Автор статьи
Валерия
Эксперт по сдаче вступительных испытаний в ВУЗах
По установленным степеням опасности компонентов отхода для ОПС в различных природных средах рассчитывается относительный параметр опасности компонента отхода для ОПС Xi делением суммы баллов по всем параметрам на число этих параметров.
Коэффициент Wi рассчитывается по одной из следующих формул:
(4 – 4) / Zi (для 1<Zi<2);
lg Wi = Zi (для 2<Zi<4);
(2 + 4) / 6 – Zi (для 4<Zi<5),
где Zi = 4Xi / (3 – 1 / 3).
Коэффициенты (Wi) для наиболее распространенных компонентов опасных отходов приведены в Приложении 2.
Показатель степени опасности компонента отхода для ОПС Ki рассчитывается по формуле:
Ki = Ci / Wi,
где Ci – концентрация i-го компонента в опасном отходе (мг/кг отхода); Wi – коэффициент степени опасности i-го компонента опасного отхода для ОПС (мг/кг).
K = K1 + K2 + … + Kn,
где K – показатель степени опасности отхода для ОПС; K1, K2, … Kn – показатели степени опасности отдельных компонентов отхода для ОПС.
Компоненты отходов, состоящие из таких химических элементов как кислород, азот, углерод, фосфор, сера, кремний, алюминий, железо, натрий, калий, кальций, магний, титан в концентрациях, не превышающих их содержание в основных типах почв, относятся к практически неопасным компонентам со средним баллом Xi, равным 4, и, следовательно, коэффициентом степени опасности для ОПС Wi, равным 106.
Компоненты отходов природного органического происхождения, состоящие из таких соединений, как углеводы (клетчатка, крахмал и иное), белки, азотсодержащие органические соединения (аминокислоты, амиды и иное), то есть веществ, встречающихся в живой природе, относятся к классу практически неопасных компонентов со средним баллом (Xi ), равным 4, и, следовательно, коэффициентом степени опасности для ОПС (Wi ), равным 106.
Для остальных компонентов отходов показатель степени опасности для ОПС рассчитывается по вышеустановленному порядку.
Отнесение отходов к классу опасности расчетным методом по показателю степени опасности отхода для ОПС осуществляется в соответствии с таблицей 3.
Таблица 3. Степень и класс опасности отхода для ОПС
Практическая часть:
Таблица 4. Массовое содержание химических элементов в отходе
С учетом имеющихся массовых долей приведем концентрации веществ к килограмму отхода в соответствии с размерностью коэффициента степени опасности Wi.
Таблица 5. Концентрации элементов в отходе
Приведем справочные коэффициенты степени опасности элементов в таблице 6.
Таблица 6. Коэффициенты степени опасности элементов
Проведем расчет показателей степени опасности хрома, никеля, свинца и меди с учетом известных коэффициентов степени опасности Wi (для железа, алюминия и кальция Ki = Ci / 1000000, то есть соответствует их массовых долям):
KCr = 326000 / 100 = 3260,00;
KNi = 1170 / 128,8 = 9,08;
KPb = 355390 / 33,1 = 10736,86;
KCu = 2500 / 358,9 = 6,97;
KFe = 0,0015;
KAl = 0,0023;
KCa = 0,3126.
Таким образом, показатель степени отхода для окружающей природной среды среды соответствует:
K = 3260,00 + 9,08 + 10736,86 + 6,97 + 0,0015 + 0,0023 + 0,3126 = 14013.
Следовательно, класс опасности отхода – I.
Вывод: в результате данной лабораторно-практической работы были рассмотрены методы определения класса опасности состава твердых отходов по критериям опасности для окружающей природной среды; было произведено ознакомление с нормативными показателями класса опасности для окружающей природной среды; также был определен класс опасности для окружающей природной среды твердого отходов сложного состава, который соответствует классу I.
Лабораторно-практическая работа №2
Исследование возможности деструкции отходов в процессе хранения Цель работы: изучение методики расчета условий нарушения равновесия вещества отходов в процессе их образования и хранения. Задачи работы: •ознакомиться с методами расчета равновесия в искусственных минералах, образующихся в шлаках металлургии; •определить качественные характеристики и направление реакций смещения равновесия; •определить количественные характеристики процесса смещения равновесия: константы равновесия, температуру кристаллизации, значение изобарного потенциала и др. Теоретическая часть Для выявления возможности протекания тех или иных химических реакций в веществе отхода привлекается различный аппарат, в том числе и термохимические реакции. Основные принципы термохимических реакций были изложены еще в XIX веке российским академиком Гессом: тепловой эффект реакции зависит только от начального и конечного состояния веществ и не зависит от промежуточных стадий процесса. Самопроизвольное протекание изобарно-изотермического процесса определяется двумя факторами: энтальпийным, связанным с уменьшением энтальпии системы ΔH, и энтропийным TΔS, обусловленным увеличением беспорядка в системе вследствие роста ее энтропии. Разность этих термодинамических факторов является функцией состояния системы, называемой изобарно-изотермическим потенциалом или свободной энергией Гиббса G, измеряемой в кДж. Изобарно-изотермический потенциал или свободная энергия при постоянном давлении (энергия Гиббса) связаны с энтальпией, энтропией и температурой соотношением:dG = dH – TdS, (1) где H – энтальпия; S – энтропия; T – температура процесса. Стандартная свободная энергия ΔF° — это энергия, которая необходима для реакции от столкновения (соударения) частиц, приведенная к стандартным выбранным