Розробка наукових основ і способів селективної масляної агрегації вугілля

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність проблеми. Аналіз результатів міжнародного вугільного проекту WOCOL і прогнозних оцінок Світової Енергетичної Ради показує, що частка вугілля у використовуваних органічних копалинах, зокрема, первинних енергоресурсах надалі невпинно зростатиме і складе у 2000 році біля 29%, 2010 – 30%, 2025 – 38%, 2050 – 46%. Абсолютні світові витрати вугілля тільки на енергетику (60-70% всього видобутку) за період 1990-2050рр. зростуть з 9,9 до 56 млрд. т умовного палива. Різке підвищення споживання вугілля можливе тільки за умови масового і повсюдного впровадження екологічно чистих вугільних технологій, зокрема, високоефективного вуглезбагачення. Крім того, очікується потужний розвиток нових способів магістрального гідравлічного транспорту вугілля, його піролізу, зрідження, що накладає нові специфічні вимоги на вугільну сировину.

З іншого боку, аналіз стану і тенденцій розвитку вуглезбагачення у світі й Україні показує неготовність галузі до вирішення проблем, обумовлених передбачуваним розвитком споживання вугілля. Традиційні процеси – гравітаційні та флотаційні – майже вичерпали свої технологічні можливості. Нові більш ефективні технічні рішення не опрацьовані, хоча резерв по збільшенню вилучення вугілля тільки в Україні складає ~1,6%. Умови роботи вуглезбагачувальних фабрик надалі погіршуватимуться у зв’язку зі збільшенням зольності і частки дрібних класів 0-1 мм у рядовому вугіллі (до 30% і більше), що пов’язано з інтенсивною механізацією гірничих робіт. Планується залучення до енергетики „солоного” вугілля, технологія збагачення й переробки якого відсутня. Слабко освоюється високозольна сировина (за балансові шлами, відходи збагачення), якої в Україні до 2005 року накопичиться 1525 млн. т

У зв’язку з викладеною ситуацією провідними вугледобувними країнами визнано, що створення новітніх високоефективних екологічно чистих технологій вуглезбагачення є пріоритетним завданням на близьку і далеку перспективу. Особливо актуальна ця задача для України, де частка вугілля в енергобалансі домінуюча, а ступінь забруднення довкілля вища ніж у країнах з адекватним промисловим потенціалом.

До найбільш перспективних належать багатофункціональні технології з універсальними можливостями (збагачення, зневоднення, підготовка до коксування, брикетування, пролізу, зрідження), одною з яких є селективна масляна агрегація тонкого (менше 0,05-0,1 мм) вугілля й вуглевмісних продуктів зольністю до 60-65%. Ця технологія відзначена провідним в Україні інститутом „УкрНДІвуглезбагачення” в числі принципово можливих напрямків удосконалення техніки і технології збагачення вугілля.

Отже, розкриття закономірностей і встановлення якісних та кількісних залежностей фізико-хімічних процесів селективної масляної агрегації для створення високоефективних процесів збагачення і зневоднення тонкодисперсного вугілля та вуглевмісних продуктів і для їх облагороджування в комплексі „збагачення-переробка” (гідротранспорт, піроліз, зрідження, коксування) є актуальною науковою проблемою, що має важливе народногосподарське значення.

Метою роботи є створення наукових основ та способів селективної масляної агрегації вугілля у водній суспензії для радикального підвищення ефективності збагачення і зневоднення тонких класів та використання цих процесів у перспективних технологіях переробки вугільної сировини.

Ідея роботи полягає у використанні фізико-хімічних властивостей вугілля, споріднених з ним органічних реагентів і виникаючих у процесі селективної агрегації гідродинамічних, адгезій них та аутогезійних ефектів.

Методи досліджень. В роботі використано комплексний метод, що включає феноменологічний (за елементарними субпроцесами) розгляд явищ селективної агрегації вугілля та класичний метод гіпотез. При цьому застосовано математичне і фізичне моделювання процесів агрегації та переробки вугільних агрегатів із залученням апарату планування експерименту і обробкою даних на ЕОМ, розроблені нами оригінальні методи препарування вуглемасляних гранул, методи мікроскопії, ІЧ- та УФ-спектроскопії, електронного парамагнітного резонансу, рентгеноструктурного аналізу, вибіркової адсорбції фарбника, кіно- та фоторегістрації, в’язкісно-суспензійний метод визначення товщини граничних плівок реагенту на вугільних зернах, електроосмотичний метод визначення ?-потенціалу, методи технічного та елементарного аналізу вугілля й породи, різноманітні методи оцінки властивостей вугільних агрегатів – їх міцності та липкості.

Основні наукові положення, які виносяться на захист.

На основі теоретичних та експериментальних досліджень сформульовані такі наукові положення.

1. Для агрегації аполярної вугільної та рідкої масляної компонент у водному середовищі необхідно і достатньо забезпечення їх зустрічі й контакту при сумарній швидкості потоку менше деяких критичних значень. При цьому міцність утворюваних вуглемасляних агрегатів прямо пропорційна частці у вихідному вугіллі зерен крупністю менше 0,1-0,2 мм зі спорідненими до масла поверхневими властивостями.

2. Адгезійний зв’язок у між фазній зоні „вугілля – зв’язуюча речовина” для вуглемасляних агрегатів, отримуваних у водному середовищі, забезпечується за рахунок дисперсійних, орієнтацій них та індукційних міжмолекулярних взаємодій, механічних, водневих та хімічних зв’язків, а також виявлених специфічних зв’язків нового типу – надмолекулярних.

Посилення адгезійного зв’язку агрегатоутворюючих компонент досягається збільшенням частки у масляному агенті відкритих компланарних структур, зближенням ступеней полярності контактуючих фаз „адгезив – субстрат” та перевищенням товщини граничної плівки масла над середньою висотою мікровиступів шорсткості вугільних зерен.

3. Інтенсифікація процесу масляної агрегації вугілля у суспензії забезпечується рідким станом зв’язуючого агенту, що зумовлено підвищеним дифузійним потоком тонких вугільних зерен до краплі масла у турбулентному водному потоці, наявністю деформаційної хвилі „димпл” краплі масла при зустрічі „зерно – крапля” і аналітично встановленим співвідношенням домінуючих сил зчеплення омаслених вугільних зерен (капілярних : когезій них), діапазон якого в реальних процесах масляної агрегації складає 2-25.

4. Кінетика процесу селективної масляної агрегації вугілля визначається, головним чином, універсальною сходинковою кривою „діаметр вугільних агрегатів – тривалість агітації пульпи”. Причини сплесків агрегаційної активності пояснюються максимальною початковою поверхнею контактуючих фаз „вугілля – зв’язуюча речовина”, посиленим дифузійним потоком тонких вугільних зерен до крапель масла, а також зміною липкості вугільних агрегатів за рахунок їх структурних змін у турбулентному потоці. При цьому встановлена аналітична залежність для діаметра вугільних агрегатів (гранул, агломератів), що виникають у турбулентному потоці рідини, яка враховує параметри турбулентного потоку, крупніють, густину і форму вугільних зерен, масу агрегату, густину робочої рідини середовища пелетування, міцність одиничного контакту „зерно – зерно” та координаційне число вугільної композиції агрегату.

5. За структурними ознаками необхідно виділяти чотири основні типи вугільних агрегатів, які відрізняються фізичними та технологічними властивостями: І – плівковий, ІІ – менісковий, ІІІ – краплевидний, ІV – місточковий. Вуглемасляні агрегати І типу є сорбентами масла з водної фази, а ІІ та ІІІ типу – десорбентами.

6. При пелетуванні у водо-масляній суспензії полідисперсної вугільної композиції в гранули І типу крупні зерна (переважно крупніше 0,2-0,3 мм) виконують роль центрів агрегатоутворення. Встановлена аналітична залежність діаметра ядра агрегату в структурах типу „ядро – оболонка”, яка враховує характеристики турбулентного потоку робочої рідини, густину цієї рідини та вугілля.

