В настоящее время значительное количество смолистых отходов коксохимических цехов не находят квалифицированного использования, хотя имеются сведения о применении таких отходов в качестве добавок к шихтам для коксования [1, 2]. Кроме того, некоторые смолистые продукты (в частности кислая смолка и фусы) используют в дорожном строительстве [3, 4]. Однако все предложенные способы утилизации отходов коксохимических цехов широкого применения не получили и считаться удовлетворительными не могут.
Отсутствие эффективного способа утилизации смолистых отходов является основной проблемой того, что на большинстве коксохимические заводов эти отходы вывозят в отвал. Хотя этот более простой и относительно дешевый способ уничтожения отходов, однако, в связи с повышением требований к охране окружающей среды, он не может применяться в будущем.
Приходится констатировать, что и другие способы уничтожения отходов (захоронение, сжигание, биоразложение) в данном случае являются совершенно неэффективными.
Настоящая работа посвящена исследованию возможности использования смолистых отходов коксохимического производства Карагандинско металлургического комбината в качестве пластифицирующей добавки для частичного брикетирования угольных шихт.
Уплотнение шихт путем их частичного брикетирования является одним из методов подготовки углей к коксованию, призванным обеспечить максимальную экономию дешевых коксующихся углей при одновременном улучшении качества кокса и повышении технико-экономической эффективности процесса коксования.
Брикетирование приводит к изменению физических характеристик угольных шихт, а, следовательно, условий тепло- и массообмена. При этом значительно сокращаются расстояния между реагирующими частицами, что увеличивает скорости поликонденсации остаточных продуктов деструкции органической массы углей.
На коксохимическом производстве Карагандинского металлургического комбината углеподготовительный цех работает по схеме ДШ. При этом все угли измельчают однотипно, придерживаясь средней степени измельчения. Это приводит к переизмельчению легкодробимых компонентов и недоизмельчению более твердых. Основываясь на данных работы [6] можно заключить что крупные (т. е. недоизмельченные) классы шихты являются наиболее высокозольными и слабоспекающимися.
Поэтому для условий Карагандинского металлургического комбината наиболее целесообразно проводить частичное брикетирование лишь выделенных из шихты и измельченных крупных классов угля.
В качестве связующих добавок рассматривали кислую смолку и каменноугольные фусы. Ежегодно в отвал вывозится ~6 тыс. т этих отходов (3,5 тыс. т фусов и 2,5 тыс. т кислой смолки). В будущем эти цифры возрастут в связи с пуском новой коксовой батареи. Прекращение вывоза отходов коксохимического производства в отвал приведет к улучшению санитарно-гигиенических условий местности, сокращению расходов на перевозку отходов и содержание свалки.
В табл. 1 приведена характеристика качественных показателей фусов и кислой смолки. Выход фусов составляет -~0,05% от количества сухой шихты, выход кислой смолки — 0,01% от количества прококсованной шихты.
Таблица 1.
| Продукт | Влажность, % | Зольность, % | Плотность, кг/м3 | Содержание, % | |||
| железа | сульфата | серы | нафталина | ||||
| Кислая смолка | 9.0-16.6 | 5.3-8.0 | 1265-1303 | 2.3-3.0 | 9.2-15.0 | 2.0-12.0 | 4.5-7.0 |
| Фусы | 5-10 | - | 1290-1350 | - | - | 1,6-2,5 | - |
Методика эксперимента заключалась в следующем. Из отобранной пробы шихты выделяли класс крупности >3 мм и измельчали до размеров зерен <3 мм. Смолистые отходы добавляли именно к этой части шихты. После тщательного перемешивания со связующим эту часть шихты брикетировали в специальной цилиндрической пресс-форме на гидравлическом ручном прессе. Кислую смолку и фусы вводили в шихту как раздельно, так и в виде смеси при массовом соотношении 1:1. Содержание добавок в шихте для коксования составило 1,3 и 5% (в пересчете на массу брикета — 4,3; 12,0 и 18,5% соответственно). Давление прессования изменяли в пределах 20—60 МПа. В последнем случае получались довольно прочные угольные брикеты.
Результаты лабораторных коксований опытных шихт, содержащих 22% брикетов, представлены в табл. 2.
