Застосування магнітного поля в технологічних процесах

Размещено на http://www.allbest.ru

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Львівський інститут економіки і туризму

копалина магнітне поле технологічний

Реферат на тему:

«Застосування магнітного поля в технологічних процесах»

Підготувала:

Студентка гр. ТКД-12

Кордек Е. І.

Перевірив:

Караван Ю.В.

Львів-2013

Зміст

Збагачення корисних копалин за допомогою магнітного поля

Застосування енергії ЕМП в технологічних процесах виробництва і переробки продукції рослинництва

Використання магнітного поля в системах зворотного водопостачання

Література

Збагачення корисних копалин за допомогою магнітного поля

Магнітне збагачення корисних копалин - збагачення корисних копалин, яке ґрунтується на дії неоднорідного магнітного поля на мінеральні частинки з різною магнітною сприйнятливістю і коерцитивною силою. Магнітним способом, використовуючи магнітні сепаратори, збагачують залізні, манганові, титанові, вольфрамові та інші руди.

Перший патент на спосіб маг. збаг. кор. коп. (залізної руди) видано в Англії у 1792 р. на ім'я Вільяма Фулартона. Промислове впровадження магнітного методу збагачення, головним чином для залізняку, почалося в кінці XIX ст. У США Болл і Нортон, а в Швеції Венстрем і Таге Мортзелл запропонували сухий барабанний сепаратор з полярністю, що чергується. Аналогічний магнітний сепаратор було створено в Італії Пальмером у 1854 р. Широке впровадження магнітної сепарації залізняку розпочалося у Швеції на початку ХХ ст. і пов'язане з розробкою Грендалем технології барабанної сепарації для мокрого магнітного збагачення в 1906 р.

Класифікація процесів магнітного збагачення.

За галузями застосування розрізняють підготовчі, основні (власне магнітне розділення) та допоміжні процеси магнітного збагачення. Підготовчі процеси: вловлювання металобрухту, намагнічування і розмагнічування, магнітна агрегація тощо. Допоміжні процеси: згущення та зневоднення, подрібнення у магнітному полі.

У залежності від величини магнітної сприйнятливості матеріалу магнітна сепарація поділяється на слабомагнітну і сильномагнітну, від середовища, в якому проводиться розділення, - на мокру і суху.

За принципом використання магнітного поля процеси магнітного збагачення поділяють на прямі і комбіновані (непрямі). До прямих належать процеси розділення в слабких і сильних полях, регенерації суспензій, вилучення металобрухту, магнітного пиловловлювання, термомагнітної і динамічної агрегації. Непрямі процеси: магнітогідростатична (МГС), магнітогідродинамічна (МГД) сепарація, згущення матеріалів, які попередньо пройшли магнітну флокуляцію, сепарацію корисних компонентів, локалізованих на магнітних носіях тощо.

Основи магнітного збагачення.

Крупність збагачуваної руди - до 150 мм. Для збільшення контрастності магнітних властивостей суміші, що розділяється, застосовують термообробку.

При М.з.к.к. на мінеральне зерно в неоднорідному магнітному полі діє магнітна сила Fмагн, що визначається за формулою:

Fмагн = ч H gradH

де ч - питома магнітна сприйнятливість, мі/кг; H gradH - магнітна сила поля, А2/мі.

На результати магнітної сепарації суттєво впливає різниця між питомими магнітними сприйнятливостями ч1 і ч2 розділюваних зерен, неоднорідність поля сепаратора за величиною магнітної сили і крупність збагачуваного матеріалу. Відношення питомих магнітних сприйнятливостей розділюваних при збагаченні рудних і нерудних зерен (ч1/ч2) називається коефіцієнтом селективності магнітного збагачення..

Для успішного розділення мінералів в магнітних сепараторах необхідно щоб величина коефіцієнта селективності магнітного збагачення була не меншою 3 - 5.

Відповідно до класифікації процесів магнітного збагачення розрізнюються і апарати, в яких здійснюються ці процеси: магнітні сепаратори, дешламатори, магнітогідростатичні, магнітогідродинамічні і електродинамічні сепаратори, залізовідділювачі, металороздільники, а також пристрої для розмагнічування і намагнічення матеріалів.

Розділення мінеральних частинок за магнітними властивостями може здійснюватись у трьох режимах :

- режим відхилення магнітних частинок характеризується підвищеною продуктивністю, але зниженою ефективністю процесу;

- режим утримання магнітних частинок характеризується високим вилученням магнітного компонента;

- режим вилучення магнітних частинок характеризується високою якістю магнітного продукту, але зниженим його вилученням.

