CC BY
34
Для удаления накипно-коррозионных отложений в отечественной и мировой практике используют в основном три группы способов [3]:
1. Механические.
2. Пневмогидро- и электроимпульсные.
3. Химические.
Механические способы (сверление твердосплавными сверлами, пробивание отверстий в слое накипи тросами и шомполами) - крайне трудоемки и приемлемы только для очистки прямоточных теплообменников. Этот способ удаления отложений малопродуктивен и часто приводит к разрушению стенок труб.
Способы очистки второй группы более эффективны, но их применение ограничено конструктивными особенностями очищаемого оборудования, а также стоимостью специальной аппаратуры и высокими требованиями к квалификации обслуживающего персонала.
Химические способы наиболее универсальны для всех видов и конструкций очищаемого оборудования. Принципиальный недостаток способа заключается в использовании кислот в качестве активного компонента. Растворы на основе кислот «не отличают» накипь от очищаемого материала, растворяя и то и другое, причем даже при применении ингибиторов коррозии.
Рис. 4. Внешний вид отложений с верхней части кожу-хотрубчатого пароподогревателя
Был проведен комплекс исследований накипно-коррозионных отложений из аппаратов глиноземного цеха Богословского алюминиевого завода. Были отобраны 2 пробы из кожухотрубчатого пароподогревателя: первая - с верхней части аппарата (рис. 4); вторая - с теплообменных трубок (рис. 5).
Исследования состава показали следующие результаты:
химический состав, %:
Na - 12,8-13,5; SiO2 - 29,8-30,5; Л^ - 27,3-28,1; Fe2Oз - 0,1-0,3; рентгеноструктурный состав: 3(Na2O■Al2O3■2SiO2)2■Na2SiO3■3H2O - алюмосиликаты;
3NaAlSiO4■Na2CO3; Al(OH)3 - гидроокись алюминия.
Рис. 5. Внешний вид отложений с теплообменных трубок кожухотрубчатого пароподогревателя
Результаты исследований позволяют более точно прорисовать механизм образования отложений.
Основная предпосылка начала образования отложений - наличие в технологических растворах кремния (как показал химический анализ, содержание SiO2 в отложениях достигает 30%). Растворенный кремний в щелочной среде имеет особенность - образование стойких взвесей (гелей). Кремнезем в обычном состоянии мало растворяется в водных растворах (максимальное значение 0,007% [4]), но присутствие в растворе ионов гидроксильной группы (ОН-) или ионов фтора повышает скорость растворения при рН среды в интервале от 3,0 до 10,0 (рис. б).
логарифм скорости растворения +2
_ 1111 1
- // —
_ /
/]
о—у3 —
/ 1111 1
рН
Рис. 6. Скорость растворения кремния в технологических растворах в зависимости от рН среды
В технологических растворах выпарки с рН более 9,0 концентрация растворенного кремнезема, который находится в растворах в виде Si(OH)4 (так называемые силанольные группы), достигает точки, после которой при концентрации 0,01-0,02% пересчете на SiO2 начинается полимеризация кремнезема. Такой механизм невозможен без присутствия солей натрия [4], а технологические растворы как раз и содержат сульфат натрия Na2SO4. Концентрация Na2SO4 выше 0,2
н.р. является достаточным условием для начала процесса полимеризации (или гелеобразования). В отсутствии солей растворенный кремнезем агрегируется на центрах кристаллизации (нерастворенные частицы кремния, глинозем, механические примеси) с образованием крупных нейтральных частиц. Электролиты типа сульфата натрия с концентрацией выше 0,2 от нормали вызывают понижение заряда на поверхности нерастворенных частиц, благодаря чему возникает механизм объединения их с помощью силанольных групп в пространственные сетки [5] (схематично процесс изображен на рис. 7).
Образовавшиеся полимеризованные частицы достаточно подвижны и объединяются между собой при воздействии ионов №+ (рис. 8).
В результате объединения возникает устойчивая связь и после осаждения сетки геля в неровностях теплопередающих поверхностей его структура упрочняется. Плотная пленка осажденного полимеризован-ного кремнезема с примесями натрия устойчива к обратному растворению, но обладает тенденцией к образованию алюмонатриевых силикатов Ма20-А!203-28Ю2. Полимеризованный кремнезем сорбирует различные вещества - А1203, окислы железа, ионы металлов (А13+, №+ и другие) с образованием алюмосиликатов (схематично процесс изображен на рис. 9). Алюмосиликаты относятся к самопроизвольно упрочняющимся веществам под действием незначительных температурных колебаний. Первоначальные отложения играют роль катализатора, и дальнейший
Рис. 7. Механизм полимеризации кремнезема
процесс образования накипно-коррозионных отложений ускоряется в несколько раз.
