Главная – Журналы – Поиск по журналам

2025 год стал юбилейным для Федерального исследовательского центра угля и углехимии СО РАН (ФИЦ УУХ СО РАН, Кемерово), а также в 2024 году 50-летие отметил Институт углехимии и химического материаловедения, ныне входящий в состав ФИЦ УУХ СО РАН, хронология становления которого представлена вниманию читателей. С 7 по 9 октября 2025 г. в городе Кемерове состоялся очередной XIV Международный российско-казахстанский симпозиум “Углехимия и экология Кузбасса”, посвященный 10-й годовщине ФИЦ УУХ СО РАН. В данном выпуске журнала “Химия в интересах устойчивого развития” представлены материалы по лучшим докладам участников симпозиума.

Проведено сравнительное исследование выхода газообразных продуктов пиролиза таблетированного образца микрочастиц бурого угля при воздействии импульсно-периодического лазерного излучения (6 Гц, 1064 нм, 0.2-2 Дж/см²) наносекундной (12 нс) и микросекундной (120 мкс) длительности. Лазерный пиролиз образцов угля осуществляли в атмосфере аргона с анализом газообразных продуктов масс-спектрометрическим методом. В составе газообразных продуктов пиролиза угля при воздействии микросекундных импульсов обнаружены молекулы H₂, СН₄, H₂O, СО, СO₂, а в наносекундных - H₂, СН₄, С₂Н₂, СО, СO2. Выход газообразных продуктов и доля горючих газов на единицу плотности энергии лазерных импульсов выше для наносекундного лазерного излучения. Масса продуктов абляции таблетированного образца микрочастиц угля при воздействии импульсов одинаковой плотности энергии наносекундной длительности выше, чем при воздействии импульсов микросекундной длительности. Наблюдаемые результаты связаны с оптическим пробоем, возникающим при воздействии наносекундных импульсов высокой интенсивности, приводящим к увеличению образования газообразных продуктов и генерации более сильной ударной волны, вызывающей вылет частиц из объема таблетки и быстрое разрушение образца.

Приведены результаты лабораторного коксования марок ГЖ, Ж (два концентрата от разных производителей), КЖ + Ж, ОС (два концентрата от разных производителей) в экспериментальной печи с загрузкой 4 кг и исследования полученного кокса. Определена структурная прочность (П_с) образцов кокса в соответствии с ГОСТ 9521-2017. Пробы исследованы методом рентгеноструктурного анализа, определены размеры молекулярно-ориентированных доменов полученного кокса: высота доменов (L_c), длина доменов (L_a), межплоскостное расстояние (d₀₀₂), число ламелей в пакете домена (N). Изучена взаимосвязь между структурной прочностью кокса и химико-петрографическими параметрами угля (выход летучих веществ на сухое состояние, показатель отражения витринита, сумма отощающих компонентов, толщина пластического слоя). Установлено, что структурная прочность кокса имеет квадратичную зависимость по отношению к химико-петрографическим параметрам угля. По результатам экспериментов показано, что для кокса, полученного из марки угля ОС, различие на 0.4 нм по величине L_c и на 0.3 нм по L_a соответствует изменению структурной прочности кокса на 50 %. Для кокса, полученного из марки угля Ж, разность на 0.3 нм по L_c и на 0.5 нм по L_a соответствует изменению структурной прочности кокса на 23 %. Сделан вывод, что показатели L_c и L_a позволяют дифференцировать качество кокса по структурной прочности в отличие от химико-петрографических показателей угля. Приведен общий тренд изменения размеров домена L_c и L_a кокса в зависимости от структурной прочности кокса и стадии метаморфизма угля в ряду ГЖ, Ж, КЖ + Ж, ОС.

