Закономерности активации твердых веществ при виброударном измельчении

Abstract

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.17.08 – процессы и аппараты химической технологии. – Национальный технический университет “Харьковский политехнический институт”, 2015 г. Диссертация посвящена разработке методов подготовки минералов к сепарации путем виброударной активации, а также разработке теоретических основ процесса виброударной активации твердых тел, в результате которой происходят изменения физико-химических свойств, активированных материалов. В работе обоснованы технологические режимы измельчения, которые обеспечивают необходимый уровень активации и приводят к появлению заданных свойств у конечного продукта, отработаны технологические режимы виброударной активации некоторых минералов и рекомендовано использование вертикальной вибрационной мельницы (МВВ) в технологических процессах подготовки минералов к сепарации. Выяснено, что после предварительного виброударного нагружения материалов возникает дополнительная ионизация, в результате которой происходит интенсификация процессов сепарации руд и продуктов обогащения, а также происходит снижение температуры восстановления и обжига концентратов; стабилизация водоугольных суспензий. Показана зависимость между виброударной активацией минералов и коагуляционной устойчивостью дисперсных систем, а также получены водоугольные суспензии, имеющие удельную теплоту сгорания, равную теплоте сгорания угля более высокой степени метаморфизма по сравнению с активируемым, но с преимуществами жидкого топлива перед пылевидным, в частности: а) повышаются адсорбционные характеристики и пластическая прочность дисперсий, а также изменяется электрокинетический потенциал, что приводит к седиментационной устойчивости водоугольных суспензий до 3-4 суток без применения ПАВ и других стабилизаторов; б) повышается эффективность очистки сточных и шахтных вод: увеличивается скорость осаждения примесей в 2 раза и уменьшается содержание солей рутения до 80-90%. Показано, что селективное выщелачивание и экстракция минералов повышаются от кристаллохимических и структурных факторов, возникающих избирательно при виброударной активации. Получены новые представления о механизме флотации с учетом направленного изменения электрофизических и магнитных свойств в процессе виброударной активации за счет электронно-дырочных переходов и образования новой фазы – сложного твердого раствора, влияющих на свободную энергию поверхности минералов. Обоснован новый метод получения композиционных материалов с повышенными адсорбционными свойствами, заключающийся в виброударном нагружении минералов при измельчении. Впервые получены термо- и огнестойкие композиционные материалы, значительно превосходящие промышленные аналоги; созданы катализаторы дымовых газов на основе окисленных кварцитов. Доказано теоретически и подтверждено экспериментально, что активированные антипирирующие добавки ингибируют процесс термического разложения композиционных материалов одновременно по двум механизмам: свободно-радикальному и ионно-молекулярному. Для контроля качества минерального сырья предложен метод мониторинга стадий обогащения руд по электропроводности.Thesis for the Degree of Doctor of Technical sciences, specialty 05.17.08 – Processes and devices of chemical technology. – National Technical University “Kharkiv Politechnical Institute”, 2015. Dissertation is devoted to the development of the methods to prepare minerals for the separation by vibroimpact activation, also the development of theoretical foundations of the solids vibroimpact activation, the studying of the fine particles reactionary abilities, resulting in the change of physical-chemical properties. The grinding technological modes, providing the nessessary activation level and obtaining of the final product spesific properties, are grounded in the work. The technological modes of several materials vibroimpact activation are worked out and recommemded to application together with vertical vibration mill (MVV) in the technological processes of the minerals preparation for separation. The minerals vibroimpact activation influence on the minerals separation is investigated. It has been found out, that the additional ionization is appeared after the materials vibroimpact activation. As the result, there is a possibility to use the minerals vibroimpact effect as a new method to intensify the processes of the ores and the dressing products separation, the reactions proceeds faster and the temperatures of the concentrates reduction and burn are decreased, the water-coal suspensions are stabilized. The new method to determine the composites structure quality is developed. The new principle of the separation process intensification based on the initial products vibroimpact activation, leading in turn to the solid-phase and heterogeneous reactions of two directions – the radical-circuit and the ionic-molecular, is showed. It has been set, that the electical-physical and the magnetic properties are directedly changed during the minerals vibroimpact activation. The last one results in the useful components extraction to the level of 80 % by preliminary separation, reducing twice the raw materials treatment volumes.