Интенсификация процессов извлечения редких металлов при электро-гидроимпульсной дезинтеграции

Установка состоит из системы электроимпульсного питания (рисунок 9), трёх конденсаторов (рисунок 8), накапливающих напряжение, и рабочей камеры (рисунок 10), наполненной механической водой, к которой подходят два электрода(катод и анод), проводящие высоковольтный импульсный заряд сквозь диэлектрическую среду. Подлежащий разрушению материал загружается в рабочую камеру.

Техническая характеристика установки:

Масса единовременной загрузки, кг	0,1-0,4
Продолжительность одного цикла, мин:
при дроблении до 10мм, не более	20
при дроблении до 20мм, не более	10
Производительность при непрерывной работе, кг\ч:
при дроблении до 10мм, не более	2
при дроблении до 20мм, не более	3
Крупность исходного продукта, мм, не более	3
Крупность готового продукта,мм	1,2,3,4,5
Энергия импульса, кДж, не более	1
Частота следований импульсов, с-1, не более	10
Напряжение, В	380
Установленная мощность, кВт*ч\т	20
Габаритный размеры,мм:
Ширина	500
Длина	400
Высота	260
Масса, кг, не более	300

Рисунок 8. Конденсаторы (4 мкФ)

Рисунок 9. Система электроимпульсного питания (слева), рабочая камера (справа)

Электроимпульсное измельчение материалов, как правило, проводят в воде. Применение диэлектрических жидкостей (органических масел) часто бывает просто исключено из-за их воздействия на поверхностные свойства измельченных минеральных частиц (например, изменяется флотируемость материалов). А с другой стороны, геометрия электродов такова, что формирование импульсов напряжения с требуемыми параметрами (амплитудой и длительностью фронта) не представляет особых затруднений, даже если используется техническая вода.



Рисунок 10. Принципиальная электрическая схема установки для дезинтеграции геологических проб

Рисунок 11. Рабочая камера

В целом установка избирательной дезинтеграции геологических проб имеет следующие преимущества:

обеспечивает дезинтеграцию проб от 40 до 1 мм в один прием с производительностью 5-10 кг/ч;

исключает механические потери проб, «заражение» проб материалом
предыдущей пробы и аппаратурным железом, а также пылеобразование;

- обеспечивает высокую избирательность и сохранность природной формы кристаллов и зерен, слагающих породу.

Опыт эксплуатации описанной установки на различных рудах и материалах показал их высокую надежность и хорошую избирательность дезинтеграции, а также удобство обслуживания. В частности, при дроблении серицитолита, представленного на 99% кварцем и на 1% серицитом, требовалось обеспечить сохранность зерен серицита при минимальном ошламовании. При механическом дроблении пробы происходило истирание полезного компонента более твердым и прочным кварцем. Электроимпульсное дробление позволило получить серицит в виде неповрежденных чешуек и агрегатов. По заключению специалистов это делает данный метод весьма перспективным (и, возможно, единственным) для дробления пород с низкой массовой долей (10% и менее) полезного компонента без нарушения его кристаллической структуры.

2.2 Отбор проб рудных материалов и анализ их основных технологических свойств

Пробы объектов исследования - основных типов рудного сырья сложного химико-минералогического состава (сульфидных и свинцово-цинковых) отбирались в благоприятное летнее время. Дополнительно набирались образцы сульфидных мономинералов. Месторождения, на которых отбирались исходные материалы расположены на территории одной промышленной зоны, объединяющей соответствующие горно-обогатительные комплексы на Алтае, в Восточном Казахстане и в России.[13]

Материалы рубцовской крупнодробленой сульфидной руды и сульфидной медной руды сложного химико-минералогического состава обычно являются трудными объектами для обогащения и металлургии, а значит источниками огромных потерь. Высокие потери связываются с особенностями технологических свойств сырья. Проявление и соотношение их на различных месторождениях в большей или меньшей мере отличны друг от друга из-за индивидуальных отклонений в термобарохимических режимах первичного или вторичного минералообразования, свойственного для каждого конкретного случая формирования месторождений.

Результаты исследований, направленные на изучение индивидуальных особенностей проявления технологических свойств труднообогатимых материалов различного вещественного состава составляющих сульфидных минералов, особенностей их взаимодействия, позволят интенсифицировать основные технологические процессы вскрытия и окислительного выщелачивания - наиболее важный и сложный процесс, обеспечить глубокую переработку и освоение нетрадиционного сырья.

При разработке технологии переработки сложного сырья выбор реагентов, основных процессов и оборудования для исследований основывается на результатах анализа основных технологических свойств объектов исследования - вещественных (химический, фазовый, минералогический, гранулометрический состав) и энергетических (электрические и электрохимические свойства). Для получения необходимых данных и подготовки предварительных исследований по изучению физико-химических закономерностей процессов вскрытия и окислительного выщелачивания сульфидного сырья сложного химико-минералогического состава проведен анализ основных вещественных и энергетических характеристик исходных материалов.

2.2.1 Сульфидные руды

Сульфидные руды - природные минеральные образования, состоящие из сернистых соединений металлов (сульфидов); к ним относятся также селенистые, теллуристые, мышьяковистые и сурьмянистые соединения металлов. Сульфидные руды - важный источник для получения Ni, Со, Cu, Zn, Pb, Мо, Bi, Sb и Hg. В состав сульфидных руд, кроме сульфидов, входят др. минералы, в том числе и не содержащие металлы (кварц, кальцит, иногда барит, слюдистые минералы и др.). В зависимости от соотношения сульфидов и др. минералов выделяют сплошные, или массивные, с преобладанием сульфидов, и прожилковые, или вкрапленные, с преобладанием несульфидных минералов. Сульфидные руды бывают простые, или монометаллические, и комплексные, или полиметаллические. Особенно распространены полиметаллические Сульфидные руды, в состав которых входят сульфиды меди, цинка и свинца, а также комплексные медные руды, никелевые руды, кобальтовые руды, сурьмяные руды и ртутные руды. Во многих сульфидных рудах в качестве примесей присутствуют Pt, Au, Ag, Cd, In, Se, Те. Большинство месторождений сульфидных руд относится к эндогенным месторождениям с преобладанием среди них гидротермальных месторождений. Рудные тела чаще всего представлены жилами, а также пластами, линзами, штоками и трубообразными залежами. Такие тела протягиваются в длину и на глубину на сотни метров- несколько километров. Запасы сульфидных руд в них достигают сотен миллионов и даже миллиардов тонн, а запасы металлов - десятков, сотен тысяч и даже нескольких миллионов тонн, при содержании металлов в руде от десятых долей до нескольких десятков процента.