Рис. 8. Механизм объединения полимеризованных частиц под действием ионов натрия
Для практической проверки теоретических данных проведен ряд экспериментов по растворению осадков из аппаратов глиноземного производства Богослов-
Рис. 9. Процесс образования алюмосиликатов
ского алюминиевого завода. При проведении экспериментов было опробовано 12 растворителей с отношением Ж:Т = 3:1 и 10:1:
5% HCl 5% H2SO4 5% NaOH 5% KOH 5% HNO3 10% CH3COOH 5% H2SO4+2% HNO3 5% HCl+ 2% HNO3 5% FeCl3-6H2O 5% AlCl3-6H2O 5% H2SO4+0,5% K2Cr2Oy 10% H2C2O4-2H2O.
В результате серии экспериментов по растворению отложений различными реагентами был разрабо-
тан комплексный растворитель, не требующий применения ингибиторов коррозии. После процесса очистки образовавшаяся пульпа без нейтрализации может быть сброшена в промливневую канализацию или использована в технологическом цикле в качестве промывного раствора для красного шлама. Лабораторные испытания на образцах отложений, отобранных на Богословском алюминиевом заводе, показали, что эффективность растворения достигает 75-85% от массы отложений за один час обработки (для сравнения - серная кислота без ингибирования дает результат около 50%).
Для отработки технологии очистки аппаратов глиноземного цеха требуется провести опытно-промышленные испытания в условиях действующего производства с оптимизацией состава раствора для промывки.
Библиографический список
1. Ржечицкий Э.П., Кондратьев В.В., Ткаченко Ю.А. К вопросу образования алюмосиликатных соединений в растворо-проводах содовой газоочистки алюминиевых заводов: тез. Докл. Регион. науч.-практ. конф. молодых ученых и специалистов алюминиевой промышленности. 21-22 октября 2003 г., Иркутск.
2. Elbeik S., Tseung A.C.C., Mackay A.L. Corrosion science. 1986. V.26. №9.
3. Кузьмак А.Е. Накипно-коррозионные отложения и теплоэнергетическое оборудование // Перспективные отечественные технологии и разработки. М. 1998.
4. Айлер Р. Химия кремнезема: В 2 т. М.: Мир, 1982.
5. Lanning F.R., Ponnaiya B.W.X., Crumpton C.F. Plant Physiol. 1958.
УДК 621.928.7:622.371
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОЦЕССА ТРИБОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕПАРАЦИИ В СХЕМАХ ДОВОДКИ ГРАВИТАЦИОННЫХ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИХ КОНЦЕНТРАТОВ
Р.В. Кононко1, С.А. Богидаев2, Ю.С. Мухачёв3
1,2ОАО «Иргиредмет»,
664025, г. Иркутск, б. Гагарина, 38.
3Иркутский государственный университет путей сообщения, 664074, г. Иркутск, ул. Чернышевского, 15.
Изучены трибоэлектрические свойства кристаллов алмазов и основных сопутствующих минералов и пород, выявлено, что разница в величине их трибоэлектрических зарядов может быть успешно использована в качестве признака разделения. На изготовленном и испытанном в лабораторных условиях трибоэлектрическом сепараторе (ТЭС) при обработке алмазосодержащих гравитационных концентратов крупностью -5+2мм и -2+1мм с применением разных материалов поверхности вибролотков (металлов и диэлектриков) получена высокая эффективность сепарации. Ил. 1. Табл. 2.
Ключевые слова: трибоэлектрический заряд; алмазы; сопутствующие минералы и породы; трибоэлектриче-ский сепаратор; материал поверхности вибролотка; эффективность.
APPLICATION PROSPECTS OF THE PROCESS OF TRIBOELECTRIC SEPARATION IN FINISHING SCHEMES FOR
DIAMOND GRAVITY CONCENTRATES
R.V. Kononko, S.A. Bogidaev, Yu.S. Muhachev
PLC "Irgiredmet",
38, Cagarin Blvd, Irkutsk, 664025.
Irkutsk State University of Railway Engineering,
15, Chernyshevsky St., Irkutsk, 664074.
The authors studied triboelectric properties of diamond crystals and main associated minerals and rocks. It was revealed that the difference in the magnitude of their triboelectric charges could be successfully used as a separation feature. On the manufactured and laboratory tested triboelectric separator (TES) a high separation efficiency was obtained when processing diamond gravity concentrates with the coarseness -5 +2 mm and -2 +1 mm with the application of different materials of vibro trough surfaces (metals and dielectrics). 1 figure. 2 tables.
Key words: triboelectric charge; diamonds; associated minerals and rocks; triboelectric separator; vibro trough surface material; efficiency.
