Введение к работе
Актуальность работы. Сапропель является уникальным природным образованием, которое сочетает в себе накопленный за продолжительный период времени органический и минеральный комплексы. Разнообразие состава и свойств, значительные геологические запасы, широкий спектр применения, распространенность и доступность при добыче, делают его ценным полезным ископаемым. В настоящее время разработаны и используются различные способы и машины для добычи сапропеля и технологии его переработки. Данной проблемой занимались такие ученые как К.К. Гильзен, Л.А. Иванов, Н.В. Кордэ, М.З. Лопотко, Б.В. Курзо, В.И. Косов и др.
Однако существующие способы и машины для снижения влагосодержания обладают существенными недостатками в результате чего снижается качество и товарные свойства сапропеля с нарушением непрерывности процесса добычи и переработки сапропеля со значительными энергозатратами на его сушку из-за низкой степени предварительного обезвоживания сапропеля. Повышение эффективности непрерывного процесса добычи, транспортирования и последующей сушки сапропеля может быть достигнуто при обоснованном выборе основных конструктивных и эксплуатационных параметров машины для снижения влагосодержания сапропеля, основанной на гигроскопическом способе. Для установления закономерностей процесса водоотделения, в том числе и при дополнительном физическом воздействии на сапропелевую массу и повышения степени обезвоживания сапропеля перед его сушкой необходимо выполнить теоретические и экспериментальные исследования
Цель работы: установление закономерностей процесса снижения влагосодержания сапропеля энергосберегающим гигроскопическим методом с дополнительным физическим воздействием на сапропелевую массу для обоснования конструктивных и эксплуатационных параметров обезвоживающей машины, что позволит упростить технологическую схему и уменьшить суммарные энергозатраты при непрерывном технологическом процессе добычи и переработки сапропеля.
Идея работы: ступенчатое снижение влагосодержания гигроскопическим способом водоотделения сапропелевой массы, распределенной по ленточному контуру обезвоживающей машины, при дополнительных физических воздействиях на нее обезвоживающими барабанами.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи исследования:
-
Выполнить анализ существующих способов обезвоживания для различных материалов.
-
Обосновать способ снижения влагосодержания сапропеля.
-
Разработать лабораторный стенд и методику проведения экспериментальных исследований.
-
Выполнить экспериментальные исследования с использованием гигроскопического метода обезвоживания и при дополнительных физических воздействиях на обезвоживаемую сапропелевую массу.
-
Обосновать конструктивные и рациональные параметры машины для обезвоживания сапропеля.
-
Разработать методику расчета и выбора параметров машины для обезвоживания сапропеля.
-
Выполнить технико-экономическую оценку показателей работы машины для снижения влагосодержания сапропеля коллоидной структуры.
Методы исследований. В основу проведенных исследований положен системный подход к изучаемому объекту. При решении поставленных задач использовался комплексный метод исследования, включающий: анализ и обобщение данных существующих методов обезвоживания различных материалов для обоснования выбора способа снижения влагосодержания сапропеля, теоретический анализ способов обезвоживания с использованием уравнений классической механики и экспериментальные исследования на лабораторных стендах.
Защищаемые научные положения:
-
Экспериментально установлено, что при шестикратном взаимодействии нажимных барабанов обезвоживающей машины конвейерного типа, покрытыми слоем материала с незамкнутой капиллярной структурой типа «Экспресс», с сапропелевой массой ее влагосодержание снижается на 50%, а с использованием дестабилизаторов в виде соли калия и натрия с концентрацией 0,5% от исходной массы пульпы – до 60%, при этом ширина обезвоживающих барабанов ступенчато увеличивается по ходу движения грузонесущей ветви ленточного контура.
-
Максимальное водоотделение из сапропелевой массы, при условии отсутствия ее налипания на обезвоживающие барабаны, обеспечивается при равномерном ступенчатом увеличении давления барабанов на движущуюся ленту с находящимся на ней слоем сапропелевой массы с 1…3 КПа на первом барабане до 10…12 КПа – на последнем барабане при исходной толщине слоя сапропелевой массы на конвейерной ленте 6...10 мм, а при предварительном нагреве сапропелевой массы до 65...75С обеспечивается повышение водоотделения на 3%.
Научная новизна:
установлены закономерности процесса снижения влагосодержания сапропеля гигроскопическим способом на обезвоживающей машине непрерывного действия с определением оптимального числа взаимодействий обезвоживающих барабанов с сапропелевой массой и величин давлений на нее в процессе водоотделения;
определена зависимость суммарного водоотделения от концентраций дестабилизаторов, которая позволяет определить наиболее эффективный вид дестабилизатора для увеличения водоотделения из сапропелевой массы.
Обоснованность и достоверность научных положений выводов и рекомендаций подтверждена значительным объемом экспериментальных исследований на лабораторных стендах и обработкой опытных данных с использованием методов математической статистики и регрессионного анализа.
Практическая значимость работы:
предложены принципиальные конструктивные схемы машины для непрерывного обезвоживания сапропеля;
разработана методика расчета и выбора основных параметров машины для непрерывного обезвоживания сапропеля;
разработаны рекомендации по выбору концентрации дестабилизаторов и метода дополнительного физического воздействия на сапропелевую массу для повышения эффективности обезвоживания сапропеля.
Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты докладывались и обсуждались:
на конференциях «Полезные ископаемые России и их освоение» в 2006, 2007 гг. в СПГГИ(ТУ);
на 7-ой Международной научно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы решения», Воркута. 8-10 апреля 2009г.;
на научной конференции «Неделя горняка», (Москва, МГГУ, в 2007, 2008 гг);
на конференции Innovations in Geoscience, Geoengineering and Metallurgy. Freiberger Forschungsforum 59. Berg-und Huettenmaennischer Tag 2008. Technishe universitaet bergakademie Freiberg.
Личный вклад автора:
-
Разработаны стенд и методика проведения экспериментальных исследований.
-
Установлены закономерности процесса снижения влагосодержания сапропеля с дополнительным физическим воздействием на сапропелевую массу для обоснования конструктивных и эксплуатационных параметров машины для обезвоживания сапропеля.
-
Предложен вариант усовершенствованной конструкции обезвоживающей машины.
Публикации
Основные результаты исследований опубликованы в 5 печатных работах, в трех статьях, в том числе 1 в издании, рекомендованном ВАК Минобрнауки России и двух патентах РФ на изобретения,, подана заявка на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 135 страницах, содержит 61 рисунок, 26 таблиц, список литературы из 104 наименований.
