Разработка технологии получения сорбентов из продуктов сжигания угля

Разработка технологии получения сорбентов из продуктов сжигания угля

Разработана технология получения сорбентов из продуктов сжигания угля. Установлено, что полученные сорбенты по своим сорбционным свойствам не уступают известным амфотерным адсорбентам. Показано, что при высокотемпературной обработке углей могут быть получены сорбенты многоцелевого использования....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2014
Hauptverfasser: Тарасова, А.В., Нетяга, О.Б., Егоров, П.А., Темченко, О.И.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України 2014
Schriftenreihe:Розробка родовищ
Schlagworte:
Екологія
Online Zugang:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104582
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Разработка технологии получения сорбентов из продуктов сжигания угля / А.В. Тарасова, О.Б. Нетяга, П.А. Егоров, О.И. Темченко // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2014. — Т. 8. — С. 481-486. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-104582
record_format dspace
spelling irk-123456789-1045822016-07-13T03:02:54Z Разработка технологии получения сорбентов из продуктов сжигания угля Тарасова, А.В. Нетяга, О.Б. Егоров, П.А. Темченко, О.И. Екологія Разработана технология получения сорбентов из продуктов сжигания угля. Установлено, что полученные сорбенты по своим сорбционным свойствам не уступают известным амфотерным адсорбентам. Показано, что при высокотемпературной обработке углей могут быть получены сорбенты многоцелевого использования. Розроблена технологія одержання сорбентів із продуктів спалювання вугілля. Встановлено, що отримані сорбенти за своїми сорбційними властивостям не поступаються відомим амфотерним адсорбентам. Показано, що при високотемпературній обробці вугілля можуть бути отримані сорбенти багатоцільового використання. The technology for production of sorbents from coal combustion products is developed. It is found that the obtained sorbents in their sorption properties are not inferior amphoteric adsorbents. It is shown that the high temperature treatment of coal can be obtained sorbents of multipurpose usage. 2014 Article Разработка технологии получения сорбентов из продуктов сжигания угля / А.В. Тарасова, О.Б. Нетяга, П.А. Егоров, О.И. Темченко // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2014. — Т. 8. — С. 481-486. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 2415-3435 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104582 665.65:66.074.4 ru Розробка родовищ УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
topic Екологія
Екологія
spellingShingle Екологія
Екологія
Тарасова, А.В.
Нетяга, О.Б.
Егоров, П.А.
Темченко, О.И.
Разработка технологии получения сорбентов из продуктов сжигания угля
Розробка родовищ
description Разработана технология получения сорбентов из продуктов сжигания угля. Установлено, что полученные сорбенты по своим сорбционным свойствам не уступают известным амфотерным адсорбентам. Показано, что при высокотемпературной обработке углей могут быть получены сорбенты многоцелевого использования.
format Article
author Тарасова, А.В.
Нетяга, О.Б.
Егоров, П.А.
Темченко, О.И.
author_facet Тарасова, А.В.
Нетяга, О.Б.
Егоров, П.А.
Темченко, О.И.
author_sort Тарасова, А.В.
title Разработка технологии получения сорбентов из продуктов сжигания угля
title_short Разработка технологии получения сорбентов из продуктов сжигания угля
title_full Разработка технологии получения сорбентов из продуктов сжигания угля
title_fullStr Разработка технологии получения сорбентов из продуктов сжигания угля
title_full_unstemmed Разработка технологии получения сорбентов из продуктов сжигания угля
title_sort разработка технологии получения сорбентов из продуктов сжигания угля
publisher УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України
publishDate 2014
topic_facet Екологія
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104582
citation_txt Разработка технологии получения сорбентов из продуктов сжигания угля / А.В. Тарасова, О.Б. Нетяга, П.А. Егоров, О.И. Темченко // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2014. — Т. 8. — С. 481-486. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
series Розробка родовищ
work_keys_str_mv AT tarasovaav razrabotkatehnologiipolučeniâsorbentovizproduktovsžiganiâuglâ
