Технологическая схема щелочной активации бурых углей Дальневосточного региона

В статье показана актуальность развития теории и практики глубокой переработки угля, обусловленная современными трендами развития мировой угольной промышленности и прогнозом понижения спроса на уголь в энергетике за счет введения альтернативных источников энергии. Бурые угли, с учетом их богатейшей базы в Российской Федерации и уникальности их свойств ввиду низкой степени метаморфизма, весьма перспективны как сырье для производства сорбентов для очистки технологических, коммунальных и производственных сточных вод. Целью исследования является разработка технологической схемы щелочной активации бурых углей Дальневосточного региона, позволяющей получать высококачественные сорбенты для адсорбции из жидкой фазы. Исследование проводилось в лабораторных условиях на бурых углях четырех месторождений: Харанорское, Кангаласское, Кировское, Окино-Ключевское. Исследование вариантов проведения операций стадий (подготовки бурого угля к активации, щелочной активации и заключительной обработки) на основании анализа полученных величин адсорбционной активности по йоду позволило подобрать оптимальные параметры, набор и последовательность проведения операций. Разработанная принципиальная технологическая схема щелочной активации бурых углей гидроксидом калия, включает 14 операций, в том числе термовыщелачивание и механоактивацию, позволяет получать сорбенты с высокой адсорбционной активностью по йоду (более 90 %). Результаты исследований по получению сорбентов щелочной активацией бурых углей позволяют говорить о технологической осуществимости, высокой эффективности и перспективности этого направления переработки бурых углей месторождений Дальнего Востока.

1. Государственный доклад о состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов Российской Федерации в 2022 году. Министерство природных ресурсов и экологии Российской Федерации. Федеральное агентство по недропользованию (Роснедра). 2024. [Электронный ресурс] https://www.mnr.gov.ru/docs/gosudarstvennye_doklady/o_sostoyanii_i_ispolzovanii_mineralno_syrevykh_resursov_rossiyskoy_federatsii/

2. Kuznetsov P.N., Ilyushetchkin А., Chupin D., Sukhorukova M. Coal industry and the use of coal in the Russian Federation. In: Osborne D. (ed.) The Coal Handbook (Second edition): Towards cleaner coal utilization, in woodhead publishing series in energy. Woodhead Publishing; 2023, pp. 301–320. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-824327-5.00003-X

3. Плакиткина Л.С., Плакиткин Ю.А., Дьяченко К.И. Современные тренды и прогноз развития угольной промышленности мира и России в условиях трансформации мировой экономики. Уголь. 2024;(3):44–51. http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2024-3-44-51

4. Statistical Review of World Energy. 2024(73):76 p. Available at: https://www.energyinst.org/statistical-review/ resources-and-data-downloads (accessed: 28.10.2024)

5. Панков Д.А., Афанасьев В.Я., Байкова О.В., Трегубова Е.А. Анализ тенденций мирового рынка угля и направлений российского экспорта. Уголь. 2021;(3):23–26. http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2021-3-23-26

6. Song W., Zeng H., Wang B., et al. A review of lowrank coal-based carbon materials. New Carbon Materials. 2024;39(4):611–632. https://doi.org/10.1016/S1872-5805(24)60872-3

7. Monser L., Adhoum N. Modified activated carbon for the removal of copper, zinc, chromium, and cyanide from wastewater. Separation and Purification Technology. 2002;26(2-3):137–146. https://doi.org/10.1016/S1383-5866(01)00155-1

8. Manoilova L., Ruskova K. Active carbons and their functional applications in water purification – an overview. MATEC Web of Conferences. 2022;366. https://doi.org/10.1051/matecconf/202236604001

9. Rivera-Utrilla J., Sánchez-Polo M., Gómez-Serrano V., et al. Activated carbon modifications to enhance its water treatment applications. An overview. Journal of Hazardous Materials. 2011;187(1–3):1–23. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2011.01.033

10. Peredery M.A., Sirotin P.A., Kazakov V.A., Khotuleva V.N. Wasteless processing of brown coals for production of porous carbonaceous general-purpose materials. Solid Fuel Chemistry. 2002;36(6):15–21.

11. Skodras G., Orfanoudaki Th., Kakaras E., Sakellaropoulos G.P. Production of special activated carbon from lignite for environmental purposes. Fuel Processing Technology. 2002;77–78:75–87. https://doi.org/10.1016/S0378-3820(02)00062-0

12. Sakintuna B., Yürüm Y., Çetinkaya S. Evolution of carbon microstructures during the pyrolysis of Turkish Elbistan lignite in the temperature range 700−1000 °C. Energy and Fuels. 2004;18(3):883–888. https://doi.org/10.1021/ef0301809

13. Marsh H., Rodriguez-Reinoso F. Activated Carbon. Elsevier Science; 2006. 554 р. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-044463-5.X5013-4

14. Bhatnagar A., Hogland W., Marques M., Sillanpää M. An overview of the modification methods of activated carbon for its water treatment applications. Chemical Engineering Journal. 2013;(219):499–511. https://doi.org/10.1016/j.cej.2012.12.038

15. Ворсина Е.В., Москаленко Т.В., Михеев В.А. Технологическая схема проведения парогазовой активации бурого угля. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2024;(7-1):137–147. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2024_71_0_137.

16. Chiang H.L., Huang C.P., Chiang P.C. The surface characteristics of activated carbon as affected by ozone and alkaline treatment. Chemosphere. 2002;47(3):257– 265. https://doi.org/10.1016/S0045-6535(01)00215-6.

17. Lillo-Ródenas M.A., Cazorla-Amorós D., Linares-Solano A. Understanding chemical reactions between carbons and NaOH and KOH. An insight into the chemical activation mechanism. Carbon. 2023;41:267–275. https://doi.org/10.1016/S0008-6223(02)00279-8

18. Skripkina Т., Bychkov А., Tikhova V., et al. Mechanochemically oxidized brown coal and the effect of its application in polluted water. Environmental Technology and Innovation. 2018;11:74–82. https://doi.org/10.1016/j.eti.2018.04.010

19. Kucherenko V.A., Shendrik T.G., Tamarkina Y.V., Mysyk R.D. Nanoporosity development in the thermalshock KOH activation of brown coal. Carbon. 2010; 48(15):4556–4558. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2010.07.027

20. Manina T.S., Fedorova N.I., Semenova S.A., Ismagilov Z.R. Influence of alkali treatment on the properties of adsorbents based on naturally oxidized kuznets basin coal. Coke and Chemistry. 2013;56(5):178–181 https://doi.org/10.3103/s1068364x13050037

21. Vorsina E.V., Moskalenko T.V., Mikheev V.A. The generation of absorption qualities of lignite absorbents under conditions of alkali activation. In: International science and technology conference “Earth Science” IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science IOP Publishing. 2020;459. https://doi.org/10.1088/1755-1315/459/5/052056

22. Ворсина Е.В., Москаленко Т.В., Михеев В.А. Исследование способов подготовки бурого угля к проведению щелочной активации при получении сорбентов. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021;(12-1):59–68. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2021_121_0_59

23. Ворсина Е.В., Москаленко Т.В., Михеев В.А. Получение сорбентов из бурых углей Харанорского месторождения. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017;(S24):146–153. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2017-11-24-146-153