Анотація до роботи:

Мартинова А.Ю. Обгрунтування раціонального складу вугільних шихт для коксування за показником оптичної густини вугільних екстрактів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.07. – хімічна технологія палива і паливно-мастильних матеріалів.

Український державний науково – дослідний вуглехімічний інститут (УХІН). Харків, 2006.

Дисертація присвячена теоретичним та експериментальним дослідженням з екстракції органічної маси вугілля розчинником за умови кімнатної температури й створенню на цій основі методу оцінки марочної належності кам’яного вугілля та контролювання компонентного складу вугільних концентратів і шихт для коксування.

У роботі запропоновано нові прийоми отримання вугільних екстрактів для вимірювання показника їхньої оптичної густини. Вивчено залежності показників СМ, спікливості й елементного складу вугілля від оптичної густини ДМСО екстрактів вугілля. Отримано регресійні рівняння, що описують ці залежності. Вивчено із застосуванням ІЧ-спектроскопії та хромато-мас-спектрометрії склад ДМСО екстрактів вугілля різного СМ.

Встановлено закономірність зміни оптичної густини вугільних екстрактів та отримано інтервальні та середньозважені значення показника оптичної густини вугільних екстрактів для всіх марок кам’яного вугілля згідно ДСТУ 3472-96.

Розроблений метод оцінки марочної належності кам’яного вугілля та контролювання компонентного складу вугільних концентратів і шихт для коксування відрізняється експресністю та використаний на коксохімічних заводах для попереднього оперативного контролювання складу концентратів вугілля, що надходить, та вугільних шихт для коксування, а також у дослідницьких цілях.

Встановлено залежності показників міцності коксу від оптичної густини екстракту з шихти, які дозволили отримати оптимальні значення показника D шихти, за умови яких досягається максимальна міцність коксу за показником М₂₅ та найменша стираність за показником М₁₀, а саме D = 0,28-0,35.

Розроблений метод впроваджений на ВАТ «Дніпродзержинський КХЗ» та ВАТ «Алчевськкокс». Матеріали дисертації використовуються в учбовому процесі на кафедрах технології палива та вуглецевих матеріалів НТУ «ХПІ» та хімічної технології палива ДонНТУ.

1. Отримані теоретичні та експериментальні результати дозволили на науковій підставі вирішити конкретне прикладне галузеве завдання, а саме – розробити експрес-метод оцінки марочної належності кам’яного вугілля та контролю за показником оптичної густини ДМСО екстрактів відповідності поточного масового співвідношення компонентів вугільних шихт для коксування заданому.

2. Вивчено та обґрунтовано оптимальні умови проведення екстракції ДМСО за показниками:

- зольність (не більше 14 %)

- ступень подрібнення вугілля (менше ніж 0,2 мм);

- тривалість екстракції (15 хв.);

- концентрацію вугілля в розчиннику (0,4 г/см³);

- умови фугування суспензії

- умови вимірювання оптичної густини отриманого екстракту (довжина хвилі - ).

- оптимальну концентрацію та обсяг ПАР, що додається перед фугуванням з метою досягнення кращої збіжності результатів вимірювань.

3. Встановлено складний характер залежності між D та деякими генетичними та технологічними показниками складу, а також властивостями вугілля, що обумовлено різноманіттям процесів перетворення органічних речовин рослин через метаморфізм.

Отримані залежності показників виходу летких речовин, відбиття вітриніту та атомних співвідносин Н/С і О/С свідчать не тільки про тісний взаємозв’язок цих показників з показником оптичної густини вугільних екстрактів, але й відображають «стрибкоподібний», а не монотонний характер перетворення органічних речовин через метаморфізм.

Взаємозв’язок показників у та D має вигляд кривої з максимумом, координати якого (D = 0,52, у = 28 мм) відповідають вугіллю марки Ж.

4. Підтверджено для донецького вугілля, а для іноземного вперше показано, що показник оптичної густини вугільних екстрактів має великий інформаційний потенціал: значення D характеризує як елементний склад (Н/С, О/С), так і ступінь метаморфізму (R_o, V^daf) та технологічні властивості (спікливість) вугілля.

