CC BY
17
ратно пропорционально - от размеров частицы и радиуса кривизны линий тока жидкости.
При этом можно предположить, что большая часть мелких частиц должна прилипать к пузырьку в его верхней части (в сечении А-А, см. рис. 3) и лишь небольшая часть - в нижней части пузырька, что соответственно повышает эффективность флотации за счет использования большей поверхности пузырька для транспортирования мелких частиц.
Полученные результаты позволяют утверждать, что колебания поверхности пузыря, вызванные вибрационным воздействием, повышают степень извлечения и соответственно эффективность элементарного акта флотации. Это, в свою очередь, дает возможность снизить концентрацию применяемых флотореагентов, что удешевляет процесс флотации и уменьшает количество загрязнений в очищенной воде.
Кроме того, уменьшение количества гидрофобиза-торов с одной стороны понижает плотность жидкости, что согласно формуле (5) увеличивает эффективность осаждения частиц на пузыре, с другой стороны -уменьшает толщину оболочки пузыря и соответственно увеличивает амплитуду его колебаний.
В заключение можно отметить, что применение полученных результатов возможно при учете небольших допущений, которые обычно появляются в виде поправок к скорости движения частицы, учитывающей относительное движение пузыря и частицы, а также поправок к параметрам возмущения, то есть амплитуде и
частоте вибрации, уменьшающихся в связи с затуханием колебаний. Незначительность этих поправок в каждом отдельном случае может иметь большие значения в колебательном процессе и в большом объеме, который требует установки нескольких излучателей вибрации по всему объему камеры, что технически выполнить не очень сложно.
Предложенное описание механизма гидродинамического воздействия вибрации на эффективность элементарного акта флотации, не претендуя на общность, позволяет лишь расширить понимание таких сложных процессов, каким является флотация в акустическом поле.
Библиографический список
2. Корнильев И.Н., Зорин З.М., Чураев Н.В. Влияние концентрации электролита рН на смачивание силикатных поверхностей II Коллоидный журнал, - 1984. - т. 46, № 5. -С, 892-896.
3. Духин С.С, Динамический адсорбционный слой пузырька при малых числах Рейнольдса // Коллоидный журнал. -1982. - т. 44, № 5. - С. 896-906.
4. Дерягин Б.Н., Духин С.С„ Рулев Н.Н, Микрофлотация: водоочистка, обогащение. - М,: Химия, 1986. - 112 с.
5. Федотов К.В., Леонов С.Б. Флотация в акустическом поле. - М,: АО «ЭКОС». - 1997. - 80 с.
6. Леонов С.Б. Казаков В.Д., Федотов К.В., Ратинер М.М., Толстой М.Ю. Эффект избирательного распределения вещества на упругой сферической оболочке II Изв. вузов. Цв. металлургия. - 1989. - № 2. - С. 5-8.
Н.В.Собенников, Л.А.Щербаченко, Б.А.Байбородин
Влияние межфазных пространственных зарядов кристаллов слюды на процесс обогащения
Изучение электрофизических свойств слюды, таких как электропроводность, диэлектрическая проницаемость, диэлектрические потери имеет важное практическое значение для качественного улучшения технологических параметров слюдяных материалов, расширения области их практического применения и создания новых материалов.
В диэлектриках, в особенности в слюде, имеются различные дефекты и нарушения химического состава и структуры, которые приводят к появлению свободных и связанных носителей зарядов. Свободные носители зарядов способны перемешаться на некоторые расстояния под действием внешнего электрического поля. В "природной" слюде имеется большое количество водных прослоек и газоводных линз, которые определяют характер ее основных неоднород-ностей. Водные прослойки и газоводные линзы оказывают значительное влияние на электрофизические свойства слюды и прежде всего поляризацию, электропроводность, абсорбцию электрических зарядов.
Рассмотрим классическую модель, описывающую электрические свойства диэлектрика [1]. В электрическом поле на каждый носитель электрического заряда действует кулоновская сила, которая создает направленное движение, или
яЕт
дрейф, зарядов со скоростью V =- (скорость дрейфа), где Е - напряженность электрического поля, т -
2т
эффективная масса носителей заряда, г - время свободного пробега между двумя последовательными столкновениями. Свободные носители зарядов 8 процессе хаотического теплового движения периодически сталкиваются с ато-
мами диэлектрика и теряют приобретаемую дрейфоьую скорость. Подвижность свободных носителей зарядов
V
11 — —, подвижность для связанных зарядов равна нулю, II = 0 . Е
Носители зарядов могут иметь различную природу и происхождение в зависимости от кристаллической структуры, химического состава и неоднородностей конкретного диэлектрика. Пусть концентрация носителей заряда /-го типа равна ni (г), подвижность /У,., заряд ql, Тогда плотность тока проводимости в однородном электрическом поле имеет вид
/Л?)=1*100» м
Суммирование проводится по всем типам носителей. Удельная электропроводность диэлектрика в точке г
J„Àr)
(2)
В отсутствие электрического поля соблюдается правило электронейтральности, заключающееся в том, что плотность свободных и связанных зарядов в каждой точке равна нулю. Обозначим через п°и концентрацию тех носителей
зарядов г -го типа, которые захвачены неподвижными заряженными дефектами (связанные заряды), Тогда для исходного электронейтрального состояния диэлектрика имеем
х>,°('к■+2Х(')г. =0. (3)
/ /
Под действием внешнего электрического поля заряды перемещаются на некоторые макроскопические расстояния, в результате чего меняются концентрации свободных и захваченных дефектами связанных носителей зарядов:
пи{г)*п\(г). (4)
Таким образом, во внешнем электрическом поле электронейтральность диэлектрика нарушается и в диэлектрике появляется макроскопическая объёмная плотность заряда
Мг)=I [», (»•) - »4 (Ок +1 к М - < Мк"0. («)
I /
определяющая распределение электрического поля в диэлектрике.
