Зольність відібраних пізніше для петрографічного аналізу шести проб змінювалася від 30,8 до 40,7%, а частка вугілля в пробах згідно з його петрографічними дослідженнями змінювався від 81 до 86% [13-15].

Аналогічні дані отримані авторами роботи [16], які також досліджували склад і властивості продуктів в шламонакопичувачах Авдіївського КХЗ. Вони провели випробовування на поверхні і на глибину до 9 м з відбором кернових проб при рівномірному розподілі точок відбору на поверхні шламонакопичувача і визначили якісні показники на поверхні (табл. 4), а також зміну якості шламу з глибиною. Вологість відходів на поверхні не перевищує Wr = 30%, зміст сірки Sd t= 1,5%, а зольність коливається в межах Ad = 30-40%. Із збільшенням глибини зольність зростає в середньому на 1% на кожний метр глибини.

Таблиця 4 - Якість шламу на поверхні шламонакопичувача

Автори роботи зробили висновок про перспективність розробки шламонакопичувачів як техногенного родовища для отримання концентратів для коксування і енергетики.

Втрати вугілля з відходами вуглезбагачення при флотації теоретично коливаються в межах 0,5-2,0%, однак практично вони вище через недотримання технологічної дисципліни, низької надійності обладнання [17].

Максимальна частка вуглевмісних матеріалів у відходах припадає на 50-60-і роки XX сторіччя і зумовлена недосконалістю технології в той час, а також тим, що в 60-і роки флотаційні відділення ЗФ працювали переважно на випуск низькозольного концентрату для коксування при зольності відходів 50-60 %. У 80-і і 90-і роки через зниження технологічної дисципліни, дефіциту флотореагентів і їх низької якості стан справ ще погіршилося, а за 1993 - 1997 роки зольність відходів флотації зменшилася в середньому на 4,7%, що призвело до втрати біля 5% вугілля в шламах. На окремих ЗФ зниження зольності відходів флотації склало від 5,4 до 14%.

Згідно з різними джерелами, ресурси шламонакопичувачів складають від 24,6 до 36,0 млн. т. вугілля, однак ці показники постійно знаходяться в русі в зв'язку з відроблянням частини запасів, поповненням новими відходами, уточненням їх якості і кількості в процесі виїмки. Інститутом «УкрНДІвуглезбагачення» в 2002 році розпочата робота по складанню кадастру ресурсів і якості забалансових запасів, виконання якої дозволить визначити близькі до реальних величини запасів.

Невирішеними залишаються правові питання, що стосуються шламонакопичувачів, зокрема оцінка мулонакопичувача за його призначенням, майнова приналежність, ресурсна придатність та ін.

Мулонакопичувачі:

а) це, передусім, технологічний об'єкт збагачувальної фабрики, невід'ємна частина виробничого комплексу, необхідна для безпечного розміщення на місцевості обводнених відходів, їх тривалого зберігання, згущення, отримання оборотного джерела технічного водопостачання;

б) об'єкт екологічного захисту навколишньої місцевості, ґрунтів і водного басейну від забруднення стоками фабрик;

в) складна гідротехнічна інженерна споруда, що вимагає свого особливого режиму експлуатації і нагляду;

г) господарський (майновий) об'єкт, що споруджується, підтримується, нарощується за рахунок збагачувальної фабрики;

д) потенційне джерело екологічної небезпеки. Мається на увазі можливість просочення стоків в ґрунт, прориву греблі, а також інтенсивного запилення атмосфери з осушених площ (пиловиділення в атмосферу з одного мулонакопичувача досягає 130-150 тонн в рік).

З урахуванням всього цього не можна розглядати мулонакопичувач як безкоштовне джерело паливної сировини, доступне всім бажаючим.

Є спроби відторгати діючі мулонакопичувачі від фабрик, вилучати в рахунок заборгованості і платежів, передавати у власність стороннім структурам.

