книги из ГПНТБ / Серго, Е. Е. Опробование и контроль технологических процессов на обогатительных фабриках учеб. пособие

вают через тонкое сито с диаметром отверстия, например, 0,074 мм. Для лучшего диспергирования глинистых состав­ ляющих в промывную воду добавляется силикат натрия (растворимое стекло) в количестве 0,5—1,0% от пробы ма­ териала. Промывка через сито производится отсадкой, для чего сито попеременно погружают и поднимают. Эта опера­ ция повторяется до полного отмыва зернистого материала от шлама и перехода его в подрешетный продукт.

Остаток на сите высушивается при температуре 105— 110° и просеивается через набор сит, включая и сито, на ко­ тором производилась промывка. Просев последнего сита присоединяется к отмытому шламу.

Материал, прошедший через сито, используется для седиментационного анализа. Если необходимости в анализе нет, то материал сгущают, выпаривают, высушивают и взвешива­ ют для определения его выхода. Количество этого материа­ ла можно также определить по разности масс исходной пробы и материала, оставшегося на сите после промывки.

Для оперативного контроля и регулирования различных технологических процессов (сгущения, фильтрации идр.) при­ меняется экспресс-контроль гранулометрического состава.

Отбор пробы пульпы для экспресс-контроля производит­ ся при помощи пикнометра емкостью 1 л. Отобранная про­ ба взвешивается с точностью до 1 г (в точно вывешенной та­ ре). Разница между общей массой и массой тары в граммах, деленная на 1000, дает плотность пульпы А. По плотности пульпы и твердого шлама, пользуясь заранее составленной таблицей (табл. 15), определяют процентное содержание твердого вещества в одном литре пульпы. Затем пробу выли­ вают на сито с отверстиями, равными диаметру граничного зерна, и производят ее рассев, промывая водой. Оставшийся на сите материал (надрешетный продукт) переносят в пик­ нометр, который доливают водой до объема в 1000 см3, взве­ шивают и определяют (по таблице) процентное содержание твердого вещества в одном литре пульпы.

По полученным данным вычисляют выход материала крупностью более заданного граничного зерна по формуле

где pi — содержание твердого вещества в пульпе до рассе­ ва ее, %; рг — содержание твердого надрешетного продук­ та, %.

111

вор канадского бальзама в ксилоле и раствор смолы в ски­ пидаре. Проба механически распределяется в растворе фик­ сирующего агента. После выпаривания растворителя, вхо­ дящего в состав агента, зерна закрепляются на стекле. Они должны лежать в один слой, занимать постоянное положе­ ние, располагаться каждое отдельно, не образуя агрегатов, сохранять начальные размеры.

Исследование препаратов. На практике микроанализ гранулометрического состава обычно выполняется с помо­ щью любого микроскопа, оборудованного бинокулярной на­ садкой, апохроматическим объективом и компенсирующи­ ми окулярами, дающими плоские поля зрения. Прямое наблюдение размеров зерен может быть выполнено с помо­ щью нитяного микрометра, окулярного микрометра или шкалы, проектирующейся на изображение объекта со сто­ роны осветительного конденсатора, подводящего свет сни­ зу. Этот метод допускает применение бинокуляра и любых объективов и окуляров. Удобно пользоваться также сетча­ тым окуляром, у которого один из больших квадратов раз­ бит на более мелкие.

Для анализа материала крупностью менее 1 мк приме­ няют электронный микроскоп, который дает возможность измерять частицы до 0,005 мк.

Приготовленный препарат помещается так, чтобы поле зрения приходилось на один из углов. Затем на микроскопе устанавливается самый слабый объектив и отыскивается по­ ле для рассмотрения самого крупного зерна. При этом по окулярному микрометру определяют средние величины двух размеров — длину и ширину (в пределах 5 мк). Затем, начи­ ная с одного из углов, исследуют по порядку все квадраты, подсчитывая и записывая число частиц. Каждое замеренное зерно отмечается в таблице в графе для определенной фрак­ ции. Далее наблюдение и подсчет повторяют с более силь­ ными объектами, сужая каждый раз пределы крупности и подсчитывая меньшее число квадратов в каждом поле, но сохраняя то же число полей, что и в первом объективе.

