CC BY
32
ПРОБЛЕМЫ УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
УДК 552.73
АНТРАЦИТ В ЭЛЕКТРОДНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ.
ПЕРСПЕКТИВЫ РОССИЙСКОГО ДОНБАССА
© 2005 г Ю.И. Кураков, В.С. Самофалов, Н.Н. Рогова
The analysis of the reasons which have caused intensity in deliveries of anthracite, suitable in electrode manufacture is lead; the most perspective geological sites adequate to modern requirements on quality of coal and economic efficiency are planned.
В 2000 г. в России было добыто 258 млн т угля. Использование угля распределилось следующим образом: 58,6 млн т - на коксование; 6,4 -производство электроэнергии; 131,9 - производство тепловой энергии; 0,43 - в качестве сырья для химической промышленности; 0,14 млн т - на другие нетопливные нужды [1].
Донецкий бассейн и, в особенности, Российский Донбасс, представлен в значительной степени антрацитами, конечным продуктом метаморфизма каменных углей. Многообразие свойств антрацитов определяет актуальность не только задач их изучения, но и разнообразного технологического использования, подготовки на их основе сырья и полуфабрикатов с заданными свойствами, таких как, например, термоантрацит.
Высокий уровень спроса на изделия типа термоантрацита определяет важность проблемы переработки антрацитов и необходимость решения связанных с ней задач. Кроме того, организация производств, перерабатывающих антрацит в угледобывающем регионе, а особенно непосредственно в составе горного предприятия, могла бы способствовать в заметной степени преодолению многолетнего кризиса в горнодобывающей отрасли, связанного, прежде всего, с низкой рентабельностью производства.
Разнообразие условий образования антрацитов предопределяет и широту интервалов изменения их свойств, что сокращает возможности применения антрацитов различных месторождений для производства высококачественной электродной продукции, а переход с антрацита одного месторождения на антрацит другого месторождения сопровождается, как правило, глубокими исследованиями и длительным периодом отработки и стабилизации технологии у производителя и испытаний у потребителя. Только немногие виды антрацитов считаются пригодными в качестве углеродистого сырья для электродной продукции [2].
В России и СНГ электродные заводы используют антрациты двух месторождений - Донецкого и Горловского бассейнов, при этом антрацит поставляется с конкретных шахт (разрезов) [3].
В последние годы в России ощущается большая напряженность в поставках антрацита для нужд электродной и химической промышленности и др.
Реструктуризация угольной промышленности породила множество проблем как технологического, так и социального плана. Так, в Российском Донбассе из действующих на 1994 г. 64 шахт в настоящее время добыча антрацитов ведется на 14.
Кроме того, пока еще не работает полный научно-обоснованный комплекс лабораторных физико-химических показателей, позволяющих определять пригодность антрацитов к использованию в электродной, угле-графитовой, металлургической и химической промышленности [4].
Антрациты все еще являются наименее изученными твердыми горючими ископаемыми. Граница между каменными углями и антрацитами проводится довольно условно. Обычно под антрацитами понимают твердые горючие ископаемые с содержанием углерода Cdaf > 91 % и низким выходом летучих веществ V ^ < 9 % [5].
Химия твердых горючих ископаемых до настоящего времени не дает однозначного ответа на вопрос об их структуре и реакционной способности, не найдены экономически оптимальные пути широкого использования их в качестве химического сырья.
Решение проблемы углехимии ТГИ более целесообразно, так как запасы их значительно превосходят запасы нефти и газа.
В операции графитации обожженных электродных и ниппельных заготовок в качестве подинной шихты применяют смесь оборотной шихты и антрацитового штыба в соотношении 1:1. Кроме того, антрацитовый штыб входит в состав теплоизоляционной шихты в количестве 20 %. Одним из качественных показателей шихты, определяемой отделом технического контроля, является удельное электрическое сопротивление (УЭС). Величина УЭС не должна превышать 0,6 Ом-м. Требования к другим параметрам антрацитового штыба следующие: выход летучих Vdaf< 4 %, массовая доля кусков размером более 10 мм - не должна превышать 10 %, содержание влаги Wa < 5 %.
