Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Исследование влияния физико-механических свойств слюдяного сырья на качественные характеристики слюдопласта

ВАК РФ 25.00.13, Обогащение полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Исследование влияния физико-механических свойств слюдяного сырья на качественные характеристики слюдопласта"

На правах рукописи

ТИМЕРГАЛЕЕВА ЖАННА ГЕОРГИЕВНА

/

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СЛЮДЯНОГО СЫРЬЯ НА КАЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СЛЮДОПЛАСТА.

Специальность 25.00.13 -Обогащение полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ИРКУТСК-2004

Работа выполнена в Иркутском государственном техническом университете

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки и техники России

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор К.ЛЛстребов

Защита состоится 19 мая 2004 года в 10 часов на заседании Диссертационного совета Д212.073.02 при Иркутском государственном техническом университете по адресу: 664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Иркутского государственного технического университета.

Отзывы на автореферат отправлять по адресу: 664074, г.Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Автореферат разослан 18 апреля 2004г.

доктор технических наук, профессор Б.А.Байбородин

кандидат технических наук, доцент О.И.Горбунова

Ведущее предприятие:

ФГУП «ВостСибНИИГГиМС»

Ученый секретарь диссертационного совета, профессор

Салов В.М.

/Ь/З/ з

Актуальность работы. При современном повышении требований к производимым слюдоматериалам, необходимость модернизации процессов обогащения слюды, использования современных методик проведения мониторинга качества готовой продукции, промышленной разработки новых слюдоматериалов, является важнейшей задачей слюдяной промышленности.

Востребованность промышленного производства слюдопластов для объектов электроэнергетики и машиностроения может быть удовлетворена созданием современных технологий функциональных материалов и изделий с высоким уровнем физико-технических свойств, безопасности и повышенного ресурса.

Результаты исследований, основанных на современных достижениях теории обогащения полезных ископаемых, фундаментальных и глубоких физических исследованиях, необходимы для расширения источников использования сырья природных слюд в производстве современных электроизоляционных материалов.

Цель работы: повышение эффективности производства слюдопласта с заданными физико-механическими свойствами, создание функциональных слюдосодержащих материалов с высоким уровнем технических свойств и повышенным ресурсом эксплуатации.

В работе решались следующие задачи:

1. Исследование физико-механических свойств слюды и слюдоматериалов способами современной диагностики для усовершенствования процессов обогащения слюдяного сырья.

2. Обоснование использования метода диэлькометрии при диагностике параметров слюдопласта на всех этапах его производства.

3. Разработка оптимальной схемы технологического процесса изготовления слюдопласта, обеспечивающей улучшение его качественных характеристик.

Научная новизна:

1. Разработана и обоснованна методика проведения диагностики качества изготовляемого слюдопласта на всех этапах технологического процесса.

2. Предложена методикГ ци^ ь н механических параметров слюдопласта, полученного п (груйного помола, при

использовании диэлектрических характеристик слюдосодержащих материалов.

3. Впервые теоретически обоснована и экспериментально подтверждена эффективность использования метода двойной термообработки слюдяного сырья струйного помола на повышение качественных характеристик слюдопласта.

Методы исследования. В работе использованы основные положения теории физики диэлектриков и закономерности теории сопротивления материалов. Применялись методы диэлектрической спектроскопии и метод определения удельных поверхностной и объёмной электропроводностей, приемлемые для анализа основных параметров материалов, используемых в электрической изоляции. Применялась методика определения механической прочности слюдобумаг на основе использования разрывной машины.

Практическая значимость. На основании теоретических и экспериментальных исследований получена возможность проведения экспресс-диагностики технологического процесса изготовления слюдопласта на всех этапах его производства. Разработана схема цепи аппаратов промышленного изготовления слюдобумаг.

Реализация результатов работы. Внедрение процесса двойной термообработки слюдяного сырья струйного помола в технологический процесс изготовления слюдопласта позволило получить экономический эффект в сумме 11 500 ООО рублей в год.