У 1999 році колишнім Мінвуглепромом України був затверджений галузевий керівний документ "Порядок обліку, розробки, переробки і використання ресурсів повторного палива з відходів вуглезбагачувальних фабрик" КД 12 05 001-99.

У ньому наказаний порядок обліку вмісту мулонакопичувачів за кількістю, якістю, станом заповнення і мірою згущення, передбачений конкурсний (тендерний) порядок розгляду ТЕО і проектів розробки мулонакопичувачів. Тут же вміщені рекомендації із вартісної оцінки ресурсів шламів, які містяться в мулонакопичувачах; оговорені вимоги про екологічну безпеку і закінченість технологічного циклу переробки шламів.

Однак контроль і облік продукту в мулонакопичувачах ведеться сьогодні на розсуд власника, не завжди повно і якісно.

Тим часом, за неофіційними і напівофіційними даними [12] в Україні вже розробляється 21 мулонакопичувач, причому 8 - силами самих збагачувальних фабрик і державних холдингових компаній, 13 - із залученням інших структур.

В окремих випадках застосовуються спеціалізовані технологічні комплекси (на мулонакопичувачах фабрик Калінінська, Краснолиманська, Суходольська, Свердловська і Макіївського КХЗ). З них тільки на ЦЗФ Свердловська є фільтр-прес, який повинен виключати повернення в мулонакопичувач вторинних - тонкодисперсних, високозольних і важкозбагачуваних відходів. У більшості випадків цього нема, і мулонакопичувач, фактично, "отруюється" повторними відходами.

Ряд фабрик використовує для збагачення вторинного продукту власну основну технологію, доповнюючи її спеціальним обладнанням (грохотами, гідроциклонами, ґвинтовими сепараторами та ін.).

Відомі спрощені варіанти технологій обробки мулів і навіть відвантаження збезводненого осаду без обробки самостійно або в підшихтовці з іншими продуктами.

Загалом на рік відвантажується біля 2 млн. тонн товарного шламового продукту.

Показники збагачення, характеристики якості товарного продукту, його кількості не публікуються. Тому порівнювати між собою різні варіанти і об'єкти за їх ефективністю і економічністю не є можливим.

З точки зору екології більшість існуючих виробництв викликає велику заклопотаність, тому що виїмка мулів (шламів) часто ведеться вибірково, із залишанням вибоїн, острівців, боліт, що робить місцевість непридатною для рекультивації і подальшого використання.

Інститутом "УкрНДІвуглезбагачення" розроблена універсальна технологічна схема, яка адаптується до будь-якого варіанту якості шламу, що вилучається, від найбільш високозольного (який спрямовують у відходи) до самого низькозольного (який придатний для відвантаження). При будь-якому проміжному варіанті зольності включається одна із схем збагачення всього матеріалу або його частини.

Основними складовими мулонакопичувачів є відходи флотації, а на ЗФ з глибиною збагачення - 1 мм або - 0,5 мм - це продукти відсіву і відмиву відповідних вугільних фракцій. Більшість мулонакопичувачів ЗФ при коксохімзаводах, зупинених в 1990 роки і працюючих зараз, належать до об'єктів другого типу і вміст вугілля в них значно вище - до 70%.

Початковою сировиною процесу флотаційного збагачення є рядове вугілля або шихта для коксування класу менше 1 мм. Кількість вугілля класу - 1 мм в останнє десятиріччя збільшилася в рядовому вугіллі в 1,5 рази і складає в середньому 20 %, а вихід вторинних шламів, отриманих при збагаченні вугілля, може досягати 8-10 %, внаслідок чого сумарний вихід вугільних шламів на ЗФ може досягати 25-30% [5, 6, 7].