Рентгенолюминесцентный способ сепарации алмазов получил широкое распространение на предприятиях алмазодобывающей промышленности. Этот метод основан на способности алмазов люминесци-ровать под действием рентгеновского излучения. Как показывает практика, у 96-98% алмазов действительно интенсивность рентгенолюминесценции выше, чем у большинства типичных сопутствующих минералов. Вместе с тем, небольшая часть алмазов, 2-4% от общей массы в разных месторождениях, имеет ослабленный уровень рентгенолюминесценции. При существующих схемах доводки и окончательной доводки алмазосодержащих концентратов, где в основном применяются доводочные рентгенолюминесцентные сепараторы, слаболюминесцирующие кристаллы ал-
мазов теряются с их хвостами.
В связи с этим возникла необходимость более детального изучения других физических свойств кристаллов алмазов, на основе которых можно было бы создать сепараторы для более эффективного извлечения слаболюминесцирующих под рентгеном алмазов в технологических схемах доводки алмазоизвле-кательных фабрик.
Перспективой в данном вопросе являются трибоэлектрические свойства алмазов, основанные на способности в процессе трения о различные поверхности (в частности дюралюминиевая поверхность вибрационного лотка) приобретать заряд, отличающийся по величине от основной массы сопутствующих минералов и пород.
1Кононко Роман Васильевич, научный сотрудник, тел.: (3952) 258540, e-mail: [email protected] Kononko Roman, Research Worker, tel.: (3952) 258540, e-mail: [email protected]
2Богидаев Сергей Александрович, доктор технических наук, главный научный сотрудник, тел.: (3952) 383098. Bogidaev Sergey, Doctor of technical sciences, Chief Researcher, tel.: (3952) 383098.
3Мухачев Юрий Сергеевич, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры теоретической механики, тел.: (3952) 332146.
Muhachev Yuri, Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor of the Department of Theoretical Mechanics, tel.: (3952) 332146.
С целью изучения трибоэлектрических свойств кристаллов алмазов и зерен сопутствующих минералов и пород была создана установка, позволяющая минеральным зернам приобретать электрический заряд за счет трения их о поверхность дюралюминиевого вибролотка и измерять его величину в полете (бесконтактным методом) датчиком электрического заряда. Приобретенный минералами трибоэлектрический заряд наводит на чувствительном элементе датчика импульс тока электростатической индукции. Полученный электрический сигнал усиливается и измеряется его величина (В), которая пропорциональна величине заряда частицы.
Для проведения исследований по изучению трибоэлектрических свойств были подготовлены коллекция алмазов и коллекция сопутствующих минералов и пород крупностью -5+2мм.
Коллекция алмазов формировалась из кристаллов одного из месторождений Якутии, в которых присутствовали алмазы как с обычной интенсивностью рент-генолюминесценции, так и со слабой. Коллекция сопутствующих минералов и пород была сформирована из цирконов, пиропов, карбонатов, ильменитов, магне-титов, плагиоклазов, хризолитов и кимберлитов, наиболее часто встречающихся в гравитационных концентратах алмазоизвлекательных фабрик Якутии.
Исследованиями установлено, что при движении по дюралюминиевому лотку подавляющее количество алмазов (98,5%) крупностью -5+2мм приобретают трибоэлектрический заряд, величина сигнала датчика от которого выше 0,5В, при этом сопутствующие минералы и породы приобретают либо низкий по вели-
чине трибозаряд, либо он совсем отсутствует (рисунок). Так, у карбонатов лишь 6% зерен приобретают трибоэлектрический заряд с уровнем сигнала датчика более 0,5В, а основная их масса (92%) способна накапливать совсем небольшой по величине заряд -уровень сигнала датчика менее 0,2В. Также плохо заряжаются зерна цирконов, основное их количество -81% получают заряд с величиной сигнала датчика менее 0,2В. Несколько более высокий трибозаряд, в сравнении с цирконами, приобретают хризолиты и пиропы - соответственно 3 и 14% зерен имеют величину сигнала датчика более 0,5В, а 77 и 87% - более 0,2В. Исследования, проведенные на зернах кимберлита и таких минералов, как магнетит, ильменит и плагиоклаз, показали, что они не накапливают достаточный для измерения на данной установке по величине трибоэлектрический заряд. Следует отметить то, что большинство кристаллов алмазов коллекции (95%) способны накапливать электрический заряд величиной от 1,0В до 4,3В (в среднем 2,1В). При этом кристаллы со слабой интенсивностью рентгенолюминес-ценции так же, как и кристаллы алмазов с обычным уровнем рентгенолюминесценции, получают достаточно высокий трибоэлектрический заряд - в среднем 2,0В.
Таким образом, в результате проведенных исследований установлено, что при трении о дюралюминиевую поверхность вибролотков основная часть кристаллов алмазов, в том числе и слаболюминесциру-ющих под рентгеновскими лучами, приобретает три-боэлектрический заряд заметно выше, чем большинство сопутствующих минералов и пород. Поэтому
Распределение кристаллов алмазов и сопутствующих минералов по величине приобретаемого электрического
заряда