В опытах были использованы два типа сульфидных руд: сульфидная медная руда (рисунок 11) и Рубцовская крупнодробленая сульфидная руда (рисунок 12).

Рисунок 11. Сульфидная медная руда

Рисунок 12. Рубцовская крупнодробленая сульфидная руда

Рисунок 13. Фотография участка исходного образца сульфидной медной руды на растровом электронном микроскопе

Рисунок 14. Фотография участка исходного образца рубцовской сульфидной руды на растровом электронном микроскопе

2.2.2 Анализ основных вещественных и энергетических характеристик объектов исследования

Проведен анализ химического, минералогического и фазового состава исходных материалов, для рудных образцов - анализ электрических характеристик.[14]

В результате анализа вещественных характеристик было установлено следующее:по технологическим свойствам рудный материал указанных объектов относят в основном к переходному и/или метаколлоидному типам руд. Они характеризуются наличием продуктов распада твердых растворов, изменением содержаний полезных элементов в различных модификациях минералов и широким диапазоном изменения свойств одноименных минералов.

Отобранные пробы рудных материалов представляют собой различного химико-минералогического состава (химический состав приведен в таблице 3).

Таблица 3

Химический состав исходных материалов

Наименование материала	Состав, весовые %
	Cu	O	Fe	Al	Si	S	K	Zn	Pb
Сульфидная медная руда	26.37	19.77	23.18	1.53	12.82	16.14	0.19	-	-
Рубцовская крупнодробленая сульфидная руда	3.36	10.53	3.28	-	-	15.15	-	3.78	63.91

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ РАЗРУШЕНИЯ ИСХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ЭЛЕКТРОГИДРОИМПУЛЬСНОЙ ДЕЗИНТЕГРАЦИИ

3.1 Краткая характеристика исходной пробы сульфидной медной руды

Результаты химического анализа исследуемой пробы руды приведены в таблице 3. Они свидетельствуют о том, что руда богата цветными и благородными металлами. Промышленно значимыми являются медь, железо и сера.

Материал исследуемой пробы представлен сульфидной полиметаллической рудой смешанного типа (по содержанию вторичных сульфидов меди) от средне- до тонкозернистой структуры.

Было установлено, что основными рудными минералами являются (в порядке их количественного убывания: сфалерит, халькопирит, пирит, галенит. В качестве второстепенных - ковеллин, халькозин, англезит, смитсонит, блеклая руда, борнит.

По сфалериту развивается в виде тонких оторочек смитсонит, по галениту каемки англезита. Заметно наличие в руде вторичных минералов меди: чаще ковеллин, реже - халькозин и редко - борнит.

Ковеллин развивается чаще по халькопириту, реже сфалериту, пириту, иногда - галениту в виде тонких примазок, оторочек, тонких прожилков и прожилковых выделений, размеры которых не превышают сотых долей миллиметра.

Минералогический состав представлен на рисунке 15.

Таблица 4

Химический состав сульфидной медной руды

Компонент	Содержание, весовые %
Кремний	17,22
Медь	31,14
Железо	27,95
Хлор	0,24
Кальций	0,19
Магний	0,59
Алюминий	1,53
Сера	21,14

Основные рудные минералы находятся или в виде сплошных зернистых скоплений, измеряемых десятыми долями миллиметра или в тесных взаимных прорастаниях. Сфалерит очень тесно (37 k) ассоциирует с галенитом и халькопиритом. А последние среди сфалерита образуют субграфические структуры со сложно-извилистыми границами срастания. Среди сфалерита наблюдаются тонкие (около 3 k) вростки и неправильной формы выделения галенита и халькопирита, сеть тонких нитевидных прожилков галенита, эмульсионная вкрапленность халькопирита. Местами встречаются колломорфные образования сфалерита, по которым развивается галенит в виде тонких (27 k) вростков и каемок.[15]

В отдельных участках халькопирит сечется сетью тонких прожилков сфалерита и галенита, по которым развиваются ковеллин и халькозин.

а б

а - включения халькопирита, галенита, пирита в сфалерите; б - включения мелкого пирита в халькопирите, прожилок галенита в сфалерите

Рисунок 15. Сульфидная медная руда

Среди почковидных стяжений пирита наблюдаются тонкие (320 k) вростки и прожилки халькопирита и галенита, а местами и сфалерита. Халькопирит заполняет в пирите тонкие трещинные (37 k) и межзерновые промежутки (до 50 k).

Среди халькопирита пирит находится в виде изометричных и неправильных выделений размером 370 k.

Степень раскрытия рудообразующих минералов при измельчении руды до 90% - 44 k приведена в таблице 5.

Из приведенных данных видно, что при таком тонком измельчении руды около 60% сфалерита и 35% халькопирита и галенита находятся в сростках друг с другом. Причем галенит и халькопирит, образующие часто вростки и приростки к сфалериту, имеют преобладающие размеры выделений в сростках в интервале 720 k.

Предварительные исследования показали, что изыскивать методы раскрытия зерен крупностью порядка 5 k нецелесообразно, поскольку вскрытие всего лишь 2/3 зерен потребовало бы измельчения руды до 1 k, что значительно превышает возможности существующих методов измельчения. Кроме того, осуществлять тончайший помол этого материала не имело бы смысла, так как разделить подобные частицы флотацией почти невозможно.

Руда содержит флотоактивные тонкодисперсные вязкие глины (до 20%) и сажистые минералы - компоненты, присутствие которых крайне неблагоприятно при проведении процессов флотации и выщелачивания.

