CC BY
18
РАЗДЕЛ I. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 66.047.3.086.2:553.411.08
О.А. Белавина, Д.В. Шунькин, В.А. Швецов
ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МАТЕРИАЛА КЮВЕТ ДЛЯ СУШКИ ПРОБ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ РУД С ПОМОЩЬЮ СВЧ-ИЗЛУЧЕНИЯ
В статье исследовано влияние материала кювет на характеристики операции сушки проб с помощью СВЧ-излучения при различных условиях сушки. Показано, что использовать дешевые бытовые пластиковые термостойкие контейнеры для сушки проб минерального сырья по методике, предполагающей полное удаление влаги, нельзя, так как конечная высокая температура материала пробы приводит к расплавлению пластикового контейнера, при этом возможно использование стеклянной или керамической кюветы. Также показано, что для сушки проб в микроволновой печи по методике, разработанной авторами, можно использовать керамические и пластиковые кюветы, что позволит снизить затраты на подготовку проб минерального сырья к анализу.
Ключевые слова: кювета, сушка проб в микроволновой печи, пробы минерального сырья.
O.A. Belavina, D.V. Shunkin, V.A. Shvetsov
RATIONALE FOR CHOOSING CELL MATERIAL TO DRY GOLD ORE SAMPLES USING MICROWAVE RADIATION
The article examines the influence of cell material on the characteristics of drying process of samples using microwave radiation under different drying conditions. The article demonstrates that it is impossible to use cheap domestic plastic heat-resistant containers for drying mineral material samples by the method of complete dehumi-dification. In that case final high temperature results in melting plastic containers. At the same time it is possible to use glass or ceramic cells. The authors have developed the technology allowing to use both ceramic and plastic cells. It allows to reduce costs for preparing mineral material samples for analysis.
Key words: cell, drying samples in the microwave oven, samples of mineral material.
DOI: 10.17217/2079-0333-2016-37-6-9
Введение
Совершенствование процесса сушки проб минерального сырья является актуальной задачей [1-4]. 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. Поэтому пробы необходимо сушить. Оптимальный режим сушки материала должен обеспечивать максимальную интенсификацию процесса сушки, минимальный расход энергии и минимальный износ оборудования [1-4]. Одним из перспективных методов сушки проб золотосодержащего минерального сырья является сушка с помощью СВЧ-излучения [4-6]. В работе [5] предлагается лабораторная установка для сушки проб с помощью СВЧ-излучения, при этом пробу помещают в стеклянную кювету, предназначенную для использования в микроволновой печи. Однако стоимость таких кювет высока [7], а срок их эксплуатации непродолжителен. Поэтому представляет практический интерес использование более дешевых [7] пластиковых и керамических кювет. Следует отметить, что в этом случае можно использовать в качестве кювет
для сушки бытовую посуду. Для обоснования выбора вида материала кювет для сушки проб золотосодержащего минерального сырья необходимо провести соответствующие исследования.
Цель настоящей работы - изучение влияния материала кювет на характеристики операции сушки проб золотосодержащего минерального сырья и обоснование выбора кювет в зависимости от условий сушки.
Для достижения поставленной цели были выполнены следующие эксперименты.
Материалы и оборудование
Исследовали пробы кварцевой золотосодержащей руды массой 550-600 г с крупностью зерна -1 мм, измельченные на отечественном оборудовании (дробилка геологическая щековая ДГЩ 100x60, валковая дробилка ДВ 200х 125).
Для сушки проб кварцевой золотосодержащей руды использовали сушильный электрический шкаф общелабораторного назначения [8] и бытовую микроволновую печь MS - 1744W фирмы LG Electronics Inc, мощностью 800 Вт. Материал геологических кварцевых золотосодержащих проб, дробленных до крупности -1 мм, взвешивали на весах лабораторных ВЛТК-500г-М (с точностью до 0,1 г). Начальную температуру материала пробы измеряли с помощью ртутного термометра, конечную температуру пробы измеряли с помощью термопары ТХА и электроизмерительного прибора (мультиметра ДТ-832). Материал проб помещали в противни из неокис-ляющегося металла с гладкой чистой поверхностью, бытовые термостойкие пластиковые контейнеры и керамические тарелки. Пробы перемешивали металлическим шпателем.