AT netâgaob razrabotkatehnologiipolučeniâsorbentovizproduktovsžiganiâuglâ
AT egorovpa razrabotkatehnologiipolučeniâsorbentovizproduktovsžiganiâuglâ
AT temčenkooi razrabotkatehnologiipolučeniâsorbentovizproduktovsžiganiâuglâ
first_indexed 2025-07-07T15:34:07Z
last_indexed 2025-07-07T15:34:07Z
_version_ 1837002861112721408
fulltext 481 УДК 665.65:66.074.4 © А.В. Тарасова, О.Б. Нетяга, П.А. Егоров, О.И. Темченко А.В. Тарасова, О.Б. Нетяга, П.А. Егоров, О.И. Темченко РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ СОРБЕНТОВ ИЗ ПРОДУКТОВ СЖИГАНИЯ УГЛЯ Разработана технология получения сорбентов из продуктов сжигания угля. Установ- лено, что полученные сорбенты по своим сорбционным свойствам не уступают известным амфотерным адсорбентам. Показано, что при высокотемпературной обработке углей могут быть получены сорбенты многоцелевого использования. РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ОДЕРЖАННЯ СОРБЕНТІВ З ПРОДУКТІВ СПАЛЮВАННЯ ВУГІЛЛЯ Розроблена технологія одержання сорбентів із продуктів спалювання вугілля. Встано- влено, що отримані сорбенти за своїми сорбційними властивостям не поступаються відомим амфотерним адсорбентам. Показано, що при високотемпературній обробці вугілля можуть бути отримані сорбенти багатоцільового використання. TECHNOLOGY OF SORBENTS PRODUCTION FROM COAL COMBUSTION PRODUCTS The technology for production of sorbents from coal combustion products is developed. It is found that the obtained sorbents in their sorption properties are not inferior amphoteric adsorbents. It is shown that the high temperature treatment of coal can be obtained sorbents of multipurpose usage. ВВЕДЕНИЕ Экологические проблемы горного про- изводства, металлургии, энергетики и дру- гих отраслей промышленности включают очистку загрязненных вод от масел и дру- гих нефтепродуктов, солей поливалентных металлов, кислот и т.д. В настоящее время существует много сорбентов, которые от- личаются друг от друга по принципу дей- ствия, однако каждый из них работает в определенных условиях и не являются универсальными. В связи с этим возникает необходимость получения универсального сорбента, работающего в различных усло- виях и с разными загрязнениями. Целью данной работы является разра- ботка технологии получения сорбентов из продуктов сжигания угля. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Активные угли представляют собой од- ну из разновидностей микрокристалличе- ского углерода [1 – 3], которая отличается высокими значениями удельной поверхно- сти, вследствие чего активные угли нахо- дят себе широкое применение при адсорб- ции разнообразных газов, паров и раство- ренных веществ. При описании строения активных углей различают молекулярную и пористую структуры. Молекулярная структура характеризует взаимное расположение атомов углерода в пространстве и подразделяется на регуляр- ную и нерегулярную структуры [4]. Регу- лярная структура включает в себя микро- кристаллы угля, а нерегулярная – боковые углеродные цепи, которые заполняют про- 482 странство между микрокристаллами и свя- зывают их в единое углеродное тело. Со- гласно общепринятым представлениям, активные угли, сажи и другие продукты карбонизации органических веществ со- стоят из графитоподобных кристаллитов, имеющих слоистую решетку. Углеродный слой представляет собой систему конден- сированных ароматических колец, в кото- рых три валентных электрона каждого атома связаны попарно с электронами трех соседних атомов углерода (sp – гибридиза- ция с образованием трех σ – связей), а чет- вертый электрон π – связи делокализован и может свободно перемещаться по системе сопряженных связей. Число плоских слоев (углеродных сеток [6]) и их размеры зави- сят, прежде всего, от термической обра- ботки углеродного материала. Для активи- рованных углей, полученных в интервале температур 800 – 1000 ºC, число углерод- ных сеток в кристаллите составляет от 3 до 5. В отличие от графита кристаллиты угля имеют менее упорядоченное строение, от- личающееся произвольной ориентацией сеток относительно общей к ним нормали. Расстояние между углеродными слоями в углях составляет 0,344 нм (в отдельных случаях для хорошо проактивированных углей оно достигает 0,399 нм), т.