Патент на изобретение №2381486

(54) СПОСОБ СЕДИМЕНТАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОДУКТОВ МОКРОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ И СУСПЕНЗИЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области исследования или анализа материалов путем определения их физических свойств. Способ седиментационного исследования продуктов мокрого измельчения и суспензий включает заполнение эталонной жидкостью осадительной емкости. Определяют создаваемое ей давление. Вводят фиксированный объем отбираемой пробы исследуемого продукта. Измеряют приращение давления в осадительной емкости по отношению к начальному после введения отбираемой пробы и через время, соответствующее оседанию твердых частиц контролируемой крупности. Вычисляют содержание в отбираемой пробе твердых частиц контролируемой крупности по формуле: A=h/H×100%, где h – приращение давления по отношению к начальному в осадительной емкости через время, соответствующее оседанию твердых частиц контролируемой крупности; Н – приращение давления по отношению к начальному в осадительной емкости после введения отбираемой пробы исследуемого продукта. Вычисляют по формуле плотность отбираемой пробы продукта: п=в+НS/Vп, где п и в – соответственно плотность отбираемой пробы исследуемого продукта и плотность эталонной жидкости; Н – приращение давления по отношению к начальному в осадительной емкости после введения пробы исследуемого продукта; S – рабочая площадь зеркала жидкости в поперечном сечении осадительной емкости; Vп – объем отбираемой пробы исследуемого продукта. Технический результат направлен на расширение функциональных возможностей за счет определения не только гранулометрического состава исследуемого продукта, но и плотности продукта.

Изобретение относится к области исследования или анализа материалов путем определения их физических свойств, а именно к исследованию продуктов мокрого измельчения и суспензий с использованием явления седиментации – осаждение твердых частиц под действием собственной силы тяжести, и может быть применено для контроля параметров продуктов мокрого измельчения и суспензий в горной, металлургической, химической и строительной отраслях.

Известен способ определения удельного веса (плотности) жидкой смеси, в том числе продуктов мокрого измельчения и суспензий, описанный в приборе для непрерывного определения удельного веса жидкости (а.с. СССР 52697, класс 42¹, 1, 28.02.38). В основе способа лежит измерение высоты столба эталонной жидкости с известным удельным весом, уравновешиваемого через эластичную мембрану столбом испытуемой жидкости постоянной высоты, через эластичную мембрану испытуемой жидкостью воздействуют на поверхность мембраны и фиксируют высоту столба эталонной жидкости. При этом плотность рассчитывают исходя из закона сообщающихся сосудов: h₂:h₁=₁:₂, где h₁ – высота столба испытуемой жидкости, которая постоянна; h₂ – высота столба эталонной жидкости; ₁ – удельный вес испытуемой жидкости; ₂ – удельный вес эталонной жидкости.

Недостаток известного способа, прежде всего, состоит в том, что он позволяет определить только плотность исследуемой жидкой смеси и не позволяет определить гранулометрический состав, что сужает его функциональные возможности.

Известен способ седиментационного исследования продуктов мокрого измельчения и суспензий, в соответствии с которым оценивают содержание частиц контролируемого класса крупности, реализованный в седиментационном гранулометре (а.с. СССР 890157, G01N 15/04, 15.12.81). В соответствии со способом определяют давление, создаваемое водой в осадительной емкости, измеряют приращение давления в осадительной емкости после введения пробы продукта (Но) по отношению к первоначальному. Через время, соответствующее продолжительности оседания частиц контролируемого класса крупности, которое определяют предварительно опытным путем, измеряют еще раз приращение давления (Н₁) в осадительной емкости по отношению к первоначальному. По отношению Но/Н₁ оценивают содержание частиц контролируемого класса крупности в исследуемой пробе продукта.

Наиболее близким к предлагаемому является способ седиментационного исследования продуктов мокрого измельчения и суспензий, реализованный в седиментационном гранулометре (патент РФ 2196974, G01N 15/04, 20.01.03). В соответствии со способом определяют давление начальное, создаваемое водой в осадительной емкости (Но), и давление после введения пробы исследуемого продукта (Hmax). Измеряют приращение давления в осадительной емкости после введения пробы (Hmax-Но). Затем через время, соответствующее продолжительности оседания частиц контролируемого класса крупности, которое определяют предварительно опытным путем, измеряют еще раз приращение давления в осадительной емкости по отношению к первоначальному (Н_I-Но). Относительное содержание частиц контролируемого класса крупности в исследуемой пробе продукта оценивают по отношению (H_I-Ho)/(Hmax-Но).

