Введение к работе
Актуальность темы. Одним из эффективных путей повышения очистки промышленного сырья от парамагнитных примесей с размером частиц менее 60 мкм, например, каолина от красящих оксидов, саломаса от никельсодержащего катализатора, оборотных вод электросталеплавильного производства от шлама, эмульсии смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) от бактериальной флоры является использование специальных магнитных методов.
Магнитные методы основаны на разделении веществ по их магнитным свойствам. В частности, очистка каолина, саломаса и оборотной воды от парамагнитных примесей может эффективно осуществляться в магнитных аппаратах с высокоградиентным магнитным полем (метод высокоградиентной магнитной сепарации (ВГМС)), а очистка СОЖ от бактериальной флоры - в магнитном аппарате с импульсным магнитным полем низкочастотного 2-30 Гц диапазона (метод МИО).
Суть метода ВГМС заключается в следующем. Очищаемое сырье в виде суспензии пропускается через рабочую зону магнитного аппарата , внутри которой, с целью создания высокоградиентного магнитного поля, помещена специальная матрица из нержавеющего магнитомягкого материала (шары, стружка, металлическая «вата» и т.д.). Под действием электрических катушек магнитного аппарата происходит намагничивание материала матрицы, в результате чего, в рабочей зоне аппарата создается высокоградиентное магнитное поле. Величина градиента магнитного поля зависит от напряженности внешнего магнитного поля, размера и магнитных свойств материала матрицы. Содержащиеся в сырье частицы с адсорбированными или химически связанными вредными примесями (оксиды железа, никеля и др.), обладающие повышенной удельной магнитной восприимчивостью, притягиваются в наиболее неоднородные участки высокоградиентного магнитного поля матрицы.
Метод МИО основан на бактерицидном действии магнитного поля, связанным с сосуществованием "частотно-амплитудных окон", внутри которых есть реакция биообъекта, а вне – отсутствует. Бактерицидное действие магнитного поля зависит от частоты следования и формы импульсов, напряженности и градиента напряженности магнитного поля, времени обработки, резистентности (сопротивляемости) микроорганизмов и т.д.
В связи с этим, исследование технологических процессов очистки промышленного сырья от парамагнитных примесей с размером частиц менее 60 мкм., разработка методов расчёта оборудования и его усовершенствование является актуальной задачей.
Целью работы является повышение эффективности очистки каолина, саломаса, оборотной воды и смазочно-охлаждающей жидкости от парамагнитных примесей магнитным аппаратами ВГМС и МИО, разработка математических моделей, характеризующих протекающие в них процессы очистки и оценка по ним рациональных режимов эксплуатации магнитного оборудования.
Объектом исследования являются процессы очистки каолина Просяновского месторождения (Украина), саломаса Екатеринбургского жиркомбината, оборотной воды завода «Волгоцеммаш» (г. Тольятти) и смазочно-охлаждающей жидкости ОАО «АвтоВАЗ» (г. Тольятти) от парамагнитных и других примесей магнитными методами.
Предмет исследования - технологические режимы процессов очистки промышленного сырья в высокоградиентном магнитном поле и в магнитно-импульсном поле КНЧ диапазона.
Методы исследований
Для решения поставленных задач применялась теория высокоградиентной магнитной сепарации, теория устойчивости дисперсных систем, модели действия магнитных полей на биологические системы, методы экспериментального моделирования (регрессионный и дисперсный анализ) и экспериментальных исследований.
Научная новизна работы
1.Найдены оптимальные режимы работы магнитных аппаратов, работающих по методам ВГМС и МИО.
2.Разработаны математические модели процессов очистки промышленного сырья от примесей магнитными методами, характеризующих влияние основных технологических режимов работы высокоградиентного магнитного сепаратора и магнитно-импульсной установки КНЧ диапазона на эффективность разделения неоднородных систем.
3. На базе математических моделей очистки промышленного сырья от примесей магнитными методами разработаны методики расчёта оптимальных технологических режимов работы магнитного оборудования ВГМС и МИО для очистки каолина, саломаса, оборотных вод и СОЖ от бактериальной флоры.
4. По результатам экспериментальных исследований и математического моделирования разработаны усовершенствованные промышленные техно- логические схемы для эффективной очистки сырья с использованием магнитных методов разделения неоднородных систем.
Практическая ценность результатов состоит в следующем:
1. Разработаны способ очистки каолина методом ВГМС и технологический регламент производства каолина магнитного обогащения производительностью до 24 тыс. тонн/год.
2. Разработаны способ очистки саломаса от никельсодержащего катализатора и проект технологического регламента извлечения никелевого катализатора из саломаса методом ВГМС.
3. Разработаны исходные требования на проектирование и проект промышленной очистки оборотной воды системы пылеулавливания от шлама электросталеплавильного производства производительностью до 200 м3/час методом ВГМС.
4. Разработан проект промышленной очистки смазочно-охлаждающей жидкости от бактериальной флоры на основе установки магнитно- импульсного поля КНЧ диапазона.
На защиту выносятся:
-
Математические модели процессов очистки промышленного сырья от парамагнитных примесей магнитным методом, характеризующих влияние основных технологических параметров высокоградиентного магнитного сепаратора и магнитно-импульсной установки КНЧ диапазона на эффективность очистки.
-
Результаты экспериментальных исследований процесса очистки каолина, саломаса, оборотной воды и смазочно-охлаждающей жидкости от примесей магнитными методами.
2
1
3. Технологические схемы промышленной очистки каолина, саломаса, оборотной воды и смазочно-охлаждающей жидкости от парамагниных примесей магнитными методами.
Апробация работы.
Основные результаты работы доложены и обсуждались на: Всесоюзном координационном совещании научно-исследовательских, проектно-конструкторских организаций и предприятий 28-30 марта 1984 г., г. Тольятти; Межотраслевой выставке ВДНХ СССР. Ресурсосбережение 88 г. Москва, 1988 г; Международном симпозиуме «Технология–2000», Тольятти 1995г; Всероссийской научно-практической конференции. Промышленная и экологическая безопасность как условие обеспечения качества продукции и услуг, Тольятти: ТГУ, 2002; Первом международном экологическом конгрессе «Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов» ELPIT 2007, Тольятти, ТГУ, 2007; Международной научной конференции «Татищевские чтения: актуальные проблемы науки и практики, 18-21 апреля 2007 г. Тольятти, ВУиТ; V юбилейной международной научно-практической конференции «Татищевские чтения: актуальные проблемы науки и практики, 16-19 апреля 2008 г., Тольятти, ВУиТ, VII международной научно-технической конференции НАН Беларуси «Энерго- и материалосберегающие экологически чистые технологии» 29-30 октября 2009 г., Гродно (Беларусь).
Работа выполнена в рамках госбюджетных НИР, которые велись во Всесоюзном научно-исследовательском институте нерудных строительных материалов и гидромеханизации (ВНИИНеруд) (ГР № 01.87.0018638, ГР.№ 01.86.0070988, ГР №81095703, ГР 01.85.0017790);
- по заявкам предприятий: ГР № 01.88.0031729; х/д 11238, ВНИИНеруд;
- в Тольяттинском государственном университете сервиса (ГР № 02.200.201431).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 20 печатных работах, в том числе в 4-х изданиях, предусмотренным перечнем ВАК, монографии, учебном пособии.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованных источников и приложений. Работа изложена на 117 страницах машинописного текста и содержит 16 таблиц и 39 рисунков.
