Как анализируют уголь в лаборатории «СЖС Восток Лимитед»? Тайна чёрного алмаза

Все наши читатели наверняка не раз видели каменный уголь. Чёрное, маркое ископаемое со специфическим блеском, которое прекрасно поддерживает горение. Сотрудники нашей редакции тоже неоднократно видели чёрный алмаз. Видели и держали в руках. Но в лаборатории «СЖС Восток Лимитед» (входит в группу SGS) мы впервые взглянули на чёрный алмаз по-новому.

Миллионы лет и бесчисленное количество химических процессов сформировали тот самый уголь, который добывающие компании сегодня достают из недр. Возраст, глубина залегания, особенности вмещающих пород и множество других факторов определили свойства ископаемого топлива.

У разных углей — разные возможности и потребности, и особенности чёрного алмаза определяют технологию работы с ним. Важно лишь максимально точно выявить эти самые особенности. Это и есть задача профильной лаборатории. Площадка «СЖС Восток Лимитед» в Новокузнецке — одна из самых современных в мире, от её сотрудников у угля больше нет тайн.

Фронт работ

Вообще-то, горная и, в частности, угольная промышленность — это только одно из направлений работы компании SGS: здесь и сельское хозяйство, и нефтегазовая отрасль, и энергетика, и химия, и многое другое. Но сегодня мы гостим в Кузбассе — угольном регионе, соответственно, говорить будем об анализе угля. Именно на эту отрасль ориентирован Новокузнецкий филиал компании.

Оказавшись на промплощадке, мы первым делом оцениваем её размеры. Кажется, площади огромные — а нам продемонстрировали далеко не все участки. Везде занятые люди (всего в филиале трудятся 625 человек). Значит, без работы тут не сидят. Специалисты подтверждают: дел хватает.

«То, что вы здесь видите, — это только вершина айсберга. Огромная работа — это инспекция отгружаемой продукции.

Большой объём добытого в Кузбассе угля идёт на экспорт. А для таких поставок необходим анализ продукта, который проводит независимая сюрвейерская компания, то есть мы.

Покупатель должен быть уверен в том, что приобретает товар заявленного качества, а поставщик — подтвердить это самое качество. И здесь буквы SGS — это некая виза: всё-таки компания существует 140 лет и имеет репутацию на международном рынке (речь идёт о головной компании SGS с штаб-квартирой в Швейцарии, — прим. ред.).

Также мы проводим испытания, результаты которых используются для проектирования и строительства будущих обогатительных фабрик или их реконструкции и настройки технологического оборудования. Мы работаем и с керновыми пробами для геологоразведки.

Ещё одно целевое направление — аутсорсинговые лаборатории на территории предприятий. То есть шахта, разрез или фабрика не создаёт свою лабораторию, а использует наш опыт в работе с пробами, в выборе оборудования и т. д.

Варианты сотрудничества различные, от строительства новой лаборатории под ключ силами и средствами SGS до передачи существующих лабораторий предприятий в оперативное управление SGS», — рассказывает управляющий филиалом «СЖС Восток Лимитед» в г. Новокузнецке Владимир Бобров.

«Был период, когда открытие обогатительной фабрики было большим и редким событием. Сейчас фабрики работают практически на всех добывающих предприятиях.

Связано это с запросами рынка: растёт спрос на низкозольный продукт, значит, нужно обогащение. Пользоваться услугами чужой фабрики становится всё менее выгодно. Поэтому сейчас темп роста обогатительных мощностей очень высок: несколько объектов обязательно находятся в стадии проектирования или строительства.

Для этого нужно тщательно спланировать будущую технологию, и это — одно из направлений нашей работы. Проектирование фабрики — очень длительный и трудоёмкий процесс, в нём участвуют несколько организаций, в частности, проектные институты по всей России, с которыми мы сотрудничаем.

