Iwona Jelonek PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE BADAŃ PETROGRAFICZNYCH W KOKSOWNICTWIE

Transkrypt

1 Iwona Jelonek PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE BADAŃ PETROGRAFICZNYCH W KOKSOWNICTWIE

2

3 Metody badań Podstawowe metody stosowane w międzynarodowej klasyfikacji geologicznej i specyfikacji przemysłowej węgli (ECE 1995): Analiza macerałowa Pomiary zdolności odbicia światła Metody uzupełniające: Analiza mikrolitotypów i karbominerytu Analiza w świetle fluorescencyjnym: jakościowa; spektralna; iloraz czerwieni/zieleni; pomiary intensywności fluorescencji liptynitu; pomiary intensywności fluorescencji witrynitu Pomiary mikrotwardości

4 Charakterystyka macerałów Grupa witrynitu wg.iccp 1994 Podgrupa telowitrynit detrowitrynit żelowitrynit Macerał Nazwy dotychczas stosowane telinit telinit kolotelinit telokolinit witrodetrynit witrodetrynit kolodetrynit desmokolinit korpożelinit korpokolinit żelinit żelokolinit

5 Macerały witrynitu zachowują się reaktywnie we wszystkich procesach technologicznych: W stadium II skoku uwęglenia (R0= 0,9 1,3) wykazują zdolność przechodzenia w stan mezofazy, a następnie spiekania i w końcowej fazie formowania mozaiki koksowej W procesach spalania reaktywny, wskutek zróżnicowanych warunków panujących w kotłach energetycznych może przechodzić do żużli i popiołów w formie koksików o kształtach cenosfer, koronek, lub submikronowej masy ziarnistej.

6 W procesach uwodorniania reaktywny, może przechodzić do rezyduum w postaci witroplastów, pojedynczych, lub wielokrotnych cenosfer, lub bezpostaciowej ziarnistej masy.

7 Pomiędzy podgrupami występuje pewne zróżnicowanie reaktywności w myśl schematu: Silnie reaktywne mniej reaktywne Detrowitrynit telowitrynit żelowitrynit Niezależnie od macerałów znane są również formy występowania witrynitu związane z warunkami redukcyjnymi w środowisku ich powstawania (ciemny witrynit), lub warunkami utleniającymi w osadzie organicznym (pseudowitrynit).

8 Ciemny witrynit charakteryzuje się ciemniejszą barwą i niższą refleksyjnością w porównaniu z typowymi macerałami tej grupy, występuje w węglach sapropelowych akcesorycznie również humusowych. Cechuje się wysoką reaktywnością. Pseudowitrynit najczęściej spotykany w postaci przypominającej kolotelinit, różni się od niego występowaniem szczelinek kontrakcyjnych i podwyższoną refleksyjnością w tym samym węglu. Ma wyższą temperaturę zapłonu w koksowaniu jest inertny lub ma reakcje opóźnione w stosunku do innych macerałów witrynitu.

9 Witrynity wtórnie utlenione w złożu, na składowiskach, lub w czasie transportu tracą zdolność koksowania, a warunkach spalania mają podwyższoną temperaturę zapłonu. W zaawansowanych stadiach w obrazie mikroskopowym charakteryzują się mylonityzacją i obecnością otoczek oksydacyjnych. Wczesne stadia można wykryć za pomocą pomiarów intensywności fluorescencj i mikroelastyczności.

10 Grupa Liptynitu Liptynit jest najbardziej reaktywną z trzech grup macerałów, zwykle w węglach humusowych znacznie mniej liczną, przy czym dokładna ocena ilościowa jest możliwa w świetle fluorescencyjnym, Spośród trzech grup zawiera ona najwięcej części lotnych i ma najwyższe ciepło spalania. Grupa ta zanika pod koniec II skoku uwęglenia ulegając procesowi witrynizacji. Sporynit występuje w postaci mikrosporynitu, który jest najliczniej reprezentowany, szczególnie w węglach karbońskich, oraz znacznie mniej licznego makrosporynitu. W węglach słabiej uwęglonych jest nośnikiem części lotnych

11 Liptodetrynit jest drugim znaczącym ilościowo macerałem, którego dokładną zawartość można ocenić w świetle fluorescencyjnym. Rozproszony w klarycie i trimacerycie razem ze sporynitem wzmaga ich własności plastyczne i wpływa na porowatość, a także obniża jego temperaturę zapłonu w procesie spalania.

12 Rezynit występuje zwykle w niewielkich ilościach. Wypełniając komórki w telinicie (klaryt) działa podobnie jak sporynit z liptodetrynitem w procesach technologicznych podobnie jak bituminit i występujące zwykle śladowo exsudatynit z fluorynitem. Te ostatnie identyfikuje się w świetle fluorescencyjnym. Alginit występujący w znacznych ilościach, a nieraz masowo w bogheadach jest doskonałym materiałem ropotwórczym.

13 Grupa inertynitu Grupa ta obejmuje składniki w dużej części inertne lub semiinertne w procesach przetwórczych. Fuzynit (piro- i oksy-) należy do składników całkowicie inertnych, nie poddających się działaniu temperatury w koksowaniu, a nawet w spalaniu, ani też ciśnienia, czy różnego rodzaju katalizatorów w uwodornianiu.

14 Semifuzynit (piro- i oksy-) w zależności od stopnia utlenienia wyrażonego stopniem szarości lub intensywnością refleksyjności, może zachowywać się inertnie semiinertnie lub jako t.zw. reaktywny inertynit o najniższej refleksyjności i barwie zbliżonej do witrynitu reagować w sposób zbliżony do reakcji witrynitu. Podobnie zachowują się macerały takie jak funginit, czy sekretynit.

