CC BY
8
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА им. С. М. КИРОВА
1975
Том 250
ИЗМЕНЕНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТОРФОМАССЫ ПРИ ВНЕСЕНИИ В НЕЕ ЖЕЛЕЗОРУДНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ
С. И. СМОЛЬЯНИНОВ, Г. Г. КРИНИЦЫН
(Представлена научно-методическим семинаром органических кафедр ХТФ)
Реологические свойства могут быть охарактеризованы вязкостью массы или предельным напряжением сдвига. По С. С. Корчунову, между предельным напряжением сдвига и влажностью существует следующая зависимость [1]:
1п© = 1пв0 + М№0—
где @ — предельное напряжение сдвига;
©о — предельное напряжение сдвига при полной влагоемкости;
А.— структурный коэффициент упрочнения;
№ — влажность массы; — полная влагоемкость.
Внесение минеральных добавок изменяет влажность торфомассы. Для установления границ изменения влажности, а следовательно изменения реологических характеристик торфомассы, необходимо определить пределы содержания минеральных компонентов в ней.
Целью получения торфо-рудной смеси является рациональное использование топлива. Оно достигается за счет взаимодействия летучих продуктов термической переработки высушенного торфа и окислов железа. Содержание нелетучего углерода торфа и окислов в смеси должно находиться в определенном соотношении. Так, для использования торфо-рудного материала в доменном процессе соотношение С : Ре должно составлять от 1 : 1 до 0,7: 1. Количество нелетучего углерода может быть принято (в соответствии с исследуемыми торфами) 20% на сухую массу.
Таким образом, добавка руды с содержанием Ре 60% на влажную массу в этом случае должно составлять 6,5»%. Изменение влажности массы под влиянием такого количества добавок должно составить
^ + Р1
где №1 — влажность смеси; ц — вес исходного торфа; — вес смеси.
В случае влажности, равной 85»%;, добавка такого количества минеральных примесей понизит влажность до 81%. Такое изменение влажности весьма существенно и по данным Лазовской [2] приводит к измене-
6*- 83
нию предельного напряжения сдвига с 7 дн/см2-10~3 до 12 дя/сж2Х XI О"3.
Увеличение содержания железорудной составляющей в торфомассе способствует еще большему повышению предельного напряжения сдвига. Повышение количества железной руды до 20% приводит к общей влажности системы 70%, что соответствует примерно 60% минеральных -примесей на сухую массу, а такое количество примесей может считаться предельным.
Таким образом, количество добавок в нашем случае не должно выходить из 6,5—20% на сырую массу торфа. Естественно, предельное напряжение сдвига в случае добавок 20% велико. Тем не менее оно отличается от значения предельного напряжения сдвига, полученного для этих же образцов торфа без добавок при их осушении до 70%.
Исследования, проведенные с таганским торфом и его смесями с окислами железа, говорят о том, что искусственное снижение влажности торфа за счет изменения твердой фазы не приводит к ожидаемым изменениям предельного напряжения сдвига. Так, при количестве добавок, равном 5—10%, смесь, получаемая при интенсивном диспергировании торфа в присутствии минеральных частиц, по предельному напряжению сдвига практически не отличается от торфа без добавок равной степени дисперсности в первый момент после диспергирования. Причина этого заключается в большой интенсивности диспергирования в присутствии минеральных примесей и в освобождении большого количества внутриклеточной воды и малой скорости сольватации частиц руды, также сказывается влияние многовалентных ионов металлов и снятие фактора устойчивости с отдельных участков поверхности частиц торфа.
Таким образом, процессы, протекающие в торфяной массе при смешении еб с минеральными добавками, являются коллоидными и должны подчиняться соответствующим теоретическим положениям коллоидной химии, но наряду с этим в системе, как показывают данные, возможно наличие химического взаимодействия между веществами, входящими в состав торфа, и минеральной добавкой. Результатом его является повышение концентрации свободных ионов металлов, которое должно сказаться на коллоидном процессе. Выдержка торфомассы при повышенной температуре приводит к ускорению развития структурной сетки. Структурные параметры торфа без минеральных добавок при выдержке его с повышенной температурой меняются незначительно. Электрокинетический потенциал торфа с добавками уменьшается при выдержке массы. Аналогичное явление наблюдается при внесении в торф незначительных количеств ионов железа.
К результатам этих явлений относится уменьшение среднего размера частиц, увеличение сил сцепления между ними, образование укрупненных рыхлых агрегатов и увеличение количества слабосвязанной воды, которая может выделиться из формовки. В связи с тем, что в торфомассе протекают синерезисные процессы, часть влаги может быть отнята из торфомассы при их протекании.
Изменение структуры торфа после внесения в него минеральных добавок может быть прослежено по влиянию этих изменений на полную влагоемкость. Измерения, проведенные с торфом, в который внесено
Г 1 2
15% добавок, и имеющим вначале полную влагоемкость, равную 5,1 — ,
г
показали, что вначале происходит некоторое увеличение влагоемкости до 5,4 г/г, а затем ее постепенное падение до 2; 4 г/г.
.Если допустить, что химические свойства торфомассы меняются, то основные изменения влагоемкости происходят за счет изменения разме-
ров и формы частиц. Таким образом, изменения сначала сводятся к образованию большого количества сферических частиц, которые затем образуют агрегаты, имеющие большие размеры. Это согласуется с результатами измерений вязкости и предельного напряжения сдвига.
Все эти положения необходимо учитывать при создании технологии производства ТПМ. Согласно изложенным данным, формование должно проводиться непосредственно после диспергирования.
ЛИТЕРАТУРА
1, Корчунов С. С. Исследование физико-механических свойств торфа. Труды ВНИИ ТП, вып. 12, Госэнергоиздат, 1953.
2. Лазовская Н. В. Реологические исследования торфа. Труды МТИ, вып. 5, 141—172, М., 1957.
