Науглероживатель со сверхнизкой зольностью

Если честно, до сих пор встречаю технологов, уверенных, что зольность ниже 0.5% — это просто вопрос тонкого помола. Приходится объяснять, что науглероживатель со сверхнизкой зольностью начинается с геологии пласта, а не с сита лабораторного. В Тайси ведь не случайно антрацит имеет слоистую структуру с минимальными включениями пирита — это результат специфической тектонической истории Хэланьшаня.

Сырьевые парадоксы и производственные реалии

Когда мы в 2023 году начинали работу в ООО Нинся Наньбо Промышленность и Торговля, первое же испытание партии антрацита показало интересную зависимость: даже в пределах одного месторождения зольность колебалась от 0.8% до 2.3%. Причём визуально разницу мог определить только опытный обогатитель — по характерному стеклянному блеску на изломе.

Запомнился случай на опытной установке в Промышленном парке Чунган: пытались использовать вибросито с ячейкой 0.075 мм, но оказалось, что часть глинистых включений дробится до фракции мельче 0.05 мм и проходит сквозь сетку. Пришлось комбинировать гравитационное обогащение с последующей флотацией — именно тогда получили первую партию с стабильной зольностью 0.35%.

Сейчас на площади 20 000 кв. метров выстроена трёхступенчатая система очистки, но до идеала ещё далеко. Например, последние месяцы бьёмся над проблемой сезонного колебания влажности угля — зимой частицы льда создают дополнительные сложности при флотации.

Технологические компромиссы: где теория расходится с практикой

В учебниках пишут про оптимальную температуру кальцинации 1200°C, но на практике при такой температуре начинается спекание частиц с повышенным содержанием железа. Мы остановились на °C с выдержкой 45 минут — хоть и немного страдает степень графитизации, зато нет брака по спеканию.

Кстати, про графитизацию — изначально думали, что достаточно добиться зольности 0.3%, чтобы автоматически получить высокую электропроводность. Оказалось, что ориентация кристаллов графита зависит от скорости нагрева, и при резком подъёме температуры выше 900°C образуется аморфный углерод даже при низкой зольности.

Сейчас экспериментируем с двухстадийным нагревом: сначала 700°C с выдержкой 20 минут, потом резкий скачок до 1100°C. Первые результаты обнадёживают — электропроводность выросла на 18% при той же зольности 0.28%.

Оборудование, которое не найти в каталогах

Стандартные сушильные барабаны не подходят для науглероживателя со сверхнизкой зольностью — лопасти истирают материал и увеличивают зольность за счёт износа металла. Пришлось заказывать барабаны с керамическим покрытием и изменённой геометрией лопастей, которые не перетирают, а перекатывают уголь.

Самое сложное было с системой транспортировки — пневмотранспорт увеличивал зольность на 0.05-0.07% из-за абразивного износа труб. Перешли на ленточные конвейеры с покрытием из полиуретана, хотя это и удорожило систему на 30%.

Интересный момент обнаружили при монтаже магнитных сепараторов — оказалось, что постоянные магниты теряют эффективность при температуре выше 60°C, а в цехе летом бывает и 45°C. Пришлось разрабатывать систему принудительного охлаждения корпусов сепараторов.

Контроль качества: от лаборатории до цеха

Первое время полагались на лабораторные анализы раз в смену, но это оказалось недостаточно. Вариативность показателей в пределах одной партии иногда достигала 0.15%, что для науглероживателя со сверхнизкой зольностью критично.

Установили систему онлайн-мониторинга с рентгенофлуоресцентным анализатором — дорогое удовольствие, но без него невозможно говорить о стабильности параметров. Правда, пришлось обучать операторов интерпретировать результаты — аппарат показывает содержание элементов, а не непосредственно зольность.

Сейчас разрабатываем методику экспресс-анализа по электропроводности — есть корреляция между зольностью и удельным сопротивлением, но мешают колебания влажности. Если удастся нивелировать этот фактор, контроль станет проще и дешевле.

Экономика против технологии

Когда считали себестоимость производства до запуска, закладывали выход годной продукции 85%. Реальность показала 72% — основные потери идут на стадии обогащения, где приходится отбраковывать до 30% исходного сырья.

Сейчас думаем над использованием отсевов для других продуктов — например, для производства электродов дуговых печей, где требования к зольности менее жёсткие. Но это требует дополнительных инвестиций в оборудование.

Интересно, что при уставном капитале 10 миллионов юаней мы изначально не планировали таких затрат на НИОКР — думали, что достаточно будет адаптировать известные технологии. Пришлось пересматривать бюджет и искать оптимизационные решения.

Перспективы и тупиковые направления

Пытались использовать ультразвуковую обработку для снижения зольности — в лабораторных условиях давало улучшение на 0.05-0.08%, но в промышленных масштабах оказалось экономически нецелесообразно из-за высокого энергопотребления.

Сейчас изучаем возможность использования мембранных технологий для очистки водных суспензий угля — есть интересные разработки у коллег из академических институтов, но пока всё на стадии экспериментов.

Самое перспективное направление — это комбинированные методы обогащения с использованием центробежных сил и электростатической сепарации. Первые испытания на опытной установке показали возможность снижения зольности до 0.2% без существенного увеличения себестоимости.

Если удастся решить проблему масштабирования этой технологии, то науглероживатель со сверхнизкой зольностью станет доступнее для массового применения в производстве высококачественных сталей и сплавов. Но пока это больше похоже на пятилетнюю перспективу, чем на завтрашний день.