Твердые ископаемые виды топлива — битуминозный уголь и лигнит, горючие сланцы, торф — составляют более 90% всех ископаемых видов топлива в мире. Россия располагает более 40% мировых ресурсов твердых топлив. В нашей стране находятся такие крупные угольные бассейны, как Кузнецкий, Канско-Ачинский и др. По запасам угля Россия уступает только США, а на Украине уголь является единственным реальным долгосрочным источником энергии.
Уголь был основным источником энергии и химического сырья в XIX — начале XX веков. Начиная с 30-х годов и особенно в 40–70-е годы на первое место в топливно-энергетическом балансе СССР и развитых зарубежных стран вышли нефть и природный газ. Их преимущества перед углем заключаются в отсутствии балласта (золы и воды), они характеризуются большей теплотой сгорания, лучшей транспортабельностью, возможностью быстрого наращивания объема производства и получения жидких топлив и химического сырья с меньшими, чем при использовании угля, затратами. В результате к концу 70-х годов доля угля в топливно-энергетическом балансе уменьшилась до 25–27% (против 65 – 70% в первые послевоенные годы).
Рост стоимости нефти и постепенное истощение ее богатейших источников привели к увеличению доли угля в топливном балансе и развитию работ по производству новых продуктов из угля, включая жидкое и газообразное синтетическое топливо.
В связи с этим 80–90-е годы следует считать периодом подготовки к новому значительному увеличению доли угля в топливно-энергетическом балансе, к осуществлению новых многотоннажных технологических процессов переработки угля и других твердых горючих ископаемых.
В последние годы, благодаря высоким ценам на нефть и газ (средняя мировая цена на газ за десять лет выросла с 2,5 дол. США за миллион британских тепловых единиц почти до 6 дол.), интерес к углю в мире как альтернативному энергоносителю постоянно растет. При сегодняшней конъюнктуре рынка цена на жидкое топливо, получаемое из угля с себестоимостью 20 дол. за баррель, уже не кажется слишком высокой, тем более что специалисты уверены, что при приложении усилий ее можно снизить как минимум до 15 дол. Сказывается всплеск спроса на черные металлы, что привело к значительному увеличению потребления коксующегося угля. Мировая угольная промышленность смотрит в будущее с умеренным оптимизмом. Специалисты (последний прогноз МВФ World Economic Outlook) прогнозируют достаточно высокие цены на нефть еще как минимум пару десятилетий. Целый ряд сильных национальных экономик (прежде всего, США и Китай, а также Индия, Канада) намерены серьезно увеличивать количество угольных электростанций.
Мировые ресурсы угля: размещение, добыча, проблемы и перспективы использования
... -энергетического баланса мира, размещение ресурсов угля и география крупнейших угольных бассейнов мира. Вторая глава курсовой работы посвящена развитию мировой угольной промышленности, а именно современной географии добычи угля, потреблению угольных ресурсов и роли угля в энергетическом балансе стран мира, ...
Некоторые изменения происходят и в России: «Энергетическая стратегия России на период до 2020 года» предусматривает постепенное увеличение доли угля в энергетическом и топливном балансе страны. Если произойдет предполагаемая либерализация газового рынка, и соотношение цены на газ и уголь подтянется к мировым (по той же Стратегии выравнивание цен предполагается уже к 2006 г., а в 2010 г. соотношение цен на газ и уголь должно составить 1,4/1), то спрос на уголь внутри страны начнет расти опережающими темпами.
Уголь — важнейший элемент функционирования электроэнергетики и теплоснабжения. Его доля в выработке электроэнергии в Сибири составляет 36%, в производстве тепла – почти 100% [1].
Следует отметить, что одна из основных задач, которую необходимо решать при переработке угля, — это комплексное использование его энергетического и химического потенциала.
Сибирь обладает уникальной топливной базой. Запасов сибирского угля – более 100 млрд. т – хватит не менее чем на 800 лет надежного обеспечения потребностей всей энергетики России. Только в Красноярском крае запасы превышают 30 млрд. т, что сравнимо с совокупными запасами ряда угледобывающих стран мира.
