Адгезионное взаимодействие частиц полидисперсного материала в процессах мокрой агрегации

тальные - слабокомкующиеся. Исследование кинетики капиллярного насыщения показало, что у исследованных порошкообразных окислов, гидроокислов и карбонатов высокая скорость распространения влаги в материале, высокие значения рабочей влажности гранулирования. Вероятно, простая механическая грануляция этих материалов будет затруднительна. Необходимо либо добавлять пластифицирующие и уплотняющие добавки, либо применять другие методы грануляции, например, формование шариков в индифферентной жидкости или в кипящем слое.

Литература

1. В.В.Нахалов, Н.Ф.Стась, Г.Г.Савельев, А.С.Гузенберг, А.М.Рябкин, Т.С.Горина. К вопросу об адсорбции углекислого газа окислами металлов. Настоящий сборник.

2. Н.Ф.Стась, Г.Г.Савельев, В.В.Нахалов, А.С.Гузенберг, А.М.Рябкин. Термодинамика хемосорбции углекислого газа и паров воды окислами металлов. Настоящий сборник«

3. В.В.Нахалов,. Н.Ф.Стась, Г.Г.Савельев. Исследование адсорбции углекислого газа окисью алюминия. Настоящий сборник.

4. В.М.Витюгин, А.С.Богма. Известия вузов, "Черная металлургия", #4, 18, 1969.

5. В.М.Витюгин, А.С.Богма, П.Н.Докучаев. Известия вузов, "Черная металлургия", № 8, 42, 1969.

6. А.М.Васильев. Основы современной методики и техники лабораторных определений физических свойств грунтов. М., Стройиз-дат, 1353.

7. Б.В.Дерягин, Н.Н.Захаваева, М.В.Талаев. Прибор для определения коэффициента фильтрации и капиллярной пропиткио М,» изд-во "Наука", 1953.

АДГЕЗИОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЧАСТИЦ ПОЛИДИСПЕРСНОГО МАТЕРИАЛА В ПРОЦЕССАХ МОКРОЙ АГРЕГАЦИИ

В.М.Витюгин, Э.Н.Чулкова, И.Н.Ланцман

В практике мокрого гранулирования, как правило, используются полидисперсные материалы. При этом активную роль в процессе формирования гранулята играет сравнительно небольшая по весу наиболее тонкодисперсная фракция, концентрирующаяся в поровой жидкости. Более грубодисперсные частицы, образующие каркас гранулы, определяют в основном плотность

структуры и геометрию порового пространства. При уплотнении гранулы каркас ее претерпевает деформации, характер которых оказывает решающее влияние как на скорость гранулообразова-ния, так и на прочность гранулята.

Эффективный процесс агрегации возможен лишь при достаточном развитии пластических деформаций, так как формирование гранул в тарельчатых и барабанных окомкователях осуществляется при большой степени свободы объемных деформаций. Такие пластические деформации возможны лишь в случае заполнения порового пространства формирующейся гранулы коагуляционно-структуриро-ванной поровой суспензией. Действительно, как показывает практика, эффективное окомкование магнетитовых концентратов, лишенных в процессе обогащения наиболее тсянкодисперсной фракции,требует присадки небольших количеств бентонита, обладающего способностью формировать пластичные коагуляционные структуры, дис-пергируясь в поровой жидкости. '

При окомковании рыхлого увлажненного дисперсного материала в поровом пространстве гранул защемляется воздух и тем в большем количестве, чем выше дисперсность исходного сырья. Таким образом, формирующиеся гранулы представляют собой трехфазные многокомпонентные системы и результирующие показатели процесса будут определяться свойствами и объемным соотношением взаимодействующих фаз.

Основным показателем процесса является прочность структуры гранул. В настоящее время еще нет единого мнения о характере механизма связи частиц в сыром грануляте. Часть исследователей главное значение придает капиллярным силам /1,2/. Другие отдают предпочтение молекулярному механизму связи частиц / 3 /. Анализ результатов многочисленных исследований и практики оком-кования позволяет предположить более сложный капиллярно-моле-кулярный механизм связности гранулы. В соответствии с этим механизмом каркасные частицы удерживаются в основном менисковыми силами структурированной поровой суспензии, а структурная прочность поровой суспензии обусловлена ван-дер-ваальсовскими силами. Ниже приводятся результаты исследования адгезионного взаимодействия частиц в магнетитовых гранулах, подтверждающие такой механизм связи.

