Полукоксы бурых углей используются как наполнители пластмасс, разных композиционных материалов, в качестве сорбентов, ионнообменников, катализаторов. Из углей технологических групп 2Б и ЗБ получают термоуголь.

Более 80% каменноугольного кокса идет для выплавки чугуна. Другие продукты коксования, газ, смола употребляются в хим индустрии (35%), цветной металлургии (30%), сельском хозяйстве (23%), строительной промышленности, жд транспорте, дорожном строительстве (12%). Из товаров коксования получают около 190 наименований хим веществ. Около 90% изготавливаемого волокна, 60 — пластмасс, 30 — синтетического каучука делается на базе соединений, получаемых при переработке каменного угля. Коксохимическая индустрия — основной поставщик бензола, толуола, ксилола, высококипящих ароматичных, повторяющихся, азот- и серосодержащих соединений, оксибензолов, непредельных соединений, нафталина, антрацена.

Каменноугольный выпекал применяется для получения пекового кокса, который употребляется как составная часть электродов в дюралевой индустрии, а также в производстве углеродных волокон, технического углерода.

Высочайшая электропроводность, сравнительная устойчивость к процессам окисления, завышенная устойчивость к воздействию брутальных сред и истиранию определяют широкий спектр использования антрацита в разных отраслях. Он является высокосортным топливом, а также начальным сырьем для получения термоантрацита, термографита, карбонизаторов, карбюризаторов, карбидов кальция и кремния, электродов для металлургической индустрии, углеродных адсорбентов, коллоидно-графитовых препаратов.

3. Состав угля

Главные слагающие угля — это органические составляющие и минеральные включения. Органические составляющие, различаемые под микроскопом, с соответствующими морфологическими признаками, цветом и показателем отражения называются микрокомпонентами (мацералами). В отличие от минералов они не имеют соответствующей кристаллической формы и неизменного хим состава. Хим и физические характеристики микрокомпонентов меняются в процессе углефикации.

Выделяют четыре группы микрокомпонентов: витринига, семивитринита, инертинита и липтинита.

Микрокомпоненты группы витринита характеризуются в большей степени ровненькой поверхностью, сероватым цветом разных цветов в отраженном свете, слабо выраженным микрорельефом и способностью при определенной степени углефикации перебегать в пластическое состояние. Показатель отражения колеблется от 0,4 до 4,5%. Микротвердость в зависимости от углефикации и генетических причин находится в границах от 200 до 350 МПа.

Микрокомпоненты группы семивитринита по физическим и хим свойствам занимают среднее положение меж микрокомпонентами групп витрипита и инертинита. Они характеризуются беловато-серым цветом разных цветов в отраженном свете, отсутствием микрорельефа. Их показатель отражения всегда превосходит значения показателя отражения витринита. Микротвердость колеблется в границах от 250 до 420 МПа. В процессах коксования микрокомпоненты этой группы нс перебегают в пластическое состояние, но способны размягчаться.

Микрокомпоненты группы инертинита характеризуются высочайшим показателем отражения, резко выраженным микрорельефом. Цвет меняется от белоснежного до желтоватого. Микротвердость колеблется от 500 до 2300 МПа. Микрокомпоненты этой группы не перебегают в пластическое состояние и не спекаются.

Микрокомпоненты группы липтинита различаются меж собой по морфологическим признакам. Цвет липтинита меняется от темно-коричневого, темного до серого и сероватого. Показатель отражения у этой группы самый маленький: от 0,21 до 1,59%. Мнкротвердость колеблется oт 80 до 250 МПа. При коксовании микрокомноненты этой группы образуют более подвижную пластическую массу по сопоставлению с витринитом.

Минеральные включения в углях — глинистые минералы, сульфиды железа, карбонаты, оксиды кремния и другие.

Глинистые минералы в среднем составляют приблизительно 60-80% полного количества минеральных веществ, ассоциирующих с углем. В большинстве случаев они представлены иллитом, серицитом, монт-мориллонитом, каолинитом. Пореже отмечается галлуазит.