Наукове значення та новизна роботи полягає:

• у створенні фізико-хімічних основ процесу пелетування вугілля у водній фазі як методу його збагачення й зневоднення; зокрема, у формулюванні необхідних і достатніх умов агрегатоутворення, розв’язанні центральної проблеми взаємодії „вугілля – зв’язуюча речовина” у вуглемасляних агрегатах – визначенні природи сил, відповідальних за адгезійний зв’язок інгредієнтів агрегатів, встановленні закономірностей, що характеризують кінетику процесу масляної агрегації;
• розкритті закономірностей протікання гідродинамічних та фізико-хімічних процесів контакту та взаємодії агрегатоутворюючих компонент при масляній агрегації вугілля, а також закономірностей формування первинних та вторинних вугільних структур, їх конгломератів у турбулентному потоці рідини;
• у створенні структурних факторних моделей і одержанні статичних характеристик процесів селективної агрегації вугілля маслами та латексами, що дозволяє визначити канали управління цими процесами, якісні та кількісні залежності вихідних параметрів від вхідних;
• в одержанні математичних моделей процесів селективної агрегації вугілля маслами та латексами, які дають змогу прогнозувати ефективність збагачення вугілля та вуглевміщаючих продуктів, крупніють, липкість та міцність агрегатів у залежності від режимних параметрів;
• у створенні нової класифікації вугільних агрегатів, що, зокрема, дозволило визначити напрямки підвищення екологічної чистоти процесу масляної агрегації вугілля;
• у виявленні вперше таких фізичних ефектів: змін структури вугілля при селективній масляній грануляції; хімічної взаємодії у між фазній зоні „адгезив – субстрат” при селективній агрегації вугілля маслами та латексами; термічного подрібнення вуглемасляних гранул при термоударі; зв’язності грануляційного тіла при гідротранспортуванні; концентрації субмікронних часточок золота на поверзні вуглемасляних агрегатів.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків та рекомендацій підтверджується адекватністю результатів теоретичних і експериментальних досліджень, стендових, полігонних та промислових випробувань, достатнім їх об’ємом, збіжністю результатів при дослідженні одного й того ж явища різними методами, а також застосуванням сучасної техніки та методології досліджень. Об’єм експериментів достатній для того, щоб з імовірністю 0,95 відхилення результатів не перевищувало 10%.

Практичне значення роботи заключається у наступному:

• розроблено нові способи та пристрої для реалізації технології селективної агрегації вугілля маслами та латексами;
• розроблені технологічні схеми і знайдено раціональні режимні параметри процесів селективної агрегації вугілля;
• розроблено методи препарування вуглемасляних гранул для мікроскопічних досліджень їх структури, вдосконалено методику оцінки липкості вуглемасляних гранул /агломератів/ та методику дослідження їх горючих властивостей;
• розвинуто ряд прикладних напрямків використання техніки та технології селективної агрегації вугілля маслами: при підготовці зернистого палива, при приготуванні мазуто-вугільних висококонцентрованих суспензій, облагороджуванні та обезводненні гідротранспортуємого вугілля, піролізі, адгезійному збагаченні золота.

Реалізація результатів роботи. Технологія масляної флокуляції відходів флотації впроваджена на Авдієвському коксохімзаводі. Технологія агломерації високо зольних шламів і апарат для агломерації „ОВЗУМС” прйшли промислову апробацію на ЦЗФ „Росія” ВО „Донецьквуглезбагачення” і рекомендовані для впровадження. Технологія „агломерація – гідротранспорт” увійшла складовою частиною у робочий проект вуглепроводу „Бєлово – Новосибірськ”, використана в технічних рішеннях по вуглепроводу „Кузбас – Урал”, прийнята для включення в „Банк промислової та технічної інформації” (ПТІ ЮНІДО) ООН. Технологія селективної флокуляції вугільних шламів латексами БС-30Ф та БС-50 пройшла промислове випробування на ЦЗФ „Дзержинська” та „Чумаківська” ВО „Донецьквуглезбагачення” й рекомендована до впровадження. Результати роботи використані також в ТЕО будівництва малогабаритної модульної установки брикетування вугільних штибів, виконаному ДПІ та Дондіпрошахтом на замовлення ПЕО „Київенерго” і при розробці ИРГИРЕДМЕТом адгезійної технології збагачення золота з руд та розсипів.

Апробація роботи. Основні положення дисертаційної роботи обговорювалися і одержали схвалення на регіональній нараді по проблемам переробки твердого палива /Фрунзе, 1983/, секції науково-технічної ради УралВТИ „Використання гідро вугілля в енергетиці” /Челябінськ, 1983/, І-й республіканській конференції „Перспективи використання вугілля і його продуктів переробки в народному господарстві” /Донецьк, 1985/, спільному засіданні секцій вченої ради інституту „ВНИИПИГидротрубопровод” /Москва, 1986/, обласній науково-практичній конференції „Раціональне використання вторинних ресурсів” /Донецьк, 1986/, Всесоюзній конференції „Гідротранспорт-86” /Москва, 1986/, 5-й науково-технічній конференції молодих вчених /Свердловськ, 1988/, науково-технічній конференції ДПІ /Донецьк, 1991/, засіданні секції Науково-технічної Ради інституту „ИРГИРЕДМЕТ” /Іркутськ, 1992/, Міжнародній конференції з мінералогії та хімії „Min Chem-92” /Київ, 1992/, Міжнародній конференції по екології Сибіру „Сиб-Еко-93” /Іркутськ, 1993/, Міждержавній науково-технічній конференції „Состояние и перспективы развития научно-технического потенциала южно-уральского региона” /Магнітогорськ, 1994/.

Публікації. По темі дисертації опубліковано 98 наукових рорбіт, в тому числі 33 авторських свідоцтва на винаходи та одна книга. Результати досліджень викладені в 15 наукових звітах.

Структура і об’єм роботи. Дисертація складається з вступу, 7 розділів і висновку, містить 90 малюнків, 40 таблиць, список літератури з 294 найменувань та 8 додатків. Вона викладена на 282 сторінках, загальний об’єм роботи 452 сторінки.

Автор щиро вдячний доктору технічних наук, професору А.Т.Єлішевичу та доктору технічних наук, професору М.П.Зборщику за постійну увагу до роботи і консультативну допомогу при її виконанні, академіку Ф.Д.Овчаренку за консультативну допомогу по проблемам хімії води та адгезійного збагачення золота, а також, к.т.н. Ю.Г.Світлому, д.х.н. В.І.Рибаченку, д.х.н. З.Р.Ульберг, к.т.н. Ю.Ф.Власову, к.х.н. Т.Г.Шендрик, к.т.н. А.М.Хідіятову, співробітникам ДПІ, інженерно-технічним працівникам вуглефабрик за налану допомогу при виконанні експериментальної роботи та впровадженні результатів досліджень.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. Стан проблеми селективної агрегації вугілля

Уніфіковано класифікацію процесів селективної агрегації вугілля, виділено три їх основні різновиди – агрегація електролітами-коагулянтами, полімерами і масляними зв’язуючими. Виконано порівняльний аналіз цих процесів і виділено найбільш перспективні – масляна агрегація (грануляція, агломерація, флокуляція) і селективна флокуляція водонерозчинними полімерами.

Ці пріоритетні напрямки досліджень проаналізовані більш докладно спираючись на теоретичні й експериментальні роботи, промисловий досвід ведучих спеціалістів зазначеної галузі, зокрема, Х..Румпфа, Б.Богеншнейдера, К.Кейпса, С.Ніколя, Г.Бемера, Д.Саркара, Т.Такаморі, Е.Романчука, В.Ердмана, А.Свенсона, А.Єлішевича, Б.Черемонова, В.Небери, В.Шилаєва, А.Беренбека, К.Кубітци, Т.Мурата, Е.Вершуура, Г.Рігбі, І.Нікітіна, В.Курбатова, В.Меротра, І.Засядека, Т.Харада, Т.Мацус, В.Павлака, Е.Романчука та ін.Виконаний огляд та аналіз показав, що системні теоретичні розробки в галузі масляної агрегації вугілля відсутні. З праць де розглянуті окремі елементи теорії найбільшої уваги заслуговують роботи Х.Румпфа, де визначені основні гранулоутворюючи сили.

Для досягнення поставленої в дисертаційній роботі мети були сформульовані і вирішені такі задачі досліджень.

1. Сформувати експериментальну базу даних, достатню для розробки наукових процесів селективної масляної агрегації вугілля.

Зокрема, виконати комплексне дослідження вугілля і реагентів як об’єктів селективної агрегації в суспензії. Визначити принципи підбору раціональних пар „вугілля – зв’язуюче”. Розробити структурні факторні моделі процесів селективної агрегації вугілля маслами і латексами та одержати статичні характеристики цих процесів по найбільш важливим, з технологічної точки зору, каналам. Дослідити кінетику процесу масляної агрегації в суспензії на різній сировинній базі. Шляхом планованого експерименту одержати сімейство математичних моделей, дозволяючих виконувати прогностичну оцінку результатів селективної агрегації вугілля.

2. Розробити теоретичні основи процесів селективної масляної агрегації вугілля.

