زغالسنگ سوخت جامدی است که به عنوان بزرگترین منبع انرژی فسیلی در جهان به شمار می‌رود. از زغالسنگ به عنوان سوخت در نیروگاه‌های تولید برق و در تولید کک مورد نیاز صنعت فولاد استفاده می‌شود. اما حضور ناخالصیهای گوگرد و خاکستر در زغالسنگ، کیفیت آن را تحت تاثیر قرار می‌دهد و کاهش مقدار این ناخالصی‌ها جهت بهبود کیفیت زغالسنگ، جلوگیری از آلودگی زیست محیطی و نیز مساله باران‌های اسیدی ضروری به نظر می‌رسد.
روش‌های موجود گوگردزدایی و خاکسترزدایی از زغال سنگ به دو دسته اصلی فیزیکی و شیمیایی تقسیم می‌شود، در حالی که روش‌های فیزیکی اغلب در حذف ترکیبات معدنی و روش‌های شیمیایی در زمینه حذف ترکیبات گوگردی آلی و معدنی موثر می‌باشند. جداسازی در روش‌های ثقلی، بر اساس اختلاف دانسیته بین زغالسنگ و ناخالصیهای معدنی همراه آن و به طور معمول با استفاده از فرآیند واسطه سنگین صورت می‌گیرد. اما کاهش خاکستر زغالسنگ بیش از حد معینی، با استفاده از روش‌های فیزیکی که در واحدهای زغال‌شویی انجام می‌شود از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست.
در روش شیمیایی با انجام عملیات فروشویی (لیچینگ ۱) و با استفاده از عوامل فروشویی قلیایی و اسیدی و همچنین به کارگیری مرحله‌ای این عوامل، امکان کاهش خاکستر تا کمتر از ۱ درصد نیز فراهم است. فروشویی، انحلال انتخابی یک یا چند جزء کانی در یک حلال مناسب می‌باشد. حلال مورد نظر باید ویژگی‌هایی نظیر ارزان قیمت بودن، سهولت کاربرد و قابلیت بازیافت را داشته باشد. عوامل بسیاری در حل شدن هر ماده جامد در حلال موثر است که از مهمترین این موارد می‌توان به دانه‌بندی فاز جامد، ترکیب شیمیایی کانی، نوع حلال، غلظت حلال، pH، زمان، درجه حرارت و سرعت هم زدن اشاره کرد. انتخاب مناسب شرایط لیچینگ به منظور به حداکثر رسانی درصد حذف و به حداقل رساندن هزینه‌های عملیاتی ضروری است.
خاکستر حاصل از سوختن زغال سنگ دارای ترکیبات متنوع کریستالی و آمورف است که این ترکیبات به صورت آلومیناسیلیکات آهن‌دار همراه با سدیم، آهن، منیزیم، کلسیم، آلومینیوم و سیلیسیم است. ترکیب و خواص خاکستر زغالسنگ وابسته به نوع زغال سنگ و شرایط سوختن آن دارد. خاکستر حاصل از سوختن زغالسنگ‌های بیتومینه و آنتراسیت اغلب شامل اکسید سیلیسیم (SiO۲)، اکسید آلومینیوم(Al۲O۳) و اکسید آهن(Fe۲O۳) و میزان کمی آهک (CaO) و منیزیا (MgO) است.
بر اساس تحقیقات انجام شده، اسید HCl در شستشوی زغال سنگ در دماهای بالا موثر است. شستشوی دو مرحله‌ای زغال سنگ با HF و HNO۳ قابلیت حذف خاکستر تا زیر یک درصد را دارد. از فروشویی شیمیایی هیدروکسید پتاسیم و اسید کلریک در دماهای بالا برای کاهش شدید گوگرد استفاده شده است. در یک تحقیق، مشاهده شد که استفاده همزمان از شناورسازی (فیزیکی) و فروشویی (شیمیایی)، درجات بالایی از کاهش گوگرد و خاکستر زغالسنگ خام را فراهم میکند. تغلیظ زغال سنگ کک شو با Fe۲(SO۴)۳، H۲O۲، CH۳OH و FeCl۳ نیز در حذف خاکستر و گوگرد موثر است. همچنین نرخهای بالاتر کاهش در میزان گوگرد و خاکستر در نمونه زغال سنگ لیچ شده با اندازه ذرات کوچکتر نسبت به ذرات درشت مشاهده شده است.
سیلیس و آلومینا به دلیل تأثیر منفی بر خواص زغال سنگ، ناخالصیهای اصلی محسوب می‌شوند و حذف این ترکیبات اهمیت زیادی برای بهبود اقتصادی و کارایی کلی فرآیند شستشوی شیمیایی دارد. بر اساس مطالعات و تحقیقات انجام شده توسط محققان در این زمینه، برای حذف آلومینیوم از معرف اسیدی و برای حذف سیلیسم باید از یک معرف قلیایی استفاده شود. میزان تاثیرگذاری اسیدهای قوی خیلی بیشتر از عوامل شیمیایی قلیایی قوی است و با توجه به بالا بودن هزینه‌های مواد شیمیایی اولیه، استفاده از این اسیدها ملزم بازیابی مواد مصرفی و استفاده مجدد از آن‌ها می‌باشد.
فلوشیت فرایند فروشویی شیمیایی
۱ Leaching
مراجع
[۱] Meshram P., Purohit B.K., Sinha M.K., Sahu S.K., Pandey B.D., Demineralization of Low Grade Coal – A Review, Renew. Sust. Energy Rev. (RSER), 41: 745-761 (2015).
[۲] Saikia B.K., Dutta A.M., Baruah B.P., Feasibility Studies of De-sulfurization and De-ashing of Low Grade Medium to High Sulfur Coals by Low Energy Ultrasonication, Fuel. (F), 123: 12-18 (2014).
[۳] Sharma D.K., Gihar S., Chemical Cleaning of Low Grade Coals through Alkali-acid Leaching Employing Mild Conditions under Ambient Pressure, Fuel. (F), 70:663-665 (1991).
[۴] Jorjani E., Chapi H.G., Khorami M.T., Ultra Clean Coal Production by Microwave Irradiation Pretreatment and Sequential Leaching with HF Followed by HNO3, Fuel Process. Technol. (FPT), 92: 1898-1904 (2011).
[۵] Mukherjee S., Borthakur P.C., Effects of Alkali Treatment on Ash and Sulphur Removal from Assam Coal, Fuel Process. Technol. (FPT), 85: 93-101 (2003).
[۶] Kusakabe K., Orita M., Kato K., Morooka S., Kato Y., Kusunoki K., Simultaneous Desulphurization and Demineralization of Coal, Fuel (F), 68: 396-399 (1989).
[۷] Steel K.M., Wu Z., Demineralization of a UK Bituminous Coal using HF and Ferric Ions, Fuel (F), 86: 2194-2200 (2007).
[۸] Sriramoju S. K., Suresh A., Lingam R.K., Optimization of Process Conditions for Leaching of Middling Coal, international journal of coal preparation and utilization, 38: 88–۹۷ (۲۰۱۸).