СПОСОБ ОЧИСТКИ МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1997 года по МПК B03B5/02 

Изобретение касается очистки мелкодисперсных сыпучих материалов, например переизмельченного кварцевого сырья, клинисфер для клинитрона от поверхности и прочих технологических загрязнений.

Целью изобретения является высокоэффективная очистка мелкозернистых материалов крупностью менее 0,15 мм от поверхностных и прочих загрязнений без повреждения очищаемого материала.

Известно, что в настоящее время отсутствуют высокоэффективные способы очистки мелкозернистых сыпучих материалов от поверхностных и технологических загрязнений без повреждения очищаемого зерна, что приводит, как правило, к изменению первоначальных свойств материала.

Например, переизмельченный кварц (менее 0,1 мм) часто используют как низкосортный наполнитель, так как: либо не могут провести его эффективную доочистку, либо при очистке теряется более половины материала, при этом обычно изменяется фракционный состав в сторону закрупнения, а клинисферы, загрязненные в процессе лечения, утрачивают свои свойства полностью и уничтожаются. Клинисферы представляют собой слоистый материал сферической формы размером от 50 до 150 мкм (средний диаметр 80 мкм), наружный слой которого состоит из кремнийорганического полимерного покрытия, составляющего предмет "НОУ-ХАУ" фирмы-изготовителя "Сампекс" (Фр). Ядро клинисферы выполнено из силикатного стекла, что позволяет ему служить отличным наполнителем в постелях-клинитронах, предназначенных для лечения тяжело- больных, например с обширными ожогами.

Известные попытки очистить загрязненные при лечении клинисферы не дали положительных результатов (см. а.с. N1741797, БИ N23, 1992) [1]
Известный способ обогащения кварцевых песков, изложенный в книге "Акустическая технология в обогащении полезных ископаемых" под ред. В.С. Ямщикова. М. Недра, 1987, с. 77 [2] не сможет достичь указанной цели из-за существенных различий в составе и свойствах обрабатываемого материала и видов его загрязнений, а также вследствие различий гидродинамических режимов обработки, допускающих разрушение зерен материала.

Известна также из литературы (под ред. В.Г. Кузьмина и др. "Минералургия жильного кварца". М. Недра, 1990, с. 207 211) [3] химическая обработка кварцевого сырья, заключающаяся в том, что выдержанную в реагенте влажную крупку обрабатывают в восходящем потоке разделяющей среды ультразвуковыми колебаниями. Однако и этот способ не позволяет достичь полностью поставленной цели, так как вследствие известных относительно высоких скоростей восходящего потока жидкости, создающих турбулизацию в режиме псевдокипения, мелкодисперсный материал, например, клинисферы не может двигаться противотоком вниз, т. е. нарушается сплошность и однородность потока. Кроме того, применение сильнодействующего реагента, а также мощного ультразвукового воздействия изменяет свойства клинисфер, например, способность поглощать выделения больного и остатков лекарственных препаратов, сохраняя при этом абактериальность и способность флюидизировать, особенно при повторных очистках.

Предлагаемый способ очистки мелкозернистых материалов, включающий подачу обработанного реагентом материала в восходящий поток разделяющей среды с обработкой ультразвуковыми колебаниями, отличается тем, что отмывка мелкозернистого материала крупностью менее 150 мкм проводится в восходящем потоке разделяющей среды при ламинальном течении жидкости, т.е. при малых скоростях потоков, ограниченных пределами:
U_ос <U <U_ун,
где U_ун среднестатическая скорость уноса частиц жидкостью,
U_ос среднестатическая скорость осаждения частиц в жидкости.

Значение нижней и верхней границ указанного интервала скоростей определяют опытно-статическим путем, исходя из характера загрязнений, т.е. состояния твердой фазы, поскольку аналитическое определение по известным методикам не представляется возможным.

Кроме того, соотношение ж:т ограничивают от 0,25 до 3,0, т.к. в процессе отмывки в восходящем потоке разделяющей среды твердая фаза проходит последовательно стадии разбавления и сгущения, что позволяет производить равновероятную управляющую по времени и интенсивности обработку. Нижний предел соотношения Ж: Т 0,25 соответствует такой степени влагосодержания, при которой материал способен образовывать подвижный управляемый поток твердой фазы, например, при загрузке и выгрузке. Как показали наши исследования, величина Ж: Т 0,25 соответствует появлению свободной жидкости над уровнем свободно насыпанной твердой фазы и ограничивается практически величиной прозрачности, т. е. плотности упаковки твердых частиц. Верхняя граница это такое разбавление, которое соответствует границе перехода ламинарного режима течения жидкости в турбулентный.

Действительно, как показали наши исследования, при обработке клиносфер средним диаметром до 80 мкм, границей перехода ламинарного режима течения жидкости можно считать такое разбавление суспензии, при котором расстояние между двумя соседними частицами составляет от 1,5 до 2,5 диаметров, при этом жидкость выделяется как сплошная фаза, а с учетом разности плотности системы: вода-стекло 1:2,65 в трехмерном пространстве верхний предел с достаточной степенью точности можно выразить:
Ж:Т (1,5 2,5)³ 1/2,65 3,0
Превышение данного соотношения приводило к нарушению ламинарного течения жидкости и, как следствие, к значительному выбросу материала, нарушению сплошности потока твердых частиц.

