А.Н. Храмов, М.Ю. Субботин ИЗУЧЕНИЕ СЫПУЧИХ СВОЙСТВ

«Инновационные процессы комплексной и глубокой
переработки минерального сырья»
А.Н. Храмов, М.Ю. Субботин
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального
образования Забайкальский государственный университет, г. Чита, Россия
ИЗУЧЕНИЕ СЫПУЧИХ СВОЙСТВ РУДНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ С ЦЕЛЬЮ
ИНТЕНСИФИКАЦИИ ИХ ТЕРМИЧЕСКОЙ СУШКИ
Процесс сушки материалов, в том числе продуктов обогащения, как известно,
зависит от влажности, размеров частиц материала и способа их укладки, гидродинамических условий обтекания и параметров среды. Совокупность этих факторов определяет характер протекания процесса сушки. Эффективность сушки продуктов обогащения (концентратов), в частности в сушильных барабанах, существенно зависит от
конструкции и состояния внутренних устройств сушильного барабана (насадки), основное назначения которых обеспечить максимально возможное раскрытие поверхности частиц для протекания конвективного теплообмена (передача тепла от теплоносителя материалу при непосредственном их соприкосновении). Стандартная насадка, поставляемая заводом-изготовителем вместе с корпусом сушильного барабана, недостаточно приспособлена к выполнению своей основной функции, так как не может учитывать физических свойствах множества различных рудных концентратов.
Задачей проведенных исследований по изучению физических свойств различных
рудных концентратов (флюоритового, свинцового и полевошпатовых различной крупности) являлось определение особенностей поведения и характера движения данных
концентратов с переменной влажностью. Изменение влажности осуществлялось методом подсушки на подовой печи.
Как известно наиболее показательным параметром, отражающим сыпучесть дисперсного материала, является угол естественного откоса [Клейн Г. К. Строительная механика сыпучих тел. Изд. 2-е, перераб. и доп. Москва: Стройиздат, 1977. 256 с.].
Угол естественного откоса образуется при нахождении частиц на склоне в состоянии равновесия между силой, стремящейся сместить частицы вниз по склону, и
силой трения покоя, стремящейся сохранить частицы на склоне в состоянии покоя.
На частицу, находящаяся на склоне в состоянии предельного равновесия, действуют следующие силы: вес Р; сила реакции опоры, N = P cos φ0; сила, стремящаяся
сместить частицу вниз по склону Q = Р sin φ0; сила трения покоя T=Q (по условию
предельного равновесия).
Сила трения определяется по формуле:
FTP=k*F
(1)
где FTP – сила трения покоя частицы данного сыпучего материала на горизонтальном слое частиц того же сыпучего материала, кг/см2;
k – коэффициент трения, определяется по справочным данным или опытным
369
Международное совещание «Плаксинские чтения 2013»
16-19 сентября 2013, г. Томск Россия
путём;
F – нормальная сила реакции опоры, Н.
Поскольку в нашем случае F=N, получаем
k * N = Р sin φ0.
(2)
Поскольку N = P cos φ0,
k * P cos φ0 = Р sin φ0
k = (Р sin φ0/ P cos φ0)
(3)
k = tg φ0
Как видно из выражения (3), коэффициент трения двух поверхностей исследуемого материала равен тангенсу угла, при котором частица находится в состоянии
предельного равновесия. Но для частицы, находящейся на склоне дисперсного материала, а не плоской поверхности, требуется уточнение. Кроме вышеупомянутых сил,
на такую частицу будут действовать дополнительные силы взаимодействия с окружающими зернами массива, причём в сумме эти силы будут действовать как дополнительный фактор, удерживающий рассматриваемую частичку на склоне. Поэтому
для определения сыпучести дисперсного материала вместо коэффициента и угла трения покоя материала используется угол внутреннего трения сыпучего материала
[Маслов Н.Н. Основы инженерной геологии и механики грунтов: Учебник для вузов.