Апробация работы. Основные положения работы неоднократно докладывались и обсуждались на научных семинарах и конференциях, а так же на IV научно-практической конференции по физике твердого тела, Караганда 1996 г., международной конференции «Диэлектрики 97», С.-Петербург 1997 г., межвузовской научно-практической конференции «Россия и перспективы ее развития», Иркутск 2002 г., II международной конференции, Польша, Люблин 2003 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 136 наименований. Работа изложена на 159 страницах машинописного текста, иллюстрирована 22 рисунками, 11 таблицами.

Основные положения, представленные к защите:

- Способ определения механической прочности слюдопласта по электропроводности мелкокристаллической слюды, являющейся основой слюдопластов.

- Способ повышения качественных характеристик слюдопласта при использовании в технологическом процессе метода двойной термообработки сырья.

- Методика проведения диагностики качества промышленной слюдобумаги на всех этапах технологического процесса.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Во введении обсуждается актуальность выбранной темы, определяются цель и задачи работы, формируется научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе рассмотрены современные представления о взаимодействии пленочной воды на поверхности и в расколах кристаллов слюды, электрофизические свойства тонких водных слоев на электрически активных поверхностях слюд. Поскольку тонкие водные слои в значительной мере определяют течение многих технических и технологических процессов, знание свойств тонких слоев воды и её растворов является важным для широкого круга наук: физики, химии, геологии, технологии функциональных материалов и изделий, электроэнергетики. Очевидно, взаимодействие воды с дисперсными системами является физико-технологическим процессом, теснейшим образом связанным с качественными особенностями поверхности этих систем. Известно, что адсорбция молекул, особенно воды, существенно влияет на структурные свойства кристаллов слюды, изменяет их прочность и термостойкость, а также на то, что плёночная вода изменяет электрические свойства слюд.

Во второй главе рассмотрены особенности поляризации и тепловые потери в слюдах, являющихся сложными гетерогенными системами.

Межслоевая поляризация имеет место в неоднородных диэлектриках, в частности, в слоистых структурах. Как и другие электрические параметры диэлектриков, диэлектрическая проницаемость зависит от изменяющихся внешних факторов: частоты приложенного к диэлектрику напряжения, температуры, давления, влажности. Эти факторы в ряде случаев имеют большое практическое значение и характеризуют применение в технике. Классификация слюды по маркам и сортам, основанная на визуальной количественной оценке, не согласуется с аналогичной классификацией по электрическим показателям, поэтому необходимо всестороннее комплексное изучение промышленных слюд всех разрабатываемых месторождений и, прежде всего, выяснения причин ухудшающих их диэлектрические характеристики, поиск путей улучшения диэлектрических свойств кристаллов слюды. Только на основе таких широких исследований возможна обоснованная рекомендация по наиболее рациональному использованию в технике редкого и ценного минерального сырья.

В третьей главе подробно рассматриваются виды электропроводности в слюдах и зависимости ее от различных факторов. Приводятся экспериментальные данные по изучению объемной и поверхностной электропроводностей различных кристаллов слюды-сырца, рассматривается зависимость этих параметров от влияния различных факторов. Рассматривались вопросы, посвященные развитию научно-технических основ изготовления слюдокомпозитов из мелкоразмерной слюды, а так же абсорбционным процессам в этих материалах.

В любом диэлектрике имеются нарушения структуры, обуславливающие наличие подвижных носителей зарядов, способных перемещаться на небольшие расстояния под действием внешнего поля. Носители заряда находятся в непрерывном тепловом движении. К каждому носителю заряда приложена сила во вполне определённом направлении. В электрическом поле с напряжённостью Е, на заряд я действует сила Б, равная: Г = (1)

и совпадающая по направлению с направлением произведения Е-ц. Внешнее электрическое поле сообщает носителям заряда ускорение:

«-4-^, (2)

т т

где т - эффективная масса носителя заряда. Однако в процессе хаотического теплового движения носители заряда периодически сталкиваются с атомами диэлектрика и теряют приращение скорости: ЛК = т-а, (3)

приобретённое под воздействием поля за время т свободного пробега между двумя следующими друг за другом столкновениями. При наличии поля на каждый носитель заряда будет действовать сила, создающая упорядоченную составляющую Vе скорости носителя (скорость дрейфа или «электрическая» скорость), равная:

V =£1=**!. (4)

