Анотація до роботи:

Олійник Т. А. Розвиток наукових основ технологій комплексного збагачення титан-фосфорних руд корінних родовищ України. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.15.08 – збагачення корисних копалин. Криворізький технічний університет, Кривий Ріг, 2007.

Дисертація присвячена розвитку наукових основ технологій комплексного збагачення титан-фосфорних руд корінних родовищ України, вивченню закономірностей специфічної адсорбції органічних сполук з водних розчинів на поверхні мінералів, теоретичному й експериментальному обґрунтуванню кореляцій між адсорбційними та електронними властивостями речовини.

Доведено, що ефективність збагачення руди з агрегатною вкрапленістю мінералів визначається селективністю та ступенем розкриття кожного мінералу, що зумовлює можливість концентрації окремих мінералів у відповідних фракціях крупності на стадії підготовки руди до збагачення та підвищення ефективності сепарації кожної фракції для отримання відповідних концентратів. Ідею селективного розділення полімінеральних руд корінних родовищ реалізовано в конструкції багатопродуктового магнітного сепаратора з магнітною системою, яка складається з декількох секцій з індукцією поля, що збільшується за ходом руху продукту, котрий збагачується.

Установлено, що селективність флотації визначається адсорбцією полярних органічних сполук та зумовлена проявом слабких хімічних взаємодій з адсорбентом і молекулами води. Уперше запропоновано та експериментально обґрунтовано розглядати специфічну адсорбцію в наближенні моделі адсорбції, що контролюється величинами ефективних зарядів атомів адсорбату, води та поверхні адсорбенту.

Дисертація - це закінчена науково-дослідна робота, у якій розв’язано наукову проблему розвитку наукових основ та обґрунтування технологій комплексного збагачення титан-фосфорних руд корінних родовищ України, що має важливе наукове значення, яке полягає у встановленні можливості використання закономірностей розкриття рудних та нерудних мінералів руд з агрегатною вкрапленістю мінеральних зерен, створенні наукових основ підбору органічних сполук, що селективно адсорбуються при флотаційному розділенні комплексних руд, розвинутої теорії специфічної адсорбції реагентів на поверхні мінералів і особливостей селективного агрегатування частинок в суспензії для створення нових технологій збагачення полімінеральних руд корінних родовищ України.

Основні наукові та практичні результати роботи:

1. Аналіз ринку титану показав: Україна є провідною титанорудною провінцією світу і займає провідне положення з видобутку ільменітових концентратів та виробництва титанових продуктів. Перед нашою країною стоїть проблема виробництва високоякісних ільменітових концентратів, яка може бути розв’язана тільки за рахунок розробки корінних родовищ. Аналіз практики збагачення корінних руд показав, що ільменітовий концентрат отримують за схемою з використанням гравітаційного, електричного і магнітного методів збагачення, а апатитовий – флотаційного методу збагачення. У зв'язку з цим напрями комплексності збагачення цих руд пов'язані з підвищенням селективності розділення, розвитком топології схем на базі максимального розкриття полімінеральних зростків, удосконаленням схем магнітної та електричної сепарації за рахунок нових конструктивних рішень, керуванням флотацією мінералів внаслідок вивчення особливостей адсорбції реагентів на мінеральній поверхні.

2. Аналіз даних з вивчення корінних родовищ свідчить про можливість створення в Іршанському гірничорудному районі нової мінерально-сировинної бази титану з попутним отриманням апатиту й ванадію. Першочерговими для подальшої розробки є Стремигородське та Федорівське корінні родовища.

3. У дисертації доведено, що ефективність збагачення полімінеральної руди з агрегатною вкрапленістю мінералів визначається селективністю та ступенем розкриття кожного мінералу, що зумовлює можливість концентрації окремих мінералів у відповідних фракціях крупності на стадії підготовки руди до збагачення та підвищення ефективності сепарації кожної фракції для отримання відповідних концентратів. Селективність розкриття мінеральних зерен в комплексній руді зумовлена різною швидкістю кінетики подрібнення, яка визначається текстурно-структурними особливостями руди, фізико-механічними властивостями мінералів, взаємодією зерен та їх агрегатів усередині механічної суміші та має особливості для рудних і нерудних мінералів. Уперше встановлено, що при подрібненні титан-фосфорних руд корінних родовищ України до крупності 15-20 % класу -0,074 мм відбувається селективне розкриття продуктивних мінералів: титаномагнетиту, ільменіту й апатиту, – що дозволяє, на відміну від загальноприйнятих технологій збагачення з послідовним вилученням колективних і селективних концентратів, розробити технології з безпосереднім отриманням тільки селективних концентратів продуктивних мінералів.

4. Ідею селективного розділення полімінеральних руд корінних родовищ реалізовано в конструкції багатопродуктового магнітного сепаратора з магнітною системою, яка складається з декількох секцій з індукцією поля, що збільшується за ходом руху збагачуваного продукту.

5. Доведено, що селективність флотації мінералів титан-фосфорних руд України, вибірковість адсорбції на них органічних сполук і адсорбційні властивості мінералів, поверхнева активність яких визначається стеричною доступністю атомів, що беруть участь в утворенні водневих або координаційних зв'язків, характеризуються відмінністю у величинах ефективних зарядів атомів реагентів, молекул води та адсорбційних центрів поверхонь апатиту, ільменіту й непостійністю їх кількості на мінеральній поверхні.

Показано, що при специфічній адсорбції на адсорбентах з відносно низько розташованими вищими зайнятими електронними рівнями, таких як апатит та ільменіт, їхні поверхневі властивості визначаються не тільки стеричною доступністю атомів, що беруть участь в утворенні водневих або координаційних зв'язків, але і величинами їх ефективних зарядів. На відміну від загальноприйнятих уявлень про специфічну адсорбцію встановлено, що міцність утворених на поверхні мінералів водневих зв'язків оксигенвмісних сполук визначається не загальним зарядом атома оксигену, а тільки його частиною, що припадає на одну незв'язувальну O₂p-орбіталь. Це дозволяє розділити флотаційні реагенти за співвідношенням ефективних зарядів їх атомів та атомів молекул води на три класи: сполуки, які не адсорбуються з водних розчинів; сполуки, які адсорбуються за участю атомів нітрогену; і сполуки, які адсорбуються за участю атомів гідрогену.

Уперше з’ясовано, що адсорбційними центрами апатиту є атоми ОН-груп поверхневих аніонів Н₂РО₄^-, а також поверхневі іони кальцію, адсорбційними центрами ільменіту є іони заліза, що дозволяє пояснити особливості флотації апатиту й ільменіту.

6. Для визначення умов підвищення селективності флотації апатиту й ільменіту на підставі визначення залежності адсорбційних властивостей органічних сполук від електронної будови їх молекул та молекул адсорбенту розвинуто теорію специфічної адсорбції – специфічна адсорбція реагентів на апатиті й ільменіті можлива тоді, коли величини їх ефективних зарядів, що беруть участь в утворенні водневих або координаційних зв'язків з атомами поверхні мінералів, більші за 0,5 заряду атомів оксигену або цілого заряду атомів гідрогену води. При цьому коефіцієнти селективності флотації визначаються на основі порівняння величин ефективних зарядів атомів органічних молекул, адсорбційних центрів поверхні адсорбентів і молекул води.

7. Доведено, що керування селективністю флотації ільменіту можливе за рахунок створення його агрегатів, які складаються з тонких частинок і частинок-«носіїв» рудного мінералу, що вірогідно при рН 3-4, коли поверхні ільменіту та нерудних мінералів сировини мають протилежні заряди.

При цьому вперше встановлено, що для створення умов флотації тонкодисперсного ільменіту з титан-фосфорних руд корінних родовищ України необхідно пептизувати у суспензії піроксенові частинки і створити умови для агрегації ільменітових частинок шляхом додавання фракції крупнозернистого ільменіту-«носія» та підтримки рН суспензії на рівні 3-4.

8. Вірогідність наукових положень підтверджується обґрунтованістю прийнятих вихідних передумов, що випливають із фундаментальних основ теорії магнітного, гравітаційного, електростатичного і флотаційного збагачення, механіки подрібнення; задовільною збіжністю результатів теоретичних і експериментальних досліджень; великим обсягом лабораторних та промислових випробувань, що забезпечують достатню репрезентативність одержаних результатів; їх позитивними результатами в лабораторіях Криворізького технічного університету, на дослідно-промисловій фабриці інституту «Мехонобрчормет» і впровадженнями інститутів «ДНДІІПІ Титану», «Мінеральних добрив і пігментів» (МІНДІП), «Мехонобрчормет», «Кривбаспроект», Дніпропетровської металургійної академії, підприємств «Кіровгеологія», «Центргеологія», «ТАКО», «Тіофаб» і «Сиріус».

9. При створенні перспективних технологій з роздільною переробкою титаномагнетитової, ільменітової (магнітно-гравітаційно-електростатичною сепарацією) та апатитової (флотацією) частин руд корінних родовищ України отримали подальший розвиток теоретичні основи синтезу технологічних схем, що дозволили розробити флотаційні та комплексні технологічні схеми селективного отримання титаномагнетитового, ільменітового, апатитового концентратів і плагіоклазового та олівін-піроксенового продуктів із руд корінних магматичних родовищ України, що забезпечують отримання конкурентоспроможних на світовому ринку концентратів. Запропоновано схеми водобороту із застосуванням двох внутрішньофабричних циклів і реагентний режим очищення води, що забезпечує екологічну безпеку розроблених технологій.

10. Розроблені технології покладено в основу техніко-економічного обґрунтування (ТЕО) постійних кондицій на руди Федорівського і Носачівського родовищ, при проектуванні напівпромислового комплексу на Кропивенському родовищі, при коректуванні ТЕО Стремигородського родовища. За результатами ТЕО захищено запаси руд Федорівського і Носачівського родовищ. Рівень рентабельності виробництва до основних фондів за варіантами підрахунку запасів руд Федорівського родовища змінюється від 9,2 до 17,2 % (у цінах 2002 року). Рівень рентабельності виробництва до основних фондів за варіантами підрахунку запасів руд Носачівського родовища змінюється від 11,32 до 11,76 % (у цінах 2004 року).

Основні результати дослідження викладено в таких публікаціях здобувача:

У фахових виданнях

1. Николенко Н. В., Таран И. Б., Плаксиенко И. Л., Воробьев Н. К., Олейник Т. А. Адсорбция органических соединений из водных растворов на силикагеле и a-оксиде алюминия: Модель зарядового контроля // Коллоидный журнал. - 1999. - Т. 61. – № 4. - С. 525-529.

2. Олейник Т. А. Особенности технологии получения апатитовых концентратов апатитсодержащих руд Федоровского месторождения // Качество минерального сырья: Сб. научных трудов КТУ. – Кривой Рог, 2002. – С. 162-167.

3. Губин Г.В., Олейник Т.А., Грузин Т.М., Гамалинский И.А., Айзенштейн С.А. Особенности переработки ванадийсодержащих концентратов // Обогащение полезных ископаемых. – Днепропетровск: НГУ, 2002. – Вып. 16 (57). – С. 8-14.

4. Федоровское апатит-ильменитовое месторождение – надежная сырьевая база развития промышленности Украины / Г.Ф.Дробин, А.И.Гамалинский, И.А.Гамалинский, Г.В.Губин, Т. А. Олейник // Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2003. – № 7. – C. 55-59.

5. Айзенштейн С.А., Олейник Т.А., Лободина З.В., Габура А.В. Разработка технологии обогащения комплексных титаносодержащих руд // Новое в технологии, технике и переработке минерального сырья: Сборник научных трудов Механобрчермет. – Кривой Рог, 2003. – С. 40-46.

6. Губин Г. В., Ткач В. В., Олейник Т. А., Плотников В. В. Влияние формы импульса на показатели электрообработки при интенсификации процесса магнитного обогащения // Разработка рудных месторождений.– Вып. 84. – Кривой Рог: КТУ, 2003. – С. 87-90.

7. Олейник Т. А., Скляр Л. В. Пути интенсификации отсадки тонких минеральных зерен // Вісник Криворізького технічного університету: Збірник наукових праць. – Кривий Ріг: КТУ, 2004. – Вип. 3. – С. 95-97.

8. Бережний М. М., Олійник Т. А., Яременко В. П. Вплив питомої поверхні твердого на умови утрудненості падіння в суспензії // Вісник Криворізького технічного університету. Зб. наук. праць. – Кривий Ріг: КТУ, 2004. – Вип. 4. – С. 45-47.

9. Бережний М. М., Олійник Т. А., Яременко В. П. Про в’язкість суспензій магнітних порошків // Вісник Криворізького технічного університету, Зб. наук. праць. – Кривий Ріг: КТУ, 2004. – Вип. 5. – С. 22-26.

10. Мулявко В. И., Олейник Т. А., Кушнирук Н. В., Кулаков Е. В. Применение магнитного циклона при обогащении отходов горно-обогатительного и металлургического комплексов // Обогащение полезных ископаемых. – Днепропетровск: НГУ, 2004. – Вып. 20 (61). – С. 71-77.

11. Вилкул Ю. Г., Мулявко В. И., Кириченко А. М., Думанская Л. П., Олейник Т. А., Кушнирук Н. В. Использование магнитного поля в аппаратах сухой сепарации пылеобразного материала // Разработка рудных месторождений. – Кривой Рог: КТУ, 2005. – Вып. 88. – С. 211-216.

12. Мулявко В. І., Олійник Т. А., Кулаков Є.В. Фізична модель процесів розділу часток в магнітно-гравітаційному циклоні // Вісник Криворізького технічного університету. Зб. наук. праць. – Кривий Ріг: КТУ, 2005. – Вип. 9. – С. 58-62.

13. Мулявко В. И., Олейник Т. А., Кушнирук Н. В. Концептуальный подход к разработке нового оборудования для магнитного обогащения сильно- и слабомагнитных материалов // Новые технологии: Научный вестник института экономики и новых технологий им. Ю. И. Кравченко. – 2005. – Вып. 3 – С. 16-19.

14. Олейник Т. А., Скляр Л. В., Дзюба О.І., Татаринов Ф. Г. Особливості збагачення желвакових фосфоритових руд України та переробка фосфорвміщуючих концентратів // Новое в технологии, технике и переработке минерального сырья: Сборник научных трудов ОАО НИПИ Механобрчермет. – Кривой Рог, 2005. – С. 93-103.

15. Олейник Т. А., Скляр Л. В. Перспективы развития сырьевой базы фосфора Украины // Вісник Криворізького технічного університету: Збірник наукових праць. – Кривий Ріг, 2006. – Вип. 11. – С. 34-38.

16. Геологическая характеристика Носачевского месторождения и особенности получения ильменитового и апатитового концентратов из руд / И. В. Батов, А. Л. Фалькович, И. В. Волобаев, О. Н. Братчук, Т. А. Олейник, В. Н. Харитонов // Вісник Криворізького технічного університету: Збірник наукових праць. – Кривий Ріг, 2006. – Вип. 13. – С. 63-68.

17. Губин Г. В., Олейник Т. А., Татаринов Ф. Г. Современное состояние мирового и внутреннего рынка титана // Разработка рудных месторождений КТУ. – Вып. 90. – Кривой Рог, 2006. – С. 100-105.

18. Мулявко В. И., Олейник Т. А., Ртищев А. Б. Электрическая сепарация тонкоизмельченных железных руд // Обогащение полезных ископаемых. – Днепропетровск: НГУ, 2006. – Вып. 25-26 (66-67). – C. 78-83.

19. Мулявко В. И., Олейник Т. А., Кушнирук Н. В. Расчет параметров барабанного сепаратора с вращающейся магнитной системой // Обогащение полезных ископаемых. – Днепропетровск: НГУ, 2006. – Вып. 27-28 (68-69). – C. 67-76.

20. Олейник Т. А. Физико-химические основы процесса флотации «на носителях» // Обогащение полезных ископаемых. – Днепропетровск: НГУ, 2006. – Вып. 27-28 (68-69). – С. 86-92.

21. Олейник Т. А., Дзюба О.І., Скляр Л. В. Термохимическая переработка фосфоритовых концентратов // Новое в технологии, технике и переработке минерального сырья: Сборник научных трудов ОАО НИПИ Механобрчермет. – Кривой Рог, 2006. – С. 48-57.

22. Губин Г. В., Олейник Т. А., Татаринов Ф. Г., Осиюк О. Н. Флотация гематита с помощью «носителей» // Вісник Криворізького технічного університету: КТУ, 2007. – Вып. 16. – С. 56-59.

23. Олейник Т. А. Флотация тонкого ильменита с применением крупнозернистых частиц как активаторов // Вісник Криворізького технічного університету: Збірник наукових праць. – Кривий Ріг, 2007. – Вып. 17. – С. 65-69.

24. Олейник Т. А. Анализ разработанных технологий обогащения комплексних коренных титансодержащих руд Украины // Вісник Криворізького технічного університету: Збірник наукових праць. – Кривий Ріг, 2007. – Вып. 18. – С. 92-96.

25. Олейник Т. А Особенности механизмов агрегации частиц при флотации апатита и тонкого ильменита из комплексных коренных руд Украины // Разработка рудных месторождений. – Кривой Рог: КТУ, 2007. – Вып. 91. – С. 109-114.

26. Олейник Т. А., Николенко Н. В. Поверхностные свойства апатита // Вісник Криворізького технічного університету: Збірник наукових праць. – Кривий Ріг: КТУ, 2007. – Вип. 19. – С. 53-58.

У наукових виданнях

27. Ртищев А. Б., Олейник Т. А. Влияние взаимной ориентации магнитных и гидродинамических потоков на качество магнетитовых концентратов // Обогащение полезных ископаемых. – Днепропетровск: НГУ, 2002. – Вып. 16 (57). – C. 54-61.

28. Харитонов В. М., Олійник Т. А., Мірошниченко Ю. М. Мінералогічні рекомендації до розробки технології збагачення апатит-ільменітових руд одного з родовищ Черкаської області України // Геолого-мінералогічний вісник. – 2005. – № 2. – С. 67-74.

29. Олейник Т. А., Хомюк С. В. Усовершенствование схемы обогащения на фабрике Иршанского горно-обогатительного комбината // Вісник Криворізького технічного університету: Збірник наукових праць. – Кривий Ріг. – Вип. 11. – 2006. – С. 38-41.

30. Олейник Т. А., Дзюба О. И., Скляр Л. В. Кинетика растворения мономинеральных фракций фосфоритовых концентратов // Разработка рудных месторождений. – Кривой Рог: КТУ, 2007. – Вып. 91. – С. 114-117.

В інших виданнях

31. ДСТУ ISO 3082:200 МОD. Руди залізні. Методи відбирання і готування проб // Т. А. Железнова, Л. А. Зінченко, О. М. Макарова, Т. А. Олійник, Т. М. Павленок, В. В. Рибалка, Л. В. Скляр, І. Р. Чернятьєва. – К.: Держспоживстандарт України, 2005. – 100 с.

32. ДСТУ ISO 10836:200 МОD. Руди залізні. Методи відбирання та готування проб для фізичних випробувань // Т. А. Железнова, Л. А. Зінченко, О. М. Макарова, Т. А. Олійник, Т. М. Павленок, В. В. Рибалка, Л. В. Скляр, І. Р Чернятьєва. – К.: Держспоживстандарт України, 2005. – 25 с.

У виданнях тез конференцій

33. Эффективность освоения Федоровского титано-апатитового месторождения в рыночных условиях / А. И. Гамалинский, И. А. Гамалинский, Г. В. Губин, Т. А. Олейник, Г. Ф. Дробин, Д. Д. Ивашутин, С. К. Швайберов // Материалы научно-практической конференции «Благородные и редкие металлы». – Донецк: БРМ, 2003. – С. 98-101.

34. Губин Г. В., Олейник Т. А. Особенности переработки титаномагнетитовых концентратов, как сырья для металлургической промышленности // Теория и практика производства чугуна: Труды Международной научно-технической конференции, посвященной 70-летию КГГМК «Криворожсталь», г. Кривой Рог, 24-27 мая 2004 г. – Кривой Рог, 2004. – С. 210-214.

35. Олейник Т. А., Скляр Л. В. Особенности обогащения желваковых фосфоритовых руд Украины и переработка фосфорсодержащих концентратов // Сборник материалов Международной конференции «Форум горняков-2005». – Днепропетровск: НГУ, 2005. – Т. 3. – С. 201-206.

36. Олейник Т. А., Дзюба О. И., Скляр Л. В. Оценка свойств фосфорсодержащих концентратов с помощью программы моделирования химических и фазовых равновесий // Сборник материалов МИСИС. – Москва: VI Конгресс обогатителей стран СНГ, 2007. – Т. 1. – С. 14-15.

У роботах, написаних у співавторстві, дисертантові належить:

[1, 25] – розробка моделі адсорбції реагентів на поверхні мінералів;

[3-5, 14, 16, 24, 27, 29, 31, 34-36] – розробка методики проведення, аналіз результатів досліджень, вибір оптимального режиму, розробка технологій збагачення сировини, висновки;

[9-12, 26, 30] – розробка методики проведення, постановка наукових завдань, аналіз результатів досліджень магнітної сепарації сировини;

[7,8] – опрацьовування основ процесу гравітаційного збагачення сировини;

[18] – розробка теоретичних основ процесу електростатичної сепарації сировини;

[15, 17, 36] – аналіз практики збагачення і переробки титан-фосфорних руд;

[20] – розробка теоретичних основ процесу флотації на «носіях»;

[32, 33] – методика проведення аналізів.