Апр 09 2001

В.И. Саранчук1, В.А. Тамко2, И.И. Швец1 1Донецкий государственный технический университет, Укрина

Опубликовано в 17:30 в категории Утилизация отходов

ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ ДОБЫЧИ БУРЫХ УГЛЕЙ

В.И. Саранчук1, В.А. Тамко2, И.И. Швец1

1Донецкий государственный технический университет, Укрина

2Институт физико-органической химии

и углехимии им. Л.М. Литвиненко НАН Украины, г. Донецк

Углистые глины (УГ) представляют собой высокозольные образования с содержанием золы > 45 %. Залегают они в основном в кровле буроугольного пласта. При добыче бурого угля открытым способом являются отходами и вместе с вскрываемыми песчано-глинистыми породами отгружаются в отвалы. Отвалы занимают значительную территорию, под действием окружающей среды окисляются, загрязняя воздушный и водный бассейны. Запасы УГ Днепровского буроугольного бассейна составляют около 1.5 млрд. т. До настоящего времени изучение, и переработка УГ не осуществлялись.

УГ макроскопически темно-серые, бурые, коричневые, местами жирные на ощупь. В пластах имеют постепенный переход к углю. По мере перехода от УГ к бурому углю их плотность уменьшается с 1,3-1,5 до 1,1-1,2 г/см3.

Поскольку в УГ содержится значительное количество минеральных компонентов, то одним из направлений их использования может быть производство сорбентов. Потребность в сорбентах достаточно высокая. Это связано с ужесточением требований по охране окружающей среды. В Донецком регионе сосредоточено большое количество промышленных предприятий, которые нуждаются в очистке сточных вод и пылегазовых выбросов. Наиболее эффективный метод очистки является адсорбционный. Получают углеродные адсорбенты из различного сырья; в том числе из торфа, бурых и каменных углей. При этом бурые и длиннопламенные угли являются наиболее подходящим сырьем для производства дешевых адсорбентов. Конкуренцию им могут составить сорбенты, полученные из УГ. Как показали результаты первых исследований по своим сорбционным свойствам они не уступают сорбентам полученным из бурого угля,

но стоимость их меньше. Наряду с этим их использование снизит себестоимость добычи бурых углей.

Для исследования использовались углистые глины Бандуровского и Верболозовского разрезов Александрийского месторождения. Их характеристика приведена в табл.1.

Таблица 1. Характеристика углистых глин, %.

Месторождение

Wr

Ad

Cdaf

Hdaf

(O+S+N)daf

Бандуровское

40.5

59.4

2.6

51.4

6.1

39.1

Верболозовское

39.7

51.1

2.9

51.5

5.3

39.6

Получение сорбентов осуществлялось в две стадии: 1) получением карбонизатов путем пиролиза углистых глин; 2) получение сорбентов путем активация карбонизатов парами воды.

Пиролиз проводили в реакторе без давления при температурах 600, 700, 800, 900º С и выдержке при конечной температуре 0,5 часа. Для получения зернистых сорбентов из мелкодисперсных (фракций

Таблица 2. Выход продуктов пиролиза из исходной углистой глины.

Температура пиролиза, ºС

Выход продуктов пиролиза

Степень конверсии ОМ, %

жидких, % от ОМ

газа, % от ОМ

карбонизата, % от ОМ

карбонизата, % от сухих УГ

600

8.0

32

60

73

40

700

9.0

44

47

67

53

800

9.0

49

42

65

58

900

9.0

59

32

62

68

*ОМ – органическая масса углистых глин

В результате обработки УГ глин растворами щелочей выход жидких и газообразных продуктов пиролиза увеличивается (табл.3), а карбонизат гранулируется за счет спекания частиц.

Для получения сорбентов из УГ полученный карбонизат обрабатывали водяным паром при температурах на 25-50º С выше температуры получения карбонизата. Сорбционную емкость полученных сорбентов определяли по метиленовому голубому и фенолу. Удельную поверхность методом БЭТ.

Таблица 3.Выход продуктов пиролиза из углистой глины обработанной 1М раствором щелочи.

Температура пиролиза, ºС

Выход продуктов пиролиза

Степень конверсии ОМ, %

жидких, % от ОМ

газа, % от ОМ

карбонизата, % от ОМ

карбонизата, % от сухих УГ

600

11.0

37

52

72

48

700

12.0

45

43

70

57

800

12.0

51

37

68

63

900

12.0

61

27

65

73

Удельная поверхность исходных УГ составляет 3-4 м2/г. С увеличением температуры пиролиза растет удельная поверхность карбонизатов (рис.1). В карбонизате полученном из предварительно обработанной щелочью УГ удельная поверхность ниже. Это, по-видимому, связано с тем, что такая обработка влияет на формирование пористой структуры, происходит более интенсивное разрушение органической массы при пиролизе, перекрываются поры. Сорбционная емкость карбонизатов по фенолу растет с увеличением удельной поверхности и достигает 30 % (рис.2).

При низких температурах активации необходимо больше времени, для достижения максимальной поверхности (рис.3). При температуре активации 650º С максимальная поверхность достигается за 5 часов. Увеличение температуры активации приводит к уменьшению времени  проведения процесса и сорбенты получаются с более развитой удельной поверхностью. При температуре 925º С максимальная поверхность достигается за 0,5 часа. Дальнейшая активация приводит к уменьшению удельной поверхности. Сорбционная емкость сорбентов по фенолу составляет 58-64 %, по метиленовому голубому 30-60 мг/г. В сорбентах полученных из обработанной УГ удельная поверхность ниже. Однако их целесообразно использовать для получения гранулированных сорбентов.

Проведены исследования по изучению возможности использования сорбентов из УГ для очистки сточных вод от тяжелых металлов и поверхностно

Рис. 1. Зависимость удельной поверхности карбонизатов из УГ от температуры.

Рис. 2. Зависимость сорбционной емкости карбонизатов по фенолу от температуры

Рис. 3. Зависимость удельной поверхности сорбентов от температуры активации

активных веществ (ПАВ). Степень очистки сточных вод от ионов Zn+2 составила 95 %, степень очистки шахтных вод от ПАВ – 85 %.

Удельная поверхность сорбентов из УГ меньше, чем сорбентов полученных из бурых углей в аналогичных условиях. Однако сорбционная емкость сорбентов из УГ не уступает сорбентам из бурого угля. Выход сорбентов из УГ в 1,5-1,6 раза выше.

Выводы

Результаты исследований показали, что углистые глины можно перерабатывать с получением жидких продуктов, газа и сорбентов. Использование углистых глин позволит снизить количество отходов при разработке бурого угля, снизить его себестоимость. Полученные сорбенты можно использовать для очистки сточных вод и воздуха от вредных выбросов.

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.