5. Вперше показано, що забарвлення ДМСО екстрактів обумовлено наявністю в них ідентичних речовин у різних кількостях залежно від СМ вихідного вугілля, а саме:

- ароматичні структури дослідженого вугілля різного СМ представлені 2-4 кільцевими системами типу нафталіну, флуорену, дибензофурану, фенатрену, антрацену, пірену та їх гомологів;

- з вугілля більш високого СМ до екстракту переходить значно більша кількість сполук, причому з високими значеннями молекулярних мас в порівнянні з менш метаморфізованим;

- екстракти дослідженого вугілля у значних кількостях містять незначний набір речовин, таких як гомологи пірену, фенатрену та флуорену;

- речовини екстрактів варто розглядати як нативні, здатні до переходу в екстракт без хімічних перетворень. Припускається, що це продукти конденсаційних процесів (фрагменти макромолекул), що утримуються в порах конденсованої макромолекулярної сітки;

- ідентифіковані структури вугільних екстрактів подібні таким самим у вихідному вугіллі;

- послідовна екстракція вугілля розчинником показала, що має місце екстракція однотипних речовин у спадних кількостях.

6. Встановлено інтервали значень показника оптичної густини екстрактів з кам’яного вугілля усіх марок, передбачених ДСТУ 3472-96 «Вугілля буре, кам’яне та антрацит. Класифікація.» а також середньозважені значення цього показника для оцінки його марочної належності.

7. Вперше виявлено зв’язок між оптичною густиною екстракту з шихти та показниками механічної міцності (М₂₅) і стираності (М₁₀) коксу, заснований на результатах лабораторних та проведених на Авдієвському, Дніпродзержинському та Харківському заводах досліджень. В результаті математичного оброблення даних отримано регресійні рівняння, що описують взаємозв’язок цих показників з оптичною густиною екстракту шихти (D):

М₂₅ = – 70,05 D² + 44,16 D +84,47 ; R=0,94 ;

М₁₀ = 29,51 D² – 18,29 D + 9,46 ; R=0,95.

Отримані близькі до параболічних графічні залежності дозволили встановити інтервал значень оптичної густини екстракту шихти, за яких досягається максимальна міцність коксу за показником М₂₅ і мінімальна стираність за показником М₁₀. Ці значення показника D = 0,28-0,35 займають проміжне значення між середньозваженими значеннями D для вугілля марок Ж (0,518) та К (0,186), тобто кокс найкращої якості за механічною міцністю виходить при коксуванні шихти що поєднує властивості жирного та коксівного вугілля, аналогічній вугіллю марки КЖ в класифікації за ГОСТ 25543-88.

На цій підставі підтверджена доцільність доповнення чинної в Україні класифікації ДСТУ 3472-96 маркою КЖ, коксування якої забезпечує отримання коксу максимальної міцності.

8. Встановлено, що коксування шихти із значеннями показника D = 0,28-0,35 забезпечує крім високої механічної міцності кусків знижену реакційну здатність, високі значення структурної міцності коксу та його абразивної твердості.

9. Розроблений експрес-метод впроваджений на ВАТ «Дніпродзержинський КХЗ» та ВАТ «Алчевськкокс» і використовується для вхідного контролю марочної належності концентратів, що поступають на завод, і для контролювання відповідності поточного співвідношення компонентів вугільних шихт для коксування заданому.

Матеріали дисертації використовуються в учбовому процесі на кафедрах технології палива та вуглецевих матеріалів НТУ «ХПІ» при викладенні спеціальних дисциплін для студентів спеціальності 7.091604 «Хімічна технологія палива та вуглецевих матеріалів» та хімічної технології палива ДонНТУ в лекційному курсі дисциплін «Фізика і хімія горючих копалин», «Теоретичні основи переробки горючих копалин», «Фізико-хімічні методи дослідження у хімічній технології палива і вуглецевих матеріалів» для студентів спеціальності 7.091604.

Публікації автора:

1. Мартынова А.Ю., Ковалев Е.Т., Цебрий Л.С. Об использовании показателя оптической плотности экстракта для определения марочной принадлежности донецких углей //Углехимический журнал.– 2001. – № 1-2. – С. 3-6.

Автором проведено аналізування відомих методів, використаних для контролювання компонентного складу вугільних шихт для коксування, а також бінарних і багатокомпонентних вугільних сумішей. Відзначено перспективність подальшого вдосконалення методу, заснованого на екстракції дослідженого вугілля розчинником.

2. Мартынова А.Ю., Ковалев Е.Т. Исследование экстрактов углей различных марок с использованием ИК-спектроскопии //Углехимический журнал. – 2003. – №1-2. – С. 3-5.

Автором проведено експериментальні дослідження ДМСО екстрактів вугілля різного СМ з метою з’ясування природи забарвлення отриманих розчинів.