Таблица 5

Степень раскрытия рудообразующих минералов при измельчении

Минералы	Минералы в сростках, % объемн.	Размер минералов в сростках, k
		от	до	преоблад.
Основные
Сфалерит	60	7	45	730
Халькопирит	35	3	30	715
Пирит	50	7	70	730
Галенит	35	3	20	310
Второстепенные
Ковеллин	80	7	30	-
Халькозин	100	10	30	-
Англезит	100	7	-	-
Смитсонит	100	7	30	-
Блеклая руда	100	20	70	2040

Из данных таблицы 6 очевидно, что по фазовому составу исследуемая проба представлена в основном сульфидными формами, в том числе на 18,7% вторичными минералами меди.

Таблица 6

Фазовый состав сульфидной медной руды

Форма соединения	Содержание, %
	абсолютное	относительное
Железо
Общий (сумма)	11,26	100
галенит	8,64	76,7
англезит	1,28	11,4
церуссит	0,92	8,2
остаточные формы	0,19	1,7
Медь
Общий (суммарный)	18,70	100
сульфидный	18,53	99,1
окисленный	0,17	0,9
Сера
Общая (суммарная)	3,29	100
в халькопирите	2,77	84,3
во вторичных (ковеллин, халькозин, борнит)	0,45	13,8
в окисленной форме	0,06	1,9

3.2 Краткая характеристика исходной пробы Рубцовской крупнодробленой сульфидной руды

Результаты химического анализа исследуемой пробы руды приведены в таблице 7. Основные металлы, преобладающие в составе руды: железо, свинец и медь.

Материал исследуемой пробы представлен свинцово-цинковой рудой смешанного типа.

Основные рудные минералы: пирит, сфалерит, смитсонит, галенит. Незначительную долю занимают: халькозин, англезит, плюмбоярозит.

Рисунок 16. Рубцовская крупнодробленая сульфидная руда. Сфалерит в сростках с галенитом (белого цвета).

Таблица 7

Химический состав Рубцовской крупнодробленой сульфидной руды

Компонент	Содержание, весовые %
Медь	16,89
Железо	18,28
Цинк	3,78
Свинец	45,91
Сера	15,15

Нерудный субстрат представлен углерод- карбонат- кремнистым, кремнисто-карбонатным и карбонат- кремнистыми агрегатами. По составу рудных минералов и особенностям их распределения выделяются три разновидности руд, из которых преобладающей является третья.

1. Серно-колчеданные руды

Углерод- кремнисто- карбонатные породы, кремнисто- карбонатные породы, несущие вкрапления пиритов преимущественно глобулярной формы размером 1-50 мкм, образующих иногда линзочки размером 50150 мкм. В отдельных случаях отмечена перекристаллизация глобулярного пирита с образованием кристаллов кубической и додекаэдрической формы. Для этой группы характерно развитие тонких субпараллельных, косо секущих друг друга трещин мощностью от 0,1 до 1,5 мм, выполненных кварцем и карбонатами.

2. Цинковистые и цинковые руды

Нерудная составляющая представлена углеродисто- кремнисто-карбонатным и углеродисто- карбонат- кремнистым субстратом. Рудные минералы представлены пиритом и сфалеритом.

Пирит представлен глобулярными зернами размером от 0,05 до 10 мкм. На 10% пирит представлен вростками в зерна сфалерита, а около 15% пирита представлено зернами зонального строения, в которых пирит занимает центральное место, а сфалерит расположен в виде каемок.[16]

В большей части отмечается перекристаллизация глобулярных пиритов с образованием кристаллов кубической додекаэдрической формы. Вокруг некоторых из них развиваются каемки из сфалерита толщиной от 1 до 6 мкм.

Сфалерит. Содержание сфалерита колеблется в широких пределах. Размер зерен от 5 до 50 мкм. Сфалерит в сростках с глобулярным пиритом образует зерна зонального строения. Форма зерен сфалерита от неправильной с заливообразными контурами до округлой. Размер зерен от 5 до 25 мкм. По сфалериту развивается в небольшом объеме округлой, червеобразной формы смитсонит.

Смитсонит отмечается в виде единичных зерен размером 25-120 мкм, а большей частью образует сростки и вростки со сфалеритом размером 2-10 мкм.

3. Прожилковые свинцово-цинковые руды

Нерудные образования имеют углерод-карбонатно-кремнистый и кремний-карбонатный составы. В некоторых кусках улавливается брекчиевая текстура. Обломки остроугольные, в некоторыхкусках изометрической формы. Отмечаются прожилки кварц-карбонатного, карбонатного, кварцевого состава, к которым наиболее приурочены зерна рудных минералов размером до 500-1200 мкм, большей частью в сростках. Отмечается сеть тонких разнонаправленных трещин мощностью до 1-2 мм, выполненных минеральными образованиями кварц-карбонатного и карбонатного состава.

Пирит на 50% представлен зернами глобулярной, кубической, додекаэдрической формы размером 1-10 мкм. Пирит образует сростки со сфалеритом и реже галенитом в виде эмульсионной вкрапленности в них.

Сфалерит на 30-40% представлен зернами неправильной формы размером до 80 мкм. В некоторых образцах с брекчиевой текстурой, вмещающих минерализацию пород, сфалерит образует петельчатую структуру, локализуясь вокруг обломков породы в виде прерывистых серпообразных зерен со сложными изъеденными контурами. Толщина таких выделений колеблется от 1,5 до 10-12 мкм.

Образует сростки с галенитом, пиритом, смитсонитом. Границы в сростках с галенитом чаще прямолинейные. Отмечаются как вростки зерен галенита в сфалерит, так и сфалерита в галенит.

Смитсонит развивается на сфалерите, образуя оспины округлой формы и червеобразные скопления размером до 12 мкм.

Галенит образует сростки со сфалеритом, пиритом. По отдельным зернам галенита развивается церуссит.

Основная масса рудных минералов представлена сульфидами при широком распространении и окисленных минералов свинца и цинка.