В процессе прохождения электрического тока через диэлектрик объемный электрический заряд со временем меняется. Следовательно, изменяется и напряжённость электрического поля Е(г,т). В соответствии с одномерным уравнением Пуассона, имеем
д2(р р дЕ р д<р ...
—у = —— или — = — —. Е = —— . (6)
дх ££0 дх ££0 дх
В диэлектрике кроме тока проводимости ] =у(г,т)- Е(г,т) необходимо всегда учитывать и ток смещения ]см , вызванный поляризацией диэлектрика:
• д£) дЕ 01 01
Тогда полный ток
дЕ дt
В одномерном случае плотность полного тока у не зависит от координаты. Это утверждение соответствует равенству — = - . Действительно, дифференцируя полный ток у по координате х, получаем дх
(
j = Jnp+JcM + — . (8)
dj àjnp д дЕ) djnp dp
+
дх дх дх
= + ^ = (9)
dt } дх dt
Таким образом, полный ток действительно не зависит от координаты.
Прохождение тока через диэлектрик описывается системой взаимосвязанных уравнений: уравнение полного тока, включающее сумму тока проводимости и тока смещения; уравнение непрерывности на ток проводимости и уравнение Пуассона, определяющее распределение поля в диэлектрике при наличии объёмного заряда.
В данной работе представлены результаты исследований электрических свойств слюды, выполненных с помощью криогенной вакуумной камеры с измерительной ячейкой. Камера представляет собой герметичный никелевый цилиндрический сосуд с двойными стенками, внутри которого располагалась измерительная ячейка. В камере поддерживался вакуум порядка 10"3-10'4 тор, Исследуемые образцы слюды, взятые из различных месторождений, представляли собой пластинки флогопита и мусковита диаметром О =5-10'2-6-10'2 м, толщиной 30-10'6-50-10"6 м. На обе стороны слюдяной пластинки симметрично испарением серебра в вакуум наносились круглые электроды диаметром £)=20Ю'3 и 22-Ю"3 м. С последними контактировали массивные металлические электроды ячейки, смонтированные на тефлоновой изоляции. Измерение токов осуществлялось электрометром ЭМ-1 с предельной чувствительностью 10'14 ампер при напряжении на образцах 100 вольт.
Для получения временной зависимости токов поляризации и деполяризации в исследуемых образцах слюды использовался графопостроитель Н307/2. Величина зарядов, абсорбированных в этих процессах, измерялась с помощью автоматического цифрового интегратора Н-02.
Зависимость тока поляризации и деполяризации от времени. Напряжение источника тока II0 =100В, температура Т =290°К, сопротивление эталонного резистора Яэт =109 Ом
Время с Поляризация 3пон 10 'ПА Деполяризация Здепол Ю "ПА
Флогопит рудник Флогопит рудник Флогопит рудник Флогопит рудник
«Тимптон» «Ковдор» «Тимптон» «Ковдор»
60 79,00 596,00 2,70 42,00
180 58,00 577,00 3,70 22,00
300 55,00 574,00 2,25 17,30
420 53,50 571,00 1,65 15,8
540 53,00 568,00 1,25 14,80
600 51,00 567,00 1,20 14,6
Результаты измерений для различных образцов приведены в таблице. Данные таблицы показывают, что время деполяризации систематически и значительно превышает время поляризации, Образец полностью не отдаёт заряд, который был им накоплен во время его поляризации, Полное время деполяризации tдen превосходит для отдельных образцов время поляризации в 7-10 раз при условии, что образцы подвергались поляризации до тех пор, пока ток не
выходил на постоянное значение, т.е. стабилизировался. Таким образом, при деполяризации освобождение инжектированных зарядов в дефектах и микрополостях в объеме кристаллов флогопита идёт значительно медленнее, чем их захват.