* 2 2т

Отношение дрейфовой скорости носителя заряда к вызывающей эту скорость напряжённости электрического поля

и.Ц <5)

характеризует подвижность носителя. Для связанных зарядов {/ = 0, а для свободных значение 17 отлично от нуля, причём для положительных носителей и положительно, а для отрицательных - отрицательно, так что знак и совпадает со знаком ц. В зависимости от структуры диэлектрика носители заряда могут иметь разную природу и происхождение. В ионных кристаллах слюд - это точечные дефекты кристаллической решётки - вакансии и междоузельные ионы. Для слабых полей проводимость при высоких температурах является ионной, для низких этот вопрос не разрешён.

В работе разработан метод исследования и расчета поверхностной и объемной электропроводностей, создана экспериментальная установка для исследования релаксационных процессов в слюдах-сырцах и слюдопластах. Выяснены оптимальные условия измерений, дающие наименьшую погрешность в расчетах электропроводности этих материалов: удельной объемной и удельной поверхностной электропроводностей кристаллов слюды-сырца, а так же обогащенной различными способами слюды.

В камере с измерительной ячейкой поддерживался вакуум порядка Ю'МО"4 тор. Образцы представляли собой пластинки слюды диаметром Е)=5-10"2 - 6-10"2м, толщиной 30-10"6-50-10'6м с напыленными серебряными слоями диаметром В~20-10"3 и 22-10"3м. С последними контактировали массивные металлические электроды ячейки, смонтированные на тефлоновой изоляции. Измерение токов осуществлялось электрометром ЭМ-1 с предельной чувствительностью 10"14А, при напряжениях на образцах 100 В. Электропроводность вычислялась по формуле:

а

АН Д V

(6)

V '

где II - толщина образца, О - диаметр измерительного электрода, V -приложенное к образцу напряжения, ДУ- падение потенциала на эталонном сопротивлении (11,г=10,0-10|20м).

Результаты проведенных исследований показали, что электропроводность слюды не остается неизменной, а имеет временную зависимость (рис 1).

Рис. 1. Временной спад объёмной проводимости тока поляризации и деполяризации для кристаллов:1, Г -мусковита; 2,2' - флогопита

Электропроводность максимальна в начальный момент и выходит на стационарное, или почти стационарное значение, по истечении некоторого временного промежутка, который может быть совсем немалым, если под почти стационарным режимом понимать такой режим, при котором за 100 с значение электропроводности изменяется не более чем на 0,1 от своей величины. Для

некоторых образцов, например, это время превышало 1час. В целом, наиболее характерное время выхода на почти стационарный режим лежит в интервале 1500-2000 с.

Величины удельных объемных электропроводностей для различных образцов приведены в таблице 1, где для сравнения указаны значения электропроводности через 60 и 1800 с после подачи на образец напряжения.

Таблица 1. Удельная объёмная электропроводность кристаллов слюды мусковита

Тип кристаллов слюды Толщина образца, мкм. <Ту (60 с), Ом'м-' о„(1800с), Ом'м"1 оДбОс) оу(1800 с)

Карельский слюдоносный район.

Рудник «Плотвино», блок $1 15 2,1-КГ" 3,0-1 сг15 7,0

Рудник «Рикопахва», участок «Чупинский» 38 1,5 10-" 1,7 10" 8,8

Рудник «Втимекий», «Мамско-Чуйское» месторождение, жила 39 30 7,3 10"" 8,5 10 15 8,5

Рудник «Чуя», «Мамско-Чуйское» месторождение, жила 1А 28 5,1 10 15 5,1 10" 10,0

Рудник «Чуя», «Мамско-Чуйское» месторождение, жила !Л 28 4,2-10" 5,7 10'16 7,3

Время 60 с выбрано не случайно, поскольку согласно ГОСТу измерение электропроводности следует проводить по истечении 1 минуты с момента включения напряжения. Как видно из таблиц, даже по истечении 1800 с электропроводность всё ещё продолжает заметно уменьшаться. Отмечается спад электропроводности в естественных условиях, который происходит особенно быстро в начальный период, уменьшается, достигает «стабильного» значения иногда через 2- 3 суток. Многочисленные эксперименты показали, что поверхностные и объемные электропроводности кристаллов слюды зависят от месторождения рудников и генезиса слюд. Выявлено, что объемная электропроводность для разных слюд мусковита изменяется от 0,06-10"14 до 2,НО',4Ом'м"\ а у флогопитов от 0,1-10"12 до бОО-Ю^Ом^м"1. Проведенные исследования показали, что объемная «гостовская» - проводимость может превышать сквозную в 20 раз, а поверхностная проводимость в 10 раз.