Следует отметить также, что общее содержание железа в руде невысокое - 2,4-3,9%, но оно на 97% представлено сульфидами, и количество пирита составляет 5-8%, что больше, чем галенита в руде и практически столько же, как сфалерита. При больших расходах собирателя, характерного для рассматриваемых руд, пирит будет флотироваться и снижать качество свинцового и цинкового концентратов.

3.3 Электронно-микроскопические исследования структуры материалов, подвергшихся электроимпульсному воздействию

Были исследованы образцы сульфидной руды до и после обработки импульсными пробоями. Проведен анализ участков отборных образцов с ярко выраженными раскрытиями включений металла (рисунок 17-19).

Рисунок 17. Растровая электронная микрофотография участка образца обработанной сульфидной медной руды

Рисунок 18. Участок сульфидной медной руды после электроимпульсного воздействия

Рисунок 19. Сульфидная медная руда. Участок высвободившегося минерала.

Дезинтеграция проходит, главным образом, по границам минеральных зерен, поэтому минеральные индивиды, в том числе сложной формы, максимально высвобождаются от сопутствующих минералов, достигается высокая степень раскрытия сростков.

Дезинтеграция обеспечивает высокую селективность электроимпульсного разрушения многокомпонентных сред, проявляющуюся в улучшении раскрытия зерен полезных минералов с минимальным их разрушением.

Ниже приведены еще несколько фотографий участков рубцовской сульфидной руды.

Рисунок 21. Рубцовская сульфидная руда



Рисунок 22. Раскрытое включение металла

Способ электроимпульсной дезинтеграции металлических руд за счет эффекта избирательного электрического пробоя по металлическим включениям обеспечивает высокую селективность разрушения руды с высокой степенью раскрытия включений металла и его сохранностью от размазывания по поверхности частиц вмещающей породы.

Рисунок 23. Участок сульфидной медной руды

3.4 Эффект расплава

После 15-20 импульсов при пробое на некоторых образцах, как сульфидной медной руды, так и рубцовской крупнодробленой, был замечен эффект плавления “белых” участков образцов (пирит, халькопирит -FeS2, CuFeS2):



Рисунок 24. Участки образцов с расплавленным металлом

3.4.1 Спектральный анализ участков расплава

Рисунок 25. Спектральный анализ расплава минералов



Рисунок 26. Анализ расплавленных участков сульфидной медной руды.

В соответствии с рисунком 25 можно утверждать, что расплаву подвергаются участки с высоким содержанием серы, железа и меди.

На рисунках 24 и 25 отчетливо видно, что в местах расплава минерала преобладают такие металлы, как железо, сера и медь.

Таким образом, исследования показали, что температуры в местах пробоя материала достигают температур плавления медного колчедана и железного колчедана (халькопирита и пирита).

4. Безопасность и экологичность эксплуатации электрогидроимпульсной установки в лаборатории «Iргетас»

4.1 Основные опасные факторы при работе с установкой по электрогидроимпульсной дезинтеграции

Основные опасные факторы при работе с установкой по ЭГИ дезинтеграции это:

1. Поражение электрическим током,

2. Действие вредных веществ в воздухе рабочей зоны;

Ниже подробно рассмотрены опасные факторы и их воздействие на человека, и описаны действия, предпринятые для защиты от этих факторов.

4.1.1 Поражение электрическим током

Поражение человека электрическим током может быть вызвано:

1. С однофазным прикосновением человека к неизолированным токоведущим частям прибора, находящегося под напряжением;

2. С одновременным прикосновением человека к двум токоведущим частям (фазам, полюсам) прибора, находящегося под напряжением;

3. С приближением на опасное расстояние человека, не изолированного от земли, к неизолированным токоведущим частям прибора, находящегося под напряжением;

4. С прикосновением человека не изолированного от земли к металлическим частям прибора (корпус, детали отделки) нормально не находящимися под напряжением, но, оказавшимися под действием последнего в результате замыкания или обрыва питающей линии;

5. С включением человека, находящегося в зоне растекания тока замыкания на землю, на «напряжение шага»;

6. С действием электрической дуги, которая может образоваться при использовании высокого напряжения в результате пробоя изоляции;

7. С освобождением человека, находящегося под напряжением.[17]

Проходя через организм человека, электрический ток оказывает разное действие. В данном случае различают термическое, электрическое, механическое и биологическое действие.

Термическое действие тока проявляется в ожогах отдельных участков тела, нагреве до высокой температуры кровеносных сосудов, нервов, сердца, мозга и других органов, находящихся на пути тока, что вызывает в них серьезные функциональные расстройства.

Электролитическое действие тока выражается в разложении органической жидкости, в том числе и крови, что сопровождается значительными нарушениями их физико-химического состава.

Механическое действие тока выражается в расслоении, разрыве и других повреждений различных тканей организма (мышечной ткани, стенок кровеносных сосудов, сосудов легочной ткани и др.) в результате электродинамического эффекта, а также мгновенного взрывоподобного образования пара от перегретой током тканевой жидкости и крови.

Биологическое действие тока проявляется в раздражении и возбуждении живых тканей организма, а также в нарушении внутренних биоэлектрических процессов, протекающих в нормально действующем организме.

В связи со всем вышеперечисленным были приняты следующие меры по предотвращению возникновения несчастных случаев, связанных с поражением электрическим током.

Изоляция токоведущих частей. Для обеспечения нормальной работы прибора и защиты от поражения электрическим током применена рабочая изоляция - электрическая изоляция токоведущих частей.

Блокировка. Блокировка - это устройство, предотвращающее попадание работающих под напряжение (и под действие ионизирующего излучения) в результате ошибочных действий. В данном приборе применена электрическая блокировка, которая коммутирует блокировочные контакты в цепи управления пускового аппарата.

Защитное заземление. Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Защитное заземление предназначено для устранения опасности поражения электрическим током в случае прикосновения к корпусу и другим нетоковедущим металлическим частям, оказавшимся под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам.

Устройство заземления. Соединение металлических нетоковедущих частей оборудования с землей осуществляется с помощью заземляющих проводников и заземлителя.

