CC BY
26
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО' Том 83 ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА ' 1956 г.
МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ УД2АЬН0Г0 ВЕС* И ОШССМТЕАЬЙОЖ ВЯЗКОСТИ НЕСТОЙКИХ СУСПЕНЗИЙ» ЯРШЖПШЕШК Егй
0В0ГАЩ2НЖ УГЛЕЙ
И. В. ГЕБЛЕР
В качестве утяжелителей для водных суспензий при обогащении углей применяются магнетит, пиритные огарки, барит. Эти вещества с удельным весом 4,5—5,0 даже при тонком измельчении, например 0,06—0 мм, образуют суспензии нестойкие; зерна материала в состоянии покоя быстро осаждаются, и однородность суспензии по высоте ее в каждый, даже короткий, промежуток времени является неодинаковой.
Удельный вес и вязкость являются важнейшими свойствами суспензий при обогащении в них углей. Удельный вес определяет всплывание и погружение той или иной фракции угля в зависимости от содержания минеральных веществ и в производстве устанавливается на! заданную величину в соответствии с характером угля или промпродукта.
Вязкость суспензии обусловливает ту или иную скорость падения и всплывания частиц обогащаемого материала, т. е. скорость расслоения, от чего в свою очередь зависит время, необходимое для пребывания материала в суспензии и, соответственно, размеры аппаратов. В связи с этим удельный вес и вязкость суспензии всегда определяются в контроле производства.
Удельный вес суспензий определяется очень просто обычным способом, а именно взвешиванием определенного объема суспензии, определение же вязкости суспензии представляет известные затруднения вследствие их нестойкости и возможно лишь при перемешивании суспензий. Обычные вискозиметры для определения удельной вязкости жидкостей, основанные на скорости истечения, в данном случае совершенно непригодны, так как в таких вискозиметрах трудно осуществить надлежащее перемешивание и у выходного отверстия внизу сосуда происходит уплотнение суспензии; неудобны также вискозиметры с определением вязкости на основе изменения скорости падения какого либо тела; при малых вязкостях суспензий потребовались бы большие размеры прибора. Наиболее подходящими должны бы являться здесь вискозиметры, основанные на измерении усилия, необходимого для вращения в суспензии с определенной скоростью некоторого тела, которое может играть в то же время роль мешалки (торсионный способ)? но они сравнительно сложны и могут расстраиваться вследствие попадания мельчайших частиц утяжелителя в детали прибора.
Кроме того, суспензии из магнетита и пирита при твердости этих минералов до 6,5 обладают сильным абразивным действием по отношению к металлам, вследствие чего контуры вращающегося органа в приборах последней из указанных конструкций будут быстро изменяться и вместе с тем будет нарушаться правильность показаний.
Некоторые авторы все же же прибегают при определении вязкости некоторых суспензий к способу истечения, как наиболее простому, применяя в качестве вискозиметра стеклянную трубку, например, длиной 400 ммг
диаметром 28 мм, оканчивающуюся капилляром диаметром 2 мм при длине 20 мм [1]. Суспензия в такой трубке, укрепленной на вращающемся диске, сначала взбалтывается путем вращения диска и затем наблюдается время ее истечения из трубки; при этом предполагается, что скорость осаждения наибольших зерен утяжелителей не превышает 0,4 см ¡се к при количестве суспензии 200 мл.
Такой способ определения относительной вязкости нестойких суспензий дисперсностью 100—120 микрон нужно считать неправильным и негодным для производственного контроля.
В самом деле, скорость истечения магнетитовой суспензии дисперсностью порядка 100 микрон удельного веса 1,5 через отверстие'диаметром 2 мм составляет, при постоянном напоре, как это найдено из опыта, 1,0—1,1 мл в секунду; 200 мл суспензии вытечет за время в среднем 190 сек. Положим, что скорость осаждения наиболее крупных частиц магнетита будет 0,3 см/сек (меньше 0,4 см/сек)-, через 95 сек. вытечет примерно половина суспензии .(пренебрегая уменьшением скорости истечения при понижении уровня жидкости в трубке), т. е. 100 мл. Высота столба 200 мл жидкости в трубке диаметром 2,8 см составит 32,5 см, следовательно, уровень жидкости понизится на 16,25 см, за это время частица, осаждаясь, пройдет путь, равный 95 X 0,3 = 28,5 см, т. е. осаждение частицы идет с опережением по отношению к скорости истечения и, следовательно, по мере истечения происходит уплотнение суспензии, что искажает результаты определения.