Для исследования материала до 30 мк применяется объектив в 16 мм (100 диам.); для материала от 30 до 10 лк — объектив в 8 мм (200 диам.); для материала от 10до 1 мк — объектив в 4 мм (430диам.); для материала — мельче 1 мк —• иммерсионный объектив в 1,9 мм (500 диам.).

Для полного исследования пробы под микроскопом тре­ буется 5—6 ч.

113

Вместо длительного процесса измерения зерен под ми­ кроскопом изображение препарата может быть зафиксирова­ но фотоаппаратом на негативной пленке или пластинке. Изображение проектируется на экран при большом увели­ чении и производится замер зерен с точностью до 1 мм. Предварительно необходимо установить степень увеличения зерен на экране.

§ 7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА МЕТОДОМ ПРОНИЦАЕМОСТИ

Седиментационный анализ тонкого по крупности матери­ ала дает погрешности при определении содержания отдель­ ных фракций. Величина погрешности возрастает с увеличе­ нием разности плотностей отдельных компонентов, входящих

всостав исследуемой смеси. Поэтому крупность тонких шламистых материалов иногда характеризуют величиной удель­ ной поверхности, т. е. величиной поверхности, выраженной

вквадратных сантиметрах на один грамм материала. Особен­ но важно знать величину удельной поверхности при изуче­ нии процессов дробления и измельчения, так как затрачи­ ваемая здесь работа пропорциональна вновь образованной поверхности в процессе этой операции.

По величине удельной поверхности можно легко вычис­ лить средний диаметр частицы.

Метод проницаемости позволяет измерять величину

удельной поверхности путем определения скорости фильт­ рации жидкости или газа через слой исследуемого мате­ риала.

Для определения скорости фильтрации применяют раз­ личные пробы.

Рассмотрим прибор Товарова. Он состоит (рис. 33) из гильзы 1, плунжера 2, аспиратора 3 и водяного манометра 4. Гильза представляет собой трубку, имеющую внутренний диаметр 25,2 ±D,1 мм и установленную на подставке. Между подставкой и гильзой зажимается металлический диск 5 с отверстиями и кольцевая резиновая прокладка 6 шириной примерно 3 мм, толщиной 2 мм и диаметром 43 мм. При закреплении гильзы на подставке болтами 7 необходимо следить, чтобы резиновая прокладка не попала между труб­ кой и диском 5. На последний кладется кружок фильтро­ вальной бумаги. Затем в гильзу насыпается навеска анали­ зируемого материала, предварительно подсушенного и ох-

114

Рис. 33. Прибор конструкции Товарова для определения удель­ ной поверхности порошков.

лажденного на воздухе, а также взвешенного с точностью до 0,01 г.

Масса навески для плохо сжимаемых порошков с насып­ ной массой примерно 0,5 б (б — плотность материала) при­ нимается равной приблизительно 3,756; для хорошо сжи­ маемых порошков — до полного заполнения гильзы.

Легкими ударами подставки о стол поверхность навески в гильзе выравнивают. Затем на нее кладут лист фильтро­ вальной бумаги, диаметр которого должен быть точно равен внутреннему диаметру гильзы, после чего навеска прессует­ ся плунжером 2 до соприкосновения упорного кольца плун­ жера с гильзой.

Если упорное кольцо не доходит до гильзы, то массу на­ вески следует уменьшить. Необходимая масса навески т2 определяется по формуле

где т1 — предварительно взятая масса навески, г; Lx — вы­ сота слоя навески, соответствующая массе навески т х, мм.