– Москва: Высш. школа, 1982. – 511 с.], который, на основании с выражения (3) возможно представить как коэффициент внутреннего трения сыпучего материала.
Скорректируем выражение (3)
k’ = tg φ0
где k’ - коэффициент внутреннего трения дисперсного материала.
Путём математических преобразований
tg φвн. тр. N = Р sin φ0,
tg φвн. тр. * P cos φ0 = Р sin φ0,
φвн. тр. = φ0,
где φвн. тр - угол внутреннего трения сыпучего материала, приходим к выводу, что
угол внутреннего трения должен равняться углу естественного откоса. Но, известно,
что фактически измеряемый при исследованиях угол естественного откоса обычно
превышает угол внутреннего трения сыпучего материала. Единственной причиной,
обуславливающей это, может быть существование дополнительных связующих сил в
массиве, обусловленных присутствием в материале влаги.
Данное предположение было проверено экспериментальным путём, были получены графики, отражающие зависимость угла естественного откоса от влажности материала для ряда концентратов. Математической обработкой экспериментальных
данных были полученные линейные функции, отражающие данную зависимость.
(4)
α= φ0+ω*B,
где α – угол естественного откоса влажного сыпучего материала, град;
370
«Инновационные процессы комплексной и глубокой
переработки минерального сырья»
ω – влажность испытуемого сыпучего материала,%;
φ0 – угол естественного откоса сухого сыпучего материала, равный углу внутреннего трения сыпучего материала, град;
B – коэффициент, отражающий зависимость угла естественного откоса сыпучего материала от его влажности и устанавливаемый опытным путём для каждого сыпучего материала.
Ю.Л. Михлин, В.В. Шурупов, А.С. Романченко, Е.В. Томашевич,
А.А. Карачаров, М.Н. Лихацкий
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии и химической
технологии Сибирского отделения Российской академии наук, г. Красноярск, Россия,
yumikh@icct.ru
ПРИРОДА ПАССИВАЦИИ СУЛЬФИДНЫХ МИНЕРАЛОВ
ПРИ ВЫЩЕЛАЧИВАНИИ - ЗАМЕДЛЕННАЯ ДИФФУЗИЯ ИЛИ
ЭЛЕКТРОННЫЕ СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ?
Гидрометаллургическая переработка металлургического минерального сырья и
серьезно затруднена пассивацией сульфидных минералов, природа которой остается
предметом исследований уже много десятилетий. В условиях выщелачивания, не осложненного образованием толстого слоя продуктов, скорость лимитируется, чаще
всего, диффузией металлов в твердом теле. Однако на сульфидах легко формируется
приповерхностный металлдефицитный слой, иногда толщиной до нескольких микрометров, то есть перенос катионов в раствор и диффузия в твердой фазе достаточно
быстрые. С другой стороны, сульфиды представляют собой полупроводники, скорость окисления которых должна критически зависеть от электронных свойств (типа,
концентрации, подвижности носителей заряда) и при достаточно больших перенапряжениях обычно лимитируется доставкой к поверхности неосновных носителей заряда. Для сульфидов, напротив, наблюдается пассивация при небольшой анодной поляризации и транспассивное поведение при более высоких потенциалах. Ранее мы
предложили рассматривать образующийся поверхностный нестехиометрический слой
как неупорядоченный полупроводник, электронные свойства которого отличаются от
соответствующего кристаллического материала и зависят, в частности, от степени разупорядочения. Целью данной работы было экспериментальное изучение взаимосвязи
между составом, степенью разупорядочения поверхности, в том числе рельефа реакционной сульфидной фазы, проводимостью поверхностного слоя и скоростью выщелачивания (анодного окисления) минералов.
В ходе выполнения работы с помощью рентгенофотоэлектронной спектроскопии
(РФЭС), спектроскопии характеристических потерь энергии электронов (СХПЭЭ), ска371