После повторного обжига электродные и ниппельные заготовки поступают на графитацию. В качестве вспомогательных материалов используют: 1) орешек коксовый; 2) мелочь коксовую; 3) коксик графитирован-ный; 4) шихту теплоизоляционную; 5) древесные опилки; 6) антрацитовый зубок; 7) антрацитовый штыб; 8) некондиционную древесину.
На наш взгляд, антрацит, применяемый как один из компонентов теплоизоляционной шихты, должен обладать высокой механической прочностью, термической стойкостью и низкой теплопроводностью. Другие физико-химические показатели, такие как анизотропия отражательной способности, реакционная способность, теплота сгорания и др., не имеют существенного значения на данном технологическом переделе.
Существующая сырьевая база электродной промышленности в настоящее время претерпела значительное сокращение и изменение, что
негативно сказывается на качестве выпускаемой продукции. Сырьевые материалы приходится закупать за границей, что нежелательно.
Шахтный фонд Российского Донбасса в результате реструктуризации угольной промышленности значительно сократился. Сокращение фонда по состоянию на 1 января 2005 г. по ООО «Ростовуголь» составило 92,9 %, по ОАО «Гуковуголь» - 56,3, по ОАО «Шахтуголь» - 87,5, по ОАО «Обуховская» - 50 %.
Из строящихся пяти шахт две законсервированы и строительство одной приостановлено из-за отсутствия финансирования.
Если в 1997 г. выход товарной продукции по Российскому Донбассу составлял 11192 тыс. т угля, то в 2000 г. он сократился на 35 %, а средняя стоимость 1 т товарного угля возросла на 51,3 %.
В то же время на территории Российского Донбасса распространены угли, представляющие всю гамму метаморфизма и технологических марок (от длиннопламенных до антрацитов). Степень метаморфизма возрастает с севера на юг. На севере Ростовской области в Миллеровском геолого-промышленном районе (ГПР) и северной части Каменско-Гундоровского ГРП развиты длиннопламенные и газовые угли. Спекающиеся, коксующиеся и тощие угли распространены в Каменско-Гундоровском, Белока-литвенском и Тацинском районах. Антрациты имеют наибольшее распространение (90,6 %) в Гуково-Зверевском, Шахтинско-Несветаевском, Су-лино-Садкинском, Краснодонецком и Задонском геолого-промышленных районах. В целом каменные угли и антрациты Российского Донбасса сред-незольные, средне- и высокосернистые. Для них характерен витринитовый состав и очень низкое содержание отощающих компонентов (в среднем 715 %). Основные показатели качества антрацитов, необходимые для технологической классификации и определения направлений использования перспективных участков Российского Донбасса, приведены в таблице.
До настоящего времени антрациты традиционно рассматриваются и используются, главным образом, только как энергетическое топливо и в небольших объемах для агломериции руд, производства карбида кремния и др.
В то же время общеизвестно, что антрацит является ценнейшим технологическим сырьем для получения номенклатуры другой дефицитной и конкурентоспособной продукции высокой потребительской ценности.
Соответствующие технологии на основе глубокой переработки антрацитов уже имеются.
В настоящее время разрабатывается новая угольная политика страны, которая будет выражена в двух основополагающих документах: государственная программа «Приоритетное развитие предприятий и объединений по комплексной переработки угля и отходов угольного производства» и Федеральный закон «О формировании экономических условий для приоритетного развития предприятий и объединений по комплексной переработки угля».
Проект такой программы и ФЗ уже подготовлены с участием института банковского дела.