Кузбасс — ведущий российский поставщик высококачественного угля для удовлетворения потребностей в тепловой энергии, металлургии, коммунальном хозяйстве и населении региона и страны в целом. В 2005 году в Кузбассе было добыто свыше 167 млн. т угля, что составило 52% от общероссийской добычи. В последующие годы предполагается рост добычи с ожидаемым максимумом 220 млн. т в 2010 году.
Уголь — важнейший элемент функционирования электроэнергетики и теплоснабжения. Его доля в выработке электроэнергии в Сибири составляет 36%, в производстве тепла – почти 100% [1].
Следует отметить, что одна из основных задач, которую необходимо решать при переработке угля, — это комплексное использование его энергетического и химического потенциала.
Целью настоящей работы является знакомство с составом и строением угля, его классификацией, применением и перспективами комплексной переработки как рядового угля, так и золошлаковых масс, образующихся при сжигании угля.
1. СОСТАВ И КЛАССИФИКАЦИЯ УГЛЕЙ
Угли – это твердые горючие вещества органического происхождения. Угли имеют разные физические и химические свойства из-за разницы в исходном растительном сырье, глубине химических превращений и внутримолекулярных перегруппировок растительных остатков.
В зависимости от стадии метаморфизма различают: бурый уголь, уголь и антрацит, которые различаются химическим составом, физическими свойствами и показателями качества.
Бурые угли
Лигниты состоят из остатков древесины и имеют волокнистое строение.
Собственно бурые угли, Каменный уголь
Антрацит имеет черную со стекловидным блеском поверхность, острые края при изломе, теплоту сгорания 35–38 кДж/кг, содержит летучих веществ до 6 %.
Уголь не является однородным веществом, а состоит из нескольких петрографических разновидностей:
дюрен – матовый, твердый, не имеющий слоистости уголь, встречается в виде мощных пачек;
Активные угли и их промышленное применение
... соответствующих методов реактивации. 1. Историческая справка Адсорбционную способность древесных углей впервые заметили в конце 18 века. ... ним последовали норит и пурит— торфяные угли, активированные водяным паром. Химическое активирование древесных опилок хлоридом ... расширении областей применения активных углей. В настоящее время мировое производство активного угля составляет примерно 300 тыс. т/год ...
кларен – блестящий уголь с выраженной полосчатой текстурой, встречается в виде мощных пачек или даже целых пластов;
витрен – блестящий уголь, напоминающий кларен, но отличающийся небольшими размерами включений, отсутствием включений других разновидностей и большей плотностью;
фюзен – матовый уголь волокнистого строения, по внешнему виду напоминает измельченный древесный уголь, встречается в виде небольших линз на плоскостях напластования.
Разновидности угля имеют следующую зольность: витрен и кларен – до 2 %; дюрен – 6–12 % и фюзен – 15–25 %. Кларен и витрен хорошо коксуются, дюрен слабо, а фюзен не коксуется. Самая прочная разновидность — дюрен, самая хрупкая — фузен.
Знание петрографического состава углей необходимо для определения оптимальных пределов дробления, рационального предела их обогащения и технологических методов обработки.
Угли состоят из органической (горючей) массы и негорючих компонентов (минеральных примесей и влаги).
В состав органической массы входят следующие химические элементы: углерод (С), водород (Н), кислород (О), азот (N), сера (S), фосфор (Р).
Самый ценный элемент в углях — углерод, содержание которого увеличивается с увеличением стадии метаморфизма.
К минеральным примесям относятся: глинистый сланец (Al 2 O3· ·SiO2 ·2H2 O), песчанистый сланец (SiO2 ), пирит (FeS2 ), сульфаты (CaSО4 ), карбонаты (MgCО3 , FeCО3 и др).
связанными,
Промышленная классификация
Угли каждого бассейна делятся на марки и группы, а угли одних и тех же марок и групп разных бассейнов имеют неодинаковые пределы классификационных параметров. Следовательно, угли из разных бассейнов, характеризующиеся одинаковыми классификационными параметрами, при технологическом использовании могут давать разные продукты по физико-механическим свойствам.
Все угли условно делятся на две технологические группы: коксохимические и энергетические.
2. ЗОЛОШЛАКОВЫЕ ПРОДУКТЫ И ИХ СОСТАВ
Анализ состава углей показывает, что они содержат цветные, черные, редкие, благородные, радиоактивные, минеральные и неметаллические элементы, которые составляют около 1% минеральной части. В золошлаковых массах (ЗШМ) эти элементы еще более сконцентрированы [2,3].
