У статті розглянуті закономірності знесолення вугілля Новомосковського родовища водною промивкою. Запропонована гіпотеза інтенсифікуючого впливу добавок мінеральних кислот на процес знесолення.
Ключові слова: солоне вугілля, знесолення, мінеральна складова, кислотні добавки, розчинення.
Постановка проблеми. Вугілля з підвищеним вмістом солей натрію та калію (NaCl та KCl), частка якого в загальному балансі запасів вугілля в Україні складає до 10%, потребує спеціальної підготовки до використання, а саме – збагачення по солі. Спалювання незбагаченого „солоного вугілля” на ТЕС, де його використовують найчастіше, пов’язане з проблемами, по-перше, суттєвого збільшення зносу котлоагрегатів ТЕС, по-друге, екологічною небезпекою обумовленою можливістю виникнення при спалюванні діоксинів і потрапляння їх у довкілля. Тому пошук ефективних і екологічно прийнятних методів переробки солоного вугілля, зокрема його попереднє знесолення – актуальна проблема сучасного вуглезбагачення.
Аналіз досліджень і публікацій. В кінці ХХ і на початку ХХІ ст. рядом дослідників вивчені окремі теоретичні та практичні аспекти переробки вітчизняного солоного вугілля [1-9]. Так, під керівництвом Пожидаєва С.О. (Інститут мінеральних ресурсів, Дніпропетровське відділення) виконані дослідження щодо локалізації солоного вугілля в Донецькому басейні та складу золових компонент, а також запропоновано їх стаціонарну водну промивку. Під керівництвом Світлого Ю.Г. (Донецьке відділення інституту ВНИИПИГидротрубопровод) розроблена технологія знесолення вугілля в процесі дальнього магістрального гідравлічного транспортування (МГТС), яка вдосконалена рядом спеціалістів Донецького політехнічного інституту (В.С.Білецький, П.В.Сергєєв, А.Кхелуфі) шляхом застосування технології масляної агломерації, що уможливило ефективне зневоднення вугілля на приймальному терміналі МГТС. Інститутом фізико-органічної хімії та вуглехімії НАН України (В.І.Саранчук, Т.Г.Шендрик та ін..) зафіксована інтенсифікуючи дія на процес знесолення вугілля кислотних добавок. При цьому, однак, механізм дії кислотних добавок так і не було з’ясовано.
Мета цієї роботи - дослідження механізму дії кислотних добавок при знесоленні вугілля Західного Донбасу.
Виклад основного матеріалу.
Солоність вугілля Західного Донбасу в основному обумовлена наявністю в ньому натрію і хлору у співвідношеннях близьких до стехіометричного для галіту. Середній хімічний склад золоутворюючих компонентів для вугілля нижнього середнього карбону (за Е. П. Діком) представлений у таблиці 1, а хімічний склад золи деяких пластів Новомосковського родовища – у таблиці 2.
Як видно з даних табл. 2. хімічний склад золи солоного вугілля навіть у межах одного пласта нестабільний, що ускладнює технологію їх переробки.
Аналізуючи зв'язок вмісту Na2O в солоному вугіллі різних родовищ від хімічного складу золи (рис. 1.) слід відзначити його неоднозначність, хоча по ряду хімічних сполук, зокрема Fe2O3, SiO2, MgO простежується їх чітка взаємозалежність від вмісту Na2O. Це, очевидно, свідчить про спільність факторів, що викликали озолення цими компонентами вугільної маси.
Дослідженнями В.І.Саранчука, Т.Г.Шендрик та ін. (ІНФОВ НАН України) встановлено вплив на процес солевидалення при промивці солоного вугілля кислотних добавок. При цьому ставилася мета визначення впливу фактора рН середовища на вимивання йонів натрію і хлору з вугілля пласта С1 Новомосковського родовища (табл.. 3).
Як видно з одержаних даних, чіткого впливу фактора рН середовища на процес знесолення не зафіксовано.
Цікавим питанням є механізм дії кислотних добавок при знесоленні вугілля. Виходячи з наявної характеристики золоутворювальних компонент і генезису озолення та засолення вугілля можна припустити шаруватість золової речовини локалізованої у міжпакетному просторі вугілля. Тобто сольові компоненти можуть бути „вбудовані” або перешаровуватися з іншими складовими золи – Fe2O3, SiO2, MgO, CaO, Al2O3 та ін. Для протікання процесу вимивання йонів натрію і хлору з вугілля спершу треба „відкрити” поверхню NaCl, KCl, що на нашу думку, і здійснюють кислотні добавки. Останні, діючи на оксиди Fe2O3, SiO2, MgO, CaO, Al2O3 утворюють відповідні водорозчинні солі, при розчинення яких і відкривається поверхня сольових компонент NaCl, KCl. Це уможливлює і пришвидшує процес знесолення вугілля водною промивкою.
Перевіримо таке припущення шляхом порівняння одержаних ІНФОВ НАН України результатів дії кислотних добавок в процесі знесолення вугілля пласта С1 і розчинності солей, що утворюються при дії мінеральних кислот на зазначені оксиди (відповідно табл.. 3 і табл.. 4).
Як видно з табл. 4, розчинність солей, що утворюються при взаємодії зазначених вище оксидів з мінеральними кислотами збільшується в ряду: сульфати-хлориди-нітрати. У тому ж порядку, зростає ступінь знесолення досліджуваного вугілля (табл.. 3), що підтверджує висунуту гіпотезу.
Висновок.
Таким чином, кислотні добавки інтенсифікують процес знесолення вугілля шляхом їх взаємодії з оксидами мінеральної компоненти вугілля і утворенням розчинних солей. Останні перешаровані з первинними солями натрію і калію і після розчинення відкривають доступ до поверхні NaCl, KCl. Це пояснює ефект інтенсифікації знесолення вугілля добавкою у водний розчин мінеральних кислот.
Найбільше інтенсифікують процес знесолення вугілля Ново московського родовища водною промивкою розчини азотної кислоти. Що пояснюється утворенням цією кислотою з зольними компонентами вугілля найбільш розчинних солей.