Американский прибор Шельтона-де-Вани представляет собою капиллярный вискозиметр с мешалкой [2J; он состоит из вертикальной трубки диаметром 38 мм- при высоте 165 мм, в которой помещена мешалка, делающая 900 об/мин; трубка внизу переходит в капилляр диаметром 2,6 мм, из которого и происходит вытекание суспензии. Для этого прибора отмечаются следующие недостатки: 1) суспензия недостаточно плавно поступает в капилляр из пространства, находящегося непосредственно под мешалкой; 2) жидкость в приборе во время опыта сильно нагревается; 3) наиболее крупные частицы, при большой скорости вращения мешалки, отбрасываются к периферии, вследствие чего нарушается однородность суспензии и процесс истечения искажается; 4) течение в приборе турбулентное, что в свою очередь также нарушает правильность истечения.
Испытание при помощи данного прибора качества различных нестойких суспензий в отношении их вязкости в практике давали показания, совершенно не совпадающие с теми явлениями, которые наблюдались для тех же суспензий в сепараторе при обогащении углей.
Более совершенным является прибор Гинцветмета для определения динамического сопротивления сдвигу и вязкости суспензии [3].
Однако работа с ним, требующая подбора капилляров с различными диаметром и длиной и построения поверочных графиков, довольно хлопотлива, что делает метод не вполне удобным для применения его в процессе производственного контроля.
Кроме того, стремление дать значение абсолютной вязкости суспензии в пуазах по величине динамического сопротивления сдвигу, определяемой по способу истечения, принципиально неправильно, потому что суспензии не могут быть идентифицированы с истинными жидкостями, для которых абсолютная вязкость, определяемая в капиллярных вискозиметрах и выражаемая формулой Пуаз ей л я, представляет собою по физическому смыслу коэффициент внутреннего трения жидкости.
Для суспензий же, кроме трения частиц жидкости (воды), имеет место взаимное трение твердых частиц, а также твердых частиц и жидкости; поэтому же пересчет относительной вязкости, определяемой по методу исте-
10 Изв. ТПИ, т. 83 1ДС
Таким образом, определяется время истечения 50 мл жидкости. Предварительно, конечно, опыт проводится с дистиллированной водой.
Фиг. 2.
После определения времени истечения суспензии цилиндр, предварительно тарированный, взвешивается с точностью до 0,1 г и отсчитывается •объем суспензии, который всегда нескол ко больше 50 мл, вследствие несовпадения моментов остановки секундомера и последующего закрытия
жрана 6.
Таким образом определяется удельный вес суспензии в том же опыте. Ряд определений по данному методу дал такие цифры. Вода дистиллированная
1 = 20° (±2°).
Время истечения 50 мл
1) 30,5" А — расхождение на среднее значение:
2) 30,2" _ (30,5-30,23) 10.
3) 30,0" ~ 30,23
= 0,89%
Средн. 30,43"
Магнетитовая суспензия. Дисперсность: (60—0)
1 = 20°(+ 2е).
Вязкость
Время истечения
I.
1) 43,0"
2} 44,0" А = 1,15%
Удельный вес
Объем суспензии Вес суспензии I.
1) 55,0 мл 82,90 г
82,90
уд. вес:
Уд. вязкость'
■13,5 30,23
55,0
1,51
— 1,44
2) 54,0 мл 80,61 г Д = 0,б7°/о _80,61_ 54,0
уд. вес:
¡,49
II
и.
1) 47,0"
2) 46,5» А = 0,53%
1) 55,0 мл
96,26 г
Средн. 46,75"
//
уд. вес.=
46,75
уд. вязкость =----
У 30,23
2) 56,0 мл
97.04 г&=1,01 Го-
уд. вес =
Таким образом, расхождение в параллельных опытах при определении по описанному методу составляет на средние цифры для вязкости: 0,53—1,15% и для удельного веса: 0,67—1,01 %, что для практических целей можно считать достаточным.
Величина вязкости суспензий, определяемая по способу истечения, как уже отмечалось, не имеет определенного физического смысла и должна рассматриваться, как условная величина» которая тем не менее имеет большое значение в качестве одного из параметров, определяющего характер суспензий при производственном контроле в процессе обогащения полезных ископаемых.
1. Землянский П. М. Обогащение угля в тяжелых средах. Углетехиздат, 1953.
2. Справочник по обогащению полезных ископаемых. Т. Ш, Металлургиздат, 1952.
3. Митрофанов С. И. Исследование руд на обогатимость, Металлургиздат, 1950.
ЛИТЕРАТУРА