Недостаток выявленных в процессе патентных исследований известных способов седиментационного исследования продуктов мокрого измельчения и суспензий (аналога и прототипа) состоит в том, что они позволяют определить только гранулометрический состав исследуемого продукта и не позволяют определить его плотность, что сужает функциональные возможности выявленных способов.

Предлагаемое изобретение решает задачу создания способа седиментационного исследования продуктов мокрого измельчения и суспензий, осуществление которого позволяет достичь технического результата, заключающегося в расширении функциональных возможностей способа за счет определения не только гранулометрического состава исследуемого продукта, но и плотности продукта.

Сущность заявленного изобретения состоит в том, что в способе седиментационного исследования продуктов мокрого измельчения и суспензий (далее продукт), включающем заполнение эталонной жидкостью осадительной емкости, определение начального давления, создаваемого эталонной жидкостью в осадительной емкости, введение в эталонную жидкость отбираемой пробы исследуемого продукта, измерение приращения давления по отношению к начальному в осадительной емкости после введения отбираемой пробы, измерение приращения давления по отношению к начальному в осадительной емкости через время, соответствующее оседанию твердых частиц контролируемой крупности, вычисление содержания в отбираемой пробе твердых частиц контролируемой крупности по формуле: A=h/H×100%, где h – приращение давления по отношению к начальному в осадительной емкости через время, соответствующее оседанию твердых частиц контролируемой крупности; Н – приращение давления по отношению к начальному в осадительной емкости после введения отбираемой пробы исследуемого продукта, новым является то, что, кроме того, фиксируют объем отбираемой пробы исследуемого продукта, определяют рабочую площадь зеркала жидкости в поперечном сечении осадительной емкости и вычисляют по формуле плотность отбираемой пробы продукта: п=в+HS/Vп, где п и в – соответственно плотность отбираемой пробы исследуемого продукта и плотность эталонной жидкости; Н – приращение давления по отношению к начальному в осадительной емкости после введения отбираемой пробы исследуемого продукта; S – рабочая площадь зеркала жидкости в поперечном сечении осадительной емкости; Vп – объем отбираемой пробы исследуемого продукта.

Технический результат достигается следующим образом.

Признаки формулы изобретения «включающий заполнение эталонной жидкостью осадительной емкости, определение начального давления, создаваемого эталонной жидкостью в осадительной емкости, введение в эталонную жидкость отбираемой пробы исследуемого продукта, измерение приращения давления по отношению к начальному в осадительной емкости после введения отбираемой пробы,» обеспечивают возможность осуществления заявленного способа путем измерения разности давлений исследуемой и эталонной жидкости, а следовательно, фиксацию приращения давления в осадительной емкости после введения в нее пробы исследуемого продукта.

Измерение приращения давления по отношению к начальному в осадительной емкости через время, соответствующее оседанию твердых частиц контролируемой крупности, обеспечивает возможность разделения частиц в отбираемой пробе продукта по классам крупности, а следовательно, возможность определения гранулометрического состава отбираемой пробы исследуемого продукта.

При этом из вышеизложенного следует, что значения приращения давления по отношению к начальному в осадительной емкости после введения отбираемой пробы и приращения давления по отношению к начальному в осадительной емкости через время, соответствующее оседанию твердых частиц контролируемой крупности в отбираемой пробе, находятся в пропорциональной зависимости с количественным содержанием частиц в отбираемой пробе исследуемого продукта. Это позволяет характеризовать количественное содержание частиц контролируемой крупности в отбираемой пробе через отношение данных величин и выполнять вычисление содержания твердых частиц контролируемой крупности по формуле: A=h/H×100%, где h – приращение давления по отношению к начальному в осадительной емкости через время, соответствующее оседанию твердых частиц контролируемой крупности; Н – приращение давления по отношению к начальному в осадительной емкости после введения отбираемой пробы.