Сучасні магнітні сепаратори мають ефективність розділення і продуктивність, у 5-10 раз більшу, ніж зразки середини ХХ ст. У порівнянні з іншими методами собівартість магнітної сепарації для грудкових сильномагнітних матеріалів найнижча, для дрібнодисперсних - друга після найдешевшого методу гвинтової сепарації. Продуктивність сепараторів для грудкових руд сягає 500 т/год, для тонкоподрібнених сильномагнітних - 200 т/год, слабомагнітних - 40 т/год.

Перспективність магнітного збагачення обумовлюється безперервним інтенсивним розвитком технології виробництва магнітних матеріалів і техніки сильних магнітних полів, параметри яких постійно поліпшуються, а собівартість збагачення знижується.

Перспективні напрямки удосконалення магнітного збагачення:

застосування сухих швидкохідних магнітних барабанних сепараторів для доведення магнетитового концентрату мокрого збагачення до кондицій, необхідних за умовами порошкової металургії;

створення високопродуктивних сухих швидкохідних магнітних барабанних сепараторів та мокрих високочастотних електромагнітних барабанних сепараторів для збагачення магнетитових руд;

створення мокрих магнітних та електромагнітних барабанних сепараторів з підвищеною напруженістю магнітного поля на поверхні барабанів (до 145-200 кА/м), що дозволить збільшити продуктивність сепараторів та зменшити втрати заліза у відходах при збагаченні трудно збагачуваних магнетитових руд;

створення перечисних магнітних барабанних сепараторів, що поєднують в одній машині декілька перечисних операцій; це спрощує апаратурне оформлення схем мокрого магнітного збагачення магнетитових руд і підвищує ефективність розділення;

створення більш ефективних та продуктивних сухих електромагнітних валкових сепараторів для доведення зернистих фракцій чорнових концентратів руд рідкісних металів, сухого магнітного збагачення слабомагнітних бурозалізнякових руд, знезалізнення скляної, керамічної і абразивної сировини;

створення магнітних і електромагнітних високоградієнтних сепараторів продуктивністю 100-200 т/год для мокрого магнітного збагачення тонко дисперсних слабкомагнітних руд (в т.ч. окиснених) і для знезалізнення різних матеріалів.

Для збагачення тонковкраплених магнетитових руд і регенерації важких суспензій передбачають операції намагнічування та розмагнічування продуктів. Намагнічувальні апарати призначені для магнітної флокуляції сильномагнітних частинок з метою їх більш швидкого осадження у порівнянні з немагнітними частинками. Намагнічувальний апарат встановлюють на трубопроводі, по якому транспортується пульпа. Напруженість магнітного поля підтримується на рівні 33-48 кА/м. Розмагнічувальні апарати застосовують для дефлокуляції сильномагнітних частинок, тому що наявність магнітних флокул порушує процеси класифікації і фільтрування. Розмагнічення сильно магнітної пульпи здійснюється при багаторазовому циклічному перемагніченні її в змінному магнітному полі (не менше 10-12 циклів). Амплітуда напруженості цього поля зменшується у напрямку переміщення пульпи від деякого максимального значення до нуля. Максимальна напруженість поля для розмагнічення магнетиту і феросиліцію повинна бути 36-40 кА/м, а градієнт напруженості в зоні зменшення поля - не більше 33 кА/мІ.

Застосування енергії ЕМП в технологічних процесах виробництва і переробки продукції рослинництва

Головним завданням виробників сільськогосподарської продукції є максимальне збереження її корисних властивостей при доведенні до споживача. Важливу роль у цьому процесі відіграє застосовувана технологія переробки .

Використання електромагнітного поля в електромагнітних процесах розширює функціональні можливості традиційних способів очищення, сортування, сушіння сировини та різко знижує енерговитрати.

Привабливим з точки зору енергозбереження є застосування електростатичних полів, за допомогою яких проводять сортування та очищення різного насіння від домішок.

Важливим компонентом сільськогосподарської сировини є вода, яка створює широкий спектр рідин у продукції сільського господарства з різними фізико-хімічними властивостями. Вона стає головним об'єктом, на який діють зовнішні електромагнітні фактори, і через яку ці фактори впливають на якість сільськогосподарської продукції.

Відомі численні способи стимуляції продуктивності рослин і тварин за допомогою активованої води. Під активацією розуміють тимчасову зміну її властивостей за різних фізичних впливів.

Обробка води магнітним полем впливає на її в'язкість, густину, діелектричну проникність, електропровідність, поверхневий натяг, спроможність до розчину солей, дифузії, абсорбції, кристалізації і коагуляції зважених часток. Зміна цих якостей збільшує біологічну активність.

