РАЗДЕЛ 2.МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ГОРНОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ШЛАМОВ И ИХ КОМПОНЕНТОВ
2.1.Реологический метод
2.1.1.Расчет энергии межчастичного взаимодействия из реологических кривых
течения
В зависимости от условий и предъявляемых требований из реологических параметров
горнометаллургических шламов можно использовать не все, а только некоторые из
них [94-97]. Важную роль в коллоидно-химической характеристике шламов играет их
вязкость. В то же время она не позволяет судить о стабильности дисперсной
системы, определяемой прочностью межчастичных контактов, а также количественно
оценивать образующиеся пространственные структуры. Эти сведения незаменимы при
оценке коллоидно-химических характеристик шламов в соответствующих
гидротехнических сооружениях (дамбы, плотины, основания водных бассейнов). К
важным характеристикам, позволяющим оценивать и прогнозировать устойчивость
гидротехнических объектов, относится энергия межчастичного взаимодействия,
которую можно рассчитать из реологических кривых течения [98-101].
Выражение для энергии упругой деформации сдвига имеет вид [98, 99]:
, (2.1)
где – условный статический предел текучести; G – модуль сдвига.
Рассчитанная по уравнению (2.1) энергия будет характеризовать прочность
межчастичных контактов в структуре. Величину G можно определять для
структурированных жидкостей (рис.2.1-2.3) по полным реологическим кривым
течения [99-101]:
, (2.2)
где з0 – условно постоянная вязкость практически неразрушенной структуры; зm –
наименьшая предельная вязкость практически разрушенной структуры.
Для малопрочных структур будем иметь аналогичные выражения:
, (2.3)
где з0* – наибольшая пластическая (шведовская) вязкость.
За параметр устойчивости можно принять величину [99]:
. (2.4)
Тогда энергия межчастичных связей и параметр устойчивости можно определять по
формулам:
, либо (2.5)
, либо (2.6)
2.1.2.Определение реологических параметров горнометаллургических шламов и их
компонентов
Реологические параметры шламов и суспензий определяли на ротационном
вискозиметре с коаксиальными гладкими цилиндрами «РЕОТЕСТ-2».
Использовали системы цилиндров S1, S2 и S3. Преимущественно использовали
систему цилиндров S2 с радиальным зазором 1,13 мм и соотношением радиусов 1,06.
Наружный неподвижный цилиндр является измерительной ёмкостью, в которую
помещалась проба суспензии объемом 30±1,5 см3.
Перед началом измерений производилась калибровка прибора по касторовому маслу в
соответствии с инструкцией к прибору.
Измерения начинали с малых значений скорости вращения ротора (скорости сдвига),
считывая показания со шкалы измерительного прибора. При каждой скорости
вращения ротора измеряли изменения крутящего момента во времени до тех пор,
пока они не переставали изменяться. Обычно для слаботиксотропных суспензий
равновесие наступало через 1-2 мин. (положение стрелки на шкале прибора
оставалось неизменным. Для дилатантных структур равновесие наступало через 5-15
мин.; в отдельных случаях измерения динамики изменения реологических параметров
продолжали 60-90 мин., пользуясь компенсационным самописцем.
Для снятия кривой гистерезиса и оценки этого явления определяли сдвигающее
напряжение при возрастающей, а затем при уменьшающейся скорости сдвига.
Напряжение сдвига определяли по формуле
, (2.7)
где P – напряжение сдвига, 10–1 Па; z – постоянная цилиндра, 10–1 Па/деление
шкалы; б – отсчитываемое значение отклонения стрелки на индикаторном приборе,
деление шкалы.
Скорость сдвига корректировали с учетом частоты тока в сети, после чего
определяли динамическую вязкость
. (2.8)
Погрешность измерений составляла ± 3%.
2.2.Определение распределения частиц по размерам в суспензиях шламов
Размер частиц шламов определяли методом седиментационного анализа в этиловом
спирте с использованием торсионных весов [102].
2.3.Физические методы оценки характеристик шламов и их компонентов
Электронно-микроскопические исследования проводили с учетом рекомендаций [102]
на просвечивающем микроскопе УЭМВ-100Л и сканирующем электронном микроскопе
Tesla BS 340. Дериватограммы снимались на дериватографе OD-102, а
рентгенограммы на приборе ДРОН 20 на CuKб и CoKб-излучениях.
2.4.Специальные методы исследования шламов
Кроме уже упоминавшегося метода Энглера, использованного для оценки текучести,
исследовались также дренирующие свойства шламов и их способность к всасыванию
[104] (капиллярному поднятию), термодеструкция шламов, прочность на сжатие
затвердевших образцов на основе шламов и шлаков.
2.4.1.Фильтровальные свойства шламов
Многочисленными опытами установлено, что при протекании дренирующей
(фильтрующейся) жидкости через поры осадка, кольматанта или шлама, ее поток
имеет ламинарный характер. Поэтому дренирование подчиняется закону движения
жидкости в капиллярных каналах и может быть представлено уравнением [105]:
= м3, (2.9)
где – объем дренирующей жидкости, r – радиус капилляра, м; Р– разность давлений
на концах капилляра, кГ/м2; ф – продолжительность процесса , с; м – вязкость,
кГЧс/м2; – длина капилляра, м.
Предполагается, что дренирование идет через большое число круглых капилляров
равных радиусов и длин. Если число капилляров на 1 м2 поверхности дренирования
равно n, а действительная длина капилляров составляет = Чh, то
м3, (2.10)
где h – толщина слоя осадка, б – поправочный коэффициент, учитывающий
криволинейность капилляров, причем б>1; F0 – общая поверхность дренирования.
Скорость дренирования, отнесенная к 1 м2 сечения поверхности дренажа, будет
равна
, м3/м2Чс. (2.
- Киев+380960830922