Зокрема, розробити феноменологічні моделі процесів селективної агрегації вугілля маслами та латексами. Встановити закономірності кожного субпроцесу і дати теоретичну інтерпретацію явищ, що їх супроводжують. Розробити класифікацію вугільних агрегатів по їх ключовим ознакам. Знайти рівняння для розрахунку: витрат масляного агенту, необхідних для пелетування вуглемасляних агрегатів різних структурних типів; діаметра центрального вугільного зерна в структурах „ядро – оболонка”. Розглянути процес масляної агрегації вугілля застосовуючи класичний метод гіпотез. Сформулювати основні теоретичні положення процесу селективної масляної агрегації вугілля.

3. Розвинути прикладні напрямки використання процесів селективної масляної агрегації вугілля.

Зокрема, в галузі гідротранспорту, піролізу, обезводнення, коксування, спалювання вугілля, а також при адгезійному збагаченні золота.

4. Розробити комплекс технічних рішень селективної масляної агрегації вугілля та впровадити одержані результати.

2. Експериментальне обладнання та методика досліджень

У цьому розділі описано розроблене обладнання та методика проведення керованого періодичного процесу селективної агрегації вугілля, які дозволяють кількісно оцінити вхідні та вихідні параметри, збурю вальні діяння.

Узагальнено існуючи дані по обладнанню та методам визначення міцності окремо взятого вугільного агрегату /стиск між площинами і пенетрація/, інтегральної міцності грануляту та пластичної міцності грануляційної речовини. Запропоновано новий критерій оцінки інтегральної міцності – по зміні об’єму або усадці грануляту під дією статичного навантаження.

Докладно описано розроблену автором методику препарування вугільних агрегатів і одержання їх аншліфів для мікроскопічних досліджень структури. Вона дозволяє ідентифікувати інгредієнти агрегатів розміром до 10 мкм. Методика передбачає застосування різних прийомів для підвищення міцності каркасу гранул /агломератів/ спеціальною термообробкою, напівкоксуванням або зниженням температури до -/100-200/?С, з подальшим шліфуванням заправленої в епоксидну смолу гранули за емпірично підібраним алгоритмом.

Виявлено недоліки відомої методики визначення статичної липкості речовини вугільних агрегатів та запропоновано новий метод оцінки цієї властивості по динамічній липкості, яку визначають по формулам:

або (1)

де ?мах – максимальна тривалість відлипання підложки від грануляційної речовини;

Рв – зусилля, що викликає відлипання;

Sпл. – площа пластини-підложки;

?вп.і – тривалість відлипання підложки в і-тому досліді.

3. Експериментальні дослідження процесів селективної агрегації вугілля та вуглевміщаючих продуктів

Проведено дослідження і аналіз вугілля різних стадій метаморфізму як об’єктів селективної агрегації, а також масляних агентів різного походження та латексів як реагент-зв’язуючих. За допомогою ІЧ, УФ-спектроскопії, мікроскопії, технологічного експерименту встановлено, що: агрегацій на спроможність вугілля обернено пропорційна крупнисті вугільних зерен, існує мінімум три характерних крупнисті: 0-0,2 мм – легка гранулюємість; 0,2-0,3 мм – середня й важка гранулюємість; більше 0,3 мм – відсутність агрегатоутворення; частина масляного реагенту проникає у пори вугілля, що обумовлює його непродуктивні витрати; в процесі тривалого зберігання вугілля відбувається зниження йогоагрегаційної здатності, що пояснюється насиченням периферійної частини макромолекули вугільної речовини кисеньвміщаючими сполуками; в прцесі гідротранспортування вугілля протікають окислювально-гідролітичні процеси і зміна макро- та мікрорельєфу вугільної поверхні, що знижує агрегаційну здатність вугілля; існує обмеження по нижній та верхній границі в’язкості для масляних реагентів, використовуваних у процесах селективної агрегації вугілля; висока агрегацій на здатність притаманна зв’язуючим із значним вмістом ароматичних вуглеводнів і полярних груп, а низька – неароматичним структурам зі слабкою поверхневою активністю; флокуляцій на здатність латексів по відношенню до вугілля прямо пропорційна вмісту в них бутадієну.

Дослідження структурної факторної моделі процесу селективної агрегації вугілля маслом показали можливість існування 204 каналів, по яким здійснюється вплив на вихідні параметри. Експериментальними дослідженнями підтверджено існування зв’язків по 108 каналам. Для селективної агрегації вугілля латексом це відповідно 45 та 22 канали. По найбільш перспективним для регулювання процесів селективної агрегації вугілля маслами і латексами експериментально одержані статичні характеристики.

Виявлено, що залежність крупнисті вугільних агрегатів від тривалості агітації пульпи має характерний „сходинковий” вид, є універсальною, не залежить від типу вугілля і зв’язуючого /мал..1/. Виявлено, що зольність вугілля визначає оптимальну щільність пульпи при масляній агрегації /мал..2/. Встановлені раціональні схеми подачі рН-регулятора в процес, раціональні межі режимних параметрів процесів селективної агрегації вугілля маслами і латексами, зокрема, по витратам реагенту, частоті обертання імпелера мішалки-агітатора суспензії, тривалості агітації, а також сформульовані умови агрегатування полідисперсного вугілля.

 

Мал.1 – Узагальнена регресія da(?a) для коалесцентного процесу масляної грануляції: І – швидка флокуляція, ІІ – відсутність росту, ІІІ – вторинна агрегація, IV,VI – обкатування, ущільнення, V – конгломерація

На основі планованого експерименту за допомогою ЕОМ одержано і проаналізовано сімейство трьох- і чотирьох факторних моделей процесів селективної агрегації вугілля маслами і латексами, які розкрвають закономірності цих процесів, слугують експериментальною основою для вивчення їх механізму та забезпечують орієнтований прогноз технологічних результатів процесів. Вихідні параметри моделей: ефективність розділення вугілля й мінеральної компоненти, середня й максимальна крупніють агрегатів, їх липкість, міцність.

Мал.2 – Експериментальні залежності швидкості агрегатування Va від щільності водовугільної суспензії рвс Зольність вугільної композиції: 1 – 65%, 2 – 55%, 3 – 45%, 4 – 35%, 5 – 25%, 6 – 15%

4. Розробка теоретичних основ прцесів селективної агрегації вугілля органічними зв’язуючими

Розвиток теоретичних уявлень про процеси селективної агрегації вугілля органічними реагентами здійснено за допомогою двох методологічних підходів – феноменологічного методу та класичного методу гіпотез. Виходячи з першого виокремлено такі основні елементарні субпроцеси: контакт реагенту з вугільною поверхнею – виникнення адгезійного зв’язку „реагент – вугільна поверхня” – виникнення первинних структур – формування вторинних структур – конгломерація вторинних структур. Аналіз механізму контакту у водній суспензії реагенту-зв’язуючого та вугільних зерен по фазам% „зустріч-зближення-прорив водної плівки-розтікання реагенту” дозволив встановити ,що: 1. головними факторами, впливаючими на механізм контакту, є близька і далека гідродинамічна взаємодія агрегатоутворюючих об’єктів /БГВ, ДГВ/; БГВ залежить від гідрофільно-гідрофобних властивостей поверхонь об’єктів, рН та температури суспензії, жорсткості води, різниці температур „об’єкт-середовище”, форми зерен і числа Rе.2.Для умов селективної агрегації найбільшу вагу мають градієнтний та інерційний механізми зустрічі агрегатоутворюючих об’єктів, менш суттєвий – дифузійний механізм зустрічі.3. Реалізація фази „прорив водної плівки” полегшується виникненням на поверхні крапель масла крупністю 0,1 мм і більше характерної деформаційної хвилі – димплу. 4. На фазу „розтікання реагенту” впливають: крайовий кут змочування, в’язкість реагенту, супутні хімічні взаємодії, кінетична енергія крапель реагенту, зокрема, позитивно – її тангенсіальна складова, градієнт поверхневого натягу /ефект Марангоні/, об’єм краплі.

Кількісною оцінкою БГВ є розклинюючий тиск водних плівок. Формули розрахунку складових цього тиску для умов селективної агрегації вугілля подані в роботі.

Виходячи з класичних уявлень про ефективність зіткнень конденсованих об’єктів, розвинутих у роботах С.Духіна, М.Рульова, Д.Димитрова та В.Левіча нами одержано рівняння для критичного радіусу rкр, при перевищенні якого має місце механізм інерційного зіткнення частинки з об’єктом радіусу R :

(2)

де ? кр – критерій Стокса для rкр. Враховуючи, що ?кр=1/24 /по Л.Левіну/ для R=3; 1 мм маємо rкр=6; 2 мкм.. Отже, при пелетуванні мікронних і субмікронних фракцій /фугати центрифуг магістральних вуглепроводів, сажі і т.п./ необхідна нейтралізація ДГВ, що, за розрахунком В.Левіча, досягається в умовах розвиненої турбулентності. Це для умов „коалесцентного” механізму агрегації. Для умов „амальгамного” механізму нами одержано рівняння критичної /мінімальної/ швидкості Vз.кр. впровадження зерен вугілля у плівку зв’язуючого:

(3)

де Gзв-в – поверхневий натяг на межі „зв’язуюче – вода”,

?в-питома вага вугілля.

