Каменноугольный кокс

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Кокс

Кокс каменноу́гольный (от нем. Koks и англ. coke) — твёрдый пористый продукт серого цвета, получаемый путём коксования каменного угля при температурах 950—1100°С без доступа кислорода.

Состав и физические свойства[править | править вики-текст]

Состав:

Элемент Содержание, %
С 96-98
Н, S, N, O Остальное

Физические свойства:

Параметр Единица измерения Значение
Пористость % 49-53
Истинная плотность г/см3 1.80-1.95
Кажущаяся плотность г/см3 ≈1
Насыпная масса кг/м3 400-500
Зольность % 9-12
Выход летучих веществ % 1
Влажность при тушении водой % 2-4
Влажность при тушении инертным газом % Не более 0.5
Предел прочности при сжатии МПа 15-25
Предел прочности при срезе (характеризует устойчивость к истиранию) МПа 6-12
Теплота сгорания МДж/кг 29-30

Физико-химические свойства[править | править вики-текст]

Выше 900 °C, легко восстанавливает СО2 (С + СО2 = 2СО); при 1000 °C скорость процесса (стандартная реакционная способность кокса) в расчете на 1 г кокса 0,1—0,2 мл СО2 за 1 с, энергия активации 140—200 кДж/моль. Скорость взаимодействия с О2 (С +О2 = СО2), или горючесть кокса, значительно выше, чем с СО2, и составляет при 500 °C около 0,1 мл О2 за 1 с, энергия активации 100—140 кДж/моль.

Физико-химические свойства кокса каменноугольного определяются его структурой, приближающейся к гексагональной слоистой структуре графита. Структура кокса характеризуется неполной упорядоченностью: отдельные фрагменты (слои), связанные Ван-дер-Ваальсовыми силами, статистически занимают несколько возможных положений (например, накладываются один на другой). Наряду с атомами углерода в пространственной решетке кокса, особенно в её периферийной части, могут располагаться гетероатомы (S, N, O).

Строение и свойства кокса каменноугольного зависят от состава угольной шихты, конечной температуры и скорости нагрева коксуемой массы. С увеличением содержания в шихте газовых и др. углей, характеризующихся малой степенью метаморфизма, понижением конечной температуры коксования и уменьшением выдержки при этой температуре, реакционная способность и горючесть получаемого кокса возрастает. При увеличении содержания газовых углей в шихте прочность и средняя крупность кусков кокса уменьшаются, а пористость его возрастает. Повышение конечной температуры коксования способствует увеличению прочности кокса каменноугольного, особенно к истиранию. При удлинении периода коксования и снижении скорости нагрева коксуемой массы средняя крупность кусков кокса увеличивается.

Применение[править | править вики-текст]

Кокс каменноугольный применяют для выплавки чугуна (доменный кокс) как высококачественное бездымное топливо, восстановитель железной руды, разрыхлитель шихтовых материалов. Кокс каменноугольный используют так же, как ваграночное топливо в литейном производстве (литейный кокс), для бытовых целей (бытовой кокс), в химической и ферросплавной отраслях промышленности (специальные виды кокса). Доменный кокс должен иметь размеры кусков не менее 25—40 мм при ограниченном содержании кусков менее 25 мм (не более 3 %) и более 80 мм. Литейный кокс по размерам кусков крупнее доменного; наиболее пригоден продукт, в котором присутствуют куски менее 60—80 мм. Главное отличие литейного кокса от доменного — малое содержание серы, которое не должно превышать 1 % (в доменном коксе до 2 %). В промышленности ферросплавов используют мелкий кокс (например, фракцию 10—25 мм), при этом в отличие от доменного и литейного производств предпочитают применять продукт с большой реакционной способностью. Требования по прочности к бытовому коксу менее жесткие, чем к доменному и литейному. Во всех производствах лучшее сырье — наиболее прочный малозольный и малосернистый кокс, содержащий небольшое количество мелких фракций. Современное мировое производство кокса каменноугольного составляет около 550—650 млн т/год. От 60 до 70 % мирового производства осуществляется в КНР.

Коксующийся уголь[править | править вики-текст]

Коксующиеся угли, в отличие от других каменных углей, при нагревании без доступа воздуха переходят в пластическое состояние и спекаются. Коксующиеся угли характеризуются в необогащённом виде или в концентратах зольностью менее 10% и низким содержанием S (менее 3,5%), выход летучих веществ (Vdaf) 15-37%. По способности к коксообразованию коксующиеся угли подразделяются на 5 категорий — коксовые, жирные, отощённые коксовые, газовые и слабоспекающиеся. В CCCP отнесение углей к группе коксующихся углей прежде всего базируется на их пригодности для производства кондиционного доменного кокса. В действующих в CCCP классификациях к коксующимся углям относят угли марок Г, ГЖ, Ж, КЖ, К, К2, OC и CC . Значительными запасами коксующихся углей располагают CНГ (Донецкий, Печорский, Кизеловский, Кузнецкий, Карагандинский, Южно-Якутский, Тунгусский и другие бассейны), США (Аппалачский, Западный, Юинта, Грин-Ривер и др.), Великобритания (Нортамберлендский, Южно-Уэльский, Ланкаширский и Йоркширский бассейны), ФРГ (Нижнерейнско-Вестфальский, или Рурский, Нижневестфальский), Польша (Верхне- и Нижнесилезский, Люблинский), Бельгия (Льежский), Индия (Бокаро, Ранигандж, Джхария), Канада (Альберта), Австралия (Боуэн, Новый Южный Уэльс), KHP (Шаньси, Датун), Mонголия (Тавантолгой), Чехия (Остравско-Карвинский и Трутновский); ограниченные по запасам месторождения известны также во Франции (Саарско-Лотарингский, Hop и Па-де-Кале, Аквитанский бассейны), в Испании (Астурийский и Южно-Кантабрийский бассейны), Венгрии, Румынии, Югославии, Турции, Японии, Иране, Афганистане, Мексике, Бразилии, Аргентине. Коксующиеся угли выявлены также в ЮАР (Витбанк), Зимбабве (Саби), Мозамбике.

Около 10 % каменного угля подвергается коксованию.

Характеристики коксующегося угля:

  • Возможность приобретать пластическое состояние и при определенной температуре – спекаться.
  • Более высокие температуры сгорания.
  • Меньшее содержание примесей.

Основное отличие коксового угля от энергетического -Наличие в коксующемся угле витрена (витрум — от латинского — стекло). Особенностью витрена является то, что при высокой температуре он способен плавиться и обретает свойство спекания (склеивания) микрочастиц угля в плотную массу — кокс. Чем больше в угле витрена, тем выше его качество коксования.

См. также[править | править вики-текст]

Литература[править | править вики-текст]

  • Луазон Р., Фош П., Буайе А. Кокс. Перевод с франц. — М.: 1975.
  • Скляр М. Г. Интенсификация коксования и качество кокса. — М.: Металлургия, 1976. — 256 с.
  • Горная энциклопедия. Статья Коксующиеся угли