Специалисты АО «Шубарколь комир» работают над технологиями производства новых карбоновых продуктов и перспективной Программой развития углехимии.
Угли Шубаркольского разреза традиционно используются в энергетике. Вместе с тем они замечательно подходят для глубокой переработки. Тонкости технологий производства новых карбоновых продуктов совместно с учеными изучают специалисты АО «Шубарколь комир», входящего в Евразийскую Группу (ERG). Освоение их выпуска возможно уже в ближайшие пять лет.
– Освоение современных технологий глубокой переработки шубаркольского угля, – говорит советник по науке АО «Шубарколь комир» Владимир Парафилов, – одно из важнейших направлений повышения конкурентоспособности нашей компании. Шубарколь сразу же после открытия был отнесен к уникальным месторождениям. Об этом есть и запись в протоколе утверждения запасов ГКЗ СССР. Подобных углей с низкой зольностью, да еще с «примесями» гуминовых кислот и редких металлов в природе немного. Такое богатство – уголь высочайшей чистоты – нам нужно не просто сжигать в печах, а научиться использовать весь его потенциал.
Стал пионером
И действительно, предприятие одним из первых в Казахстане начало осваивать глубокий передел угля, запустив более 10 лет назад производство по выпуску спецкокса. Этот восстановитель, используемый в металлургии ферросплавов, был необходим отечественным заводам взамен дорогого импортного.
Первые «полукустарные» опыты по получению спецкокса провел главный механик Анатолий Квятковский, используя в качестве инструмента топки котлов отопления «Братск». Не меньше года потребовалось карагандинским угольщикам, чтобы подобрать необходимые технологические параметры: температурный режим, время спекания, крупность угля. Но терпение и труд все перетрут: шубаркольцы, проведя необходимые испытания, построили и запустили на разрезе коксохимический завод ТОО «Сары-Арка спецкокс».
В настоящее время годовая мощность предприятия доведена до 210 тысяч тонн. Сегодня спецкокс востребован многими отечественными предприятиями. АО «ТНК «Казхром», ТОО «Казцинк», «Казфосфат» – его основные потребители.
По показателю структурной прочности полукокс из шубаркольского угля не уступает своим конкурентам. По сравнению с коксовыми материалами других производителей он отличается высоким уровнем пористости – 52% против 43%, что характеризует его как активный восстановитель.
Более того, заводчане сразу поставили задачу организовать на разрезе экологически чистое безотходное производство. И если поначалу часть попутного полукоксового газа, побочного продукта коксохимического производства, направляли на подсушку спецкокса, а другую – попросту сжигали, то вскоре построили небольшую ТЭС и стали снабжать завод дешевой электроэнергией.
Электроды поедут за границу
– Мы продолжаем диверсифицировать свое производство, развивая несырьевую направленность, – подчеркивает Владимир Парафилов, рассказывая о планах компании. – На очереди стоит проект расширения производства спецкокса. Будем строить новый, более мощный, автоматизированный завод по новой технологии. Стремление нарастить выпуск спецкокса не отодвинуло на второй план задачу освоить производство новых продуктов. Наоборот, попутные продукты производства спецкокса – каменноугольную смолу и коксовый газ – мы планируем полностью перерабатывать.
Для расширения углехимического производства на Шубарколе вот уже много лет совместно со специалистами ведущих вузов Караганды ведется научно-исследовательская работа.
Так, в настоящее время шубаркольцы разрабатывают новое направление в использовании угля как продукта, востребованного металлургами, угля-восстановителя для плавки металлического кремния из природного соединения – оксида кремния. К слову, сырье для производства кристаллического кремния и кремниевых сплавов должно быть химически чистым. Особенно вредны для него примеси оксидов алюминия, кальция, титана, фосфора, мышьяка и железа.
Высшие сорта кристаллического кремния можно выплавлять только с использованием низкозольного восстановителя. Самыми качественными с этой точки зрения восстановителями являются древесный уголь и нефтяной кокс. Однако первый из-за дороговизны, а второй – из-за низкой реакционной способности и склонности к графитизации применяют крайне ограниченно. В последние годы многие мировые производители металлического кремния нашли им замену – колумбийский уголь зольностью 4–5%. Российский Русал не так давно заинтересовался, нельзя ли дорогущий колумбийский уголь, который завозится «за три моря», заменить более дешевым? Оказалось, что шубаркольский уголь вполне может вытеснить заморский аналог, поскольку средняя его достигнутая зольность составляет 3,5%. ЗАО «Кремний» успешно испытали его. Но появилось одно но»…
– Чтобы наладить поставки нашего угля в Россию, нам нужно быть уверенными в его качестве. Выступать в качестве восстановителя может только уголь, обладающий минимальной зольностью и содержащий минимальное количество железа, – подчеркивает Владимир Парафилов. – До сих пор никто не делал таких измерений на основе магнитных свойств угля. Не было необходимости. На основе идеи, предложенной нашими специалистами, сотрудники двух университетов Караганды (государственного и технического) разработали прибор, простой и очень удобный в применении. Он позволяет определять содержание трехвалентного железа быстро, точно, с достаточной погрешностью.
В ближайшее время коллектив предприятия намерен освоить анализ продукции на новом оборудовании, чтобы затем наладить производство угля-восстановителя сначала для российских предприятий, а затем предложить его и европейским производителям металлического кремния. Еще долго весь наукоемкий спектр невозможно будет представить без кремния.