е. не- сколько больше межслоевого расстояния в графите (0,335 нм). Приведенные цифры позволяют судить о более слабом взаимо- действии между углеродными слоями в ак- тивных углях по сравнению с графитом. В настоящее время существует единое мне- ние, что взаимодействие между углерод- ными слоями в кристаллитах угля осуще- ствляется за счет проявления вандервааль- сового взаимодействия [5]. Таким образом, из приведенного выше рассмотрения молекулярной структуры уг- лей вытекает, что элементом трехмерной структуры активного угля является графи- топодобный кристаллит, который для не- активированных образцов в идеальном случае имеет цилиндрическую форму с со- отношением диаметра основания и высо- ты, равным 2:1, и площадью поверхности около 13 нм2. При рассмотрении такого кристаллита обращает на себя внимание наличие двух типов поверхности, один из которых образован графитоподобными уг- леродными сетками (основание цилиндра), а другой – краевыми атомами, располо- женными по периферии углеродных сеток (образующая поверхность цилиндра). Уже само это обстоятельство является причи- ной существования, по крайней мере, двух типов неоднородности адсорбирующей поверхности активных углей. Химический состав активных углей за- висит в основном от состава исходного сырья и активирующих реагентов, а также от температуры карбонизации углеродсо- держащих веществ и активированного уг- ля. Полученные активированием в токе уг- лекислого газа при 900 – 1000 ºC так назы- ваемые высокотемпературные угли без учета зольных примесей состоят при со- держании в обычных условиях практиче- ски из одного углерода (до 98%). С целью придания активным углям из- бирательных свойств, например, в отно- шении определенных катионов металлов для селективного извлечения их из водных растворов со сложным солевым составом их обычно подвергают окислению при от- носительно невысоких температурах (300 – 450 ºС), в результате чего весовое содер- жание кислорода в угле может достигать 13 – 14%. В случае использования азотсодержа- щих исходных веществ могут быть полу- чены высокотемпературные угли с содер- жанием азота до 6%. Как следует из [6], атомы азота, замещающие часть атомов углерода в графитоподобной решетке, мо- гут обеспечивать повышенную анионооб- менную емкость углей. Описаны также способы изменения адсорбционных и дру- гих свойств активных углей путем обра- ботки их серосодержащими, хлорсодер- жащими и другими веществами. Поверхностные химические соединения активных углей не представляют собой но- вой фазы на угле, а являются функцио- нальными группами той или иной приро- 483 ды, связанными с периферическими ато- мами углерода в графитоподобных сетках кристаллитов угля. Несмотря на большое число работ, посвященных химии поверх- ности угля, вопрос о природе поверхност- ных химических соединений активных уг- лей можно считать одним из наиболее сложных и наименее выясненных. В связи с этим следует отметить, что большинство исследователей связывают как кислотно- основные, так и окислительно-восстано- вительные свойства активных углей с су- ществованием на них определенных функ- циональных групп различий природы. По- скольку при изучении химической приро- ды поверхностных соединений угля прибе- гали к исследованию их сорбционной спо- собности в отношении кислоты и щелочи, было введено представление об основных и кислотных оксидах на поверхности угля. Учитывая, что количество хемосорбиро- ванного углем кислорода всегда превыша- ет его содержание в основных или кислот- ных группах, для объяснения этого несоот- ветствия было введено представление о неионогенных поверхностных соединени- ях кислорода. Если уголь после активирования при- ходит в соприкосновение с кислородом или воздухом при невысокой температуре, например 0 – 100 ºC, то на угле образуются поверхностные соединения основного ха- рактера. Хотя природа основных оксидов все еще остается недостаточно выяснен- ной, установлено, что основные оксиды являются продуктами хемосорбции кисло- рода на угле, которым соответствуют вы- сокие значения энергии адсорбции кисло- рода на более активных участках поверх- ности угля. Кислород этих оксидов при со- прикосновении с водой или водными рас- творами переходит в раствор в виде гидро- ксильных ионов, заряжая поверхность угля положительно. При температурах 400 – 500 ºC взаимо- действие кислорода с углем происходит иначе. В этом случае уголь хемосорбирует 13 – 15%, а по некоторым данным до 22 – 25% кислорода, который прочно связыва- ется углем в форме различных поверхно- стных кислородсодержащих соединений. Примерно 1/5 часть хемосорбируемого в этих условиях кислорода входит в состав различных протогенных групп. На кафедре химии НГУ углеродные сорбенты были получены при высокотем- пературной обработке угля, и в частности, при их сжигании. Оптимальное содержа- ние углерода в сорбентах достигали путем регулирования топочного процесса сжига- ния углей или сепарацией полученных продуктов [7, 8]. Основными параметрами, влияющими на содержание углерода в сорбентах, по- лучаемых при сжигании углей, являются дисперсность пыли и коэффициент избыт- ка воздуха. При угрублении помола угля содержание углерода в уносах росло, ров- но как и с уменьшением коэффициента из- бытка воздуха. Для получения сорбента каменноуголь- ное сырье подвергают угрубленному помо- лу до размера частиц 10 – 500 мкм при со- держании грубой фракции –90 мкм 10 – 70% и сжигают в котлоагрегатах тепловых электростанций (ТЭС) при 1200 – 1500 ºС. В результате термической обработки такого каменноугольного сырья при указанном температурном режиме увеличивается вы- ход сорбента, и получаемый продукт на 45 – 60% состоит из углеродсодержащей фрак- ции и на 20 – 55% из частичек силикатов шаровидной формы. Минеральная составляющая сорбента представлена частицами алюмосиликатов шаровидной формы, наличие которых по- зволяет увеличить скорость фильтрования очищаемых вод через слой сорбента, а также повысить эффективность их очист- ки. Наличие в составе фильтрующей смеси частичек угля и алюмосиликатов, обла- дающих различными гидрофобными свой- ствами, увеличивает сорбционную способ- ность фильтра. Продукты высокотемпературной обра- ботки, полученные по описанному выше способу, являются эффективным сорбен- тов аполярных поверхностно-активных 484 веществ (ПАВ), в том числе и нефтепро- дуктов. При перемешивании сорбента со сточными водами, загрязненными, напри- мер, мазутом и вязкими машинными мас- лами, происходит масляная агломерация, т.е. образование агломератов типа гранул размером 1 – 5 мм, состоящих из частиц сорбента. Масляная агломерация происходит при определенном значении рН раствора: 9,0 – 9,5. Такое оптимальное значение рН дости- гается в растворе при использовании сор- бента, в состав которого входят оксиды щелочных и щелочноземельных металлов, в указанных количествах и соотношениях. Химический состав сорбента представлен в таблице табл. 1. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ СОРБЕНТА И ЗОЛЫ Таблица 1 Содержание, % на сухое вещество Продукт SiO2 Fe2O3 CaO MgO SO3 Al2O3 TiO2 P2O5 K2O Na2O C Сорбент 22,57 5,62 0,99 0,50 0,20 7,67 0,25 0,40 1,40 0,30 60,00 Зола Придне- провской ГРЭС 49,66 12,32 2,18 1,27 0,44 12,87 0,53 0,90 3,10 0,67 12,00 Полученный по предложенному способу сорбент, в отличие от известных, позволяет производить очистку сточных вод от вязких нефтепродуктов, содержание которых мо- жет изменяться от нескольких миллиграмм на литр до десятков грамм на литр. Из табл. 2 видно, что уменьшение со- держания угольной фракции менее 45% снижает эффективность очистки за счет снижения сорбционной способности смеси и ухудшает условия последующего ее сжи- гания. Увеличение содержания угля свыше 80% не влияет на полноту очистки сточ- ных вод. ВЛИЯНИЕ СОДЕЖАНИЯ УГОЛЬНОЙ ФРАКЦИИ НА СТЕПЕНЬ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Таблица 2 Содержание компонентов, масс. % Содержание керосина в воде, мг/л Угольная фракция Алюмосиликаты До фильтрации После фильтрации Степень очистки, % 25 75 17,2 4,1 76,3 35 65 16,4 2,0 87,3 45 55 15,8 0,9 94,3 55 45 19,5 0,5 97,4 65 35 18,9 0,4 97,8 75 25 15,2 0,3 98,2 85 15 16,7 0,3 98,2 Содержание в фильтрующей смеси ме- нее 20% алюмосиликатов уменьшает ско- рость фильтрации загрязненных вод. Увеличение содержания алюмосилика- тов более 45% уменьшает степень очистки за счет снижения сорбционной емкости смеси. Сорбент, насыщенный аполярными поверхностно-активными веществами, ре- генерации не подвергается, так как пред- ставляет собой дешевый материал и сжи- гается в топках котлов. В табл. 3 приведены данные по влия- нию содержания фракции +90 мкм в ис- ходном сырье на количественный состав компонентов сорбента и его эффектив- ность при одноразовой очистке воды. Как видно из табл. 3, эффективность очистки возрастает с увеличением содер- жания углерода. 