Глинистые минералы сложены из частиц размерами до 100 мкм. Встречаются в виде линз, прослоек либо тонко рассеянных частиц в витрините. Часто делают полости в компонентах с ботанической структурой либо замещают их отдельные участки. В угольных пластах время от времени содержатся прослои тонштейнов, в которых основным породообразующим минералом является каолинит.

Из сульфидов железа более свойственны пирит, марказит и мельниковит. Форма их нахождения в пластах различна и определяется критериями образования. Сингенетичные образования встречаются в виде отдельных зернышек, псевдоморфоз по растительным остаткам, конкреций, прослойков. Эпигенетические сульфиды, обычно, делают трещинкы.

Карбонаты представлены кальцитом, сидеритом, доломитом, анкеритом. Кальцит нередко образует тонкие прослойки или заполняет трещинкы в угле. Сидерит встречается в виде круглых либо округлых образований (оолитов) либо заполняет полости растительных фрагментов.

Оксиды кремния представлены в углях кварцем, халцедоном, опалом и другими минералами.

Кварц встречается в виде маленьких прослоек, круглых и yi ловатых зернышек, время от времени образует достаточно большие линзы. Халцедон встречается сравнимо пореже, обычно вместе с кварцем. В зонах выветривания угля неких бассейнов отмечается гипс, заполняющий трещинкы, пореже — в виде конкреций.

Остальные минеральные включения представляют в основном гидрооксиды железа, фосфаты, полевые шпаты, соли.

4. Внедрение углей в энергетике.

Для сжигания могут применяться угли всех марок и видов. Главные характеристики свойства энергетических углей — рабочая и гигроскопическая влага, зольность, выход летучих веществ, содержание серы, ситовой состав, низшая теплота сгорания рабочего горючего, состав и плавкость золы. Для слоевого сжигания регламентируются также характеристики механической прочности и тепловой стойкости углей, для пылеугольного — размолоспособности.

Требования индустрии к энергетическим углям регламентированы муниципальными эталонами, ограничивающими предельную влажность, зольность, размер кусков, содержание породы.

Слоевое сжигание предъявляет более жесткие требования к горючему. Важные свойства — ситовой состав, спекаемость, зольность, выход летучих веществ, обскурантистская способность и тепловая способность горючего. Содержание в углях как мелочи, так и больших кусков — не нужно. Для стандартных слоевых топок более применимы кусочки горючего последующих размеров: 6-12 мм (бурые угли), 12-25 и 25-50 мм ( каменные угли).

Факельно-слоевое сжигание предъявляет наименее жесткие требования к ситовому составу горючего. Для топок этого типа поставляются отсевы, рядовые угли и угли размером 0-25, 0-50 мм.

Пылеугольный метод сжигания — основной в большой энергетике и позволяет спаливать горючее с зольностью до 45% и в влажностью до 55%. Горючее при пылеугольном сжигании за ранее размалывается и подсушивается (для высоковлажных углей). Завышенные требования к стабильности cocтавa угля, составу и свойствам золы, размолоспособности горючего.

Жесткие требования по изученности состава и параметров золы предъявляются к углям с легкоплавкими золами, сжигаемым в топках с водянистым шлакоудалением. Для пылевидного сжигания поставляются рядовые угли, промпродукты и отсевы всех марок, не применимые для коксования и других особых целей. Ограничивается величина сернистости углей. Способности использования высокосернистых углей в основном лимитируются содержанием вредных газов и зольности, расходом горючего, высотой дымовых труб, возможностью выделения санитарно-защитных зон.

Угли для цементных печей. Требования к углям, созданным для цементных печей, нормируют содержание золы, воды, выход летучих веществ, толщину пластического слоя, теплоту сгорания, кусковатость, содержание мелочи и минеральных примесей.

Угли для известковых печей. Требования к этим углям предугадывают ограничения по зольности, влаге, кусковатости, содержанию мелочи, марочному составу.

Угли для обжига кирпича. В углях для кирпичного производства нормируются зольность, влага, толщина пластического слоя, теплота сгорания, выход летучих, кусковатость, содержание мелочи и минеральных примесей.

