Брикетированием называют процесс термомеханической переработки мелкого
материала для получения из него путем прессования брикетов одинаковой формы,
массы и размеров.
Концентраты мелкого угля брикетируют с целью снижения потерь при перевозках
или расширения сырьевой базы коксования.
Угли брикетируют с добавлением связующих веществ и без них. Молодые бурые
угли брикетируют без связующих материалов на прессах при давлении 100—120
МПа, каменноугольную мелочь — при давлении 20—80 МПа с различными связующими
(пек, нефтебитумы) или без связующих, но при предварительном нагреве до
температуры пластического состояния (420— 450 °С).
Из бурых углей брикетированию подвергают молодые, т. к они обладают высокой
влажностью и низкой механической прочностью, что приводит к образованию
большого количества мелочи при их перевозке и хранении, а в дальнейшем к
значительным потерям при сжигании в топках (провалы через колосники и унос с
дымовыми газами).
Принципиальная технологическая схема производства энергетических
буроугольных брикетов включает следующие операции: дробление рядового угля
(с контрольным грохочением) до крупности —6 мм; сушка до влажности 15—20%;
охлаждение до 40—50 °С; прессование; охлаждение брикетов, складирование
готовой продукции.
Схема получения технологических брикетов (для полукоксования и коксования)
включает дополнительную операцию из-
мельчения исходного материала до крупности —I мм
(после сушки).
Брикетированию подвергают также отсевы (мелочь) энергетических каменных
углей марки Д, Т и А, коксовые шихты с повышенным содержанием
слабоспекающихся углей .(для расширения сырьевой базы коксохимического
производства), а также каменные угли для получения малодымного и бездымного
топлива. Зольность углей не должна превышать 25 %.
Каменные угли брикетируют со связующими, которые должны обеспечивать высокую
механическую прочность, водо- и термоустойчивость брикетов и не быть
токсичными. Принципиальная схема брикетирования включает следующие операции:
сушка рядового угля; дробление до крупности —3 мм (с предварительном
грохочением); смешивание с подогретым до 120— 180 °С битумом (при этом вся
шихта нагревается до температуры 75—80 °С); прессование; охлаждение
брикетов; складирование.
Брикетирование без связующих основано на нагреве измельченного каменного
угля до температуры перехода его в пластическое состояние (400—500 °С) с
прессованием при давлении 40—100 МПа.
22.2 ПЕРЕРАБОТКА УГЛЯ В КОКС
При нагревании угля без доступа воздуха до температуры 500—1200 °С
происходит разложение его органической массы с образованием твердых, жидких
и газообразных продуктов.
Наибольшее распространение получил процесс высокотемпературной переработки
углей — коксование, при котором получают кокс, коксовый газ и
каменноугольную смолу.
Основным продуктом коксования является каменноугольный кокс, служащий
необходимым материалом при металлургических процессах получения металлов из
руд и концентратов, в литейном производстве, при агломерации и др,
Каменноугольный кокс представляет собой куски различного размера,
характеризующиеся высокой пористостью (до 45—55 %) и малой объемной
плотностью (800—1000 кг/м3). В зависимости от вида потребления кокс должен
отвечать следующим требованиям: крупность— до 80 мм, содержание серы — до 2
%, зольность — 10—15%, содержание углерода в горючей массе—97—98%. Доменный
и литейный кокс должен иметь высокую механическую прочность.
Коксовый газ в зависимости от состава исходной шихты и режима коксования
содержит в среднем смолы — 80—120 г/м3, бензольных углеводородов — 20—45
г/м3, сероводорода — 5— 25 г/м3 и др. После выделения из газа смолы,
аммиака, сырого бензола и других химических продуктов его используют в
качестве горючего для отопления коксовых и металлургических печей, а также
для химической переработки.
каменноугольная смола содержит до 10 % свободного углерода и ряд ценных
органических соединений, являющихся сырьем для получения пластмасс,
химических волокон, красителей и др.
Коксование в камере коксовой печи по мере повышения температуры происходит в
несколько этапов, важнейшими из которых является переход угля в пластичное
состояние при температуре 320—480 °С, образование полукокса (480—550 °С) и
высокотемпературного кокса (550—1000 °С).
Угольная, шихта для коксования представляет собой смесь углей различных
марок, из которых марки Ж, КЖ, ОС и К являются основными, а марки К2, ГЖ, Г
и СС — присадочными, в отдельности для коксования не применяемыми.
