В дисертаційній роботі вирішена важлива наукова проблема встановлення закономірностей формування вугільних флокул за різними механізмами їх утворення, а також якісних та кількісних залежностей процесів селективної флокуляції вугілля гідрофобними органічними реагентами від технологічних параметрів. Встановлення закономірностей формування вугільних флокул дозволило обґрунтувати застосування гідрофобних реагентів (масел та синтетичних латексів) в якості селективних флокулянтів, вибирати режимні параметри процесів селективної флокуляції вугілля в залежності від властивостей сировини і вимог до якості продуктів збагачення, в цілому значно підвищити ефективність збагачення та зневоднення тонких класів вугільних шламів. Це забезпечило подальший розвиток теорії процесів селективної флокуляції вугілля маслами та синтетичними латексами, а також удосконалення на цій основі промислових технологій збагачення тонкодисперсного вугілля. Основні наукові і практичні результати, висновки і рекомендації роботи полягають у наступному. 1. Процеси селективної флокуляції гідрофобними органічними реагентами є перспективним напрямком збагачення та зневоднення тонкодисперсних вугільних шламів. Однак, протиріччя та недостатність експериментальних досліджень, відсутність чітких теоретичних положень, низька надійність та обмеженість рекомендацій стримують широке використання цих процесів в промисловості. 2. Розроблені структурні (феноменологічні) моделі процесів селективної флокуляції вугілля маслами та синтетичними латексами. Аналіз моделей показав, що вони мають як загальні, притаманні обом різновидам процесу, так і специфічні, притаманні для кожного з них, закономірності механізму флокулоутворення, обумовлені відмінностями в природі та властивостях масляних та латексних реагентів. 3. Сумарне число зіткнень частинок вугілля і флокулянта буде визначатися проявом і відносним внеском різних механізмів їх зустрічей. Для зерен вугілля і частинок реагенту крупністю менш 10-100 мкм характерний турбулентний дифузійний механізм зустрічей, а для зерен і частинок крупністю більше 100 мкм - турбулентний інерційний. В «пристінних» шарах гідросуміші товщиною 30-200 мкм можливий градієнтний механізм зустрічей. Зростання інтенсивності турбулентного перемішування водовугольної гідросуміші з флокулянтом збільшує число зустрічей за найбільш ефективним інерційним механізмом. 4. Адгезійні контакти флокулянту з вугільною поверхнею обумовлені не тільки простою фізичною адсорбцією флокулянта за рахунок міжмолекулярних ван-дер-ваальсових сил, але й проявом специфічних і хімічних взаємодій, зокрема, водневих. Ці зв’язки різко збільшують міцність адґезії та визначають її вибірковість. 5. Міцність адгезійного закріплення масляного реагента на вугільних частинках тим вище, чим більша концентрація в реагенті і на вугільній поверхні кисневих функціональних груп, найпростіших і конденсованих ароматичних сполук з невеликою кількістю (не більше 2 або 3) бензольних ядер. Флокулююча здатність реагентів-нафтопродуктів та їх композицій є функцією їх групового хімічного складу і властивостей. Вона зростає в міру збільшення густини, в'язкості, молекулярної маси індивідуальних сполук, а також вмісту ароматичних сполук. Ефективність селективної флокуляції вугілля композиційними реагентами на основі продуктів коксохімії залежить від ступеня хімічної зрілості вугілля та ароматичності масляного флокулянта. По мірі зростання хімічної зрілості вугілля для його ефективної флокуляції потрібно підвищувати ступінь ароматичності композиційного флокулянта. 6. Залежності крупності вугільних флокул від тривалості селективної флокуляції носить двоступінчастий характер. Для першого ступеня характерний швидкий контакт зерен вугілля з реагентом на гідрофобних ділянках поверхні з виникненням первинних агрегатів. Після цього наступає найбільш тривалий період контактів первинних агрегатів за дифузійним механізмом. Вторинне укрупнення флокул (друга ступінь) обумовлене переходом від дифузійного до переважно інерційного більш ефективного механізму зустрічей первинних агрегатів. Кінетична залежність вилучення вугільних фракцій у концентрат при селективній флокуляції синтетичними латексами змінює характер від екстремальної при низькій до убутної при високій зольності вихідного вугілля. Ця зміна обумовлена негативним впливом мінеральної компоненти на процес селективної флокуляції латексами. 