Розрахунок для умов масляної агрегації: R=0,1 – 1,0 мм, ?в = 1400 кг/см³, Gзв-в =20*10^-3 Дж/м² дає для Vз-кр=3-10*10^-2 м/с ці умови реалізуються в ядрі потоку турбінної мішалки при Rе = 10⁵-10⁶

Отже, встановлені фактори, закономірності і умови контакту агрегатоутворюючих компонент у водному середовищі. Знайдені шляхи їх реалізації для конкретних, особливо „трудних” об’єктів.

Питома робота адгезії „вугілля – зв’язуюче” відповідно для масел і латексів може бути визначена по рівнянням:

(4)

(5)

де складові відповідають дисперсійним, орієнтаційним та індукційним міжмолекулярним взаємодіям, – водневим зв’язкам, – ? – ? зв’язку, – донорно-акцепторному зв’язку, – електричним взаємодіям „адгезив – субстрат”, – ковалентному полярному, гомеополярному та координаційному зв’язку; – механічна, – релаксаційна, – надмолекулярна складова. відповідає хімічним взаємодіям „вугілля – латекс”.

Наявність складових з великою імовірністю підтверджується отриманими нами даними за допомогою ІЧ – та ЕПР – спектроскопії. Прямих даних на існування складової немає, хоча вона не виключена. Механічна складова існує, очевидно, скрізь за рахунок шорсткості вугільної поверхні, а релаксаційна – за рахунок виникнення граничної плівки зв’язуючого реагенту, товщина якої ha за нашими даними оцінюється в 0,3 – 1,3 мкм. На особливу увагу заслуговує введена нами надмолекулярна складова, наявність якої підтверджується вперше виявленими в наших дослідах змінами в надмолекулярній структурі вугілля при його масляній агрегації. На це вказують дані, одержані за допомогою ренгеноструктурного аналізу. Фізично джерелами можуть бути: мікромеханічні напруги, що виникають при деструкції надмолекулярних утворень /НМУ/ вугілля /складова /, зачепи НМУ вугілля і зв’язуючого // та взаємопроникненнявідкритих НМУ адгезиву та субстрату //. Отже:

(6)

Площа адгезійного контакту „вугілля – зв’язуюче” у вуглемасляних структурах, визначене методом вибіркової адсорбції фарбника, складає 78-87% всієї поверхні вугільних зерен.

Що стосується адгезійних взаємодій „вугілля – латекс”, то вони потребують більш детального розгляду і розкриття складової . Методом ІЧ – спектроскопії нами зафіксована взаємодія вугілля і латексу в місці подвійного С = С зв’зку макромолекули латексу. Це може бути положено в основу підбору латексних реагентів.

Таким чином, розв’язана центральна проблема взаємодії „вугілля – реагент” у вугільних агрегатах, а саме, визначена природа сил відповідаючих за адгезійний зв’язок, особливості адгезійної взаємодії „вугілля – масляний реагент” і „вугілля – латекс”.

Задача визначення закономірностей формування первинних та вторинних вуглемасляних структур вирішена в роботі після опрацювання їх класифікації по структурним ознакам, за якою виділено чотири типи агрегатів: І – плівкові /ущільнені агрегати, характерні наявністю тонких граничних плівок зв’язуючого між окремими зернами вугілля/; ІІ – меніскові /структури з ввігнутими менісками зв’язуючого між зернами вугілля на поверхні агрегату/; ІІІ – краплевидні /краплі зв’язуючого заповнені вугільними зернами/; ІV – місточкові /пухкі утворення – скупчення вугільних зерен, зв’язані місточками зв’язуючої речовини/. Загалом, як в теоретичних, так і в експериментальних дослідженнях запропонована нами класифікація агрегатів виявилася вельми плідною і дозволила диференційовано розв’язати ряд теоретичних та технологічних проблем.

Виходячи з одержаних експериментальних даних і на основі класичних уявлень, розвинутих Х.Румпфом, Б.Дерягіним, А.Зімоном та Тейтом сили зчеплення вугільних зерен у реальних вуглемасляних гранулах І – ІV типів можуть бути визначені з виразів:

(7)

(8)

(9)

(10)

де , – когезійне напруження зв’язуючого в граничних та об’ємних шарах;

S_ko – поверхня між зернами, передаюча когезійне напруження;

G_n, G_нк – поверхневий натяг зв’язуючого і його краплі;

r – радіус вугільних зерен;

К_ш – коефіцієнт шорсткості вугілля;

?_вм – крайовий кут змочування вугілля зв’язуючим;

? – кут розхилу капіляру ( мал.3 );

Fp – сила розклинюючого тиску;

Le – довжина кола екваторіального розрізу краплі-гранули ІІІ типу

Рис.3. До розрахунку сил аутогезійного зчеплення

омаслених вугільних зерен:

I – вугільне зерно;

2 – зв’язуюча речовина.

Розрахунок співвідношення домінуючих сил зчеплення у вуглемасляних гранулах I типу (тільки при їх формуванні), II та IY типів, – капілярних та когезій них, – показав, що головну роль у аутогезійних взаємодіях вугільних зерен грає сила капілярного зчеплення.

Розглядаючи процес формування вторинних вугільномасляних структур та конгломератів гранул і виходячи з наявності розривних сил у турбулентному потоці рідини (джерело яких – градієнт швидкості потоків) нами знайдено рівняння для критичного (максимального) діаметру вугільного агрегату:

де l_м – максимальний масштаб турбулентних пульсацій; F₁ – міцність одиничного адгезійного контакту вугільних зерен (формули 7-10); ? – частина сил відриву, яка йде на подолання сил зчеплення і залежить від кута прикладання цих сил; А_рр – показник степені у рівнянні Розина-Рамлера; К_ч – координаційне число; F_тр – сила тертя зерен при розриві агрегату; Х_m = D³_max – максимальний діаметр вугільних зерен в агрегатоутворюючій композиції; k_f – коефіцієнт форми вугільних зерен; ?_о – питома вага води; ?_в – питома вага вугілля; ?Vl_м – зміна середньої швидкості води на відстані l_м; S_п – максимальна площа перетину агрегату.

Вперше теоретично пояснено різкий сплеск агрегаційної активності на початку агітації (стадія “швидка флокуляція”, мал.1). базовими тут слугують уявлення про дифузійний потік до твердих і рідких об’єктів при турбулентному перемішування суспензії та максимальна початкова зовнішня питома поверхня агрегатоутворюючих фаз. Іншими технологічно важливими наслідками теоретичних викладок є обґрунтування доцільного рівня дисперсності масляної емульсії в процесах масляної агрегації (не менш 1 мкм), максимально доцільної температури пульпи при пелетуванні (80-85°С), екологічно доцільної структури агрегатів (рекомендується I тип), мінімально достатньої кількості масляного агенту для витіснення гідратної плівки води з вугільної поверхні (для мазуту – 3-5 мас.%). Крім того, розв’язана технологічно важлива задача розрахунку витрат масляного реагенту, необхідного для одержання агрегатів різних структурних типів. Для питомого об’єкту зв’язуючого у грануляційній речовині структур I типу маємо:

V^I_з = h_a*?K_ni*S_i*?_i + V_п, (12)

або у інтегральній формі:

де К_ni – ступінь покриття вугільних зерен i-го класу зв’язуючим; S_i, ?_i – зовнішня питома поверхня і вихід i-го класу; V_п – об’єм зв’язуючого, проникного в пори вугілля. Питомий об’єм зв’язуючого для одержання гранул II та III типів визначається емпіричним рівнянням співвідношень, виходячи з V^I_з.

Базуючись на опрацьованій Б.Дерюгіним та В.Левічем теорії інерційного та дифузійного механізмів зустрічей зерен в турбулентному потоці рідини знайдено рівняння для визначення граничного діаметру зерен-зародкоутворювачів гранул і агломератів:

Всі запропоновані рівняння дістали експериментальне підтвердження.

Застосування класичного методу гіпотез дозволило на іншій методологічній базі підтвердити вже знайдені закономірності, а також сформулювати нові теоретичні положення, зокрема, щодо необхідних і достатніх умов агрегатоутворення, ролі дрібних зерен як структуруючого агенту масла-зв’язуючого, властивостей вугільномасляних агрегатів різних структурних типів як сорбентів і де сорбентів масла у водній фазі.

