№83-21

Динаміка утворення сполук мікроелементів та їх розподіл в продуктах термічної переробки вугілля

С.А. Пінчук¹, https://orcid.org/0009-0002-3570-4131

Т.А. Шарабура¹https://orcid.org/0009-0002-9175-6876

¹Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», Дніпро, Україна

Coll.res.pap.nat.min.univ. 2025, 83:230–242

Full text (PDF)

https://doi.org/10.33271/crpnmu/83.230

АНОТАЦІЯ

Мета. Дослідження характеру і динаміки утворення сполук мікроелементів при термічній переробці вугілля та їх розподіл в продуктах переробки.

Методика полягає в проведенні теоретичних досліджень з використанням програмного комплексу по моделюванню багатокомпонентних рівноважних гетерогенних систем.

Результати. Встатті наведено результати дослідження утворення сполук мікроелементів малої групи (Li, Ba, Ge, Ti, Zr, Мо, Cu, Zn) при термічній переробці вугілля з використанням у якості окисника повітря та кисню. Встановлено, що всі малі елементи, крім германію та цинку, знаходяться як у розплаві, так і у газоподібній фазі. Визначено температурні інтервали переходу окремих мікроелементів у газову фазу та встановлено, що цинк активно переходить у газову фазу за температур нижче 1500 °С, тоді як більшість інших елементів малої групи демонструють максимальні концентрації в газах при температурах понад 1500 °С. Кількісно визначено ступінь переходу мікроелементів у газову фазу залежно від виду окисника, що показує суттєве зростання леткості літію, титану та міді (до 83–90% та 64–75%) та менш інтенсивний перехід барію та молібдену (22–32% та 35–75%). Визначено температуру переходу сполук мікроелементів із газоподібної фази в рідку для розробки систем утилізації мікроелементів із газоподібної фази.

Наукова новизна. Отримали подальший розвиток закономірності утворення та розподілу мікроелементів малої групи в процесі термічної переробки вугілля залежно від типу окисника та температури процесу. Визначено температурні інтервали й ступені переходу окремих мікроелементів у газову фазу, що дозволило уточнити їх леткість та поведінку під час газифікації. Отримані результати формують наукові передумови для оптимізації технологій вилучення цінних мікроелементів із продуктів термічної переробки вугілля.

Практична значимість. Отримані результати дозволяють оптимізувати режими термічної переробки вугілля для підвищення вилучення цінних мікроелементів та зниження їх втрат у золошлакових відходах. Визначені закономірності переходу мікроелементів у газову та конденсовану фази можуть бути використані для вдосконалення систем очищення газів і розроблення технологій комплексного використання українського вугілля, що підвищує його економічну та екологічну ефективність.

Ключові слова: вугілля, мікроелементи, сполуки, термічна переробка, коефіцієнт витрати окисника, газифікація, розплав золи, газова фаза.

Перелік посилань

1. Stoiko, N. (2016). Green economy – the paradigm of sustainable development of agro-ecosystems in Ukraine. International Journal of New Economics and Social Sciences, 3(1), 90–99. https://doi.org/10.5604/01.3001.0010.4709

2. Li, H., Qu, W., Yang, Z., & Zhao, J. (2019). Trace element partition in coal combustion. Emission and Control of Trace Elements from Coal-Derived Gas Streams, 63–103. https://doi.org/10.1016/b978-0-08-102591-8.00003-9

3. Wiater, J., Wojciula, A., & Szatyłowicz, E. (2021). Trace Elements in Popular Coals Burnt in Low Power Boilers. Journal of Ecological Engineering, 22(11), 178–187. https://doi.org/10.12911/22998993/143287

4. Dai, S., Yan, X., Ward, C. R., Hower, J. C., Zhao, L., Wang, X., Zhao, L., Ren, D., & Finkelman, R. B. (2020). Valuable elements in Chinese coals: a review. Coal Geology of China, 60–90. https://doi.org/10.4324/9780429449369-5

5. Rezaee, M. (2012). Development of Strategies to Minimize the Release of Trace Elements from Coal Waste Source. Theses and Dissertations--Mining Engineering, 6. https://uknowledge.uky.edu/mng_etds/6

6. Ishkov, V.V., & Koziy, Е.S. (2017). About distribution of Co, Ni, Pb, Cr and V in coal layer c4 of mine «Samarskaya» of Pavlograd-Petropavlovsk geological and industrial district. Widening our horizons: International Forum for Students and Young Researchers, 64.

7. Васильєва,І. В. (2023). Германій вугільних пластів та породних відвалів західного Донбасу. Матеріали XІ науково-практичної конференції «Мінерально-сировинні багатства України: Шляхи оптимального використання». https://doi.org/10.59911/conf.2023.5

8. Булат,А.Ф., & Баранов,В.А (2021). Аналіз стану германієносності вугілля України. Геотехнічні проблеми розробки родовищ: Матеріали XIХ міжнародної конференції молодих вчених.

9. Zajusz-Zubek,E.,&Konieczyński,J. (2014). Coal Cleaning Versus the Reduction of Mercury and other Trace Elements’ Emissions from Coal Combustion Processes. Archives of Environmental Protection, 40(1), 115–127. https://doi.org/10.2478/aep-2014-0012

10. Minchener A. J. (2005). Coal gasification for advanced power generation. Fuel, 84(17), 2222–2235. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2005.08.035

11. Schobert, H. (2022). Gasification. Rethinking Coal, 157–173. https://doi.org/10.1093/oso/9780199767083.003.0011

12. Dı́az-Somoano, M.,&Martı́nez-Tarazona, M.R. (2003). Trace element evaporation during coal gasification based on a thermodynamic equilibrium calculation approach. Fuel, 82(2), 137–145. https://doi.org/10.1016/s0016-2361(02)00251-x

13. Mishra S. K. (2023). Coal, Trace Elements. Encyclopedia of Mineral and Energy Policy. Berlin, Heidelberg, 184–186. https://doi.org/10.1007/978-3-662-47493-8_100

дата першого надходження статті до видання – 01.10.2025
дата прийняття до друку статті після рецензування – 08.11.2025
дата публікації (оприлюднення) – 29.12.2025