Результаты расчетов удельной объемной электропроводности исследуемых1 образцов свидетельствуют о том, что электропроводность при нормальных условиях обусловлена, главным образом, тепловым движением примесных и слабосвязанных ионов в кристаллах слюды и зависит от химического состава минерала, его генезиса, а так же местонахождения рудников. Результаты'

расчетов удельной объемной электропроводности исследуемых образцов свидетельствуют о том, что электропроводность зависит от химического состава и генезиса этих минералов. Максимальную удельную электропроводность имеют слюдопласты, изготовленные из флогопитов рудников Слюдянка и Арябиловское, так как кристаллы флогопита этих месторождений имеют значительно меньше включений и газоводных линз, что приводит к значительному уменьшению неоднородностей в объеме исследуемого образца и к увеличению электропроводности.

Четвертая глава диссертации посвящена изучению электрических параметров, влияющих на экономический эффект получения мелкоразмерной слюды. Проведен дисперсионный анализ по определению размеров частиц слюды. Микроскопический метод дисперсионного анализа дал возможность установить гранулометрический средний состав слюдяных частиц флогопита при различных видах помола.

Установлено, что гранулометрический состав проб слюды зависит от способов измельчения, что оказывает значительное влияние на свойства слюдопластов.

Выявлено, что гранулометрический состав частиц слюды, полученных в результате струйного измельчения, наиболее однороден и количество мелкой фракции является преобладающим. По разработанной методике и специально созданной установке определялась механическая прочность семнадцати образцов флогопитового слюдопласта для четырех разных толщин образцов. Результаты эксперимента сведены в таблицу 2.

Таблица 2. Механическая прочность алданского флогопитового слюдопласта для разных толщин образцов. Ео- среднее значение механической прочности для различной

толщины образцов

№ образца н <3=60мкм 10б ~~Т м и д=1 Омкм, ЕЮ6 7Х М и <1=80мкм,Е106 „2 м ' ......Н ■ (МЮмкм., Е-106 „2 м

1 10,0*0,08 8,0*0,01 8,0±0,10 6,4±0,01

3 16,1*0,11 15,0*0,11 12,4±0,10 9Д±0,10

5 16,8*0,16 16,2*0,10 12,3±0,Ю 10,0*0,10

12 18,8*0,16 17,6±0,10 15,3±0,10 14,0*0,12

14 18,7*0,07 17,4*0,12 15,0±0,08 13,8*0,12

£ п 16Д±0,12 14,8*0,09 12,«±0,09 10,7*0,09

Результаты данных исследований свидетельствуют о том, что механическая прочность исследуемого алданского флогопитового слюдопласта уменьшается с увеличением толщины слюдопласта почти на 30% в указанном диапазоне толщины. Были выполнены специальные эксперименты по изучению влияния толщины слюдопласта на его механическую прочность. Экспериментально выявлено, что размер частичек слюды, составляющих основу слюдопласта, по толщине не одинаков. На графике (Рис. 2) представлена зависимость механической прочности от толщины образцов месторождений :1. - Алдан , 2 -Слюдянка).

И 25 2

Е М6^ [

20 -1

15 -I

<1-10-4 м

50 70 90 110

Рис. 2. Зависимость механической прочности от толщины образцов флогопитового

слюдопласта

Из графиков рисунка 2. следует, что механическая прочность данных образцов флогопитового слюдопласта зависит от их толщины и уменьшается при возрастании толщины слюдопласта. Наибольшей прочностью отличаются образцы флогопитового слюдопласта, изготовленного из Слюдянского мелкоразмерного флогопита. Для выяснения зависимости механической прочности слюдопласта от крупности диспергированных частиц слюды, входящих в состав слюдопласта, проведены экспериментальные исследования: а) по отливке слюдопласта на ситах с различными по величине отверстиями: 125,

100, 75 мкм; б) по отливке слюдопласта из тех частиц, которые наиболее долго оседают при взбалтывании пульпы, и являются наиболее мелкими частицами.

