способ определения мелкодисперсной ферромагнитной фракции железосодержащих примесей промышленных выбросов

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕЛКОДИСПЕРСНОЙ ФЕРРОМАГНИТНОЙ ФРАКЦИИ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ ПРИМЕСЕЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЫБРОСОВ, включающий фильтрование потока среды через намагниченную насадку, отбор проб примесей до и после насадки, определение гравиметрическим методом количества примесей и относительного снижения содержания примесей, отличающийся тем, что, с целью повышения оперативности и точности измерений содержания ферромагнитных железосодержащих примесей в газообразном потоке, в отобранных пробах примесей дополнительно химическим методом определяют количество и относительное снижение содержания примесей, а содержание ферромагнитной фракции железосодержащих примесей, выделенной из газообразного потока, определяют отношением относительного снижения содержания примесей, определяемых гравиметрическим методом в пробах до и после насадки к относительному снижению содержания железосодержащих примесей, определяемых химическим методом в этих же пробах.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области магнитного разделения материалов, а именно методам определения доли ферромагнитной фракции примесей в среде, и может быть использовано, например, в металлургической, машиностроительной промышленности для измерения содержания частиц, обладающих магнитными свойствами, с целью определения целесообразности применения магнитных фильтров-осадителей для удаления мелкодисперсных примесей из газообразных промышленных выбросов.

Известен способ определения количества твердой фракции ферромагнитного материала, заключающийся в том, что осуществляют циркуляцию заданного объема анализируемой жидкости через намагниченную фильтрующую насадку и между выходом жидкости из насадки и ее входом в насадку измеряют содержание в этой жидкости твердой фракции материала, а циркуляцию проводят до достижения постоянного остаточного содержания твердой фракции, при этом на жидкость периодически воздействуют затухающим переменным магнитным полем вне насадки для размагничивания остающихся в жидкости частиц твердой фракции материала. Недостатками способа являются низкая производительность, связанная с необходимостью нескольких циклов фильтрования среды через насадку, а также затрудненность применения для газообразных сред, тем более в условиях действующего производства.

Наиболее близким по технической сущности и практической реализации к предлагаемому изобретению является способ определения содержания магнитовосприимчивой фракции примеси в среде, включающий разделение анализируемой среды на две-три части, каждую из которых пропускают при заданных параметрах через намагниченную гранулированную насадку, смешивают, определяют содержание примеси для частей и всей среды, после чего вычисляют значение магнитовосприимчивой фракции примеси. К недостаткам данного способа относится невысокая достоверность и точность измерений. Так как вычисление доли магнитовосприимчивой фракции примеси осуществляется с использованием теории и уравнения магнитофильтрационной очистки, то точность результата зависит не только от точности измерения содержания примеси, но также задания и определения параметров фильтрования среды через насадку.

Целью изобретения является повышение оперативности анализа и точности измерений содержания ферромагнитных железосодержащих примесей в газообразном потоке.

Достигается это тем, что при определении мелкодисперсной ферромагнитной фракции железосодержащих примесей промышленных выбросов осуществляют фильтрование потока среды через намагниченную насадку, отбор проб примесей до и после насадки, определение гравиметрическим методом количества примесей и относительного снижения содержания примесей, кроме того, в отобранных пробах примесей дополнительно химическим методом определяют количество и относительное снижение содержания примесей, а содержание ферромагнитной фракции железосодержащих примесей, выделенной из газообразного потока, определяют отношением относительного снижения содержания примесей, определяемых гравиметрическим методом в пробах до и после насадки к относительному снижению содержания железосодержащих примесей, определяемых химическим методом в этих же пробах.

При очистке жидкостей и газов от твердых примесей, например железосодержащих частиц, основным показателем эффективности очистки (показателем осаждения частиц) служит относительное снижение содержания примесей: = (C_o - C)/C_o, где С_о и С - начальное и конечное содержание примесей в среде. При магнитном осаждении частиц примесей активной фракцией является ферромагнитная (ферримагнитная, антиферромагнитная), показатель осаждения которой находится аналогично определению : " = (C_o" - C")/C_o", где С_о" и C" - начальное и конечное содержание примесей, входящих в активную фракцию частиц (ферромагнитных примесей).

Представив величины C_o" и C" как C_o" = C_o - C"" и C" = C - C"", где C" - содержание неферромагнитных примесей, после преобразований найдем связь между и "

= (1)

Отношение C_o"/C_o соответствует доле ферромагнитной фракции примесей , следовательно,

= /". (2)

Таким образом, после нахождения значений показателя осаждения всех фракций примесей в целом и показателя осаждения ферромагнитной фракции примесей довольно просто определяется значение доли ферромагнитной фракции.