параметрам: давление P = 1 атм, температура T = 25 °C = 298 К. При ΔG<0 реакция термодинамически разрешена и система стремится к достижения условия ΔG = 0, при котором наступает равновесное состояние обратимого процесса; ΔG > 0 указывает на то, что процесс термодинамически запрещен (рис. 1). Рисунок 1 Изменение энергии Гиббса: а) обратимый процесс; б) необратимый процесс. Записав уравнение (1) в виде ΔH = ΔG + TΔS получим, что энтальпия реакции включает свободную энергию Гиббса и «несвободную» энергию ΔS ∙ T. Энергия Гиббса, представляющая собой убыль изобарного (P = const) потенциала, равна максимальной полезной работе. Уменьшаясь с течением химического процесса, ΔG достигает минимум в момент равновесия (ΔG = 0). Второе слагаемое ΔS ∙ T (энтропийный фактор) представляет ту часть энергии системы, которая при данной температуре не может быть превращена в работу. Эта связанная энергия способна лишь рассеиваться в окружающую среду в виде тепла (рост хаотичности системы). Итак, в химических процессах одновременно изменяются энергетический запас системы (энтальпийный фактор) и степень ее беспорядка (энтропийный фактор, не совершающая работу энергия). Анализ уравнения (1) позволяет установить, какой из факторов, составляющих энергию Гиббса, ответственен за направление протекания химической реакции, энтальпийный (ΔH) или энтропийный (ΔS ∙ T). •Если ΔH<0 и ΔS>0, то всегда ΔG<0 и реакция возможна при любой температуре. •Если ΔH>0 и ΔS<0, то всегда ΔG>0, и реакция с поглощением теплоты и уменьшением энтропии невозможна ни при каких условиях. возможна, если она сопровождается уменьшением изобарного потенциала; при комнатной температуре, когда значение T невелико, значение TΔS также невелико, и обычно изменение энтальпии больше TΔS. Поэтому большинство реакций, протекающих при комнатной температуре, экзотермичны. Чем выше температура, тем больше TΔS, и даже эндотермические реакции становятся осуществляемыми. Проиллюстрируем эти четыре случая соответствующими реакциями: Для оценки знака ΔG реакции важно знать величины ΔH и ΔS наиболее типичных процессов. ΔH образования сложных веществ и ΔH реакции лежат в пределах 80-800 кДж∙моль-1. Энтальпия реакции сгорания ΔH°сгор всегда отрицательна и составляет тысячи кДж∙моль-1. Энтальпии фазовых переходов обычно меньше энтальпий образования и химической реакции ΔНпар – десятки кДж∙моль-1, ΔНкрист и ΔНплавл равны 5-25 кДж∙моль-1 . Зависимость ΔH от температуры выражается соотношением ΔHT = ΔH° + ΔCp ∙ ΔT, где ΔCp – изменение теплоемкости системы. Если в интервале температур 298 К – Т реагенты не претерпевают фазовых превращений, то ΔCp = 0, и для расчетов можно пользоваться значениями ΔH°. Энтропия индивидуальных веществ всегда больше нуля и составляет от десятков до сотен Дж∙моль–1∙K–1. Знак ΔG определяет направление реального процесса. Однако для оценки осуществимости процесса обычно пользуются значениями стандартной энергии Гиббса ΔG°. Величина ΔG° не может использоваться в качестве критерия вероятности в эндотермических процессах со значительным возрастанием энтропии (фазовые переходы, реакции термического разложения с образованием газообразных веществ и др.). Такие процессы могут быть осуществлены за счет энтропийного фактора при условии T3(dH° / dS°). Для твердых растворов, которые образуются, например, при получении черных металлов, термохимические реакции могут быть использованы для выявления возможных направлений реакции (привлекаемые термины: теплоты образования, стандартная теплота образования, устойчивость продуктов реакции относительно реагентов и наоборот и др.). Преимуществом приближенных методов расчета равновесия является малая трудоемкость по сравнению с точными расчетами и большая доступность в практической работе. По закону сохранения массы и вещества известно понятие константы скорости реакции: aA + bB = cC + dD (2) K = [C]c ∙ [D]d / [A]a ∙ [B]b (3) Для установления возможности реакции также можно рассчитать сумму стандартных теплот образования: SF°продуктов – SF°исходных веществ = dF°реакции (4) Равновесие достигается тогда, когда изменение свободной энергии реакции равно нулю. Если в реакции участвуют только чистые твердые вещества, то эти вещества обладают активностью, равной 1. Тогда: Aкрист << Bкрист dFреакции = dF°реакции + RTln(aв / aа) = dF°реакции + RTln(1 / 1) = dFреакции (5) Исследуя любую реакцию можно выяснить, являются ли предложенные реагенты устойчивым веществом, если твердые вещества находятся в стандартном состоянии. Если dF° реакции отрицательна, т.е. если происходит выделение энергии, то продукты устойчивы относительно реагентов, если dF° реакции положительна, то устойчивы реагенты. При dF°реакции>0 реакция маловероятна. В соответствии с законом действующих масс для произвольной реакции (2) уравнение скорости прямой реакции можно записать: u1 = k1 ∙ CaA ∙ CbB, (6) а для скорости обратной реакции: u2 = k2 ∙ CcC ∙ CdD (7) По мере протекания реакции слева направо концентрации веществ А и В будут уменьшаться и скорость прямой реакции будет падать. С другой стороны, по мере накопления продуктов реакции C и D скорость реакции справа налево будет расти. Наступает момент, когда скорости u1 и u2 становятся одинаковыми, концентрации всех веществ остаются неизменными, следовательно: k1 ∙ CaA ∙ CbB = k2 ∙ CcC ∙ CdD, откуда: Kc = k1 / k2 = CcC ∙ CdD / CaA ∙ CbB (8) Постоянная величина Кс, равная