К.х.н. Каримова Л.М., Кайралапов Е.Т.,

д.т.н. Жумашев К., Малашкевичуте Е.И.*

Химико-металлургический институт им. Ж. Абишева, ^*Карагандинский Государственный Технический Университет, Казахстан

Об исследовании сушки гранулированного чернового медно-молибденового концентрата

Концентрат характеризуется высокой степенью дисперсности. Поэтому необходимо получить на стадии окатывания такие гранул, которые соответствуют по свойствам основному условию - достижению при обжиге высокого извлечения ценных компонентов.

Целью наших исследований явилось изучение режима обезвоживания с максимально полным удалением не только физической, но и конституционной влаги окатышей из чернового медно-молибденового концентрата месторождения «Тастау» химический состав которого приведен в табл. 1.

Таблица 1. Содержание основных компонентов в концентрате, %

Cu	S	Fe	CaO	Na2O	K2O	SiO2	Al2O3	Mo
7,91	9,51	15,15	12,58	0,82	2,07	28,76	7,90	0,13

Концентрат окатывали на лабораторном грануляторе с диаметром чаши 0,4 м, высотой борта 0,15 м при скорости вращения 20 об/мин и подаче связующего разбрызгиванием. Концентрация лигносульфоната 1,05 г/см³ в 2 раза меньше, чем используется на практике медеплавильных заводов.

Для определения оптимальных условий сушки гранул были проведены опыты на основе математического планирования эксперимента по методу [1]. Изучали влияние температуры (t, °С), продолжительности сушки (τ, мин), расхода воздуха (V, см³/с), размера гранул (d, мм).

При исследовании опытов определяли:

а) Количество воды (относительная убыль массы влажных гранул), перешедшей в газ в условиях опытов (W₁):

, (1)

где т₁ и т₂ – масса исходных влажных и подсушенных в опыте гранул;

б) Количество воды, удаляемое в ходе досушивания гранул при 105 ⁰С (W₂)

, (2)

где m₃ – масса удаленной воды при досушивании;

в) Суммарное количество воды, перешедшее в газовую фазу на обоих стадиях (W₃):

. (3)

При этом

W₃ = W₁ + W₂, %.

Степень обезвоживания гранул (a) рассчитывали по соотношению [2]:

,

где W_3max – предельное количество воды, которое может быть удалено в процессе термообработки материала при 210 °С, – масса удаленной воды при этой температуре.

Получены частные зависимости относительной убыли массы гранул после сушки (W₁) и после их досушивания при 105 °С (W₃) и степени обезвоживания гранул (α) от заданных факторов (рисунок 1, 2).

Как следует из этих зависимостей, на W₁ влияют температура и время термообработки. При варьировании скорости воздуха в принятом интервале убыль массы гранул остается неизменной, что указывает на кинетический режим процесса сушки.

По мере увеличения размера гранул увеличивается и количество влаги, присутствующей в гранулах. Эти эффекты обусловлены изменением размера гранул за счет увеличения площадей сечения последних. С другой стороны, облегчается диффузия паров воды из центра гранул наружу, возрастает убыль их массы при нагревании. Однако в крупных гранулах, возможно, происходит растрескивание, за счет чего и происходит дополнительное удаление влаги.

Рисунок 1. Зависимости относительной убыли массы гранул

после сушки (W₁) и после их досушивания при 105 °С (W₃)

Зависимость W₁ от времени характеризуется наличием крутого (первые 10 мин) и пологого (после 10 мин) участков. То есть наибольшая часть влаги удаляется из материала в первые 10 мин ведения процесса.

Полученные частные зависимости W₃ от варьируемых факторов практически повторяют по форме одноименные зависимости W₁. Это подтверждает суждение о том, что значительное влияние на формирование функций W₁ и W₃ оказывают процессы удаления химически связанной влаги.

Согласно соотношению (3) W₃ равно сумме W₁ и W₂. То есть W₃ при отсутствии химических превращений в ходе нагревания должно быть равно влажности исходного материла (содержанию в нем несвязанной воды).

Величина влажности последнего не зависит от условий термообработки материала. Значение W₃ должно быть неизменным. Несоблюдение этого условия свидетельствует о протекании процессов разложения гидратированных соединений. Только в данном случае W₃ может зависеть от температуры.

Рисунок 2. Зависимости степени обезвоживания

гранул от изучаемых факторов

Предельное изменение массы влажных гранул той же фракции при 210 °С (210 °С – верхняя граница температуры) W₂₁₀ равно:

где штрих относится к массе гранул после их термообработки при 210 °С.

дополнительная потеря массы обусловлена разложением рассматриваемых соединений: CuSO₄×5H₂O до CuSO₄ ×H₂O при 150 °С, а Zn(ОН)₂ до оксидов при 125 °С.

Таким образом, саму процедуру определения W₃ можно рассматривать как способ уточнения механизма обезвоживания материала и определения вклада, вносимого химическими реакциями в итоговые результаты процесса.

Согласно [1] обобщенное уравнение по центральному (ц) для всех функций условию: t = 100 °С, τ = 30 мин, d = 10 мм, V = 60 см³/с, значение W_{1, ц} =10,69% и a,_ц =87,86% выразятся как

,%, (4)

,%. (5)

При сопоставлении результатов эксперимента и расчета нашли значения коэффициента корреляции для относительной убыли массы и степени обезвоживания гранул после сушки R=0,9455, t_R=32,140>2, R=0,9393, t_R=28,750>2 соответственно, что подтверждает адекватность описания данных эксперимента настоящим уравнением.

Сушку материала в промышленном аппарате рекомендуется вести при 150 -180 ⁰С, а достаточным временем пребывания материала в этом аппарате можно считать 20-30 мин. Так, расчет по полученным уравнениям показывает, что при условиях ведения процесса: t = 180 °С, t = 20 мин, контролируемые показатели равны: W₁=10,014 %, a =84,031 %.

Полученные данные могут быть использованы для выбора типа конструкции и размеров сушильного аппарата.

Литература:

1. Малышев В.П. Математическое описание результатов многофакторного эксперимента, проведенного по методу Зейделя-Гаусса // Вестник АН КазССР. – 1978. – № 4. – С. 31–38.

2. Беляев С.В., Оралов Т.А., Малышев В.П. О методе расчета степени обезвоживания при термообработке материала в печи с наклонной газораспределительной решеткой // Комплексное использование минерального сырья. – 1994. – № 2. – С. 80–83.