Рентгенографическое и термографическое исследования антрацита месторождения Назарайлок до и после термообработки

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2014, том 57, №7_

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

УДК 662.66

Б.С.Джамолзода, А.Муродиён, А.Г.Сафаров, член-корреспондент АН Республики Таджикистан Х.Сафиев

рентгенографическое и термографическое исследования антрацита месторождения назарайлок до и после термообработки

Государственное унитарное предприятие « Таджикская алюминиевая компания»

Рентгенографическим и термографическим методами изучены изменения межплоскостного расстояния до и после термообработки антрацита месторождения Назарайлок, а также определены температурные интервалы выделения влаги и летучих составляющих компонентов указанного антрацита. Показано, что при термообработке антрацита в интервале температур 900-1000°С происходит уменьшение межплоскостного расстояния ^002), а также наблюдается максимальная скорость газовыделения, свидетельствующая о глубокой структурной перестройке высокоуглеродистого материала.

Ключевые слова: антрацит - рентгенографический и термографический методы - межплоскостное расстояние - термообработка.

Месторождение антрацита Назарайлок (Раштский район) делится рекой Шикорхона на два почти равных участка - западный участок «Кафтархона» и восточный - «Шикорхона». Участок «Шикорхона», протяженностью 2.8 км и шириной до 1.6 км, является наиболее изученной частью месторождения, в то время как участок «Кафтархона» менее изучен. По вещественному составу антрациты этого месторождения относятся к однородным витринитовым углям. По ГОСТ 25543-82 угли всех пластов относятся к антрацитам (А) [1]. В процессе углефикации при сильном метомор-физме обычно происходит уплотнение органической массы угля и постепенная убыль его массы за счёт отщепления высокомолекулярных веществ и увеличения электропроводимости угля (образование антрацита).

Антрациты разных месторождений отличаются как по петрографическому составу, так и по метаморфизму, Например, по данным петрографических исследований, антрациты Донецкого бассейна (Украина) содержат преимущественно компоненты группы витринита (70-80%), антрациты Горловского бассейна (Россия) характеризуются большим содержанием компонентов группы фюзе-нита (55-60%) и представлены в основном кларенодюреновыми и дюреновыми литотипами [2]. Антрациты Российского Донбасса (Ростовская область) относятся в основном к группе витринита [3]. По составу угли пластов 4 и 6 месторождения Назарайлок близки к уникальным по техническому качеству антрацитам вьетнамского месторождения «Ха-Ту».

Адрес для корреспонденций: Джамолзода Бехрузи Саъдонхуджа. 734063, Республика Таджикистан, г. Душанбе, ул.Айни, 299/1,Физико-технический институт АН РТ. E-mail: beha4417@mail.ru

Целью данной работы явилась сравнительная техническая характеристика антрацитов различных месторождений, а также определение возможности применения антрацита месторождения Назарайлок в химико-металлургической промышленности Республики Таджикистан. Участок «Ши-корхона» эксплуатируется в течение многих лет, а участок «Кафтархона» эксплуатируется недавно.

Рентгенографическое исследование проводилось на установке ДРОН-2* с использованием медного излучателя на отражения как с сырым, так и с термообработанным антрацитом, взятого с участка «Шикорхона». Химический состав исходного антрацита, а также способ термообработки его до 12000С приведены в [5]. На рис.1 показана зависимость изменения межплоскостного расстояния (ё002) от температуры термообработки антрацита участка Шикорхона месторождения Назарайлок (кривая 3). Для сравнения приведены показатели российского и украинского антрацитов (кривые 1 и 2). Как видно из кривых, при термообработке межплоскостные расстояния слоев антрацитов уменьшаются. Следует отметить, что при термообработке ё002 антрацитов Российского Донбасса ниже по сравнению с антрацитами Донецкого бассейна, а также месторождения Назарайлок в Таджикистане. Это свидетельствует о раннем возрасте антрацита Российского Донбасса и о его более высоком метаморфизме по сравнению с другими антрацитами. Антрацит Назарайлока занимает промежуточное место среди рассматриваемых углей. Рассчитанное межплоскостное расстояние, а также размеры кристаллитов (Ьа , Ьс) приведены в таблице, где Ьа и Ьс соответственно средний диаметр и толщина кристаллов.