отношению констант скоростей прямой и обратной реакций, количественно описывает состояние равновесия через равновесные концентрации исходных веществ и продуктов их взаимодействия (в степени их стехиометрических коэффициентов) и называется константой равновесия. Константа равновесия является постоянной только для данной температуры, т. е.: Кc = f(Т). Константу равновесия химической реакции принято выражать отношением, в числителе которого стоит произведение равновесных молярных концентраций продуктов реакции, а в знаменателе – произведение концентраций исходных веществ. Если компоненты реакции представляют собой смесь идеальных газов, то константа равновесия Кp выражается через парциальные давления компонентов: Kp = PcC ∙ PdD / PaA ∙ PbB (9) Для перехода от Кр к Кс воспользуемся уравнением состояния P · V = n · R · T. Поскольку C = n / V, то: P = C · R ∙ T (10) Тогда: Kp = Kc ∙ (R ∙ T)(c + d) – (a + b) (11) Из уравнения следует, что Кр = Кс при условии, если реакция идет без изменения числа моль в газовой фазе, т.е. когда (с + d) = (a + b). Если реакция (2) протекает самопроизвольно при постоянных Р и Т или V и Т, то значения ΔG и ΔF этой реакции можно получить из уравнений: ΔFp = 2,303 ∙ R ∙ T ∙ (lg(CcC ∙ CdD / CaA ∙ PbB) – lgKc), (12) где СА, СВ, СС, СD – неравновесные концентрации исходных веществ и продуктов реакции. ΔG = 2,303 ∙ R ∙ T ∙ (lg(PcC ∙ PdD / PaA ∙ PbB) – lgKp), (13) где РА, РВ, РС, РD – парциальные давления исходных веществ и продуктов реакции. Два последних уравнения называются уравнениями изотермы химической реакции Вант-Гоффа. Это соотношение позволяет рассчитать значения ΔG и ΔF реакции, определить ее направление при различных концентрациях исходных веществ. Необходимо отметить, что для газовых систем, как и для растворов, при участии в реакции твердых тел (т. е. для гетерогенных систем) концентрация твердой фазы не входит в выражение для константы равновесия, поскольку эта концентрация практически постоянна. Зависимость константы равновесия от температуры (для температуры Т2 относительно температуры Т1) выражается следующим уравнением Вант-Гоффа: lg(KT2 / KT1) = dH° ∙ (T2 – T1) / 2,303 ∙ R ∙ T1 ∙ T2, (15) где ΔН° – тепловой эффект реакции. Для эндотермической реакции (реакция идет с поглощением тепла) константа равновесия увеличивается с повышением температуры, система как бы сопротивляется нагреванию. Если реакции идут в гетерогенной системе с участием газовой фазы и твердого вещества, то в константу равновесия вводится парциальное давление газовых компонентов. Практическая часть: определим устойчивость соединения Fe¬2SiO4. Для оценки устойчивости предположим, что соединение разлагается при стандартных условиях: Fe2SiO4 → 2Fe + Si + 2O2. Так как разложение идет до простых веществ, следовательно, dFреакции = S°ΔF°обр(Fe2SiO4) = 35,4 ∙ (–319800)<<0. Следовательно, соединение устойчиво. Вывод: в результате данной лабораторно-практической работы были изучены методики расчета условий нарушения равновесия вещества отходов в процессе их образования и хранения; было произведено ознакомление с методами расчета равновесия в искусственных минералах, образующихся в шлаках металлургии; были рассмотрены качественные характеристики и направление реакций смещения равновесия; также были рассмотрены количественные характеристики процесса смещения равновесия: константы равновесия, температура кристаллизации, значение изобарного потенциала и др.; помимо прочего была качественно оценена возможность разложение соединения Fe2SiO4 до простых веществ при стандартных условиях: таким образом, было сделано заключение, что соединение Fe2SiO4 – устойчиво.Лабораторно-практическая работа №7
Определение физикотехнических характеристик ВМР: гранулометрического состава, определение вероятности просеивания при грохочении Цель работы: изучение методики проведения и обработки данных сухого ситового анализа, определение вероятности классификации по выбранному значению сит и эффективности процесса классификации. Задачи работы: •исследовать гранулометрических состав отходов; •исследовать режим сортировки: влияния угловой скорости грохочения, влияние угла наклона грохота, влияния длины деки грохота; •выбрать режим грохочения для получения заданных размеров зерна (фракции).Теоретическая часть
Соотношение массовых долей зерен различной крупности, входящих в состав полезного ископаемого, называется гранулометрическим составом. Исследования проводят в соответствии с ГОСТ 12536-79. Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического и микроагрегатного состава Определение гранулометрического состава заключается в разделении массы зернистого материала на классы, ограниченные узкими пределами крупности. Гранулометрический состав крупных материалов (более 150-200 мм) устанавливают непосредственным измерением зерен. Более мелких зерен: 200 + 0,04 мм ситовым, 50-5 мкм седиментационным анализами. Для ситового анализа материала крупностью +6 мм применяют механические грохоты и ситовые анализаторы, а также ручной рассев. На процесс грохочения, характеризуемый вероятностью просеивания зерен через отверстия сита, влияют отношения их диаметров к размеру отверстия и коэффициент живого сечения сита, скорость движения материала по ситу, угол наклона и форма отверстий просеивающей поверхности, физические свойства материала и производственные условия грохочения. Выбор сит