К.т.н. Ковалевский А.А., к.т.н. Строгова А.С., академик Лабунов В.А.,

к.т.н. Шевченок А.А., Цыбульский В.В.

Белорусский государственный университет

информатики и радиоэлектроники, Беларусь

НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ УГЛИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Нанопорошки – только один из многих имеющихся на сегодняшний день наноматериалов. Большинство из них, такие как, например, дендримеры, фуллерин, нанотрубки, нанопрокладки и нанопоры, производятся из ограниченного количества видов сырья и по сложной технологии. А нанопорошки можно производить из сотен различных материалов, в частности из каменного угля [1]. Сегодня они имеются в ограниченном количестве. Однако ожидается, что их использование возрастет в долгосрочной перспективе. Принципиально важным решением для угольной энергетики может стать переход от прямого сжигания угля как горной массы, на сжигание нового, измененного угольного топлива, приготовленного из углей различных качеств, в том числе и из отходов углеобогащения, нового угольного топлива с измененными структурными, физико-химическими и реологическими свойствами, которое сможет использоваться и в других сферах производства.

На базе комплексного анализа и обобщения, полученных в ходе исследований данных разработаны и научно обоснованы методы и средства повышения теплоты сгорания и расширения сфер использования измельченного бурого угля как твердого топлива при введении в его состав структурированных порошков кремния. Нами проведено исследование трансформации структуры, измельченного в результате механического растирания бурого угля с малыми (0,1 – 0,5 мас.%) добавками нанокремния и влияния ее на теплоту сжигания топлива и другие свойства.

Исследования механического измельчения углей показали, что измельчение углей с начальным размером частиц 2 мм в вихревой струйной мельнице ВИМ-80 позволяет измельчить бурые угли до размера частиц меньше 6 мкм. Однако гранулометрический состав частиц порошка угля находится в очень широком диапазоне от нанометров до микрометров. И все же улучшение гранулометрического состава и уменьшение размера частиц происходит при механическом измельчении в планетарных шаровых мельницах с увеличением соотношения массы шаров к массе угля [1].

Дополнительное измельчение (растирание) таких порошков угля в планетарной шаровой мельнице РМ-100 или АГО-2 в режиме коллоидного измельчения позволяет трансформировать их структуру и в зависимости от соотношения масс шаров и угля при растирании и сформировать близкие по размеру трубчатые и сотовые структуры, которые организуются в отдельные агломераты. При соотношении массы шаров к массе угля (90 – 100):1 при измельчении удается разрушить все минералы в течение 4-6 часов и в результате последующей многократной отмывки частиц угля в воде перед финишной операцией измельчения получить структурированные образования, представляющие собой, упорядоченные длинные трубки и глубокие соты, упакованные в определенном порядке (рис. 1). Такой порядок структурной упаковки подтверждает образование нового вещества, отличающегося по структуре развитой поверхностью по сравнению с бурым углем, прошедшим измельчение при соотношении масс шаров к массе угля 1:(5 – 10) во время механоактивации (рис.1 а, б) и состоящим из углерода с незначительными включениями кремния. Микромасштаб и гранулометрический состав измельченных бурых углей с нанопорошами кремния определяют их структуру, теплоту сгорания и новые сферы использования, в частности, для сбора и хранения водорода, несущих подложек в солнечной энергетике и фильтров различного назначения.

а	б	в	г
д	е	ж	з
и	к	л	м
Рисунок 1 – Стадии трансформации бурого угля в зависимости от соотношения массы шаров к массе исходного угля n: а – 5; б – 10; в – 20; г – 30; д – 40; е – 50; ж – 60; з – 70; и – 80; к – 90; л – 95; м – 100

1. Ковалевский А. А. , Лабунов В. А., Строгова А. С. и др. Материалы. Технологии. Инструменты. Т.18, №1 с. 46 – 51 (2013)