Заземлитель - это проводник или совокупность металлически соединенных проводников, находящихся в соприкосновении с землей, или ее эквивалентом.

Для заземления прибора могут быть применены искусственные (предназначенные исключительно для целей заземления), и естественные (находящиеся в земле металлические предметы иного назначения) заземлители.

Заземляющие проводники - это проводники, соединяющие заземляемые части с заземлителем.

Совокупность конструктивно объединенных заземляющих проводников и заземлителя называется заземляющим устройством.

По расположению заземлителя относительно заземляемого оборудования заземляющие устройства (заземления) подразделяются на выносные и контурные.

При выносном заземлении заземлители располагаются на некотором удалении от заземленного оборудования. Заземленные корпуса оборудования могут находиться вне поля растекания - на земле, а напряжение прикосновения при замыкании на корпус будет, максимальным.

При контурном заземлении заземлители располагаются по контуру вокруг заземленного оборудования, поэтому корпуса оборудования, как правило, находятся в зоне растекания тока. В этом случае при замыкании на корпус напряжение прикосновения будет меньше, чем при выносном заземлении. Для заземления прибора могут быть применены оба вида заземления. В лаборатории ГСМ, где производились измерения, прибор заземлен с помощью выносного зеземления. [18]

4.1.2 Защита от вредных веществ в воздухе рабочей зоны

4.1.2.1 Основные вредные вещества. Классификация.

По степени воздействия на организм вредные вещества подразделяют на четыре класса опасности:

1-й - вещества чрезвычайно опасные;

2-й - вещества высокоопасные;

3-й - вещества умеренно опасные;

4-й - вещества малоопасные.

Класс опасности вредных веществ устанавливают в зависимости от норм и показателей, указанных в таблице.

Таблица 8

Нормы и показатели опасных вредных веществ

Наименование показателей	Норма для класса опасности
	1-го	2-го	3-го	4-го
Предельно допустимая концентрация (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны, мг/м3	Менее 0,1	0,1-1,0	1,1-10,0	Более 10,0
Средняя смертельная доза при введении в желудок, мг/кг	Менее 15	15-150	151-5000	Более 5000
Средняя смертельная доза при нанесении на кожу, мг/кг	Менее 100	100-500	501-2500	Более 2500
Средняя смертельная концентрация в воздухе, мг/м3	Менее 500	500-5000	5001-50000	Более 50000
Коэффициент возможности ингаляционного отравления (КВИО)	Более 300	300-30	29-3	Менее 3
Зона острого действия	Менее 6,0	6,0-18,0	18,1-54,0	Более 54,0
Зона хронического действия	Более 10,0	10,0-5,0	4,9-2,5	Менее 2,5

В лаборатории «Іргетас» используются вещества всех четырех классов опасности, однако при работе с ними принимаются все меры безопасности

4.1.2.2 Требования безопасности

На предприятиях, производственная деятельность которых связана с вредными веществами:

-разработаны нормативно-технические документы по безопасности труда при производстве, применении и хранении вредных веществ;

-выполнены комплексы организационно-технических, санитарно-гигиенических и медико-биологических мероприятий.

Мероприятия по обеспечению безопасности труда при контакте с вредными веществами предусматривають:

-замену вредных веществ в производстве наименее вредными, сухих способов переработки пылящих материалов - мокрыми;

-выпуск конечных продуктов в непылящих формах;

-замену пламенного нагрева электрическим, твердого и жидкого топлива газообразным;

-ограничение содержания примесей вредных веществ в исходных и конечных продуктах;

-применение прогрессивной технологии производства (замкнутый цикл, автоматизация, комплексная механизация, дистанционное управление, непрерывность процессов производства, автоматический контроль процессов и операций), исключающей контакт человека с вредными веществами;

-выбор соответствующего производственного оборудования и коммуникаций, не допускающих выделения вредных веществ в воздух рабочей зоны в количествах, превышающих предельно допустимые концентрации при нормальном ведении технологического процесса, а также правильную эксплуатацию санитарно-технического оборудования и устройств (отопления, вентиляции, водопровода, канализации);

-рациональную планировку промышленных площадок, зданий и помещений;

-применение специальных систем по улавливанию и утилизации абгазов, рекуперацию вредных веществ и очистку от них технологических выбросов, нейтрализацию отходов производства, промывных и сточных вод;

-применение средств дегазации, активных и пассивных средств взрывозащиты и взрывоподавления;

-включение в стандарты или технические условия на сырье, продукты и материалы токсикологических характеристик вредных веществ;

-включение данных токсикологических характеристик вредных веществ в технологические регламенты;

-применение средств индивидуальной защиты работающих;

-специальную подготовку и инструктаж обслуживающего персонала;

-проведение предварительных и периодических медицинских осмотров лиц, имеющих контакт с вредными веществами;

-разработку медицинских противопоказаний для работы с конкретными вредными веществами, инструкций по оказанию доврачебной и неотложной медицинской помощи пострадавшим при отравлении.

4.1.2.3 Требования к санитарному ограничению содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны

Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны - обязательные санитарные нормативы для использования при проектировании производственных зданий, технологических процессов, оборудования и вентиляции, а также для предупредительного и текущего санитарного надзора.

Содержание в организме вредных веществ, поступающих в него различными путями (при вдыхании, через кожу, через рот), не должно превышать биологических предельно допустимых концентраций (ПДК).

В соответствии с устанавливаемыми ПДК вредных веществ разработаны методы контроля концентрации загрязняющих веществ в воздухе рабочей зоны.[19]

4.1.2.4 Оздоровление воздушной среды

Оздоровление воздушной среды достигается снижением содержания в ней вредных веществ до безопасных значений (не превышающих величины ПДК на данное вещество), а также поддержанием требуемых параметров микроклимата в производственном помещении.

Снизить содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны можно, используя технологические процессы и оборудование, при которых вредные вещества либо не образуются, либо. не попадают в воздух рабочей зоны. Например, перевод различных термических установок и печей с жидкого топлива, при сжигании которого образуется значительное количество вредных веществ, на более чистое - газообразное топливо, а еще лучше - использование электрического нагрева.