В табл.1 приведены обобщенные данные из [3] по содержанию элементов в ЗШМ кузнецких энергетических углей по маркам. Анализ табл.1 показывает, что в ЗШМ кузнецких энергетических углей марки Д содержится 1090,4 г/т РЗЭ; 109174 г/т алюминия; 59405 г/т железа; 16920 г/т натрия; 30234 г/т магния и т.д. Общее содержание элементов составляет 560613,8 г/т.
Для сравнения отметим, что в ЗШМ кузнецких углей марок ДГ, Г и Т общее содержание элементов составляет соответственно 521,84; 637,43 и 653,49 кг/т.
Таким образом, угли и золошлаковые массы (ЗШМ) содержат в своем составе примеси, составляющие определенную ценность.
Таблица 1 — Содержание элементов (в г/т) в ЗШМ кузнецких энергетических углей
| Элемент | Марка угля | ||||||
| Д | ДГ | Г | ТС | СС | Т | А | |
| Редкоземельные элементы (РЗЭ) | |||||||
| La | 308,1 | 103,2 | 133 | 113,5 | 188,3 | 153,7 | 98,7 |
| Ce | 737,2 | 145,1 | 204 | 136 | 339,2 | 172,4 | 108 |
| Sm | 18 | 15 | 26,2 | 20,4 | 22.1 | 17,3 | 14,7 |
| Eu | 5 | 5.8 | 6,8 | 3,5 | 8,4 | 5.2 | 2.9 |
| Tb | 3,2 | 2,3 | 9,8 | 5,3 | 24,4 | 3,7 | 3,2 |
| Yb | 15,3 | 14,4 | 16,3 | 9 | 18,5 | 12,3 | 12,5 |
| Lu | 3,7 | 2 | 3,3 | 2.8 | 11,6 | 3,8 | 2,3 |
| Сумма РЗЭ | 1090,4 | 286,7 | 399,2 | 290,5 | 612,5 | 368,4 | 242,3 |
| Радиоактивные элементы | |||||||
| Th | 25,5 | 26,6 | 35,1 | 18,3 | 34,6 | 31,1 | 29,3 |
| U | 69,4 | 18,7 | 32,4 | – | 33,2 | 30,1 | 17,9 |
| Другие элементы | |||||||
| Li | 239,2 | 126,6 | 139 | 113.6 | 166.2 | 140,1 | 133,2 |
| Be | 24,9 | 14,6 | 14,7 | 18,6 | 27,19 | 14,4 | 10 |
| B | 864 | 427,4 | 343,2 | 265,2 | 238,8 | 141,6 | 76,2 |
| F | 949,4 | – | – | – | 806,1 | 441,2 | 285,7 |
| Na | 16920 | 34862 | 23381 | 3375 | 26384 | 14078 | 12000 |
| Mg | 30234 | 14551 | 35265 | 14716 | 32617 | 27329 | 3017 |
| Al | 109174 | 126799 | 110267 | 125582 | 98575 | 134256 | 136531 |
| Si | 171652 | 224587 | 231406 | 242121 | 205534 | 229362 | 288446 |
| P | 3123 | 2715 | 2292 | 3901 | 2388 | 4768 | 514 |
| S | 25142 | 9268 | 24343 | 12496 | 16414 | 32180 | 2406 |
| Cl | 4225 | – | 1435 | – | 3466 | 2097 | – |
| K | 29977 | – | 20386 | – | 25436 | 17359 | – |
| Ca | 71315 | 32571 | 66832 | 71587 | 74274 | 68778 | 14289 |
| Sc | 43,9 | 32,4 | 40,5 | 29,4 | 38,5 | 30,9 | 21,8 |
| Ti | 16700 | 9904 | 14130 | 12626 | 12767 | 12696 | 16000 |
| V | 301,6 | 162,8 | 185,2 | 157,8 | 163,3 | 134,2 | 95,2 |
| Cr | 240,2 | 153,9 | 290,4 | 143,3 | 205,8 | 162,9 | 129,7 |
| Mn | 1086 | 1696 | 2247 | 1515 | 2704 | 1770 | 2476 |
| Fe | 59405 | 51536 | 90978 | 43276 | 67148 | 94939 | 33929 |
| Co | 74,1 | 54,7 | 53,8 | 56,6 | 77,4 | 46,4 | 28,2 |