7. Адгезійна міцність вуглелатексних комплексів тим вища, чим більший вміст у глобулах бутадієнового мономеру. Латекси з рівномірним розподілом електронної щільності між вуглецевими атомами полімерного ланцюга мають низьку флокуляційну здатність до вугілля. Адґезія латексів до вугілля зростає з підвищенням вмісту в полімері йонногенних груп. Особливою умовою для агрегаційної ефективності латексу є наявність у його макромолекулі подвійних С=С-зв’язків. Максимальна міцність вуглелатексних комплексів досягається на вугіллі середнього ступеню метаморфізму. 8. Вторинна агрегація обмаслених вугільних часток в мікрофлокули відбувається по аутогезійному механізму. Найбільша ефективність аутогезійного контакту досягається при контакті вугільних зерен по граничних шарах масляного реагенту, що мають максимальну когезійну міцність за рахунок структурованості адгезиву. Раціональні межі витрат флокулянта повинні забезпечувати товщину плівки флокулянта на твердій поверхні не більш 50-200 нм, оскільки подальше збільшення товщини плівки флокулянта практично не позначається на міцності закріплення масляного флокулянта на вугільній поверхні. 9. Розроблені аналітичні вирази для визначення раціональних витрат масляного флокулянта, ступеню покриття вугільної поверхні масляним флокулянтом та діаметру масляних крапель в залежності від фізико-хімічних характеристик вугілля і флокулянтів, а також конструктивних особливостей апаратів флокуляції та режиму перемішування. 10. При флокуляції вугілля латексами формування полімерних ланцюжків між вугільними частинками можливе при потенціалі поверхні латексних глобул не менше 50 мВ. При менших значеннях цього потенціалу латекси втрачають флокуляційну здатність внаслідок швидкого зникнення агрегаційної стійкості. Латекси з великим вмістом в полімерному ланцюгу дисоціюючих груп, які створюють високий енергетичний бар’єр відштовхування глобул, мають знижену флокуляційну здатність. Міцність латексних місточків, що зв’язують вугільні частинки, визначається кількістю і крупністю глобул в зкоагульованій структурі, а також міцністю адгезійних і когезійних зв’язків „вугілля-латекс” та „глобула-глобула”. Довжина латексних містків в межах 100-300 нм забезпечує максимальну міцність вуглелатексних флокулі, і, відповідно, селективність розділення. При довжині латексних містків менше 100 нм можливе ослаблення зв'язків між вугільними частинками у флокулі за рахунок посилення в зоні контакту іонно-електростатичних сил відштовхування. При довжині зв'язків більше 100-300 нм в зоні контакту зникають дальні взаємодії (притягування) вугільних часток у вторинному потенційному мінімумі за рахунок міжмолекулярних ван-дер-ваальсових дисперсійних сил. Одержаний в роботі аналітичний вираз дозволяє теоретично оцінити оптимальні межі витрат флокулянта залежно від властивостей вихідного вугілля, колоїдно-хімічних характеристик використовуваного синтетичного латексу і довжини місточкових зв'язків 11. Інтенсифікація процесу вакуумного фільтрування флотоконцентратів за допомогою латексів обумовлена значним (в десятки разів) зменшенням питомого опору осаду за рахунок агрегації тонкодисперсних вугільних частинок в мікрофлокули. Це суттєво збільшує пористість осаду, знижує його опір, внаслідок чого зростає швидкість фільтрації води. 12. На основі планованого експерименту за допомогою ПК одержано і проаналізовано сукупність математичних регресійних моделей процесів селективної флокуляції вугілля маслами і латексами, які розкривають закономірності зміни цих процесів, дозволяють визначити характер і ступінь впливу на них основних технологічних факторів, є експериментальною основою для вивчення їх механізмів і забезпечують орієнтовний технологічний прогноз результатів флокуляції в промислових умовах. Дослідно-промислова апробація розроблених технологій селективної флокуляції вугілля гідрофобними органічними реагентами на ряді збагачувальних фабрик України свідчить про їх високу ефективність на широкій низці шламів коксівного та енергетичного вугілля і підтверджує достовірність теоретичних і експериментальних результатів роботи. Розрахунковий річний ефект від впровадження технології на ЦЗФ „Дзержинська” складає 2,35 млн. грн в цінах 2005 року. Основні положення і результати дисертації опубліковані у наступних роботах: 1. Сергєєв П.