Показатели качества антрацитов Российского Донбасса
Название участка Индекс пласта Зольность, Ad, % Сера, d S t, % Объемный выход летучих, Vdaf, % Содержание углерода, Cdaf, % Содержание водорода, h■daf, % Логарифм уд. электросопротивления, lg Р Плотность, d, г/см3
Заповедный-Северный hio 16,3 2,1 2,6 95,2 1,2 0,65 1,70
Зверевский-Северный if 17,1 1,9 3,6 92,5 1,4 0,75 1,76
Кадамовский-Западный k? 15,5 2,0 3,1 93,6 1,4 1,56 -
Лиховской k? 15,8 2,2 1,9 94,7 1,4 0,97 -
Садкинский-Восточный № 1 к2в 22,0 2,2 5,0 - - - -
Садкинский-Восточный № 2 f 16,8 1,8 4,0 - - - -
Садкинский-Северный l m8 14,1 2,3 3,6 93,8 1,9 2,72 1,59
Антрациты Российского Донбасса по своим характеристикам могут быть использованы для получения из них продукции нетопливного назначения высокой потребительской ценности - фильтранты, сорбенты, термоантрацит, термографит.
Выход из тяжелейшего положения электродной промышленности, как и горной отрасли, может быть найден в принципиально новых производственных структурах, позволяющих объединить добычные комплексы с перерабатывающими. Производственную структуру целесообразно организовывать в следующем виде: 1 - шахта; 2 - обогатительная фабрика; 3 -цех по производству фильтрантов и сорбентов; 4 - цех по производству термоантрацита; 5 - цех по производству углепластиковых изделий; 6 -цех по производству полиуретановых мастик, использующих отходы термоцеха и горной добычи.
Внедрение такой структуры с акцентом нетопливного использования антрацитов позволит существенно повысить рентабельность производства, создать новые высокооплачиваемые рабочие места, расширить сырьевую базу целого ряда отраслей промышленности.
Литература
1. Федорова Н.В., Рогатина Ю.Н. // Экология промышленного производства.
2004. № 4. С. 35.
2. Гюльмалиев A.M., Головин Г.С, Гладун Т.Г. Теоретические основы химии угля.
М., 2003.
3. СелезневА.Н. Углеродистое сырье для электродной промышленности. М., 2000.
4. РусьяноваН.Д. Углехимия. М., 2003.
5. Еремин И.В., ИвановВ.П. // ХТТ. 1975. № 2. С. 3.
Южно-Российский государственный технический университет, Министерство промышленности, энергетики
и природных ресурсов Ростовской области 22 апреля 2005 г.
УДК 622.552
РАЗВИТИЕ ВЗГЛЯДОВ НА СТРУКТУРУ ВЫСОКОМЕТАМОРФИЗОВАННЫХ УГЛЕЙ
© 2005 г. Ю.И. Кураков
On the basis of the literary data the brief analysis of a condition of représentations about molecular structure of high-metamorphized firm combustible minerais is resulted.
Одной из фундаментальных проблем углехимии остается выяснение закономерностей образования молекулярной структуры твердых горючих ископаемых и совершенствование технологии переработки в конкретную продукцию. Анализ состояния нетопливного использования антрацитов показывает, что в настоящее время отсутствуют принципиально новые разработки технологического характера в связи с отставанием обоснованных научных представлений о превращении органической массы антрацита в различных условиях. Первостепенную роль в разработке научных основ процессов переработки твердых горючих ископаемых играет взаимосвязь теоретических разработок и их практического приложения.
Многие свойства различных тел определяются их молекулярной структурой. Макросвойства зависят от крупных структурных особенностей (например, прочность крупных кусков антрацита является, прежде всего, функцией трещиноватости), а микросвойства (микропрочность, электрические, тепловые, оптические и др. свойства) находятся в прямой зависимости от характера тонкой структуры вещества, вплоть до определяемой на молекулярном уровне. Поэтому понятен тот интерес, который проявляется исследователями на протяжении длительного времени к изучению строения ископаемого органического вещества.
Химические методы расшифровки строения углей обычно применяют к органическим веществам, способным растворяться, а также подвергаться деструкции в процессах гидрогенизации, гидролиза и пиролиза. В этом смысле антрациты практически бесперспективны, поскольку необходимы чрезвычайно жесткие условия их деструкции, в результате чего мы будем иметь дело с веществами, отдаленно напоминающими исходный материал из-за глубоких превращений структурных единиц изучаемых объектов.