| Ni | 100,8 | 54,7 | 38,2 | 98,5 | 120,6 | 100,5 | 36,2 |
| Cu | 107,7 | 48,8 | 19,8 | 101 | 114,2 | 90,6 | 57,1 |
| Zn | 454,3 | 97,7 | 157,2 | 265,2 | 347,7 | 186,6 | 171,4 |
| Ga | 57,4 | 28,5 | 2,9 | 45,4 | 51,5 | 40,6 | 24,3 |
| Эле-мент | Марка угля | ||||||
| Д | ДГ | Г | ТС | СС | Т | А | |
| Ge | 21,4 | – | 19,8 | 7,6 | 11,5 | 8,8 | – |
| As | 248,5 | 473,2 | 157,2 | – | 843,9 | 431,2 | – |
| Se | – | – | 2,9 | – | 6,5 | 4,9 | – |
| Rb | 227,7 | 300,7 | 416,6 | 299,2 | 228,8 | 274,5 | 126,6 |
| Sr | 4765 | 3286 | 2726 | 2462 | 2394 | 2443 | 1286 |
| Y | 238,1 | 160,3 | 175,9 | 136,4 | 186,6 | 137,8 | 85,7 |
| Zr | 2905 | 1859 | 2129 | 3157 | 2109 | 2583 | 1294 |
| Nb | 126,8 | 89,5 | 97,6 | 60,6 | 137,7 | 87,6 | 47,6 |
| Mo | 13,8 | 9,1 | 9,6 | 6,1 | 11,4 | 8.2 | 6,4 |
| Ag | 1,3 | 0,02 | 1,3 | – | 5,5 | 4,4 | – |
| Cd | – | – | 8,8 | – | 2 | 1,8 | – |
| Sn | 18,6 | 11,9 | 12,4 | 10,7 | 15,3 | 12,6 | 11,4 |
| Sb | 31,7 | – | – | – | 8,3 | 9,6 | – |
| Cs | 18,2 | 27,2 | 30,9 | 14 | 23,9 | 17,4 | 11,7 |
| Ba | 8288 | 5454 | 6800 | 5024 | 7697 | 5774 | 6105 |
| Hf | 18,7 | 22,3 | 25,5 | 17,8 | 36,5 | 27,5 | 10,6 |
| Ta | 6,6 | 75,9 | 5 | – | 19,6 | 7,7 | 1,6 |
| W | – | – | – | – | 6,9 | – | – |
| Au | 1,2 | 0,27 | 17,5 | 0,24 | 0,65 | 0,45 | – |
| Hg | 0,6 | 0,4 | 1 | 0,08 | 12 | 1,5 | 0,06 |
| Tl | – | – | – | – | 133,3 | – | – |
| Pb | 72,5 | 30,4 | 67,9 | 132,6 | 73,8 | 72,5 | 57,1 |
| Bi | 14,3 | 17,4 | 10,8 | 10,7 | 10 | 9,3 | 7,6 |
| Итого | 560613,8 | 521840,69 | 637432,5 | 544137,42 | 584718,74 | 653489,35 | 520017,86 |
3. СТРУКТУРА И СТРОЕНИЕ УГЛЕЙ
Уголь представляет собой сложную дисперсную систему, включающую три взаимосвязанных макрокомпонента: органическое вещество, влагу и минеральные компоненты. Они характеризуют марочный состав и определяют пути рационального использования углей [4 – 8]. Чтобы охарактеризовать свойства конкретного угля, следует принимать во внимание роль каждой из трех его составляющих.
Элементный состав органической массы углей (ОМУ), структура макромолекул и характер надмолекулярного структурирования определяют основные физико-химические и химико-технологические свойства углей [8, 9].
Физико-химические свойства органического вещества углей существенно зависят от степени их метаморфизма. Определение пригодности углей для конкретных технологических процессов невозможно без учета физико-химических характеристик структуры угля. В связи с этим возникает необходимость установления взаимосвязи между структурой и свойствами углей. Это — одна из основных проблем углехимии.
