Коксовая мелочь

Коксовая мелочь — это фракция твёрдого остатка, образующегося при сухой перегонке каменного угля (коксовании), размер частиц которой составляет от 0 до 10 мм (в некоторых классификациях — до 13 или 15 мм). Является побочным продуктом коксохимического производства, наряду с коксовым газом, каменноугольной смолой и надсмольной водой. В отличие от товарного металлургического кокса (куски крупнее 25–40 мм), коксовая мелочь не пригодна для прямого использования в доменных печах из-за малого размера кусков, ухудшающего газопроницаемость шихты. Основное назначение — использование в качестве топлива в энергетике, агломерационном производстве и для бытовых нужд, а также как сырьё для некоторых химических процессов.

Происхождение и образование

Коксовая мелочь образуется на всех этапах жизненного цикла кокса: от выдачи из коксовых печей до транспортировки и грохочения.

На стадии выдачи и тушения

После завершения процесса коксования (обычно 14–18 часов при температуре 1000–1100 °C) раскалённый кокс («коксовый пирог») выталкивается из камеры коксовой батареи. При механическом воздействии сталкивателя и направляющей тележки часть крупных кусков разрушается, образуя мелкие фракции. При мокром тушении (орошении водой) происходит термический шок, вызывающий растрескивание кокса, что увеличивает выход мелочи. При сухом тушении (инертным газом) этот эффект менее выражен, но механическое истирание в процессе перегрузки всё равно присутствует.

На стадии грохочения и сортировки

После тушения кокс поступает на грохоты — вибрационные сита с разными размерами ячеек. Цель сортировки — выделение товарных фракций:

• Кокс металлургический (обычно >25 или >40 мм) — основной продукт для доменного производства.
• Кокс орешек (10–25 или 15–40 мм) — используется в литейном производстве, для ферросплавов.
• Коксовая мелочь (0–10 мм) — отсев, проходящий через самое мелкое сито.

Выход коксовой мелочи составляет от 3% до 8% от общего объёма производимого кокса, в зависимости от качества исходного угля, технологии коксования и состояния оборудования.

Физико-химические свойства

Коксовая мелочь по химическому составу близка к металлургическому коксу, но отличается более высокой зольностью и влажностью (из-за большей удельной поверхности и способности удерживать влагу) и пониженной механической прочностью.

Основные характеристики (типичные значения для российских коксохимических заводов):

Из-за малого размера частиц коксовая мелочь обладает высокой реакционной способностью (CRI — Coke Reactivity Index) и низкой прочностью после реакции (CSR — Coke Strength after Reaction), что делает её непригодной для доменного процесса, где требуется сохранение кусков в условиях высоких температур и давления.

Применение

Коксовая мелочь находит применение в нескольких отраслях промышленности, где не требуется высокая механическая прочность крупных кусков.

Агломерационное производство

Наибольшее количество коксовой мелочи используется в качестве топлива для спекания железорудного концентрата при производстве агломерата. В агломерационных машинах мелочь сжигается в слое шихты, обеспечивая нагрев до 1200–1300 °C, необходимый для частичного оплавления и спекания руды. Использование коксовой мелочи здесь экономически оправдано, так как она дешевле металлургического кокса и не требует дополнительного дробления.

Энергетика

Коксовая мелочь применяется как твёрдое топливо в котельных установках, особенно на самих коксохимических и металлургических предприятиях (внутреннее потребление). Она сжигается в слоевых топках (реже — в пылеугольных) для выработки пара и горячей воды. Теплота сгорания мелочи достаточно высока, но из-за высокой зольности и влажности она уступает энергетическим углям.

Производство ферросплавов и цветных металлов

В некоторых процессах (например, при выплавке ферросилиция, ферромарганца, а также в цветной металлургии — для восстановления оксидов) используется коксовая мелочь как восстановитель и источник углерода. Требования к размеру частиц здесь менее строгие, чем в доменном производстве.

Бытовое и коммунальное использование

Коксовая мелочь может применяться в качестве топлива для бытовых печей (в сельской местности, на дачных участках), а также для отопления небольших котельных. Однако из-за высокой зольности и образования большого количества мелкой пыли её использование в быту ограничено по сравнению с антрацитом или древесным углём.

Химическая промышленность

Теоретически коксовая мелочь может служить сырьём для газификации (получения синтез-газа) или для производства карбида кальция, но на практике для этих целей чаще используют более крупные фракции кокса.

Экономическое значение

Коксовая мелочь традиционно считается низкосортным продуктом, цена на неё значительно ниже (в 2–4 раза) цены металлургического кокса. В структуре затрат коксохимического завода доход от реализации мелочи составляет незначительную часть (обычно 1–3% от выручки), но её утилизация важна для экологии и рентабельности.

Основные факторы, влияющие на рынок коксовой мелочи:

• Качество угольной шихты: использование высокозольных углей увеличивает выход мелочи и снижает её качество.
• Технология тушения: сухое тушение уменьшает выход мелочи на 1–2%, что повышает выход товарного кокса.
• Спрос на агломерат: рост производства стали стимулирует спрос на агломерат, а значит — и на коксовую мелочь.

В России крупнейшими производителями коксовой мелочи являются коксохимические заводы, входящие в структуру металлургических холдингов (например, «Евраз», «Северсталь», «ММК», «НЛМК»). Значительная часть мелочи используется внутри холдингов для собственных агломерационных фабрик.

Экологические аспекты

Коксовая мелочь представляет собой мелкодисперсный углеродсодержащий материал, способный пылить при перегрузке, транспортировке и хранении. Пыль кокса содержит полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), в том числе бенз(а)пирен, обладающий канцерогенными свойствами. Поэтому на коксохимических предприятиях предусмотрены меры по пылеподавлению:

• Орошение водой или специальными растворами при перегрузке.
• Использование закрытых конвейерных лент и бункеров.
• Укрытие штабелей на складах.
• Применение аспирационных систем.

Складирование коксовой мелочи на открытых площадках без защиты от ветра и осадков не допускается согласно санитарным нормам РФ (СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03). При сжигании мелочи в котельных также требуется очистка дымовых газов от твёрдых частиц и оксидов серы.

Интересные факты

• В XIX веке, когда технология коксования только развивалась, коксовая мелочь считалась практически отходом и часто сбрасывалась в отвалы. Лишь с развитием агломерационного процесса в начале XX века она стала востребованным продуктом.
• В некоторых странах (например, в Китае) коксовую мелочь прессуют в брикеты с добавлением связующих веществ (каменноугольный пек, нефтяной битум) для последующего использования в металлургии или энергетике. Брикетирование позволяет повысить механическую прочность и снизить пыление.
• В условиях дефицита коксующихся углей на некоторых заводах пытались использовать коксовую мелочь как компонент шихты для коксования (в смеси с углём), но это приводило к ухудшению качества кокса и снижению производительности печей.

Источники

• «Коксохимическое производство» / под ред. А. Г. Шапиро. — М.: Металлургия, 1985.
• Справочник коксохимика. Том 2: Производство кокса / под ред. В. Е. Привалова. — М.: Металлургия, 1966.
• ГОСТ 2669-96 «Кокс каменноугольный. Технические условия».
• «Технология коксохимического производства» / И. Е. Коробчанский, М. Д. Кузнецов. — М.: Металлургия, 1972.
• «Кокс и химия» (научно-технический журнал), различные выпуски.