3. Мартынова А.Ю., Ковалев Е.Т., Бидоленко Н.Б. Информационный потенциал показателя оптической плотности угольных экстрактов. Сообщение 1. Оценка СМ и спекаемости // Углехимический журнал. – 2004. – № 3-4. – С. 25-27.

Автором проведено експериментальні дослідження і отримано регресійні рівняння, що описують залежність класифікаційних параметрів, використаних як міру СМ та спікливості вугілля, від оптичної густини ДМСО екстрактів.

4. Мартынова А.Ю., Ковалев Е.Т., Литвиненко Т.С. Информационный потенциал показателя оптической плотности угольных экстрактов. Сообщение 2. Связь с элементным составом. Основы практического использования показателя оптической плотности угольных экстрактов // Углехимический журнал. – 2004. –

№ 5-6. – С. 28-31.

Автором досліджений взаємозв’язок між елементним складом кам’яного вугілля усього ряду метаморфізму та показником оптичної густини вугільних екстрактів. Запропоновано експрес-оцінку вугільних шихт для коксування, засновану на екстракції вугілля розчинником.

5. Мартынова А.Ю. Хромато-масс-спектрометрическое исследование состава экстрактов углей разных марок // Углехимический журнал. – 2005. – № 1-2. – С.16-18.

6. Мартынова А.Ю., Бидоленко Н.Б. Применение показателя оптической плотности экстракта для контроля состава и качества угольных концентратов и их смесей // Углехимический журнал. – 2005. – № 5-6. – С.19-23.

Автором обгрунтовано можливість та доцільність використання показника D з метою експресного контролювання марочного складу та якості вугільних концентратів, що надходять на завод, а також складених з них шихт для коксування.

7. Мартынова А.Ю., Ковалев Е.Т., Улановский М.Л. Информационный по-тенциал показателя оптической плотности угольных экстрактов. Сообщение 3. Связь с механическими свойствами кокса // Углехимический журнал. – 2006. – № 1-2. – С. 14- 17.

Автору належать експериментальні дані досліджень з встановлення взаємозв’язку показників механічної міцності промислового коксу (М₂₅ та М₁₀) із значенням оптичної густини вугільних екстрактів від обробки шихти ДМСО.

Дисертантом отримано межі раціональних значень показника D для шихти, що відповідають високій якості промислового коксу, що отриманий з цієї шихти.

8. Мартынова А.Ю., Ковалев Е.Т., Улановский М.Л., Бидоленко Н.Б., Соснова Е.Б., Сербин О.Н. Оптическая плотность угольных экстрактов и свойства кокса (результаты лабораторных исследований) // Углехимический журнал. – 2006. – № 3-4. – С. 9-13.

Проведені лабораторні коксування індивідуального вугілля та його сумішей.

Показано, що отримані інтервальні значення оптичної густини вугільних екстрактів (D) від обробки шихти ДМСО відповідають високій механічній міцності коксу, зниженій реакційній здатності, високим показникам структурної міцності, уявній та дійсній щільності.

9. Пат. 4911 Україна, 7 С10В57/06, 57/12 Експрес-процес визначення марки кам’яного вугілля та контролю марочного складу вугільних сумішей для отримання коксу заданої якості / Є.Т. Ковальов, М.Л. Улановський, Н.П. Гапотченко, А.Ю. Мартинова: Опубл.15.02.05; Бюл. № 2.

Автором виконано експеримент, пов’язаний з розробкою методу визначення марки вугілля та перевіркою його в промислових умовах.

10. Мартынова А.Ю. Составление угольных шихт для коксования на основании исследований оптической плотности экстрактов из угля //Тез. Первого междунар. симп. «Методи хімічного аналізу» – Севастополь, 2002. – С. 50.

Автором зроблено доповідь;

11. Мартынова А.Ю., Ковалев Е.Т. Контроль содержания углерода и свойств твердых горючих ископаемых по показателю оптической плотности ДМСО экстрактов // Тез. 2-й Междунар. конф. «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология». –М., 2003. – С. 145.

Автором були доложені матеріали на конференції;

12. Martynova A.J., Kovalev E.T. Informational potential and practical application of optical density index of coal extracts // Naukowo-techniсzna konferencja «Kokcownictwo’2004», Zakopane, 2004.

Автором зроблено доповідь.

Всі публікації містять результати безпосередньої праці здобувача на окремих етапах дослідження й відображають основні висновки та положення роботи.