Величина Lx определяется при помощи миллиметровой шкалы 8, нанесенной на гильзе, и шкалы нониуса 9,

115

/

закрепленной на плунжере. Установка нониуса производится перемещением его на планке 11, а фиксирование — с помо­ щью болта 10. Если плунжер легко доходит до упора, то навеску следует увеличить.

Аспиратор действует по принципу сосуда Мариотта и обеспечивает постоянную скорость фильтрования воздуха через слой порошка. Перед проведением анализа из аспира­ тора вынимают пробку 12, наливают в него дистиллирован­ ную воду примерно до уровня, показанного на рисунке, и вставляют пробку обратно. В манометр 4 наливают под­ крашенную дистиллированную воду с двумя-тремя каплями крепкой соляной кислоты и устанавливают его на нуль, пе­ редвигая при этом сосуд 13 в вертикальной плоскости. От­ крывают кран аспиратора 15, и по трубке 14 начинает течь вода в стакан, установленный под аспиратором.

Если стабильное разрежение, измеряемое манометром, достигнуто, записывают показания и измеряют расход воды.

С целью проверки герметичности соединений после залив­

воды. Если течение воды из аспиратора не прекращается, проверяют герметичность всех соединений. Температуру из­ меряют термометром 16.

Расчет удельной поверхности S (см2!г) производится по формуле

(89)

где б — плотность материала порошка, г!смъ; k — коэффи циент пористости, в долях единицы:

боре L = 1,5 см); г] — вязкость воздуха, в пуазах:

0,153 • 10~ АТ / Т

Т+ 120

(для температуры 15—20° С значение т) можно прини­ мать равным примерно 1,83- ІО-4); Н — показания мано­

116

метра, см; Q— количество просасываемого воздуха в едини­

Прибор Товарова основан на пуазейлевском режиме те­ чения воздуха и применим для определения удельной по­ верхности грубодисперсных систем.

Для контроля удельной поверхности как высокодисперс­ ных, так и грубодисперсных систем применяют приборы, ос­ нованные на молекулярном течении воздуха. Например, прибор Б. В. Дерягина основан на измерении сопротивле­ ния, которое оказывает анализируемый порошок протека­ нию разряженного воздуха с заданной скоростью [б, 9].

Измерение удельной поверхности по адсорбции криптона позволяет производить точное определение поверхности не­ пористых порошков флотационной крупности до 0,3 мм. В отличие от методов фильтрации воздуха этот метод позволяет измерять полную удельную поверхность (поверхность пор внутри частиц), а не только внешнюю (суммарная внешняя поверхность частиц материала). Использование криптона исключает возможность химического воздействия газа на поверхность частиц. Применяются также другие методы оп­ ределения удельной поверхности порошков, которые опи­ сываются в специальной литературе [6].

§ 8. ПРИБОРЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА МАТЕРИАЛОВ

Основными недостатками ручных методов гранулометри­ ческого анализа являются их большая продолжительность и стоимость, необходимость применения ручного труда, не­ высокая точность.

Для облегчения работ и повышения точности созданы различные приборы — гранулометры для прямого конт­ роля крупности материала. Поступающая от них информа­ ция позволяет активно воздействовать на ход таких про­ цессов, как дробление, измельчение и др., обеспечивать их оптимальные режимы. Рассмотрим некоторые из этих при­ боров.

117

[Рис. 34. Гранулометр конструкции института «Механобр».

Гранулометр конструкции института «Механобр» (рис. 34). Проба руды через загрузочную воронку 1 подается на грохот 2, состоящий из двух сит, расположенных по спира­ ли; между краями сит имеются щели. Короб грохота подве­ шен на амортизаторах <3. На коробе грохота укреплены две пары дебалансов 4 со взаимно перпендикулярными осями. Каждая пара дебалансов приводится в движение двумя эле­ ктродвигателями. Под грохотом подвешен бункер 12 с сек­ торным затвором 10, который открывается и закрывается с помощью электромагнитов 11 и системы рычагов 9. Бун­ кер 12 подвешен на раме 5, которая связана с магнитоанизотронным датчиком 6. Сигнал с последнего, пропорциональ­ ный массе заполненного рудой бункера 12, направляется в выпрямительный блок 7, а затем во вторичный прибор 8, где этот сигнал запоминается.