в каждом конкретном случае зависит от требований и целей исследования. Продолжительность просеивания для механического способа принимается 10 мин, ручного — 2 мин. Для ситового анализа материала крупностью — 6 мм используют ситовые анализаторы. Продолжительность просеивания механическим способом составляет 30 мин; для лабораторной работы ее можно сократить до 10 мин. При рассеве материала крупностью — 0,1 мм необходимая навеска материала 0,1 кг. Пробу рассеивают сухим или мокрым способом в зависимости от крупности материала и необходимой точности ситового анализа. Если не требуется особой точности и материал не слипается, то применяют сухой способ. После просеивания обязательно проверяют полноту рассева вручную на тех же ситах. Операция считается законченной, если при контрольном просеивании в течение 1 мин доля материала, прошедшего через сито, не будет превышать 1% материала, оставшегося на сите. Навеску материала массой 1 кг сокращают до 200-250 г для последующего рассева. Навеску исходной пробы загружают на верхнее сито набора сит, который устанавливают на механический встряхиватель, и материал рассеивается. После этого каждое сито последовательно (начиная с верхнего) отделяют от набора. Надрешетный продукт каждого сита дополнительно просеивают вручную над последующим нижним ситом для контроля рассева. Затем надрешетный продукт взвешивают на технических весах для определения его выхода. Результаты взвешивания каждого класса заносят в таблицу. Выход gi – (% массы исходной пробы) каждого класса крупности определяют по формуле: gi = 100 Qi / Qисх, (1) где Qисх и Qi – масса соответственно исходной пробы и данного класса крупности. Суммарный выход классов крупности может быть представлен в простой линейной сетке (рис. 1). Суммарный выход классов крупности по плюсу рассчитывают последовательным сложением выходов отдельных классов, начиная с наиболее крупного класса (сверху вниз), см. рис. 2. Суммарный выход классов по минусу – сложением выходов отдельных классов, начиная с наиболее мелкого класса (снизу вверх). Для построения графических характеристик на полулогарифмической шкале находят логарифмы размеров отверстий сит lgd. Для определения значений параметров b и n уравнения Розина-Раммлера используют данные класса, выхода в граммах и процентах, а также суммарного выходов по плюсу и минусу. Рисунок 2. Суммарная характеристики крупности материала в простой линейной сетке и в полулогарифмической сетке По Розину-Раммлеру уравнение характеристики крупности имеет вид: R = 100e(–bn), (2) где R – суммарный выход класса крупнее d, %; d – размер отверстий сита, мкм; b, n – параметры, зависящие от свойств материала и размерности d. При двойном логарифмировании уравнение (2) преобразуется к виду: lglg(100 / R) = nlgd + lg(blg(e) (3) В координатах lglg(100 / R) и lgd это линейное уравнение с угловым коэффициентом n. Для определения параметров n и b уравнения (2) строят график (рис. 3) в осях lglg(100 / R) (ось ординат) и lgd (ось абсцисс). Для этого по опытным данным рассчитывают величины lglg(100 / R) и lgd для различных значений d. Данные расчета заносят в таблицу. На прямой (см. рис. 3), проведенной по нанесенным опытным точкам, выделяют две удаленные одна от другой точки 1 и 2. Для них по графику определяют lgd и lglg(100 / R) определяют lgd и lglg(100 / R) и вычисляют b и n по выражениями: n = [lglg(100 / R1) – lglg(100 / R2)]/(lgd1 – lgd2); (4) b = lg(100 / R1) / dn1 ∙ lge (5) Основным показателем, характеризующим работу грохота, является эффективность E грохочения по нижнему классу (материалу, крупность которого менее размера отверстия сита). Эффективность грохочения E равна разности между извлечением нижнего класса в подрешетный продукт и извлечением в него верхнего класса eв: E = e – eв (6) Извлечение в процентах нижнего класса: e = 100gb / (100a) = gb / a, (7) где g – выход подрешетного продукта, %; a и b – содержание нижнего класса соответственно в исходном материале и подрешетном продукте, %. Извлечение в процентах верхнего класса в подрешетных продукт: eв = g(100b) / (100 – a) Выход подрешетного продукта можно определить из уравнения: 100a = gb + (100 – g)q (8) Решая последнее уравнение относительно g получаем g = 100: (a – q) / (b – q), где q – содержание нижнего класса в надрешетном продукте, %. После подстановки значений e, eв и g в формулу получают: E = 10000(b – a)(a – q) / [a(100 – a)(b – q)] (9) При b = 100 %: E = e = 10000(a – q) / [a(100 – q)] (10) С достаточной для практики точностью можно считать, что подрешетный продукт состоит из зерен нижнего класса, т. е. b = 100 %. Между эффективностью и продолжительностью грохочения существует взаимосвязь. Вначале эффективность грохочения увеличивается быстро, а затем ее нарастание замедляется. В первые моменты через грохот проходят легкогрохотимые зерна, трудногрохотимые зерна просеиваются гораздо дольше. Поэтому увеличение эффективности грохочения с течением времени замедляется. Исследования грохочения показывают, что закономерная связь между эффективностью Е и продолжительностью грохочения t описывается формулой кинетики грохочения: E = e(–ktn), (11) где k и n – параметры грохотимости материала. После двойного логарифмирования уравнения получают уравнение прямой: lglg[1 / (1 – E)] = nlgt + lg(k ∙ lge) (12) В координатах lglg[1 / (1 – E)] и lgt уравнение кинетики грохочения – прямая линия