Помощник металлурга
Каменноугольная смола вполне может быть переработана в игольчатый кокс. По сравнению с обычным электродным коксом игольчатый обладает более высокой термостойкостью и существенно снижает расход электродов на тонну выплавляемой стали. Равноценной замены игольчатому коксу в настоящее время не существует.
Для интенсификации сталелитейных процессов металлурги стали чаще применять высококачественные графитированные электроды, работающие при высоких токовых нагрузках. По словам Владимира Ивановича, сейчас ферросплавные заводы используют электроды из нефтяного кокса, но они не обеспечивают необходимые параметры процесса. Лучше с требованиями справляются специальные электроды на основе малозольного, так называемого игольчатого кокса. Он весьма отличается по восстановительным способностям от своих собратьев, благодаря чему повышает качество конечных продуктов и изделий.
Мировое производство игольчатого кокса постоянно растет. К 2025 году, по прогнозам экспертов, эта цифра может вырасти до 1,2 млн тонн. Помимо электродов, он используется для выпуска литий-ионных аккумуляторов для смартфонов и электромобилей, изготовления изделий для оборонной, атомной и химической промышленности.
Этот продукт нефтепереработки предлагают лишь несколько поставщиков, крупнейшими из которых являются американская ConocoPhillips и японская C-Chem Co Ltd. В Китае же, где большая часть игольчатого кокса производится из нефтяного кокса, многие предприятия закрылись из-за ужесточения экологических норм. Рынок сузился, а цена продукта выросла до двух тысяч долларов США за тонну. В прошлом году группа специалистов Евразийской Группы имела возможность ознакомиться с первым опытным производством игольчатого кокса в КНР на основе каменноугольного пека.
По мнению экспертов, потребность в игольчатом коксе в ближайшие годы и дальше будет расти, и потому трудности создания производства такого перспективного продукта отнюдь не останавливают шубаркольцев. Они изучают тонкости возможной технологической цепочки.
Ассоциации с будущим
В первом полугодии 2018 года из коксовой мелочи на разрезе начнут выпускать новый полезный продукт – активированный уголь. Испытания, проведенные шубаркольцами совместно с сотрудниками Национального центра по комплексной переработке сырья и института ГНПОПЭ «Казмеханобр», показали, что при равных условиях шубаркольский активированный уголь почти не уступает по качеству лучшим мировым маркам этого реагента, изготовленного из скорлупы кокосовых орехов. Его можно будет применять для извлечения золота из руды и в некоторых других металлургических процессах. Он пригоден для сорбционной очистки воды и промышленных сбросов. Это пример третьего передела угля: уголь – спецкокс – активированный уголь. Треть потребности республики в этом продукте будет закрыта.
Установлено, что Шубаркольский уголь является уникальным сырьем для получения жидкого синтетического топлива. Поэтому, как рассказал Владимир Парафилов, не исключена возможность открытия на площадке разреза мини-завода по переработке угля и синтезу из него жидкого топлива.
Совместно со специалистами Института органического синтеза и углехимии (ИОСУ, г. Караганда) изучается возможность открытия производства гуминовых удобрений. Были синтезированы гуминовые препараты, получившие название «Полигум». В отличие от минеральных удобрений, которые способны накапливаться в почве и загрязнять ее, гуминовые повышают содержание гумуса в почве, улучшают ее влагоемкость (в среднем на 20–30%) и воздухопроницаемость, уменьшают плотность. Они способны связывать тяжелые металлы, радионуклиды и защищать от фитотоксичного действия гербицидов.
Полевые опыты, заложенные в 2015 году на южных черноземах Северного Казахстана ТОО «НПЦЗХ им. А. И. Бараева» (пос. Шортанды, Акмолинская область), подтвердили, что обработка «Полигумом» способствует более активному росту и развитию растений. Растения становятся устойчивее к природным аномалиям, а урожайность увеличивается на 15–20%.
Не менее ценно, по словам Владимира Ивановича, и другое направление переработки угля – добыча редких металлов.
Как только на разрезе приступили к вскрыше, обнаружилось, что в тех местах, где пласты выходят на поверхность, угли оказались выветрелыми до состояния сажи: рассланцованными, потерявшими свои энергетические свойства. Вместе с тем выяснилось, что эти непригодные для привычного использования угли обогащены гуминовыми кислотами, которые являются природным фильтром, сорбирующим тяжелые металлы. Эксперименты показали, что содержание галлия, германия и других редких и рассеянных металлов в шубаркольских углях довольно высокое и вполне достаточно для их промышленного извлечения. Технология их добычи в настоящее время также исследуется.
– Углерод – материал будущего. «Зеленая» экономика, солнечная энергетика, нанотехнологии еще многие годы не обойдутся без углерода, который содержится в угле. Я не думаю, что когда-нибудь закончится эра угля, – считает Владимир Иванович. – Большинство новейших материалов производится на основе углерода. Они все чаще применяются в оптике, электронике, машино- и приборостроении, производстве батареек, конденсаторов и различного рода датчиков. К примеру, добавка к дорожному асфальту углеродного волокна, полученного на основе нанотехнологий, может увеличить срок его службы до немыслимых пределов.
Всех свойств углерода мы еще не раскрыли. Нам предстоит узнать о новых удивительных способностях этого элемента. Подтверждение тому – фуллерен и графен – революционные материалы, нобелевские открытия.
Марина Демченко
«Горно-металлургическая промышленность» №1-2018