При разрушении сырых гранул под действием внешних сил в

структуре их первоначально появляются трещины, локализующиеся в местах наименьшей связности частиц. Образование трещин обусловлено преобладанием разрывного действия внешних сил над связностью частиц в грануле. Количественную характеристику связности поэтому можно оценивать по силе разрыва пластинок из материала каркаса гранул при наличии в зоне контакта поровой суспензии. Сила отрыва будет, очевидно, пропорциональна смачиваемости пластин поровой суспензией, поверхностному натяжению и когезионной прочности поровой суспензии. Эти параметры, в свою очередь, будут определяться главным образом природой и количественным соотношением компонентов поровой суспензии.

Магнетитовые концентраты, поступающие на окомкование, как правило, имеют влажность 8г5-9,5%. Если прочносвязанная гигроскопическая вода при этом составляет в среднем 0,5%, то в формировании поровой суспензии сырых гранул принимает участие 8-9% воды. Присадка бентонита в зависимости от его качества обычно колеблется в пределах от 0,5 до 1,5%. Таким образом, весовая концентрация бентонита в поровой суспензии имеет пределы от 10 до 20%. Кроме бентонита в поровую суспензию переходит наиболее тонкодисперсная иловая фракция магнетитового концентрата, содержание которой в концентрате колеблется, как правило, в пределах 1-3%.

В качестве объектов настоящего исследования использовала шлифованные пластинки из чистого магнетита Соколовско-Сарбай-ского ГОКа, иловую фракцию С крупностью менее 30 мк) из магнетитового концентрата 1.2% от веса концентрата), фильтрат после обезвоживания магнетитового концентрата, различные бентониты и гидролизованный полиакрилнитрил (гипаи). Минералогический анализ иловой фракции показал наличие в ней преимущественно нерудных минералов группы эпидота и небольшие количества хлорита и пирита. Характеристика использ^ванвих бентонитов приведена в табл.,1.

Адгезионное взаимодействие между поверхностью магнетите--вых пластинок и прослойкой суспензии 9 имитирующей породу^ пензию железорудных гранул, оценивали по силе ж! оп-

товой пластинки с помощью торзионных весов* О^л^и^^ .^агр^;: ку прикладывали со скоростью 15 мг/сек и выражада -а яьютонаг. на м2 площади контакта. Вес отрываемой пластинка исключает, из

величины отрывающего усилия. Пробы суспензий готовили в следующем порядке. В фильтрат вводили определенное количество бентонита и иловой фракции, тщательно перемешивали и после получасовой выдержки мерной пипеткой наносили каплю суспензии на нижнюю магнетитовую пластинку. Затем на каплю опускали верхнюю магнетитовую пластинку так, чтобы вся шлифованная плоскость пластинки имела контакт с каплей суспензии,и затем осуществляли отрыв. Параллельно определяли поверхностное натяжение и реологические параметры испытуемой суспензии соответственно методами отрыва кольца и на ротационном вискозиметре РВ-8.

Таблица I

Характеристика бентонитов

№ а п/п Бентониты Содержание фракций менее I мк Обменный комплекс мг-экв/ЮО г

Ли к г Си" м/т

I. Черкасский 21,5 16,20 0,64 36,40 0,32

2. Даш-салахлин-

ский 40,3 41,80 1,81 5,70 4,62

Предварительно измеряли силу отрыва магнетитовой пластинки при использовании в качестве жидкости чистого фильтрата. Усилие отрыва при комнатной температуре (22°С) составило 99,7 н/см^ при величине поверхностного натяжения фильтрата 75,9 . 10~ н/м. При введении в фильтрат иловой фракции в количестве 20% по весу усилие отрыва магнетитовой пластинки практически не изменилось. Суспензия была нестабильной. Затем была исследована серия проб ил-фильтратных суспензий с добавкой в них различного количества бентонитов даш-салахлинского и черкасского местороздений. Результаты этих опытов представлены в таблице 2, из которой видно, что характер изменения усилия отрыва поверхностного натяжения и предельного сдвига с увеличением концентрации бентонита в суспензии одинаков. Значительный рост этих величин происходит в области концентраций 30-37$ для черкасского бентонита и 14-20$ для даш-салахлинского бентонита. Именно этим пределам концентраций бентонита в суспен-