Рис.1. Зависимость изменения межплоскостного расстояния (^02) антрацитов от температуры термообработки. 1 - антрацит Российского Донбасса (ш. им. «60-летия Ленинского комсомола») ; 2 - антрацит Донецкого бассейна ; 3 - антрацит месторождения Назарайлок, участок «Шикорхона».

Таблица

Сравнительные характеристики антрацитов различных месторождений до и после термообработки

№ п/п Антрацит Плотность орга-нич. частиц кг/м3 Рентгеноструктурные характеристики, нм I -

¿002 ьа ьс

1 Донецкий бассейн (шахта.№№66-67) 1660 0.3507 35.70 15.20 542.64

2 Российский Донбасс (шахта им. 60-летия Ленинского комсомола) 1500 0.3550 9.00 3.00 27.00

3 Ха-Ту (Вьетнам, контактный метаморфизм) 1420 0.3518 27.70 19.70 545.69

4 Назарайлок (Таджикистан, участок «Шикор-хона») 1420 0.3560 27.90 20.10 560.79

5 Горловский бассейн (Колыванский антрацит тип. фюзенит) 1690 0.3517 33.50 15.60 522.60

После термообработки

1 Донецкий бассейн (ш.№ 66-67) 2200 0.3361 46.00 20.30 933.8

2 Российский Донбасс (шахта им. 60-летия Ленинского комсомола) 1900 0.3460 15.60 3,80 59.28

3 Ха-Ту (Вьетнам, контактный метаморфизм) 2130 0.3360 45.00 19.50 877.50

4 Назарайлок (Таджикистан, участок «Шикор-хона») 1750 0.3520 40.50 17.25 698.62

5 Горловский бассейн (Колыванский антрацит тип. фюзенит) 2030 0.3362 33.80 19.20 648.96

На рис.2 приведены кривые термограммы антрацитов месторождения Назарайлок, снятые с помощью термографа, сконструированного по [6], а также для сравнения антрацитом Российского Донбасса. Нагревание измельченного материала производилась под слоем сухого Al2O3. Нагрев и охлаждение каждого образца производились дважды со скоростью 200С/мин.

1000

800

600

400

200

2 уГ

1

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 1, мин Рис.2. Кривые термограммы антрацитов различных месторождений.

1 - Назарайлок, 2 - Российский Донбасс.

На термограмме виден один прямой участок (кривая 1)^=110 0С), обусловленный удалением адсорбированной влаги, далее два экстремума, соответствующие температурам 190 и 3300С, которые связаны с удалением внутренней влаги и некоторых сорбированных газов - О2, N2, СО2, а также с выходом легколетучих органических компонентов. Далее при температуре 5000С наблюдается резкий подъём кривой, что связано с реакциями, затрагивающими изменения ядерных частей ароматических структур органической части с интенсивным выделением органических компонентов. При t=950-

1000°С прекращаются газовыделения. Для сравнения приведена термограмма (кривая 2) антрацита Российского Донбасса(шахта «Алмазная») [3]. Как видно из кривой, потеря воды начинается при температуре 330С. После 450-550°С начинается термическое разложение органического материала, достигающее максимума при 680-780°С. Эти обстоятельства характеризуют высокометаморфизован-ность антрацита. Например, для шахты «Фащеевская» (Российский Донбасс) первый экстремум (200°С) связан с удалением влаги и некоторых сорбированных газов - О2, N2, СО2 [3]. Данный антрацит по метаморфизованности схож с антрацитом месторождения Назарайлок.