Полученные экспериментальные результаты показывают, что временная зависимость токов поляризации и деполяризации описывается следующими функциями:
I
>Р = + г". (10)
/
. (11) где гр и та - времена релаксации при поляризации и деполяризации кристаллов флогопита, 1ор - и 10(1 - начальные токи соответствующих процессов, \скн - сквозной ток (асимптотическое значение тока). Начальные токи в среднем были порядка 10'9А. Время релаксации при деполяризации ха превышает время релаксации при поляризации тр в 5-10 раз. Это, по-видимому, можно объяснить тем, что, при поляризации абсорбционный заряд накапливается, а
ток деполяризации поддерживается разностью потенциалов высоковольтной деполяризации, постепенно падающей от 100 до 0 вольт,
Таким образом, неоднородности кристаллов слюды, особенно наличие пленочной воды у флогопитов, приводят к значительной абсорбции электрических зарядов с большими временами релаксации, порядка ~103 с. Накопление заряда описывается набором времен релаксации от 10"2 до 105 с.
Библиографический список
1, Мецик М.С., Тарабанов В.Н., Щербаченко Л.А, Диэлектрическая проницаемость пленок воды, сорбированных слоистыми кристаллами, Физика диэлектриков, Тез, Докл. 9-й международной конференции, - С-Пб, 2000, - С,114-115.
2. Байбородин Б.А., Ежова Я,В., Щербаченко Л.А, Влияние граничных пленок воды в кристалле слюды на технологические показатели слюдпластов: Монография. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2002. - 200 с.
Л.А.Хвостов
Экономическая оценка технологии термического обогащения канско-ачинских углей по влаге и эффективность использования получаемого топлива на электростанциях
Угольная промышленность России располагает большими запасами углей (200 млрд. т.), которыми она обеспечена примерно на 800 лет. Данный показатель по газу и нефти равняется 7 годам. С этих позиций уголь как наиболее распространенный вид энергетических ресурсов будет и в перспективе играть большую роль в удовлетворении потребности в топливе, технологическом сырье для переработки и создании условий энергетической безопасности страны.
В программном документе «Основные положения энергетической стратегии России на период до 2020 года» предусматривается доведение добычи углей до 450 млн, т, [1]. Поставленная задача является вполне разрешимой, поскольку отрасль, кроме запасов, располагает техническим потенциалом в области добычи и переработки и кадрами.
Бесспорным является также и то, что в углях, добываемых подземным и открытым способом, содержатся нежелательные компоненты, ухудшающие качество энергетического топлива. В частности, к нежелательным компонентам в углях следует отнести влагу, которая является балластом при транспортировании, приводит к смерзанию углей в вагонах и хранении на складах, отрицательно влияет на теплотехнические и экономические показатели работы топливо-использующих агрегатов, во многих случаях снижает радиус перевозки и тем самым сужает сферу и район использования. Это полностью относится к углям Канско-Ачинского бассейна, содержание влаги в которых составляет в среднем 35%. По этой и другим причинам (относительно низкая теплота сгорания -3500 ккал/кг, склонность к самовозгоранию при железнодорожных перевозках и длительном хранении) уголь используется в основном в Красноярском крае и близко расположенных к нему регионах. Между тем, в ранее упомянутом документе [1] Канско-Ачинский бассейн вместе с Кузнецким отнесены к бассейнам федерального значения. Добыча углей в бассейне должна
составить 80-130 млн. т, использование которых в пределах региона не представляется возможным, а транспортирование на дальние расстояния по указанным причинам является проблематичным.
Вовлечение намеченных объемов добычи углей в сферу использования за пределами региона может быть обеспечено при улучшении качественных параметров путем переработки их в другие виды продукции с новыми потребительскими свойствами или более высокой стоимостью [2]. Одним из технических (технологических) направлений в области повышения качества и увеличения радиуса перевозки является облагораживание углей по влаге,
Удаление влаги из угля, используемого в различных производственных процессах, обусловливается технической необходимостью или экономической целесообразностью. Так, уменьшение влажности угля на 1% повышает энергетический КПД парогенератора на 0,1%, поскольку в этом случае сокращается расход тепла на испарение влаги.
Применяемые сейчас в различных отраслях промышленности сушильные агрегаты (барабанные сушилки, трубы сушилки, сушилки с кипящим слоем и др.) являются металлоемкими и включают следующие узлы: собственно сушильную установку, топку для получения газового теплоносителя, тягодутьевые или напорные устройства, пылеулавливающую аппаратуру, углепи-тающие и транспортирующие устройства, аккумулирующие бункера для исходного и высушенного материала, системы смещения различных исходных материалов,
Интенсификация действующих и вновь проектируемых сушильных агрегатов с учетом последних достижений в этой области направлена на увеличение производительности, улучшение герметичности аппаратов и снижение экологического загрязнения окружающей среды. В этой связи практический интерес представляет использование нетрадиционных методов суш-