Кроме того, авторами изобретения предложена формула для расчета плотности отбираемой пульпы: п=в+HS/Vп, где п и в – соответственно плотность отбираемой пробы исследуемого продукта и плотность эталонной жидкости (например, воды); Н – приращение давления по отношению к начальному в осадительной емкости после введения отбираемой пробы исследуемого продукта; S – рабочая площадь зеркала жидкости в поперечном сечении осадительной емкости; Vп – объем отбираемой пробы исследуемого продукта. В результате введение в заявленный способ операций фиксации объема пробы исследуемого продукта и определения рабочей площади зеркала жидкости в поперечном сечении осадительной емкости позволило результаты седиментационного исследования, необходимые для определения гранулометрического состава исследуемого продукта, а именно измерение Н, использовать не только для определения содержания в исследуемом продукте твердых частиц контролируемой крупности, но и для определения плотности исследуемого продукта, что расширяет функциональные возможности заявленного способа. Ранее результаты седиментационного исследования, а именно измерение Н – приращение давления по отношению к начальному в осадительной емкости после введения отбираемой пробы исследуемого продукта, в совокупности с фиксацией объема отбираемой пульпы и измерением рабочей площади зеркала жидкости в поперечном сечении осадительной емкости, для расчета плотности отбираемой пульпы не использовались и впервые использованы авторами изобретения посредством предложенной расчетной формулы.

Физический смысл расчетной формулы объясняется следующим образом. Как было показано выше, приращение давления по отношению к начальному в осадительной емкости после введения отбираемой пробы исследуемого продукта пропорционально общему количеству частиц в отбираемой пробе исследуемого продукта. Следовательно, отношение Н/Vп характеризует количество частиц в пробе, приходящихся на единицу объема пробы, т.е. плотность частиц в единице объема пробы. Так как частицы в осадительной емкости распределяются по всему ее поперечному сечению практически равномерно, то произведение S×H/Vп характеризует плотность отбираемой пробы исследуемого продукта без учета плотности воды.

При этом S – рабочая площадь зеркала жидкости в поперечном сечении осадительной емкости для конкретной осадительной емкости, является величиной известной (например, указана в паспорте на изделие) или вычисляется по результатам обмеров.

Из вышеизложенного следует, что заявленный способ седиментационного исследования продуктов мокрого измельчения и суспензий при осуществлении обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в расширении функциональных возможностей способа за счет определения не только гранулометрического состава исследуемого продукта, но и плотности продукта.

Заявленный способ седиментационного исследования продуктов мокрого измельчения и суспензий реализуют следующим образом. Заполняют эталонной жидкостью осадительную емкость. Определяют начальное давление, создаваемое эталонной жидкостью в осадительной емкости. Вводят в эталонную жидкость отбираемую пробу исследуемого продукта. Фиксируют объем отбираемой пробы исследуемого продукта. Измеряют приращение давления по отношению к начальному в осадительной емкости после введения отбираемой пробы. Измеряют приращение давления по отношению к начальному в осадительной емкости через время, соответствующее оседанию твердых частиц контролируемой крупности. Определяют рабочую площадь зеркала жидкости в поперечном сечении осадительной емкости.

Вычисляют содержание в отбираемой пробе твердых частиц контролируемой крупности по формуле: A=h/H×100%, где h – приращение давления по отношению к начальному в осадительной емкости через время, соответствующее оседанию твердых частиц контролируемой крупности; Н – приращение давления по отношению к начальному в осадительной емкости после введения отбираемой пробы исследуемого продукта.

Вычисляют по формуле плотность отбираемой пробы продукта: п=в+HS/Vп, где п и в – соответственно плотность отбираемой пробы исследуемого продукта и плотность эталонной жидкости; Н – приращение давления по отношению к начальному в осадительной емкости после введения пробы исследуемого продукта; S – рабочая площадь зеркала жидкости в поперечном сечении осадительной емкости; Vп – объем отбираемой пробы исследуемого продукта.

Способ может быть реализован посредством седиментационного гранулометра, описанного в авторском свидетельстве СССР 890157, G01N 15/04, 15.12.81. Седиментационный гранулометр содержит осадительную емкость; сообщающуюся с ней измерительную трубку; датчик уровня эталонной жидкости в измерительной трубке; трубу для ввода эталонной жидкости и отбираемой пробы с направляющим отражателем; устройство для бесконтейнерной отправки отбираемой пробы исследуемого продукта по трубопроводу, которое содержит автоматический пробоотборник, накапливающий фиксированный объем отбираемой пробы.

