Введение к работе
Актуальность работы:
Одной из проблем предприятий черной металлургии является переработка замасленной окалины и шламов. Особый интерес при этом представляют железосодержащие замасленные шламы донных отложений шламонакопительных систем. Содержание железа в них колеблется в пределах 45–63 %, что позволяет считать их ценным техногенным сырьем. Переработка замасленных шламов в настоящее время решается в основном в одном направлении – обезмасливание с последующей утилизацией. Однако химическое (отмывка химическими реагентами) и термическое (выжигание масла) обезмасливание – дорогостоящие процессы, создающие дополнительные экологические осложнения в виде проблемы регенерации промывных вод, очистки отходящих газов и другие. Поэтому разработка эффективной технологии обезмасливания и комплексного использования замасленных шламов является актуальной для предприятий черной металлургии.
Объектом исследования являются железосодержащие замасленные шламы донных отложений (далее замасленные шламы) Левобережного гидроотвала ОАО «ММК».
Предметом исследования являются закономерности и механизм воздействия гидродинамической кавитации на процесс обезмасливания шламов в роторно-импульсных аппаратах.
Целью диссертационной работы является разработка технологии обезмасливания шламов для получения кондиционного железосодержащего продукта с остаточным содержанием масел менее 0,30 %.
Идея диссертационной работы заключается в использовании эффекта разрушения комплексных органических соединений, образующихся на поверхности шламистых частиц, формирующих донные отложения гидроотвалов, в условиях гидродинамической кавитации в роторно-импульсных аппаратах.
Задачи диссертационной работы:
1. Обобщить аналитический обзор технической информации о способах и технических средствах переработки замасленных шламов и выбрать научно-обоснованный способ их переработки.
2. Изучение вещественного состава, физических и физико-химических свойств замасленных шламов в складированных картах Левобережного гидроотвала ОАО «ММК», определение мощности техногенного образования.
3. Выбор и расчет устройства для генерирования гидродинамической кавитации.
4. Разработка лабораторной установки для исследования процесса обезмасливания шламов в условиях гидродинамической кавитации в роторно-
импульсных аппаратах.
5. Исследование влияния различных физико-химических факторов – частоты вращения ротора роторно-импульсного аппарата, температуры пульпы, режима ввода дополнительного воздуха в зону кавитации, числа проходов, содержания масел на процесс обезмасливания шламов в условия гидродинамической кавитации и определение их оптимальных параметров.
6. Разработка технологии обезмасливания шламов в роторно-импульсных аппаратах с получением кондиционного железосодержащего продукта и опытно-промышленной установки для ее апробации.
Основные положения, выносимые на защиту:
– гидродинамическая кавитация обеспечивает эффективное обезмасливание шламов в роторно-импульсных аппаратах без применения поверхностно-активных веществ;
– для интенсификации процесса обезмасливания шламов необходима дополнительная подача воздуха в обрабатываемую пульпу;
– технологическая схема и установка для обезмасливания шламов с содержанием масел до 4,0 % в роторно-импульсных аппаратах.
Научная новизна защищаемых в диссертации положений заключается в следующем:
– обосновано применение двухступенчатых роторно-импульсных аппаратов для обезмасливания шламов в условиях развитой гидродинамической кавитации при частоте вращения ротора 3000–3500 об/мин. и скорости потока на входе 1,127– 1,250 м/с;
– установлено, что подача дополнительного воздуха в зону кавитации в количестве 0,05–0,07 м3/м3 интенсифицирует процесс обезмасливания шламов;
– экспериментально определены закономерности и параметры обезмасливания шламов в условиях гидродинамической кавитации в двухступенчатых роторно-импульсных аппаратах с содержанием нефтепродуктов до 4,0 %.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций диссертационной работы подтверждаются сходимостью теоретических и экспериментальных зависимостей, результатами лабораторных и опытно-промышленных испытаний разработанной технологии обезмасливания шламов.
Практическая значимость работы заключается в том, что автором предложена технология обезмасливания шламов с получением кондиционного железосодержащего продукта с массовым содержанием железа 60,0–65,0 % и остаточного масла до 0,30 % (Патент РФ № 2393923), которая апробирована на опытно-промышленной установке. Ожидаемый экономический эффект от внедрения данной установки по обезмасливанию шламов донных отложений составит 162 745 583,4 руб. в год или 3 606,93 руб. на тонну. Результаты работы могут быть использованы преподавателями ГОУ ВПО «МГТУ» при чтении лекций и ведении лабораторного практикума по дисциплинам «Экология» и «Проблемы экологии в черной металлургии».
Апробация диссертационной работы:
Основные положения диссертационной работы доложены на Межрегиональной научно-практической конференции "Экологическая политика в обеспечении устойчивого развития Челябинской области» (Челябинск, 2005г.), Международной научно-технической конференции молодых специалистов (Магнитогорск, 2006 г.), 64 научно-техническая конференция по итогам научно-исследовательских работ за 2004-2005 г.г. (г. Магнитогорск, 2006 г.), VI Конгресс обогатителей стран СНГ (Москва, 2007 г.), 2-й Международный промышленный форум «Реконструкция промышленных предприятий – прорыв технологии в металлургии и машиностроении» (г. Челябинск, 2009 г.), IV Международной научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности в третьем тысячелетии» (г. Челябинск, 2009 г.), Международной научно-технической. конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенных отходов» (г. Екатеринбург, 2010, 2012, 2013г.г.), Региональной научно-практической конференции «Уральский регион Республики Башкортостан: человек, природа, общество» (г. Сибай, 2011г.), 70-я межрегиональная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы современной науки, техники и образования» (г. Магнитогорск, 2012г.).
Публикации:
Основные положения диссертационной работы опубликованы в 15 работах, в том числе 3 в изданиях реферируемых ВАК и получен патент РФ № 2393923 от 10.07.2010 г.
Вклад автора состоит в формировании основной идеи, постановке задач, разработке методик исследования, организации и непосредственного участия в выполнении исследований и испытаний, анализе полученных данных и разработке рекомендаций.
Структура и объем диссертационной работы: Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, списка используемых источников из 116 наименований, 4 приложений, содержит 131 страницу машинописного текста, 70 рисунков, 15 таблиц.