В., Білецький В.С. Селективна флокуляція вугілля.-Донецьк: ДонДТУ, УКЦентр, 1999.- 136 с. 2. Нікітін І.М., Сергєєв П.В., Білецький В.С. Селективна флокуляція вугільних шламів латексами.- Донецьк: ДонДТУ, Східний видавничий дім, 2001.- 152 с. 3. Білецький В.С., Сергєєв П.В., Папушин Ю.Л. Теорія і практика селективної масляної агрегації вугілля. –Донецьк: Грань, 1996.- 264 с. 4. Перспективы освоения соленых углей Украины / В.С. Белецкий, С.Д. Пожидаев, А. Кхелуфи, П.В. Сергеев / - Донецк: ДонГТУ, УКЦентр, 1998.- 96 с. 5. Сергеев П.В. Гидродинамические предпосылки селективной флокуляции углей гидрофобными органическими реагентами // Збагачення корисних копалин: Наук. техн. зб.- 1999.- Вип.5(46).- С. 88 – 93. 6. Сергеев П.В. Рациональный состав флокулянтов при селективной агрегации углей маслами// Збагачення корисних копалин: Наук.техн.зб.- 1999.- вып.4(45).- С.114 – 118. 7. Сергеев П.В. Оценка механической прочности микрофлокул при селективной флокуляции углей маслами // Збагачення корисних копалин: Наук .техн. зб.- 2002.- Вип.14(55).- С. 74-78. 8. Сергеев П.В. Рациональные пределы расхода флокулянта при селективной флокуляции по пленочно-адгезионному механизму // Разработка рудных месторождений: Научн. техн. зб.- Кривой Рог, 2003, Вып. №84. – С. 94-100. 9. Сергєєв П.В. Інтенсифікація процесу зневоднення вугільних шламів фільтруванням за допомогою латексних флокулянтів // Наук. праці Донецького національного технічного університету, серія гірничо-електромеханічна, Вип.83, 2004.- С. 272-278. 10. Сергеев П.В. Рациональные пределы расхода латекса при селективной флокуляции угольных шламов // Збагачення корисних копалин: Наук. техн. зб.- 2004, - Вип. 21 (62).- С. 63-70. 11. Сергеев П.В. Рациональные пределы расхода флокулянта при селективой флокуляции угля маслами // Збагачення корисних копалин: Наук. техн. зб.- 2005, -Вип. 23 (64).- С. 107-112. 12. Сергєєв П.В. Селективна флокуляція вугілля композиційними реагентами на основі продуктів коксохімії // Углехимический журнал.-2005, № 1-2, С. 41-45. 13. Сергєєв П.В. Механізм формування латексних коагуляційних структур при селективній флокуляції вугілля // Збагачення корисних копалин: Наук. техн. зб.- 2007, Вип. 29(70) – 30(71).- С. 130-135. 14. Никитин И.Н., Сергеев П.В. Обогащение угля методом селективной флокуляции // Кокс и химия, 1990.- № 5.- С. 54-55. 15. Промышленная апробация технологии селективной флокуляции углей латексом / А.Т. Елишевич, П.В. Сергеев, В.С. Белецкий, И.Н. Никитин // Кокс и химия. - 1991, № 11. - С. 10-11. 16. 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. 108 -111. 17. Влияние электрокинетических свойств на селективную флокуляцию углей синтетическими латексами / П.В.Сергеев, М.К.Борейко, В.С.Белецкий, И.Н.Никитин // Химия твердого топлива. - 1993, № 3. - С. 31-35. 18. Сергеев П.В., Белецкий В.С., Елишевич А.Т. Принципы подбора и модификации связующих для процессов масляной агломерации угля // Химия твердого топлива. - 1993, № 4. - С. 26-29. 19. Исследование методом ИК-спектроскопии межфазной зоны уголь-латекс при селективной флокуляции угля / В.С. Белецкий, П.В. Сергеев, В.И. Рыбаченко, В.И. Залевский // Химия твердого топлива. - 1993, № 5. - С.93-96. 20. Закономерности селективной флокуляции углей / П.В. Сергеев, В.И. Залевский, А.Т. Елишевич, Л.Я. Галушко // Химия твердого топлива. - 1995, № 6. - С. 3-8. 21. Сергеев П.В., Залевский В.И. Исследование кинетических закономерностей селективной флокуляции углей латексами / Збагачення корисних копалин: Наук.-техн.зб.- 2005, -Вип. 24 (65).- С.37-42. 22. Білецький В.С., Сергєєв П.В. Стійкість гранул-носіїв у процесах адгезійного збагачення // Збагачення корисних копалин: Наук. техн. зб.- 2001.- Вип.11(52).- С. 118 – 123. 23. Білецький В.С., Сергєєв П.В. Математичне моделювання процесу адгезійного контакту “вуглемасляна речовина - золото”// Наукові праці Донецького державного технічного університету, серія гірничо-електромеханічна, Вип. 42,- Донецьк, ДонДТУ, 2002, С. 39-42. 24. Гаркушин Ю.К., Сергєєв П.В., Білецький В.