Исследована сорбция катионов натрия, серебра, магния, кальция, меди, свинца, марганца, никеля и железа на сульфокатионите, полученном сульфированием некоксующегося длиннопламенного каменного угля ранней стадии метаморфизма Задубровского разреза Кемеровской области. Основной акцент в работе сделан на селективную сорбцию катионов тяжелых металлов (Pb²⁺, Mn²⁺, Ni²⁺, Fe³⁺), представляющих особую опасность для экологии водных ресурсов и жизни человека. Исследуемый сульфокатионит получали обработкой угля концентрированной серной кислотой и олеумом. Динамическая ионообменная емкость сульфокатионита по сильнокислотным группам составляет 1.4 мг-экв. на 1 г Н-формы сухого сульфоугля (0.7 г-экв/дм³). Динамическим методом изучено равновесие ионного обмена протонов в SO₃H-группах сульфокатионита на катионы Na⁺, Ag⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Cu²⁺, Pb²⁺, Mn²⁺, Ni²⁺, Fe³⁺ из водных растворов при 298 К. Показано, что логарифмы исправленных коэффициентов селективности бинарных катионных обменов Cat/Н (Cat = Na⁺, Ag⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Cu²⁺, Pb²⁺, Mn²⁺, Ni²⁺, Fe³⁺) линейно зависят от эквивалентной доли катионов в сульфокатионите на основе длиннопламенного каменного угля. Наклоны прямых отражают энергетическую неравноценность обменных мест, дающих аддитивный вклад в энергию Гиббса системы при изменении противоионного состава сульфокатионита. Исследованный сульфокатионит обладает уникальными свойствами - высокой емкостью и селективностью сорбции катионов металлов из водных растворов. Селективность сорбции катионов тяжелых металлов и факторы разделения металл/протон между фазами раствора и сульфокатионита резко возрастают по мере уменьшения концентрации катионов металла в воде. Выявленная тенденция возрастает в ряду катионов тяжелых металлов: Mn²⁺ < Ni²⁺ < Cu²⁺ < Fe³⁺ < Pb²⁺. Полученные результаты перспективны для разработки методологии глубокой деминерализации воды ионообменной сорбцией катионов металлов сульфокатионитом на основе длиннопламенного каменного угля.

Разработаны катализаторы Pd/N-C, приготовленные на основе углеродного носителя Сибунита, модифицированного введением азота путем обработки в NO в условиях статического реактора. Установлено, что при температурах до 120 °C конверсия муравьиной кислоты выше при использовании системы Pd/N-C в сравнении с немодифицированным катализатором Pd/C. Для идентификации состояний азота и палладия в полученных системах использован метод рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Методом просвечивающей электронной микроскопии изучены тенденции формирования частиц в катализаторах Pd/C и Pd/N-C, а также их термическая стабильность.

Систематическое исследование методом сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (СЭМ-ЭДС) стеклофазы ферросфер, выделенных из летучих зол от пылевидного сжигания угля Кузнецкого бассейна, позволило установить состав стеклофазы. Выделены группы глобул, для брутто-состава полированных срезов которых наблюдается линейная корреляция между содержанием стеклообразующих оксидов кремния и кальция. Установлена неоднородность стеклофазы исследуемых ферросфер по составу и количеству составляющих ее компонентов. Показано, что железо в основном находится в кристаллитах железосодержащих фаз, а кремний - в стеклофазе. Остальные элементы распределены между этими фазами. Показано, что в ферросферах присутствуют микроглобулы разного состава размером менее 1 мкм, локализованные в аморфной стеклофазе, наличием которых обусловлена ее химическая неоднородность, а состав микросфер, как и состав ферросфер в целом, определяется минеральными компонентами исходного угля. Прекурсором для образования стеклофазы ферросфер служат алюмосиликаты исходного угля.

При помощи термодинамических расчетов с учетом элементного состава, диапазона температур и соотношения С/Н определена возможность генерации ацетилена путем пиролиза в водородной плазме углей шести разрезов месторождений Восточной Сибири: Тулунуголь ПУ Мугунский (уголь марки 3БР, Иркутская область), Чадан (уголь марки ГЖ, Республика Тыва), Зашуланский (уголь марки Д, Забайкальский край), Ирбейский (уголь марки 2БР, Красноярский край), Черемховуголь (уголь марки Г, Иркутская область), Каахем (уголь марки Г, Республика Тыва). Результаты термодинамических расчетов представленных углей показывают принципиальную возможность получения ацетилена из всех шести рассмотренных сортов угля. Настоящие результаты могут быть использованы при разработке технологии получения ацетилена и других соединений при пиролизе в водородной плазме углей месторождений Восточной Сибири.

