Среди ряда связующих, применяемых в практике углебрикетного производства, наиболее эффективными по технологическим и экономическим параметрам являются битумные связующие, обеспечивающие высокую прочность и калорийность угольных брикетов.

В то же время последние обладают существенным недостатком, связанным с их низкой термической прочностью.

Предприятие ООО «Консит-А» предложило использовать для решения указанной проблемы органобентонит – универсальный структурообразователь масляных органических сред, выпуск которого оно освоило в промышленных масштабах.

Органобентонит является универсальной высокоэффективной реологической добавкой и представляет собой продукт взаимодействия высококачественных бентонитовых глин с четвертичными аммониевыми солями. Придавая тиксотропную структуру любому маслу, органобентонит одновременно повышает термостойкость и термостабильность различных потребительских систем, замешанных на соответствующих маслах, и их, седиментационную устойчивось. Органобентонит резко повышает долговечность этих систем.

Авторами был проведен комплекс исследований, позволивший определить влияние органобентонита, введённого в состав связующего, на механическую прочность брикетов, их термостойкость и теплоустойчивость.

В качестве угольного сырья для получения брикетов применяли неспекающийся по своей природе длинномерный каменный уголь марки «Д» с исходной влажностью 15,7%, зольностью 14% и спекающийся каменный уголь марки «СС» с исходной влажностью 17%, зольностью 15,5%.

В качестве связующего материала использовался нефтебитум от процесса деасфальтизации (асфальты деасфальтизации) с температурой размягчения по КиШ 49^оС и нефтяные крекинг-остатки с температурой размягчения 26^оС.

Содержание органобентонита в процессе исследований варьировалось в диапазоне от 0 до 3% от массы связующего, при этом количество связующего принималось 8 % от массы брикета.

На первом этапе определялось время, необходимое для полного завершения структурообразования брикета. Исследования проводили с использованием в качестве связующей добавки крекинг-остатков, значительно уступающих по своей клеящей и структурообразующей способности асфальтам деасфальтизации (наиболее неблагоприятный технологический вариант). При этом содержание органобентонита в компаундированном крекинг-остатке составляло 1 % масс. прочность структуры полученных брикетов оценивалась по показателю разрушающей нагрузки при сжатии.

Данные испытаний приведены в табл. 1, а полученные зависимости на рис. 1.

Таблица 1.

Изменение механической прочности брикетов при сжатии от времени структурообразования брикетов

Примечание: механическая прочность брикетов при сбрасывании во всех опытах составляла 98-99%. В таблице приведены средние показатели из 7 измерений.

Данные табл. 1 показывают, что полное завершение структурообразования брикетов, как на исходном, так и на компаундированном связующем осуществляется за время не более 2-х суток. Указанное время принято за основу в дальнейших исследованиях.

Рис. 1 – Зависимость механической прочности брикетов при сжатии от времени их структурообразования (брикеты получены из угля марки «СС» с использованием в качестве связующего материала крекинг-остатков в количестве 8 % масс.).

Одновременно отмечено заметное (в среднем на 18%) повышение сопротивляемости брикетов раздавливающим нагрузкам даже при применении связующей добавки с явно выраженными недостаточными для брикетирования клеящими и структуроудерживающими возможностями.

Последующие исследования по брикетированию длиннопламенного угля и определению механической прочности брикетов проводили с использованием в качестве связующей добавки асфальтов деасфальтизации, – как наиболее промышленно значимый вариант при производстве брикетов и их использовании у потребителей.

В первую очередь определялась механическая прочность брикетов во временном интервале их структурообразования (охлаждения), ограниченном возможностями охладительного конвейерного тракта углебрикетных предприятий перед погрузкой брикетов в вагоны (время пребывания брикетов порядка 15 мин.), и влияние добавок органобентонита на прочностные показатели брикетов (данные таблицы 2 и рис. 2).

Таблица 2

Механическая прочность брикетов непосредственно при выходе из пресса после 15 мин. охлаждения в зависимости от добавок органобентонита в асфальты деасфальтизации.

Примечание: механическая прочность при сбрасывании 99%.

Рис. 2 – Зависимость механической прочности брикетов при сжатии от содержания органобентонита в асфальте деасфальтизации непосредственно на выходе из пресса и после 15-ти минутного структурообразования (брикеты получены из угля марки «Д» с использованием в качестве связующего материала асфальта деасфальтизации при расходе 8 % масс; влажности брикета 7,7 %).

Полученные данные говорят о высокой скорости отверждения брикетов и приобретении за 15-минутный интервал механической прочности противодействия ударным и раздавливающим нагрузкам при погрузке брикетов в транспортные средства. Однако при содержании органобентонита в асфальтах выше 2% масс., отмечен факт повышения сопротивляемости шихты формующим нагрузкам, что подтверждает наличие структурных изменений в асфальте при введении в него избытка органобентонита и приводит к некоторому снижению прочности брикетов.

Эти же данные свидетельствуют, что при содержании органобентонита в асфальте деасфальтизации в количестве 1% масс. механическая прочность брикетов при сжатии увеличилась на 19% в сравнении с некомпаундированным вариантом, что согласуется с данными, полученными при брикетировании угля с крекинг-остатками.

В таблице 3 приведены данные по механической прочности брикетов при сбрасывании и сжатии от содержания в их связующем органобентонита, а на рис. 3 и 4 зависимости механической прочности брикетов при сжатии и сбрасывании от содержания органобентонита в асфальте деасфальтизации в период полной (после 2-х суток) структуризации брикетов.

Таблица 3

Показатели механической прочности при сбрасывании и сжатии

брикетов после полной структуризации

Примечание: в таблице приведены средние значения показателей из 2-х измерений.