Все физико-химические свойства оружия массового поражения определяются внутри- и межмолекулярными взаимодействиями. Внутримолекулярные взаимодействия обусловливают совокупность энергетических характеристик изолированной молекулы, а межмолекулярные взаимодействия — надмолекулярное строение твердого тела (форма упаковки, тип кристаллической решетки и т.д.).
Оба типа взаимодействий — следствие особенностей элементного состава и химической структуры ОМУ. Это демонстрирует рис. 1, где показано, что многие физико-химические свойства ОМУ меняются в зависимости от стадии углефикации; ряд свойств характеризуется максимальными или минимальными значениями при содержании углерода 80-90 % [10].
Структура органической массы углей весьма разнообразна, но условно структура углеводородной части находится в промежутке между двумя крайними состояниями, а именно: между насыщенными и ароматическими структурами, которые существенно различаются по физико-химическим свойствам [9, 11]. В насыщенных соединениях углеродные атомы находятся в sp 3 -гибридном состоянии. Они образуются с использованием относительно более слабых простых связей C — C и более подвержены термическому разрушению. Множественные пространственные конформации этих соединений образуют непрерывный ряд энергии, который определяет метастабильность структуры. В ароматических структурах углеродный атом находится в sp2 -гибридном состоянии; С–С связи примерно в 1,5 раза прочнее, чем простые связи С–С, поэтому ароматические соединения имеют относительно жесткую структуру. Конденсированные ароматические соединения склонны к образованию кристаллической структуры, а при количестве колец n ≥ 4 из-за сильного межмолекулярного взаимодействия при нагревании они разлагаются, не успевая сублимироваться.
Взаимосвязь между структурой и свойствами оружия массового поражения основана на фундаментальных исследованиях. В целом фундаментальные исследования оружия массового поражения условно можно разделить на два направления: изучение молекулярного строения и изучение надмолекулярного строения.
Рис. 1 — Физико-химические свойства углей в зависимости от степени углефикации: W – показатель механической прочности; 
– действительная плотность, г/см3 ; 
– выход летучих веществ из аналитической пробы, % (масс); Рmax – максимальное давление распирания, кгс/см2 ; х – пластометрическая усадка, мм; Y-толщина пластического слоя, мм; RI – индекс Рога; SI – индекс свободного вспучивания; 
– индекс максимальной пластичности (по методу Гизелера); С – содержание углерода, % (масс.)
Одна из главных задач углехимии – исследование реакционной способности углей в различных процессах с целью разработки эффективных путей переработки ОМУ в продукты с заданными свойствами [9–11]. Естественно, что решение этой задачи должно базироваться на данных структурно-химических показателей ОМУ.
В настоящее время накоплен большой экспериментальный материал по исследованию структуры и реакционной способности ОМУ физико-химическими методами [4, 10]. Однако интерпретация данных по связи структуры и свойств ОМУ часто противоречива из-за отсутствия единой точки зрения на ее структуру [9, 12] носит описательный, качественный характер и не может быть использована для количественной оценки свойств углей в термохимических процессах их переработки.
Молекулярная структура ОМУ устанавливается как по данным методов прямого спектроскопического и рентгеноструктурного анализа, так и косвенно по составу продуктов превращения. Согласно этим данным, структура OMU неоднородна и состоит в основном из нерегулярно структурированных макромолекул разного размера. Поэтому, когда мы говорим о молекулярной структуре органического вещества, мы имеем в виду среднюю структуру единицы массы угля, которая строится на основе экспериментальных данных.
Структурная единица макромолекулы
Следовательно, за среднюю статистическую структурную единицу ОМУ в целом или отдельных ее ингридиентов (витринитов, липтинитов и инертинитов) принимается единица массы, которая по элементному, функциональному и фрагментальному составу отождествляется с макросистемой.
В углехимии широко используются структурные модели для отражения структурных и химических характеристик оружия массового поражения. В настоящее время известно несколько десятков таких моделей, предложенных разными авторами в разное время. Некоторые из них приведены на рис. 2. Модели наглядно отражают эволюцию представлений о структуре ОМУ. В них, как правило, представляются основные структурные фрагменты (конденсированные ароматические шести- и пятичленные кольца и нафтеновые циклы), соединенные между собой мостиковыми связями (-(СН 2 )n -, >СО, -О-, -NH-, -S-), функциональные группы (-СООН, -ОН, -ОСНз, -NH2 , и т. д.) и боковые заместители, в основном, состоящие из алкильных групп.
