Использование теплофизических характеристик асбестосодержащих продуктов для предварительного обогащения

2000

ИЗВЕСТИЯ УРАЛЬСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ АКАДЕМИИ

СЕРИЯ: ГОРНАЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА

Вып.9

ОБОГАЩЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

УДК 622.725

В.Я. Потапов, Е.Ф. Цыпин, О.ГЛатышев, Е.И. Медведев

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АСБЕСТОСОДЕРЖАЩИХ ПРОДУКТОВ ДЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ОБОГАЩЕНИЯ

В известных работах по исследованию теплофизических характеристик асбеста и серпентинита [1] и использованию их в целях разделения асбестовых руд [2,3] приведено недостаточно данных для разработки методов и средств контроля содержания асбеста для предварительного обогащения. Это вызвало необходимость детального изучения теплофизических свойств асбеста и вмещающих пород. Так как методики определения этих свойств трудоемки, процесс изучения осуществлялся на образцах, характеризующих минералогический состав руд Баженовского месторождения, без разделения их на монофазы и классы крупности.

В большинстве горных пород перенос тепловой энергии происходит за счет механизма теплопроводности, т.е. распространение тепла осуществляется передачей энергии упругими колебаниями кристаллической решетки породы.

Методика измерения теплопроводности асбеста и вмещающих пород практически отсутствует, но характер распространения тепловых волн аналогичен распространению звуковых волн В физике горных пород принята закономерность: звуковые волны имеют такую же природу распространения в образце, что и тепловые. Поэтому для измерения и прогноза теплопроводности использовался метод звуковой локации.

Таблица 1

Определение скорости прохождения упругой волны через различные виды образцов асбеста

и вмещающих пород

Образец Длина образца, м Время прохождения упругой волны, 104, с Скорость упругой волны, м/с

Серпентинит 0,036 8,65 4161,84

Серпентинит с мелковкрапленным асбестом 0,0387 7,7 5025,9"/

Дуниг 0,0362 7,9 4582,28

Серпентинит с дунитом 0,0395 7,8 5064,1

Серпентинит с перидотитом 0,0372 8,45 4402.37

Асбест ожелезненный вдоль волокон 0,051 10,6 4811,32

Асбест ожелезненный поперек волокон 0,0418 58,3 716,98

Асбест без железа вдоль волокон 0,0474 10,9 4348,62

Асбест без железа поперек волокон 0,0377 60,5 623,14

Метод звуковой локации закаючается в измерении скорости упругих волн. Измерения проводились "теневым" методом, в котором с одной стороны образца помещен излучатель, а с другой - приемник. Акустический контакт между ультразвуковыми преобразователями и

исследуемым образцом обеспечивают нанесением на поверхность соприкосновения образца с преобразователем тонкого слоя какой-либо плотной вязкой массы, например солидола, технического вазелина, пластилина.

При измерении скорости упругих волн использовалась стандартная измерительная аппаратура, с помощью которой определяли время прохождения упругих волн через образец.

Скорость упругих волн вычисляют по формуле

а

где / - длина прозвучиваемого образца, м; г - время прохождения упругой волны через образец, с; I„ - время задержки прибора, с.

Результаты измерений приведены в табл. 1.

В результате проведенного эксперимента видно, что асбест по-разному проводит звуковые волны. Так как структура асбеста волокнистая, то скорость распространения упругих волн вдоль волокон значительно больше скорости распространения волн поперек волокон. Из этого следует, что теплопроводность асбеста вдоль волокон больше, чем поперек. В то же время теплопроводность вмещающих пород незначительно отличается от теплопроводности асбеста вдоль волокон. Эта закономерность затрудняет применение такого теплофизического свойства, как теплопроводность в предварительном обогащении асбестосодержащих руд.

Для измерения удельной теплоемкости асбеста и вмещающих пород использован калориметрический метод. Для этого образцы подвергались нагреву в термопечи до температуры 200° Затем проводилось охлаждение каждого образца в сосуде с водой, где была известна масса и температура воды до погружения нагретого образца.

После полного охлаждения образца енэва измерялась температура воды По снятым показаниям температуры проводились расчеты удельной теплоемкости образца по формуле

с = 1*)''тогр(200 - 1к").

где с, - теплоемкость воды, Дж/град г; т, - масса воды, г; // - конечная температура воды, град; начальная температура воды, град; т^- масса образца, г.

Результаты исследования приведены в табл. 2.

Таблица 2

Результаты эксперимента по определению удельной теплоемкости асбеста и вмещающих пород

Образец Масса образца, г Температура воды начальная, °С Температура воды конечная, °С Удельная теплоемкость, Дж/градг

Серпентинит 4Э 13,2 29,1 1,95

Серпентинит с мелковкрап- 5Э 11,5 30,0 1,82

ленным асбестом

Серпентинит с дукитом 55 13,8 32.1 1.66

Дунит 5В 13,1 32,9 1,71

Серпентинит с перидотитом 51 26.6 41.2 1.61

Асбест ожелезненный 132 10,2 32,0 0,82

Асбест без железа 86 20,2 38,0 1,07

Из результатов определения удельной теплоемкости минералов видно, что асбест по своим параметрам отличается от вмещающих пород. Среднее значение удельной теплоемкости вмещающих пород 1,75, а асбеста - 0,94 Дж/град г показывает, что такой параметр, как удельная теплоемкость, может служить разделительным фактором при предварительном обогащении асбеста, но при условии технической реализации измерения теплоемкости в условиях действующих фабрик.