Застосування омагніченої води для поливання рослин досліджувалось на спеціальній установці, через яку протікала вода, оброблена магнітним полем із зміною полярності.

Досліди проводили на вигонці цибулі та під час вирощування розсади капусти. Рослини живилися омагніченою водою при напруженості 115 кА/м впродовж усього досліду. Результати оцінювали за довжиною і кількістю пагонів цибулі, висотою розсади і шириною листя капусти. Довжина пагонів цибулі збільшилася на 18,3%, а їх кількість -- на 31,2%.

Проростання насіння капусти прискорювалося на декілька днів, висота розсади збільшувалася на 13,4%, а ширина листя -- на 15,6%.

При поливі укропу на грядці водою, обробленою магнітним полем 120 кА/м, його висота збільшилася в середньому на 15%, а приріст урожаю становив 24%.

Результати цих дослідів, проведених на овочевих культурах, підтвердили стимулюючу дію омагніченої поливної води.

Часто технологічна схема обробки води, що надходить із підземних джерел, недостатньо ефективна через високе мікробне її забруднення.

Для знезаражування води проводять її хлорування, озонування або ультрафіолетове опромінювання проте кращі результати дає використання магнітних полів. Встановлено, що постійне магнітне поле, яке діє на воду, має бактерицидну дію. Так, при напруженості 40--720 А/см і часі дії 0,4--1,6с ефект знезаражування становить 65--70%, що свідчить про принципову можливість використання для цього магнітної обробки.

Зрівняльне використання постійного, змінного та імпульсного електромагнітних полів показало високу технологічну та енергетичну ефективність останнього. Частотний спектр магнітного поля дуже широкий і охоплює діапазон від низькочастотного до іонізуючого.

Попередніми лабораторними експериментами [11, 12] було встановлено, що на ефект знезаражування питної води впливають індукція імпульсного поля (В, Тл), частота імпульсів (f, Гц), час обробки (t, с).

копалина магітне поле технологічний

1. Результати дослідів стимулюючої дії омагніченої поливної води

*ЗМЧ -- загальне мікробне число.

За допомогою методу конфігурацій Хука-Дживса встановлено оптимальні параметри процесу знезаражування води: індукція магнітного поля -- 11,7 Тл, частота -- 12 Гц, час обробки -- 0,2 с.

Результати хіміко-бактеріологічного аналізу свідчать про високу бактерицидну ефективність цього способу за незначної зміни хімічних показників якості води (табл. 1)

Питомі енергетичні витрати за цим способом у 4,4 рази менші, ніж при використанні ультрафіолетової установки ОВ-50 .

У наукових публікаціях наведено дані також про дію магнітних полів на сухі сипкі матеріали . Так, відомі технології із застосуванням електромагнітних полів для передпосівної обробки насіння зернового сорго, та наводяться розрахунки установок, які використовуються в цих технологіях. Така технологія сприяє активізації процесу росту та розвитку рослин, а також формуванню високої врожайності цих культур.

Апарат для передпосівної обробки насіння сорго -- це джерело енергії; водне середовище -- приймач і передавач енергії; насіння сорго -- акумулятор енергії магнітного поля. Як первинне джерело енергії розглядається змінне електромагнітне поле (ЕМП) промислової частоти 50 Гц.

Ефект впливу магнітної енергії визначається часом, упродовж якого вона діє на об'єкт (експозиція).

Результати дослідів свідчать, що передпосівна обробка насіння ЕМП 50 Гц збільшує на 5,7--7,1% енергію проростання, 6,6--8,0% -- лабораторну схожість і на 9,1--10,6% -- польову схожість.

Так, передпосівна обробка насіння ЕМП 50 Гц прискорює ріст і розвиток рослин сорго на початкових етапах онтогенезу. У дослідженні маса первинних проростків (майбутніх стебел) залежно від експозиції збільшилася на 5,4--10,8%, а первинних коренів -- на 8,3--20,8%.

Змінились також морфологічні показники: висота рослин і тривалість вегетаційного періоду. На дослідних ділянках висота рослин була на 6--7 см більшою, а зерно дозрівало на 8--11 днів швидше, ніж на контрольних. Урожайність сорго в досліді становила 3,24--3,29 т/га, визрівання насіння до 17--19%, що дозволило зібрати сорго на зерно серійними комбайнами.

Таким чином, передпосівна обробка ЕМП 50 Гц насіння зернового сорго сприяє як активації процесів росту та розвитку, так і формуванню вищих врожаїв, тому використання змінного електромагнітного поля промислової частоти набуває значення важливого агрозаходу.