Следует отметить, что конкретные структурные модели носят чисто иллюстративный характер [9], способствуя при этом познанию ряда особенностей «молекулы угля».
Рис. 2 — Модель Ван-Кревелена (1953 г.) [14]
4. О НЕОБХОДИМОСТИ И МЕТОДАХ ГЛУБОКОЙ ДЕМИНЕРАЛИЗАЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УГЛЕЙ
энергетический уголь детерминация макромолекула
Следует отметить, что термические угли должны обладать определенными свойствами, определенными соответствующими нормативными документами. Необходимые качества угольных продуктов зависят от последующего направления их использования.
При использовании угля в теплоэнергетике он должен иметь определенные крупность, зольность, влажность и т.д. С этой целью добытый уголь подвергают обогащению.
Общий объем переработки угля в нашей стране в 2005 году с учетом переработки на установках механизированной породовыборки составил 107,6 млн. т [15].
Динамика обогащения угля на обогатительных фабриках России показана на рис. 3. При этом в [15] указывается, что коксующийся уголь практически весь обогащается (в 2005 году – 92%), доля же обогащаемого энергетического угля незначительна (в 2005 году она составила всего 13%).
Рис. 3 — Динамика обогащения углей на обогатительных фабриках России [15], млн. т
Динамика использования угля показана по [15] на рис. 4.
Всероссийские поставки за 2005 год составили 192,9 млн. т и по основным потребителям распределились следующим образом:
- обеспечение электростанций – 89,2 млн. т
- нужды коксования – 39,8 млн. т
- обеспечение населения, коммунально-бытовые нужды, агропромышленный комплекс – 29 млн. т
- остальные потребители (РАО «РЖД», Минюст, Минобороны, МВД, Минтранс, ФПС и другие ведомства) – 34,3 млн.
т.
Рис. 4 — Динамика поставок российской угольной продукции, млн. т
Объем экспорта в 2005 году составил 80,1 млн. т. Основная доля экспорта приходится на энергетические угли (более 85% от общего экспорта).
Основным поставщиком угля на экспорт в 2005 году оставался Западно-Сибирский экономический район, доля которого в общих объемах экспорта более 80%. Россия занимает пятое место по экспорту угля и третье место по объему угля для выработки электроэнергии.
Импорт угля в Россию в 2005 году составил 21,1 млн. т. Импортируется в основном уголь для энергетики. В Россию завезено из Казахстана на электростанции РАО «ЕЭС России» 20,2 млн. т энергетического угля и 0,9 млн. т угля для коксования.
Таким образом, всего на российский рынок в 2005 году поставлено с учетом импорта 214 млн. т. угля и угольной продукции.
Современное состояние горно-металлургического и топливно-энергетического комплексов России характеризуется, с одной стороны, повышенными требованиями к качеству концентратов, а с другой — вовлечением в переработку упорных полезных ископаемых и сложного угля. В этих условиях повышение полноты и сложности обогащения минерального сырья, создание энергосберегающих технологий с низким уровнем отходов и бережным отношением к окружающей среде приобретает принципиальное значение и определяет современную стратегию оценки месторождений, технологий для их добычи и переработки. Основой при этом будут как современные методы обогащения и оборудование, комбинации их, использующие новые физико-химические и механохимические закономерности, так и нетрадиционные процессы с учетом новейших достижений фундаментальных наук [16].
Масса твердого ископаемого топлива до обогащения состоит из кусков практически чистого топлива, кусков горной породы без топлива и кусков, которые содержат как органические, так и минеральные части в различных пропорциях. Эффективность обогащения топлива существенно зависит от структуры таких «смешанных» зерен — сростков. Если порода образует слияние с углем, которое можно легко отделить путем дробления, топливо будет легко обогащаться. Если минеральное вещество равномерно распределено среди органической массы топлива в виде мелких включений, обогатить топливо будет сложно.
В [17] показаны типы сростков и энергетический подход к их эффективному раскрытию, а в [18] приведены границы крупности минерального сырья для его обогащения.