15 Mikrynit, który jest macerałem wtórnym wywodzącym się reaktywnych macerałów jak bituminit zazwyczaj zachowuje się reaktywnie zarówno w koksowaniu, spalaniu czy uwodornianiu. Inertodetrynit zachowuje się stosownie do udziału poszczególnych macerałów w warstewce: inertnie, semiinertnie, lub reaktywnie. Nie przeobrażone drobne ziarna inertodetrynitu zatopione w masie mozaikowej mogą wspomagać twardość koksu na zasadzie struktury betonu.

16 Mikrolitotypy Z mikrolitotypów monomacelalnych ważne są witryt najczęściej w postaci grubych warstewek kolotelinitu oraz inertyt w masywnych soczewkach i warstewkach fuzynitu i semifuzynitu. Te ostatnie są niepożądanym składnikiem węgli koksowych, gdyż obniżają twardość i wytrzymałość koksu metalurgicznego. Najwyższą reaktywnością cechuje się liptyt, w węglach humusowych występujący w ilościach śladowych. Jest głównym składnikiem węgli sapropelowych.

17 Mikrolitotypy bimaceralne mają w zależności od kompozycji macerałów zróżnicowaną reaktywność. Najwyższą reaktywnością cechuje się klaryt składający się z witrynitu i liptynitu, reaktywny jest również witrynertyt zawierający mikrynit, mniej reaktywny jest witrynertyt z inertodetrynitem fuzynitowym i semifuzynitowym. Jeszcze niższą reaktywność wykazuje krassiduryt, w którym odgazowane spory pozostawiają niewielkie pory. Szare duryty zawierające nieliczne tenuispory są praktycznie rzecz biorąc inertne Trimaceryt w zależności od proporcji macerałów może być bardzo reaktywny (witrynertoliptyt), reaktywny (duroklaryt), a najniższą reaktywność wykazuje klaroduryt.

18 Materia mineralna Materia mineralna zachowuje się w większości wypadków inertnie. Do najczęściej spotykanych minerałów należą: Minerały ilaste kaolinity, illity, montmorylonity stanowią % całej materii organicznej w węglu. Często syngenetyczne integralnie związane z materią organiczną są bardzo trudne do usunięcia w procesach wzbogacania. Występując w ilości % w mikrolitotypie współtworzy karbargilit.

19 Piryt, najpospolitszy z siarczków w węglach szczególnie szkodliwy w koksowaniu, w energetyce jest dobrym katalizatorem, w procesach uwodorniania. Współistniejący z węglem piryt w ilości 5 20 % określany jest jako karbopiryt Węglany występujące często w postaci epigenetycznych wypełnień kalcytem, w procesach spalania ulatnia się wchodząc w skład uwolnionych w czasie spalania części lotnych z węgla. Połączenie węgla z węglanami w ilości % oznaczany jest jako karbankeryt. Tlenek krzemu w postaci ziaren kwarcu, kryptokrystaliczny, lub bezpostaciowy jest składnikiem pyłów kopalnianych i może być przyczyną zachorowań na pylicę % krzemionki w warstewce mikroskopowej węgla określa jego przynależność do karbopirytu.

20 Podsumowanie i wnioski Jak z powyższej dyskusji wynika petrograficzne cechy węgli, wynikające z ich genezy i stopnia uwęglenia, a także utleniania in situ i na powierzchni, są ogromnie zróżnicowane, znacznie bardziej niż by to wynikało, z konieczności uproszczonych parametrów klasyfikacyjnych. Obok parametrów podstawowych jak refleksyjność witrynitu i zawartość inertynitu mamy następujące cechy istotne zarówno z punktu widzenia problematyki naukowej jak i czysto utylitarnej: ü ü mikrolitotypy mają uzupełniające zastosowanie w ocenie reaktywności węgli w procesach technologicznych reaktywność części inertynitu w węglach kamiennych ma znaczenie w koksowaniu, i uwodornianiu, w mniejszym stopniu w spalaniu podział liptynitu na: gazonośny terrygeniczny: sporynit, kutynit, fluorynit, rezynit suberynit, liptodetrynit roponośny: podwodny (lipidowy) alginit, bituminit, liptodetrynit i pochodzący z nich exsudatynit

21 Symptomy w badanej próbce jak mylonityzacja ziaren węglowych i obecność pierścieni oksydacyjnych w obrazie mikroskopowym, świadczą o zaawansowanym stopniu zwietrzenia węgla. Pierwsze symptomy zwietrzenia wykrywalne są za pomocą pomiarów fluorescencji i elastyczności witrynitów W węglach kamiennych witrodetrynit, kolodetrynit, liptodetrynit, inertodetrynit, mają pozytywny wpływ na procesy koksowania, także spalania i uwodorniania Zastosowanie petrologii węgli kamiennych tradycyjnie jest największe w przemyśle koksowniczym, także elektrodowym, przeróbce mechanicznej, górnictwie, uwodornianiu, w mniejszym stopniu w energetyce. Współcześnie coraz większe znaczenie mają badania petrograficzne produktów (koks) i odpadów po przemysłowych jak hałdy przy kopalniach, popioły uchwycone w filtrach elektrowni także popioły lotne, żużle z kotłów energetycznych itp. Dla pełnego wykorzystania zasobów węgla, a także do właściwego wykorzystania ich odpadów, wymienione obszary badań powinny uwzględniać w programach dyskutowane powyżej cechy węgli i nowoczesną metodykę badawczą pozwalającą na optymalne rozwiązywanie związanych z węglem problemów.

22