Результати теоретичних досліджень положені в основу розробки нових способів і засобів селективної агрегації вугілля, раціональних технологічних схем цих процесів. Крім того, вони визначають перспективні напрямки подальших експериментальних досліджень.

5.Дослідження технологічних властивостей продуктів селективної агрегації вугілля

У цьому розділі приводяться вперше отримані результати комплексних досліджень технологічних властивостей вугільних агрегатів. Останні розглянуті як об’єкти обезводнення, гідравлічного транспортування, спалювання в топках, коксування, пролізу, а також як носії в процесах адгезійного збагачення золота. Такий підхід дозволив виявити найбільш перспективні галузі застосування вугільних агрегатів, сформулювати основні вимоги споживачів до їх властивостей, створити апостеріорний базис для пошуку оптимальних технологічних режимів агрегації в кожному конкретному випадку застосування процесу і відокремити основні напрямки необхідних досліджень в кожній з галузей.

На основі експериментальних досліджень вперше розроблені рекомендації по раціональному застосуванню механічних методів обезводнення вуглемасляних агрегатів в залежності від їх структурного типу, а саме: – відсаджувальне центрифугування та вакуумна фільтрація рекомендовані для агрегатів I та IY типу; фільтруюче центрифугування – I та II типу; дренування, дугові сита, віброгрохоти, сітчатий конвейєр – II типу; спеціальний метод механічного зриву водної плівки – I та II типу. Застосування останнього дозволяє досягнути кондиційної вологості (9-12%) для коксую чого вугілля, тобто виключити з технологічної схеми термосушку.

Крім того, знайдено: оптимальну крупніють гранул для обезводнення на фільтруючих центрифугах – 1,5 мм; мінімальний рівень вологості гранул, досягає мий їх про сушкою в тонкому (3-4 зерна) шарі – 3,5-4,0%, закономірності дренування вуглумасляного грануляту; максимально допустимий вміст масляного агенту в агрегатах, призначених для обезводнення на відсаджувальних центрифугах – 5-6 мас.%.

При вмісті вуглумазутних гранул в суміші “вугілля-гранулят” в межах 25-75% і F_r = 500 вологість осаду фільтруючої центрифуги може бути визначена по формулі:

де a_F та b_L– коефіцієнти залежні від числа та дальності гідротранспорту суміші.

При F_r = 500 a_F = 14,0; L_гт = 0; b_L = 0,08.

Вперше встановлені раціональні режимні параметри гідро транспортування вугілля в порівнянні з вугільномасляними агрегатами I та II типу. Виявлено, що агрегати I типу за своїми технологічними властивостями як об’єкта гідро транспортування суттєво переважають не агрегатоване вугілля – знижуються на 30-35% втрати напору по вуглепроводу, на 10% критична швидкість гідросуміші, радикально покращується обезводнюваність вугілля (мал.4).

Експериментально показані переваги вуглемасляних гранул як палива у порівнянні з негранульованим вугіллям, що обумовлено їх пришвидшеним на 15-25% періодом вигорання. Вперше зафіксовано фото і кінозйомкою ефект термічного подрібнення гранул при термоударі, встановлені закономірності їх горіння.

Вперше експериментально в полігонних і промислових умовах показана можливість збереження коксуючи властивостей гідротранспортуємого вугілля шляхом його превентивної масляної агрегації з одержанням структур I типу. Якість коксу по показникам М25 та М10, одержаного в промисловій батареї Донецького КХЗ з агломерованої мазутом вугільної шихти після її гідро транспортування на 450 км, вища ніж з вихідної неагломерованої шихти. Виконані роботи дозволяють розширити область застосування дешевого й екологічно чистого гідравлічного способу передачі сипучих матеріалів на коксуючи вугілля.

Вперше експериментально показано працездатність методу адгезійного збагачення золота з руд та розсипів України та Росії при використанні в якості носіїв вуглемасляних гранул, отриманих по запропонованій нами технології. Знайдені речовини-модифікатори, які дозволяють розширити межі застосування адгезійного методу збагачення золота на субмікронні об’єкти.

Вперше зафіксовано ефект позитивного впливу масляної агломерації на результати пролізу малометаморфізованого “солоного” вугілля Західного Донбасу. Агломерація, при інших рівних умовах, збільшує вихід газоподібних речовин на ~ 20%, а смолистих на ~ 3,5%.

6. Розробка нових технічних рішень селективної агрегації вугілля та вуглевміщаючих продуктів

у розділі описані ідеї, суть, мета і переваги основних винаходів, зроблених при виконанні дисертаційної роботи. Загалом у галузі селективної агрегації вугілля маслами та латексами, а також у суміжних прикладних галузях створено 33 нових технічних рішень, на які видано авторські свідоцтва.

Крім того, 2 винаходи одержали позитивне рішення патентної служби, викладених заявок – 1, на розгляді у Укрпатенті – 9 рішень. Це способи збагачення і обезводнення вугілля методами масляної грануляції і агломерації, способи збагачення високо зольних вуглевміщаючих матеріалів методом масляної флокуляції, спосіб флокуляційно-флотаційного збагачення вугілля латексним реагентом, ряд технічних рішень по новій технології “агломерація-гідротранспорт” для енергетичного та коксую чого вугілля, ряд способів підготовки вугілля до спалювання, способи приготування гранул в адгезійному процесі збагачення золота та технічні рішення по апаратам і устаткуванню.

Створені способи та засоби вигідно відрізняються від існуючих, так як дозволяють: переробляти вуглевміщаючу сировину зольністю до 60-65%; забезпечують прискорення процесу масляної агрегації в 1,8-2,0 рази, зниження вологості грануляційного концентрату на 3-4%; дають можливість високоефективного обезводнення без втрат тонких фракцій сильно гідратованого “солоного” та окисленого вугілля, що досягнуто вперше; збільшують вихід вугілля концентрату у флокуляційно-флотаційній технології із застосуванням латексів на 0,3-10%, при зростанні зольності відходів на 3-9%. В галузі гідротранспорту нові, опрацьовані при підготовці дисертації технічні рішення, забезпечують:

– радикальне (в 2-3 рази) зниження вологості осаду відсаджувальних центрифуг приймальних станцій магістральних вугліпроводів; – зниження до мінімуму втрат тонких вугільних фракцій з фугатом і стабілізацію зольності твердої фази фугату на рівні 78-79%; – розширення області застосування гідротранспорту на коксуючи і “солоне” вугілля; – зниження енерговитрат на гідротранспорт вугілля; – кардинальне зменшення затрат на підготовку вугілля на головній станції вуглепроводу за рахунок поєднання процесів “агрегація-гідротранспорт”; – спрощення і здешевлення технології підготовки “солоного” вугілля до переробки за рахунок поєднання процесів “агрегація – обезсолення – гідротранспорт”. Розроблені в дисертації нові способи дозволяють покращити технологічні характеристики водовугільних та мазутовугільних суспендованих палив, зокрема, збільшити їх теплотворну здатність та зменшити зольність. Поєднання процесів селективної агрегації вугілля та приготування палив-суспензій, що виконано вперше, дає новий позитивний ефект, дозволяє без помітного зниження якості рідкого палива зменшити на 30-50% витрати мазуту.

Крім того, в розділі 6 подається аналіз перспектив створення нових технологій переробки вугілля та вуглевміщаючих матеріалів із залученням техніки селективної, зокрема, масляної агрегації, особливо, в галузі пролізу та скраплення вугілля. З числа екологічно доцільних технологій перспективною є підготовка вугільної шихти з використанням техніки масляної агломерації для одержання метало коксу. Один з перспективних процесів, розроблених нами на рівні винаходу, – обернена масляна грануляція, – відкриває новий напрямок в галузі переробки нафтоносних пісків та сланців.

7. Промислові випробування та впровадження процесів селективної агрегації вугілля та вуглевміщаючих продуктів

У цьому розділі наведені результати полігонних, дослідно-промислових та промислових випробувань впровадження розроблених технологій селективної агрегації вугілля маслами та латексами. Описані промислові установки агломерації і флокуляції вугілля, створені на Авдієвському КХЗ, ЦЗФ “Росія”, “Чумаківська” та “Дзержинська” ВО “Донецькзбагачення”. Приведені результати порівняльних випробувань на дослідному полігоні державного науково-виробничого підприємства “Гідротранспорт” шести основних технологічних схем процесу “агломерат – гідротранспорт”, що включають підготовку, передачу гідроспособом і обезводнення енергетичного та коксую чого вугілля. Крім того, викладені результати дослідного запалення аеросуміші вуглемасляного грануляту на вогневому стенді Челябінської ТЕС.

