تاریخچه زغال سنگ تا 300 میلیون سال قدمت دارد. این از بقایای چوبی در دوره به اصطلاح کربونیفر تاریخ زمین تشکیل شد، زمانی که میلیون ها سال قبل از شروع اولین پتروداکتیل باقی مانده بود، زمانی که زمین توسط استگوسفالیان زشت زندگی می کرد، زمانی که جنگل های انبوه از سرخس های درخت مانند و دم اسب رشد کرد و در خلیج های دریاهای گرم، بقایای پوشش گیاهی و حیات دریایی توسط رودخانه ها جمع شد.
برای سالهای متمادی، دانشمندان در مورد اینکه چه اتفاقی برای بقایای درختان و جلبکهای پوشیده از سنگهای رسوبی افتاد، زمانی که دریا به مناطق تجمع مواد گیاهی سرازیر شد، هنگامی که مواد اولیه در هنگام ساختن کوه بالا و پایین میرفت، چه اتفاقی افتاد. که دما و فشار تغییر کرد. مواد گیاهی بدون دسترسی به هوا به یک ماده سنگی براق یا مات سیاه تبدیل می شود که با محتوای کربن بالا (تا 80 تا 95٪) مشخص می شود.
شیمیدان کک ساز فقط به آن دسته از زغال هایی علاقه مند است که دارای خواص منحصر به فرد هستند - خاصیت تف جوشی و کک سازی .
اگر چوب، ذغال سنگ نارس، زغال سنگ یا زغال سنگ بدون دسترسی به هوا تا دمای 900 تا 1000 درجه سانتیگراد حرارت داده شود و سپس سرد شود، محصولات گازی، رزین آزاد شده و پسماند خاکستری سیاه، گاهی پودری، گاهی ریزدانه باقی می ماند. ، گاهی شکننده است. اگر ماده منبع خرد شود، محصولی با اندازه کوچک به دست می آید، اگر ماده اولیه (مثلاً چوب) به صورت تکه تکه باشد، پس از گرم شدن باقیمانده گلوله می شود. اما در مورد برخی از زغالسنگها، هنگامی که بدون دسترسی به هوا گرم میشوند، یا همانطور که میگویند در هنگام تقطیر خشک، دگرگونیهای شگفتانگیزی رخ میدهد.
مواد ریز آسیاب شده در کوره تقطیر خشک ریخته می شود - قطعات زغال سنگ به اندازه کمتر از سه میلی متر و قطعات بزرگ و بسیار قوی از رنگ نقره ای از مواد خوب ذوب شده به دست می آید. اگر زغال سنگ به یک توده همگن ذوب نمی شد، اما به نظر می رسید که به یکدیگر چسبیده است، قطعات با دوام کمتری به دست می آمد. در هنگام تقطیر خشک، یعنی وقتی بدون هوا گرم می شوند، چه اتفاقی برای این زغال ها می افتد؟
با رسیدن به دمای 380 - 420 درجه سانتیگراد ، زغال سنگ با آزاد کردن محصولات تجزیه گازی و مایع به یک توده خمیری چسبناک پلاستیکی تبدیل می شود که در دمای 450 - 500 درجه سانتیگراد جامد می شود و به یکپارچه تبدیل می شود. اگر افزایش دما را متوقف کنید و حتی توده زغال سنگ نرم شده را خنک کنید، جرم همچنان سخت می شود. با افزایش بیشتر دما به 900-1000 درجه سانتیگراد ، محصولات تجزیه ماده زغال سنگ همچنان از یکپارچه "نیمه کک" حاصل آزاد می شود. حجم نیمه کک کاهش می یابد، دچار انقباض، ترک می شود و در نتیجه یک ماده توده ای به دست می آید - کک.
فرآیند تشکیل کک در زغال سنگ های کک سازی مختلف به روش های مختلفی انجام می شود. واقعیت این است که همه آنها از نظر خصوصیات کمی به یکدیگر شباهت دارند، اگرچه توانایی انتقال در هنگام گرم شدن بدون دسترسی هوا به حالت پلاستیکی را دارند که در بالا به آن اشاره کردیم. برای بدست آوردن کک لازم است که زغال سنگ دارای «ظرفیت کیکینگ» یا «ظرفیت کیکینگ» باشد.