Большое значение имеет надежная герметизация оборудования, которая исключает попадание различных вредных веществ в воздух рабочей зоны или значительно снижает в нем концентрацию их. Для поддержания в воздухе безопасной концентрации вредных веществ используют различные системы вентиляции. Если перечисленные мероприятия не дают ожидаемых результатов, рекомендуется автоматизировать производство или перейти к дистанционному управлению технологическими процессами. В ряде случаев для защиты от воздействия вредных веществ, находящихся в воздухе рабочей зоны, рекомендуется использовать индивидуальные средства защиты работающих (респираторы, противогазы), однако следует учитывать, что при этом существенно снижается производительность труда персонала.

Движение воздуха достигается за счет использования специальных воздуходувных машин - вентиляторов. Такая система общеобменной вентиляции носит название механической. В ряде случаев, особенно в горячих цехах и помещениях со значительным избытком явной теплоты, может быть использован и другой тип общеобменной вентиляции - естественная. Перемещение воздуха при естественной вентиляции достигается за счет разности температур в производственном помещении и наружного воздуха (холодный воздух вытесняет из помещения теплый), а также в результате действия ветра (ветрового давления). Простейшим способом естественной вентиляции является проветривание помещений через окна, форточки или фрамуги. Кроме того, воздух может поступать в помещение и удаляться из него через различные щели и неплотности стен, окон и т.д. (инфильтрация воздуха). Кроме того, естественная вентиляция производственных помещений может осуществляться с помощью специальных технических приемов: аэрацией и с использованием дефлекторов. Наиболее часто для снижения содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны используется механическая вентиляция, иногда возможно использование вентиляции, состоящей из естественной и механической систем.

Необходимое количество воздуха, подаваемого в помещение для снижения содержания в нем вредных веществ до нормы, может быть определено из выражения:

(4),

где  - требуемое количество поступающего (приточного) воздуха, м3/ч;  - требуемое количество удаляемого (вытяжного) воздуха, м3/ч;  - концентрация вредного вещества в поступающем воздухе, мг/м3;  - концентрация вредного вещества в удаляемом воздухе, мг/м3; G - выделяющиеся в помещении с внутренним объемом V(м3) вредные пары или газы, мг/ч.

Для удаления вредных веществ у источников их образования служит местная вытяжная вентиляция. Использование устройств местной вытяжной вентиляции практически полностью позволяет удалить пыль и другие вредные вещества из производственного помещения. Устройства местной вентиляции изготавливают в виде отсосов открытого типа и отсосов от полных укрытий.

Отсосы открытого типа находятся за пределами источников выделения вредных веществ. Это вытяжные зонты, вытяжные панели, бортовые отсосы и другие устройства.

Отсосы от полных укрытий - это вытяжные шкафы, кожухи и вытяжные камеры, а также ряд других устройств, внутри которых находятся источники выделения вредных веществ.

Для более эффективного удаления из помещений вредных веществ система общеобменной вентиляции обычно комбинируется с местной.

В производственном помещении ведётся постоянный контроль за содержанием вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Отбор проб на определение этих веществ обычно проводят на рабочем месте на уровне дыхания работающего.

Для контроля запыленности воздуха рабочей зоны могут быть использованы различные методы (фильтрационные, седиментационные, электрические) и др. Весьма перспективны новые методы измерения концентрации пыли в воздухе рабочей зоны с использованием лазерной техники. Наиболее распространен прямой весовой (гравиметрический) метод измерения концентрации пыли в воздухе рабочей зоны. Он заключается в отборе всей находящейся в зоне дыхания пыли на специальные аэрозольные фильтры типа АФА ВП. Отбор проб осуществляется с помощью различных аспираторов.

Определение концентрации вредных веществ, присутствующих в воздухе в виде паров и газов, может также осуществляться различными методами, например с использованием переносных газоанализаторов типа УГ-1 или УГ-2.

Ниже Рассмотрены основные индивидуальные средства защиты, предназначенные для защиты органов дыхания человека от вредных веществ, находящихся в воздухе рабочей зоны. Указанные средства защиты делятся на фильтрующие и изолирующие.

В фильтрующих устройствах вдыхаемый человеком загрязненный воздух предварительно фильтруется, а в изолирующих - чистый воздух подается по специальным шлангам к органам дыхания человека от автономных источников. Фильтрующими приборами (респираторами и противогазами) пользуются при невысоком содержании вредных веществ в воздухе рабочей зоны (не более 0,5% по объему) и при содержании кислорода в воздухе не менее 18%. Респираторы предназначены для защиты человека от пыли и делятся на фильтр-маски, в которых закрывающая лицо человека маска является одновременно фильтром, и патронные, в которых лицевая маска и фильтрующий элемент разделены.

Один из наиболее распространенных отечественных респираторов - бесклапанный респиратор ШБ-1 «Лепесток» - предназначен для защиты от воздействия мелкодисперсной и среднедисперсной пыли. Различные модификации «Лепестка» применяются для защиты от пыли, если ее концентрация в воздухе рабочей зоны в 5-200 раз превышает величину ПДК.

Промышленные фильтрующие противогазы предназначены для защиты органов дыхания от различных газов и паров. Они состоят из полумаски, к которой подведен шланг с загубником, присоединенный к фильтрующим коробкам, наполненным поглотителями вредных газов или паров. Каждая коробка в зависимости от поглощаемого вещества окрашена в определенный цвет.

Таблица 9

Характеристика фильтрующих коробок промышленных противогазов

Изолирующие противогазы применяются в тех случаях, когда содержание кислорода в воздухе менее 18%, а содержание вредных веществ более 2%. Различают автономные и шланговые противогазы. Автономный противогаз состоит из ранца, наполненного воздухом или кислородом, шланг от которого соединен с лицевой маской. В шланговых изолирующих противогазах чистый воздух подается по шлангу в лицевую маску от вентилятора, причем длина шланга может достигать нескольких десятков метров.

