СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СООТНОШЕНИЯ ОБЩЕГО КОЛИЧЕСТВА СВОБОДНОЙ ВЛАГИ, СОДЕРЖАЩЕЙСЯ В ТОРФЯНОЙ МАССЕ, И ВЛАГИ, ВЫДЕЛЯЕМОЙ ИЗ НЕЕ ПУТЕМ СЕДИМЕНТАЦИИ
METHOD OF DETERMINING RATIO OF TOTAL AMOUNT OF FREE MOISTURE CONTAINED IN PEAT MASS TO MOISTURE RELEASED THEREFROM BY SEDIMENTATION

Предлагаемое изобретение относится к области переработки торфа, а именно определения содержания в торфяной массе извлекаемой в процессе разработки свободной и связанной влаги.
Известно, что для промышленного использования содержание влаги в торфе должно соответствовать определенным значениям, поэтому определение ее содержания является важной и актуальной задачей.
Известен способ определения массовой доли влаги [1], при котором производят отбор представительной пробы из добываемой торфяной массы, перемешивание пробы и забор нескольких проб из разных сегментов общей пробы, измельчение отобранной пробы до определенной крупности и отбор из нее нескольких образцов, после чего полученные образцы взвешивают, высушивают и опять взвешивают. Таким образом, определяют общее количество влаги в торфяной массе, в том числе и той влаги, которую невозможно удалить механическими способами, не прибегая к использованию дополнительного нагрева.
Такой показатель не дает общей картины стояния торфяной массы и наиболее применим только при ее сжигании (использовании в качестве топлива). Кроме того, процесс пробоподготовки, описанный в данном методе предполагает изменение крупности исходного материала, что приводит к разрушению дисперсных связей в коллоидной структуре торфа и соответственно перераспределению влаги по формам, что так же сказывается на точности получаемых результатов.
Так как торф (торфяная масса) является коллоидной системой, в которой вода является дисперсной фазой. Поэтому большая часть влаги из нее может быть удалена механическим путем, потому что она находится в свободном состоянии. Согласно общепринятой терминологии - свободной влагой считается та влага, которую можно выделить механическим воздействием, без термической обработки (сушки).
Известные способы определения количества свободной влаги в различных смесях, как природного, так и искусственного происхождения основаны на использовании сил гравитации (седиментации) или на использовании механического воздействия на обводненную массу. [2] В первом случае образцы помещают в стеклянные цилиндры, в которых происходит отстаивание жидкости. Количество свободной (не связанной) влаги определяют по высоте столба осветленной жидкости. Во втором случае используются центробежные силы, а процесс разделения смеси осуществляется с использованием центрифуг. [2] Этот метод позволяет добиться большей степени обезвоживания исследуемого материала и дает более высокие показатели влажности, чем метод отстаивания.
При этом для некоторых технологических процессов не требуется полное обезвоживание торфяной массы. И с экономической точки зрения не целесообразно затрачивать ресурсы на улучшение технических показателей сырья подаваемого на переработку. Поэтому важно правильно выбрать технологию удаления излишней влаги из добываемого сырья на всех стадиях его подготовки к использованию.
Недостатком данных методов является невысокая представительность измерений и возможность использования полученных результатов в оптимизации технологических процессов переработки торфяной массы.
Целью предлагаемого способа является повышение точности определения свойств торфяной массы в целом путем определение соотношения свободной влаги выделяемой из торфяной массы с помощью седиментации и свободной влаги выделяемой иным образом, например центрифугированием.
Для этого проводится отбор объединенных и лабораторных проб залежей обводненных торфов (в соответствие с ГОСТ Р 54332-2011), после чего производят перемешивание пробы и забор нескольких проб из разных сегментов общей пробы, повторное перемешивание, центрифугирование и последующее высушивание полученного осадка, при этом пробу, перед тем как подвергнуть ее центрифугированию, разделяют на две части, одна из которых контрольная, предназначена для определения общего количества свободной влаги. А другую часть пробы помещают в стеклянные цилиндры согласно способу [2], после чего фиксируют количество свободно отделившейся влаги, а оставшийся осадок подвергают центрифугированию и высушиванию, после чего высчитывают соотношение влаги, отделяемой путем седиментации и общего количества свободной влаги и выражается:
свободная
свободная влага общая
свободная влага, удаляемая седиментацией
ΔV=V/V
Данное соотношение удобно представлять как в долях, так и в процентах. Зная данное соотношение можно легко определить достаточно ли будет производить обезвоживание торфяной массы из конкретного месторождения (его участка) в стационарных отстойниках или потребуется дополнительное оборудование (например, центрифуги) для ее подготовки к последующему использованию.