Результати промислових та полігонних випробувань, промислової експлуатації процесу селективної агрегації вугілля підтверджують прогностичні дані лабораторних та стендових досліджень. Основні досягнуті технологічні результати підтверджені в промислових і наближених до них умовах:

• підвищення ефективності збагачення тонко дисперсного вугілля /0-200 мкм/ до 0,75-1,87/ по Трушлевичу, узагальнені дані/ в порівнянні з флотацією, яка забезпечує для тієї ж сировини ефективність збагачення в 0,6-1,13;
• підвищення ефективності обезводнення механічними методами тонколисперсного вугілля до рівня 55,6-71,4%, що суттєво перевищує сучасні засоби (ефективність 37,1-42,2%);
• зниження вологості осаду відсаджувальних центрифуггідротранспортних систем в 2-3 рази в порівнянні з існуючою технологією при дальності гідротранспорту 250-1700 км;
• мінімізація втрат вугільної фази з фугатом центрифуг гідротранспортних систем і забезпечення зольності твердої фази фугату на рівні ? 78-79% традиційна технологія дає A^d_хв ? 60%;
• радикальне зниження деградації коксую чого вугілля в процесі гідротранспортування;
• зниження енерговитрат на гідротранспорт вугілля.

Впровадження результатів роботи дозволили отримати економічний ефект: на Авдієвському КХЗ – 170,4 тис.крб. (реальний по курсу 1986 р.), ЦЗФ “Росія” ВО “Донецькзбагачення” – 39,8 тис.крб. (розрахунковий, по курсу 1987 р.), ЦЗФ “Чумаківська” ВО “Донецькзбагачення” – 23 тис.крб. (розрахунковий, по курсу 1990 р.), від впровадження в проекті вуглепроводу ВНИИПИГТ – 107,3 тис.крб. (розрахунковий, по курсу 1985 р.), в ТЕО модульної установки брикетування вугільних штибів по замовленню ПЕО “Київенерго” – 28,4 млн.крб. (розрахунковий, по курсу 1992 р.). крім того, впровадження результатів роботи інститутом ВНИИПИГТ в новому вугліпроводі “Кузбас-Урал” та інститутом ИРГИРЕДМЕТ в адгезій ній технології збагачення золота дає позитивний екологічний ефект.

8. Висновки

В дисертації вирішена крупна наукова проблема, яка полягає у розкритті закономірностей і встановлення якісних та кількісних залежностей фізико-хімічних процесів селективної масляної агрегації вугілля для створення високоефективних процесів збагачення та обезводнення тонко дисперсного вугілля та вуглевміщаючих продуктів і для облагороджування вугільної сировини в комплексі “збагачення – переробка” (гідротранспорт, піроліз, зрідження, коксування вугілля).

Основні наукові і практичні результати роботи полягають у наступному.

1. Розроблені феноменологічні моделі процесів селективної агрегації маслами і латексами, які включають в себе всі елементарні акти (субпроцеси) і є основою для індуктивного методу дослідження цих процесів. Встановлені основні закономірності елементарних процесів селективної агрегації вугілля маслами і сформульовані необхідні і достатні умови агрегатоутворення. Зокрема, встановлено механізм контакту у водній суспензії реагенту – зв’язуючого та вугільних зерен по фазам: зустріч – зближення – прорив водної плівки – розтікання реагенту. Виокремлені головні фактори, визначаючі механізм контакту, – далека і близька гідродинамічна взаємодія агрегатоутворюючих об’єктів, – і встановлені параметри процесу, які мають домінуючий вплив у кожній з фаз контакту, а також умови реалізації контакту.
2. Розв’язана центральна проблема взаємодії “вугілля – реагент” у вугільних агрегатах – визначена природа сил відповідальних за адгезій ний зв’язок, закономірності і особливості адгезійної взаємодії “вугілля – масляний реагент”, “вугілля – латекс”. Встановлена наявність водневого зв’язку та хімічних взаємодій у між фазній зоні “вугілля – масло”, змін у надмолекулярній структурі вугілля при масляній грануляції. Запропоновано вирази для визначення результуючої роботи адгезії масляних реагентів і латексів на вугіллі та вирази для визначення роботи адгезії речовин з надмолекулярної складової.
3. виконано математичний опис процесів формування вуглемасляних агрегатів. При цьому: – знайдено рівняння і зроблено розрахунок співвідношення домінуючих сил зчеплення вугільних зерен – капілярних та когезій них; – знайдено рівняння для визначення діаметру вугільних агрегатів, формуємих у турбулентному потоці рідини; – встановлені закономірності кінетики агрегатоутворення, зокрема, вперше пояснено ефект сплеску агрегаційної активності на початку агітації водо – масло – вугільної суспензії; – знайдені рівняння для розрахунку втрат масляного агенту, необхідних для одержання агрегатів різної структури та рівняння для розрахунку діаметра центрального зерна агрегатів типу “центр – оболонка”.
4. Запропонована і обґрунтована класифікація вугільних агрегатів по їх структурним ознакам, за якою виділені чотири характерні види агрегатів: I – плівковий, II – менісковий, III – краплевидний та IY – місточковий. Це дозволило визначити напрямки підвищення чистоти процесу масляної агрегації вугілля.

5. На основі комплексного вивчення вугілля та реагентів-зв”язуючих, а також результатів експериментальних технологічних досліджень розроблені структурні факторні моделі процесів селективної агрегації вугілля масляними реагентами та латексами. Одержано і проаналізовано ряд статичних характеристик по каналам найбільш перспективним для регулювання процесів селективної агрегації вугілля маслами і латексами, які дозволили встановити раціональні межі режимних параметрів цих процесів.

6. На основі планованого експерименту за допомогою ЕОМ одержано і проаналізовано сімейство математичних моделей процесів селективної агрегації вугілля маслами і латексами, які розкривають закономірності цих процесів, служать експериментальною основою для вивчення їх механізмів та забезпечують орієнтовний технологічний прогноз результатів агрегації.

7. Вперше в практиці селективної масляної агрегації проведено комплексне дослідження технологічних властивостей вугільних агрегатів як об’єктів обезводнення, гідравлічного транспортування, спалювання в топках, коксування, піролізу і як носіїв при адгезійному збагаченні золота. Це дозволило: розробити рекомендації по раціональному застосуванню механічних методів обезводнення вуглемасляних агрегатів в залежності від їх структурного типу і показати можливість досягнення кондиційної вологості гранульованого вугільного концентрату без застосування термосушки встановити раціональні режимні параметри гідротранспортування /до 2000 км/ вуглемасляних агрегатів; виявити ефект термічного подрібнення вуглемасляних гранул при термоударі і показати переваги гранульованого вугілля як палива; встановити можливість збереження гідротранспортуємого /до 500 км/ вугілля шляхом його превентивної масляної агрегації; показати можливість використання вуглемасляних гранул, одержуваних по розробленій технології, як носіїв при адгезійному збагаченні золота, а також шляхом модифікації поверхні гранул розширити межі застосування адгезійного методу на золотовміщаючі частинки крупністю 0-10 мкм; зафіксувати ефект позитивного впливу масляної грануляції на результати піролізу малометаморфізованого вугілля.

8. Опрацьована методологія дослідження фізичних властивостей та структури вуглемасляних агрегатів, зокрема, розроблена методика препарування вугільних агрегатів і одержання їх аншліфів для мікроскопічних досліджень, методика дослідження горючих властивостей вуглемасляного грануляту, елементи методики оцінки ступеня окисленості вугілля,

9. На основі виконаних експериментальних та теоретичних досліджень створено 45 нових технічних рішення, 35 з яких вже визнані державною патентною службою винаходами: способи селективної масляної грануляції, агломерації, флокуляції, спосіб латексної флокуляції вугілля, способи гідротранспортування, брикетування, коксування, спалювання вугілля із застосуванням техніки селективної масляної агрегації, пристрої для реалізації процесів селективної агрегації вугілля.

10. Виконані розробки дозволяють за рахунок впровадження процесів селективної агрегації підвищити ефективність збагачення тонкодисперсного вугілля, особливо крупністю 0-200 мкм, до 0,75-1,87 /по узагальненим даним, розрахунок по Трутлевичу/, що у порівнянні з флотацією забезпечуючою ефективність збагачення тієї ж сировини в межах 0,6-1,13, є суттєвим кроком уперед.