بیایید سعی کنیم تفاوتهای موجود در خواص زغال سنگ ککسازی را به صورت کیفی ارزیابی کنیم. برای این کار نمونه های ریز آسیاب شده را گرفته و به مقدار مساوی (معمولاً یک گرم) آنها را در بوته های چینی قرار می دهیم. و سپس این بوته ها که با درب پوشانده شده اند، در کوره ای با دمای 800 تا 850 درجه سانتیگراد نصب می شوند. خیلی زود، محصولات فرار از زیر درب شروع به بیرون آمدن می کنند که مشتعل شده و می سوزند. هنگامی که آزادسازی محصولات فرار به پایان رسید، بوته ها را خارج کرده، خنک می کنیم و دوباره وزن می کنیم تا میزان بخارات و گازهای آزاد شده در حین گرمایش مشخص شود.
رابطه نزدیکی بین بازده مواد فرار و ظاهر کک حاصل وجود دارد. در بیشتر موارد، اگر کاهش وزن بیش از 40٪ باشد، کک پخته نشده و پودر شده در بوته باقی می ماند. اگر بازده مواد فرار بیش از 35٪ باشد، اما کمتر از 40 - 42٪ باشد، یک تکه کک در یک بوته، به نام گلوله کک، متخلخل، اغلب متورم، شل، نه خیلی قوی است. بازده فرار 26 تا 35 درصد بود و باقیمانده متخلخل، ذوب شده، متورم، نسبتاً متراکم و متخلخل بود. اگر جرم نمونه زغال سنگ 20 تا 25 درصد کاهش یافته باشد، یک تکه کک در بوته چگال، ذوب شده و قوی است. با محتوای فرار 17-20٪، ککها متخلخل و نسبتاً متراکم هستند، و زغال سنگ با عملکرد فرار کمتر از 15-17٪ اغلب یک کک پودری غیر متخلخل یا به سادگی متخلخل تشکیل می دهد. این اساس طبقه بندی است.
بنابراین، با توجه به بازده مواد فرار و شکل ظاهری گلوله کک، زغال سنگ را به ترتیب شعله بلند، گاز، چرب یا کک-چربی، کک، تف جوشی بدون چربی و در نهایت لاغر می نامند. چنین ردیف هایی را می توان تقریباً برای هر حوضه زغال سنگ ساخت. کک متالورژیکی خوب را می توان از زغال سنگ کک سازی کرد. شما فقط از گاز یا زغال سنگ بدون چربی کک خوب دریافت نمی کنید. با این حال، می توان آن را از مخلوط این زغال سنگ با کک و چربی به دست آورد.
هنگام گرم شدن برای زغال سنگ چه اتفاقی می افتد؟ کک چگونه تشکیل می شود؟ برای این کار ابتدا باید فرمول شیمیایی زغال سنگ ارائه شود. زغال سنگ سیستم بسیار پیچیده ای است و نمی توان فرمول دقیقی برای آن نوشت. فقط می توان مدلی ترسیم کرد که کم و بیش رفتار زغال سنگ هنگام گرم شدن را منعکس کند. یکی از این مدل ها زغال سنگ را به عنوان یک سیستم متشکل از بلوک های حاوی پیوندهای دوگانه متناوب از حلقه های کربنی شش عضوی (شیمیدانان آنها را معطر می نامند) نشان می دهد که توسط حلقه هایی از واحدهای CH2 به هم متصل شده اند.
لازم به ذکر است که آخرین تحقیقات اساساً معطر بودن ماده زغال سنگ را مورد تردید قرار داده است.
زغال سنگ های مختلف تعداد متفاوتی از این حلقه های شش عضوی در یک بلوک دارند. بنابراین، زغالسنگهای گازی دارای سه یا چهار حلقه در این بلوکها، زغالهای چربی دارای چهار یا پنج حلقه و زغالهای بدون چربی سه تا نه حلقه هستند. هنگامی که زغال سنگ گرم می شود، زنجیره های جداگانه شکسته می شوند. این ماده به مولکولهای کوچکتری تجزیه میشود که فازهای مایع و گاز توده پلاستیکی خمیری را تشکیل میدهند. قیاس با آزمون کاملاً کامل است. خمیر در خمیر بلند می شود. حباب های دی اکسید کربن از آن خارج می شود و اگر خمیر فرم گرفته را داخل فر قرار دهید، کیک تمام شده را از آن خارج کنید.