Основные количественные характеристики, необходимые для оценки способности топлива к очистке и эффективности процесса обогащения, получены на основе данных, полученных экспериментальным путем ситового и фракционного анализа пробы угля. Достаточно подробно методика их получения и последующей обработки результатов с построением обобщенных кривых обогатимости показана в [19].
С помощью этих кривых можно выбрать технологический способ обогащения угля для получения концентратов необходимого качества как по зольности, так и по общему содержанию серы. В [16] показано, что с использованием компьютерного метода анализа изображений возможно обоснование технологических режимов глубокого обогащения угля с одновременным его обессериванием. Экономический эффект от такого обогащения при расчете затрат от добычи угля до выработки электроэнергии на ТЭЦ будет составлять от 2,44 до 9,98 долларов. США на 1 тонну сжигаемого угля в зависимости от глубины обогащения сырого угля.
При наличии подобных данных (гранулометрический и фракционный анализ) по интересуемым элементам (табл.1) по обобщенным кривым обогатимости можно разрабатывать технологические режимы для выделения этих элементов, а точнее, минералов, в которых они содержаться, в концентрат.
Как показано в [20] на примере углей Дальнего Востока необходимо развивать исследования по рациональному использованию углей с учетом сопутствующих полезных компонентов, возможности и экономической целесообразности их извлечения. Следует иметь в виду, что значительная часть элементов сосредоточена максимум в угольной золе, а часть элементов уносится с газом при высоких температурах горения.
Важнейшими техническими характеристиками топлива являются теплота сгорания, выход летучих веществ и свойства кокса. Теплотой сгорания топлива называется количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 кг массы твердого или жидкого топлива или 1 м 3 газового топлива при нормальных физических условиях. Различают высшую и низшую теплоты сгорания. Высшей теплотой сгорания 
называется количество теплоты, выделяющейся при сгорании топлива с учетом теплоты конденсации водяных паров, образующихся при сгорании водорода HP и испарении влаги топлива WP . Низшей теплотой сгорания 
называется теплота сгорания топлива при условии, что влага, образующаяся при сгорании водорода топлива 9НР , и влага топлива WP находятся в парообразном состоянии.
Теплота сгорания топлива может быть рассчитана по эмпирическим формулам, наиболее точная из которых принадлежит Д.И. Менделееву. Для твердых и жидких топлив она имеет вид:
МДж/кг,
где C, H, O, S, W – содержание углерода, водорода, кислорода, серы и влаги соответственно, %. При этом 
, где SOP – органическая сера, SK – сера колчеданная.
Для сравнения энергетической ценности различных видов топлива вводится понятие условного топлива, теплота сгорания которого принята равной:
МДж/кг (7000 Ккал/кг).
Анализ формулы Д.И. Менделеев показывает, что чем ниже теплота сгорания топлива, тем выше содержание углерода, водорода и ниже содержание влаги и серы. При обогащении угля и решаются именно эти вопросы. Удаление тяжелой фракции, содержащей мало углерода, приводит к увеличению содержания углерода, водорода и, как следствие, к увеличению теплоты сгорания. Поэтому проблема обогащения угля имеет большое значение для повышения эффективности тепловых, электрических и других станций.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. показано, что уголь представляет собой сложную дисперсную систему, включающую три взаимосвязанных макрокомпонента: органическое вещество, влагу и минеральные компоненты.
2. Органическая масса представлена основными структурными фрагментами (конденсированные ароматические шести- и пятичленные кольца и нафтеновые циклы), соединенными между собой мостиковыми связями (-(СН 2 )n -, >СО, -О-, -NH-, -S-), функциональными группами (-СООН, -ОН, -ОСНз, -NH2 , и т. д.) и боковыми заместителями, в основном, состоящими из алкильных групп.
3. В состав органической массы входят следующие химические элементы: углерод (С), водород (Н), кислород (О), азот (N), сера (S), фосфор (Р).
Самый ценный элемент в углях — углерод, содержание которого увеличивается с увеличением стадии метаморфизма.
4. К минеральным компонентам относятся: глинистый сланец (Al 2 O3· ·SiO2 ·2H2 O), песчанистый сланец (SiO2 ), пирит (FeS2 ), сульфаты (CaSО4 ), карбонаты (MgCО3 , FeCО3 и др).
