РАЗДЕЛ 2
АНАЛИЗ ПРЕДМЕТОВ И МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ
Как было показано в предыдущем разделе, наиболее перспективным методом получения кокса из спекающегося угля с применением минеральных добавок, является использование последних в качестве активных добавок.
В сложившейся экономической и экологической обстановке Украины целесообразно использовать в качестве активных добавок различные отходы производства, например шламы либо шлаки.
Наибольший объем техногенных отходов образуется и накапливается в горно-металлургическом комплексе [44], а в остальных отраслях народного хозяйства образуется намного меньшие объемы. Необходимо отметить, что отходы горно-металлургического комплекса, по своему химическому составу, являются наиболее ценными с точки зрения возвращения их в металлургический передел. Привлечение этих отходов в металлургическую промышленность позволит сократить использование железной и марганцевой руд, флюсов, топлива, а также снизить затраты на их добычу и обогащение. Это, в целом, позволит рациональнее использовать природные ресурсы, что повлечет за собой улучшение экологической обстановки на предприятиях и прилегающих территориях, сокращению под отвалы и шламоотстойники плодородных земель.
Влияние различных добавок на процессы протекающие при термическом пиролизе органической массы угля может носить как физический, так и каталитический характер. Использование активных добавок для управления реакциями в современных технологических процессах является весьма привлекательным.
Для поиска наиболее эффективных катализаторов (шламов и шлаков) необходимо рассмотреть условия их подбора.
Одним из условий подбора катализаторов является использование закономерностей, вытекающих из действия электронных сил. Известно [68] , что гетерогенные каталитические реакции имеют в своей основе электронный механизм, поскольку превращения, вызываемые в реагирующей молекуле каталитической реакции, определяются перемещением валентных электронов.
Принимая во внимание, что в углехимических процессах имеют место реакции окисления, гидрирования, дегидрирования, разложения углеводородов, ароматизации и полимеризации, то среди ряда катализаторов, влияющих на эти процессы, на первых местах стоят (как было показано в предыдущих разделах) элементы четвертого периода и четвертого ряда периодической системы с номера 23 по номер 28, то есть V, Cr, Mn, Fe, Co и Ni.
Одной из известных активных добавок влияющей на выше приведенные процессы являются скелетные железные катализаторы [69]. В работе показано влияние скелетного катализатора на процессы гидрирования ацетиленовых углеводородов.
Приготовление скелетных катализаторов слагается из следующих операций [70]:
* Сплавление каталитически активного металла (никеля, железа и др.) с другими неактивными (алюминий, кремний, цинк и др.);
* Выщелачивание неактивного металла.
Проведя аналогию процесса получения скелетных катализаторов с процессом образования "красного шлама" который образуется в результате выщелачивания алюминия из природно спеченного соединения - боксита, можно предположить, что полученный продукт будет также влиять на процессы гидрирования и активно влиять на ход процессов деструкции и синтеза органической массы угля.
Следовательно, в дальнейших исследованиях данной диссертационной работы в качестве активной добавки (катализатора) будет использоваться "красный шлам" отход глиноземного производства.
2.1 Химический и фазово-минералогический состав красных шламов
В настоящее время, основным сырьем для производства глинозема являются бокситы. Отходом данного производства являются отвальные красные шламы, образующиеся при выщелачивании боксита, которые содержат нерастворимые в щелочи компоненты [71].
Известно [71], что характеристика каждого изучаемого шлама зависит от состава перерабатываемого боксита и, особенно - от способа переработки. В основном, отвальные красные шламы являются смешанными шламами байеровского способа и способа спекания. Они являются смешанными в произвольных соотношениях. Их составы могут быть близки как к байеровским, так и к спекательным шламам. Высокие значения потерь при прокаливании указывают на глубокие процессы гидратации отвальных шламов.
Химический состав проб шламов ветвей Байера, спекания и отвальных шламов приведен в табл.2.1 [72].
Таблица 2.1
Химический состав красных шламов
Способ производстваAI2O3Na2OSiO2Fe2O3CaOП.п.п.прочиеБайера12-132,7-3,07-847-4812-136-713,8-8,0Спекание9-104,8-5,019-2020-2138-394-55,2-0Из отвалов11,2-12,82,8-4,38,3-9,425,8-43,711,0-20,97,1-16,87,4-0 Принимая во внимание, что шламы и минералы красных шламов весьма специфичны, необходимо привести их краткую характеристику.
Красный шлам содержит: гематит, гетит, алюмогетит, магнетит, хлориты и шамозит, рентгеноаморфный гидроксид железа, гидроалюмосиликаты натрия, гидрогранаты, двухкальциевый силикат, кварц, рутил, анатаз и другие титансодержащие фазы.
Гематит в боксите и в красном шламе представлен несколькими разновидностями [72]:
- хорошо кристаллизованный гематит с частицами размером до 120 мкм в виде шестигранных кристаллов и их обломков;
- гидрогематит, имеющий размеры частиц до нескольких микрометров;
- в цементах многих бокситов наблюдается гематогель;
- в диаспоровых бокситах гематит представлен в виде псевдоморфозы.
Гематит в бокситах имеет высокую твердость и уплощенную форму кристаллов, которая способствует тому, что при мокром помоле он диспергируется незначительно и практически сохраняет размер своих кристаллов.
Гематит во многом определяет агрегативную устойчивость шламов, так как электрокинетический потенциал его частиц в щелочной среде близок к нулю [73]. С учетом того, что остальные фазы шлама заряжены отрицательно и имеют меньшие размеры, то гематит является центром агрегации. В условиях шламохранилищ гематит устойчив [74].
Следующий компонент, находящийся в красн
- Киев+380960830922