Температуропроводность характеризует изменение температуры объема тела в единицу времени и фигурирует в основном уравнении термодинамики:

dT/dt = atfT/dx2 + cfT/dy + d*T/ dz2),

где Т - температура. К; / - время, с; х. y.z - координаты пространства; а - коэффициент температуропроводности, м2/с.

Измерение объемного коэффициента температуропроводности основано на том, что при нестандартном тепловом режиме наиболее равномерное распределение теата в теле наблюдается в момент перехода его от нагрева х охлаждению и в момент, когда температура тела близка к температуре срсды.

Температуру образца проще всего измерять с помощью термопары.

Для измерения температуропроводности образцы асбеста и вмещающих пород подготовлены в виде параллелепипедов и цилиндров правильной формы, внутрь которых впаяна термопара Термопара размещена в середине образца. Такое расположение обеспечивает максимальное усреднение значения температур для тел в форме параллелепипеда или цилиндра.

Испытание образцов осуществлялось в термостате с нагреванием образца в течение часа до температуры выше 30°. Затем поочередно образцы подвергались полному охлаждению в пульсирующей водной среде с температурой 15-20°.

Показания кинетики охлаждения образца регистрировались с помощью милливольтметра, подключенного к термопаре, за определенные промежутки времени до полного охлаждения образца.

Результаты экспериментов были обработаны на ЭВМ и сведены в табл. 3.

Таблица 3

Результаты исгпериментя но определении) удел».ипгп коэффициента температуропроводности

Образец Коэффициент температуропроводности, м2/с Коэффициент формы, м3 Расчетный интервал времени, с Расчетный ишервал температур. °С

Серпентинит 6.22 Ю-7 3.08 10* 20-100 70 - 27,5

Серпентинит с мелковкрапленным асбестом 6,43 Ю-7 3,15 10* 30-100 71,25-30

Дунит 6,66 Ю"7 3.45 10* 30-80 67,5 - 36,25

Серпентинит с лунитом 6,06 10"7 3,18 10* 30-100 57,25 -31,25

Серпентинит с перидотитом 8,3 Ю-7 3,46 10* 30-70 57,5-32,5

Асбест ожелезненный 5,47 107 5,9 10* 50 - 140 70-40

Асбест без железа 4,29 1<Г7 4.84 10* 50 - 140 62,5 - 37.5

На рисунке представлены графики изменения показаний милливольтметра, установленного на выходе термопары.

В результате проведенного эксперимента были определены: объемный коэффициент температуропроводности, температура охлаждения, коэффициент формы, расчетный интервал времени и температуры, в которых производился расчет коэффициентов. По данным опыта установлено, что коэффициент температуропроводности асбеста имеет не столь большое отличие от коэффициентов вмещающих пород. Это может оказаться недостаточным для рекомендации этих коэффициентов в качестве разделительного признака для задач предварительной концентрации руд. В то же время из данных эксперимента видно, что образцы, изготовленные из вмещающих пород, по темпу охлаждения значительно отличаются от образцов из чистого асбеста.

Время охлаждения и с

Кинетика охлаждения: 1- серпентинит, 2 - серпентин с мелковкрапленным асбестом, 3 - дунит, 4 - серпентинит с дунитом, 5 - серпентинит с перидотитом, 6 - асбест ожелезнснный, 7 - асоест без железа

Имея волокнистую структуру, асбест значительно медленнее охлаждается; вмещающие породы, имея монолитную структуру, отдают свое тепло значительно быстрее.

Наибольшее различие в температуре асбеста и пород при охлаждении имеется в интервале времени охлаждения от 60 до 180 с (см рисунок).

Таким образом, одним из способов исследования теплофизических свойств асбеста и вмещающих пород для их идентификации может служить измерение кинетики нагрева и охлаждения образцов.

Исследования теплофизических характеристик позволили установить, что есть существенное различие в этих свойствах у асбеста и вмещающих пород. Полученные температурные константы могут быть использованы не только для задач предварительной концентрации руды, но и для непрерывного контроля продуктов обогащения с целью оперативного управления процессом обогащения в разделительных аппаратах.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Исследование комплекса физических свойств пород Баженовского месторождения:

Отчет о НИР, N Гос.регистрации 73082128/Руководитель Г.ЯКивин. - М., 1974. - 12 с.

2 Фотоэлектронная сортировка, новый перспективный метод обогащения нсметаллорудных полезных ископаемых: Обзор. - М.: ЦНИИЭТСтром., 1968. - 26 с.

3. Owyer F.B, Thompson R.L., Ore sorting./Develcp and Innosot. Aust. Process Ind/, Aust. Chen Eg. Conf., Newcestle, 1972, Pop. Sudney, S.A. p. 81- 88.

УДК 622.725

Д.Н.Жуков

О СЕЛЕКТИВНОМ РАЗРУШЕНИИ КОМПОНЕНТОВ БЕРИЛЛСОДЕРЖАЩЕЙ РУДЫ

Вопросы, связанные с более полной и качественной переработкой руд с целью сокращения отходов производства и сохранения полезного компонента, до сих пор имеют место в горной промышленности.