Осадительную емкость заполняют до перелива эталонной жидкостью, чаще всего водой. Датчик уровня эталонной жидкости фиксирует в измерительной трубке начальный уровень, который соответствует начальному давлению, создаваемому эталонной жидкостью в осадительной емкости. Затем в осадительную емкость с помощью сжатого воздуха подают фиксированный объем отбираемой пробы исследуемого продукта, накопленного с помощью автоматического пробоотборника. При этом из осадительной емкости вытесняется часть объема эталонной жидкости, равная объему введенной отбираемой пробы. Вес столба гидросмеси в осадительной емкости увеличивается при сохранении его высоты, а уровень эталонной жидкости в измерительной трубке повышается, что фиксирует датчик уровня. Пользуясь показаниями датчика уровня, измеряют приращение давления (Н) в осадительной емкости по отношению к начальному после введения отбираемой пробы. Разница давлений гидросмеси в осадительной емкости и эталонной жидкости (воды) в сообщающейся с ней измерительной трубке будет пропорциональна весу твердых частиц в веденной отбираемой пробе. Затем через время, соответствующее оседанию твердых частиц контролируемой крупности, еще раз измеряют аналогично предыдущему приращение давления (h) по отношению к начальному. После этого вычисляют содержание в отбираемой пробе твердых частиц контролируемой крупности по формуле: A=h/H×100%, где h – приращение давления по отношению к начальному в осадительной емкости через время, соответствующее оседанию твердых частиц контролируемой крупности; Н – приращение давления по отношению к начальному в осадительной емкости после введения отбираемой пробы исследуемого продукта.

Вычисление плотности отбираемой пробы продукта выполняют по формуле: п=в+HS/Vп, где п и в – соответственно плотность отбираемой пробы исследуемого продукта и плотность эталонной жидкости; Н – приращение давления по отношению к начальному в осадительной емкости после введения отбираемой пробы исследуемого продукта; S – рабочая площадь зеркала жидкости в поперечном сечении осадительной емкости; Vп – объем отбираемой пробы исследуемого продукта. Значение Vп и S обычно берут из технических характеристик устройства. Если рабочая площадь зеркала жидкости в поперечном сечении осадительной емкости S не отражена в технической документации на устройство, то ее вычисляют. Например, для описываемого устройства рабочая площадь зеркала жидкости в поперечном сечении осадительной емкости будет равна разности между значением площади поперечного сечения осадительной емкости и площади поперечного сечения трубы для ввода эталонной жидкости и отбираемой пробы.

Формула изобретения

Способ седиментационного исследования продуктов мокрого измельчения и суспензий (далее – продукт), включающий заполнение эталонной жидкостью осадительной емкости, определение начального давления, создаваемого эталонной жидкостью в осадительной емкости, введение в эталонную жидкость отбираемой пробы исследуемого продукта, измерение приращения давления по отношению к начальному в осадительной емкости после введения отбираемой пробы, измерение приращения давления по отношению к начальному в осадительной емкости через время, соответствующее оседанию твердых частиц контролируемой крупности, вычисление содержания в отбираемой пробе твердых частиц контролируемой крупности по формуле: A=h/H·100%, где h – приращение давления по отношению к начальному в осадительной емкости через время, соответствующее оседанию твердых частиц контролируемой крупности; Н – приращение давления по отношению к начальному в осадительной емкости после введения отбираемой пробы исследуемого продукта, отличающийся тем, что, кроме того, фиксируют объем отбираемой пробы исследуемого продукта, определяют рабочую площадь зеркала жидкости в поперечном сечении осадительной емкости и вычисляют по формуле плотность отбираемой пробы исследуемого продукта: п=в+HS/Vп, где п и в соответственно плотность отбираемой пробы исследуемого продукта и плотность эталонной жидкости; Н – приращение давления по отношению к начальному в осадительной емкости после введения отбираемой пробы исследуемого продукта; S – рабочая площадь зеркала жидкости в поперечном сечении осадительной емкости; Vп – объем отбираемой пробы исследуемого продукта.