С. Стан та перспективи переробки вугільних шламів // Збагачення корисних копалин: Наук. техн. зб.- 2003, Вип. 17(58).- С. 143-149. 25. Сергеев П.В., Залевский В.И. Закономерности селективной флокуляции антрацитов синтетическими латексами // Збагачення корисних копалин: Наук. техн. зб.- 2004.- Вип.19(60).-С. 66-71. 26. Білецький В.С., Сергєєв П.В., Протасов Ю.О. Дослідження збагачення вугільних шламів селективною флокуляцією в умовах гідротранспорту // Збагачення корисних копалин: Наук.-техн.зб.- 2005, -Вип. 23 (64).- С.119-122. 27. А.с.1720192 СССР, М. Кл5 В 03 В 7/00. Способ обогащения угольных шламов / А.Т. Елишевич, В.С. Белецкий, П.В. Сергеев, И.Н. Никитин, В.В. Кочетов, А.П. Левандович - № 4478258/03; Заявл. 01.09.88; Опубл. 15.11.91. 28. Сергєєв П.В. Дослідження механізму селективної флокуляції вугілля синтетичними латексами // Геологія і геохімія горючих копалин.-1999.- № 4. – С. 76 – 82. 29. Теоретические основы окомкования углей и углесодержащих материалов / А.Т. Елишевич, Ю.Л. Папушин, А.И. Самойлов, В.С. Белецкий, П.В. Сергеев, О.Е. Григорюк, Г.Н. Залевская // Геологія і геохімія горючих копалин.- 1994, №1-2 (86-87).- С.107-114. 30. Дослідження кінетики знесолювання обмасленого вугілля / В.С. Білецький, П.В. Сергєєв, А. Кхелуфі, Т.Г. Шендрік // Геологія і геохімія горючих копалин.-1998, № 2 (103) – С. 85-89. 31. Физико-химические основы механизмов взаимодействия при масляной агломерации угля / А.Т. Елишевич, Ю.Л. Папушин, В.С. Белецкий, П.В. Сергеев - Материалы международной конференции MinChem’92. - Київ, 6-9 жовтня, 1992. - С.333-340. 32. Селективная флокуляция углей латексами как способ интенсификации процесса флотации / П.В. Сергеев, В.И. Залевский, В.С. Белецкий, А.Т. Елишевич, Н.И. Мельник // Переработка мелкодисперсных углей и углесодержащих материалов. - Донецк: ЦБНТИ Минугля Украины. - 1993. - С.12-15. 33. Повышение экологической чистоты углепереработки с помощью техники гранулирования угля / А.Т. Елишевич, Ю.Л. Папушин, В.С. Белецкий, П.В. Сергеев, А.И. Самойлов, О.Е. Григорюк. - Тез. межгосударств. научно-технич. конф. “Состояние и перспективы развития научно-технического потенциала Южно-Уральского региона”. - Магнитогорск, 16-21 мая 1994. - С.114-116. 34. Preparation of salty coals with oil-agglomeration technology / V. S. Biletskyi, A. Kheloufi, P. V. Sergeev // 9th International conference on coal sciense (ICCS’97), 7-12 September, 1997, Essen, Germany. V. 1. P.535-538. 35. Investigation of laws of selective flocculation of coals with synthetic latexes / P. V. Sergeev, V. S. Biletskyy // ICCS’97. 7-12 September, 1997, Essen, Germany. V. 1. P. 503-506. 36. Underestimination of losses into nearby environment of thin coal attached to his hydraulic transport and enriching / V.S.Biletskyy,P.V.Sergeev, A.Kheloufi // Internatoinal Symposium on Mine Environmental and Economical Issues. June 15-18,1999. National Mining University of Ukraine. Dnipropetrovsk, Ukraine, р. 573-575. 37. Рациональные конструкции и схемные решения аппаратов масляной агломерации угля / В.С. Белецкий, Ю.Л. Папушин, П.В. Сергеев, А. Кхелуфи // Сборник трудов Междунар. научно-технич. конф. “Прогрессивные технологии машиностроения и современность”. 9-12 сентября 1997. Севастополь, С. 8. 38. Сергєєв П.В., Білецький В.С. Флокуляційно-флотаційна технологія збагачення вугілля // Матеріали VII конференції “Людина і навколишнє середовище – проблеми безперервної екологічної освіти у вузах”. Одеса 12-13 вересня 2000 С. 12 39. Сергеев П.В. Математическое моделирование процесса селективной флокуляции угля маслами // Материалы межд. научн.техн. конф.” Горная энергомеханика и автоматика”.- Донецк: ДонНТУ, 2003.- С. 253-257. Особистий внесок здобувача в роботах, які надруковані з співавторами: [1-4, 23 ] - постановка наукових задач, розробка теоретичних підходів, участь в теоретичних дослідженнях, аналіз результатів]; [15, 16, 18-22, 23-24, 28, 31-33, 35, 36, 38, 39] - постановка задач, розробка методики досліджень, участь в теоретичних і експериментальних дослідженнях, аналіз результатів; [21, 25-27, 29, 30] - участь в теоретичних і експериментальних дослідженнях; [17, 34, 37]- участь в проведенні та аналізі результатів промислових випробувань, розробці конструктивних рішень апаратів селективної флокуляції. | 