CC BY
36
УДК 553.411.08:546.59
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СУШКИ ЛАБОРАТОРНЫХ ПРОБ КВАРЦЕВЫХ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ РУД В МИКРОВОЛНОВОЙ ПЕЧИ
О.А. Белавина, В.А. Швецов, Д.В. Шунькин, Н.В. Адельшина, П.А. Белозёров
Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003
e-mail: belavina. olia@yandex. ru e-mail: bakeev da@kamchatstu.ru e-mail: demon 111@mail.ru
В работе представлены результаты исследований процесса сушки лабораторных проб кварцевых золотосодержащих руд в бытовой микроволновой печи. Выявлены зависимости параметров процесса сушки проб от определяющих его факторов, что позволяет разработать оптимальный технологический режим процесса сушки лабораторных проб кварцевых золотосодержащих руд в бытовой микроволновой печи.
Ключевые слова: микроволновая печь, сушка лабораторных проб, оптимальный режим сушки.
Research of dehumidification process of quartz gold-bearing ore laboratory samples in microwave oven.
O.A. Belavina, V.A. Shvetsov, D.V. Shunkin, N.V. Adelshina, P.A. Belozerov (Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683003)
This article presents research results of dehumidification process of quartz gold-bearing ore laboratory samples in domestic microwave oven. Dependence of samples dehumidification process quality on it’s determining factor is detected. It allows to develop optimal technological dehumidification process condition of quartz gold-bearing ore laboratory samples in domestic microwave oven.
Key words: microwave oven, dehumidification of laboratory samples, optimal dehumidification condition.
Геологические пробы руд всегда содержат некоторое количество влаги [1]. Содержание полезных компонентов определяют на абсолютно сухую руду [1]. Величина влажности для различных руд изменяется в широких пределах. Для плотных кварцевых золотоносных руд, массивных магнетитов, массивных сульфидных руд она колеблется от 2 до 5% [1]. В бурых железняках, в марганцевых, силикатных никелевых рудах влажность может достигать 25-35% [1]. При такой влажности разделка проб становится затруднительной: забиваются дробилки, истиратели, грохоты, сократительные устройства. В этом случае необходима подсушка проб [2-4]. Процессы сушки весьма энергоемки, имеют низкий энергетический КПД [5, 6] вследствие медленности процессов влагообмена между материалом и воздухом [7]. Применение токов высокой частоты позволяет во многих случаях значительно ускорить процесс сушки, особенно для материалов в толстом слое с низкой проницаемостью к инфракрасным лучам [5].
Оптимальный режим сушки материала должен обеспечивать качество сушки, максимальную интенсификацию процесса, минимальный расход энергии необходимой на единицу веса испаренной влаги и минимальный износ оборудования [7]. С точки зрения технологии сушки лучшие результаты дают комбинированные методы сушки. Комбинированная сушка позволяет снизить расход электроэнергии в два раза по сравнению с чисто высокочастотной сушкой [8]. При этом вначале - нагрев в электрическом поле (быстрый и равномерный) обеспечивает высушивание «трудноудаляемой» влаги, затем высушивание «легкоудаляемой» влаги происходит в естественных условиях [5]. При сушке в высокочастотном поле тепло выделяется равномерно во всем объеме, но вследствие теплоотдачи от наружной поверхности температура глубинных слоев обычно оказывается выше, чем на поверхности. Возникающие в материале градиенты температуры и влажности ускоряют перемещение влаги из глубины к поверхности в десятки и сотни раз по сравнению с другими способами сушки [5, 9].
Сушка влажных материалов является одновременно теплофизическим и технологическим процессом, в котором воедино связаны процессы переноса тепла и массы [10]. С учетом того, что содержание влаги в материале изменяется во времени, сушка является нестационарным процессом
[11]. Кинетика сушки и ее закономерности исследованы мало, а сушка при высоких температурах почти не исследовалась [10].
Для определения длительности процесса сушки существует ряд формул [6, 8-10, 12].
т = -
N
і ш _ ш і ш _ ш Л
Ш _Ш , + —ів^------------р + —івШр2---------Р
н кр1 х Шкр2 _ Шр 12ё шк _ шр
(1)
(
т = -
N
Ш — ш
шн _ Шкрі + — івЩ 1 _ Шкр2) + — ів _»2 /
кр Хі кр кр X- Шк _ Шр у
(2)
где т - продолжительность сушки; N - скорость сушки; Жн - начальное влагосодержание; Жкрі -критическое влагосодержание 1-го периода сушки; Wкр2 - критическое влагосодержание 2-го периода сушки; Жр - равновесное влагосодержание материала; Жк - конечное влагосодержание материала; хи х2 - относительные коэффициенты сушки в двух частях 2-го периода сушки, определяемые формой связи влаги с материалом, его структурой, плотностью и методом сушки (определяется из опытной кривой сушки).