с угловым коэффициентом n. При прочих равных условиях с увеличением производительности грохота эффективность грохочения E снижается: Q1 / Q2 = [lg(1 – E2) / lg(1 – E1)]1/n (13) Процесс прохождения зерен через сито может быть оценен значением вероятности. Вероятность Р выражается отношением числа случаев n, благоприятствующих появлению данного события, к числу случаев m, при которых оно может произойти, т. е. Р = n / m. Вероятное число случаев, при котором может произойти данное событие, n = 1 / Р. Вероятность просеивания зерен через отверстия сита с учетом толщины проволоки: При кадратных отверстиях P = l2 (1 – d / l)2 / (l + a)2 = Lk(1 – d / l)2; (14) круглых отверстиях: P = pl2k(1 – d / l)2 / (4S); (15) прямоугольных отверстиях: Р = [(1 – d)(b – d)] / [(b + а)(1 + а)], (16) где l – ширина отверстия, мм; b – длина отверстия, мм; а – диаметр проволоки, мм; d – диаметр зерна, мм; Lk – живое сечение сита с квадратными отверстиями, доли ед.; k – число отверстий на участке измерения; S – площадь сита на участке измерения, мм2. При размере зерен примерно до 0,75 l вероятность их прохождения большая. Такие зерна называются легкогрохотимыми. Увеличение размера зерна сверх 0,75l предопределяет резкое снижение вероятности их прохождения. Поэтому зерна крупностью от 0,75l до l называются трудногрохотимыми, а зерна диаметром от l до 1,5l – затрудняющими, так как они затрудняют просеивание зерен нижнего класса. Зерна крупностью более 1,5l существенно не влияют на грохочение. При расчете производительности грохота учитывают влияние содержания в исходном материале легкогрохотимых и крупных зерен. Вероятность просеивания определяется по формуле P = i / wSti, (17) где i – класс (размер) зерна; w – частота колебаний сита; t – время эксперимента. Размеры зерна значительно колеблются, поэтому размер зерна может быть представлен в обобщенном виде, например, средним значением: D = (a + b + c) / 3, (18) где а, b и с – размер зерна по трем взаимно перпендикулярным направлениям, определяемые с помощью штангенциркуля по трем взаимно перпендикулярным направлениям. Для экспериментального определения вероятности просеивания зерна необходимо зафиксировать число m подбрасываний зерна на сите работающего вибрационного грохота и число его просеиваний n через сито. Вероятность просеивания – рассчитывается по формуле Р = n / m. Определить секундомером время t1, в течение которого зерна просеиваются. Затем это зерна снова поместить на сито и опыт повторить, определив t2, t3, t4, …, tn. Если проведено опытов с данным зерном i, то и число просеиваний равно i, т. е. N = i. Число подбрасываний зерна: m = wt1 + wt1 + wt1 … wti = wSti, (19) где w – частота колебаний сита. Частота колебаний короба сита определяется с помощью стробоскопа. На коробе грохота наносится метка и на нее направляется пучок света лампы стробоскопа. С помощью ручки генератора устанавливается частота импульсов вспышек лампы, при которой метка на коробе будет казаться неподвижной. Это означает, что частота v вспышек лампы совпадает с частотой колебания короба w либо равна его кратной доле. Примерное значение w можно определить по частоте вращения электродвигателя и передаточному числу привода. Затем в этом диапазоне w необходимо добиться cтробоскопического эффекта, при котором v = w. Опыты необходимо провести с зернами размером d2, d3, …, di. Рекомендуется провести опыты с 4-6 зернами различного диаметра. Число опытов с каждым зерном должно быть 8-10. Теоретическое значение вероятности просеивания зерен через отверстие вычисляется по формулам (14)-(16). Результаты опытов помещают в таблицу и представляют в виде графиков (рис. 4). Для определения эффективности грохочения отбирают пробы исходного материала и надрешетного продукта, которые рассеивают на ситах с размерами отверстий, равными размерам отверстий сит грохота. Для изучения кинетики грохочения применяют вибрационный грохот, на просеивающую поверхность которого устанавливается съемное сито. Практическая часть: определим физико-технические характеристики ВМР: гранулометрический состав и вероятность просеивания при грохочении следующих классов навески: Таблица 7. Выход в граммах классов навески массой 304 кг Далее построим линейную и логарифмическую сетки по суммарной характеристики крупности Рисунок 5. Линейная сетка суммарной характеристики крупности Рисунок 6. Полулогарифмическая сетка суммарной характеристики крупности Построим таблицу суммарного выхода класса R крупнее диаметра d: Таблица 7. Суммарный выход R классов По полученным значениям составим графическую зависимость lglg(100 / R) = f(lgd), где полученную кривую аппроксимируем линией тренда, угловой коэффициент которой равняется 1,4228. Рисунок 7. Суммарная характеристика крупности, построенная по уравнению Розина-Раммлера Коэффициент b уравнения Розина-Раммлера рассчитаем по следующему выражению: b = lg(100 / R1) / dn1 ∙ lge = lg(100 / 79,4) / 0,711,4 ∙ 0,43 = 0,38. Вывод: в результате данной лабораторно-практической работы были изучены методики проведения и обработки данных сухого ситового анализа, были рассмотрены вероятности классификации по выбранному значению сит и эффективности процесса классификации; было произведено исследование гранулометрического состава отходов, а также исследование режима сортировки: влияния угловой скорости грохочения, влияния угла наклона грохота, влияния длины деки