В основном с этим также ищут.

Билет.

1й вопрос. Устройство и принцип действия гидравлических классификаторов.

аппарат для разделения смеси минеральных зёрен по массе на отдельные классы крупности или плотности по скоростям падения в воде. Гидравлическая классификация может осуществляться в механических и гидравлических классификаторах. К механическим классификаторам относятся спиральные, реечные, драговые и чашевые классификаторы. Машины этого типа имеют подвижный механизм взмучивания и разгрузки. Так, в спиральных классификаторах он представляет собой спирали, в реечных и чашевых - гребковые рейки, в драговых - скребки на бесконечной ленте или цепи.

Гидравлические классификаторы относятся к группе гравитационных аппаратов, в которых вода служит средой для разделения зернистого материала на фракции. По конструктивному исполнению и характеру движения исходной песчаной пульпы гидравлические классификатрры можно условно разделить на классификаторы вертикального типа и классификаторы горизонтального типа.

К наиболее простому по конструкции гидравлическому классификатору относится конусный классификатор (рисунок выше). Он представляет собой сварной конический резервуар 1, стенки которого наклонены к горизонту под углом 60°.Мельчайшие частицы песка и шлам удаляются через кольцевой порог 2. Загружается материал через цилиндрический патрубок 3. Так как поступление пульпы происходит ниже уровня слива, образуется восходящий поток, в котором происходит классификация материала. Круглые зерна материала осаждаются, заполняя нижнюю часть конуса и поднимая поплавок 4, связанный рычагами с шариковым клапаном 6. При этом пески разгружаются через нижнюю насадку 5. Конусные классификаторы применяют для мокрой классификации на два класса песка с крупностью зерен до 1,65 мм и тонкозернистого. материала крупностью не более 0,7 мм.

Ниже показан классификатор ГКД-2 конструкции ВНИИГСа, работающий по следующей схеме. Песчано-гравийная смесь вводится в классификатор через нижний патрубок и, проходя диффузор, поступает в обогатительную камеру, площадь сечения которой значительно превышает площадь верхнего сечения диффузора. Поэтому скорость восходящего потока гидропесчаной смеси после выхода ее из диффузора значительно уменьшается, что влечет за собой выпадение наиболее крупных частиц, которые из обогатительной камеры попадают в классификационную.

Камера классификации расположена между диффузором и внешней оболочкой аппарата. Над ней находится обогатительная камера. Чистая вода, образующая в камере винтовой восходящий поток, в котором материал разделяется, по заданному граничному зерну, подается в нижнюю часть классификационной камеры. Частицы песка, скорость падения которых меньше восходящего потока, отводятся по трубе как шлам, через верхний сливной коллектор, крупный продукт, выпавший из классификационной камеры, обезвоживается и транспортируется на склад.

Вертикальный классификатор ГКД-2 разделяет исходную гидросмесь на две фракции по одному граничному зерну. Граница разделения в пределах 0,5-3,0 мм регулируется количеством по даваемой воды в классификационную камеру и площадью ее поперечного сечения, которую можно изменять при перестановке трех диффузоров, комплектующих классификатор. Гидроклассификаторы ГКД-2 являются напорными аппаратами, рассчитанными на давление 3 ат на уровне сливного коллектора, так что транспортирование крупного и мелкого продукта может происходить под действием давления, создаваемого внутри классификатора гидронасосами, подающими водопесчаную смесь, и водным насосом, подающим дополнительную воду.

Вертикальный гидравлический классификатор типа КГ конструкции ВНИИЖелезобетона показан на рисунке ниже. Он предназначен для фракционирования Гидропесчаной смеси по одному граничному зерну в пределах 0,3-2,0 мм.

Работа гидроклассификатора типа КГ отличается от описанной выше работы гидроклассификатора ГКД-2 тем, что исходная смесь подается сверху в бак-дозатор и через распределитель гидросмеси попадает в приемно-разделительную камеру. В процессе вертикального движения частиц в восходящих потоках воды более крупные частицы и частицы, близкие по размеру к граничным зернам, из приемно-разделительной камеры попадают в классификационную камеру, куда подается чистая вода для обеспечения окончательной классификации по заданному граничному зерну. Мелкий продукт выводится через верхнюю сливную трубу, крупный - через нижнее разгрузочное отверстие.

К рассматриваемому классификатору можно подсоединить специальную разгрузочную камеру, в которой крупная фракция песка будет частично обезвоживаться до влажности 25%. Классификаторы типа КГ выпускают трех типоразмеров производительностью по исходной водогрунтовой смеси от 300 до 2200 м3/ч и производительностью по исходному песку от 25 до 400 м³/ч. Чтобы получить на рассматриваемых классификаторах товарную фракцию со стабильным зерновым составом, необходимо обеспечить постоянное питание как по зерновому составу, так и по консистенции поступающей пульпы. Вторая фракция, мелкая, выдаваемая этими классификаторами, загрязнена шламами и требует дополнительного обогащения. Для получения нескольких фракций необходимо последовательно установить соответствующее число таких классификаторов. Классификаторы вертикального типа просты по конструкции, надежны в работе и в случаях, когда не требуется высокая точность классификации, могут успешно использоваться для обогащения строительных песков. Особенно рационально применять их на гидромеханизированных карьерах, так как эти аппараты могут работать в комплексе с земснарядами, разрабатывающими карьер.

В зарубежной практике при фракционировании песков на несколько фракций из вертикальных классификаторов часто составляют ступенчатые, компаундные или комбинированные установки. С помощью таких классификаторов удается повысить точность разделения на фракции и уменьшить потери товарных фракций в сливе.