Но мы работаем не только с открывающимися фабриками — исследование обогатимости нужно и для работающих объектов. Эту задачу мы полностью решаем своими силами: отбираем пробы, проводим анализы и рассчитываем показатель эффективности.

Каждый собственник заинтересован в том, чтобы мощности были задействованы рационально, приносили наибольшую прибыль. В некоторых случаях для этого нужна корректировка технологии, и здесь мы тоже даём консультацию», — объясняет технический руководитель проектов исследований по переработке угля Дмитрий Завалишин.

«Услуги аутсорсинговой лаборатории особенно востребованы для новых предприятий. У нас есть опыт работы, когда мы полностью брали решение всех задач на себя: проектирование, закупка оборудования, введение в эксплуатацию.

То есть инвестиции растягиваются на довольно долгий период. А запуск своей лаборатории требует огромных стартовых вложений. Компании привлекают в том числе и кредитные средства, поэтому работа с нами избавляет их и от лишних затрат, и от лишних рисков», — дополняет директор лабораторного комплекса Муслим Исмагилов.

Приготовились

Знаете ли вы, что если останавливаться у каждого экспоната Эрмитажа на 2 минуты, то осмотр экспозиции займёт 22 года? О чём-то подобном нам рассказывают, провожая на производственную площадку «СЖС Восток Лимитед»: так специалисты объясняют, почему мы не будем смотреть всё представленное здесь оборудование. Мы просим показать самое интересное.

Первой станцией становится помещение, где происходит регистрация входящих проб. Встречает их девушка-ассистент, которая и ведёт необходимый учёт. Пробы поступают в полиэтиленовых мешках, на бирках мы видим знакомые названия — здесь отметились чуть ли не все кузбасские угольные предприятия.

Двое мужчин в фирменных робах готовят пробы к дальнейшей работе: насыпают материал на противни, здорово напоминающие привычный кухонный инвентарь. Работа пыльная, поэтому обязательный элемент СИЗ — респиратор.

Ещё один элемент — наушники: в цехе стоит звон ударяющихся друг о друга металлических предметов. Негромкий, однако работникам предстоит находиться здесь целую смену. Нас же провожают в небольшое закрытое помещение, расположенное рядом.

«Здесь происходит очень важный процесс — дробление аналитических проб. Сюда поступает уголь большой крупности — такая лаборантам не подходит, и задача сотрудников на этом этапе — правильно приготовить пробу.

Для этого мы используем несколько видов мельниц, например, стержневые истиратели — простое и эффективное оборудование. В каждом истирателе от 4 до 6 стаканов. В каждом из этих стаканов 5–7 пальцев диаметром 20–30 мм. Масса загрузки стакана определяется стандартом на пробоподготовку.

Стержни вращаются, и уголь истирается до необходимой крупности», — показывает начальник испытательной лаборатории Людмила Смолко.

Свойства угля

Признаться, до визита в лабораторию «СЖС Восток Лимитед» мы представляли себе профильное оборудование миниатюрным, обставленным ретортами и колбами, поэтому очень удивились, увидев технику размером в человеческий рост. Часть проб после пробоотбора отправляется не на дробление, а сюда — в помещение, где начинается комплексное исследование обогатимости угля. Эти процедуры, как мы говорили выше, нужны как для строящихся, так и для работающих обогатительных фабрик.

«Такие исследования, как правило, проводят на эксплуатационных пробах массой 1800 кг. Процедура состоит из нескольких больших этапов. Сначала мы проводим ситовый анализ, рассев по классам крупности. Потом для каждого класса крупности проводим фракционный анализ — разделение по плотности, имитация процесса обогащения.

Далее — исследование процесса шламообразования: как будет уголь измельчаться при мокром обогащении. Исследование флотируемости шлама — как мелкий шлам будет обогащаться методом флотации.

На основе всех этих и ряда других исследований мы определяем, какую ценность будет иметь готовый концентрат на рынке», — рассказывает Дмитрий Завалишин.

Коротко описав процесс работ, Дмитрий повёл нас по цеху.