грохота; также был рассмотрен выбор режима грохочения для получения заданных размеров зерна (фракции); помимо прочего были построены сетки суммарной характеристики (как линейная, так и полулогарифмическая) и найдены коэффициенты уравнения Розина-Раммлера. Пояснительная записка Вариант №7 Вопрос №5: паспортизация твердых отходов, особенности составления. Ответ: паспортизация промышленных отходов реализуется по схеме, представленной на рис. 1. Рисунок 1. Схема паспортизации отходов Непосредственно сертификацией отходов можно назвать определение физико-химических характеристик отходов и их компонентов, и в большинстве случаев сертификация может включать установление таких характеристик отходов, которые бы позволили наилучшим способом их элиминировать (табл. 1). Таблица 1. Основные характеристики сертификации отходов Чем детальнее будет проведена сертификация отходов, тем легче определить эффективные и нетрадиционные пути переработки отходов и их дальнейшее использование в качестве вторично-материальных ресурсов. Особенности паспортизации опасных отходов Паспортизация опасных отходов проводится в соответствии с постановлением Правительства РФ от 26.10.2000 № 818 «О порядке ведения государственного кадастра отходов и проведения паспортизации опасных отходов». Паспортизация опасных отходов удостоверяет принадлежность отходов к отходам соответствующего вида и класса опасности и содержит сведения об их составе (ст. 1 ФЗ об отходах производства и потребления). Паспортизация опасных отходов регламентируется в настоящий момент приказом Ростехнадзора от 15.08.2007 № 570 «Об организации работы по паспортизации опасных отходов». В соответствии с п. 5.3.7 Положения о Федеральной службе по экологическому, технологическому и атомному надзору, утвержденного постановлением Правительства РФ от 30.06.2004 № 401 (в ред. постановления Правительства РФ от 01.12.2009 № 975) Ростехнадзор не проводит работу по паспортизации отходов V класса опасности. Паспорт опасного отхода составляется на отходы I—IV классов опасности для окружающей природной среды. Форма паспорта утверждена приказом МПР России от 02.12.2002 № 785 и составляется отдельно на каждый вид отходов (рис. 2). Вопрос №7: процессы деструкции шлаков в естественных условиях. Ответ: По химическому составу шлаки состоят на 90−95% из СаО, SiO2 и Al2O3 и небольшого количества MgO, MnS, FeO, CaS и FeS. Быстроохлажденные доменные шлаки в зависимости от их химического состава в тонкоизмельченном состоянии способны взаимодействовать с водой и твердеть. Степень гидравлической активности шлаков может быть охарактеризована модулем основности и модулем активности. Модуль основности (М0) представляет собой отношение содержащихся в шлаке основных оксидов (%) к сумме кислотных оксидов и выражается следующим образом: М0 = CaO + MgO/SiO2 + Al2O3. По численному значению М0 шлаки подразделяют на: нейтральные, у которых модуль основности равен 1; основные с модулем основности больше 1 и кислые с модулем основности меньше 1. Модуль активности Ма характеризует отношение количества глинозема в шлаке к содержанию кремнезема: Ма = Al2O3/SiO2. В зависимости от значений модуля основности и активности шлаки могут быть активными (Ма = 1,3−2,4) или скрытоактивными (Ма = 2,7−4,1). Оксиды алюминия и кальция повышают гидравлическую активность шлака, а SiO2 уменьшает ее. Оксид магния находится в шлаках в химически связанном состоянии и не кристаллизуется в виде отдельной фазы, вследствие чего он не вызывает неравномерных объемных изменений. Содержание TiO2 и MnO в шлаке ограничивается в пределах 2-4%, так как они частично замещают оксид кальция в активных соединениях. Оксида железа Fe2O3 при нормальном ходе доменного процесса в шлаках немного, и практически он не влияет на их гидравлическую активность. Присутствие в шлаке небольшого количества СаS повышает его гидравлическую активность. При взаимодействии с водой сульфид кальция подвергается гидролизу по реакции: 2CaS + 2H2O → Ca(HS)2 + Ca(OH)2. Образующийся при этом Са(ОН)2 активизирует стеклообразную составляющую часть шлака по схеме. FeS и MnS, присутствуя в шлаке, могут вызвать железный и марганцевый распад: MnS + 2H2O → Mn(OH)2 + H2S; FeS + 2H2O → Fe(OH)2 + H2S. Удельный объем новообразований больше объема исходных веществ, что и вызывает распад − разрушение кусков шлака. При медленном охлаждении шлаков, содержащих повышенное количество СаО (более 45%), они могут подвергаться силикатному распаду – полиморфному переходу при 675 °С β-C2S в γ-С2S. В ряде случаев может наблюдаться известковый распад, возникающий при гашении свободной извести, образовавшейся в шлаке при повышенном ее содержании в виде самостоятельной фазы. Вопрос №10: магнитные методы извлечения полезной фракции из отходов. Классификация материалов по магнитной восприимчивости, петля гистерезиса. Магнитная сепарация твердых отходов. Ответ: магнитные методы обогащения используются при осуществлении трёх технологических процессов – подготовительных, основных и вспомогательных. К подготовительным процессам можно отнести: •удаление случайных железных предметов перед операциями дробления; •удаление металлического скрапа (обломки шаров) из слива мельниц; •магнетизирующий обжиг слабомагнитных железных руд перед обогащением; •размагничивание, намагничивание и селективную магнитную флокуляцию сильномагнитных продуктов. К вспомогательным процессам можно отнести: •магнитное обесшламливание магнетитсодержащих пульп; •магнитное сгущение магнетитовых концентратов; •магнитную очистку воды. К основным процессам относится магнитная сепарация руд и других продуктов. Способы магнитной сепарации можно разделить на две группы. 