Выше показаны схемы классификационных установок системы "Реакс". Комбинированием различных типов установок с гидравлическими классификаторами достигается высокая точность разделения. При этом технологическая схема может быть разработана с учетом конкретных требований производства и с учетом экономических и технологических критериев оптимизации процесса обогащения. Так, компаундная трехступенчатая система классификации (а) представляет собой комбинацию двух, трех или четырех конусных гидравлических классификаторов с горизонтальной подачей воды на классификацию. При двухступенчатой системе классификации (б), повышающей точность разделения, два конусных гидравлических классификатора устанавливаются один над другим. Комбинированная система классификации (в) представляет собой комбинацию из классификаторов с горизонтальной подачей воды и вертикальной подачей чистой воды, что позволяет получить несколько фракций. Гидравлические классификаторы горизонтального типа по характеру осаждения частиц в классификационных камерах можно разделить на две группы: со свободным и стесненным падением. Кла ссификаторы первой группы представляют собой классифицирующий желоб призматического или пирамидального сечения, в котором происходит выпадение частиц песка из перемещающейся по желобу пульпы. Поступающая в эти аппараты пульпа сильно разжижена и движется с малой скоростью, что обеспечивает хорошие условия осаждения частиц по крупности. Частицы более крупные осаждаются в начале классификатора, а более мелкие - в конце. Обычно такие классификаторы имеют несколько поперечных перегородок, образующих отдельные классификационные камеры. Чтобы создать благоприятные условия для осаждения более мелких частиц, такие классификаторы к разгрузочному концу делают шире. Эффективность работы рассматриваемых классификаторов низкая, поэтому их применяют для получения мелкого заполнителя, используемого в бетонах невысоких марок. Поскольку крупность исходного песка при его обработке в гидравлических классификаторах ограничена, и, кроме того, готовые продукты требуют обезвоживания, то гидравлические классификаторы обычно работают в комплексе с грохотами и спиральными классификаторами. Производительность гидравлических классификаторов свободного падения достигает 100 т/ч

Центробежные классификаторы составляют особую группу гидравлических классификаторов. Их работа основана на использовании центробежных сил инерции, возникающих во вращающемся потоке пульпы. Эффективность разделения будет определяться соотношением между скоростью оседания частиц и скоростью потока пульпы в классификаторе.Чем выше центробежное ускорение, тем меньше граница разделения и, следовательно, выше производительность по твердому материалу. Центробежные аппараты применяют главным образом для классификации мелких частиц с граничным размером от 5 до 500 мкм.

Различают два типа центробежных классификаторов: 1. Центрифуги - аппараты, в которых вращение гидросмеси достигается благодаря вращению движущихся рабочих поверхностей. Центрифуги в основном используют для обезвоживания таких мелкозернистых материалов, как глина, мел и т. д. Широкого применения в строительной индустрии они не имеют, вследствие большого износа рабочих поверхностей. 2. Гидроциклоны - неподвижные аппараты, к которым пульпа подводится тангенциально с необходимой скоростью. Гидроциклон представляет собой литой или сварной корпус, нижняя часть 1 которого имеет форму конуса, а верхняя 2 - цилиндра.

Исходный материал под избыточным давлением 1-2 ат подается через питающий патрубок, 3 в цилиндрическую часть корпуса тангенциально к внутренней его поверхности. Это создает вращательное движение пульпы. Скорость на входе в гидроциклон достигает нескольких десятков метров в секунду. В связи с этим возникает центростремительное, ускорение которое превышает ускорение свободного падения частиц в несколько раз. При этом каждая частица материала движется по винтовой пространственной спиралии описывает несколько сот оборотов в минуту вокруг центральной геометрической оси аппарата. Чем крупнее частица, тем больше радиус ее вращения.

В нижней половине конуса вращательный поток вследствие разных по величине центробежных сил инерции разделяется на две части: крупные частицы выпадают и разгружаются через песковую насадку 5, мелкие подхватываются вихревым потоком в центре гидроциклона и через сливной патрубок 4 выводятся наружу. Граница разделения в гидроциклоне регулируется давлением на входном патрубке, причем, чем выше давление, тем меньше получается размер граничного зерна. Применять гидроциклоны для фракционирования песков с границей разделения более 0,5 мм неэффективно, так как с повышением крупности слива необходимо уменьшать давление на входе, что, в свою очередь, вызывает резкое снижение качества получаемых продуктов.Размеры гидроциклонов зависят не только от производительности, но и от крупности частиц в сливе. Чем меньше диаметр гидроциклона, тем более точно осуществляется разделение. В ниже дана характеристика гидроциклонов с углом конусности 20°.

2й вопрос Хвостовое хозяйство. Укладка сухих и обезвоженных хвостов

Хвостовое хозяйство является важным объектом обогатительной фабрики. Оно представляет собой комплекс сооружений и оборудования, предназначенных для транспортирования и укладки неиспользуемых отходов обогащения- хвостов и обеспечения оборотного водоснабжения обогатительной фабрики. Площадку под хвостохранилище выбирают на основании результатов топографических, инженерно- геологических и гидрогеологических изысканий с учетом необходимости защиты окружающей среды, использования в первую очередь земель непригодных для культурной обработки, наименьшей стоимости строительства и удобства эксплуатации сооружений. В качестве естественных хвостохранилищ используются обычно впадины и ложбины. Искусственные хвостохранилища сооружают ограждая земную поверхность дамбами, перегораживая балками, овраги, долины. Хвостохранилища располагают, как правило, на более низкой отметке по отношению к обогатительной фабрике.