قطعات زغال سنگ که توده پلاستیکی را تشکیل داده اند نیز ناپایدار هستند، آنها متلاشی می شوند. بخشی از ماده زغال سنگ به گاز و بخار تبدیل می شود و از توده چسبناک خارج می شود و آن را متورم می کند. بلوک های حجیم تری از حلقه ها به یکدیگر متصل می شوند و یک ماده قابل تزریق جامد - زغال سنگ را تشکیل می دهند که سیستمی از تعداد زیادی حلقه های معطر است. زغال سنگ هیدروژن متصل به اتم های کربن در بیرونی ترین حلقه ها را از دست می دهد. بلوک های بدون هیدروژن این فرصت را پیدا می کنند که با یکدیگر ترکیب شوند و در دمای 900 - 1000 درجه سانتیگراد نیمه کک به کک تبدیل می شود. اینکه کک قوی باشد یا متلاشی شود بستگی به این دارد که توده پلاستیکی چه خواصی، در درجه اول ویسکوزیته و پایداری حرارتی داشته باشد و چگونه گازها از آن آزاد شود.
زغال سنگ به یکباره "ذوب" نمی شود و جرم چسبناک خود ناپایدار است. در هر دانه ماده زغال سنگ فرآیندهای پیوسته و همزمان تقسیم به قطعات با تشکیل توده پلاستیکی و انجماد این توده وجود دارد. همه چیز به نرخ نسبی این دو فرآیند بستگی دارد. اگر مزوفاز (حالت میانی) کاملاً پایدار باشد، اگر میزان پوسیدگی آن، تبدیل به نیمه کوک کمتر از سرعت تشکیل باشد، در همان زمان مقدار مزوفاز نیز قابل توجه است. دانه های ماده زغال سنگ به خوبی ذوب می شوند و یک کک قوی تشکیل می دهند. اگر مزوفاز زیادی وجود داشته باشد، میتواند مواد زینتر نشده یا زینتر نشده را نیز متصل کند. به عنوان مثال، کک و زغال سنگ چرب چنین خواصی دارند.
زغال سنگ در دمای نسبتاً پایین (350 - 370 درجه سانتیگراد) به حالت پلاستیکی منتقل می شود. با این حال، مزوفاز آنها به سرعت تجزیه می شود و بنابراین مقدار زیادی مواد پلاستیکی تشکیل نمی شود. علاوه بر این، در هنگام تجزیه چنین مزوفازی، گازهای زیادی آزاد می شود که مواد پلاستیکی را متورم می کند و نیمه کک حاصل را می شکند. به همین دلیل است که تهیه کک قوی خوب به تنهایی از زغال سنگ امکان پذیر نیست.
در زغال سنگ بدون چربی، تنها بخش کوچکی از آنها به حالت "ذوب" می رود. مواد پلاستیکی کمی تشکیل می شود و نمی تواند کل توده زغال سنگ را سیمان کند. تکه های زغال سنگ، نیمه کک، فقط در نقاط تماس به هم می چسبند. برای به دست آوردن کک قوی در هنگام "تقطیر خشک"، زغال سنگ باید دارای خاصیت عجیب و غریب - "پخت شدن" باشد. فقط تف جوشی زغال سنگ امکان به دست آوردن قطعات یکپارچه از مواد ریز خرد شده را فراهم می کند.
درست است، ممکن است یک سوال پیش بیاید. چرا به زغال سنگ کک نیاز دارید؟ آیا بهتر نیست که از تکه های بزرگ زغال سنگ که خوب پخته شده، تکه های بزرگ کک تهیه کنیم، اما کوچکتر از تکه های زغال سنگ؟ می توان! این همان کاری است که آنها انجام می دادند. اما اولاً، تعداد بسیار کمی از قطعات بزرگ زغال سنگ بزرگتر از 30 میلی متر که می توانند کک با اندازه مناسب تولید کنند، استخراج می شوند. حتی زمانی که زغال سنگ به صورت دستی استخراج می شد، قطعات زغال سنگ را با یک چوب یا کلنگ جدا می کردند، مقدار قابل توجهی (تا 30-20٪) جریمه تشکیل می شد. اکنون زغال سنگ استخراج و توسط ماشین آلات حمل می شود و زغال سنگ مورد استفاده برای کک سازی شامل 60-70 درصد قطعات کوچکتر از سه میلی متر است. بنابراین، تقریباً صد سال است که قطعات بزرگ زغالسنگ خوب پخته شده خرد میشوند تا از حداکثر مقدار زغالسنگ کیک در مخلوطی با ریزدانهها برای ککسازی استفاده شود.