Методика проведения экспериментов
Исследовали процесс сушки проб кварцевой золотосодержащей руды по методике [5], предназначенной для полного удаления влаги, и по методике, разработанной авторами [4, 9-11], которая позволяет рассчитать необходимую продолжительность операции сушки в зависимости от начальной и конечной влажности материала проб, массы проб, уровня мощности СВЧ-излучения печи. Материал проб массой примерно 550-600 г взвешивали на весах лабораторных ВЛТК-500г-М, высушивали в сушильном шкафу [8] при температуре 105-110°С до постоянной массы (масса считается постоянной, если разность результатов двух последующих взвешиваний не превышает 0,05% от массы пробы [8]). Перед каждым взвешиванием противень с пробой охлаждали до комнатной температуры. При достижении постоянной массы проб материал проб считали воздушно-сухим. Из материала воздушно-сухой пробы отбирали навеску массой 500 г. Затем в навеску добавляли воду в количестве 10% (от массы пробы). Выбор начальной влажности, равной 10%, обусловлен тем, что большинство геологических проб минерального сырья, поступающих в аналитические лаборатории, имеют влажность не более 10% [1]. Кроме того, начальная влажность проб в диапазоне реальных [1] значений от 5 до 10% незначительно влияет на скорость сушки [9]. Измеряли с помощью ртутного термометра начальную температуру пробы (20°С). Далее пробы помещали в пластиковые кюветы (контейнеры) и в керамические кюветы (тарелки) и сушили в микроволновой печи при номинальном уровне мощности СВЧ-излучения (800 Вт) в течение заданного времени. Затем пробу вынимали, измеряли температуру материала пробы с помощью термопары ТХА и электроизмерительного прибора (мультиметра ДТ-832), охлаждали до 20°С и взвешивали (с точностью до 0,1 г) на весах лабораторных ВЛТК-500г-М. Затем определяли остаточную влажность пробы [8].
Результаты экспериментов и их обсуждение
Результаты выполненных экспериментов приведены в таблице.
Таблица
Условия сушки проб кварцевых золотосодержащих руд
Характеристики условий сушки При использовании методики [5] При использовании методики [4, 9-11] Эксперимент №
1 2 3 4
Время сушки, мин 15 15 15 8 8
Мощность микроволновой печи, Вт 1000 800 800 800 800
Конечная температура пробы, °С - 160 163 95 130
Окончание таблицы
Характеристики условий сушки При использовании методики [5] При использовании методики [4, 9-11] Эксперимент №
1 2 3 4
Остаточная влажность пробы, % Менее 0,1 Менее 0,1 Менее 0,1 1,9 1,6
Материал кюветы Термостойкое стекло Термостойкий пластик Керамика Термостойкий пластик Керамика
Масса кюветы, г 479 36,5 248 36,5 248
Диаметр кюветы, см 18 13 14 13 14
Стоимость кюветы, руб. 400-2000 30 60 30 60
Повреждения и деформации кюветы Отсутствуют Дно контейнера расплавилось Отсутствуют Отсутствуют Отсутствуют
Рекомендации по использованию материала кювет Использовать только термостойкое стекло Термостойкий пластик использовать нельзя Керамику использовать можно Термостойкий пластик использовать можно Керамику использовать можно
Сравнение результатов экспериментов, выполненных при разных условиях, показало:
1. Процесс сушки пробы по методике [4, 9-11], разработанной авторами, повышает экс-прессность сушки проб в два раза.
2. Использование для сушки проб бытовых микроволновых печей меньшей мощности позволяет экономить электроэнергию и снизить затраты на оборудование.
3. Нагрев проб при сушке до температуры более 140°С приводит к расплавлению контейнера из термостойкого пластика.
4. Остаточная влажность проб при сушке пробы по методике [4, 9-11] в течение 8 мин составляет 1,6-1,9%, что способствует более эффективному тонкому измельчению пробы [4].
5. Кюветы из керамики почти в два раза легче кювет из термостойкого стекла, что облегчает работу лаборанта.
6. Кюветы из термостойкого пластика на порядок легче кювет из термостойкого стекла, что значительно облегчает работу лаборанта.
7. Незначительное уменьшение диаметра кюветы заметного влияния на результат сушки не оказывает.
8. Стоимость кювет из керамики и термостойкого пластика значительно ниже стоимости кювет из термостойкого стекла, поэтому целесообразно использовать эти кюветы.