В основі флотаційного процесу збагачення вугілля лежить відмінність фізико-хімічних властивостей вугілля і супутніх йому гірських порід [8]. У вуглезбагаченні поширений метод пінної флотації, коли гідрофобна частинка вугілля, прилипаючи до пухирців повітря, що вводяться в пульпу, видаляється разом з повітрям, а гідрофільні частинки гірських порід змочуються водою і залишаються в пульпі. Для посилення відмінності змочуваності частинок вугілля і гірських порід, підвищення стійкості піни в пульпу вводять спеціальні флотореагенти, в якості яких використовують різноманітні за складом, структурою, властивостями органічні і неорганічні речовини з різною розчинністю у воді (гідрофобні реагенти і електроліти).

У деяких випадках пінна флотація не забезпечує необхідну якість товарної продукції через погану селективність вугілля і мінеральну складову, однак, найкраще флотується клас - 0,074 мм, про що свідчать дані, представлені в табл. 5 і 6, в яких приведені ситовий склад і зольність живлення (табл. 5) і відходів флотації (табл. 6) [5]. Найбільш зольний клас - 0,074 мм в живленні флотації (32,4-36%), має дає найбільш високу зольність хвостів (78,0-85,2%), що свідчить про високу ефективність процесу флотації при глибині збагачення до 0 мм.

Мінімальна глибина збагачення при різних процесах складає:

- спеціалізовані шламові відсаджувальні машини - 0,074 мм;

- концентраційні столи - 0,074 мм;

- гідрокласифікація - 0,074 мм;

- ґвинтові сепаратори - 0,045 мм;

- важкосередовищні гідроциклони - 0,2 мм [5, 9].

Таблиця 5 - Ситовий склад живлення флотації

Таблиця 6 - Ситовий склад відходів флотації

Наведені дані свідчать про те, що ефективне збагачення шламів з відстійників і накопичувачів, що містять велику кількість класу - 0,074 мм, можливе тільки методом пінної флотації при обов'язковому підборі спеціальних реагентів і режимів процесу.

Істотною перешкодою на шляху флотації відходів з шламовідстійників є відсутність даних про зміну розмірів і фізико-хімічних властивостей частинок вугілля і мінеральних включень при знаходженні їх протягом тривалого часу під водою.

В роботі [18] показано, що додавання в шихту для коксування 10% концентрату, отриманого при перезбагаченні відходів, не погіршує властивості коксу.

Знаходження відходів флотації тривалий час під водою не приводить до глибокого окиснення вугільних частинок [19] і не знижує ефективність збагачення відходів.

Ефективна переробка мулів можлива тільки при використанні методу флотації. Застосування інших способів дає хороші практичні результати тільки після виділення фракції - 0,1 (0,075) мм. У більшості технологій, що використовуються, фракція - 0,1 мм виділяється і відправляється зворотно в накопичувачі, що веде до зниження ефективності збагачення і значних втрат вугілля, оскільки фракція - 0,1 мм складає біля 50 % від загальної маси мулів.

Матеріал з мулонакопичувача зберігає основні характеристики вугілля, яке входило до складу шихти коксохімічних заводів, в тому числі і відбивну здатність вітриніту.

Рефлектограми відбиття вітриніту показали [19] помітну різницю показника відбиття вітриніту різних зерен. Величина ROR знаходиться в межах від 0,62 до 2,00%. Результати вимірювання були згруповані з розділенням за марками, за показниками відбиття вітриніту, за ДСТУ 3472-96. Велика частина зерен вугілля належала до діапазону ROR 0,85-1,49% (марки Г, Ж, К, ПС). Незначну частину складало вугілля з ROR менше за 0,64 % (ДГ) і більше за 1,5 % (марка П). Такий розподіл зерен органічної речовини характеризує співвідношення марок вугілля в шихті для коксування в різні періоди часу (мал. 1).

Для визначення ефективності флотації шламів були відібрані проби з відстійників збагачувальних фабрик, які збагачують спікливе вугілля (ЦЗФ Дзержинська) або шихту для коксування (збагачувальні фабрики Авдіївського і Ясинівського, Макіївського і Горлівського коксохімічних заводів), характеристика яких представлена в табл. 2.