Основними елементами розробленої методики інженерного розрахунку робочого органу установки є полюсні наконечники. Вони формують магнітне поле в об'ємі робочої камери. Оброблене магнітним полем з індукцією 0,03 Тл насіння зернового сорго Зерноградське 53 за результатами польових досліджень було більш життєздатним порівняно з контрольним. У обробленого насіння енергія проростання збільшилася на 5,7--7,1%, а польова схожість -- на 9,1--10,6%. Це сприяло швидшій появі сходів, кращому їх збереженню до моменту кущіння, формуванню більш вирівняного стеблостою, що є гарантією збільшення врожаю.

У переробній промисловості знаходять застосування магнітні установки, які впливають на інтенсивність зброджування меляси і остаточний вихід спирту. Проведені дослідження показали, що найкращі результати щодо інтенсивності зброджування активованого мелясного сусла та синтезу етанолу забезпечує обробка їх на установці Нуклон-БУР, оптимальний термін якої для збільшення виходу спирту становить 10--20 с. Крім того, у зрілій бражці, одержаній з омагніченого протягом цього періоду сусла, накопичується на 40% менше побічних та вторинних продуктів бродіння. Збільшення ж терміну обробки мелясного сусла до 40--60с призводить до зниження синтезу етанолу на 0,3--1,1% та збільшення накопичення біомаси дріжджів на 21--32%.

Нині інтенсивно досліджуються індуковані електромагнітними полями (ЕМП) структурно-функціональні зміни в рослинних організмах, при цьому часто використовують математичне моделювання, яке значно скорочує трудомісткий, тривалий та дорогий експеримент.

Аналіз науково-технічних джерел інформації дозволяє зробити висновок, що нині електротехнології -- це галузь, яка розвивається високими темпами, дає максимально можливий енергозберігаючий ефект і тому економічно обґрунтована.

Діапазон застосування електромагнітних полів охоплює майже всю шкалу електромагнітних коливань: сталих електричних та магнітних полів; радіохвиль низьких, середніх, високих, надвисоких частот, інфрачервоного, видимого, ультрафіолетового діапазонів; рентгенівських та ?-променів.

Електромагнітні поля діють на живу тканину продукції переробки або як на фізичний об'єкт.

Застосування електротехнологій з іншими технологіями дозволяють покращити споживчі якості та фізико-хімічні властивості продукції сільського господарства. Процес розвитку зберігаючих електротехнологій за останні роки відображено в роботі Н.Ф. Бородіна та В.П. Горячкіна . Великі можливості використання електромагнітних полів у сортуванні овочів і фруктів, де останнім часом застосовують гідродинамічні технології.

Використання магнітного поля в системах зворотного водопостачання

Вода - один із найважливіших факторів, який визначає розміщення продуктивних сил, а дуже часто і засіб виробництва. До особливо водомістких галузей промисловості належать металургійний і паливно-енергетичний комплекси, хімічна, нафтохімічна і целюлозно-паперова галузі промисловості.

Основний вплив, водокористування на природне середовище, зумовлюється нераціональним використанням водних ресурсів та скидом забруднювальних речовин у водойми та водотоки. Одним з основних напрямів, розв'язання даної проблеми, являється широке впровадження зворотних систем водопостачання, які дозволяють скоротити потреби у свіжій воді і зменшити скид стічних вод за рахунок повторного використання у виробничому процесі, що дає великий екологічний та економічний ефект.

Зменшення споживання свіжої води, за рахунок використання зворотних систем водопостачання, потребує розробки високопродуктивних і ефективних методів очистки стічних вод. Для вирішення цієї проблеми останнім часом велике значення набувають фізичні методи, пов'язані з впливом на водну систему зовнішніх полів (магнітних, електричних, ультразвукових та ін.). Ці методи відрізняються від інших універсальністю, ефективністю та економічністю.

Для інтенсифікації процесів очистки стічних вод може бути ефективно застосована технологія магнітної обробки водних розчинів. Така обробка в наш час широко застосовується у сфері протинакипної обробки води перед теплообмінним обладнанням та обробки нафти при її добуванні. Відомо багато переконливих прикладів успішного застосування магнітної обробки водних розчинів в різноманітних галузях промисловості: хімічній, металургійній, будівельних матеріалів, а також в сільському господарстві і медицині. Проте в цих галузях вона використовується не так широко, тому що механізм магнітної обробки, на даний час, ще недостатньо з'ясований .