9. Кюветы из термостойкого пластика при высоких температурах подвержены деформации (расплавлению), что может привести к потере материала пробы, поэтому их недопустимо использовать при сушке пробы по методике [5], предполагающей полное удаление влаги (в течение 15 мин).
10. Сушка пробы по методике [5] возможна при размещении проб в кюветах из термостойкого стекла и керамики. Сушка пробы по методике [4, 9-11] в течение расчетного времени возможна при размещении проб в кюветах из следующих материалов: термостойкий пластик и керамика.
Заключение
Из результатов экспериментов следует, что для сушки проб золотосодержащего минерального сырья в микроволновой печи целесообразно использовать методику, разработанную авторами [4, 9-11], и использовать в качестве кювет для сушки проб дешевую бытовую термостойкую пластиковую или керамическую посуду, что обуславливает снижение себестоимости анализа.
Литература
1. Альбов М.Н. Опробование месторождений полезных ископаемых. - М.: Недра, 1965. -239 с.
2. Карпов Ю.А., Савостин А.П. Методы пробоотбора и пробоподготовки. - М.: Бином. Лаборатория знаний, 2003. - 243 с.
3. Швецов В.А. Химическое опробование золоторудных месторождений: моногр. - Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2008. - 220 с.
4. Исследование влияния влажности лабораторных проб кварцевой золотосодержащей руды на операцию тонкого измельчения проб / О.А. Белавина, В.А. Швецов, Н.В. Адельшина,
B.В. Пахомова, В.А. Пахомов, П.А. Белозеров // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. -2014. - Т. 80. - № 4. - С. 73-75.
5. Руководство по эксплуатации лабораторной установки для определения влажности сыпучих материалов ВС-1. РЭ 00.205.000 - Асбест. - 2002. - 13 с.
6. Особенности микроволновой сушки [Электронный ресурс]. - URL: http//www.mgredient.su/ news/40 (дата обращения: 16.05.12).
7. Посуда для СВЧ. Каталог [Электронный ресурс]. - URL: http//www.mrdom.ru/catalog /index.php?SECTION_ID=42460 (дата обращения: 17.06.2015).
8. ГОСТ 13170-80. Руды и концентраты цветных металлов. Метод определения влаги. [Электронный ресурс]. - URL: http://www.gosthelp.ru/gost/gost23574.html / (дата обращения: 23.03.2010).
9. 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. Белозеров // Вестник КамчатГТУ. - Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ. - 2013. - Вып. 23. -
C. 9-13.
10. Способ сушки геологических проб золотосодержащих руд в микроволновой печи / Швецов В.А., Белавина О.А., Шунькин Д.В., Адельшина Н.В. Патент на изобретение № 2502060. Заявл. 26.04.2012 г. Заявка № 2012117470. Опубл. 20.12.2013. Бюл. № 35.
11. Исследование зависимости продолжительности операции сушки геологических проб кварцевых золотосодержащих руд от начальной температуры материала пробы / О.А. Белавина, В.А. Швецов, Н.В. Адельшина, В.В. Пахомова, В.А. Пахомов // Вестник КамчатГТУ. - Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ. - 2015. - Вып. 34. - С. 6-11.
Информация об авторах Information about authors
Белавина Ольга Александровна - Камчатский государственный технический университет; 683003, Россия, Петропавловск-Камчатский; специалист по научно-технической информации отдела науки и инноваций, oni@kamchatgtu.ru
Belavina Olga Aleksandrovna - Kamchatka State Technical University; 683003, Russia, Petropavlovsk-Kamchatskу; Specialist in Technical and Scientific Information of Science and Innovation Department; oni@kamchatgtu.ru
Шунькин Дмитрий Владимирович - Камчатский государственный технический университет; 683003, Россия, Петропавловск-Камчатский; младший научный сотрудник отдела науки и инноваций;
Shunkin Dmitry Vladimirovich - Kamchatka State Technical University; 683003, Russia, Petropavlovsk-Kamchatskу; Junior Researcher of Science and Innovation Department
Швецов Владимир Алексеевич - Камчатский государственный технический университет; 683003, Россия, Петропавловск-Камчатский; доктор химических наук, доцент, профессор кафедры электро- и радиооборудования судов;
Shvetsov Vladimir Alekseevich - Kamchatka State Technical University; 683003, Russia, Petropavlovsk-KamchatskY; Doctor of Chemical Sciences; Associate Professor, Professor of Electrical and Radio Equipment of Ships Chair