Флотація вугілля, шламу і вугільно-шламових сумішей проведена на лабораторній флотомашині 240ФЛ з використанням флотореагента УР-410 [20] і піноутворювача ПОД [21]. Флотації піддавали рядове вугілля із зольністю 24,4 %, шлами і їх суміші при витратах флотореагента від 1,0 до 2,0 кг/т і щільністю пульпи 100 г/л.

Типовий приклад результатів флотації вугілля, вуглешламових сумішей і шламів для Дзержинської ЦЗФ, яка збагачує вугілля марки Ж, наведений в табл. 7.

Згідно з цими даними, і раніше проведеними дослідженнями [5], флотація шламів без добавок вугілля йде погано. Вихід концентрату навіть при збільшенні витрати реагенту від 1,0 кг/т до 2-х кг/т практично не змінюється, при цьому зольність концентратів коливається від 14,9 до 15,5 %. Вилучення вугілля в концентрат становить 54,9 - 61,2%.

Після добавки до флотореагенту УР - 410 піноутворювача ПОД в кількості 100 г/т відсіву, вихід концентрату збільшився до 54,5% за рахунок підвищення його зольності до 22,3 %, що свідчить про зниження у цьому разі селективності процесу.

Таблиця 7 - Результати флотації вугільно-шламових сумішей ЦЗФ Дзержинська

Для забезпечення високого ступеню збагачення шламів запропоновано новий спосіб збагачення [22], в якому передбачене спільне збагачення вугілля з добавкою 2-10 % шламів із шламонакопичувачів. У цьому випадку (табл. 7) вилучення вугілля з суміші залишається практично незмінною при порівнянні з початковим вугіллям, зольність концентрату також практично незмінна, а із шламу, що додається вилучається в концентрат 420-477,5 кг вугілля з переробленої 1 т шламу, а не 250-300 кг як при збагаченні шихти. Практично однакова міра вилучення вугілля в концентрат при переробці вугілля і сумішей і зумовлена вона видом і кількістю флотореагента.

У табл. 8 наведені результати флотації шихти і її сумішей з шламами з шламонакопичувача ЗФ Авдіївського КХЗ флотореагентом УР - 410. Хоча зольність шламу з цього накопичувача трохи нижче, ніж з накопичувача ЦЗФ «Дзержинська», однак і в цій серії дослідів показано, що не можна отримати з чистого шламу концентрат із зольністю менше за 10 % і з високою мірою вилучення вугілля. При флотації сумішей, особливо при витраті флотореагента УР-410 в кількості 1 кг на 1 т суміші, міра вилучення вугілля в концентрат зростає до 92,5-93,0 %, а зольність концентрату не перевищує 10 %. Зольність відходів у всіх випадках перевищує 80 %.

Міра вилучення вугілля при флотації вугілля і сумішей марки Ж вище, ніж при флотації шихти і її сумішей при однакових умовах флотації, особливо при витраті УР - 410 1 кг/т вугілля. В той же час, при флотації шламу з вугілля марки Ж міра вилучення вугілля в концентрат трохи нижче, імовірно, за рахунок більш високої початкової зольності шламу.

При спільній флотації вугілля (шихти) із шламами з 1 т шламу в концентрат вилучається до 486 кг вугілля, тоді як при окремій флотації з 1 т шламу вилучається значно менша кількість некондиційного концентрату, із зольністю 15-18 %.

Додавання до 1кг/т флотореагента УР-410 0,1 кг/т піноутворювача ПОД (табл. 7) призводить до підвищення зольності концентрату майже на 3 %, підвищення його виходу і міри вилучення вугілля в концентрат на 3-4 %, однак ефективність його застосування нижче, ніж отримана при збільшенні витрати флотореагента з 1 до 2 кг на 1 т вугілля.

Таблиця 8 - Результати флотації вугільно-шламових сумішей ЗФ АКХЗ