В качестве примера можно привести исследование торфов из трех различных месторождений. Месторождение «Лейпи», Мурманская область, месторождение «Васильевский мох», Тверская область и месторождение «Владимирское», Владимирская область.
Для этого по методам [1] и [2] определялись показатели содержания общего количества связанной влаги и количества свободной влаги в образцах торфяной массы из выше названных месторождений. Но при этом представительная проба делилась на две равные части. В первой части, контрольной, содержание свободной влаги определялось только методом центрифугирования, а во второй части пробы сначала определялось количество жидкости отделяемой методом седиментации, а только после этого проводились определение оставшейся свободной влаги методом центрифугирования и определение количества оставшейся связанной влаги.
Так для определения свободной влаги в торфяной массе методом седиментации использовались мерные цилиндры объемом не менее 250 мл, диаметром не более 2,5 см. Торфяную массу помещали в мерный цилиндр и отслеживали расслоение в течение 24 часов. Одновременно проводили три параллельных испытания. Первые восемь часов объем отслоившейся смеси фиксировали с частотой один раз в час, затем еще один раз через 16 часов, для оценки динамики расслоения.
Степень расслоения N рассчитывали по следующей формуле:
<mrow><mi>N</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>V</mi><mo>−</mo><msub><mi>V</mi><mi>o</mi></msub></mrow><mi>V</mi></mfrac><mo>×</mo><mn>100</mn><mi>%</mi></mrow>
где V - общий объем исследуемой смеси, мл;
0
V - объем отслоившейся жидкости, мл.
Испытания проводили при нормальных условиях окружающей среды. Для определение свободной влаги в торфяной массе методом центрифугирования использовали лабораторную центрифугу EIMI Sky Line СМ-6М, обеспечивающую скорость вращения 2000 об/с.
Для центрифугирования использовали среднюю пробу торфяной массы, из которой при перемешивании отбирали по 25 мл торфяной массы для каждой пробы и производили взвешивание отобранной торфяной массы. Одновременно проводили три параллельных испытания. Исследуемые пробы объемом 25 мл подвергали центрифугированию в течение 40 минут, при режиме работы центрифуги 2000 об/мин.
После центрифугирования отделившуюся жидкую фазу помещали в предварительно взвешенный стеклянный стакан и определяли массу воды. Содержание свободной влаги рассчитывалось по формуле:
<mrow><msub><mi>W</mi><mrow><mi>c</mi><mi>в</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>m</mi><mi>ж</mi></msub></mrow><mi>m</mi></mfrac><mo>×</mo><mn>100</mn><mi>%</mi></mrow>
ж
где m - масса жидкой фазы, выделенной в процессе центрифугирования;
m - общий вес торфяной массы.
Определение содержания связанной влаги (общая влажность торфяной массы) проводилось строго по методу [1].
Результаты испытаний представлены в таблице.
Месторождение торфа
Средние показатели содержания влаги, удаляемой путем седиментации в течение 24 часов, %
Средние показатели содержания общего количества свободной влаги, %
Содержание связанной влаги, %
ΔV свободная
«Лейпи»
22,2
48,8
81,2
2,2
«Васильевский мох»
24,4
43,2
81,2
1,77
«Владимирское»
29,6
54,9
91,5
1,85
Таким образом, очевидно, что данный метод позволяет выявить индивидуальные особенности содержания различных типов влаги в торфяной массе различных типов и подтверждается, что данная характеристика торфяной массы индивидуальна для различных месторождений.
Источники информации принятые во внимание
1. ГОСТ 11305-83. Торф. Метод определения влаги.
2. Руденко К.Г., Шемаханов М.М. «Обезвоживание и пылеулавливание», Москва, Недра, 1981 г. стр.5-7, 31-37.