Исследование механической прочности проводились для четырех опытных образцов слюдопластов, основу которого составляли частицы слюды крупностью: 1) г=125мкм (87%); 2) г=100мкм (89%); 3) г=75мкм (91%).

В таблице 3 представлены результаты исследований механической прочности флогопитового слюдопласта в зависимости от дисперсности его составляющих частиц слюды. Из таблицы 3 следует, что с уменьшением дисперсности частиц слюды механическая прочность резко возрастает.

Таблица 3. Зависимость механической прочности слюдопласта от крупности частиц

Номер образца Z=125мIcм. г=юомкм. г=75мкм.

Е-Ю6^ Е-Ю6^ Е Ю6^

1 17,6 19,2 27,3

2 17,8 20,1 29,4

3 17,3 19,0 28,1

4 17,1 18,9 30,2

В работе проводилось исследование изменения электропроводности образцов флогопитового слюдопласта с возрастанием температуры. Образцы флогопитовых слюдопластов одинаковых размеров и одинаковой толщины помещались в нагревательную печь, точность нагревания которой составляла 1К, максимальная температура нагрева испытуемых образцов слюдопласта составляла 750К. Чтобы избежать градиентов температуры в исследуемых образцах слюдопласта, изготовленного из диспергированного флогопита, образцы при заданной температуре выдерживались не менее 35-40минут. Электроды нагретого образца, являющегося диэлектриком плоского конденсатора, подключались к специально изготовленной установке для измерения электропроводности слюдопластов, являющихся многослойной гетерогенной структурой. Результаты эксперимента представлены на графике рисунка 3.

10~10 а,Ом 16

12 н

4

8 1

1

0 ±

Т.К

о

250

500

750

Рис. 3. Зависимость объемной электропроводности от температуры для флогопитового слюдопласта рудников 1. Арябиловский, 2. Усть-Тюнгеюи. и У - повторное нагревание

В результате проведенных экспериментов установлено, что

электропроводность флогопитовых слюдобумаг в температурном диапазоне 300-750К в первом нагреве проходит через максимум, соответствующий температурам от 400 до 450К. рис.3 графики 1 и 2. Это происходит вследствие вспучивания слюдяных частиц в бумагах, вызванного закрытыми водно-пленочными включениями в них. Снижение проводимости в начале нагрева, наблюдаемое у некоторых образцов, можно объяснить их сушкой - выходом из ^ пор образцов влаги абсорбированной из воздуха. При повторных нагревах эффект вспучивания слюды не проявляется. Величина электропроводности при ^ тех же температурах, при повторном нагреве слюдопласта возрастает почти в 3 раза и температурная зависимость объемной электропроводности в указанном диапазоне температур не имеет максимумов электропроводности. Отсутствие максимумов электропроводности в температурной зависимости объясняется выходом из пор влаги, адсорбированной из воздуха на поверхность исследуемых образцов. Таким образом, после второго нагрева до 570 К слюдопластовые бумаги из некоторых флогопитов вполне могут быть надежными заменителями термостойких листовых слюд. Проведена серия экспериментов, позволяющих исследовать зависимость механической прочности от электропроводности

флогопитовых слюдопластов. Установлена линейная зависимость между удельной объемной электропроводностью и механической прочностью, так как с ростом механической прочности увеличивается плотность частиц слюды в слюдобумаге, что ведет к уменьшению пористости с влаго-включениями , и обеспечивает большую протонную электропроводность. При малой же механической прочности, частички менее плотно прилегают друг к другу, а следовательно, будет больше пустот, что приведет к понижению электропроводности. Проведенные экспериментальные исследования показали, дважды прогретая флогопитовая диспергированная бумага обладает повышенной механической прочностью, которая превышает механическую прочность исследуемых образцов слюдопласта после первого прогрева более чем в 2.5 раза.

