Optimize Designing of Ventilation System of Wushan Copper Mine
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摘要: 通过对武山铜矿通风系统的现场调查和测定，指出了原通风系统存在的问题并分析了其产生原因，为满足扩大生产能力的通风要求，采用计算机程序解算等手段对武山铜矿深部通风系统进行了优化设计，并结合该系统在实际生产中可能遇到的各种情况进行了数值模拟。Abstract: After investigating and measuring the ventilation system at the worksite of Wushan Copper Mine, the problems that existed in the system are analysed. According to the ventilation requirement for expanded reproduction, the system is optimized and measured combined with the practice.
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Keywords:
- ventilation system /
- measurement /
- optimize designing
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0 前言
锰锌软磁铁氧体材料是一种用途极为广泛的功能材料，主要用于各种信息、电子、电器元件中，如：偏转线圈、回扫变压器、普通变压器、旋转变压器、抗电磁干扰变压器、电感器以及扼流圈等，应用频率从数百赫到几千兆赫，是主要的铁氧体材料[1-6]应用领域; 随着计算机及其外部设备、通讯机、OA设备、高级音频系统、各类控制和测量装置等电子产品的发展，需要转换效率高、重量轻、体积小及性能稳定等特性的电子元件，因此对铁氧体的电磁性能提出了更高的要求，而铁氧体的电磁性能在很大程度上取决于其化学组成、微观结构和形貌及均匀性。
完善的材料加工工艺是生产性能优良铁氧体的重要步骤，但更为关键的是铁氧体前躯体微粉的制备。其制备工艺有传统的氧化物法和湿化学法两种。生产上大多采用氧化物法，即干法，其突出的缺点是"均匀性"差，易引入杂质和污染大; 而湿化学方法生产的前躯体微粉具有纯度高、成分稳定、粒度及形貌可控、活性高等优点，越来越受到人们的重视[7-8]。文章介绍了Fe(Ⅱ)-Mn(Ⅱ)-Zn(Ⅱ)-CO32--NH3-H20系的热力学分析，确定了共沉法制备锰锌软磁铁氧体前躯体微粉的共沉区域，对共沉淀法制备锰锌软磁铁氧体前躯体粉具有重要的指导意义。
1 热力学计算
在Fe(Ⅱ)-Mn(Ⅱ)-Zn(Ⅱ)-CO32--NH3-H2O体系中，以碳酸氢铵与氨水的混合物为沉淀剂，铁、锰、锌均以碳酸盐沉淀的形式析出。[Fe2+]T、[Mn2+]T、[Zn2+]T、[C]T、[N]T分别表示溶液中铁、锰、锌离子及碳、氨的总摩尔浓度。该体系可能存在的化学反应及相应的平衡常数如表 1所示[9]。
表 1 共沉淀体系中可能存在的化学反应及其平衡常数(25℃)
因与金属离子配合的[NH3]≤[N]T，在[N]T的计算中可以忽略不计。根据化学反应平衡及质量守衡可得以下方程：
(1) 
(2) 
(3) 
(4) 
(5) 由于[C]T就是溶液中碳的总摩尔浓度，[N]T为溶液中氨的总摩尔浓度，根据以上方程可以得出该体系中的lg[Me]-pH关系图，由该关系图即可确定各金属离子的共沉区域。在[C]T=[N]T=0.1mol/L、[C]T= 0.1mol/L和[N]T=1.0mol/L、[C]T=[N]T=1.0mol/L的条件下计算出不同pH值下溶液中各金属离子的总浓度，计算结果分别如图 1~3。并得出以下结论。
(1) 三种金属离子共沉淀完全(浓度 < 10-5mol/L)的pH值由Zn2+沉淀完全的酸度所决定，因为锌具有较大的氨配合稳定常数，生成可溶的Zn(NH3)i2+。
(2) 三种金属离子共沉淀完全的pH值范围取与锌形成可溶性的氨配合物。决于[C]T、[N]T，即只与碳酸盐和氨水的加入量有关。
(3) 不同的[C]T和[N]T对各金属离子沉淀的pH值影响不同：铁只与[C]T有关，而与[N]T无关；锌与锰则均与[C]T、[N]T有关，而且[N]T对锌的关联度要比锰的大得多。
(4) 随着[N]T的增大，三种金属离子完全沉淀的pH值范围变窄，即由图 1的6.23~9.92变为图 2的6.23~7.39, 但下限是一样的，这是由于较大的[N]T易与锌形成可溶性的氨配合物。
(5) 随着[C]T的增大，三种金属离子沉淀完全的pH值范围变宽，而且[C]T每增加一个数量级三条曲线均向下平移一个单位，即pH值范围由图的6.23~7.3变为图 3的5.70~7.86。
由以上结论可知，从热力学分析得到的方程具有普遍的适用性，只要知道[N]T的浓度，并先做出[C]T=0.1mol/L的曲线，则在任意的[C]T下都可以通过上下平移曲线得到金属离子的共沉区域。
2 热力学分析对试验的指导作用
根据以上热力学分析可以对试验及生产起到指导作用，在试验的过程当中，为了使共沉淀完全，则必须确保共沉条件在三种金属共同沉淀完全的pH值区域，采用正加的加料方式则pH值由小变大，容易导致共沉粉的分层，即共沉粉的不均匀性; 相反，采用反加的加料方式则pH值由大变小，容易导致氢氧化物的析出；而采用并加的加料方式则始终保持pH值的不变，即稳定的保持共沉条件在共沉区域之内，这样不但保证了前躯体微粉成分组成和粒度的均匀性，同时也大大的改善了共沉粉的过滤性能，提高了共沉粉的活性。此外，采用不同组成的沉淀剂则获得不同的沉淀区域，采用氨水的量越多，则共沉区域越小，采用碳酸盐的量越多则共沉的区域越大。
3 结论
通过对Fe(Ⅱ)-Mn(Ⅱ)-Zn(Ⅱ)-CO32--NH3-H2O系的热力学分析，三者的共沉区域主要由Zn2+完全沉淀的区域所决定，而Zn2z沉淀完全的区域又受到[C]T和[N]T的控制。此外，Fe2+沉淀完全的区域只与[C]T有关。而在相同的[C]T条件下，共沉区域随[N]T的增加而变窄，但区域下限不变。在相同的[N]T条件下，任意的[C]T都可以通过上下平移曲线得到金属离子的共沉区域。所以只要知道溶液中[C]T和[N]T，即可确定三种金属离子的共沉区域，从而减少盲目的试验，起到对试验和生产的指导作用。
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[1] 徐竹云.矿井通风系统优化原理和设计计算方法[M].北京:冶金工业出版社, 1982.45-130. [2] 赵梓成.矿井通风计算及程序计算[M].昆明:云南科技出版社, 1992.12-58. [3] 高广军等.应用计算机模拟技术优化矿井通风系统[J].山东煤炭科技, 2004, (2)16-17. http://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?filename=mtsd200402012&dbname=CJFD&dbcode=CJFQ [4] 王海宁, 吴超.矿井通风网络优化软件及其应用[J].金属矿山, 2004, (7):62-64. http://www.cqvip.com/QK/90084X/2004007/10139974.html [5] 谭允祯.矿井通风系统优化[M].北京:煤炭工业出版社, 1992.34-98.
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