Дослідження механізму контакту агрегатоутворюючих об'єктів при масляній агрегації тонкодисперсного вугілля

Abstract

Мета. Дослідити окремі фази процесу контакту “реагент – вугільне зерно” при масляній агрегації вугілля, зокрема, аналіз таких фаз процесу контакту: фаза “зустріч агрегатоутворюючих об’єктів”, фаза “зближення”, фаза “прорив водної плівки”, фаза “розтікання реагенту”. Встановити основні технологічні фактори, що визначають результат зазначених фаз процесу масляної агрегації вугілля, фактори інтенсифікації процесу. Методика. У роботі використано комплексний метод досліджень, що включає лабораторні експериментальні дослідження процесу масляної агрегації вугілля, мікроскопію, рН-метрію. Результати. Встановлено основні технологічні чинники, що визначають результат окремих фаз процесу масляної агрегації вугілля: “зустріч” – крупність зерен вугілля і крапель реагенту, число Re, параметри: густина вугілля і рідини; кінематична в’язкість; дисипація енергії за одиницю часу; “зближення” – фактор pH, поверхнево-активні речовини, температура водного середовища; перепад температур між середовищем і агрегатоутворюючими об’єктами, форма зерен; “прорив водної плівки” – ті ж фактори, що і для фази “зближення” плюс відносна швидкість об’єктів, їх маса, в’язкість води; “розтікання” – в’язкість масла-зв’язуючого, хімічні взаємодії “реагент – вугілля”, градієнт поверхневого натягу масла, об’єм краплі масла, кінетична енергія об’єктів агрегатоутворення. Наукова новизна. Виявлено механізм контакту агрегатів-утворюючих об’єктів – вугільних зерен і реагенту за окремими фазами суб-процесу контакту: зустріч об’єктів – зближення об’єктів – прорив водної плівки – розтікання реагенту. Практична значимість. Результати досліджень дають можливість направленого пошуку шляхiв інтенсифікації селективної агрегації вугілля. Виділені технологічні фактори, які підвищують ефективність процесу агрегатоутворення при масляній агрегації (агломерації, грануляції) тонкодисперсного вугілля.

Purpose. To investigate separate phases inherent to the process of "reagent – coal grain" contact during oil aggregation of coal, in particular, to analyze the following phases of the contact process: “encounter of aggregate-forming objects”, “convergence”, “water film rupture”, “reagent spreading”. To identify the main technological factors that determine the result of these phases of coal-oil aggregation process, and the factors of the process intensification. Methods. Laboratory experimental studies of coal oil aggregation process, microscopy, pH-measurement. Findings. The main technological factors that determine the result of separate phases of coal oil aggregation process are established. For “encounter” phase – the coarse grain size of the coal and the reagent drops, the Re number, the density of coal and liquid; kinematic viscosity; energy dissipation per unit of time; for “convergence” phase – pH, surfactants, water medium temperature, temperature difference between the medium and aggregate-forming objects; the shape of grains; for “water film rupture” phase – the same factors as are relevant for the “convergence” phase, plus relative velocity of objects, their mass, water viscosity; for “spreading” phase – viscosity of the ductile oil, chemical “reagent – coal” interactions, gradient of oil surface tension, oil drop volume, kinetic energy of aggregate formation objects. Originality. The mechanism of contact between aggregate-forming objects (carbon grains and reagent) is determined for individual phases of the contact sub-process: objects encounter – objects convergence – water film rupture – reagent spreading. Practical implications. The analysis allows to conduct a targeted search for ways of intensifying selective aggregation of coal. Technological factors that increase the efficiency of aggregation formation in the case of oil aggregation (agglomeration, granulation) of finely dispersed coal are singled out.