Предлагаемый способ отличается еще и тем, что для достижения поставленной цели обработку ведут последовательно: веществами, например некоторыми сортами и марками синтетических моющих средств, а также мощностью ультразвукового и теплового воздействия, при которых не повреждаются зерна очищаемого материала, а следовательно, не изменяются его свойства даже при многократной очистке.

Способ очистки клинисфер для клинитронов осуществляют следующим образом.

Во-первых, загрязненные клинисферы обрабатывают веществами, например некоторыми марками моющих веществ, не разрушающими аппретированную поверхность при температуре до 60^oC в бункере с нижним сливом. При емкости бункера 240 кг выдержка составляет в среднем 4 5 часов.

Во-вторых, производят отмывку очищенной водой путем подачи в восходящий поток разделяющей жидкости, движущейся по живому сечению вертикальной колонны в ламинарном режиме со скоростью:
U_max P_max/C_min 0,083•10^-4 42•10^-4 0,19•10^-2 м/с
U_min P_max/C_max 0,042•10^-4 100•10^-4 0,04•10^-2 м/с
где P_max 0,5 Л/мин 0,083•10^-4м³/с - максимальный расход жидкости;
P_min 0,25 Л/мин 0,042•10^-4 м³/с - минимальный расход жидкости;
C_min 42•10^-4 м² минимальный размер живого сечения;
C_max 100•10^-4 м² максимальный размер живого сечения;
Таким образом процесс очистки клинисфер проводился в интервале скоростей от 0,04 до 0,19 см/сек, за пределами которого происходили либо выброс, либо недопустимое сгущение обрабатываемого материала.

Производительность при этом составила 30 кг/ч очищенных клинисфер. Мощность ультразвукового воздействия (H) при интенсивности (I) 2,5 Вт/см² и времени озвучивания (Ч) до 0,1 час составила:
H I•Ч 0,25 Вт•час/см²
При указанных режимах не наблюдались: ни повреждение поверхностного слоя клинисфер, ни проскок неочищенного материала. Это легко контролировалось визуально; в противном случае в промывных водах появлялся: либо характерный налет с перламутровым оттенком, либо жидкость в обработанном продукте вспенивалась и становилась мылкой на ощупь.

В-третьих, клинисферы после отмывки сушат в неподвижном слое при температурах ниже термического разложения полимерного кремний-органического покрытия (60 400^oC), причем верхний слой материала, в котором вследствие испарения концентрируются остатки загрязнений, возвращают на доочистку, что способствует повышению ее качества, например абактериальности.

Таким образом, клинисферы, утратившие свои лечебные свойства в процессе эксплуатации, в результате очистки (регенерации), проведенной по предлагаемому способу, полностью их восстанавливают, что свидетельствует о достижении поставленной цели. Так, например, были регенерированы до шести крат клинисферы для клинитрона Клиники термических поражений Военно-Медицинской Академии в Санкт-Петербурге, дважды для Московского института хирургии им. Вишневского и ряда других ожоговых центров. Срок службы очищенных (регенерированных) клинисфер составляет более 12 месяцев, примерно столько же служит и фирменный свежий материал.

Использование: для очистки мелкодисперсных сыпучих материалов, например переизмельченного кварцевого сырья, клинисфер для клинитрона от поверхностных и прочих технологических загрязнений. Сущность изобретения: мелкозернистый материал крупностью менее 0,15 мм предварительно обрабатывают реагентом, а затем направляют материал на отмывку в восходящем потоке разделяющей среды с обработкой его ультразвуковыми колебаниями, причем отмывку осуществляют в ламинарном противотоке с относительными скоростями жидкой и твердой фаз, ограниченными пределами:
U_ос <U <U_ун,
где U_ун - среднестатическая скорость уноса частиц жидкостью;
U_ос - среднестатическая скорость осаждения частиц в жидкости, и при соотношении жидкость-твердое от 0,25 до 3,0. После отмывки осуществляют сушку материала, причем слипшиеся комки материала, образовавшиеся вследствие концентрации остаточных загрязнений на поверхности испарения, возвращают на доочистку, а процессы обработки материала реагентом и ультразвуковыми колебаниями и сушки осуществляют без повреждения поверхностного слоя материала.

Способ очистки мелкозернистых материалов, включающий предварительную обработку реагентом и отмывку материала в восходящем потоке разделяющей среды с обработкой его ультразвуковыми колебаниями, отличающийся тем, что при очистке мелкозернистого материала крупностью менее 0,15 мм отмывку в восходящем потоке разделяющей среды осуществляют в ламинарном противопотоке с относительными скоростями жидкой и твердой фаз, ограниченными пределами
U_о с < U < U_у н,
где U_у н среднестатическая скорость уноса частиц жидкостью;
U_о с среднестатическая скорость осаждения частиц в жидкости,
и при соотношении жидкость твердое от 0,25 до 3,0, после чего осуществляют сушку, причем слипшиеся комки материала, образовавшиеся вследствие концентрации остаточных загрязнений на поверхности испарения, возвращают на дочистку, а процессы обработки реагентом, ультразвуковыми колебаниями и сушки осуществляют без повреждения поверхностного слоя материала.