Анализируя данные опытных коксований можно сделать следующие выводы: брикетирование слабоспекающейся части шихты без связующего (вариант 2) не эффективно, так как механическая прочность кокса, полученного в этом случае, гораздо ниже, чем у кокса, полученного из исходной шихты (вариант 1).
Таблица 2.
| Коксуемая шихта | Количество добавки, % | Давление прессования, МПа | Выход кокса, % | Прочность кокса, % | ||
| к шихте | к брикету | М40 | М10 | |||
| Шихта (без добавок) | - | - | - | 73,2 | 72,8 | 8,9 |
| Шихта+брикеты (без связующего) | - | - | 60 | 73,3 | 67,4 | 10,9 |
| Шихта+брикеты (кислая смолка) | 1,0 | 4,3 | 60 | 73,0 | 73,5 | 8,0 |
| 3,0 | 12,0 | 40 | 71,4 | 73,2 | 8,1 | |
| 5,0 | 18,5 | 40 | 70,4 | 68,7 | 9,0 | |
| 5,0 | 18,5 | 20 | 70,3 | 74,8 | 7,4 | |
| Шихта+брикеты (фусы) | 1,0 | 4,3 | 60 | 73,1 | 74,1 | 7,5 |
| 3,0 | 12,0 | 60 | 71,9 | 70,2 | 10,0 | |
| 5,0 | 18,5 | 60 | 71,4 | 70,5 | 9,0 | |
| Шихта+смесь(1:1) фусов и кислой смолки | 1,0 | 4,3 | 60 | 73,1 | 74,1 | 7,0 |
| 3,0 | 12,0 | 60 | 72,0 | 72,8 | 8,5 | |
| 5,0 | 18,5 | 60 | 71,0 | 70,6 | 9,0 | |
По всей видимости, причиной этого является большая степень разусреднения шихты за счет концентрирования слабоспекающихся компонентов в локальных участках (брикетах). Однако при предварительной обработке слабоспекающейся части шихты связующими веществами прочность кокса практически во всех случаях возрастает по сравнению с исходной шихтой.
Наиболее прочный кокс был получен при добавлении к шихте смеси кислой смолки и фусов в количестве 1% (см. табл. 2, вариант 10). Налицо также и положительное влияние на качество кокса 1% добавок по отдельности кислой смолки и фусов (варианты 3 и 7).
Кроме того, обращает на себя внимание то, что с увеличением количества добавки к брикету качество кокса в большинстве случаев ухудшается. Так, увеличение содержания смеси кислой смолки и фусов от 1 до 5% (варианты 10— 12) привело к снижению механической прочности М40 на 3,5% и к росту показателя истираемости М10 на 2,0%. Скорее всего, это объясняется тем, что наличие большого количества пластифицирующей добавки при термическом воздействии приводит к механическому разрушению брикета во всем объеме (за счет бурного газовыделения). Соответственно увеличивается и среднее расстояние между спекающимися зернами угля. На примере брикетов с кислой смолкой проводили изучение влияния давления прессования брикета на качество кокса. Оказалось, что при увеличении содержания добавки в шихте давление прессования необходимо снижать. Достаточно сравнить варианты 3 и 6. В первом случае шихту с добавкой 1% отходов прессовали при 60 МПа, а во втором - шихту, содержащую 5% отходов, при 20 МПа. Во втором случае был получен более прочный кокс.
Не вызывает сомнения, что для каждого вида отходов нужно подбирать рациональное давление прессования. Предварительными лабораторными исследованиями установлено, что давление прессования должно зависеть от вязкости добавки, ее содержания в шихте и степени измельчения шихты.
Кроме того, необходимо обратить внимание на некоторое (относительное) снижение выхода кокса при коксовании брикетируемых шихт со связующими добавками. Причиной этого является сравнительно низкие температуры разложения кислой смолки и фусов и относительно высокий выход летучих веществ. Однако снижение выхода кокса компенсируется ростом величины разовой загрузки шихты вследствие увеличения ее насыпной плотности.
В результате исследований показана принципиальная возможность использования отходов коксохимического производства в качестве связующего в шихтах для коксования.
Вместе с тем настоящая работа позволила выявить основные направления дальнейших исследований, среди которых важнейшими являются:
определение оптимального состава связующего из отходов коксохимического производства;
выбор оптимального количества связующего в шихте;
уточнение рационального давления прессования брикетов в зависимости от вида и количества добавки.
Библиографический список.