д.И. Менделеева показывает, что низшая теплота сгорания топлива будет тем больше, чем выше будет содержание углерода, водорода и чем ниже содержание влаги и серы. При обогащении угля и решаются именно эти вопросы. Удаление тяжелой фракции, содержащей мало углерода, приводит к увеличению содержанию углерода, водорода и, следовательно, к увеличению теплоты сгорания. Поэтому проблема обогащения угля имеет большое значение при повышении эффективности работы теплоэнергетических и других установок.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Показано, что уголь представляет собой сложную дисперсную систему, включающую в себя три взаимосвязанные макросоставляющие: органическую массу, влагу и минеральные компоненты.
2. Органическая масса представлена основными структурными фрагментами (конденсированные ароматические шести- и пятичленные кольца и нафтеновые циклы), соединенными между собой мостиковыми связями (--(СН2)n --, >СО, --О--, --NH--, --S--), функциональными группами (--СООН, --ОН, --ОСНз, --NH2, и т. д.) и боковыми заместителями, в основном, состоящими из алкильных групп.
3. В состав органической массы входят следующие химические элементы: углерод (С), водород (Н), кислород (О), азот (N), сера (S), фосфор (Р). Самый ценный элемент в углях - углерод, содержание которого возрастает с увеличением стадии метаморфизма.
4. К минеральным компонентам относятся: глинистый сланец (Al2O3··SiO2·2H2O), песчанистый сланец (SiO2), пирит (FeS2), сульфаты (CaSО4), карбонаты (MgCО3, FeCО3 и др).
5. Анализ состава углей показывает, что они содержат цветные, черные, редкие, благородные, радиоактивные, рудные и нерудные элементы, на долю которых приходится около 1% минеральной части. В золошлаковых массах (ЗШМ) эти элементы еще более сконцентрированы. В ЗШМ кузнецких энергетических углей марки Д содержится 1090,4 г/т РЗЭ; 109174 г/т алюминия; 59405 г/т железа; 16920 г/т натрия; 30234 г/т магния и т.д. Общее содержание элементов составляет 560613,8 г/т ЗШМ.
6. Установлено, что одной из главных задач, которую необходимо решать при переработке угля, является комплексное использование его энергетического и химического потенциала на основе экологически чистых технологий и процессов.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Сибирская угольная энергетическая компания - 5 лет в строю. // Горный журнал. - 2006. - № 4, с.25-28.
2. Нифантов Б.Ф. Кузнецкий бассейн // Ценные и токсичные элементы в товарных углях России: Справочник. - М.: Недра, 1996. - С. 96-140.
3. Нифантов Б.Ф., Потапов В.П., Митина Н.В. Геохимия и оценка ресурсов редкоземельных и радиоактивных элементов в кузнецких углях. Перспективы переработки. - Кемерово: Институт угля и углехимии СО РАН, 2003. - 100 с.
4. Еремин И.В., Броновец Т.М. Марочный состав углей и их рациональное использование. - М.: Недра, 1994. -- 254 с.
5. Головин Г.С. // Российский химический журнал. - 1994. - Т. 38. - № 5. - С. 7.
6. Головин Г.С. // Химия твердого топлива. - 1994. - № 6. - С. 10.
7. Еремин И.В., Лебедев В.В., Цикарев Д.А. Петрография и физические свойства углей. - М.: Недра, 1980. - 263 с.
8. Головин Г.С. Зависимость физико-химических и технологических свойств углей от их структурных параметров. - М.: изд. ИГИ, 1994.
9. Гюльмалиев A.M., Головин Г.С., Гладун Т.Г., Скопенко С.М. // Химия твердого топлива. - 1994. - № 4-5. - С. 14.
10. Юркевич Я., Росиньский С. Углехимия. - М.: Металлургия, 1973. - 360 с.
11. Головин Г.С, Гюльмалиев A.M., Гагарин С.Г., Скопенко С.М. // Российский химический журнал. - 1994. - Т. 38. - № 5. - С. 20.
12. Гюльмалиев A.M., Гагарин С.Г., Гладун Т.Г., Головин Г.С. // Химия твердого топлива. - 2000. - № 6. - С. 3.
13. Jones J.M., PourKashanian M., Rena C.D., Williams A.//Fuel.-1999.-V.78.- P.1737.
14. Гюльмалиев А.М., Головин Г.С., Гладун Т.Г. Теоретические основы химии угля. - М.: Издательство Московского государственного горного университета. 2003. - 556 с.
15. Таразанов И. Итоги работы угольной промышленности России за 2005 год. // Уголь. - 2006. - № 3, с.49-56.
16. Чантурия В.А. Современные проблемы обогащения минерального сырья в России // Горный журнал. - 2005. - № 12, с.56-64.
17. Изотов А.С., Ростовцев В.И. Влияние радиационных воздействий на раскрытие минеральных сростков труднообогатимых руд // ФТПРПИ (Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых), 2003. - № 2. - с.107 - 114.
18. Ростовцев В.И. Определение оптимальной крупности измельчения минерального сырья и выбор параметров его обогащения // Цветные металлы, 2003. - № 6.
19. Ростовцев В.И. О совершенствовании технологии обогащения угля // Уголь. - 1998. - № 12, с.56-58
20. Лаврик Н.А. Предпосылки комплексного использования углей юга Дальнего Востока // Горный журнал. - 2006. - № 4, с.70-74.