5. Анализ состава углей показывает, что они содержат цветные, черные, редкие, благородные, радиоактивные, минеральные и неметаллические элементы, которые составляют около 1% минеральной части. В золошлаковых массах (ЗШМ) эти элементы еще более сконцентрированы. В ЗШМ кузнецких энергетических углей марки Д содержится 1090,4 г/т РЗЭ; 109174 г/т алюминия; 59405 г/т железа; 16920 г/т натрия; 30234 г/т магния и т.д. Общее содержание элементов составляет 560613,8 г/т ЗШМ.
6. установлено, что одной из основных задач, решаемых при переработке угля, является комплексное использование его энергетического и химического потенциала на основе экологически чистых технологий и процессов.
7. В работе намечены пути извлечения как серы, так и металлов. Продолжатся работы по конкретным образцам угля и золошлаковых материалов предприятий Кузбасса.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/ispolzovanie-drevesnogo-uglya-kak-energeticheskoe-toplivo/
1. Сибирская угольная энергетическая компания – 5 лет в строю. // Горный журнал. – 2006. – № 4, с.25-28.
2. Нифантов Б.Ф. Кузнецкий бассейн // Ценные и токсичные элементы в товарных углях России: Справочник. – М.: Недра, 1996. – С. 96-140.
3. Нифантов Б.Ф., Потапов В.П., Митина Н.В. Геохимия и оценка ресурсов редкоземельных элементов и радиоактивных элементов в кузнецких углях. Перспективы переработки. – Кемерово: Институт угля и углехимии СО РАН, 2003. – 100 с.
4. Еремин И.В., Броновец Т.М. Марочный состав углей и их рациональное использование. – М.: Недра, 1994. — 254 с.
5. Головин Г.С. // Российский химический журнал. – 1994. – Т. 38. – № 5. – С. 7.
6. Головин Г.С. // Химия твердого топлива. – 1994. – № 6. – С. 10.
7. Еремин И.В., Лебедев В.В., Цикарев Д.А. Петрография и физические свойства углей. – М.: Недра, 1980. – 263 с.
8. Головин Г.С. Зависимость физико-химических и технологических свойств углей от их структурных параметров. – М.: изд. ИГИ, 1994.
9. Гюльмалиев A.M., Головин Г.С., Гладун Т.Г., Скопенко С.М. // Химия твердого топлива. – 1994. – № 4-5. – С. 14.
10. Юркевич Я., Росиньский С. Углехимия. – М.: Металлургия, 1973. – 360 с.
11. Головин Г.С, Гюльмалиев A.M., Гагарин С.Г., Скопенко С.М. // Российский химический журнал. – 1994. – Т. 38. – № 5. – С. 20.
12. Гюльмалиев A.M., Гагарин С.Г., Гладун Т.Г., Головин Г.С. // Химия твердого топлива. – 2000. – № 6. – С. 3.
13. Jones J.M., PourKashanian M., Rena C.D., Williams A.//Fuel.–1999.–V.78.– P.1737.
14. Гюльмалиев А.М., Головин Г.С., Гладун Т.Г. Теоретические основы химии угля. – М.: Издательство Московского государственного горного университета. 2003. – 556 с.
15. Таразанов И. Итоги работы угольной промышленности России за 2005 год. // Уголь. – 2006. – № 3, с.49-56.
16. Чантурия В.А. Современные проблемы обогащения минерального сырья в России // Горный журнал. – 2005. – № 12, с.56-64.
17. Изотов А.С., Ростовцев В.И. Влияние радиационных воздействий на раскрытие минеральных сростков труднообогатимых руд // ФТПРПИ (Физико–технические проблемы разработки полезных ископаемых), 2003. – № 2. – с.107 – 114.
18. Ростовцев В.И. Определение оптимальной крупности измельчения минерального сырья и выбор параметров его обогащения // Цветные металлы, 2003. – № 6.
19. Ростовцев В.И. О совершенствовании технологии обогащения угля // Уголь. – 1998. – № 12, с. 56-58.
20. Лаврик Н.А. Предпосылки комплексного использования углей юга Дальнего Востока // Горный журнал. – 2006. – № 4, с.70-74.