Авторы работ [6, 9, 12] предлагают отсчитывать время от начала второго периода сушки, так как первый период прогрева (период постоянной скорости сушки) в большинстве случаев не продолжителен, по сравнению с общей длительностью процесса сушки [12], по формулам:
ти = —1п
X-
(Шкр 1 _ Шр)
(Шк _Шр)
(3)
^2
-1п
(Шкр 1 _ Шр)
шк _ Шр
(4)
1 Шкр1 _ Шр
Т и = -(шкр 1 _ ШР) ■ 2,-іВ
(5)
1
1
1
Т и =
Ввиду сложности формул (1-5) их не применяют в производственных лабораториях. Кроме того, известно [13], что время нагрева зависит и от других факторов: уровня мощности СВЧ-излучения, используемой тары, начальной температуры материала и массы материала.
Цель работы: исследовать процесс сушки лабораторных проб золотосодержащих руд в бытовой микроволновой печи и получить информацию, необходимую для разработки оптимального технологического режима процесса сушки лабораторных проб кварцевых золотосодержащих руд в бытовой микроволновой печи.
Для достижения этой цели были проведены следующие экспериментальные исследования.
Эксперимент № 1. Устанавливали зависимость продолжительности сушки от начальной влажности материала проб кварцевой золотосодержащей руды.
Материал пробы кварцевой золотосодержащей руды, массой 0,5 кг, взвешивали на весах лабораторных ВЛТК-500г-М, затем высушивали до постоянной массы (масса считается постоянной, если разность результатов двух последующих взвешиваний не превышает 0,05% от массы пробы). При достижении постоянной массы пробы материал пробы считали сухим. Затем в сухую пробу добавляли определенное количество воды (30, 25, 20, 15, 10, 5% от массы пробы). Далее пробу с заданной влажностью помещали в микроволновую печь типа М8-1744\¥ фирмы ЬС Е1ес1:гошс8 1пс. и нагревали при номинальном уровне
Влажность, А}
мощности СВЧ-излучения (800 Вт) в течение 5, 10, 15 и 20 мин. Затем пробу вынимали из печи, охлаждали до комнатной температуры. После чего
0 5 10 15 20
Продолжительность сушки, мин Рис. 1. Зависимость продолжительности сушки от начальной влажности материала проб кварцевой золотосодержащей руды
эксперимента
измеряли остаточную влажность пробы. Данные
№ 1 приведены на рис. 1.
Из результатов эксперимента № 1 следует, что продолжительность операции сушки примерно линейно зависит от начальной влажности материала проб при Wн < 15%. Следовательно, при разработке технологического режима операции сушки проб кварцевых золотосодержащих руд можно использовать линейную зависимость между временем сушки и начальной влажностью пробы.
Эксперимент № 2. Определяли влияние уровня мощности СВЧ-излучения микроволновой печи на продолжительность сушки пробы кварцевой золотосодержащей руды. Материал пробы, массой 0,5 кг, с начальной влажностью 10%, помещали в микроволновую печь типа MS - 1744W фирмы ЬС Е1ес1тошс8 1пс. и сушили при различных уровнях мощности СВЧ-излучения (200, 400,
600, 800, 1000 Вт) в течение заданного времени (7-40 мин). Определили, что остаточная влажность не превышает требуемого [14] значения 1,5%. Результаты эксперимента № 2 приведены на рис. 2.
Из результатов эксперимента № 2 следует, что при сушке лабораторных проб кварцевых руд в микроволновой печи типа MS - 1744W фирмы LG Electroшcs 1пс. (при уровне мощности СВЧ-излучения от 400 до 1000 Вт) зависимость продолжительности сушки от уровня мощности СВЧ-излучения печи имеет практически линейный характер. Оптимальный режим сушки может быть достигнут при номинальной мощности СВЧ-излучения бытовой микроволновой печи (800 Вт).
Эксперимент № 3. Устанавливали зависимость продолжительности сушки пробы кварцевой золотосодержащей руды в микроволновой печи от массы пробы.