Угли для коммунальных нужд. Требования к этим углям определяют марочный состав и группы углей, выход летучих веществ, толщину пластического слоя, теплоту сгорания, влажность, кусковатость, содержание мелочи и минеральных примесей.

5. Испытание свойства углей

Все показаюли состава и параметров угля и их высококачественные свойства имеют условные обозначения в виде буквенных знаков и индексов.

Анализируемые состояния угля: рабочее (г), аналитическое (а), сухое (d).

Условные состояния угля: сухое бсззольное (daf), мокрое беззольное (af), органической массы (о).

Все характеристики и характеристики, характеризующие качество углей, определяются в согласовании с нормативно-методическими документами, список которых приведен в приложении.

В каждом рабочем пласте макроскопически выделяются литотипы угля и определяется усредненный микрокомнонентный cocтав выделяемых литотипов и пласта в целом.

Гранулометрический состав — количественная черта угля по размеру кусков — нормируется для всех видов использования. Разделение угля на классы крупности делается методом его сортировки (грохочения) на ситах с отверстиями соответственных размеров.

Механическая крепкость углей изучается по двум характеристикам: способность угля сохранять размеры кусков при ударе и при истирании. Она нужна при использовании углей для газификации, получении термоантрацитов, в электродном и литейном произволствах.

Тепловая крепкость угля характеризуется механической прочностью в кусочках после термообработки. Она исследуется в углях, созданных для сжигания в топках тс, полукоксования, гидрирования и получения литейных электродных тсрмоантрацигов.

Электронные характеристики служат для оценки стадий метаморфизма: угли на низких стадиях являются диэлектриками, на средних — полупроводниками, на больших (антрациты) — проводниками.

Плотность углей охарактеризовывает его пористость. В естественном состоянии извлеченный из недр уголь обычно имеет бессчетные трещинкы и включает поры (пустоты) различной формы и размеров. Различают действительную (dr) и кажущуюся (da), закрытую и открытую пористость.

Элементный анализ включает в себя определение содержания в органической массе последующих главных частей: углерода, водорода, азота, кислорода и органической серы. Так как углерод, водород и кислород содержатся в минеральной части углей, входят в cocтав карбонатов, оксидов, а также содержатся в гидратной воде силикатов, различают соответственно содержание этих частей: общее (ct, Ht, ot), в органической массе (co, Ho, oo) и в минеральной части углей (cm, Hm, om).

Технический анализ соединяет воединыжды определение главных характеристик свойства угля, предусмотренных требованиями нормативных документов для всех видов их использования. К показaтелям свойства угля относятся: влажность, зольность, содержание серы, фосфора, выход летучих веществ, теплота сгорания. В случаях, когда направление использования углей определенного месторождения определено в достаточной степени, делается сокращенный технический анализ, включающий определения только зольности углей, влажности и выхода летучих веществ.

Зольность предсчавляет собой отношение (в %) массы неорганического остатка (золы), получаемою после полною сгорания угля, к массе исследуемой пробы угля. Главные составляющие — оксиды Si, Al, Fe, Са, Mg, Na, К, подчиненное значение имеют оксиды Ti, Р, Мn. Выход и состав золы зависят от природы угля, критерий его сжигания (сначала от скорости озоления и конечной температуры прокаливания). По составу золы угли разделяются на кремнистые (SiO2 40-70%), глиноземные (А2O3 30-45%), железистые (Fе2О3 > 20%), известковистые (СаО — 20-40%).

Влажность разделяется на поверхностную (влага смачивания), наивысшую (Wmax влагоемкость угля, характерная его хим природе, петрографическому составу, степени yглефикации), воздушно-сухого угля (представлена адсорбционно связанной водой и охарактеризовывает пористость и гидрофильные характеристики поверхности частиц угля) и общая (суммарная величина наружной воды и воды воздушно-сухого угля).