Продемонстрировал ротационный делитель — он помогает выделить представительную часть пробы из пробы большей массы, разные виды дробилок — молотковую, щековую. А остановился рядом с ничем не примечательной внешне установкой. Однако первое впечатление обманчиво.

«Это установка для сбрасывания угля — её мы используем для имитации измельчения угля во время транспортировки. Работает она так: уголь поднимают на высоту 1,8 м, сбрасывают на металлическую плиту. Процесс повторяется два раза.

После этого делают ситовый анализ, сравнивают с результатами такого же анализа, сделанного до испытания, и определяют коэффициент разрушения. Оборудование сделано в соответствии с американским стандартом, соответствует оно и отечественному новому ГОСТ, который работает на территории Российской Федерации с 2015 года.

Мы работаем не только с российскими, но и с иностранными заказчиками — у последних такие исследования особенно востребованы. Австралийские стандарты, например, требуют повторять процедуру 20 раз, а только потом проводить ситовый анализ — по такой схеме мы тоже работаем, если есть запрос.

Впрочем, и российские клиенты всё чаще запрашивают такие исследования, а такая установка — большая редкость в нашей стране», — комментирует Дмитрий Александрович, параллельно демонстрируя работу оборудования.

Производственная магия

А мы уже переходим в следующий зал. Здесь исследуют свойства востребованного в металлургии коксующегося угля. Здесь в лабораторных условиях производят самый настоящий кокс — нам его тоже показывают: это куски причудливой формы, мало напоминающие привычный уголь.

«Видите вон те печи? В них мы коксуем уголь, дроблённый до крупности менее 3 мм, и определяем качества лабораторного кокса.

Важнейшие из них — это индекс реакционной способности и прочность кокса после газификации», — рассказывает Дмитрий Завалишин.

Звучит сложно, а выглядит завораживающе. Сочетание алого пламени печи и спецодежды оператора бронзово-коричневого цвета даёт кадры в стиле стимпанк. Поскольку задействованы высокие температуры, необходимо принять меры безопасности, поэтому на специалисте костюм из сукна, перчатки и очки. На наших глазах реторта отправляется в раскалённую печь.

Процесс идёт так. Из не менее чем килограммовой навески исходного образца выделяют 200-граммовые лабораторные пробы кокса крупностью 19×22 мм. В стальной реторте их опускают в печь, где кокс вступает в реакцию с CO2 при температуре 1100 градусов в течение двух часов. После этого определяется потеря массы кокса — это и есть коэффициент CRI, индекс реакционной способности.

После этого кокс помещают в механический барабан, который вращается со скоростью 20 об/мин. Так он делает 600 оборотов. Затем пробу рассеивают на сите с ячейками 10 мм и определяют массу класса более 10 мм, на основе этих данных определяют прочность кокса после газификации — CSR.

«Таким образом мы имитируем поведение кокса в доменной печи. Подобные испытания (лабораторные коксования и определение показателей CSR/CRI) помогают, с одной стороны, оценить качество угля как компонента шихты для коксования, с другой стороны, оценить готовую шихту для коксования с точки зрения получения кокса с оптимальными показателями CSR/CRI.

В настоящее время требования к коксу — показатель CSR больше 60% и CRI меньше 30%», — комментирует наш спутник.

По фракциям

Пройдя на следующий участок, мы видим стоящие в несколько рядов бачки. Здесь идёт фракционный анализ угля крупностью более 13 мм. Специалисты объясняют: чем больше в угле минеральных примесей, тем выше его зольность. Если разделить уголь по плотности, то отдельные его фракции будут различны по качеству.

В упомянутых бачках — жидкости разной плотности — от 1,3 до 2,8 г/см3.

В них погружают уголь, всплывшие фракции забирают на анализ, утонувшие передвигаются далее — так происходит разделение угля по фракциям.

