CC BY
13
РАЗДЕЛ I. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 553.411.08
О.А. Белавина1, В.А. Швецов1, Н.В. Адельшина2, В.В. Пахомова3, В.А. Пахомов1
'Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003;
2Военный восточный округ Министерства обороны РФ, Петропавловск-Камчатский, 683000;
3ОАО «Камчатгеология», Петропавловск-Камчатский, 683016 e-mail: [email protected]
ЗАВИСИМОСТЬ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ОПЕРАЦИИ СУШКИ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБ КВАРЦЕВЫХ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ РУД ОТ НАЧАЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ МАТЕРИАЛА ПРОБЫ
Исследована зависимость продолжительности операции сушки геологических проб золотосодержащих руд от начальной температуры материала пробы. Показано, что можно повысить экспрессность подготовки проб к анализу за счет сокращения операции сушки геологических проб на два часа.
Ключевые слова: сушка лабораторных проб, микроволновая печь, продолжительность операции сушки, влажность проб, кварцевые золотосодержащие руды.
О.А. Belavina1, V.A. Shvetsov1, N.V. Agelshina2, V.V. Pakhomova3, V.A. Pakhomov1 ^Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683003; 2 Eastern Military Region of the Ministry of Defence of the Russian Federation, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683000; 3JSC «Kamchatgeology», Petropavlovsk-Kamchatsky, 683016) Dependence of the operation duration of drying the gold-quartz ores geological samples from the initial temperature of the sample
The dependence of the operation duration of drying the gold-quartz ores geological samples from the initial temperature of the sample was examined. It is shown that it is possible to increase the sample preparation rapidity for analysis by reducing the geological samples drying operation by two hours.
Key words: laboratory samples drying, a microwave oven, the duration of drying, the moisture content of the samples, quartz-gold ores.
DOI: '0.'72'7/2079-0333-20'5-34-6-''
Обоснование направления исследований
Операция сушки геологических проб является важной составной частью подготовки проб минерального сырья к анализу [1-3]. Поэтому совершенствование процесса сушки геологических проб минерального сырья является актуальной задачей [4-6]. Наиболее перспективным методом сушки является сушка проб в микроволновой печи [6-8].
В работе [7] предложено устройство для сушки проб в микроволновой печи и методика операции сушки. Однако стоимость предлагаемого устройства высока (224 000 руб.) [9]. Авторы работы [7] предлагают сушить пробу в микроволновой печи (мощность печи 1000 Вт) в течение 15 мин после выдержки пробы в течение двух часов в помещении с температурой воздуха от 15 до 30°С. Подогрев пробы в помещении в течение двух часов значительно снижает экспрессность анализа (пробирного, атомно-абсорбционного и других видов анализа) проб золотосодержащих руд. При этом авторы работы [7] не указывают начальную влажность проб, подвергаемых сушке, которая, согласно результатам работ [10, 11], является одним из основных факторов, влияющих на скорость операции сушки. Поэтому необходимо установить, можно ли достичь высокой [7] скорости сушки при максимальной начальной влажности проб, равной примерно 20% [10, 11], и использовании наиболее дешевых (3000 руб.) [12] микроволновых печей с номинальной мощностью 700 Вт. Следует отметить, что в работах [10, 11] исследовано влияние на процесс сушки
проб в дешевых бытовых микроволновых печах следующих основных факторов: начальной и конечной влажности материала проб, массы проб, уровня мощности СВЧ-излучения печи.
На основании результатов этих исследований разработана методика сушки проб кварцевых золотосодержащих руд [11], которая позволяет рассчитать необходимую продолжительность операции сушки в зависимости от начальной и конечной влажности материала проб, массы проб, уровня мощности СВЧ-излучения печи. Однако эта методика рассчитана на использование ее при нормальных температурных условиях, а именно в производственных помещениях с температурой воздуха 18±2°С [13]. Однако в теплый период года из-за постоянной работы мощных сушильных шкафов температура в производственных лабораториях превышает 20°С, в холодный период года температура в дробильных цехах не превышает 15°С вследствие использования интенсивной вытяжной вентиляции. Следует отметить, что мощность сушильных шкафов примерно 10 кВт, это приводит к значительным дополнительным расходам электроэнергии на подготовку проб к анализу. Часто пробы в производственные лаборатории поставляются геологами с температурой материала ниже 15°С, и при этом необходимо обеспечить максимальную экс-прессность определения золота [3]. Поэтому необходимо исследовать процесс сушки проб геологических кварцевых золотосодержащих руд в микроволновой печи, выполняемых в помещениях при существующих температурных отклонениях от нормального режима.