Конструктивно коксовые печи состоят из трех основных узлов — камеры
коксования, обогревательных простенков камеры и устройств для утилизации
тепла отходящих газов. Длина камеры составляет 13—17 м, ширина 0,4—0,5 м,
высота — 4—
7,6 м. Полезный объем камеры 20—50 м3.
Для централизованного подвода к печам отопительного газа, распределения
шихты, отвода и улавливания химических продуктов коксования коксовые камеры
объединяют в группы — батареи. Число камер в батарее составляет от 45 до 77.
Между двумя соседними стенками камеры коксовой печи по всей длине камеры
устроены обогревательные простенки, снабженные вертикальными каналами.
Каждая пара каналов соединена сверху таким образом, что в одном канале
происходит горение отопительных газов, а по второму сопряженному каналу
отводят продукты горения.
С торцов камеры герметически закрывают самоуплотняющимися дверьми,
выложенными с внутренней стороны, как и стенки камеры, огнеупорным кирпичом.
Таким образом, в каждой камере нагрев коксовой шихты происходит с двух
сторон (от нагревательных простенков), а сам процесс коксования — от боковых
стенок к центру угольной загрузки.
После завершения процесса коксования образовавшийся кокс выгружают из камеры
с помощью коксовыталкивателя в туши-тельный вагон, подвозят вагон под
тушильную башню и тушат кокс, орошая струями воды. После тушения кокс подают
на сортировку по классам крупности.
22.3. КОМПЛЕКСНОЕ
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СЫРЬЯ
В СССР ежегодно при обогащении углей и сланцев образуется свыше 120 тыс. т
твердых отходов. На сбор твердых отходов, транспортирование, складирование
их в отвалы, сооружение отвалов и хвостохранилищ затрачивается много сил и
средств. Отвалы занимают большие площади земли, пригодной для использования
в сельском хозяйстве. Хранение углеотходов в отвалах сопровождается
значительным загрязнением окружающей среды.
Между тем отходы добычи и обогащения углей многих предприятий по своим
свойствам не уступают, а иногда и превосходят сырье, специально добываемое
для некоторых отраслей народного хозяйства. Можно выделить следующие области
применения отходов углеобогащения в зависимости от их вещественного состава
(петрографической и минералогической характеристики, крупности, влажности):
строительство дорог и
искусственных земляных сооружений, закладочные работы и рекультивация;
производство строительных материалов; сельское хозяйство;
химико-технологическое производство. Так, высокозольные отходы обогащения
сланцев (крупностью 25—100 мм) широко применяют в дорожном строительстве в
качестве щебня.
При использовании углеотходов для замены земляного грунта применяют как
текущие отходы различных видов, так и складированные в терриконах. В этом
случае отходы используют для строительства плотин, дамб, планировки
площадей.
Углесодержащие отходы позволяют значительно сократить затраты на
рекультивационные работы, так как отпадает необходимость в использовании
естественного почвенного слоя. Для активации органического вещества углей
отходы смешивают с удобрениями и специальными добавками (химическими или
бактериологическими),
Наболее полно отходы углеобогащения используются при их применении в
качестве сырья для производства пористых заполнителей легких бетонов и
керамических стеновых материалов (аглопорита). Аглопорит получают при
спекании (агломерации) отходов, содержащих алюмосиликатные минералы (биотит,
полевые шпаты, монтмориллонит). Выделяющиеся из этих минералов при спекании
газообразные продукты вспучивают отходы с образованием достаточно прочных
пористых материалов плотностью в насыпной массе 400—700 кг/м3. Содержание
горючих составляющих в углеотходах позволяет значительно сократить затраты
энергии по сравнению с получением пористых заполнителей из традиционного
сырья.
Отходы некоторых обогатительных фабрик могут служить сырьем для изготовления
высококачественного и морозоустойчивого кирпича, а также для получения
цемента.
В сельском хозяйстве для нейтрализации кислых почв могут быть использованы
мелкие классы (после дополнительного помола) щелочных углеотходов,
содержащих повышенное количество карбонатов (известняков). Кроме того,
отходы добычи и обогащения содержат большое количество биологически активных
микроэлементов, некоторые из которых необходимы для растительного или
животного мира.
В химико-технологическом производстве можно выделить использование отходов
углеобогащения в качестве сырья для получения кремнеалюминиевых сплавов
(металлургия стали), глинозема (производство алюминия), карбида кремния
(абразивный материал).