و هر زغال سنگ خوب پخته ای را نمی توان به طور مستقل کک کرد. چنین زغالهایی هنگامی که بدون دسترسی به هوا گرم میشوند، یک توده پلاستیکی بسیار چسبناک و متراکم تشکیل میدهند. گازها و بخارات تولید شده در طی فرآیند کک سازی نمی توانند به سرعت از لایه متراکم و چسبناک خارج شده و فشار زیادی ایجاد کنند. اگر دیوارههای محفظه دست نخورده باقی بمانند، بیرون راندن کک تمام شده بهدستآمده از کک کردن چنین زغالهای «ترکشده» از کوره کک غیرممکن است.
معمولاً در نتیجه این واقعیت که 25-30٪ مواد فرار از زغال سنگ کک در حین کک کردن حذف می شوند، جرم جمع می شود. بین "پای" کک تمام شده و دیواره محفظه کک سازی، یک درز انقباض 5-15 میلی متری ظاهر می شود و کک آزادانه از محفظه کک سازی خارج می شود.
با این حال، ذخایر زغال سنگ کک و چربی نسبتاً کم است (15-20٪ از کل مقدار زغال سنگ سخت) و چنین زغال سنگ هایی باید از اعماق زیاد استخراج شوند: 700-1000 متر. زغالسنگهای گازی بسیار بیشتری وجود دارند و سطحی هستند. بنابراین، می توان آنها را به روش باز (در معدن) استخراج کرد و بسیار ارزان تر از چربی و کک است.
از اولین روزهای وجود شیمی کک در مقیاس بزرگ، دانشمندان با وظیفه بدست آوردن کک از مخلوط زغال سنگ که نه تنها حاوی زغال سنگ چربی و کک، بلکه گاز و زغال سنگ بدون چربی بود، مواجه شدند. دانشمندان شوروی علم مخلوط های زغال سنگ را ایجاد کردند - دسته هایی که می توان بسیاری از زغال سنگ های ارزان و مقرون به صرفه را در آن گنجاند. و عضو مسئول آکادمی علوم اتحاد جماهیر شوروی، لئونید میخایلوویچ ساپوژنیکوف، سهم بسیار زیادی در توسعه این علم داشت.
کدام زغال سنگ بهتر و کدام بدتر پخته می شود؟ و آیا میتوان زغالسنگ را بدون ایجاد نیروهای انفجاری خطرناک کک کرد؟ چگونه می توان توانایی تف جوشی و کک شدن زغال سنگ از حوضه ها، رسوبات، درزهای مختلف را بدون این عبارات نامشخص "بیشتر - کمتر"، "بهتر - بدتر" با ارقام دقیق بیان کرد؟
یعنی چگونه میتوان پایههای علمی را از کیفیتهای فردی نامشخص مواد زغالسنگ، تنها بر اساس تجربه شخصی یک متخصص، استخراج کرد که خواص کیکسازی و ککسازی زغالسنگها به اعداد دقیق بیان شود و زغالسنگها بر اساس طبقهبندی شوند. روی این اعداد؟
تلاش های قبلی برای اندازه گیری خواص تف جوشی زغال سنگ انجام شده است. در دستگاهی که تحت هدایت عضو مسئول آکادمی علوم اتحاد جماهیر شوروی، لئونید میخائیلوویچ ساپوژنیکوف (دستگاه پلاستومتری) ایجاد شد، موفق ترین ترکیب، توصیف همزمان خواص تف جوشی، ترکیدن و انقباض زغال سنگ بود.
فقط 100 گرم زغال سنگ خرد شده برای آزمایش مورد نیاز است. حرارت دادن از یک طرف، از پایین یک لیوان مخصوص، جایی که نمونه ریخته می شود، انجام می شود. در فرآیند گرم کردن یک فنجان پلاستومتری، زغال سنگ در لایه ها به حالت پلاستیکی عبور می کند (یا نمی گذرد) و لایه ای از زغال سنگ نرم کننده را تشکیل می دهد که دارای مرزهای نسبتاً واضحی است که از یک طرف نیمه کک حاصل است. - جامد، و از سوی دیگر، مرز زغال سنگ نرم شده.