«Для фракционного анализа мы используем только органические жидкости. На фабриках для этих целей обычно применяют раствор хлористого цинка. Наш подход позволяет работать с более широкой линейкой плотностей и таким образом проводить фракционный анализ более гибко, подбирая решения под цели заказчика», — поясняет Дмитрий Александрович, рассказывая о работе этого участка лаборатории.

Добро пожаловать в лабораторию!

Отсняв за несколько часов все эти угольные метаморфозы, мы, очень довольные собой, отправились в кабинет к Муслиму Исмагилову для финальной беседы.

«Что ж, сейчас попьём чаю и пойдём смотреть лабораторию», — приглашает нас Муслим Салимович. Его очень веселит наше удивление: «Так вы же ещё ничего не видели!».

И правда, мы ведь так и не обнаружили привычную лабораторию — как с картинки: с химической посудой, цветными жидкостями и хитрыми приборами. Помещение, где осуществляется тонкий анализ угля, занимает второй этаж центрального здания новокузнецкой лаборатории, куда мы и направляемся.

Первое, что бросается в глаза, — гендерные перемены. Если раньше мы видели за работой мужчин, то теперь на сцену выходят девушки — в фирменных халатах, очках и перчатках. Лабораторная работа — традиционно девичье дело: здесь требуется усидчивость и внимательность, а это больше женские качества.

Халаты и очки нам, между прочим, тоже выдают — порядок для всех один. И когда наш фотограф по привычке попытался засучить рукава, специалисты обратили наше внимание на то, что у всех сотрудников рукава длинные — это требования безопасности при работе с химикатами.

Всё в угле

Оказавшись на втором этаже, мы наивно попробовали посчитать виды оборудования. Ничего не вышло: таковых здесь несколько сотен. Первое, на что обращает наше внимание Муслим Салимович, это элементные анализаторы ELTRA. Методики анализа здесь стандартные, но интересно, что процесс во многом автоматизирован: умный аппарат сам берёт тигли с карусели, устанавливает их в печь, данные замеров заносятся в компьютер.

«Содержание серы — один из важнейших показателей качества топлива. Это нежелательный и даже вредный элемент, поэтому контроль за ним важен и при работе на российском рынке, и особенно при поставках на экспорт.

Нам повезло: угли, добываемые в Кузбассе, малосернистые, стало быть, качественные. Но всё же, объём поставок исчисляется миллионами тонн, и в сумме — это уже кубометры сернистых соединений. Поэтому такие исследования остаются востребованными», — комментирует наш провожатый.

Просто поразительно, какое количество элементов может содержаться в угле!

Муслим Салимович ведёт нас по лаборатории, объясняя: здесь мы измеряем массовую долю кремния, алюминия, титана, хрома, никеля, ванадия…

Для перевода элементов из зольного остатка в растворённое состояние используются разного рода кислоты — анализы основаны на измерении концентрации элементов в приготовленном аналитическом растворе — спектроскопические методы, в некоторых видах анализа — измерением насыщенности цвета раствора — фотоколориметрия.

Этот участок напоминает богатый кабинет химии: в колбах — причудливого цвета жидкости. И, конечно же, в таких исследованиях задействованы спектрометры: мы замечаем оборудование Thermo Scientific, известное своими возможностями многоэлементного анализа, а также технику Agilent Technologies — известного американского бренда с почти вековой историей.

Особое значение, конечно же, придаётся контролю содержания токсичных элементов. К таковым относится, например, ртуть — спутник, пожалуй, любой горной породы.

Содержание её небольшое, но экологи уделяют этому особое внимание.

То же касается хлора и фтора — высококоррозийных элементов. Мы заглядываем и в ту часть лаборатории, где идут эти исследования.

Специалисты объясняют, что тотальный контроль характерен, в частности, для поставщиков, работающих с Китаем.

Целый зал занимают различные печи, где испытывают спекающиеся и коксующиеся свойства угля.

Здесь оцениваются различные свойства пластической массы коксующихся углей — текучесть, вспучиваемость, толщина, усадка, возможность спекать некоксующуюся добавку и т. д.