Основной способ транспортирования и укладки медных мокрых хвостов включает гидравлический транспорт пульпы и осаждение твердой фазы в хвостохранилище. Пульпа поступает в разводящий пульпопровод, проложенный по ограждающей хвостохранилища дамбе и вытекает на него через отверстия с насадками в короткие желоба, направляющие ее в бассейн или выбрасывается через короткие трубы. Крупные фракции хвостов осаждаются близко к разводящему пульпопроводу, а более мелкие относятся в глубь бассейна. Осветленная вода из хвостохранилища удаляется через особые колодцы внутри бассейна, водослив, водоспуск и после дополнительной очистки от вредных примесей (кондиционирования), используется в качестве оборотной для технологического процесса и других целей. Ограждающие дамбы, возводятся намывом из самих хвостов, если они содержат не более 60% класса – 0,074 мм, при более тонком материале- из местных песчаных или песчано- гравийных грунтов .Наиболее простой способ складирования хвостов обогащения, это складирование пульпы в хвостохранилище наливного типа. В тоже время, данный способ является наиболее экологически опасным, в случае прорыва ограждающей дамбы под воздействием хвостов, может привести к значительному экологическому ущербу за счет проникновения жидкой фазы и шлама в поверхностные воды.При использовании «полусухого» и «сухого» методов складирования хвостов обогащения, значительно снижаются риски связанные с экологической безопасностью, так как на отвалах отсутствуют напорные дамбы, материал хвостов обогащения складируются более компактно, а жидкая фаза после дренирования через фильтрующую дамбу собирается в прудах–накопителях и, затем, часто используется в качестве оборотной воды.

«Сухое» складирование на золотодобывающих фабриках в России применяется относительно недавно. По данной технологии работают ОАО «Высочайший»(Иркутская область), Зареченская обогатительная фабрика ОАО «Сибирь-Полиметалл» (Алтайский край), золотодобывающая фабрики на месторождениях «Рябиновое», «Тас-Юрях», артели старателей «Амур» (Хабаровский край), золотодобывающая фабрика на месторождении «Валунистое», золотодобывающая фабрика на месторождении «Беризитовое» (Амурская область).

Большинство золотодобывающих предприятий Китая используют технологию «сухого» складирования хвостов цианирования ввиде кеков.В практике обезвоживания хвостов обогащения, а также концентратов флотации, применяют фильтрование. Для обезвоживания используются камерные, камерно-мембранные фильтр-прессы, а также барабанные и дисковые вакуум-фильтры.Для обезвоживания флотационных концентратов применяют в основном дисковые вакуум-фильтры. При высокой удельной производительности дисковых вакуум-фильтров, основным их недостатком считается высокое содержание твердой фазы в фильтрате 40-60 г/л и более, в зависимости от крупности фильтруемого продукта, а также высокая влажность кека 25-30%. В отличие от дисковых вакуум-фильтров, камерные фильтр-прессы позволяют получать чистый фильтрат и кек с минимальным содержанием влаги. Фильтрат можно использовать как оборотную воду в технологическом процессе.При сравнении технических и эксплуатационных характеристик дисковых вакуум-фильтров и камерных фильтр-прессов следует, что камерные фильтр-прессы явно имеют значительные преимущества перед дисковыми вакуум-фильтрами:

энергоэффективность выше, в 2-2,5 раз; простота и удобство в обслуживании; полная автоматизация процесса фильтрации; высокий уровень аварийной защиты и безопасности, высокая экономичность;

. 3й вопрос. Методы определения гранулометрического состава руды. Ситовой анализ: методика проведения, оформление результатов

Обрабатываемое на обогатительной фабрике минеральное сырье (руда, горная масса) и получаемые из него продукты обогащения представляют собой смесь зерен неправильной формы различного размера. Распределение зерен по классам крупности характеризует гранулометричесский состав исходного сырья и продуктов обогащения.

Для определения гранулометрический используют следующие способы: измерение крупных кусков по трем взаимно перпендикулярным направлениям; ситовый анализ - рассев на наборе сит на классы различной крупности.

Гранулометрический состав материала позволяет на обогатительных и сортировочных фабриках определять выходы различных классов, производительность дробильных и измельчительных аппаратов, осуществлять контроль процессов грохония, дробления, измельчения. Чаше всего гранулометрический состав исходного сырья и продуктов обогащения определяется посредством ситового анализа.

Ситовой анализ крупных материалов- продуктов дробления- производится вручную на наборе сит или с помощью автоматического вибрационного гранулометра; ситовый анализ мелких материалов- продуктов измельчения- производится на механическом анализаторе (встряхивателе); седиментационный анализ - разделение материала по скорости падения частиц различной крупности в водной среде для материала крупностью от 40(50) до5 мкм (для более мелких материалов применяют седиментацию в центробежном поле). микроскопический анализ - измерение частиц под микроскопом и классификация их на группы в узких границах определенных размеров (для материалов крупностью от 50мкм до десятых долей микрометра ). Ситовый анализ заключается в рассеве пробы материала на нескольких ситах с различными стандартными размерами отверстий заданного модуля. Ситовый анализ материала крупнее 25 мм производится вручную на наборе сит или на качающихся горизонтальных грохотах. Материал крупностью менее 25 мм рассеивается на лабораторных ситах. В зависимости от крупности материала и необходимой точности ситового анализа пробы рассеиваются сухим или мокрым способом. Если позволяет крупность и материал не подвержен слипанию, применяется сухой способ рассева на механическом встряхивателе, сита в котором устанавливают друг над другом сверху вниз от крупных размеров отверстий к мелким. Пробу засыпают на верхнее сито, закрывают крышкой и встряхивают в течение 10-30 мин. Под нижним ситом имеется поддон, куда собирается наиболее мелкий класс (подрешетный продукт последнего сита).

