» » Сера в углях

Сера в углях

02.08.2016

Вредным компонентом углей как с точки зрения воздействия на окружающую среду, так и в технологическом отношении является сера. Угли — природные концентраторы серы. В ископаемых углях и породах угленосных толщ сера содержится в виде сульфидов, сульфатов, органических соединений и элементарной серы.
Сульфидная сера находится в углях главным образом в виде пирита и марказита. В некоторых случаях встречаются незначительные количества сфалерита, галенита и халькопирита. Основная часть пирита образуется на торфяной стадии процесса углеобразования в результате взаимодействия растворов сульфатов с сероводородом. На отдельных месторождениях отмечена вторичная пиритизация гидротермального происхождения и в нижних частях зоны окисления — в зонах цементации при гипергенезе.
Сульфатная сера присутствует в основном в виде CaSO4 и Fe2(SО4)3 в небольшом количестве (0,1—0,5 %) и ее содержание составляет 10—12 % концентрации общей серы. Ее содержание значительно повышается при выветривании и сильном окислении углей. Сульфатная сера образуется как на стадии седиментации, так и при катагенезе и окислении. При наличии кислорода в водах затруднены восстановительные процессы и поступающий с водой сульфат-ион отлагается в виде труднорастворимого гипса.
Органическая сера углей — наименее изучена. Предполагается, что она входит в гидроароматическую часть макромолекул угольных веществ, а также может быть в «мостиковой» форме.
Высокое содержание органической серы установлено, например, в углях Ново-Метелкинского месторождения Иркутского бассейна. Как правило, каменные угли с высоким содержанием органической серы характеризуются хорошей спекаемостью.
Элементарная сера установлена в углях Донбасса и Кузбасса в количестве 0,03—0,20 %. Она, как правило, присутствует в тонкодисперсном виде как аморфная модификация. При определении по существующей стандартной методике элементарная сера неотделима от органической.
Изучение углей различного возраста показало отсутствие прямой связи между сернистостью углей и составом растений-углеобразователей. Начиная с девона и до четвертичного времени в любом геологическом периоде встречаются мало- и высокосернистые угли и торфяники. Сернистость углей не зависит также от геотектонического режима эпохи угленакопления и структурной позиции того или другого бассейна.
Главным фактором, определившим сернистость, являются ландшафтные условия торфонакопления. Угли с регионально высокой сернистостью формировались в прибрежно-морской обстановке, обеспечивающей периодический или постоянный контакт торфяного массива с морскими водами нормальной солености. Наоборот, области угленакопления, приуроченные к внутриконтинентальным, преимущественно аллювиально-пролювиальным и озерным ландшафтам, обусловили образование низкосернистых углей. Встречающиеся здесь иногда локальные участки углей с повышенным содержанием серы связаны с наличием галогеносульфатных толщ в областях, окружающих зону угленакопления.
Основные угольные бассейны стран СНГ имеют самые разнообразные ландшафтные условия угленакопления, поэтому содержание серы в них колеблется от долей до 7—9 %.
Наиболее высокосернистые (более 3 %) угли Подмосковного, Донецкого, Кизеловского, Днепровского бассейнов и некоторых месторождений Тургайского и Иркутского бассейнов. Угли восточных районов России в основном низкосернистые (Кузбасс и др.), за исключением Новометелкинского и Каранцайского месторождений Иркутского бассейна.
Соотношения между видами серы в углях колеблются в широких пределах. Так, в углях Донецкого и Подмосковного бассейнов преобладает сульфидная сера, а Иркутского — органическая. Соотношения различных форм сульфидной серы также неодинаковы: на одних месторождениях преобладающая ее часть находится в виде довольно крупных конкреций пирита, на других — в форме рассеянных сульфидов железа. Для отдельных бассейнов установлена тесная корреляционная зависимость между содержанием органической и пиритной серы.
Как уже отмечалось от содержания серы в углях зависит возможность их применения в промышленности. При энергетическом использовании угля все виды серы, кроме сульфатной, переходят в SO2, удаляющийся с дымовыми газами, что вызывает износ дымоходов, котлов и аппаратуры, а также приводит к неблагоприятным экологическим последствиям (кислотные дожди). В настоящее время при сжигании энергетических углей образуется не менее 80 млн т/год сернистого ангидрида, что сопоставимо с объемами производства соединений серы на химических заводах. В связи с этим требуется установка дорогостоящих устройств для десульфуризации топочных газов.
При коксовании углей около 80 % серы переходит в кокс, а летучая сера переходит в газ и другие продукты коксования. В случае использования кокса с повышенным содержанием серы в домну вводятся специальные серопоглощающие флюсы, что снижает производительность доменных печей и увеличивает расход кокса. На крупных предприятиях по технологической переработке углей (коксование, газификация) предусматривается извлечение серы из горючих газов (очистка от H2S).
При комплексном использовании углей сера может служить сырьем для производства серной кислоты и различных серосодержащих продуктов.