4.1.3 Создание требуемых параметров микроклимата в производственных помещениях

Для создания требуемых параметров микроклимата в производственном помещении применяют системы вентиляции и кондиционирования воздуха, а также различные отопительные устройства. Вентиляция представляет собой смену воздуха в помещении, предназначенную поддерживать в нем соответствующие метеорологические условия и чистоту воздушной среды.

Вентиляция помещений достигается удалением из них нагретого или загрязненного воздуха и подачей чистого наружного воздуха. Поскольку в данной главе рассматриваем системы вентиляции, предназначенные для обеспечения заданных метеорологических условий, рассмотрим общеобменную вентиляцию, которая осуществляет смену воздуха во всем помещении. Другие типы вентиляции рассмотрены далее.

Общеобменная вентиляция предназначена для поддержания требуемых параметров воздушной среды во всем объеме помещения. Схема такой системы вентиляции представлена на рис.

Для эффективной работы системы общеобменной вентиляции при поддержании требуемых параметров микроклимата количество воздуха, поступающего в помещение (Lпр), должно быть практически равно количеству воздуха, удаляемого из него (Lвыт).

Рисунок 27. Схема общеобменной вентиляции (стрелками показано направленние движения воздуха).

Количество приточного воздуха, требуемого для удаления избытков явной теплоты из помещения (Qизб> кДж/ч), определяется выражением:

(5),

где:  - требуемое количество приточного воздуха, м3/ч; С - удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении, равная 1 кДж/(кг?град);  - плотность приточного воздуха, кг/м3; tвыт - температура удаляемого воздуха, ?С;  - температура приточного воздуха, °С.

Для эффективного удаления избытков явной теплоты температура приточного воздуха должна быть на 5-8°С ниже температуры воздуха в рабочей зоне.

Количество приточного воздуха, необходимого для удаления влаги, выделившейся в помещении, рассчитывают по формуле:

(6),

где  - масса водяных паров, выделяющихся в помещении, г/ч;  - содержание влаги в удаляемом из помещения воздухе, г/кг;  - содержание влаги в наружном воздухе, г/кг;  - плотность приточного воздуха, кг/м3.

При одновременном выделении в производственном помещении паров влаги и избыточной теплоты последовательно проводят расчет по формулам и в качестве искомого результата используют большее из полученных значений.

По способу перемещения воздуха вентиляция может быть как естественной, так и с механическим побуждением, возможно также сочетание этих двух способов. При естественной вентиляции воздух перемещается за счет разности температур в помещении и наружного воздуха, а также в результате ветрового давления (действия ветра). Способы естественной вентиляции: инфильтрация, проветривание, аэрация, с использованием дефлекторов.

При механической вентиляции воздух перемещается с помощью специальных воздуходувных машин-вентиляторов, создающих определенное давление и служащих для перемещения воздуха в вентиляционной сети. Чаще всего на практике используют осевые и радиальные вентиляторы.

По месту действия вентиляция бывает общеобменной и местной. Общеобменная вентиляция обеспечивает поддержание требуемых параметров воздушной среды во всем объеме помещения, а местная - в определенной его части.

Воздух, всасываемый вентиляторами из атмосферы, после очистки и подогрева поступает в специальные каналы, называемые воздуховодами, и разводится по производственному помещению. Такая вентиляция называется приточной. Нагретый воздух из помещения, содержащий водяные пары, отводится из помещения с помощью системы вытяжной вентиляции.

Приточная и вытяжная ветвь вентиляции могут быть объединены, в этом случае система вентиляции называется приточно-вытяжной. Большое распространение на практике получила приточно-вытяжная вентиляция с рециркуляцией воздуха. Для нее характерно использование части воздуха, удаляемого из помещения и прошедшего очистку в системе приточной вентиляции. При этом рециркулирующий воздух разбавляется частью свежего воздуха, поступающего из атмосферы. Использование такой системы вентиляции позволяет снизить расходы на очистку воздуха, поступающего из атмосферы, и на его нагрев в холодное время года.

Как уже сказано выше, для создания требуемых параметров микроклимата на определенном участке производственного помещения служит местная приточная вентиляция. В отличие от общеобменной приточной вентиляции она подает воздух не во все помещения, а лишь в ограниченную часть.

В настоящее время для поддержания требуемых параметров микроклимата широко применяются установки для кондиционирования воздуха (кондиционеры). Кондиционированием воздуха называется создание и автоматическое поддержание в производственных или бытовых помещениях независимо от внешних метеорологических условий постоянных или изменяющихся по определенной программе температуры, влажности, чистоты и скорости движения воздуха, сочетание которых создает комфортные условия труда или требуется для нормального протекания технологического процесса. Кондиционер - это автоматизированная вентиляционная установка, которая поддерживает в помещении заданные параметры микроклимата. Эксплуатация установок для кондиционирования воздуха обычно дороже, чем вентиляционных систем.

Для поддержания заданной температуры воздуха в помещениях лаборатории в холодное время года используют водяную систему отопления.

В системах водяного отопления в качестве теплоносителя используется вода, нагретая либо до 100°С либо перегретая выше этой температуры. Эти системы отопления наиболее эффективны в санитарно-гигиеническом отношении.

Параметры микроклимата в производственных помещениях контролируются различными контрольно-измерительными приборами. Для измерения температуры воздуха в производственных помещениях применяют ртутные (для измерения температуры выше 0°С) и спиртовые (для измерения температуры ниже 0°С) термометры. Если требуется постоянная регистрация изменения температуры во времени, используют приборы, называемые термографами. Например, отечественный прибор - термограф типа М-16 - регистрирует изменение температуры за определенный период (сутки или неделю). Существуют и другие устройства для измерения температуры воздуха, например, термопары.

Для измерения относительной влажности воздуха используются приборы, называемые психрометрами и гигрометрами, а для регистрации изменения этого параметра во времени служит гигрограф.