зии соответствуют наибольшие значения пластичности С Ч* ), рас-читанные по уравнению - * где - пластическая вязкость, выраженная в пуазах.^

Таблица 2

Влияние концентрации бентонита на свойства поро-вой суспензии и ее адгезионное взаимодействие с

магнетитом.

Бентонит Концентрация суспензии по бентони- Усилие отрыва, н/м2 Эффективное поверхностное натяжение X юа, , н/м Предельное напряжение сдвига, н/м2

10,0 127,5 110,0

12,5 128,5 113,6 2,50

Даш-салахлин ски й 15,0 301,2 149,5 6,1

17,5 754,1 272,0 21,8

20,0 1465,0 532,7 31,7

10,0 100,0 96,6

25,0 119,7 108,9 2,20

27,5 134,4 119,4 3,£

Черкасский 30,.0 332,0 163,9 6,8

32,0 - 270,9 15,9

35,0 - 414,1 31,0

37,0 — 559,1 72,6

Величины"усилия отрыва для малоконцентрированных Сдо 10%) суспензий бентонитов различного качества примерно одинаковы. Так, например, для 10%-х суспензий даш-салахлинскего и черкасского бентонитов усилия отрыва соответственно составляют 1275 дин/см** и 1000 дин/св^; прочность влажных окатышей с этими бентонитами также различается незначительно. С увеличением концентрации суспензий наблюдаются существенные отличия в величинах усилия отрыва для разных бентонитов.

Так, при концентрации бентонитов в суспензии равной 17% усилие отрыва с даш-салахлинским бентонитом в 7,6 раз больше,

чем для суспензии с черкасским бентонитом такой же концентрации, Большое влияние на усилие отрыва оказывает время контакта бентонита с фильтратом. При изменении времени контакта с 30 минут до одного часа усилие отрыва для 10^-ных суспензий с даш-салахлинским и черкасским бентонитами увеличилось в среднем в 2 раза.

Введение в суспензию ил - фильтрат структурообразователя К-4 Сгипан) из расчета 500 г/т концентрата увеличивает усилие отрыва с 100 н// до 160 н/м?. Это соответствует адгезионной прочности суспензии с даш-салахлинским бентонитом при концентрации 13$. Во всех опытах по определению усилия отрыва разрыв происходил по капле поровой суспензии, т.е. когезия суспензии, определяемая ван-дер-ваальсовыми силами, была меньше величины адгезии ил-бентонитовой суспензии к магнетиту. Таким образом, основной составляющей связности системы в данном случае являются капиллярные С менисковые) силы на границе между магнетитовыми пластинками и коагуляционно-структурированной суспензией. Полученные результаты объясняют отсутствие значительного повышения прочности сырых окатышей при добавлении бентонита к шихте и показывает, что слабым звеном структуры является поровая суспензия и, очевидно, разрушение формирующихся гранул происходит в зоне действия молекулярных сил.

Литература

IЛ, Уёмаи а/пел. В/ф

о-/ ¿¿га

СНн>/Ь; б^п/е^ли уъ, 1950, р.18.

2. # ^Гаумгь у ^/^1963, 96, »12 #529-533.

3. В.И.Коротич. "Теоретические основы окомкования железорудных материалов". Металлургия, 1966. . —

4 .МвНшоШ , ^смс^улх

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ПЛАНИРОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА И ОПТИМИЗАЦИИ К ОЦЕНКЕ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ МЕТОДА АПН

А.А.Желтоножко, А .Ф »Федоров, А.А.Кашшн, А.Г.Стромберг

При одновременном содержании в растворе нескольких элементов с близкими потенциалами анодных пиков анализ методом амаль-