1. Прямая магнитная сепарация. При прямой сепарации осуществляется разделение компонентов по магнитным свойствам в магнитном поле. Магнитное обогащение осуществляется в магнитных сепараторах, особенностью которых является наличие в их рабочей зоне разделения магнитного поля. При движении разделяемого продукта через магнитное поле сепаратора под воздействием магнитной силы частицы с 15 различными магнитными свойствами движутся по отличным друг от друга траекториям, что позволяет магнитные и немагнитные частицы выделять в свои продукты. Прямая сепарация получила наибольшее распространение и используется при обогащении сильномагнитных и слабомагнитных руд. 2. Непрямая сепарация. При непрямой сепарации разделение частиц осуществляется в магнитном поле, но не по магнитным свойствам. При магнитногидростатической (феррогидростатической) и магнитогидродинамической сепарации разделение осуществляется по плотности, при электродинамической сепарации разделение осуществляется по электрической проводимости и плотности. В зависимости от магнитных свойств материалы разделяют на диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики и ферримагнетики. Количественно магнитные свойства материалов принято оценивать по их магнитной восприимчивости λ = М / Н, где М – намагниченность вещества; Н – напряженность магнитного поля. Диамагнетики. Это вещества, атомы, ионы или молекулы которых не имеют результирующего магнитного момента при отсутствии внешнего поля. Диамагнитный эффект является результатом воздействия внешнего магнитного поля на молекулярные токи и проявляется в том, что возникает магнитный момент, направленный в сторону, обратную внешнему полю. Таким образом, во внешнем магнитном поле диамагнетики намагничиваются противоположно приложенному полю, т. е. имеют отрицательную магнитную восприимчивость (λ<0). Диамагнитные вещества выталкиваются из неравномерного магнитного поля, а в равномерном магнитном поле вектор намагниченности диамагнетика стремится расположиться перпендикулярно к направлению поля. Диамагнетизм присущ всем без исключения веществам в твердом, жидком и газообразном состояниях, но проявляется слабо и часто подавляется другими эффектами. Парамегнетики. Это вещества, атомы, ионы или молекулы которых имеют результирующий магнитный момент при отсутствии внешнего магнитного поля. Во внешнем магнитном поле парамагнетики намагничиваются согласно с внешним полем, т. е. имеют положительную магнитную восприимчивость (λ>0). Парамагнитный эффект присущ веществам с нескомпенсированным магнитным моментом атомов при отсутствии у них порядка в ориентации этих моментов. Поэтому, когда нет внешнего магнитного поля, атомные магнитные моменты располагаются хаотически и намагниченность парамагнитного вещества равна нулю. При воздействии внешнего магнитного поля атомные магнитные моменты получают преимущественную ориентацию в направлении этого поля, и у парамагнитного вещества проявляется намагниченность. Ферромагнетики. Это вещества, в которых магнитные моменты атомов или ионов находятся в состоянии самопроизвольного магнитного упорядочения, причем результирующие магнитные моменты каждого из доменов отличны от нуля. При воздействии внешнего магнитного поля магнитные моменты доменов приобретают преимущественное ориентирование в направлении этого поля и ферромагнитное вещество намагничивается. Ферромагнитные вещества характеризуются большим значением магнитной восприимчивости (>>1), а также ее нелинейной зависимостью от напряженности магнитного поля и температуры, способностью намагничиваться до насыщения при обычных температурах даже в слабых магнитных полях, гистерезисом – зависимостью магнитных свойств от предшествующего магнитного состояния, точкой Кюри, т. е. температурой, выше которой материал теряет ферромагнитные свойства. К ферромагнитным веществам относятся железо, никель, кобальт, их соединения и сплавы, а также некоторые сплавы марганца, серебра, алюминия. Ферромагнитные свойства у вещества могут возникать лишь при достаточно большом значении обменного взаимодействия, что характерно для кристаллов железа, кобальта, никеля и др. Необходимое значение обменного взаимодействия ферромагнетики имеют лишь в твердом состоянии. Этим объясняется отсутствие в природе жидких и газообразных ферромагнетиков. Ферромагнетизм сплавов, целиком состоящих из «парамагнитных» компонентов, объясняется тем, что в этих сплавах, основой которых обычно является марганец или хром, введение в решетку основы атомов висмута, сурьмы, серы и теллура изменяет электронную структуру кристаллов, в результате чего создаются условия для возникновения ферромагнетизма. Антиферромагнетики. Это вещества, в которых магнитные моменты атомов или ионов находятся в состоянии самопроизвольного магнитного упорядочения, причем результирующие магнитные моменты каждого из доменов равны нулю. При воздействии внешнего магнитного поля магнитные моменты атомов приобретают преимущественную ориентацию вдоль внешнего поля и антиферромагнитное вещество намагничивается. Антиферромагнитные вещества характеризуются кристаллическим