Простейший психрометр - это устройство, состоящее из сухого и влажного термометров. У влажного термометра резервуар обернут гигроскопической тканью, конец которой опущен в стаканчик с дистиллированной водой. Сухой термометр показывает температуру воздуха в производственном помещении, а влажный - более низкую температуру, так как испаряющаяся с поверхности влажной ткани вода отнимает тепло у резервуара термометра. Существуют специальные переводные психрометрические таблицы, позволяющие по температурам сухого и влажного термометров определять относительную влажность воздуха в помещении.

Более сложным по конструкции, но и более точным является так называемый аспирационный психрометр, который также состоит из сухого и влажного термометров, помещенных в металлические трубки и обдуваемых воздухом со скоростью 3-4 м/с, в результате чего повышается стабильность показаний термометров и практически устраняется влияние теплового излучения. Определение относительной влажности осуществляется также с использованием психрометрических таблиц. Аспирационные психрометры, например МВ-4М или М-34, могут быть использованы для одновременного измерения в помещении температуры воздуха и относительной влажности.

Другим устройством для определения относительной влажности служит гигрометр, действие которого основано на свойстве некоторых органических веществ (органических мембран, человеческого волоса) удлиняться во влажном воздухе и укорачиваться в сухом. Измеряя деформацию чувствительного элемента (мембраны или волоса), можно судить о величине относительной влажности в производственном помещении. Гигрографы записывают изменения величины относительной влажности как функцию времени. Примером такого гигрографа может служить прибор типа М-21, который осуществляет суточную или недельную запись регистрируемого параметра.

Скорость движения воздуха в производственном помещении измеряется приборами - анемометрами.

Работа крыльчатого анемометра основана на изменении скорости вращения специального колеса, оснащенного алюминиевыми крыльями, расположенными под углом 45° к плоскости, перпендикулярной оси вращения колеса. Ось колеса соединена со счетчиком оборотов. При изменении скорости воздушного потока изменяется и скорость вращения колеса, т. е. увеличивается (уменьшается) число оборотов за определенный промежуток времени. По этой информации можно определить скорость воздушного потока.

Крыльчатые анемометры рекомендуется применять для измерения скорости воздушного потока в интервале 0,4-10 м/с, при скоростях 1-35 м/с применяются чашечные анемометры, в которых крылья заменены чашечками. Примером крыльчатого анемометра служит прибор АСО-3 тип Б, чашечного - тип МС-13.

Существуют и другие приборы для измерения скорости движения воздуха: шаровые или цилиндрические кататермометры и термоанемометры.

Интенсивность теплового излучения в отечественной практике измеряют актинометрами, действие которых основано на поглощении теплового излучения и регистрации выделившейся тепловой энергии. Простейший тепловой приемник - термопара. Она представляет собой электрический контур из двух проволок, изготовленных из различных материалов (как металлов, так и полупроводников), например медь-константан, серебро-палладий, серебро-висмут, висмут-сурьма, вольфрам-рений и др. Две проволоки из различных материалов сваривают или спаивают между собой. Тепловое излучение нагревает один из спаев двух проволок, в то время как другой спай служит для сравнения и поддерживается при постоянной температуре (Т0). Электрическая схема термопары представлена на рисунке 27.

Рисунок 28. Термопара, состоящая из материала А и В

Две проволоки из материалов А и В составляют электрический контур. При нагреве одного из спаев тепловым излучением до температуры Т возникает термоЭДС VAB, величина которой измеряется вольтметром. ТермоЭДС в большом интервале температур прямо пропорциональна разности Т- Т0 (где, Т0 - температура холодного слоя термопары):

(7),

Величина  носит название коэффициента Зеебека для веществ А и В. Этот эффект называют термоэлектрическим или эффектом Зеебека в честь его открывателя (1821 г.). Иногда п термопар соединяют между собой последовательно, получая при этом термоэлектрическую батарею. ТермоЭДС и соответственно чувствительность этого прибора в п раз выше, чем у обычной термопары, что позволяет измерять тепловое излучение малой интенсивности.

В основу промышленных приборов для измерения интенсивности теплового излучения - актинометров - положен принцип термоэлектрической батареи. Чувствительный элемент актинометра состоит из алюминиевой пластинки, на которой в шахматном порядке расположены зачерненные и блестящие секции. Зачерненные полоски интенсивно поглощают тепловое излучение, а блестящие отражают его, поэтому первые из них нагреваются значительно сильнее, чем вторые. Положительные спаи термопар, соединенные между собой последовательно присоединены к зачерненным полоскам алюминиевой фольги и нагреваются под воздействием теплового излучения значительно сильнее, чем отрицательные спаи, присоединенные к блестящим полоскам. Под воздействием разности температур возникает термоЭДС, которая измеряется чувствительным прибором, отградуированным в единицах тепловой радиации (Вт/м2).

При отклонении параметров микроклимата от величин, создающих комфортные условия, большое значение имеет правильный выбор спецодежды. При работе в помещениях с пониженной температурой воздуха необходимо использовать утепленную спецодежду. Для персонала, занятого в горячих цехах, используют спецодежду, изготовленную из материалов с низкой теплопроводностью. [20]

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

- способ электроимпульсной дезинтеграции металлических руд за счет эффекта избирательного электрического пробоя по металлическим включениям обеспечивает высокую селективность разрушения руды с высокой степенью раскрытия включений металла и его сохранностью от размазывания по поверхности частиц вмещающей породы

- обеспечивает высокую селективность электроимпульсного разрушения многокомпонентных сред, проявляющуюся в улучшении раскрытия зерен полезных минералов с минимальным их разрушением

- раскрытие включений металла происходит на более ранних стадиях измельчения руды, что снижает затраты на измельчение, а главное, позволяет использовать для выделения металла гравитационный способ обогащения

- дезинтеграция проходит, главным образом, по границам минеральных зерен, поэтому минеральные индивиды, в том числе сложной формы, максимально высвобождаются от сопутствующих минералов

- раскрытие зерен минералов без разрушения, ошламования и размазывания отличающихся особой пластичностью минералов по зернам пустой породы приводит к обогащению полезными компонентами определенных узких фракций продукта, создавая в том числе и возможность обогащать продукт операцией выделения определенного класса крупности продукта