После рассева пробы каждый класс крупности взвешивается на технических весах. Выход каждого класса определяется делением массы класса на общую массу пробы. Для тонко измельченного материала применяют мокрое просеивание. Для этого пробу засыпают на сито с мелкими отверстиями и производят отмывку мельчайших частиц многократным погружением сита в бачок с водой или промывкой материала на сите слабой струей воды. Отмывку производят до тех пор, пока промывная вода не станет прозрачной. Оставшийся на сите материал высушивают и взвешивают. По разности определяют массу отмытого шлама Высушенный материал повторно рассеивают сухим способом на ситах, включая и самое мелкое, на котором производилась отмывка шлама. Определив массу подрешетного продукта последнего сита, ее прибавляют в полученной ранее массе отмытого шлама. Результаты ситового анализа приводятся обычно в виде таблиц или графиков. Суммарные выходы «по плюсу» (+) или «по минусу» (-) представляют собой сумму выходов всех классов соответственно крупнее или мельче отверстий данного сита. По данным ситовых анализов строится в прямоугольной системе координат характеристики крупности. На оси координат откладывают суммарный выход классов (в процентах), на оси абсцисс - размеры отверстий сит в миллиметрах. На основании суммарных выходов материала крупнее диаметра отверстий сита строится кривая «по плюсу», меньше - «по минусу». Сумма выходов по обеим кривым должна всегда равняться 100%. Поэтому обе кривые характеристик» по плюсу» и «минусу» являются зеркальным отражением одна другой. Они всегда пересекаются в точке, соответствующей суммарному выходу50%. Точка пересечения кривой с осью абсцисс показывает максимальный размер куска материала в данной пробе. Результаты ситового анализа суммарные характеристики» по плюсу» бывают вогнутыми, выпуклыми и прямолинейными.гранулометрический шлам зерно сырье Вогнутая кривая указывает на преобладание мелких зерен в пробе, выпуклая - крупных, прямолинейная характеристика свидетельствует о равномерном распределении классов крупности. Вогнутые кривые характерные для хрупких полезных ископаемых, выпуклые - для крепких руд. По суммарной характеристике крупности можно определить выход любого класса.

4й вопрос Режимы сортировки, факторы, влияющие на результаты автоматической сортировки. ортировка и первичное обогащение крупнокусковой руды. Обычно в добытой горной массе наряду с кусками золотосодержащей руды находятся и куски пустой породы, исключение которой из последующей переработки может значительно улучшить технико-экономические показатели.

Для вывода пустой породы применяют иногда ручную сортировку. При этом из горной массы либо удаляют пустую породу, либо выделяют рудную фракцию, обогащенную золотом. Общим правилом сортировки является то, что выводимая порода по содержанию золота не должна быть богаче хвостов золотоизвлекательной фабрики.

 

Обычно рудную сортировку применяют для материала крупнее 40—5С мм. Сортировочным конвейерным лентам для улучшения осмотра кусков придают вибрирующее движение. Однако ручная сортировка руд трудоемкий и малопроизводительный процесс. Поэтому в настоящее время ее не применяют (за исключением нескольких предприятий в ЮАР).

В последние годы достижения науки и техники позволили взамен ручной сортировки использовать более рациональные и экономически целесообразные методы предварительного обогащения относительно крупной кусковой руды, в частности, процесс обогащения в тяжелых средах, полностью механизированный и достаточно простой по оформлению. Наиболее перспективно применение обогащения в тяжелых средах к сульфидным рудам, в которых золото связано только с сульфидами, равномерно распределено, и его содержание в обогащенном сырье практически пропорционально содержанию сульфидов. Поэтому при обогащении в тяжелых средах золото вместе с сульфидами концентрируется в тяжелых фракциях; в легкие фракции отходят вмещающие породы, почти не минерализованные для этой группы золотосодержащих руд.

 

Одним из направлений усовершенствования процесса сортировки является применение автоматической сортировки, основанной на использовании различий отдельных кусков руды по цвету или радиоактивности (естественной или наведенной).

Сортировка по цвету наиболее эффективна при большой контрастности цветов золотосодержащих минералов и минералов пустой породы, например, при отделении золотосодержащего кварца от сланцев или ожелезненных пород; радиометрическая сортировка целесообразна при переработке золото-урановых руд (ЮАР), в которых золото тесно связано с ураном.

Однако автоматическая сортировка требует сложной дорогостоящей аппаратуры, поэтому в золотодобывающей промышленности до настоящего времени распространена мало.

В основном с этим также ищут.

Золото—Серебро—Платина—Иридий—Палладий—Рутений—Родий—Осмий

 

Соли, минералы.

Аурат бария— Аурат калия—Аурат магния—Аурат натрия—Аурид цезия—Ауротиопрол—Бромид золота—Бромид золота—Бромид золота(III)—Димер хлорида золота

 

5й вопрос. Основные методы переработки бытовых отходов.

Комплекс технических и технологических решений, сопровождающих процессы обращения с отходами с момента их образования и до захоронения неутилизируемых компонентов, является основой управления в системе обращения с отходами.

Основными методами переработки отходов являются:

· компостирование,· биоразложение,· сжигание.

Эти методы особенно эффективны при переработке ТБО.1. Компостирование.

Компостирование считается формой переработки, нацеленной на сырую органическую отходную массу. Компостирование – это биологический метод обезвреживания ТБО. Иногда его называют биотермическим методом.Сущность процесса заключается в следующем: разнообразные, в основном теплолюбивые микроорганизмы активно растут и развиваются в толще мусора, в результате чего происходит его саморазогревание до 60⁰С. При такой температуре погибают болезнетворные и патогенные микроорганизмы. Разложение твердых органических загрязнений в бытовых отходах продолжается до получения относительно стабильного материала, подобного гумусу.Механизм основных реакций компостирования такой же, как при разложении любых органических веществ. При компостировании более сложные соединения разлагаются и переходят в более простые.Стоимость методов компостирования растет с применением специализированной техники и может достигать значительных величин.

Схема работы мусороперерабатывающего завода следующая. Законченный цикл обезвреживания ТБО состоит из трех технологических этапов:

· прием и предварительная подготовка мусора;· собственно биотермический процесс обезвреживания и компостирования;· обработка компоста.

Переработка мусора должна обязательно сочетаться с выдачей продукции, безопасной и в эпидемиологическом отношении.Обезвреживание отходов обеспечивается в первую очередь высокой температурой аэробной ферментации. В ходе биотермического процесса происходит гибель большей части патогенных микроорганизмов.Однако, компост, получаемый в результате биотермического обезвреживания ТБО на мусороперерабатывающих заводах, не должен быть использован в сельском и лесном хозяйства, т.к. содержит примеси тяжелых металлов, которые через травы, ягоды, овощи или молоко могут причинить вред здоровью человека. 2. Биоразложение органических отходов Общепризнанно, что биологические методы разложения органических загрязнений считаются наиболее экологически приемлемыми и экономически эффективными.Технология процесса биоразложения отходов различна. Например: в биопрудах – жидкие отходы, в биореакторах – жидкие, пастообразные, твердые, в биофильтрах - газообразные. Существуют и другие модификации биотехнологии.

Существенными недостатками аэробных технологий, особенно при обработке концентрированных сточных вод, являются энергозатраты на аэрацию и проблемы, связанные с обработкой и утилизацией большого количества образующегося избыточного ила (до 1–1,5 кг биомассы микроорганизмов на каждый удаленный килограмм органических веществ).Исключить указанные недостатки помогает анаэробная обработка сточных вод методом метанового сбраживания. При этом не требуется затрат энергии на аэрацию, что играет большую роль в условиях энергетического кризиса, уменьшается объем осадка и, кроме того, образуется ценное органическое топливо – метан.В перечень веществ, биоразлагаемых анаэробным способом, входят органические соединения различных классов: спирты; альдегиды; кислоты алифатического и ароматического рядов.Последовательное многоступенчатое разрушение молекул органических веществ возможно благодаря уникальным способностям определенных групп микроорганизмов осуществлять катаболический процесс – расщепление сложных молекул до простых и существовать за счет энергии разрушения сложных молекул, не имея доступа ни к кислороду, ни к другим, предпочтительным в энергетическом отношении акцепторам электронов (нитрат, сульфат, сера и др.). Микроорганизмы используют для этой цели углерод органических веществ. Следовательно, в процессе восстановительного расщепления сложные органические молекулы разрушаются до метана и углекислого газа.

3. Сжигание отходов Твердые бытовые отходы представляют собой гетерогенную смесь, в которой присутствуют почти все химические элементы в виде различных соединений. Наиболее распространенными элементами являются углерод, на долю которого приходится около 30% (по массе) и водород 4% (по массе), входящие в состав органических соединений. Теплотворная способность отходов во многом определяется именно этими элементами. В промышленно развитых европейских регионах теплотворная способность ТБО составляет 1900–2400 ккал/кг, а в ряде случаев достигает 3300 ккал/кг и прогнозируется дальнейший рост теплотворной способности отходов, что окажет влияние на конструктивные особенности элементов термического оборудования.Сжигание ТБО, как правило, является окислительным процессом. Поэтому и в камере сжигания превалируют окислительные реакции. Главными продуктами сгорания углерода и водорода являются соответственно СО₂ и Н₂О.При сжигании необходимо учитывать, что в ТБО присутствуют потенциально опасные элементы, характеризующиеся высокой токсичностью, высокой летучестью и содержанием, такие как например различные соединения галогенов (фтора, хлора, брома), азота, серы, тяжелых металлов (меди, цинка, свинца, кадмия, олова, ртути).Можно отметить два основных пути образования диоксинов и фуранов при термической переработке ТБО:

· первичное образование в процессе сжигания ТБО при температуре 300–600^ºС;

· вторичное образование на стадии охлаждения дымовых газов, содержащих HCl, соединения меди (и железа) и углеродсодержащие частицы при температуре 250–450^ºС (реакция гетерогенного оксихлорирования частиц углерода).

Температура начала распада диоксинов –700^ºС, нижний температурный предел образования диоксинов –250–350^ºС.Для того, чтобы при сжигании на стадии газоочистки обеспечить снижение содержания диоксинов и фуранов до требуемых норм (0,1 нг/м³) должны быть реализованы так называемые первичные мероприятия, в частности, «правило двух секунд» – геометрия печи должна обеспечить продолжительность пребывания газов не менее 2 сек. в зоне печи с температурой не менее 850^ºС (при концентрации кислорода не менее 6%).Стремление к достижению при сжигании максимально высоких температур и созданию каких-либо дополнительных зон дожигания не решает полностью проблему снижения концентрации диоксинов в отходящих газах, так как не учитывает способности диоксинов в новому синтезу при снижении температуры.Высокие температуры приводят к увеличению выхода летучих компонентов и росту выбросов опасных металлов.Теоретически возможны два способа подавления образования диоксинов:

· связывание образующегося при сжигании ТБО HCl с помощью соды, извести или гидроксида калия;

· перевод в неактивную форму ионов меди и железа, например, связывание меди в комплексы с помощью аминов.

В зависимости от температуры процесса, все методы термической переработки ТБО, нашедшие промышленное применение или прошедшие опытную апробацию, можно разделить на две большие группы:

· процессы при температурах ниже температуры плавления шлака;· процессы при температурах выше температуры плавления шлака.

Слоевое сжигание ТБО осуществляют на подвижных решетках (колосниковых и валковых) и во вращающихся барабанных печах.

3.1. Слоевое сжигание.Сжигание на колосниковых решетках. Все колосниковые решетки устанавливаются в топке, которая представляет собой камеру сгорания, куда подаются отходы и дутьевой воздух в качестве окислителя органических веществ.Переталкивающие решетки как с прямой, так и с обратной подачей материала представляют собой систему, состоящую из подвижных и неподвижных колосников для перемещения и перемешивания отходов. Колосниковые решетки с прямой подачей (поступательно-переталкивающие решетки) имеют малый угол наклона (6–12,5^º) и переталкивают материал в сторону выгрузки шлака (в направлении перемещения материала). Колосниковые решетки с обратной подачей (обратно-переталкивающие решетки) имеют большой угол наклона (обычно 21–25^º) и переталкивают материал (нижний слой отходов) в сторону, противоположную выгрузке шлака и перемещению отходов. При этом часть горящего слоя отходов возвращается к началу решетки, что интенсифицирует процесс горения.

Сжигание на валковых решетках. Слоевое сжигание ТБО на валковых решетках применяется в промышленной практике достаточно широко. При использовании топок с валковыми решетками, заимствованными из практики сжигания угля, материал перемещается с помощью вращающихся валков (барабанов).

Опыт эксплуатации заводов, на которых реализовано слоевое сжигание ТБО в топках с валковыми решетками, позволил выявить целый ряд недостатков:

· неудовлетворительная работа и отрицательное экологическое влияние вследствие плохой стабилизации процесса сжигания;

· часто не достигается оптимальная температура;· большой выход недожога;

· плохое качество шлака;· значительная потеря черных металлов;

· эксплуатационные осложнения при попадании в печь бордюрного камня и больших количеств металла;

· сложность организации эффективной газоочистки при нестабильном горении отходов и др.

Механическое внедрение европейского оборудования, предназначенного для прямого сжигания неподготовленных городских отходов в России недопустимо, так как в городах РФ практически отсутствует сбор отходов.

Сжигание в барабанных печах. Барабанные вращающиеся печи для сжигания исходных (неподготовленных) ТБО применяют редко. Чаще всего эти печи используют для сжигания специальных, в том числе и больничных, отходов, а также жидких и пастообразных промышленных отходов, обладающих абразивным действием.Барабанные печи устанавливаются с небольшим наклоном в направлении движения отходов. Скорость вращения печи от 0,05 до 2 об./мин. Со стороны загрузки подаются отходы, воздух и топливо. Шлак и зола выгружаются с противоположного конца печи. В первой части печи отходы подсушиваются до температуры 400^ºС а затем происходит газификация и сжигание, обычно при температуре 900–1000^ºС.В практике мусоросжигания барабанные печи ранее часто использовали в качестве дожигательных барабанов после колосниковых решеток.Практика применения барабанных печей в качестве дожигательных барабанов на мусоросжигательных заводах считается устаревшей и подобная технология не закладывается в проекты новых заводов. 3.2. Сжигание в кипящем слое. Сжигание в кипящем слое осуществляется за счет создания двухфазной псевдогомогенной системы «твердое-газ» за счет превращения слоя отходов в «псевдожидкость» под действием восходящего потока газа, достаточного для поддержания твердых частиц во взвешенном состоянии.Слой напоминает кипящую жидкость, и его поведение подчиняется законам гидростатики.Считается, что сжигание в кипящем слое по эколого-экономическим параметрам в ряде случаев превосходит традиционное слоевое сжигание.Печи для сжигания ТБО в кипящем слое обеспечивают наилучший режим теплопередачи и перемешивания обрабатываемого материала и по этим характеристикам превосходят котлоагрегаты с переталкивающими решетками. Кроме того, аппараты кипящего слоя не имеют движущихся частей или механизмов. Однако необходимость обеспечения режима псевдоожижения обрабатываемого материала накладывает ограничение на его гранулометрический и морфологический состав, а также на теплотворную способность. В ряде случаев процесс сжигания в кипящем слое, особенно в циркулирующем кипящем слое, оказывается более дорогим, чем слоевое сжигание.Производительность печей для сжигания ТБО в кипящем слое составляет от 3 до 25 т/час. Преобладающая температура сжигания 850–920^ºС.В связи с тем, что температура сжигания ТБО в кипящем слое на 50–100^ºС ниже по сравнению со слоевым сжиганием, заметно снижается возможность образования оксидов азота за счет окисления азота воздуха, в результате чего снижаются выбросыNOс отходящими газами. Роль теплоносителя в системах кипящего слоя обычно выполняет тонкозернистый песок, поверхность частиц которого создает большую по сравнению с традиционным колосниковым сжиганием поверхность нагрева.После разогревания песка с помощью запальной горелки до температуры 750–800^ºС начинают подачу отходов в кипящий слой, где они смешиваются с песком и в процессе движения истираются.В результате хорошей теплопроводности песка отходы начинают быстро и равномерно гореть. Выделяющееся при этом тепло обеспечивает поддержание песка в горячем состоянии, что позволяет работать в автогенном режиме без подвода дополнительного топлива для поддержания режима горения.

 

 

6й вопрос. Характеристика фаз, участвующих во флотационном процессе. Второй закон термодинамики

Жидкая фаза.

Действие воды на минералы при флотации многообразно и имеет важное значение, т.к. флотация осуществляется в водной среде, при постоянном контакте минеральных частиц с водой.Взаимодействие с водой приводит к гидратации поверхности минерала, в результате которой она покрывается гидратной оболочкой. Толщина этой оболочки и ее структура зависят отфизико-химических свойств минеральной поверхности, проявляющихся в ее смачиваемости. Гидратируемость поверхности минерала влияет на прилипание к нему воздушных пузырьков и чем она значительнее, тем в меньшей степени возможно прилипание, а, следовательно и флотация.Действие воды на минералы вызывает их частичное растворение. Растворение минералов в воде происходит в том случае, если энергия гидратации превышает энергию кристаллической решетки. Энергия гидратации иона увеличивается с ростом его валентности и уменьшении ионного радиуса. Продукты растворения одних минералов могут воздействовать на поверхностные слои других минералов, а также могут взаимодействовать с применяющимися при флотации реагентами и друг с другом. Все это так или иначе будет влиять на ход и результаты флотации.

Важнейшей особенностью жидкостей является наличие в них сильного межмолекулярного взаимодействия. Эта особенность проявляется наиболее заметно у ассоциированных жидкостей (к ним относится вода). Для молекул подобных жидкостей характерно наличие значительных дипольных моментов, которые усиливают взаимодействие молекул и вызывает образование комплексов, состоящих из нескольких молекул, представляющих своеобразные агрегаты диполей.

Межмолекулярное притяжение у воды усиливается наличием водородной связи между ее молекулами. Некоторая часть молекул воды в каждый момент времени группируется в комплексы определенной величины и пространственной конфигурации на короткое время и по расположению в пространстве воспроизводит кристаллическую структуру льда. Эти образования постоянно возникают и разрушаются под влиянием беспорядочного теплового движения молекул.

Структурные изменения воды связаны с взаимодействием многих физических факторов (температура, давление, воздействие магнитного и ультразвукового поля и др.), и в значительной степени определяются не только разрывом водородных связей, но и возможностью их изгиба, который наступает при энергетических затратах, значительно меньших, чем энергия разрыва водородной связи.

Существенное влияние на структуру воды оказывают присутствующие в ней примеси – ионы (особенно ионы солей жесткости – Ca,Mg) и молекулы. Некоторые из солей (особенноCaиMg) вступают во взаимодействие с реагентами (например, с мылами и жирными кислотами), образуя нерастворимые осадки, которые отрицательно влияют на флотацию. Также эти ионы могут воздействовать на флотационные свойства некоторых минералов, повышая их (кварца) и тем, нарушая селективность процесса. Кроме ионовCa,Mg,Kв воде могут присутствовать ионыCl, сульфат-ионы, силикат - и карбонат – ионы. В некоторых случаях воду перед процессом умягчают.

Нужно учитывать попадание в пульпу продуктов износа металлических деталей и др. аппаратуры и благоприятные условия для окисления этих продуктов с последующим переходом в раствор ионов Fe. Также вместе с рудой на О.Ф. могут поступать продукты разложения органических остатков, имеющихся в почве, их влияние на процесс почти всегда отрицательно.Значительна роль и гидратации ионов. Растворенные газы сильно влияют на структуру воды. Особенно сильное влияние на физико-химические свойства воды оказывает кислород и углекислота. (см. ниже в газовой фазе.)Химическая активность дождевой воды заметно повышена в сравнении с обычной, что вызвано более высоким содержанием О₂и углекислоты.

Газовая фаза. В воде количество кислорода резко увеличено:в атмосферном (O₂~ 21%, CO₂~0,06%), воздух, растворенный 1 раз в воде (O₂~35%, CO₂~0,23%).Воздух, растворенный в воде, резко обогащен по сравнению с атмосферным кислородом и углекислым газом. О₂, действуя химически, способен резко изменять химический состав поверхности сульфидов. В результате взаимодействия О₂(особенно в присутствии воды) на сульфиды, они окисляются и превращаются в сульфаты или другие соединения.Углекислый газ оказывает влияние на состав поверхности отдельных минералов и ионный состав пульпы: из сульфатов могут образовываться карбонаты. Также изменяет величину рН пульпы.

Газовая фаза в пульпе находится в виде пузырьков.Газы играют при флотации двоякую роль, вынося подготовленные частицы минералов на поверхность и взаимодействуя с минералами и реагентами.В объеме воздушных пузырьков кроме воздуха находятся еще и пары воды, которые в следствии их газообразного состояния следует также отнести к одному из компонентов газовой фазы и флотационного процесса. Большое значение для флотации имеет растворимость воздуха в воде, а также понижение растворимости от температуры и давления. Растворимость газов снижается с повышением температуры и повышением давления. В местах перепада давления во флотационных машинах активно выделяются воздушные пузырьки из раствора. На использовании данных пузырьков основано применение энжекторных пневматических флотомашин, методы вакуумной флотации; основанные на выделении растворенного воздуха в виде микропузырьков(весьма перспективны для флотации тонких шламов).

2 з-н т/д определяет направление, в котором протекают, устанавливает условия преобразования тепловой энергии в механическую, а также определяет макс. значение работы, которая м.б произведена тепловым двигателем.
2 з-н т/д математически м.б выражен следующим образом ≥ dQ/T;
где dS – бесконечно малое приращение энтропии системы;
dQ – бесконечно малое количество теплоты, полученного системой от источника тепла;
T – абсолютная температура источника теплоты.

Формулировка 2 закона термодинамики Существует несколько формулировок 2-го закона.

Приведем некоторые:

1) самопроизвольный переход теплоты возможен лишь от более горячего тела к более холодному; обратный переход требует компенсации в виде затрат работ.

2) вечный двигатель второго рода невозможен, т.е. невозможен такой двигатель, который преобразовывает полностью теплоту в работу, т.е. работает без холодного источника.

Данные формулировки связаны друг с другом. Например, если допустить, что возможен самопроизвольный переход теплоты холодного тела к горячему, то это означает возможность вечного двигателя второго рода. Или если возможен вечный двигатель 2-го рода, то после полного преобразования теплоты в работу возможно полное преобразование работы в теплоту на более высоком уровне.

Что такое энтропия Энтропия – функция состояния системы, определяемая тем, что в обратимом процессе элементарное изменение dS определяется отношением количества теплоты, которой обменивается термодинамическая система на бесконечно малом участке к температуре этого участка: dS ≥ dQ/T;
Энтропию нельзя измерить подобно температуре или давлению, её только можно рассчитать. Она связывает температуру и теплоту процесса протекающего в системе. Энтропия – [S] = кДж/К — параметр аддитивный, относящийся ко всей системе.

Билет.

1й вопрос. Основные принципы компоновки технологического оборудования.

 

 

4й вопрос. Смачивание минеральных поверхностей.

Наиболее важным проявлением взаимодействия минералов с водой является смачивание их поверхности, которое является результатом гидратации поверхности минерала. Конечные ре­зультаты взаимодействия минерала с водой зависят не только от величины свободной поверхностной энергии минерала, но и от энергии взаимодействия молекул воды между собой.Взаимное притяжение молекул одного и того же вещества (например, жидкости), называемое когезией, характеризуется величиной работы когезии (в Дж/м2), которую необходимо произвести для разрыва столба жидкости сечением 1 м²на два столба того же сечения.Взаимное притяжение молекул двух фаз (например, воды и минерала), проявляющееся на поверхности их раздела, называ­ется адгезией. Притяжение, оказываемое одной фазой на другую через поверхность их раздела, требует затраты энергии на раз­деление этих фаз. Эту работу, отнесенную к единице площади поверхности раздела, называют работой адгезии. Она выража­ется в Дж/м²и равна сумме поверхностных энергий обеих фаз минус межфазная поверхностная энергия на поверхности их раздела. Так, например, если речь идет об адгезии в среде газа между водой и поверхностью минерала, то работа адгезии W может быть выражена следующим образом:W= σ_ж –_г+ σ_{т – г}– σ_{ж –т}, где:σ_ж –_г , σ_{т – г} и σ_{ж –т} - поверхностная энергия соответственно на разделе фаз Ж-Г, Т-Г, Ж-Т.

Необходимым условием растекания воды на поверхности минерала является превышение работы адгезии между водой и минералом над работой когезии для воды. Первой стадией молекулярного взаимодействия воды с по­верхностью минерала является гидратация поверхности, обу­словливающая смачивание ее водой. Смачивание обычно на­блюдается на границе соприкосновения трех фаз, одна из кото­рых является твердым телом, а две другие представлены жидкостью и газом или двумя несмешивающимися жидкостями. При смачивании капля жидкости полностью или частично растекается по твердой поверхности взависимости от степени сма­чивания этой поверхности жидкостью.

Краевой угол смачивания. Степень смачивания твердой поверхности жидкостью (при неполном смачивании) количественно выражается величиной краевого угла смачивания θ, который принято отсчи­тывать в сторону жидкой фазы или, если контактируют вода и жидкий углеводород, в сторону воды (т. е. в сторону более полярной жидкости) (рис. 2). Теоретически величина краевого угла может изменяться в широких пределах — от нулевого зна­чения (что соответствует для воды и минерала случаю его пол­ной гидрофильности, или полного смачивания водой) до 180°, когда капля воды совершенно не растекается по минералупри его полном несмачивании, или предельной гидрофобности. Однако если полное растекание практически может иметь ме­сто в отдельных случаях, то полная несмачиваемость никогда не наблюдается. Причиной этого является то, что некоторая адгезия между двумя любыми контактирующими фазами всегда имеет место. При флотации, когда взаимодействуют три фазы: воздух, вода и минерал, краевые углы могут измеряться как при нанесении на поверхность минерала капли воды в окруже­нии воздуха, так и при подведении под минерал воздушного пузырька в окружении воды. Равновесное значение краевого угла определяется уравнением Юнга, согласно которому: σ_ж –_г*cosθ = σ_{т – г}– σ_{ж –т}, где:σ – поверхностные энергии на границе раздела фаз или численно равные им силы поверхностного натяжения, Дж/м² или Н/м.

При неполном смачивании водой поверхности минерала ука­занный периметр капли (или воздушного пузырька в водной, среде) является линией соприкосновения всех трех взаимодей­ствующих фаз — твердой, жидкой и газообразной (например; минерала, воды и воздуха). Такой периметр называют трех - фазным периметром смачивания Степень смачиваемости минерала количественно выражается величиной краевого угла лишь в области его конечных значений, т. е. в пределах 0—180° (так, если два минерала характеризуются одинаковым и нулевым значением краевого угла смачивания, то это не указывает на их одинаковую смачиваемость, т.к. последняя, достигнув определенной величины, соответствующей нулевому значению, при дальнейшем своем возрастании не может характеризоваться величиной краевого угла).Чем хуже минерал смачивается водой, тем легче пузырек воздуха, вытесняя с поверхности минерала воду, закрепляется на минерале. Уменьшение смачиваемости минерала в интересах флотации (гидрофобизация), характеризуется увеличением краевого угла. Для ее осуществления в пульпу вводят фотореагенты. Явление гистерезиса проявляется в том, что краевой угол смачивания обычно не принимает своего рав­новесного значения вследствие задержки в его достижении. Гистерезис смачивания возрастает при увеличении микрошероховатости поверхности, проявляющейся особенно за­метно при плохо смачивающихся поверхностях и, в частности, для твердых поверхностей, покрытых ориентированными нор­мально к твердой поверхности углеводородными цепями гетерополярных соединений, адсорбированных химически. На жидких поверхностях гистерезис смачивания не наблюдается.Основной причиной гистерезиса является проявление силы трения, действующей вдоль периметра смачивания. Гистерезис наблюдается при растекании капли жидкости или при ее перемещении по твер­дой поверхности, или при перемещении твердого тела, частью погруженного в жидкость, вообще при передвижении периметра смачивания под действием какой-либо силы (кинетического гистерезиса смачи­вания).Кинетический гистерезис проявляется при вытеснении водой с сухой поверхности твердой частицы, ранее адсорбированного на ее поверхности воздуха и чем медленнее будет происходить это вытеснение, задерживающееся шероховатостью поверхности, тем выше вероятность закрепления такой частицы на воздуш­ном пузырьке, т.е. тем выше вероятность ее флотации. Чем менее смачиваема поверхность минеральной частицы, т.е. чем она гидрофобнее, тем сильнее выражен кинетический гистерезис смачивания.

В отличие от кинетического гистерезиса существует поня­тие о статическом (порядковом) гистерезисесмачивания, сущность которого состоит в том, что измеряе­мое значение краевого угла смачивания (или его косинуса) зависит от порядка смачивания. (например, угол, измеряемый при нанесении капли воды на сухую поверхность минерала в ок­ружении воздушной фазы, или угол при помещении воздушного пузырька на твердую поверхность в окружении водной фазы)