Цель настоящей работы - исследование зависимости продолжительности операции сушки геологических проб кварцевых золотосодержащих руд от начальной температуры материала пробы.
Экспериментальная часть Материалы и оборудование
Для сушки проб кварцевой золотосодержащей руды использовали бытовую микроволновую печь MS - 1744W фирмы LG Е1еСгоп^1пс, мощностью 700 Вт. Материал геологических кварцевых золотосодержащих проб, дробленых до крупности минус 1 мм, взвешивали на весах лабораторных ВЛТК-500г-М. Температуру материала пробы измеряли с помощью термопары ТХА и электроизмерительного прибора (мультиметра М-838). Материал пробы помещали в пластиковый контейнер.
Методика исследования
Материал проб массой примерно 650-700 г взвешивали на весах лабораторных ВЛТК-500г-М, высушивали до постоянной массы (масса считается постоянной, если разность результатов двух последующих взвешиваний не превышает 0,05% от массы пробы [14]). При достижении постоянной массы проб материал проб считали сухим. Из материала сухой пробы отбирали навеску массой 500 г [15]. Затем в материал навески добавляли воду в количестве 20% (от массы пробы). Выбор величины влажности пробы обусловлен результатами работ [10, 11], согласно которым скорость процесса сушки проб резко снижается (на 25%), если начальная влажность проб составляет 20%. Пробы выдерживали в помещениях с различной температурой в течение двух часов, для достижения заданной температуры материала пробы. Затем измеряли исходную температуру материала проб с помощью термопары ТХА и электроизмерительного прибора (мультиметра М-838). После этого пробы в пластиковом контейнере постоянной емкости (0,75 л) и массы (36,5 г) помещали в микроволновую печь и сушили в течение 18 мин [11], при номинальном уровне мощности СВЧ-излучения (700 Вт). При этом пробы вынимали из печи через определенные промежутки времени, измеряли температуру материала пробы и взвешивали пробу (с точностью до десятых грамма) на весах лабораторных ВЛТК-500г-М. Затем определяли массовую долю удаленной влаги. Всего было выполнено шесть экспериментов, результаты которых приведены в табл. 1-6 и на рис. 1.
Эксперименты и их обсуждение
Эксперимент № 1. Сушили пробу с начальной температурой материала пробы 11°С. За расчетное время нагрева (18 мин) проба не высохла до требуемого [16] уровня (остаточная влажность составила 5,8%), поэтому время сушки увеличили на 4 мин.
Результаты эксперимента приведены в табл. 1, зависимость остаточной влажности пробы, с начальной температурой материала 11°С, от времени нагрева приведена на рис. 1. Пробу с остаточной влажностью 1,6% можно направлять на операцию тонкого измельчения [16].
Таблица 1
Результаты эксперимента № 1
Время нагрева, мин Температура материала пробы, °С Масса пробы, г Влажность пробы, % Результат визуального наблюдения
0 11 600,0 20,0 Проба темная, однородная
8 90 590,5 18,1
13 92 559,0 11,8
18 94 529,0 5,8 Образовалась поверхностная корка, пробу перемешали
22 97 508,0 1,6 Проба светлая, по периметру контейнера тонкая темная полоса
Эксперимент № 2. Сушили пробу с начальной температурой материала 13°С. За расчетное время нагрева (18 мин) проба высохла до требуемого [16] уровня (остаточная влажность составила 1,0%). Результаты эксперимента приведены в табл. 2, зависимость остаточной влажности пробы, с начальной температурой материала пробы 13°С, от времени нагрева приведена на рис. 1.
Таблица 2
Результаты эксперимента № 2
Время нагрева, мин Температура материала пробы, °С Масса пробы, г Влажность пробы, % Результат визуального наблюдения
0 13 600,0 20,0 Проба темная, однородная
5 94 592,0 18,4
10 94 554,5 10,9 Образовалась поверхностная корка, пробу перемешали
15 95 519,5 3,9 Проба в центре светлая, по периметру контейнера тонкая темная полоса
18 96 505,0 1,0 Проба светлая, однородная
Эксперимент № 3. Сушили пробу с начальной температурой материала пробы 19°С. За расчетное время нагрева (18 мин) проба высохла до требуемого [16] уровня (остаточная влажность составила 0,7%). Однако при этом температура материала пробы составила 143°С, что превысило установленное значение 135°С [11] и привело к слипанию материала и образованию комков. Поэтому время нагрева следует уменьшить на 1-2 мин. Результаты эксперимента приведены в табл. 3, зависимость остаточной влажности пробы, с начальной температурой материала 19°С, от времени нагрева приведена на рис. 1.