Рис. 3. Зависимость механической прочности брикетов при сжатии от содержания органобентонита в асфальте деасфальтизации (брикетирование угля марки «Д», расход асфальта 8 % масс, время структурообразования брикета 2 суток)

Рис. 4 – Зависимость механической прочности брикетов при сбрасывании от содержания органобентонита в асфальте деасфальтизации (брикетирование угля марки «Д», расход асфальта 8 % масс, время структурообразования брикета 2 суток)

Из данных табл. 3 следует, что механическая прочность брикетов за счет введения в нефтебитумное связующее добавки органобентонита в количестве до 1% масс заметно увеличивается, а при содержании органобентонита свыше 2% масс несколько снижается. Следует отметить, что брикеты во всех вариантах проведенных исследований оценивались как абсолютно водостойкие.

Затем были проведены исследования влияния добавок органобентонита в нефтебитумные связующие на термостойкость брикетов при горении и теплоустойчивость брикетов при хранении.

Опытному сжатию по методу «ИОТТ» подвергались брикеты из угля марки «Д», подушкообразной формы, массой 60 г каждый, при содержании асфальта деасфальтизации 8% масс и температуре печи 800°С.

Данные по сопротивлению брикетов разрушающим нагрузкам в процессе горения представлены в таблице 4 и на рис. 5.

Таблица 4.

Сопротивление брикетов разрушающим нагрузкам при сжигании брикетов

Анализ приведенных в табл. 4 данных указывает на тенденцию повышения термостойкости брикетов за счет добавки органобентонита в нефтебитумный связующий материал (~ на 20% по отношению к базовому образцу при содержании органобентонита в связующем в количестве 2% масс), но это не переводит данные брикеты в разряд термостойких по существующей классификации, которая составлена, в основном, применительно к спекающимся, более метаморфизованным и обладающим пониженной реакционной способностью при горении угольных брикетов, которые при сжигании требуют шуровки.

Рис. 5 - Изменение механической прочности брикетов в процессе горения при температуре 760-800°С (термоустойчивость по методу ИОТТ) при разном содержании органобентонита в асфальте деасфальтизации.

Для высокореакционных, интенсивно прогорающих брикетов из длиннопламенных углей, которые не требуют шуровки при горении, критерий оценки термостойкости является дискуссионным и требует дополнительной проработки относительно определения величины провала топлива через колосниковую решетку топочного устройства.

Что касается теплоустойчивости брикетов, полученных на нефтебитумном связующем с добавлением органобентонита, эффект повышения термостабильности структуры брикетов выражен значительно более резко. Зависимости механической прочности на раздавливание брикетов от содержания органобентонита в связующей добавке показаны на рис. 6 и 7.

Рис. 6. Теплоустойчивость (сопротивление брикетов раздавливающим нагрузкам) при их нагреве до 60° С. (Брикеты изготовлены с использованием в качестве связующего асфальта деасфальтизации с Киш 49° С и органобентонита. Расход связующего 8% от массы угля, направляемого на брикетирование)

Рис. 7 Теплоустойчивость (сопротивление брикетов раздавливающим нагрузкам) при их нагреве до 50° С. (Брикеты изготовлены с использованием в качестве связующего асфальта деасфальтизации с Киш 49° С и органобентонита. Расход связующего 8% от массы угля, направляемого на брикетирование)

Таким образом в результате проведенных исследований по определению влияния добавок органобентонита на структурообразующие и технологические свойства нефтебитумных связующих материалов, применяемых для брикетирования углей, было установлено следующее. что . применение органобентонита в количестве до 2% от массы связующего, как структурообразующей добавки в нефтебитумные связующие материалы при соблюдении технологии брикетирования угля марки «Д» в оптимальных режимах, способствует повышению качества угольного топлива в виде брикетов. При этом термостойкость брикетов при сжигании повышается ориентировочно на 20%, а теплоустойчивость брикетов при их нагреве и выдержке при температуре 60°С (максимальной температуре нагрева брикета при прямом воздействии тепловой энергии солнечных лучей при хранении угольного топлива на открытых топливных складах) применительно к нефтебитумным связующим с температурой размягчения 49-50°С повышается на 16-17%.

Теплоустойчивость брикетов при температуре нагрева 50°С увеличивается на 36% и 55% при содержании органобентонита в связующем 1% и 2% от их массы соответственно.

Применение органобентонита в нефтебитумном связующем упрочняет структуру брикетов и, как следствие, механическую прочность порядка на 18-20%, а также повышает их сопротивление раздавливающим нагрузкам, что способствует сохранению целостности брикетов при перевозках ж.д. транспортом и при хранении в штабелях.

Водостойкость брикетов не ухудшается.

Не требуется дополнительных энергетических затрат на температурную подготовку связующего материала и шихты из угля, не усложняется весь цикл технологических операций по подготовке и прессованию шихты, а также по температуре и времени структурообразования брикетов.

Следует отметить, что превышение содержания органобентонита в нефтебитумном связующем выше 2% масс повышает сопротивляемость шихты формующей нагрузке при прессовании, что приводит к снижению прочности брикетов по отношению к достигнутому значению, в связи с этим предельно допустимое содержание органобентонита в нефтебитумном связующем с учетом технологических и экономических факторов не должно превышать 2% масс.

Применение органобентонита в составе связующего вполне вписывается в существующую технологию брикетирования угля.

Органобентонит может входить и в состав других связующих на масляной основе, например, мелассы, хлопкового гудрона. В этом случае стоимость брикетов значительно снижается.

Изготовление органобентонита освоено предприятием ООО «Консит-А» по техническим условиям ТУ 95 2752-2000. Продукт сертифицирован. Продукция поставляется со складов. г. Мытищи Московской обл. или г. Переславль-Залесский Ярославской обл.