«Здесь собран целый комплекс приборов для изучения свойств пластической массы коксующихся углей. На основе этих данных оцениваются коксующиеся свойства образца как компонента шихты для коксования.

Таким образом можно отобрать уголь и угольные смеси, из которых будет производиться кокс лучшего качества. Мы используем очень специфичные методы, поэтому клиенты имеют возможность обращаться к нам с самыми разными задачами.

Кроме того, показатели, характеризующие различные свойства пластической массы угля, являются одними из основных при классификации углей как в российской, так и международной практике.

Достаточно назвать такие широко известные показатели, как толщина пластического слоя, текучесть по Гизелеру, индекс свободного вспучивания, дилатометрия по Одиберу-Арну, индекс спекаемости или индекс G», — отмечает Муслим Салимович.

Физические и механические

Ещё одно направление — лабораторные испытания для определения физических и механических характеристик углей.

Из специфических нам демонстрируют исследование плавкости угольной золы.

«Это важный параметр для оценки и контроля шлакуемости угля, что принципиально при производстве электроэнергии. Температуры при сжигании угля очень высокие, поэтому зола в любом случае оплавляется. И от того, насколько плавкая зола, меняются технологии её удаления из топки.

И смотрите, что мы делаем: есть образцы, мы их нагреваем и отслеживаем температуру, при которой они оплавляются», — комментирует процесс Муслим Исмагилов.

Механическую прочность угля изучают уже в другом зале. Наш провожатый объясняет: на фабрике уголь проходит через различные системы, в частности, классификационные грохота. Чем абразивнее уголь, тем активнее происходит процесс износа. Свойство угля истирать металлические поверхности называется абразивность. Её оценивают специальным методом по износу металлических ножей в процессе испытания.

Другое свойство угля — размолоспособность. Перед использованием на электростанциях уголь проходит процесс дробления и, главное, измельчения в мельницах разной конструкции.

Последний процесс является энергозатратным, а производительность его напрямую зависит от прочности угля. Поэтому ценным в данном случае считается более склонный к измельчению уголь.

А определяют этот показатель — размолоспособность по Хардгрову — путём имитации работы измельчительного оборудования. 50-граммовую пробу помещают в уменьшенный вариант мельницы — он выглядит как стакан со стальными шариками.

Аппарат совершает стандартное число оборотов, уголь измельчается, и количество угля крупностью менее установленного фиксируется как индекс размолоспособности — HGI.

Кто бы мог подумать, что углю суждено такое количество испытаний!

Мы не смогли отразить и половины возможных процессов.

Около двадцати тысяч проб проходит через Новокузнецкую лабораторию «СЖС Восток Лимитед» ежемесячно. Кроме испытания свойств угля в лабораторном комплексе проводятся испытания грунтов, почв, скальных пород, сточных вод и ряд других… Что ж, будет повод вернуться.

БЕЗОПАСНОСТЬ ПРЕЖДЕ ВСЕГО

Лабораторный комплекс в городе Новокузнецке как бизнес-единица «СЖС Восток Лимитед» полностью соответствует международным и российским стандартам качества и безопасности. Работники экспертной лаборатории SGS не только имеют представление о требованиях и стандартах, но и успешно применяют их на практике.

В каждом бизнес-процессе лаборатории проведена оценка рисков, на основании которых были разработаны и внедрены меры по снижению и даже исключению рисков. Благодаря постоянному повышению квалификации работников в области безопасности труда и, безусловно, выполнению требований политик и 15 жизненно важных правил компания смогла достичь высоких показателей уровня культуры безопасности.

---

АО «СЖС Восток Лимитед»
Департамент минерального сырья
e-mail: RU.Novokuznetsk@sgs.com
тел.: +7 3843 32 20 41
www.sgs.ru

---

В лаборатории побывали: Анна Кучумова (текст), Евгений Ошкин (фото)