Сернистость угля. Массовая толика обшей серы (Std) в углях колеблется в широких границах. По данной величине угли делятся на низкосернистые (до 1,5%), среднесернистые (1,5-2,5%). сернистые (2,5-4%) и высокосернистые (более 4%). Сера заходит в состав органического вещества, минеральной части угля, время от времени находится в виде простой. Выделяют последующие разновидности серы: органическую (So), сульфидную (Ss), сульфатную (SSO4).

Содержание фосфора (Р ) в углях обычно не превосходит 0,05%. Массовая толика его ограничивается только в углях, направляемых на получение особых видов доменного кокса (<0,012%), а также в антрацитах, применяемых при производстве карбида кальция (<0,05%).

Выход летучих веществ (V) оцениваеюя при надевании угля без доступа воздуха по разносги разложения на газо- и парообразные продукты и жесткий нелетучий складок. Cocтав летучих товаров представляет собой первичный деготь (для бурых углей) либо каменноугольную смолу (для каменных углей). Они состоят из газов (СО, СО2, H2, CH2) и летучих yглеводородов и их производных, а тaкжe воды.

Теплота сгорания угля (Q) употребляется для сравнения теплотехнических параметров углей разных месторождений, марок меж собой и с другими видами горючего. Определение теплоты сгорания делается замером количества тепла, выделяемого единицей массы угля при полном сгорании eгo в калориметрической бомбе в cpeде сжатого кислорода в стандартных критериях. Соответвуюшими пересчетами величины теплот сгорания получают значения выешей теплоты сгорания (Qs) с исключением тепла, приобретенного за счет кислотообразования, и низшей (Qi) теплоты сгорания с дополнительным исключением тепла, полученною за счет испарения воды.

Тепловые характеристики углей характеризуются спекаемостью и коксуемостью.

Спекаемость — свойство угля при нагревании без доступа воздуха перебегать в пластическое состояние с образованием связанного нелетучсго остатка. Свойство углей спекать инертный материал с образованием такового остатка именуется спекающей способностью. При нагреве углей определенного петрографического состава и степени углефикации выше 300°С без доcтупа воздуха из их выделяются napoгазовые и водянистые продукты. При температуре 500-550°С масса затвердевает, появляется спекшийся жесткий остаток — полукокс. При предстоящем увеличении температуры (до 1000 С и более) в полукоксе понижается содержание кислорода, водорода, серы, растет содержание углерода. Полукокс перебегает в кокс. Спекаемостью владеют каменные угли II-V стадий метаморфизма, определенного петрографического состава.

Коксуемость — свойство размельченного угля спекаться с следующим образованием кокса с установленной крупностью и прочностью кусков. Изучается прямыми (лабораторное, ящичное и полузаводское коксование) и косвенными способами.

Групповой анализ почаще всею употребляется для оценки свойства бурых углей, в которых при обработке растворителями либо хим реагентами часть органической массы угля перебегает в смеси и некие получаемые из экстрактов вещества (битумы, гуминовые кислоты) используются в разных отраслях народного хозяства. Битумы, извлекаемые из легких бурых углей opганическими растворителями (бензолом, бензином и др.) представлены в основном восками и смолами. Малое содержание восксодержащего битума в бурых углях, применяемых в индустрии, составляет 7%. Гуминовые кислоты угля — смесь кислых высокомолекулярных бесформенных темноокрашенных органических веществ с высочайшей степенью окисленности и гидрофильностью, извлекаемых из угля аква щелочными смесями. Выход гуминовых кислот из бурых и окисленных каменных углей колеблется от нуля до 100% органической массы.

Микроэлементы в углях находятся как в органической, так и в минеральной массе. Они представлены соединениями цветных металлов, редчайших и рассеянных частей, суммарная концентрация которых обычно не превосходит 1% сухой массы угля.
Наибольшее практическое значение для извлечения имеют уран и германий. Не считая того, попутно могут извлекаться галлий, ванадий и другие.
Для определения содержания в углях «малых» частей употребляются спектральный, спектрофотометрический, активационный и атомно-абсорбционный способы.

Приложения

Систематизация углей по размеру кусков (ГОСТ 19242-73)