Выводы.

1. Произведен подробный анализ роли собственной проводимости слюдопластов, представляющих многослойную гетерогенную структуру в процессе накопления и релаксации заряда. Установлено, что объемная электропроводность слюдопластов при нормальных условиях обусловлена, главным образом, тепловым движением примесных и слабосвязанных ионов в кристалле.

2. Разработан метод исследования и расчета поверхностной и объемной электропроводностей, создана экспериментальная установка для исследования релаксационных процессов в диспергированных слюдах и слюдобумагах. Выяснены оптимальные условия измерений, дающие наименьшую погрешность в расчетах электропроводности этих материалов.

3. Предложен метод улучшения функциональных характеристик слюдопластов двойной термообработкой слюдяного сырья, полученного струйным помолом, которое является наиболее мелкой и однородной диспергированной слюдой (крупность -0,2+0,1 мм), а её частицы имеют большую удельную поверхность, и, следовательно, электрическую активность.

4. Получена закономерность и выведены уравнения зависимости механической прочности от электропроводности слюдопластов, изготовленных из диспергированного флогопита месторождения Алдан и Слюдянка.

5. Проведен комплекс лабораторных, опытно промышленных испытаний разработанного материала, подтвердивших более высокий уровень его физико-технических свойств и повышенный ресурс эксплутационных характеристик.

6. Разработан новый класс функциональных слюдопластов на основе диспергированного флогопита с улучшенными физическими характеристиками, необходимыми для их использования в разных отраслях промышленности.

7. Разработанная методика экспресс-диагностики технологического процесса изготовления слюдопласта внедрена на Нижнеудинской слюдинитовой фабрике. Изменения в схеме цепи аппаратов промышленного изготовления слюдобумаг на НСФ, путем внесения процесса двойной термообработки сырья и мельницы струйного измельчения, позволила получить экономический эффект в размере 11 500 ООО рублей.

Основные результаты работы изложены в следующих научных работах:

1. Тимергалеева Ж.Г., Байбородин Б.А., Карнаков В.А. Характеристики процессов релаксационной поляризации в слоистых силикатах // Материалы научно-практической конференции «Россия и перспективы ее развития».- ИГТУ, 2002г.- С.172-175.

2. Тимергалеева Ж.Г., Собенников Н.В. Диэлектрическая дисперсия в гетерогенных системах // Материалы научно-практической конференции «Россия и перспективы ее развития».- ИГТУ, 2002г. -С.175-177.

3. Тимергалеева Ж.Г., Ежова Я.В. Особенности диэлектрического отклика кристаллов слюды с введенными жидкими прослойками // Материалы научно-практической конференции «Россия и перспективы ее развития».- ИГТУ, 2002г.-С.177-181.

4. Тимергалеева Ж.Г., Лысов Б.А. О диэлектрических свойствах юрских песчаников // Материалы IV научной конференции по физике твердого тела. -Караганда, 1996 г.- С.58.

5. Тимергалеева Ж. Г., Лысов Б.А. Особенности низкотемпературной электропроводимости горных пород // Материалы Международной конференций «Диэлектрики 97». - С.- Петербург, 1997 г. - С. 47.

6. Тимергалеева Ж.Г., Ежова Я.В. Особенности фазовых переходов в тонких жидких прослойках // Журнал «Научно-технические ведомости СПб! ТУ» №4, 2002г.-С. 131-133.

7. Байбородин Б.А., Тимергалеева Ж.Г., Карнаков В.А. Комплексная диэлектрическая проницаемость диспергированных слюд // Журнал «Научно-технические ведомости СПбГТУ» №4, 2003г.-С.254.

8. Байбородин Б.А., Тимергалеева Ж.Г., Ежова Я.В. Слюдо-водные накопители электрических зарядов и перспективы их получения // Журнал прикладной химии Российской академии наук. - С.-Петербург, 2003г.- С. 1224.

9. Тимергалеева Ж.Г., Ежова Я.В., Щербаченко Л.А. Исследование релаксации и фазовых переходов зарядного состояния в неоднородных слоистых диэлектриках // Журнал прикладной химии Российской академии наук. - С.Петербург, 2003 г.- С.1225.