При такій обробці на рухомий потік рідини накладається магнітне поле, причому вектор магнітної індукції направлений перпендикулярно вектору швидкості потоку. Зміни фізико-хімічних показників водних систем залежать від таких параметрів обробки, як напруженість, градієнт та конфігурація магнітного поля, швидкість руху води, час перебування оброблювальної води в зазорі магнітного апарату, її склад та ін.

Дієвість магнітної обробки доведена багатьма експериментальними дослідженнями і підтверджена на практиці . Результати досліджень наводять дані про те, що вплив магнітного поля на водні системи, супроводжується зміною властивостей водних розчинів, але такі зміни не зростають монотонно зі збільшенням напруженості магнітного поля, а мають періодичний характер.

До основних фізико-хімічних ефектів магнітної обробки водних розчинів належать:

прискорення коагуляції - агрегування зважених у воді твердих часток;

прискорення розчинення твердих тіл;

прискорення і посилення адсорбції;

утворення кристалів солей при випарюванні не на стінках, а в об'ємі;

зміна характеру змочування твердих поверхонь;

зміна концентрації розчинених газів .

Різні трактування фізико-хімічних особливостей магнітної обробки не визначають загальних принципів протікання даного процесу. Проте незважаючи на відсутність загального трактування механізму, магнітна обробка може бути успішно застосована в системах зворотного водопостачання.

На даний час магнітна обробка водних розчинів не застосовується, як окремий вузол очистки, а використовується у комплексі з іншими методами, для підвищення їхньої ефективності. Відсутність чіткого уявлення про особливості протікання даного процесу, стримує більш широке впровадження пристроїв для магнітної підготовки в системах зворотного водопостачання. Визначення механізму магнітної обробки, являється одним із актуальних завдань і перспективним напрямком наукових досліджень у сфері розробки екологічно безпечних технологій.

Використання магнітного поля для обробки водних розчинів, може дати значний ефект при очищенні забруднених стічних вод в процесах корегування мінерального складу, прояснення та знебарвлення води. Відповідно така обробка, може мати велике значення для вирішення технологічних завдань з організації систем зворотного водопостачання промислових підприємств та екологічних завдань пов'язаних зі зменшенням антропогенного навантаження на природне середовище. Магнітна обробка як з екологічної так і економічної точки зору має ряд переваг по відношенню до існуючих методів очистки стічних вод. Крім того простота реалізації такої обробки та її ефективність робить її одним з перспективних методів для водопідготовки.

Література

Мала гірнича енциклопедія. В 3-х т. / За ред. В. С. Білецького. -- Донецьк: Донбас, 2004. -- ISBN 966-7804-14-3.

В.В. Кармазин. Магнитные, электрические и специальные методы обогащения полезных ископаемых. - М. - 2002.

Білецький В.С., Смирнов В.О. Технологія збагачення корисних копалин. - Донецьк: Східний видавничий дім. - 2004.

Ярошенко П.Е., Монахов Б.С. Электрическое и магнитное воздей-ствие при переработке с.-х. продукции // Механизация и электрификация сельского хозяйства. -- 2003. -- №4. -- С. 27--28.

Хацуков С.М. Исследование свойств электроактивированной воды // Механизация и электрификация сельского хозяйства. -- 2003. -- №3. -- С. 14--15.

Грязнова З.И., Шмигель В.Н., Стерхова Т.Н., Селиверстов Д.В. Магнитная обработка питьевой воды в овощеводстве // Механизация и электрификация сельского хозяйства. -- 1999. -- №7. -- С. 9--10.

Ибрагимов М.И., Бердишев А.С. Импульсная магнитная обработка питьевой воды // Механизация и электрификация сельского хозяйства.--1999. -- №2--3.-- С. 19-20.

Никитенко Г.В. Математическое моделирование аппаратов магнитной обработки воды // Механизация и электрификация сельского хозяйства. -- 2003. -- №6. -- С. 14--16.

Кисла Л., Попова В., Попова С. Направлена дія магнітів // Харчова і переробна промисловість. -- 2003. -- №1. -- С. 26.

Бедрій Я.І., Білінський Б.О., Івах Р.М., Козяр М.М. Промислова екологія. - К.: Кондор, 2010. - 374 с.

Воронов Ю. В., Яковлев С. В. Водоотведение и очистка сточных вод. - М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2006. - 704 с.

Душкин С.С., Евстратов В.Н. Магнитная водоподготовка на химических предприятиях. - М.: Химия, 1986. - 144 с.

Миненко В.И. Электромагнитная обработка воды в теплоэнергетике. - Харьков: Вища школа, 1981. - 97 с.

Классен В.И. Омагничивание водных систем. - М.: Химия, 1978. - 240 с.

Размещено на www.allbest.