Долгий В.Я., Кривченко А.А., Шамало М.Д.
Посостоянию на 01.01.99 г. в Украине в разработке находится более 570шахтопластов, которые сильно разнятся по своим качественным параметрам. Однимиз важных показателей качества добываемых углей является содержание общей серы—наиболее вредной примеси. При сжигании углей значительная часть сернистыхсоединений превращается в оксиды серы (сернистый газ), которая негативно влияетна здоровье человека, отравляет атмосферу, вызывает коррозию металлов [1].
Повышенноесодержание серы в углях снижает их качество, обусловливает при энергетическомиспользовании значительный рост расхода топлива и опасность загрязнения средытоксичными оксидами серы, а при коксовании — ухудшение качества кокса иувеличение его количества при выплавке чугуна. Например, увеличение сернистостиугля на 0, 1% приводит к снижению производительности доменной печи и ростурасхода кокса на 1, 8% [2]. Превышение содержания обшей серы в углях, предназначенныхдля коксования, на 0.1% по сравнению со средними расчетными нормами влечет засобой снижение оптовой цены угля на 0.5%.
Содержаниесеры в угле — один из важнейших критериев пригодности его для коксования, таккак качественные показатели кокса зависят от содержания золы и серы. Вукраинских углях различаются колчеданная (пиритная), органическая, сульфатная иэлементарная серы.
Колчеданная(пиритная) сера — основной вид сернистых соединений в углях, на ее долю всреднем приходится 62% общего содержания серы. Формы включений серногоколчедана в угольные пласты различны. Колчедан, образовавшийся в периодугленакопления, распределен по угольному веществу равномерно, в тонкодисперснойформе и, как правило, связан с органической массой угля. Сернистый колчедан, образовавшийсяпо трещинам усыхания путем инфильтрации после прекращения процессаугленакопления, распределен грубодисперсно, локализовано — в виде линз, желваков,зерен, гнезд. Он представляет включения в виде примесей, доступных выделениюмеханическим способом.
Органическаясера равномерно распределена по всему угольному веществу, ее невозможновыделить. Диапазон содержания органической серы в украинских углях 0, 3-0, 5%, новстречается 2, 5-3%; такое бывает и в пределах одного пласта на близлежащихучастках. Это говорит о том, что органическая сера образовалась не только засчет серы исходного растительного материала. Органические сернистые егосоединения соответствуют примерно 0, 3-0, 5% серы в угле. Полагают, чтоисточниками образования вторичной серы была элементарная сера, которая присоответствующих условиях взаимодействовала с органическим веществом иувеличивала количество органической серы.
Сульфатнаясера в украинских углях содержится в небольшом количестве (до 0, 1%), чащевстречается в углях, долго хранящихся на поверхности. Эта форма серы — результатокисления пирита, в угле она в виде тонких примазок из гипса. Элементарная сера— остатки серы, которая не прореагировала с углем, она распределяется в видетонкодисперсных соединений. В угле ее около 0, 15%.
Вбалансе сернистости углей существенную роль играют колчеданная и органическаясеры и незначи¬тельную — сульфатная и элементарная. В углях невысокойсернистости преобладает сера органическая (около 60% общего ее содержания), ввысокосернистых — колчеданная, а доля органической серы уменьшается до 30%.Выраженной закономерности в соотношении между колчеданной и органической серами,как по мощности угольного пласта, так и по его простиранию не наблюдается.
Согласнообщепринятой классификации по содержанию общей серы угли подразделяются нанизкосернистые (до 1, 5% серы), среднесернистые (1, 5-2, 5%), сернистые (2, 5-4%)и высокосернистые (более 4%). Ценными для коксования являются угли двух первыхгрупп.
Напредприятиях Минуглепрома разрабатываются пласты всех категорий, больше всегосернистые (35, 2% их общего количества), 26, 4% пластов относится книзкосернистым, 24% — к среднесернистым и 14, 4% — к высокосернистым. Пятьпредприятий отрабатывают только низкосернистые пласты: шахты «Кировская», «Октябрьскийрудник» ГОАО «Октябрьское», «Бутовка-Донецкая», «Южнодонбасская» № 3 и«Благодатная». Кроме последней, все они добывают коксующиеся угли; всего такихшахт по Минуглепрому 74.
Из238 шахтопластов с коксующимися углями 113 (или 47, 5%) имеют наиболее ценныесернистостью до 2, 5%. Содержание серы в углях различных марок и в пределахкаждой сильно колеблется. В среднем в углях ДГ, Г, К и ОС серы меньше 2.5%, ониявляются ценными для коксования. Сернистость углей Ж ниже предельной длякоксования. Среднее содержание серы в угле каждой марки достигается путем егошихтования в пределах марки. Шихтование (шихтовка) — процесс смешенияископаемого сырья разных сортов или с различным содержанием ценного компонентав целях придания определенных технологических свойств смеси, а также еевещественному составу для упрощения технологии и повышения показателейобогащения [3]. При шихтовании качественный кокс (равномерный по крупности ималотрещиноватый) получается только из коксовых углей. Для получениявысококачественного кокса из углей остальных марок (ДГ, Г, Ж и ОС) необходимопроизводить шихтовку их не только внутри каждой марки (для усреднениясодержания серы), но и смешивая между собой. При этом отощенные спекающиесяугли являются отошаюшим компонентом шихты, снижающим трещиноватость кокса, способствуютувеличению его крупности. При шихтовании углей ДГ, Г, Ж и ОС получается смесь ссодержанием серы 2, 2%, что ниже верхнего предела сернистости углей, ценных длякоксования. Таким образом, посредством шихтования углей в пределах одной имежду различными марками можно получить угли, ценные для коксования.
Еслив процессе шихтования происходит только усреднение содержания серы в углях, тоего снижение осуществляется на всех этапах производственного цикла«обогащение — коксование — доменная плавка». При переработке угля наобогатительных фабриках достигается значительное снижение серы: до 20% приобогащении на концентрационных столах и до 20-22% на отсадочных машинах. Восновном удаляется колчеданная сера, содержащаяся в многосернистых углях, причеммаксимальный эффект обессеривания дают угли марки Ж.
Вуглях Украины преобладающее количество пирита представлено зернами размером до15 мк, поэтому при обогащении физическими методами, используемыми впромышленном масштабе (отсадка, тяжелосредные сепараторы, гидроциклоны, противоточнаясепарация и др.), снижение содержания серы в концентратах невелико. Дляглубокого обогащения по сере необходимо раскрытие лиритных зерен путемдробления угля до 3 мм и менее. Эффективное обогащение по сере дробленого угляосуществляется только при таких методах обогащения, которые обеспечиваютточность поддержания плотности разделения и четкость разделения мелких классов.Таким требованиям отвечают химико-гравитационный и центробежный методыдесульфурации, однако они отличаются сложной технологией, большойэнергоемкостью и высокой себестоимостью.br Кроме того, существуютхимический и бактериологический методы обессеривания угля. Химические методы, основанныена действии окислительных и реже восстановительных агентов, приводят к переводусеры в газообразные или растворимые в водных средах продукты. Например, паровоздушнаяобработка при 200—350 °С углей Донбасса переводит 55% исходного количества серыв SO, с примесью SO}. Под действием водных растворов окислителей (например, азотнаякислота) из угля извлекаются практически все неорганические и свыше 70%органических соединений серы. Заметная степень обессеривания угля достигаетсяпри бактериологическом выщелачивании хемоавтотрофными микроорганизмами — до 90%пиритной серы [2]. Однако эти методы у нас не применяются ввиду их дороговизны(около 50 дол. на 1 т угля).
Дальнейшееобессеривание угля наблюдается при его коксовании, когда сера переходит в газ.При этом установлена следующая закономерность: если серы содержится до 2, 5, точем ее больше, тем больше выделяется; при содержании более 2, 5% выделениестановится относительно постоянным. При коксовании удаляется 18—20% серы, остальнаячасть переходит в кокс. Исследования показали, что дальнейшее увеличениесероудаления во время коксования невозможно.br Максимальное количествосеры (91-92%) уходит со шлаками в процессе доменной плавки, еше 5% — сколосниковой пылью. При этом установлено, что количество серы, переходящее вчугун, в меньшей мере зависит от количества внесенной серы в доменную печь, аобычно — от качества протекания процесса. Сернистость чугуна — в определенныхпределах управляемая величина посредством изменения степени ошлакования серы, чтодостигается изменением основности шлаков. При работе доменной печи навысокосернистом коксе с улучшенными механическими свойствами удельный егорасход снижается на 2%, при этом технико-экономические показатели работыдоменной печи становятся выше. Улучшенные механические свойства кокса не толькокомпенсируют вредное влияние повышенного содержания серы, но и превалируют надним при выплавке чугуна. Еще более эффективна внепечная десульфурация чугуна, впроцессе которой содержание серы в чугуне уменьшается в 2—3 раза, а затраты поудалению серы ниже, чем в доменных печах шихтования, обогащения угля, коксованияи доменной плавки содержание серы может быть доведено до необходимого уровня.
Исследования,проведенные еще в начале 70-х годов, показывают, что высокое содержание серы вуглях не является препятствием к применению их для коксования и что требованияметаллургов по ограничению содержания серы в коксующихся углях неоправданножестки. Особо актуален этот вопрос в настоящее время, когда металлургинастаивают на ввозе низкосернистых углей из других стран, в чем нет остройпотребности, так как в процессе.
Такимобразом, при обогащении, коксовании и доменной плавке происходитудовлетворительное обессеривание углей, что позволяет использовать вметаллургических процессах сернистые и высокосернистые угли.
Список литературы
Справочникпо обогащению углей.— М.: Недра, 1984.
Горнаяэнциклопедия.— М.: Советская энциклопедия, 1987.— Т. 3.
Горноедело: Терминологический словарь.— М.: Недра.
Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта masters.donntu.edu.ua/