к. ф.- м. н. КАЙРАКБАЕВ А.К., д.т.н. АБДРАХИМОВ В.З.

Казахско-Русский Международный университет г. Актобе, Казахстан

ИССЛЕДОВАНИЕ ОТХОДОВ УГЛЕОБОГАЩЕНИЯ УГЛИСТЫХ АРГИЛЛИТОВ

Отходы углеобогащения углистых аргиллитов ─ это отходы от обогащения бурого угля. Отходы добычи и обогащения угля ─ перспективное сырье для производства стеновой керамики. Как правило, при угледобыче открытым способом на 1 т. угля приходится 4 т вскрышных пород, складирование которых приводит к значительному загрязнению окружающей среды. В Челябинской области около города Коркино находится самый глубокий в Европе и второй в мире угольный разрез (рисунок 1). Сейчас его глубина достигает уже 500 метров и продолжает увеличиваться. Проектная глубина – 610 метров. Диаметр воронки разреза – 1,5 км. Это уникальное по угленасыщенности месторождение в центральной части Челябинского буроугольного бассейна.

Рис 1. Коркинский буроугольный разрез (Челябинская область)

От каменного угля бурый уголь внешне отличается цветом черты на фарфоровой пластинке - она всегда бурая. Самое важное отличие от каменного угля заключается в меньшем содержании углерода и значительно большем содержании битуминозных летучих веществ и воды. Этим и объясняется, почему бурый уголь легче горит, даёт больше дыма и выделяет мало тепла. Из-за высокого содержания воды для сжигания его используют в порошке, в который он неминуемо превращается при сушке.

Средние показатели качества бурых углей: содержание влаги 21-44%, зольность 7-14%, серы 0,2-0,8%; выход летучих веществ 46-49%; теплота сгорания рабочего топлива 11,7-15,7 МДж/кг (2800-3750 ккал/кг) горючей массы 27,2-28,2 МДж/кг (6500-6750 ккал/кг);

Средние показатели качества каменных углей: содержание влаги 5,6%, зольность 10%, содержание серы 1,2%;выход летучих веществ 48%; теплота сгорания рабочего топлива 26,1 МДж/кг (6220 ккал/кг), горючей массы 33,6 МДж/кг (8030 ккал/кг).

Как топливо бурый уголь в России и многих других странах употребляется значительно меньше, чем каменный уголь, однако из-за низкой стоимости в мелких и частных котельных он более популярен и занимает иногда до 80 %. Используется для пылевидного сжигания (при хранении бурый уголь высыхает и рассыпается), а иногда и целиком. На небольших провинциальных ТЭЦ он также нередко сжигается для получения тепла.

Однако в Греции и, особенно в Германии бурый уголь используется в паровых электростанциях, вырабатывая до 50 % электроэнергии в Греции и 24,6 % в Германии.

В качестве техногенного сырья (отходов производств) для производства керамического кирпича целесообразно использовать отходы обогащения углистых аргиллитов Коркинского буроугольного разреза (Челябинская область). За время работы разреза в отвалах площадью 1160 га накоплено около 5 млрд. т отходов, которые представлены в основном аргиллитами, алевролитами, углистыми аргиллитами и сланцами.

Аргиллиты — породы, образовавшиеся вследствие уплотнения, обезвоживания и цементации глины. При одинаковых с глинами минералогическом и химическом составах они отличаются значительно большей твердостью и трудно размокают в воде.

Алевриты группа рыхлых осадочных горных пород, состоящих из мелкообломочного материала с размером зёрен от 100 до 10 мкм. Термин предложен А. Н. Заварицким в 1930 для пород, утративших характерные свойства песков, но ещё не являющихся глинами. К Алевролитам относятся пыль, ил, лёсс и лёссовидные породы. Использование отходов от обогащения бурого угля позволит решить две важные задачи: во-первых, использование в качестве отощителя и выгорающей добавки отхода производства; во-вторых, повышенное содержание углерода (п.п.п. ─20,4%) позволит значительно сократить количества топлива на обжиг кирпича. Для производства легковесного кирпича нами использовались отходы углеобогащения углистых аргиллитов, которые и представляют собой полидисперсную композицию темно-серого цвета в виде частиц аргиллита и угля. Химические состав отходов от обогащения бурого угля представлены: оксидный в таблице 1, поэлементный ─ в таблице 2.

Таблица 1. Оксидный химический состав отходов углеобогащения углистых аргиллитов

Содержание оксидов по массе, %
SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	СаО	MgO	R₂O	п.п.п.
42-43	16-17	10-11	3-4	2-3	2-3	20-21

Таблица 2. Поэлементный анализ отходов углеобогащения углистых аргиллитов

Элементы
C	O	Na	Mg	Al+Ti	Si	S	K	Ca	Fe
8,80	55,17	1,78	1,05	11,2+0,19	16,03	0,11	─	0,53	4,87

Исследования фазового состава проводили с помощью: рентгенофазового анализа на дифрактометре «ДРОН-6» с использованием СоК_α-излучения (рисунок 2) и электронного микроскопа ЭМБ-100БР методом реплик на просвет (рисунок 3).

Рисунок 2. Рентгенограмма отходов углеобогащения углистых аргиллитов

Рис. 3. Электронно-микроскопические снимки отходов углеобогащения углистых аргиллитов. Увеличение х5000. 1- глинистая составляющая; 2 – кварц; 3 – гематит; 4 – полевой шпат; 5 – бурый уголь (рентгеноаморфная фаза)

Исследование фазового состава отходов углеобогащения (рисунок 3, 4) показало, что минеральная состав аргиллита представлен кварцем, каолинитом, иллитом, кроме аргиллита присутствуют гематит, полевой шпат (альбит) и до 50-55% рентгеноаморфная фаза (бурый уголь). Истинная плотность отходов углеобогащения ─ 2110 кг/м³; гигроскопическая влажность ─ 2-5%; число пластичности ─ 3-8; по сушильным свойствам ─ малочувствительное к сушке; по степени спекаемости ─ к неспекающемуся сырью. На дифрактограмме порошка (рисунок 2) отходов углеобогащения отмечаются характерные интенсивные линии (d/n = 0,181; 0,212; 0,238; 0,334; и 0,425 нм) кварца, присутствие линии (d/n = 0,185 и 0,313 нм) обусловлено полевым шпатом, линии (d/n = 0,202; 0,242; 0,353; и 0,447 нм) иллитом, линии (d/n = 0,202; 0,244; 0,251 и 0,270 нм) гематитом, а линии (d/n =0,229; 0,233 и 0,356 нм) каолинитом. Имея повышенное содержание п.п.п. (потери при прокаливании 20,4, таблица 1) отходы углеобогащения углистых аргиллитов (отходы от обогащения бурого угля) способствует получению легковесного кирпича с низкой плотностью, а повышенное содержание Fe₂O₃ способствует спеканию изделий при относительно невысоких температурах [1].

Литература

1. Абдрахимова Е.С., Абдрахимов В.З. К вопросу об экономической и экологической целесообразности использования отходов углеобогащения углистых аргиллитов в производстве теплоизоляционных материалов на основе межсланцевой глины // Экологические системы и приборы. 2014. -№1. –С. 35-42.