1. Вступ

   Перспектива вичерпання природних запасів нафти та газу і пов'язане з цим збільшення споживання вугілля обумовило підвищений інтерес вчених світу до вугільних технологій. Особлива увага сьогодні надається вивченню спеціальних процесів збагачення вугілля, які відкривають нові можливості по переробці низькоякісної сировини у кондиційні екологічно чисті продукти.

За останні десятиріччя швидкого розвитку набув процес селективної масляної агрегації вугілля (грануляція, агломерація, флокуляція). Помітним є інтерес до нього не тільки фахівців по збагаченню корисних копалин, але й вуглехіміків, теплоенергетиків, транспортників. Масляна агрегація розглядається як перспективний високоефективний спосіб підготовки низькоякісного вугілля до коксування, спалювання, піролізу, а також як багатофункціональний процес підготовки вугілля до зрідження. На частку останнього за прогностичними оцінками Світової Енергетичної Ради у 2050 році припадатиме біля 50% всьго видобуваємого енергетичного вугілля. Крім того, рядом дослідників показано переваги застосування техніки та технології масляної агломерації в магістральних гідротранспортних системах енергетичного і коксуючого вугілля. А останніми роками відкрито новий напрямок досліджень – масляна грануляція вугілля як базовий процес адгезійного збагачення золота і алмазів.

   Одною з найбільш гострих проблем сучасного вуглезбагачення є переробка вугільних шламів з великою кількістю тонких класів. Традиційні методи збагачення (відсадка, збагачення у важких середовищах, гвинтова сепарація, пінна флотація та інші) не забезпечують необхідної ефективності розділення. Це обумовлене, як правило, низькою селективністю розділення ультратонких класів крупністю менше 50–60 мкм.

   Виконані теоретичні і практичні розробки, одержані експериментильні результати, узагальнення світового досвіду процесу селективної масляної агрегації вугілля без сумніву повинні зацікавити фахівців з вугільних технологій.

2. Актуальність теми

    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 2010 – 30%, 2025 – 38 % , 2050 – 46%.  Абсолютні  світові  витрати вугілля тільки на енергетику (60 – 70 % всього видобутку) за період 1990-2050 рр. 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. 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.

   У зв'язку з викладеною ситуацією провідними вугледобувними країнами світу 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  такі, як  селективна агрегація.

3. Наукове значення роботи полягає:

– у розвитку теоретичних уявлень про механізм процесу пелетування вугілля у водній фазі як методу його збагачення й зневоднення;

–  описі 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 одержані статичних характеристик процесів селективної агрегації вугілля маслами, що дозволяє визначити канали управління цими процесами, якісні та кількісні залежності вихідних параметрів від вхідних;

– в одержанні математичної моделі процесу селективної агрега­ції вугілля маслами,  що дає змогу прогнозувати ефективність збагачення вугілля та вуглевміщаючих продуктів;

4. Практичне значення роботи заключається у наступному:

–  удосконалено технологію збагачення тонко дисперсного вугілля масляною агрегацією;

– розроблені технологічні схеми і знайдено раціональні режимні параметри процесів селективної агрегації  вугілля;

– виконано полігонні випробування технології.

5. Огляд досліджень за темою у ДонНТУ

Процес "СМАГ-ГТ"

Протягом 1980-95 років групою науковців Донецького державного технічного університету і Донецького комплексного відділення інституту "ВНИИПИГидротрубопровод" (нині Науково-виробниче об'єднання "Гаймек"), а саме: В.Білецьким, Т.Карліною, А.Єлішевичем, Ю.Світлим, Ю.Власовим та ін. створено ряд перспективних технічних рішень по застосуванню процесу СМА для потреб магістральних гідротранспортних систем.

Як об'єкт досліджень ДонНТУ було прийняте енергетичне і коксівне вугілля, а також шихта коксів­ного вугілля Донбасу і Кузбасу крупністю 0-2; 0-6 мм, зольністю 8,5; 9%. Як зв'язуюча речовина при масляній агломерації вико­ристовувався мазут М100 і М40.

Експерименти по гідро­транспорту проводилися на стен­дах з трубопроводними система­ми замкнутого типу (внутрішній діаметр труб 202 й 104 мм). Масляна агломерація здійснювалася на створеній нами пілотній установці продук­тивністю 5 т/год. Для зневоднення агломерату використана цент­рифуга НОГШ-325 (аналог по числу Fr=2000), а також ежекторна стен­дова установка механічного зри­ву водної плівки.

Процес "МГ-ТЕС"

Технологія масляної агломерації енергетичного вугілля особливо ак­туальна в умовах дефіциту палива, коли на ТЕС відвантажують не тільки незбагачені відсіви, але й високозольні шлами та хвости флотації. Техніко-економічна доцільність застосування цього методу збагачення вугілля в умовах теплоелектростанцій зумовлена:

-  наявністю в технологічній схемі ТЕС подрібнюючого комплексу, що забеспечує повне розкриття органічної маси палива; вторинного тепла для нагрівання пульпи і топочного мазута, який можна використати в якості масляного агента-зв'язуючого;

-  значним підвищенням теплоти згорання збагаченого палива (до 30 МДж/кг), зниженням собівартості виробництва електроенергії;

-  суттєвим підвищенням екологічної чистоти палива за рахунок обеззолення і часткового знесірчення вихідного вугілля.

   Результати виконаних досліджень ДонНТУ процесу СМА були використані при розробці технологічної схеми пілотної установки, її компоновці та апаратурному оформлені в умовах Луганської ГРЕС (1985 р.).

   В основу технології "МГ-ТЕС" було покладено "амальгамний" ме­ханізм процесу. При цьому враховано, що його послідовно протікаючі етапи потребують різних режимних параметрів і тому повинні здійснюватися у автономних апаратах.

6. Огляд досліджень за темою в Україні

Процес "ОВЗУМС"

Метод "ОВЗУМС" (автори П.Сергеєв, В.Білецький, А,Єлішевич, В.Кочетов, А.Квасов, В.Гавриленко та ін.)[3] являє собою подальший розви­ток технології селективної масляної агрегації і призначений для збагачен­ня високозольних вуглевмісних продуктів збагачувальних фабрик - відходів флотації, шламових вод, фугатів центрифуг, і т.п. Характерною особливістю процесу є інтенсивне і короткотривале (1-3 хв) перемішування вуглевмісної суспензії з вугле­водневим зв'язуючим при витратах останнього порядка 1-3 мас.%. В результаті такої обробки пульпи виникають мікрофлокули крупністю 0,1-0,2 мм, а гідрофільні по­родні частинки залишаються у водній фазі. Для виділення сфлокульованого концентрату використовуються відсаджувальна центрифуга або флотаційна машина. Як зв'язуючі при збагаченні коксівного вугілля ви­користані кам'яновугільні смоли. Найбільшу ефективність має масло для омаслення шихти (МОШ), вбирне масло, антраценові фракції, полімер бензольного відділення коксохімвиробництва[3].

Вихідний продукт (відходи флотації) подавали за допомогою насосу, підключеного до хвостової кишені сусідньої флотомашини. Зв'язуюче (МОШ) подавали на всас насосу. Продукт перемішування з турбулізатора самопливом переходив у другу камеру флотомашини. Ця камера (камера розділення) була обладнана стандартним блок-імпелером зі зменшеною вдвічі частотою обертання.