یک سوزن مخصوص با تقسیمبندی (پلاستومتر) میتواند با پایین آوردن آن در لایهای از زغال سنگ، به مرز بالایی لایه پلاستیکی برسد و با سوراخ کردن آن تا نیمه کک، ضخامت این لایه را اندازهگیری کند. اندازهگیریهای دورهای در کل مدت آزمایش، مقادیر متوسط بسیار قابل اعتمادی را ارائه میکنند. همزمان با اندازهگیری ضخامت لایه پلاستیکی بر حسب میلیمتر (y)، انقباض نهایی کک ( x ) اندازهگیری میشود و شکل منحنی بر روی نمودار ثابت میشود که توسط اهرمی که روی آن میگیرد، رسم میشود. فشار ایجاد شده توسط زغال سنگ در طول کک کردن. این منحنی وضعیت توده پلاستیکی، ویسکوزیته آن، نفوذپذیری گاز را مشخص می کند و برای هر مارک زغال سنگ معمولی است.
با استفاده از روش پلاستومتری L.M. Sapozhnikov، ضمن در نظر گرفتن داده های تجزیه و تحلیل فنی زغال سنگ (بازده مواد فرار و نوع گلوله کک بوته)، زغال سنگ از حوضه ها، نهشته ها و درزهای مختلف ارزیابی شده و در حال حاضر در حال انجام است. در حال ارزیابی و طبقه بندی
براساس دادههای آزمایشهای پلاستومتری (ضخامت لایه پلاستیک)، زغالسنگها با هم مخلوط میشوند، یعنی در کارخانهها با نسبتهای کاملاً مشخص مخلوط میشوند.
مطالعات زغال سنگ، کک سازی تجربی نشان داده است که از مخلوطی از گاز، چربی، کک و زغال سنگ بدون چربی، می توان ککی به دست آورد که در صورت ضخامت لایه پلاستیکی مخلوط، نیازهای کارگران کوره بلند را از نظر استحکام برآورده می کند. زغال سنگ - شارژ 14 - 16 میلی متر است.
بنابراین زغالهای با درجههای مختلف با لایههای پلاستیکی مختلف بهگونهای و بهقدری انتخاب میشوند که مجموع تف جوشی بار ککسازی در این محدوده باشد. این وظیفه محققین است. اما تهیه زغال سنگ برای کک کردن و حتی 3 تا 5 میلیون تن در سال، وظیفه تولیدکنندگان زغال سنگ کارخانه است.
علم زغال سنگ و به ویژه شاخه ای از آن که به تعیین مناسب ترین زغال سنگ برای تولید کک با کیفیت کمک می کند، در حال پیشرفت است. محتوای اطلاعاتی روش پلاستومتری برای تعیین توانایی تف جوشی زغال سنگ دیگر کافی نیست.
تقریباً صد سال است که مشخص شده است که ماده زغال سنگ از چندین نوع به اصطلاح اجزای پتروگرافی تشکیل شده است. یکی از آنها - ویترینیت، همانطور که بود، "حامل" توانایی پخت است، اما نه همه، بلکه فقط درجه خاصی از دگرگونی. امروزه یک شاخص طبقه بندی مهم دیگر به شاخص های پلاستومتری اضافه شده است - مقدار شاخص انعکاس ویترینیت موجود در بخش صیقلی یک بریکت تهیه شده از نمونه متوسط یک یا آن زغال سنگ کک.
یک نمونه متوسط از زغال سنگ به اندازه مورد نیاز برای تجزیه و تحلیل فنی خرد می شود و از یک نمونه آغشته به شلاک و صیقل داده شده از آن یک بخش صیقلی تهیه می شود. در یک واحد نوری ویژه، ضریب بازتاب نور از آخال های ویترینیتی که وارد سطح می شوند به صورت درصد تعیین می شود و این ایده ای از سن زغال سنگ، قابلیت های کک سازی و تف جوشی آن می دهد.
به عنوان مثال، برای زغال سنگ کک و چربی خوب، این رقم 1 - 1.26٪ است. این روش استاندارد شده و به عنوان یک روش طبقه بندی در سیستم طبقه بندی بین المللی زغال سنگ گنجانده شده است.
با من تماس بگیرید : کارگزار صادراتی در امور مواد و تجهیزات و خطوط فرآوری معدن
09123730052 شعبانی ( ساعت 9 الی 17 به جز روزهای تعطیل) و در تمامی ساعات با واتس آپ
دیدگاه خود را بنویسید