Материал пробы, массой 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0 кг, с начальной влажностью 10% высушивали в микроволновой печи при номинальном уровне мощности СВЧ-излучения (800 Вт) в течение заданного времени (15-45 мин). Установили, что остаточная влажность не превышает требуемого [14] значения 1,5%. Данные эксперимента № 3 приведены на рис. 3.
Рис. 2. Зависимость продолжительности сушки от уровня мощности СВЧ-излучения печи
Л
т
масса пробы, кг
Рис. 3. Зависимость продолжительности сушки от массы пробы
Из результатов эксперимента № 3 следует: а) продолжительность процесса сушки пробы от ее массы имеет примерно линейный характер; б) необходимо учитывать массу пробы при расчете необходимого оптимального времени сушки.
Эксперимент № 4. Определяли зависимость скорости процесса сушки пробы от ее влажности.
Материал пробы кварцевой золотосодержащей руды, массой 0,5 кг, с начальной влажностью
2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10% от массы пробы, высушивали в микроволновой печи при номинальном уровне мощности СВЧ-излучения (800 Вт) в течение заданного времени (4-11 мин), и измеряли, с помощью взвешивания на весах лабораторных ВЛТК-500г-М, конечную влажность пробы. Затем рассчитали значение 1/К [14]. Данные эксперимента № 4 приведены на рис. 4.
12000
§
~ 10000 I 8000
О
сз
§ 6000 я о
^ 4000
£ о
ft 2000 о и о
0
2% 3% 4% 5% 6% 7% 8% 9% 10%
Начальная влажность, %
Рис. 4. Зависимость скорости процесса сушки от начальной влажности материала пробы
Из результатов эксперимента № 4 следует, что при влажности пробы менее 3% скорость сушки резко снижается, то есть сушку пробы в микроволновой печи нужно проводить до остаточной влажности 3%.
Выводы: результаты выполненных исследований совместно с результатами работ [14, 15] позволяют определить параметры оптимального технологического режима процесса сушки проб кварцевой золотосодержащей руды.
Литература
1. АльбовМ.Н. Опробование месторождений полезных ископаемых. - М.: Недра, 1965. - 239 с.
2. Анализ минерального сырья / Под общ. ред. Ю.Н. Книпович и Ю.В. Морачевского. - Л.: Госхимиздат, 1956. - 1056 с.
3. Карпов Ю.А., Савостин А.П. Методы пробоотбора и пробоподготовки. - М.: Бином. Лаборатория знаний, 2003. - 243 с.
4. Иткин Г.Е. Контроль крупности минерального сырья автоматическими гранулометрами. -М.: Недра, 1986. - 88 с.
5. КудрявцевИ.Ф. Электрический нагрев и электротехнология. - М.: Колос, 1975. - 384 с.
6. СажинБ.С. Основы техники сушки. - М.: Химия, 1984. - 320 с.
7. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины / Г.Е. Листопад, Г.К. Демидов, Б.Д. Зонов и др.; Под общ. ред. Г.Е. Листопада. - М.: Агропромиздат, 1986. - 688 с.
8. Лыков А.В. Теория сушки. - М.: Энергия, 1968. - 465 с.
9. Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. В двух книгах. -М.: Химия, 1981- 812 с.
10. Красников В.В. Кондуктивная сушка. - М.: Энергия, 1973. - 288 с.
11. Процессы и аппараты химической технологии: Учеб. пособие для вузов / А.А. Захарова, Л.Т. Бахшиева, Б.Н. Кондауров и др.; Под ред. А.А. Захаровой. - М.: Издат. центр «Академия», 2006. - 528 с.
12. Леонтьева А.И. Оборудование химических производств. - М.: КолосС, 2008. - 479 с.
13. СВЧ-печь модель MR - 6280. Руководство по эксплуатации. - HITACHI, Printed in Japan (M). - 24 с.
14. Способ сушки геологических проб золотосодержащих руд с подогревом в микроволновой печи: Заявка на изобретение RU № 2012117470 / В.А. Швецов, О.А. Белавина, Д.В. Шунькин, Н.В. Адельшина; Заявлено 26.04.2012.
15. Исследование инструментальных средств разработки виртуальных лабораторных комплексов и лабораторных работ по дисциплине «Электрохимия» за 2012 год: Отчет о НИР / ФГБОУ ВПО «КамчатГТУ»; Рук. Швецов В.А. - Петропавловск-Камчатский, 2012. - 76 с. -Исполн.: Труднев С.Ю., Марченко А.А., Белавина О.А., Белозеров П.А., Шунькин Д.В. - Библиогр.: с. 61-65.