485 ВЛИЯНИЕ СОДЕЖАНИЯ ФРАКЦИИ +90 мкм НА СТЕПЕНЬ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Таблица 3 Содержание компонентов сорбента, масс. % Содержание в сырье фракции +90 мкм, % угольная фракция алюмосиликаты Степень очистки керосина, % Степень очистки мазута, % Уголь АШ 10 18 82 75,3 77,6 20 31 69 84,7 86,3 30 45 55 98,2 99,6 40 53 47 98,3 99,8 50 Процесс сжигания протекает неустойчиво Уголь Г 10 1,2 98,8 1,0 1,2 20 1,5 98,5 1,1 1,3 30 1,7 98,3 1,4 1,5 40 9,8 90,2 40,4 42,7 50 21,7 78,3 85,4 87,1 60 38,3 61,7 96,7 97,3 70 47,2 52,8 98,7 99,4 80 Процесс сжигания протекает неустойчиво ОЧИСТКА ВОДЫ ОТ КЕРОСИНА Таблица 4 Содержание компонентов, масс. % Содержание керосина в воде, мг/л угольная фракция алюмосиликаты до фильтрации после фильтрации Степень очистки, % 25 75 17,2 4,1 76,3 З5 65 16,4 2,0 87,3 45 55 15,8 0,9 94,3 55 45 19,5 0,5 97,4 65 35 18,9 0,4 97,8 76 25 15,2 0,3 98,2 85 15 16,7 0,3 98,2 Из табл. 4 видно, что уменьшение со- держания угольной фракции менее 45% снижает эффективность очистки за счет снижения сорбционной способности смеси и ухудшает условия последующего ее сжи- гания. Увеличение содержания угля свыше 80% не влияет на полноту очистки сточ- ных вод. Содержание в фильтрующей смеси ме- нее 20% алюмосиликатов уменьшает ско- рость фильтрации загрязненных вод. Уве- личение содержания алюмосиликатов бо- лее 45% уменьшает степень очистки за счет снижения сорбционной емкости сме- си. Сорбент, насыщенный аполярными по- верхностно-активными веществами, реге- нерации не подвергается, так как пред- ставляет собой дешевый материал и сжи- гается в топках котлов. Таким образом, сорбенты, полученные на основе отходов Приднепровской ГРЭС после высокотемпературной активации, могут быть применимы для очистки сточ- ных вод от различных загрязнений: катио- нов металлов, электролитов, ПАВ и орга- нических веществ. Для более широкого применения зол электростанций в качестве сорбентов, а также утилизации отходов, загрязняющих окружающую среду, были проведены исследования по изучению свойств данных сорбентов. 486 ВЫВОДЫ 1. Выявлено, что при высокотемпера- турной обработке углей (800 – 1300 ºС) могут быть получены сорбенты многоце- левого назначения. 2. Установлено, что наиболее эффек- тивными являются сорбенты, полученные при специальном сжигании определенных марок углей в условиях ТЭС. 3. Показано, что полученные сорбенты по своим сорбционным свойствам не усту- пают известным амфотерным адсорбентам. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Поконова Ю.В. Углеродные адсорбенты из про- дуктов переработки горючих ископаемых / Ю.В. Поконо- ва, Л.И. Заверткина // Химия твердого топлива. – 2000. – № 5. – С. 47 – 54. 2. Федорова Н.И. Влияние механоактивационной об- работки углей на процесс получения углеродных сор- бентов на их основе / Н.И. Федорова, Ю.Ф. Патраков // Вестник КузГТУ. – 2009. – № 2. – С. 181 – 185. 3. Передерий М.А. Углеродные сорбенты из иско- паемых углей: состояние, проблемы и перспективы раз- вития / М.А. Передерий // Химия твердого топлива. – 2005. – № 1. – С. 76 – 90. 4. Товбин Ю.К. Молекулярная адсорбция в пористых телах / Ю.К. Товбин. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2012. – 624 с. 5. Кинле Х. Активные угли и их промышленное при- менение / Х. Кинле, Э. Бадер. – Л.: Химия, 1984. – 214 с. 6. Дубинин М.М. Адсорбция паров воды и микропо- ристая струк5тура углеродных адсорбентов / М.М. Ду- бинин // Изв. АН СССР. Серия «Химия». – 1981. – № 1. – С. 9 – 21. 7. А.с. 1536580, МПК В 03 D 1/00. Способ переработки зол тепловых электростанций / И.И. Мнушкин, П.А. Его- ров, О.Б. Нетяга, О.И. Темченко (СССР). № 4375531/23–03; заявл. 13.11.87, ДСП. – 4 с. 8. А.с. 1321469 СССР, МПК В 03 В 9/04. Способ разде- ления угольсодержащего продукта / И.И. Мнушкин, П.А. Егоров, А.Г. Навроцкий, Н.Н. Черныш, О.Б. Нетяга (СССР). № 3803572/22-03; заявл. 22.10.84; опубл. 07.07.87, Бюл. № 25. – 2 с. ОБ АВТОРАХ Тарасова Анна Владимировна – ассистент кафедры химии Национального горного университета. Нетяга Ольга Борисовна – старший преподаватель кафедры химии Национального горного университета. Егоров Павел Алексеевич – к.х.н., профессор кафед- ры химии Национального горного университета. Темченко Ольга Ивановна – к.т.н., доцент кафедры Национального горного университета.

Ähnliche Einträge