Ефективність обезводнення цих класів по узагальненим даним при технологічному ланцюгу “агрегація-механічні методи обезводнення” підвищена до рівня 71,4-55,6 %, що переважає сучасну ефективніть обезводнення в ланцюгу “флотація-механічні методи”-37,1-42,2 %

11. Промислова перевірка і впровадження нових технічних рішень селективної агрегації вугілля та вуглевміщаючих матеріалів свідчить про їх високу ефективність і підтверджує достовірність теоретичних та експериментальних результатів роботи: технологія контрольного збагачення відходів флотації на Авдіївському КХЗ методом масляної флокуляції дала реальний економефект від впровадження 170,4 тис.крб по курсу 1986 р.; технологія масляногї агломерації високозольних шламів на ЦЗФ “Росія” ВО ”Донецьквуглезбагачення” показала можливість одержання з вихідної сировини зольністтю 53% концентрату зольністю 18-27% і відходів 76-78% /розрахунковий економефект 39,8 тис.крб по курсу 1987 р./; Технологія “агломерація-гідротранспорт” прийнята для використання в робочому проекті вуглепроводу “Бєлово-Новосибірськ” /розрахунковий еконрмефект – 107.3 тис.крб. по курсу 1985 р,/, використана Інститутом ВНИИПИГТ при обгрунтуванні технічних рішень по магістральному вуглепроводу для коксуючого вугілля Кузбасу/2500 км продуктивність 16 млн.т.рік/, а також взята для включення в Банк промислової та технічної їнформації /БПТЇ ЮПТДО/ ООН технологія селективної флокуляції вугільних шламів латексами БС-ЗОФ та ВС-50 на ЦЗФ “Дзержинська” та “Чумаківська”. ВО “Донецьквуглезбагачення” показала можливості збільшення виходу концентрату .на І,3-3,7% та збільшення зольності флотовідходів на 3-10%; результати роботи використані також в ТЕО будівництва малогабаритної модульної установки брикетування вугільних штибів / розрахунковий економефект для умов ПЕО “Київенерго” – 28,4млн.крб. по курсу травня 1992р./ та при розробці ИРГИРЕДМЕТом адгезійної технології збагачення золота з руд та розсипів.

Основні положення і результати дисертаційної роботи висвітлені в таких публікаціях:

І. Белецкий В.С. Гидротранспорт угля с масляной грануляцией// Промышленный транспорт. – 1984. №б, С. 17.

2. Білецький В.С. Міжфазні взаємодії у вугільно–масляних агломератах// Химическая технология. – Київ; Наукова думка. – І99І. – №5, С.63-68.

3. Белецкий В.С. Исследование структурных изменений углемасляного гранулята при гидротранспорте// Изв.ВУЗов.Горный журнал. – І99І. -№7, С.1-3.

4. Белецкий В.С. Усовершенствованная методика препарирования углемасляного гранулята //Заводская лаборатория. – 1990. – №12, С.65-67.

5. Білецький В.С. Дослідження процесу горіння вуглемасляних агломератів// Термодеструкція вугілля. – Київ;Наукова думка. -1993, С.73-80.

6. Белецкий В.С. Методика исследования горючих свойств углемасляного гранулята // Изв. ВУЗов.Горный журнал. – І99І. -№12, С.8-І2.

7. Белецкий В.С. Способ управления масляной агломерацией/А.с. СССР №1045933 // Открытия. Изобретения. – 1993. – № 37.

8. Белецкий В.С. Обезвоживание и облагораживание гидравлически транспортируемых углей методом масляной грануляции // Тез.всес.конф.”Гидротранспорт-86”.-М.:1986, с.70-71.

9.Белецкий В.С. Экологически чистая технология гидравлического транспортирования угля //Тез.Междунар.конф”Сиб Эко-93”.-Иркутск, 1993.-С.105-106

10. Білецький В.С., Єлішевич А.Т. Аутогезійні взаемодії при утворенні вуглемасляних агрегатів /Термодеструкція вугілля.-Київ: Наукова думка.-1993, с.156-163.

11. Белецкий В.С. Обезвоживание гидравлически транспортируемого угля методом масляной грануляции //Обогащение и брикетирование угля.-М.:ЦНИЭИуголь, вып.3.-1985.

12. Белецкий В.С., Елишевич А.Т., Резников В.И. Способ сохранения технологических свойств коксующегося угля при его дальнем гидротранспорте //Тез.всес.конф.”Гидротранспорт-86”-М.:1986, С.69-70

13. Белецкий В.С., Елишевич А.Т., Карлина Т.В. Способ обезвоживания углемасляного гранулята /А.с. СССР №1152959// Открытия. Изобретения.-1985 №16.

14. Белецкий В.С., Елишевич А.Т., Карлина Т.В. Способ управления процессом масляной агломерации /А.с. СССР №1114469// Открытия. Изобретения.-1984.-№35.

15. Белецкий В.С., Карлина Т.В., Елишевич А.Т. Частичная масляная грануляция угля в магистральном трубопроводе – перспективный метод интенсификации обезвоживания гидросмеси //Обогащение полезных ископаемых: Респ.межвед.науч.-техн.сб.-1985-вып.35,с76-80.

16. Белецкий В.С., Елишевич А.Т., Карлина Т.В. Технические решения по масляной агломерации при гидротранспорте угля //Строительство трубопроводов.-1988.-№5,с38-39

17. Белецкий В.С., Елишевич А.Т., Потапенко Ю.И. Способ обогащения угля по соли /А.с. СССР №1514404// Открытия. Изобретения.-1989.-№38.

18. Белецкий В.С., Елишевич А.Т., Казимирова Н.Н. Способ обогащения и обезвоживания угля /А.с. СССР №1549595// Открытия. Изобретения.-!990.-№2.

19. Белецкий В.С., Сергеев Н.В., Елишевич А.Т. Способ управления процессом масляной агломерации /А.с. СССР №1535632 //Открытия. Изобретения.-1990.-№2

20. Белецкий В.С., Сергеев Н.В., Елишевич А.Т. Способ подготовки углемасляных гранул к сжиганию в топке / А.с. СССР № 1535632 // Открытия. Изобретения. – 1990. – №3.

21. Белецкий В.С., Елишевич А.Т., Макаревич А.Ю. Способ подготовки угля к гидротранспортированию / А.с. СССР № 1557027 // Открытия. Изобретения. – 1990 . – №14.

22. Белецкий В.С., Елишевич А.Т., Казимирова Н. Н. Способ подготовки угля к гидротранспорту / А.с. СССР № 1643358 // Открытия. Изобретения. – 1991. – № 15.

23. Белецкий В.С., Хидиятов А.М. Исследование процесса горения углемасляного гранулята // Теплоэнергетика. – 1991. – №8, С. 66 – 71.

24. Белецкий В.С., Борейко М.К., Сергеев П.В. Исследование изменений электрокинетических свойств окисленного угля в процессе его гидротранспорта // Химия твердого топлива. – 1992. – № 4, С. І08-111.

25. Белецкий В.С., Сергеев П.В., Борейко М.К. К вопросу регулирования электрокинетических свойств углей в суспензиях // Химия твердого топлива. – 1990. №5, С.73-75.

26. Белецкий В.С., Елишевич А.Т. Использование масляной грануляции угля в технологии обогащения россыпных благородных минералов // Переработка мелкодисперсных углей и углесодержащих материалов. – Донецк; ЦБНТИ Минугля Украины. – 1993, С.21-24.

27. Белецкий В.С., Сергеев П.В., Рыбаченко В.И.,Залевский В. Исследование методом ИК-спектроскопии межфазной зоны уголь-латекс при селективной флокуляции угля // Химия твердого топлива. – 1993. – № 5, С. 93-96.

28. Елишевич А.Т., Белецкий В.С.. Кузнецова И.П. Методика препарирования углемасляного гранулята для микроскопических исследований его структуры // Заводская лаборатория.-1984. – № 2, С. 59-60.

29. Влияние кислотно-щелочных воздействий на образование углемасляных конгломератов // А.Т.Елишевич., П.Д.Оглоблин, В.И.Рыбаченко, Ю. Л. Папушин, В.С.Белецкий, К.Ю.Чотий / Химия твердого топлива. – 1984. – № 2, С.1ЗЗ-138.

30. Способ обезвоживания угольной гидросмеси. Н.Д.Оглоблин, А.Т.Елишевич, Ю.Л.Папушин, В.С.Белецкий, Ю.Г.Свитлый., Т.В.Карлина, Л.А.Коткина, О.Е.Григорюк/ А.с. СССР № ІІ25050 // Открытия. Изобретения. – 1984. – № 43.

31. Способ масляной грануляции угля из суспензии уголь-вода Н.Д. Оглоблин, А.Т. Елишевич, В.С. Белецкий, Ю.Л. Папушин, П.В. Сергеев /А.с. СССР №1174464 //Открытия. Изобретения.-1985.-№31

32. Елишевич А.Т., Белецкий В.С., Григорюк О.Е. Исследование пеллетирования угольной гидросмеси с целью её обезвоживания //Изв.ВУЗов.Горный журнал.-1984.-№4,с.105-108.