Таким образом, наблюдаемое различие поведения антрацитов разной степени метаморфизма в процессе их термообработки диктует необходимость более строгой дифференциации их и как сырья для производства различных углеграфитовых изделий в химико-металлургической промышленности.

Авторы выражают благодарность профессору Таджикского национального университета Ш.Туйчиеву за оказанную помощь в снятия рентгенограмм и их расшифровку.

Поступило 14.04.2014 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ёров З.Ё., Муродиён А., Сироджев Н.М., Вохидов М.М. Сопоставительная характеристика антрацита угольного месторождения Назарайлок, и антрацитов некоторых зарубежных стран. - Мат-лы респуб. конф. «Геология и геоэкологические проблемы использования горючих полезных ископаемых Таджикистана», ТТУ, г.Душанбе, 2011, с.72-82.

2. Бочкарева К.И., Осташевская Н.С. Исследование вещественно-петрографического составов антрацитов Горловского бассейна. - Исследование каменных углей Сибири. - Новосибирск: СО Наука, 1974.

3. Кураков Ю.И. Адгезия и смачивание на контакте антрацит-ПЕК: Автореф дисс...докт.техн.н.- М., 2005, 35с.

4. Муродиён А., Сироджев Н.М., Азизов Б.С., Муродиён П. О возможности использования антрацита месторождения «Назарайлок» в производстве холоднонабивной подовой массы алюминиевых электролизеров. - Мат-лы респуб. научно-практ. конф. «Современные проблемы химии, химической технологии и металлургии», ТТУ им. М.Осими. - г. Душанбе, 2009, с. 156-159.

5. Вохидов М.М., Муродиён А., Азизов Б.С., Муродиён П., Сафаров А.Г. - ДАН РТ, 2012, т.55, №4, с. 322 - 326.

6. Акрамов М.Б., Джураев Т.Дж., Мирзоев Ф., Рахимов Ф.К. Сборка универсальной установки для определения теплофизических свойств веществ. - Мат-лы 6-ой междунар. научно-практ. конф. «Перспективы развития науки и образовании», ч. 2, ТТУ им. М.Осими, г. Душанбе, 2012, с.105-108

Б.С.Ч,амолзода, А.Муродиён, А.Г.Сафаров, ^.С.Сафиев тадцицот^ои ренгенографй ва термографии антратсити

кони назарайлок; то ва баъди коркарди гармй

Корхонаи вохиди давлатии «Ширкати алюминийи Тоцик»

Бо усули рентгенографй тагйирёбии масофаи байни кабатх,ои сатхди антратсити маъда-ни Назарайлок дар х,ароратх,ои гуногун омухта шудааст. Бо афзудани хдрорат масофаи байни кабатх,ои сатх,ии антратсит хурд мешаванд. Та^лили термографй нишон дод, ки бо зиёд шудани хдрорат суръати бухоршавии маводх,ои бухоршавандае, ки дар таркиби антратсит мавчуданд меафзояд ва дар хдрорати 950-1000°С ба итмом мерасад.

Калима^ои калиди: Антрасит - усул^ои рентгенографй ва термографы - масофаи байни сатуй -коркарди гармй.

B.S.Djamolzoda A. Murodiyon, A.G.Safarov, H.S.Safiyev

x-ray and thermografic investigation of the antracite of nazaraylok deposite before and after thermal processing

The State Unitary enteprise «Tajik aluminium company» By X-Ray and thermografic methods the changes of inter-surfaces distance before and after thermal processing of Nazaraylok field are investigated and the interval of temperature of evaporation of water and others organic components are defined. It is shown that during the heat treatment in the temperature range of anthracite 900-1000°C occur reduction of the interplanar spacing (d002), and maximum rate of gas, indicating a deep restructuring of high material.

Key words: anthracite - X-Ray and thermografic methods - inter-surfaces distance - thermal processing.