Газообразные промышленные выбросы, а также другие газовые среды, являются как раз теми объектами, к которым применима формула (2) для нахождения . Это связано с тем, что отбор проб твердых примесей для анализа осуществляют на фильтры, например, АФА, к которым применим как гравиметрический, так и химический методы определения содержания примесей. Гравиметрический анализ проб твердых примесей, осажденных на фильтры АФА, до и после пропускания газа через насадку позволяет определить показатель осаждения . Химический анализ примесей на фильтрах, например сульфосалицилатным или роданидовым методом, позволяет определить относительное снижение содержания железосодержащих частиц ", которые в подавляющем своем большинстве обладают магнитными свойствами. В вышеназванных фотоколориметрических методах анализа используются химические реакции, при которых определяемое вещество (в нашем случае железо) переходит в окрашенное соединение, вызывающее изменение окраски анализируемого раствора. Существует зависимость между интенсивностью окраски раствора и содержанием в этом растворе окрашенного вещества, которая описывается законом Бугера-Ламберта-Бера

I = I₀ 10^-kCl, (3) где I - интенсивность светового потока прошедшего через раствор;

I₀ - интенсивность падающего на раствор светового потока;

k - коэффициент поглощения светового потока - постоянная величина, характерная для каждого окрашенного вещества;

С - концентрация окрашенного вещества в растворе;

l - толщина слоя светопоглощающего раствора.

Если прологарифмировать уравнение закона Бугера-Ламберта-Бера и изменить знаки на обратные, то уравнение принимает вид

lg(I₀/I) = kCl. (4)

Величина lg(I₀/I) называется оптической плотностью и обозначается буквой D

D = lg(I₀/I) = kCl. (5)

Из этого уравнения вытекает, что оптическая плотность раствора прямо пропорциональна концентрации окрашенного вещества и толщине слоя раствора. Таким образом, при одинаковой толщине слоя раствора (толщине рабочей кюветы фотоколориметра) оптическая плотность раствора будет тем больше, чем больше концентрация окрашенного вещества, при этом значение D прямо пропорционально С.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Газообразный поток пропускают через намагниченную гранулированную насадку и отбирают пробы твердых примесей на фильтры АФА до и после насадки. Затем проводят взвешивание фильтров и, сравнивая с результатами предварительного взвешивания чистых фильтров, определяют относительное снижение содержания примесей .

После этого фильтр АФА помещают в плоскодонную колбу емкостью 50 мл и обрабатывают его 10 см³ предварительно приготовленного 10%-ного раствора соляной кислоты. Раствор с фильтром тщательно перемешивают стеклянной палочкой и нагревают на электрической плитке до кипения. Затем жидкость количественно переносят в мерную колбу вместимостью 100 см³, а фильтр переносят на воронку и тщательно промывают дистиллированной водой. Все промывные жидкости собирают в мерную колбу с исследуемым раствором и доводят уровень жидкости дистиллированной водой до 1000 см³.

Для определения оптической плотности отбирают 25 см³ исследуемого раствора, прибавляют к нему 1 см³ сульфосалициловой кислоты, 1 см³хлорида аммония NH₄Cl и 1 см³ раствора аммиака NH₃ H₂O, тщательно перемешивая раствор после добавления каждого реактива. Объем раствора в мерной колбе доводят до метки 50 см³ дистиллированной водой и выдерживают 5 минут до развития желтой окраски. Измеряют оптическую плотность окрашенных растворов фотоколориметрами (например, марки КФК-2-УХЛ4.2), используя синий светофильтр ( = 440 нм) и кюветы толщиной 30 мм.

Учитывая прямую пропорциональную зависимость между оптической плотностью и концентрацией (5), определяют относительное снижение железосодержащих примесей " и по формуле (2) вычисляют значение .

П р и м е р. Через намагниченную гранулированную насадку фильтруют отходящий газ электродуговой сталеплавильной печи и одновременно отбирают на фильтры АФА при одинаковом расходе пробы пыли до и после насадки. Масса пыли на фильтре до насадки составляют 9,25 мг, после насадки - 3,95 мг. Показатель осаждения всех твердых примесей равен = (9,25-3,95)/9,25 = 0,573. После этого сульфосалицилатным методом определяют содержание железосодержащих примесей на фильтрах и по оптической плотности оценивают их относительное снижение, которое составило " = 0,618. Доля ферромагнитной фракции железосодержащих примесей в отходящих газах таким образом составила = =0,573/0,618 = 0, 927.

Повышение оперативности анализа в предлагаемом способе достигается за счет однократного фильтрования среды через насадку и сокращения числа отбираемых проб примесей.

Определение доли ферромагнитной фракции примесей не связано с использованием каких-либо уравнений магнитного осаждения, а достигается вследствие выделения неферромагнитных примесей при использовании гравиметрического и химического методов анализа проб примесей до и после насадки, что позволяет повысить точность и достоверность измерений.

Предлагаемый способ определения мелкодисперсной ферромагнитной фракции железосодержащих примесей промышленных выбросов значительно упрощает проведение анализа в промышленных условиях за счет простого и доступного аппаратурного обеспечения и при этом обладает высокой оперативностью и точностью.