Таблица 3
Результаты эксперимента № 3
Время нагрева, мин Температура материала пробы, °С Масса пробы, г Влажность пробы, % Результат визуального наблюдения
0 19 600,0 20,0 Проба темная, однородная
3 76 599,0 19,8
13 96 529,5 5,9 Образовалась поверхностная корка, пробу перемешали
18 143 503,5 0,7 Проба светлая, неоднородная (слипшиеся комки, при разбивании пылят)
Эксперимент № 4. Сушили пробу с начальной температурой материала 23°С. За расчетное время нагрева (18 мин) проба высохла до требуемого [16] уровня (остаточная влажность составила 0,6%), но при этом температура материала пробы достигла 165°С, что превысило установленное значение 135°С [11] и привело к слипанию материала, образованию комков и оплавлению контейнера. Следовательно, время нагрева следует уменьшить. Результаты эксперимента приведены в табл. 4, зависимость остаточной влажности пробы, с начальной температурой материала 23°С, от времени нагрева приведена на рис. 1.
Таблица 4
Результаты эксперимента № 4
Время нагрева, мин Температура материала пробы, °С Масса пробы, г Влажность пробы, % Результат визуального наблюдения
0 23 600,0 20,0 Проба темная, однородная
10 94 546,5 9,3 Образовалась поверхностная корка, пробу перемешали
18 165 503,5 0,6 Проба светлая, неоднородная (слипшиеся комки, при разбивании пылят), контейнер оплавился
25 20
£ ю
ж
*
I 5
М
о
Время нагрева, мин
Рис. 1. Графики зависимостей остаточной влажности проб с различной начальной температурой от времени нагрева
Эксперимент № 5. Сушили пробу с начальной температурой материала пробы 23°С в течение 17 мин. За это время проба высохла до требуемого [16] уровня (остаточная влажность составила 1,4%), при этом температура материала пробы составила 122°С, что не превысило установленного значения 135°С [11]. По мнению авторов, время нагрева можно еще уменьшить. Результаты эксперимента приведены в табл. 5.
Таблица 5
Результаты эксперимента № 5
Время нагрева, мин Температура материала пробы, °С Масса пробы, г Влажность пробы, % Результат визуального наблюдения
0 23 600,0 20,0 Проба темная, однородная
8 85 570,5 14,1
13 96 538,0 7,6 Образовалась поверхностная корка, пробу перемешали
17 122 508,0 1,4 Проба светлая, по периметру контейнера тонкая темная полоса
Эксперимент № 6. Сушили пробу с начальной температурой материала пробы 23°С в течение 15 мин. За это время проба высохла до требуемого [16] уровня (остаточная влажность составила 1,6%), при этом температура материала пробы составила 115°С, что не превысило установленного значения 135°С [11]. Авторы считают, что данное время операции сушки пробы является оптимальным. Результаты эксперимента приведены в табл. 6.
Таблица 6
Результаты эксперимента № 6
Время нагрева, (мин) Температура пробы, (°С) Масса пробы, г Влажность пробы, % Результат визуального наблюдения
0 23 600,0 20,0 Проба темная, однородная
10 92 544,5 8,9 Образовалась поверхностная корка, пробу перемешали
15 115 507,0 1,6 Проба светлая, по периметру контейнера тонкая темная полоса
Зависимость остаточной влажности проб с различной начальной температурой от времени нагрева
Выводы
Из результатов экспериментов 1-6 следует, что при начальной температуре материала пробы в диапазоне 13-20°С время сушки пробы можно рассчитать по формуле [11]:
5 < т = К • m • (W1 -W2) / P,
где т - продолжительность операции нагревания пробы, мин; К - коэффициент пропорционально-
„ мин•Вт 4
сти, зависящий от физико-химических свойств руды и типа печи, -, К < 10 , определяется
кг • %
экспериментально для каждого типа руды; m - масса геологической пробы, кг; W1 - массовая доля влаги в исходной пробе, % W2 - установленное [16] значение массовой доли влаги в подсушенной пробе, %; W2 < 3,0%; Р - мощность электропечи, Вт.