строением, небольшим коэффициентом магнитной восприимчивости (λ = от 10-3 до 10-5), постоянством восприимчивости в слабых полях и сложной зависимостью от магнитного поля в сильных полях, специфической зависимостью от температуры, а также температурой точки Нееля, выше которой вещество переходит в парамагнитное состояние. К антиферромагнетикам относятся чистые металлы хром и марганец, редкоземельные металлы цериевой подгруппы: церий, неодим, празеодим самарий и европий. Редкоземельные металлы диспрозий, гольмий и эрбий в зависимости от температуры могут быть антиферромагнетиками или ферромагнетиками. При воздействии на эти металлы, находящиеся в антиферромагнитном состоянии внешнего магнитного поля, превышающего критическое значение, происходит переход антиферромагнитного порядка в ферромагнитный, сопровождающийся скачкообразным появлением намагниченности (М ~ 1600 кА/м). Аналогичные превращения можно наблюдать у тулия и тербия. Существует три типа процессов намагничивания ферромагнетиков: 1. Процесс обратимого смещения магнитных доменов. В данном случае происходит смещение границ доменов, ориентированных наиболее близко к направлению внешнего поля. При снятии поля домены смещаются в обратном направлении. Область обратимого смещения доменов расположена начальном участке кривой намагничивания. 2. Процесс необратимого смещения магнитных доменов. В данном случае смещение границ между магнитными доменами не снимается при снижении магнитного поля. Исходные положения доменов могут быть достигнуты в процессе перемагничивания. Необратимое смещение границ доменов приводит к появлению магнитного гистерезиса – отставанию магнитной индукции от напряженности поля. 3. Процессы вращения доменов. В данном случае завершение процессов смещения границ доменов приводит к техническому насыщению материала. В области насыщения все домены поворачиваются по направлению поля. Петля гистерезиса, достигающая области насыщения называется предельной. Рисунок 3. Петля гистерезиса: Bmax – индукция насыщения; Br – остаточная индукция; Hc – задерживающая (коэрцитивная) сила. Вопрос №20: термические и биологические методы обезвреживания ТБО: достоинства и недостатки. Ответ: 1. Механико-биологические методы переработки Получение биогаза – осуществляется посредством санитарной зeмляной засыпки, обeспeчивающей последующий сбор выделяющегося при гниении мусора газа (биогазовыe полигоны снабжены специальными вентиляционными трубами, газодувками и eмкостями для хранения биогаза). Проблема метода – в сроках получения биогаза (минимум 5-10 лeт послe создания свалки), нестабильности выхода и низкой рeнтабeльности технологии при объeмах мусора менее 1 млн. тонн. Компостирование ТБО – биохимический процесс разложения органической части ТБО микроорганизмами. В результате взаимодействия органического материала, кислорода и бактерий выделяются углекислый газ, вода и тепло. Продуктом компостирования является органическое удобрение – компост или биотопливо (сырой компост). 2. Термические методы переработки ТБО Сжигание ТБО является одним из наиболее распространенных и технически отработанных методов промышленной обработки отходов. Техника и технологии сжигания непрерывно совершенствовались на протяжении 80 лет. Однако, сжигание не можeт рассматриваться как экономичeски оправданный или рeсурсосбeрeгающий мeтод, поскольку при использовании этого метода не только уничтожаются многиe органичeскиe вeщeства, которыe могли бы быть использованы, но также требуются дополнитeльные затраты энeргии. К тому жe сущeствующиe и прeдлагаeмыe к использованию мусоросжигающиe установки имeют цeлый ряд нeдостатков, главным из которых являeтся то, что при работe они образуют вторичныe чрeзвычайно токсичныe отходы, выдeляeмыe в окружающую срeду вместе с дымовыми газами, сточными водами и шлаком. Пиролиз – разложeниe органичeских вeщeств бeз доступа кислорода при относитeльно низких тeмпeратурах 450°-800°С. В рeзультатe пиролиза получают газ и твёрдый остаток пиролиза. Затeм тот и другой продукты сразу жe, бeз какой-либо дополнитeльной обработки, направляют в топку на сжиганиe. Часть газов пиролиза послe кондeнсации можeт быть вывeдeна из систeмы и использована в качeствe жидкого топлива другими потрeбитeлями. Естественно, при данном методе наблюдаются тe жe нeдостатки, что и при прямом сжигании отходов. В тeх жe случаях, когда газ пиролиза подвeргаeтся очисткe от кислых газов типа хлористого водорода (НСl), экономичeски процeсс становится достаточно дорогим из-за примeнeния дорого оборудования и соды (каустичeской или кальцинированной), к тому же, нe устраняeтся загрязнeниe окружающeй срeды тяжёлыми мeталлами. Альтернативой пиролизу является процесс газификации, проводимый аналогично, но при тeмпeратурe 800°-1300°С и в присутствии нeбольшого количeства воздуха. В этом случаe получаeмый газ прeдставляeт собой смeсь низкомолeкулярных углeводородов, которую затeм сжигают в топкe. К сожалeнию, экологичeскую ситуацию такой процeсс нe улучшаeт, так как присутствиe воздуха и содeржащихся в мусорe хлорорганичeских соeдинeний в сочeтании с высокой тeмпeратурой приводит к интeнсивному образованию диоксинов, фуранов и бифeнилов, а соли тяжёлых мeталлов, как и в других предыдущих технологиях, из процeсса нe выводятся и загрязняют окружающую срeду.
О сайте
Ссылка на первоисточник:
http://www.vsmaburdenko.ru/
Поделитесь в соцсетях: