Углистые породы Днепровского буроугольного бассейна как сырье для энергетики и химической промышленности

Углистые породы – высокозольные углистые образования, которые залегают в основном в кровле буроугольного пласта. Их количество достигает 50 % от добываемого угля. При добыче угля они отгружаются в отвалы.

Днепровский буроугольный бассейн, расположенный в центральной части Украины, объединяет более 150 месторождений бурого угля, площадью от единиц до 200-400 км2, простирающихся в основном по правобережью р. Днепр. Промышленное значение имеют около 55 месторождений в основном в Александрийском буроугольном районе Днепропетровской и Кировоградской областях. Разведанные запасы угля 2.4 млрд. т.

Промышленная угленосность связана с отложениями бучакского яруса палеогена (средний эоцен). Угленосные отложения бучакского яруса по литологическим признакам разделяются на три толщи (горизонта): подугольную, угольную и надугольную.

Подугольную толщу составляют средние и крупнозернистые серые пески, переходящие вверху в мелкозернистые темно-бурые углистые, линзы глин, каолинов, редко мелкие прослойки угля. Максимальная мощность горизонта 25 м, преобладающая 6- 8 м.

Угольная толща представляет единственную образовавшуюся более менее одновременно залежь бурого угля представляющую один пласт простого или сложного строения, реже 2-3 пласта, разделенных углистыми песками, углистыми глинами, прослоями песка. Мощность и строение угольной залежи не выдержаны, резко изменяются с переходом угля в углистые породы, высокозольные угли (в основном в верхней части залежи).

Надугольная толща сложена углистыми глинами, углистыми песками с прослоями глин, песков, линз и прослоев угля. Общая мощность бучакских отложений не превышает 40-45 м, часто 10-15 м (1).

Углистые глины и пески отнесены к категории горных пород только потому, что содержание золы в них больше 40 %. Если бы эта условная граница была принята равной 50 % то запасы угля на некоторых месторождениях выросли бы в 1.5-2.0 раза, а объем вскрыши сократился бы в 2-3 раза.

Проведенные исследования показали, что углистые породы сходны по составу и свойствам с бурыми углями, имеют зольность от 40 до 60 %, одинаковый элементный состав органической массы, выход битумов и гуминовых кислот.

Предварительные исследования показали, что углистые породы при их комплексном использовании могут служить энергетическим и химическим сырьем, основой хороших углеродных адсорбентов.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Для переработки углистых глин (УГ) применяли пиролиз (2). Пиролизу подвергали как исходные УГ, так и УГ предварительно обработанные 1 М раствором NаОН. Пиролиз УГ проводили при температурах 600-900 °С в реакторе без давления. Образующуюся при пиролизе парогазовую смесь разделяли на жидкие продукты и газ. Сорбенты из УГ получали путем активации парами воды твердых остатков (карбонизатов) пиролиза УГ. Сорбционную емкость полученных сорбентов определяли по метиленовому голубому и фенолу. Удельную поверхность сорбентов методом БЭТ. В работе приведены результаты переработки УГ, на примере УГ Верболозовского разреза Александрийского месторождения.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

В таблице 1 приведен выход продуктов пиролиза УГ Верболозовского разреза при различных температурах. Выход жидких продуктов из УГ увеличивается до температуры 700 °С. При более высоких температурах пиролиза из УГ образуются только газы. Выход жидких продуктов из УГ, обработанных NaOH больше чем из исходных УГ в 1.4 раза. Выход газа при этом больше на 5-15 %. Так из 1 т органической массы УГ, которая содержится в 1.7 т сухих УГ, можно получить 80-120 кг жидких продуктов, 320-610 кг или 250-470 м3 газа и 1000-1250 кг карбонизата (сырья для получения адсорбентов).

Таблица 1 – Выход продуктов пиролиза УГ

Температура пиролиза, °С	Выход продуктов пиролиза				Степень конверсии ОМ, %
Температура пиролиза, °С	жидких, % от ОМ	газа, % от ОМ	карбонизата, % от ОМ	карбонизата, % от сухих УГ	Степень конверсии ОМ, %
исходные 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
УГ обработанные 1М раствором NaOH
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

Использование карбонизатов в энергетике не целесообразно, так как в них содержится большое (58-70 %) количество золы. По этому целесообразность переработки УГ зависит от возможностей получения из них качественных адсорбентов. В таблице 2 приведены данные по выходу и свойствам адсорбентов, полученных из карбонизатов УГ.

Таблица 2 – Адсорбенты из УГ Верболозовского разреза

Наименование	Условия получения		Выход, % от сухих УГ	Зольность, %	Удельная поверхность, м2/г	Адсорбционная емкость
Наименование	t, °С	Время активации, мин	Выход, % от сухих УГ	Зольность, %	Удельная поверхность, м2/г	Время активации, мин	Время активации, мин
Исходные УГ	–	–	–	40	3, 0	54	–
Карбонизат из исходных УГ	900	–	63	63	120	52	56
Адсорбент из исходных УГ	925	30	59	67	205	80	85
Карбонизат из УГ, обработанных NaOH	900	–	58	73	61	58	50
Адсорбент из УГ, обработанных NaOH	925	30	54	79	110	78	72
Адсорбент из бурого угля	925	30	38	26	515	77	80

Удельная поверхность адсорбентов из УГ ниже, чем из адсорбентов полученных из бурого угля. Сорбционная емкость адсорбентов из УГ не уступает адсорбентам полученным в аналогичных условиях из бурого угля. Адсорбенты из УГ, обработанных NaOH обладают меньшей удельной поверхностью, чем адсорбенты из исходных УГ. Но их использование целесообразно, для получения гранулированных адсорбентов из мелкодисперсных (фракции <0.5 мм) УГ. Выход сорбентов из УГ в 1.5-1.6 раза больше, чем из бурых углей. Адсорбенты из УГ отвечают требованиям к осветляющим адсорбентам и могут быть рекомендованы для очистки сточных вод и воздуха от вредных примесей.

ВЫВОДЫ

Анализируя результаты проведенных исследований можно отметить, что использование УГ в качестве сырья для энергетики и химической промышленности возможно при их комплексной переработке.

1. Днепровский буроугольный бассейн / А.Я. Радзивилл и др. – К.: Наук. думка, 1987. – 328 с.

2. Саранчук В.И., Тамко В.А. // ХТТ. 1986. №6. С.55-60.