Действие прибора основано на том, что на грохоте с заданной величиной ячеек рассеивается проба руды, взве­ шивается подрешетный продукт, а затем и вся проба. Путем «деления» сигнала, пропорционального массе подрешетного продукта, на сигнал, пропорциональный массе исходной руды, вычисляется процент контролируемого класса круп­ ности.

При рассеве пробы включается первая пара дебалансов, которые встряхивают сита. Материал, поднимаясь вверх по спирали, совершает круговое движение по поверхности сит. Время грохочения выбирается достаточным для хороше­ го рассева пробы. Подрешетный продукт, попавший в бун­ кер 12, взвешивается, и его масса запоминается. Затем вклю-

118

чается вторая пара дебалансов, и движение материала про­ исходит в обратном направлении. Через щели между края­ ми сит надрешетный материал падает в бункер, где взвеши­ вается уже целая проба.

Гранулометр в комплекте с автоматическим пробоотбор­ ником может устанавливаться для контроля непрерывных потоков руды.

Время анализа пробы массой до 30 кг составляет при­ мерно 2 мин, абсолютная погрешность анализа±1,596.

Гранулометр ситового мокрого рассева типа ГСА-1М института «НИИАвтоматика» (рис. 35) создан на основе ме­ тода мокрого экспресс-анализа.

Проба пульпы, отобранная пробоотборником 11, посту­ пает в барабанный грохот 19, находящийся внутри бункера 18. Грохот приводится во вращение двигателем 12 через ре­ дуктор 13. Для удержания надрешетных классов в барабане при рассеве пробы имеется торцевая крышка 15, которая открывается по заданной программе распределительным ку­ лачком 14, приводимым в движение редуктором 13. Вода в грохот подается через трубки 21 при включении соленоид­ ного вентиля 23. Бункер 18 с помощью плеч параллелограм­ ма 20 подвешен к измерительным пружинам 9 и 10, которые уравновешивают бункер 18, заполненный только водой. Поступление пробы пульпы в барабан вызывает приращение

4 9

массы емкости AGj и перемещение вниз всей подвешенной системы, а также связанного с ней плунжера 8 нуль-инди­ катора 7.

Разбаланс нуль-индикатора усиливается в усилителе / и приводит в движение серводвигатель 2, вращающий дви­ жок запоминающего устройства 3 и лекало 5. Поворот по­ следнего вызывает перемещение рычага 6 пружин 9 и Ю до тех пор, пока их усилие уравновесит приращение АGv После рассева пробы и сброса подрешетиого продукта взвеши­ вается надрешетный материал весом АG2 аналогично весу AGX(с доливкой воды до заданного объема). Значения сопро­ тивлений и R2, пропорциональные величинам А Gx и AG2, с запоминающего устройства 3 передаются во вторичный прибор 24 для определения содержания контролируемого класса. Выход плюсового класса ß + определяется по фор­ муле

где у, и у2 — плотность пульпы в объеме бункера 18 до и после рассева твердой фазы. Шкала 4 служит для контроля работы гранулометра и его настройки. Продолжитель­ ность анализа одной пробы примерно 4 мин,- погрешность анализа ±2% от верхнего

предела измерения. Гранулометр «Микрон» ти­

па СКФВНИКИ «Цветметавтоматика» (рис. 36). Принцип действия прибора основан на статистической зависимости между крупными и мелкими классами в исследуемой пуль­ пе. Гранулометр состоит из датчика и вторичного реги­ стрирующего прибора со шка­ лой измерения от 0 до 1,0 мм. Датчик состоит из микромет­ рического щупа 7, шарнирно соединенного с помощью што­ ка б с коромыслом 5, к кото­ рому подвешен плунжер ин-

120