ИССЛЕДОВАНИЕ СУШКИ ГИДРОГЕЛЯ ПОСЛЕ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ШЛАМА

Ряполов Вадим Владимирович

студент кафедры металлургии и металловедения, факультета ММТ СТИ НИТУ МИСиС, РФ, г. Старый Оскол

E-mail:

Жиденко Алексей Иванович

студент кафедры металлургии и металловедения, факультета ММТ СТИ НИТУ МИСиС, РФ, г. Старый Оскол

E-mail:

Русанов Павел Сергеевич

студент кафедры металлургии и металловедения, факультета ММТ СТИ НИТУ МИСиС, РФ, г. Старый Оскол

E-mail: 

Скрипченко Виталий Владимирович

студент кафедры металлургии и металловедения, факультета ММТ СТИ НИТУ МИСиС, РФ, г. Старый Оскол

E-mail: 

Тимофеева Анна Стефановна

научный руководитель, канд. техн. наук, доцент кафедры ММ СТИ НИТУ МИСиС,
РФ, г. Старый Оскол

E-mail:

На сегодняшнее время, актуально проблемой является «рациональное использование природных ресурсов». В частности, металлургический шлам, который образуется в процессе производства.

В шламе содержатся ценные компоненты (прежде всего железо), утилизация которых экономически оправдана [2]. Кроме этого, при полном цикле использования шламов решаются вопросы охраны окружающей среды, так как хранение шламов в отвалах наносит вред природе.

Пыли металлургического производства обычно не требуют какой-либо предварительной подготовки перед утилизацией. Шламы, прежде чем их использовать (например в качестве компонента шихты), необходимо подвергнуть отстаиванию, обезвоживанию (сгущению, фильтрованию, сушке). Существуют следующие способы обезвоживания металлургического шлама: сгущение, фильтрование, сушка, обезвоживание.

Одним из самых менее затратных и простых способов обезвоживания, по нашему мнению, являются гранулы гидрогеля, которые очень хорошо впитывают воду. Гидрогель представляет собой высушенный гель, образующийся из радикальной полимеризации и гидрофильных мономеров (например, акриламида, гидроксил - алкилметакрилатов). Товарный гидрогель выпускают в виде порошка или шаровидных гранул размером от 1—15 мм. Гидрогель - один из самых первых синтетических сорбентов, который нашел применение в промышленности [2].

Гидрогель после осушивания шлама должен подвергаться сушке, чтобы его можно использовать повторно. На экспериментах было установлено, что на открытом воздухе 600 граммов гидрогеля сушится в среднем 7 дней.

Так же было предложено сушить гидрогель путем продувки горячим газом. Был проведен эксперимент по сушке гидрогеля на экспериментальной установке на кафедре СТИ НИТУ «МИСиС»,схема которой представлена на рис.1.

Рисунок 1. Схема лабораторной установки для исследования процесса сушки гранулированного материала. 1-цилиндр ,2-электрический термометр, измеряющий температуру входного воздуха,3-слой гидрогеля,4-труба, по которой подается нагретый воздух,5-вход горячего газа в слой,6-весы, на которые поставлена вся установка,7-датчик температуры геля

Результаты сушки гидрогеля представлены в таблице1.

Таблица 1.

Результаты эксперимента

Средняя скорость сушки была рассчитана  для расхода 250 и 500 л/мин по формуле [1]:

 (1)

Анализируя полученные данные, можно сделать вывод, что при расходе газа 250 л/мин сушка будет 239 минут, что в 42 раза быстрее по сравнению с сушкой на открытом воздухе. При расходе 500 л/мин сушка будет составлять 190минут, что быстрее сушки на открытом воздухе в 53,3 раза.

Так же, была проведена сушка гидрогеля выше с температурой воздуха 150⁰С.

Таблица 2.

Сушка при 150 ⁰С

Сушка геля при температуре 100 ⁰С ведет себя стабильно, но при повышении температуры выше 100 ⁰С гидрогель начинает разрушаться рис. 2, в связи с кипением  воды внутри самого материала.

Рисунок 2. Разрушенный силикагель.

Был проведен расчет необходимого расхода воздуха  для сушки 1 тонны гидрогеля в течении 190 минут по формуле:

 (2)

где:  - расход газа во время опыта;

- масса гидрогеля, подвергаемая сушке;

- масса гидрогеля пошедшая на сушку во время опыта.

Вывод: для сушки 1 тонны гидрогеля, в течении 190 минут необходим расход воздуха равный 1,388 м³/с. Сушку силикагеля необходимо проводить при температуре ниже 100 ⁰С, чтобы избежать разрушения гидрогеля.

Список литературы:

1. Тимофеева А.С. Федина В.В. Металлургическая теплотехника (техническая термодинамика, механика жидкостей и газов) : лабораторный практикум.  Старый Оскол: СТИ НИТУ МИСиС, 2012. - 140 с.
2. Черная металлургия. Нынешнее состояние, проблемы и перспективы развития металлургии. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://emchezgia.ru/ekologiya/14_Ispolzovanie_shlamov.php (дата обращения: 18.01.2016).