За отчетный период (2020 год) по Проекту № 18-17-00169 «Исследование технологических основ переработки различного минерального сырья, содержащего слоистые силикаты, направленным модифицированием структуры при минимизации использования воды» получены следующие научные результаты:
1. Продолжены исследования по нахождению рациональных параметров сухого удаления глинистой фракции из высокозольных углей после термохимического модифицирования. В рамках отчетного периода 2019 были получены новые данные по оценке вкрапленности минеральной части до и после термомодификации
В 2020 году были продолжены исследования по обогащению угля на электростатическом сепараторе. Исходя из вкрапленности Воркутинского угля, определенному с использованием косвенного метода. Полученные результаты по электростатической сепарации показывают довольно приемлемые показатели по выходу продукта и содержание в нем минеральной части как в концентрате, так и в хвостах обогащения.
2. В ходе исследования процессов в обогащении углей, подвергнутых гидротермальному модифицированию показало, что гидротермальная обработка бурых высокозольных углей при температурах 200–250 °С вызывает изменение их структуры и физико-химических свойств аналогичное низкотемпературному пиролизу. Причем эти изменения происходят при температурах ниже, чем при пиролизе на 50–100 °С. Продукт гидротермальной обработки по теплотворной способности близок к полукоксу. При гидротермальной обработке поверхность угольной фазы становится более гидрофобной, а у минеральной фракции уменьшается удельная поверхность и теряется способность к набуханию, что приводит к уменьшению ее адсорбционной активности. Это в совокупности существенно изменяет технологические свойства углей. При необходимости только обезвоживания бурых углей гидротермальной обработкой можно производить без добавления свободной воды, а в случае необходимости изменения технологических свойств углей гидротермальную обработку целесообразно осуществлять в суспензиях, содержащих около 50% свободной воды.
3. В результате исследования влияния термохимического модифицирования глиносодержащих руд и углей перед их обогащением на процессы обезвоживания и утилизации хвостов установлено:
- интенсифицируются процессы сгущения и фильтрования хвостов;
- термоактивированный каолинит, содержащийся в хвостах, имеет большую пуццолановую активность, чем каолинит без активации, что позволяет использовать хвосты обогащения термомодифицированных руд и углей в качестве пуццолановых добавок к цементам и бетонам, в том числе к бетонным смесям, используемым в качестве твердеющей закладки выработанных пространств;
- термохимическое модифицирование руд и углей перед сухим обогащением позволяет использовать полученные хвосты в качестве грунтов для рекультивации и обустройства территорий без использования дополнительных вяжущих;
- термохимическое модифицирование создает предпосылки для использования хвостов обогащения этих руд и углей в качестве исходного сырья для производства геополимеров;
- производство геополимеров на основе хвостов каолинсодержащих руд позволит утилизировать их в составе композиционных бетонов;
- производство геополимеров на основе отходов обогащения углей и калийных руд позволит утилизировать их в виде компонентов твердеющих смесей для закладки выработанных пространств.
Учитывая то, что термическое модифицирование хвостов после обогащения не имеет перспектив из-за сложностей их обезвоживания, термохимическое модифицирование руд и углей, содержащих слоистые силикаты, в голове процесса – перед обогащением позволяет не только интенсифицировать процесс обогащения, но и создает предпосылки для утилизации хвостов.
4. Разработаны технические требования к комбинированным технологиям переработки руд и углей, содержащих слоистые силикаты. Предложены технологические схемы:
Высокозольные угли:
- Технология с конвективным нагревом угля и сухим обогащением полукокса;
- Технология с СВЧ-нагревом угля и сухим обогащением;
- Технология с СВЧ-нагревом угля и мокрым обогащением;
- Технология с «сухим» автоклавированием угля и сухим обогащением;
- Технология с автоклавированием суспензии угля и мокрым обогащением.
Каолиновые руды:
- Технология с СВЧ-нагревом и сухим обогащением;
- Технология с автоклавированием каолиновой руды и мокрым обогащением.
Сильвинитовая руда:
- Технология с СВЧ-нагревом и сухим обогащением;
- Технология с СВЧ-нагревом и мокрым обогащением.
5. Разработаны технические требования к основному технологическому оборудованию, необходимому для реализации разработанных комбинированных технологий.
Основное отличие разработанных технологий переработки руд, содержащих слоистые силикаты, от используемых в настоящее время подходов заключается в том, что эти руды в голове технологической цепи подвергаются термическому воздействию (конвекция, микроволновое излучение, гидротермальная обработка) с целью их модифицирования. Поэтому сформулировано требования только к оборудованию, используемому для термохимического моделирования, т.к. остальное обогатительное оборудование имеет стандартные характеристики.
6. В течение 2020 г. опубликовано 1 статья в журналах, индексируемых в базах данных «Сеть науки» (WebofScienceCoreCollection) и «Скопус» (Scopus) (см. п. 1.7 отчета о выполнении проекта), также по результатам исследований принята в редакцию журнала "Eurasian Mining" (Scopus - Q1) статья "Application microwave radiation for directional changes of layered silicates properties" (Gerasimov A.M., Eremina O.V.), которая поступит в печать в 2021 г. А также готовится статья для журнала "Applied Clay Science" (Scopus - Q1) статья "Thermodified layered silicates`s chemical processing", которая в 2021 г. будет передана в редакцию журнала.