Ю.Тимергалеева Ж.Г., Ежова Я.В., Щербаченко Л.А. Воздействие электромагнитных полей на абсорбционные характеристики слоистых минералов. // Материалы II международной конференции. -Польша. Люблин, 2003 г.-С. 26-28.

11.Тимергалеева Ж.Г., Собенников Н.В., Роскин О.В. Влияние содержания оксида титана на абсорбционную емкость кристаллов слюды // Материалы общероссийской научно-практической конференции «Современные методы переработки минерального сырья». - Ш ТУ, 2003 г. - С.45-46.

12.Тимергалеева Ж.Г., Собенников Н.В., Ежова Я.В. Термообработка слюдяной пульпы и ее влияние на качественные характеристики слюдопласта // Материалы общероссийской научно-практической конференции «Современные методы переработки минерального сырья». - И! ТУ, 2003 г. - С.40-44.

16131

Уч.-изд.л. 1,0. Тираж 110 экз. За1\203' 1 г

х

ИД №06506 от 26.12.2001 Иркутский государственный технический университет 664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Тимергалеева, Жанна Георгиевна

Введение. 3

Глава I. Классификация, физические и механические свойства слюдяного сырья.

1.1. Структура разновидности кристаллов необогащенной 6слюды, особенности их физических свойств

1.2.Дефекты в слюдах-сырцах. 11

1.3 .Механические свойства кристаллов слюды. 20

1.4.Электрические свойства слюд. 23

1.5.Плёночная вода на поверхности кристаллов слюды. 29

1.6.Изучение свойств плёночной воды в расколах 33-35 кристаллов слюды.

1.7.0собенности релаксационных свойств водных пленок 36-45 в слюдяном сырье.

1.8.Елияние тонких слоев воды в дисперсных системах на 46технологические процессы обогащения слюд.

Глава II. Особенности поляризации температурного режима при обогащении слюд и изготовлении слюдокомпозитов.

2.1 .Виды поляризации слюд. 54

2.2.Влияние температурного режима на диэлектрические 62-65 характеристики слюдопластов.

2.3 .Возможности использования метода диэлектрической 65-68 спектроскопии при управлении процессом обогащения слюд.

2.4.Тепловые потери при абсорбционных процессах в 68-74 измельченной слюде.

2.5.Технологические процессы измельчения слюдяного 74сырья различными видами помола.

Глава III. Методы определения электропроводности обогащенных слюд.

3.1. Виды электропроводности различных минералов. 83-92 3.2.Электропроводность идеального слоистого 93-105 диэлектрика.

3.3.Исследование электропроводности измельченных 105-115 слюд.

3.4.ГТоверхностная электропроводность обогащенной 116слюды. . %

Глава IV. Исследование параметров промышленного 125-127 обогащения слюдяного сырья.

4.1 .Экспериментальные полупромышленные исследования 127-130 механической прочности слюдопласта.

4.2.Исследование зависимости механической прочности 130-136 флогопитового слюдопласта от его гранулометрического состава.

4.3.Елияние термической обработки слюдопластов, 136-141 полученных диспергированием флогопита, на их электропроводность и механическую прочность.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Исследование влияния физико-механических свойств слюдяного сырья на качественные характеристики слюдопласта"

Актуальность работы. Слюда, входящая в группу породообразующих минералов водных силикатов калия, алюминия, железа, магния и прочих, характеризуется весьма совершенной спайностью по одному направлению (базису). Способность слюд расщепляться на тончайшие листочки в сочетании с их высокой электрической прочностью, малыми диэлектрическими потерями и большой термостойкостью, позволяют применять слюды в качестве изоляционных материалов в электрических машинах, электровакуумных приборах и других устройствах, требующих термостойкой электрической изоляции, использующейся в мощных генераторах и других высоковольтных машинах, в слюдяных конденсаторах, радиолампах и нагревательных приборах.