Изучена зависимость показателей термического разложения образцов угля Кузбасского и Печерского бассейнов от их влажности при определении склонности к самовозгоранию методом термогравиметрического анализа. Рассчитаны скорости изменения массы и определены характерные температуры (начала прироста массы, максимальной скорости изменения массы) при нагревании угольных проб в диапазонах температур 120-300 и 300-900 °С. Установлено, что скорость прироста массы в интервале 120-300 °С в 10 раз выше для склонных к самовозгоранию углей Печорского угольного бассейна, а в интервале 300-900 °С - не зависит от склонности углей к самовозгоранию. Показано, что с повышением содержания влаги в угле увеличивается скорость процессов термического разложения угля в диапазоне температур 25-200 °С. Влияние содержания влаги в угле на показатели (температуру начала реакции окисления и прирост массы), характеризующие реакцию окисления угля в ходе его исследования методом термогравиметрического анализа, не установлено.

В результате исследования фазового состава частиц наносплава Ni-Pt методом рентгенофазового анализа (РФА) установлено, что при синтезе частиц наносплава Ni-Pt совместным восстановлением водных растворов прекурсоров металлов (Ni²⁺ и [PtCl₆]^2-) щелочным раствором гидразингидрата происходит формирование частиц твердого раствора Ni-Pt с гранецентрированной кубической структурой (ГЦК-типа) cо средним содержанием Ni 13 ат. %. Эти частицы имеют эллипсоидную форму с экваториальными и аксиальными размерами 6-13 и 10-28 нм соответственно. При сопоставлении результатов РФА с данными, полученными методами просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения (ПЭМ ВР) и малоуглового рентгеновского рассеяния (МУРР), было показано, что в синтезируемых образцах помимо описанных выше частиц твердого раствора Ni-Pt присутствуют ультрадисперсные частицы более богатые никелем: фазы интерметаллидов Ni-Pt и ГЦК-фаза индивидуального Ni. В результате прогрева образца с общим содержанием Ni 20 ат. % в высоком вакууме до температуры 390 °С происходит фазовая трансформация, приводящая к формированию частиц твердого раствора Ni-Pt ГЦК-типа c содержанием Ni 23 ат. % и средним размером ≈26 нм, а также частиц практически чистой платины со средним размером ≈55 нм.

Проблема переработки и утилизации золошлаковых отходов объектов теплоэнергетики не решена как в целом по России, так и в Кузбассе. В настоящей работе исследованы золошлаковые (шлак, зола-унос Кемеровской ГРЭС, Беловской ГРЭС и Кемеровской ТЭЦ) и родственные отходы (кек и порода обогатительной фабрики) предприятий топливно-энергетического комплекса Кузбасса физико-химическими методами для оценки оптимальных путей их переработки. Методом рентгенофазового анализа показано наличие кварца во всех исследуемых образцах, в породах и кеке - углеродоподобных фаз, в шлаках и подавляющем числе зол-уноса - стекловидных фаз. Проведен анализ материалов методом атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой при автоклавном вскрытии пробы смесью азотной и соляной кислот, для пород и кека выполнен рентгенофлуоресцентный анализ. Содержание элементов в пробах, оцененное по данным атомно-эмиссионного анализа, коррелирует с данными рентгенофлуоресцентного анализа. Зола-унос и золошлаковые материалы различаются по составу: зола-унос беднее по содержанию магния и железа. Показано, что стеклование золы и шлака при высоких температурах сгорания затрудняет кислотную экстракцию элементов. Апробирована методика кислотного выщелачивания азотной кислотой с последующим осаждением раствором аммиака и щавелевой кислотой. Во фракции нерастворимых гидроксидов с преобладанием макроэлемента алюминия наблюдается концентрирование редкоземельных элементов, в частности европия - до 144 г/т. Низкое содержание кальция, высокое содержание кремния и алюминия позволило предложить в качестве основного пути переработки отходов предприятий топливно-энергетического комплекса Кемеровской области (Кузбасса) производство силикатных продуктов с возможностью выделения редких и редкоземельных элементов.