33. Елишевич А.Т., Белецкий В.С., Карлина Т.В. Обезвоживание угольной гидросмеси методом маслянной грануляции //Обогащение полезных ископаемых: Респ.межвед.науч.-техн.сб.-1984.-вып.34, с. 78-82.

34. Елишевич А.Т., Белецкий В.С., Рыбаченко В.И. Исследование методом ИК-спектроскопии связующих и межфазной зоны уголь –связующие при масляной грануляции //Химия твёрдого топлива.-1985.-№3, с.126-132.

35. Способ обогащения и обезвоживания угля “ОВЗУМС” А.Т. Елишевич., Н.Д. Оглоблин., В.С. Белецкий., А.П. Ильин., А.В. Квасов., В.Е. Гавриленко, В.П. Здравчев., В.В. Кочетов., А.П. Левандович /А.с. СССР №1248661 //Открытия. Изобретения.-1986.-№29.

36. Способ подготовки углемасляного гранулята к сжиганию в топке. Б.Н. Барбышев, А.Т. Елишевич, Н.Д. Оглобли, В.С. Белецкий, А.М. Хидиятов /А.с. СССР №1262204 //Открытия. Изобретения.-1986.-№37.

37. Елишевич А.Т., Белецкий В.С., Свитлый Ю.Г. Гидротранспорт коксующегося угля //Промышленный транспорт.-1986.-№6, с.11

38. Обогащение ультротонких углей //А.Т. Елишевич, Н.Д. Оглоблин, В.С. Белецкий, Ю.Л. Папушин.-Донецк: Донбасс.-1985,с.64

39. Способ подготовки низкореакционного угля к сжиганию. Б.Н. Барышев, В.С.Белецкий, А.Т. Елишевич, Л.А. Коткина, Л.А. Левертовский, Н.Д. Оглоблин, Ю.Л. Папушин /А.с. СССР №1151770 //Открытия. Изобретения.-1985.№15.

40. Исследование гидротранспортирования угля с углемасляными гранулами /Ю.Ф. Власов, Ю.Г. Свитлый, Т.В. Карлина, Н.Л. Креймер, В.С. Белецкий. //Промышленный транспорт.-1983.-№12 с.1

41. Способ подготовки угля к гидротранспортированию с последующим обезвоживанием. Ю.Ф. Власов, В.С. Белцкий, Т.В. Кралина, Ю.Г.Свитлый, А.Т.Елишевич/ А.с.СССР №1158460// Открытия. Изобретения.-1985.-№20.

42. Способ подготовки угля к гидротранспорту. А.Т.Елишевич, Н.Д.Оглоблин, В.С.Белецкий, Ю.Л.Папушин, Ю.Г.Свитлый, Т.В.Карлина/ А.с. СССР №1082723//Открытия. Изобретения.-1984.-№12.

43. Структура и свойства углесвязующих конгломератов /А.Т.Елишевич, Н.Д.Оглоблин, Ю.Л.Попушин, В.С.Белецкий// Изменение свойств угля при химических и физических воздействиях.-Киев: Наукова думка.-1984.с.118-135.

44. Способ обогащения угля Н.Д.Оглоблин, А.Т.Елишевич, В.С.Белецкий, О.В.Григорюк, Н.В.Сергеев/А.с. СССР №1300029// Открытия. Изобретения.-1987.-№12.

45. Способ брикетирования угля. А.Т.Елишевич, Ш.Ж.Курманкулов, В.С.Белецкий/ А.с. СССР №1293203// Открытия. Изобретения. –1987.-№8.

46. Масляная селекция – способ доизвлечения угля из отходов флотации /А.Т.Елишевич, П.В.Сергеев, В.С.Белецкий, В.Е.Гавриленко// Кокс и химия.-1988.-№5.с.9-11.

47. Новые методы обогащения и обезвоживания низкосортных углей /А.Т.Елишевич, В.С.Белецкий, В.П.Сергеев, В.Г.Самойлик// Пути переработки углей Украины. – Киев: Наукова думка. – 1988, с.125-140.

48. Елишевич А.Т., Белецкий В.С., Сергеев П.В. Обогащение и обезвоживание углесодержащих продуктов методом масляной селекции //Обогащение полезных ископаемых: Респ.межвед.науч.-техн.сб.-1988.-вып.38, с63-66.

49. Изменение поверхностных свойств коксующегося угля в процессе дальнего гидротранспорта методом ИК-спектроскопии /А.Т.Елишевич, В.С.Белецкий, В.И.Рыбаченко, Н.П.Гончар// Химия твёрдого топлива.-1989.-№2 с.52-54.

50. Воздействие гидротранспорта на дальние расстояния на технологические свойства коксующихся углей /А.Т.Елишевич, А.Ф.Гребенюк, В.С.Белецкий, И.Г.Дедовец// Кокс и химия.-1989.-№4, с.5-7.

51. Способ получения гранулированного угля. А.Т.Елишевич, В.С.Белецкий, П.В.Сергеев, Л.Н.Мирончик/ А.с. СССР №1527250// Открытие изобретения .-1989.-№45.

52. Сергеев П.В., Белецкий В.С., Елишевич А.Т. Способ обогащения и обезвоживания угля “ОВЗУМС” /А.с. СССР №15584473// Открытия. Изобретения. –1990.-№15.

53. Способ обогащения угольных шламов. А.Т.Елишевич, В.С.Белецкий, П.В.Сергеев, И.Н.Никитин, В.В.Кочетов, А.П.Левандович// А.с. СССР №1720192// Открытия. Изобретения.-1991.-№10

54. Смеситель. Н.К.Бондаренко, Ю.Ф.Власов, Т.В.Карлина, В.С.Белецкий/ А.с. СССР №1560295// Открытия. Изобретения.-1990.-№16

55. Самойлов А.И., Белецкий В.С., Каземирова Н.Н. Способ извлечения нефти из нефтеносных песков /А.с. СССР №1738260// Открытия. Изобретения.-1992.-№21.

56. Елишевич А.Т., Папушин Ю.Л., Белецкий В.С. Обогащение угольных шламов методом масляной агломерации //Кокс и химия.-1991.-№5, С.7-12.

57. Физико-химические основы механизмов взаимодействия при масляной агломерации угля /А.Т.Елишевич, Ю.Л.Папушин, В.С.Белецкий, П.В.Сергеев// Тез.междунар.конф. “MinChem-92” Київ: Наукова думка.-1992.-с.333-340.

58. Самылин В.Н., Белецкий В.С. Методика определения степени окисленности угля //Заводская лаборатория .-1991.-№11 с.42-43.

59. Разработка экологически безопасной технологии извлечения золота из рудного сырья на основе процесса адгезии /В.С.Белецкий, В.П.Бескровная, Г.Б.Ратковский, О.Н.Тихонова, В.К.Чернов// Тес.Междунар.конф. “Сиб Эко-93”.-Иркутск, 1993.-с.105-106

60. Влияние электрокинетических свойств на селективную флокуляцию углей синтетическими латексами /В.П.Сергеев, М.К.Борейко, В.С.Белецкий, И.Н.Никитин// Химия твёрдого топлива.-1993.-№3,с.31-33.

61. Способ подготовки угольной шихты, передаваемой гидротранспортом к коксованию. Т.Н.Джакели, В.Г.Трофимова, С.А.Устиновская, Г.Н.Делягин, О.А.Толочко, В.С.Белецкий// А.с. СССР №1788005// Открытия. Изобретения.-1993.-№2.

62. МаценкоГ.П., Белецкий В.С., Кудрявцев С.Б. Изменения в распределении по классам крупности петрографических компонент кузнецких коксующихся углей при дальнем гидротранспортировании //Химия и физика угля.-Киев: Наукова думка.-1991,с.16-22.

63. Промышленная апробация технологии селективной флокуляции углей латексами / А.Т.Елишевич, П.В.Сергеев, В.С.Белецкий, И.Н.Никитин // Кокс и химия. – 1991. – №11, с.10-11.

У спільних роботах особистий внесок автора полягає у встановленні закономірностей елементарних субпроцесів масляної агрегації вугілля в суспензії /27,34,38,43,47,57/, визначенні раціональних режимних параметрів процесів селективної агрегації вугілля /15,29,32,33,38,46,47,48,56,60,63/, розробці методів досліджень /28,58/, теоретичному оьгрунтуванні і експериментальній апробації засобів масляної агрегації в суспензії /16,54/, розробці суттєвих ознак нових способів і засобів масляної агрегації вугілля, а також способів підготовки вугілля до коксування, спалювання, брикетування, гідротранспорту із застосуванням техніки масляної агрегації /12-24,17-22,30,31,35-42,44,45,51-53,55,61/, в дослідженні технологічних властивостей вуглемасляних агрегатів /23-26,40,49,50,59,62/.