До последнего времени для слюдяной электрической изоляции использовалась только щипаная слюда, которая получается при расщеплении крупных кристаллов. Остальная же масса этого ценного материала, составляющая около 90 % добытого количества, не использовалась в производстве электроизоляционных материалов. Дальнейшее развитие слюдяной и электроизоляционной промышленности по старой технологии при столь низком коэффициенте использования слюдяного сырья не только экономически мало целесообразно, но и практически не осуществимо в связи с отсутствием требуемого количества природных запасов слюды. При современном повышении требований к производимым слюдоматериалам, необходимость модернизации процессов обогащения слюды, использования современных методик проведения мониторинга качества готовой продукции, промышленной разработки новых слюдоматериалов, является важнейшей задачей слюдяной промышленности. [1]. Востребованность промышленного производства слюдопластов для объектов электроэнергетики и машиностроения может быть удовлетворена созданием современных технологий функциональных материалов и изделий с * высоким уровнем физико-технических свойств, безопасности и повышенного ресурса. Результаты исследований, основанных на современных достижениях теории обогащения полезных ископаемых, фундаментальных и глубоких физических исследованиях, необходимы для расширения источников использования сырья природных слюд в производстве современных электроизоляционных материалов.

Цель работы: повышение эффективности производства слюдопласта с заданными физико-механическими свойствами, создание функциональных слюдосодержащих материалов с высоким уровнем технических свойств и повышенным ресурсом £ эксплуатации.

В работе решались следующие задачи:

Исследование физико-механических свойств слюды и слюдоматериалов способами современной диагностики для усовершенствования процессов обогащения слюдяного сырья.

Обоснование использования метода диэлькометрии при диагностике параметров слюдопласта на всех этапах его производства.

Разработка оптимальной схемы технологического процесса изготовления слюдопласта, обеспечивающей улучшение его качественных характеристик.

Научная новизна:

1. Разработана и обоснованна методика проведения диагностики качества изготовляемого слюдопласта на всех этапах технологического процесса.

2. Предложена методика определения механических параметров слюдопласта, полученного из сырья струйного помола, при использовании диэлектрических характеристик слюдосодержащих материалов.

3. Впервые теоретически обоснована и экспериментально подтверждена эффективность использования метода двойной термообработки слюдяного сырья струйного помола на повышение качественных характеристик слюдопласта.

Методы исследования. В работе использованы основные положения теории физики диэлектриков и закономерности теории сопротивления материалов. Применялись методы диэлектрической спектроскопии и метод определения удельных поверхностной и объёмной электропроводностей, приемлемые для анализа основных параметров материалов, используемых в электрической изоляции. Применялась методика определения механической прочности слюдобумаг на основе использования разрывной машины.

Практическая значимость. На основании теоретических и экспериментальных исследований получена возможность проведения экспресс-диагностики технологического процесса изготовления слюдопласта на всех этапах его производства. Разработана схема цепи аппаратов промышленного изготовления слюдобумаг.

Реализация результатов работы. Внедрение процесса двойной термообработки слюдяного сырья струйного помола в технологический процесс изготовления слюдопласта позволило получить экономический эффект в сумме 11 500 ООО рублей в год.

I. Классификация, физические и механические свойства слюдяного сырья.

Заключение Диссертация по теме "Обогащение полезных ископаемых", Тимергалеева, Жанна Георгиевна

Выводы к главе VI.

1. Анализ результатов вышеизложенных экспериментов позволяет сделать вывод о том, что для повышения механической прочности бумаг необходимо, создать пульпу из тончайших лепестков слюды одинакового гранулированного состава, имеющих ровные плоские поверхности. Такую диспергированную слюду можно получить, используя струйную мельницу. [128, 130]

2. Предложен метод улучшения функциональных характеристик слюдоп ластов двойной термообработкой слюдяного сырья, полученного струйным помолом.

3. Доказано, что при последовательной двойной прокалке слюдяного сырья от 295 К до 570 К, резко увеличивается электропроводность и механическая прочность слюдопласта, изготовленного из данной слюды-сырца. На основании проведенных исследований предложена новая технология изготовления слюдопласта, отличающегося более высоким уровнем механической до

12-107^-] прочности в условиях воздействия эксплутационных м нагрузок.

4. Проведен комплекс лабораторных, опытно промышленных испытаний разработанного материала, подтвердивших прогнозируемое улучшение уровня его физико-технических свойств и эксплутационных характеристик.