При снижении температуры материала пробы до 11°С время сушки необходимо увеличить на 4 мин от расчетной [11] величины. При увеличении температуры материала пробы до 23°С время сушки следует уменьшить на 3 мин от расчетной [11] величины.
Литература
1. Пробоотбирание и анализ благородных металлов: справочник / под ред. И.Ф. Барышникова. - М.: Металлургия, 1978. - 432 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. АльбовМ.Н. Опробование месторождений полезных ископаемых. - М.: Недра, 1965. - 239 с.
5. Сажин Б.С. Основы техники сушки. - М.: Химия, 1984. - 320 с.
6. Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1981. - 812 с.
7. Руководство по эксплуатации лабораторной установки для определения влажности сыпучих материалов ВС-1. РЭ 00.205.000. Асбест. - 2002. - 13 с.
8. Особенности микроволновой сушки [Электронный ресурс]. - URL: http//www.ingredient.su/news/40 (дата обращения 16.05.12).
9. Каталог. Лабораторная установка для исследования различных способов сушки материалов [Электронный ресурс]. - URL: http//www.measlab.ru/jWRH (дата обращения 16.06.2015).
10. 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 // Вестник КамчатГТУ. - 2013. - Вып. 23. - С. 9-13.
11. Способ сушки геологических проб золотосодержащих руд в микроволновой печи: патент на изобретение № 2502060 / В.А. Швецов, О.А. Белавина, Д.В. Шунькин, Н.В. Адельшина; заявл. 26.04.2012 г.; заявка № 2012117470; опубл. 20.12.2013, Бюл. № 35.
12. Микроволновки Samsung [Электронный ресурс]. - URL: http//www.propagandahistory.ru.>1161/Mikrovolnovki-Samsung / (дата обращения 16.06.2015).
13. СанПиН 2.2.4.548-96. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений [Электронный ресурс]. - URL: http://tehnopost.kiev.ua/otoplenie/12-komfortnaia-temperatura.html / (дата обращения 29.10.2015).
14. 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).
15. ОСТ 41-08-249-85. Управление качеством аналитической работы. Подготовка проб и организация выполнения количественного анализа в лабораториях Мингео СССР. - М.: ВИМС, 1985. - 32 с.
16. Исследование влияния влажности лабораторных проб кварцевой золотосодержащей руды на операцию тонкого измельчения проб / О.А. Белавина, В.А. Швецов, Н.В. Адельшина, В.В. Пахомова, В.А. Пахомов, П.А. Белозёров // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. -2014. -Т. 80, № 4. - С. 73-75.
Информация об авторах Information about authors
Белавина Ольга Александровна - Камчатский государственный технический университет; 683003, Россия, Петропавловск-Камчатский; научный сотрудник отдела науки и инноваций; [email protected]
Belavina Olga Aleksandrovna - Kamchatka State Technical University; 683003, Petropavlovsk-Kamchatskу, Russia; Research officer of science and innovation department; [email protected]
Швецов Владимир Алексеевич - Камчатский государственный технический университет; 683003, Россия, Петропавловск-Камчатский; доктор химических наук; доцент; профессор кафедры электро- и радиооборудования судов; [email protected]
Shvetsov Vladimir Alekseevich - Kamchatka State Technical University; 683003, Petropavlovsk-KamchatskY, Russia; Doctor of chemical sciences; Associate Professor; Professor of Elctro- and Radioequipment of Ships Chair; [email protected]
Адельшина Наталья Владимировна - Военный восточный округ Министерства обороны РФ; 683000, Россия, Петропавловск-Камчатский; инженер 718 регионального экологического центра; [email protected]
Adelshina Natalya Vladimirovna - Eastern Military Region of the Ministry of Defence of the Russian Federation; 683000, Russia, Petropavlovsk-Kamchatskу; Engineer of 718th Regional Ecological Centre; [email protected]
Пахомова Вера Владимировна - ОАО «Камчатгеология»; 683016, Россия, Петропавловск-Камчатский; начальник центральной лаборатории; [email protected]
Pakhomova Vera Vladimirovna - JSC «Kamchatgeology»; 683016, Petropavlovsk-Kamchatskу, Russia; Head of Central laboratory; [email protected]
Пахомов Владимир Александрович - Камчатский государственный технический университет; 683003, Россия, Петропавловск-Камчатский; аспирант; [email protected]
Pakhomov Vladimir Aleksandrovich - Kamchatka State Technical University; 683003, Petropavlovsk-Kamchatskу, Russia; Undergraduate; [email protected]
