СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ВСПУЧЕННОГО ВЕРМИКУЛИТА И АГРЕГАТ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК F27B15/00 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, преимущественно к производству вспученного вермикулита, непосредственно из необогащенной руды с содержанием пустой породы от 15 до 85%.

В мировой практике эффективное производство вспученного вермикулита из необогащенной руды отсутствует.

Как показали технико-экономические исследования, при производстве из карьерной необогащенной руды вспученный вермикулит получается при равном качестве в 1,5-2 раза дешевле, чем из концентрата сырья.

Известен способ производства вспученного материала и устройство для его осуществления (а.с. СССР N 1043456, кл. F 27 B 15/00).

Способ производства вспученного материала, преимущественно вермикулита заключается в подаче сырья в струю раскаленных газов со скоростью большей, чем скорость потока раскаленных газов.

Устройство для осуществления этого способа выполнено в виде вертикальной трубчатой печи, в нижней части которой расположено устройство для подачи сырья и форсунка, а в верхней части отражатель в виде шатрового свода и приемные камеры.

Недостатками указанных способа и устройства для его осуществления являются низкая степень вспучивания и извлечение вспученного вермикулита при содержании пустой породы в сырье выше 15%, а также нерациональное использование тепла потока раскаленных газов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является агрегат для вспучивания и обогащения зернистого материала, преимущественно вермикулита, содержащий печь с наклонным подом, горелочное устройство, пневмоэжекционное устройство для загрузки сырья, осадительную камеру с вытяжным устройством, бункеры для сырья и пустой породы и экран, установленный в конце канала печи (а.с. N 765628, кл. F 27 B 15/00).

Способ, реализуемый посредством этого агрегата, заключается в том, что сырье пневмоэжекционным устройством подается в поток раскаленных газов со скоростью большей скорости последних. При этом зерна сырья размером менее 0,5 мм в струю раскаленных газов вспучиваются во взвешенном состоянии и выносятся в осадительную камеру, а крупные толстые зерна размером 0,5 - 3 мм забрасываются пневмоэжекционным устройством до экрана, ударяясь о который задерживаются и скатываются по наклонному поду, по мере скатывания избирательно по фракциям и минералогии вспучиваются, приобретая парусность, захватываются потоком газов, которые выносятся в осадительную камеру. При этом газы постоянно удаляются вытяжным устройством, а пустая порода выпадает из потока и по наклонному поду скатывается в бункер пустой породы.

Таким образом толстые зерна размером 0,5-3 мм подвергаются двухступенчатому нагреву, сначала пролетая по инерции вверх до экрана, а затем при скатывании по наклонному поду вниз. Зерна толщиной более 3 мм при скатывании по наклонному поду не успевают вспучиваться и вместе с пустой породой скатываются в бункер пустой породы.

Недостатком агрегата для вспучивания материала и способа, реализуемого им, является невозможность прогрева и полного вспучивания вермикулита с толщиной гранул более 3 мм и, следовательно, низкая эффективность его вспучивания тем более из необогащенного сырья с содержанием пустой породы 15-85%.

При этом для нагрева с 20-30^oC до 300-600^oC, при температуре газовой среды в печи 800-1000^oC и полного вспучивания вермикулита из необогащенной руды с большим содержанием гранул вермикулита толщиной более 3 мм требуется больший расход топлива.

Целью изобретения является обеспечение получения вспученного вермикулита из необогащенной руды, при этом повышение удельной производительности процесса, качества и выхода вспученного материала, а также сокращение энергозатрат.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу производства вспученного материала, преимущественно вермикулита, путем подачи сырья в поток раскаленных газов со скоростью большей скорости потока, а затем противоточно этому потоку, перед подачей его в поток раскаленных газов в печи сырье подогревают до температуры 80-120^oC, подавая сначала во взвешенном распыленном состоянии в газовый поток с температурой 150-230^oC прямоточно, а затем противоточно в виде естественно скатывающегося по наклонной плоскости насыпного слоя, при этом температура потока раскаленных газов в печи, в который затем подают подогретое сырье, составляет 800-1000^oC, при котором нагрев вермикулита осуществляют только до 300-600^oC.

Агрегат для осуществления способа, содержащий печь с наклонным каналом, снабженным в верхней части экраном, горелочное устройство и пневмоэжекционное устройство для подачи сырья, установленное в нижней части канала печи, бункер для сырья, осадительную камеру с заборником отходящих газов и газоотвод, согласно поставленной цели содержит дополнительный сушильно-подогревательный канал, расположенный над наклонным каналом, и обводной канал, соединяющий нижнюю часть дополнительного канала с заборником отходящих газов, второе эжекционное устройство, связанное с бункером для сырья, течку, соединяющую нижнюю часть сушильно-подогревательного канала с пневмоэжекционным устройством для подачи сырья в наклонный канал печи и устройство для регулирования объема нагретых газов, подаваемых в дополнительный сушильно-подогревательный канал, установленное в газоотводе.

Сущность предлагаемых способа производства вспученного материала, преимущественно вермикулита, и агрегата для его осуществления заключается в использовании тепла отходящих газов из основного канала обжиговой печи для предварительной сушки и подогрева сырья перед подачей в основной канал печи. При этом осуществляется прогрев крупных, толстых зерен вермикулита на всю глубину до 80-120^oC для последующего взрывообразного, более полного вспучивания его при резком высокотемпературном режиме нагрева.

Нагрев вермикулита в пределах 300-600^oC при температуре теплоносителя в канале печи 800-1000^oC объясняется тем, что в этих пределах нагрева обеспечивается наибольшая степень вспучивания и прочность гранул вспученного вермикулита.

Предварительный нагрев вермикулита в пределах 80-120^oC с последующим резким взрывообразным нагревом при температуре теплоносителя в канале печи 800-1000^oC до температуры 300-600^oC дает возможность при данном способе получить из необогащенной руды с содержанием пустой породы 15-85% вспученный вермикулит объемной массой в пределах 50-125 кг/м³, деформативностью насыпного слоя гранул на сжатие 8-10% и хрупкостью 6-7%, что превышает эти показатели при получении его из обогащенного в обогатительных фабриках концентратора сырья.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен агрегат для производства вспученного материала, общий вид; на фиг. 2 разрез по А-А на фиг. 1.

Агрегат состоит из печи, выполненной в виде наклонного канала 1 с расположенным в его верхней части экраном 2 и параллельного поду канала 1 над ним дополнительного сушильно-подогревательного канала 3 и расположенных в нижней части торца канала 1 горелочного устройства 4 и пневмоэжекционного устройства 5, а в нижней части торца канала 3 эжекционного устройства 6, осадительной камеры 7 с расположенными в его верхней части заборником отходящих газов 8 и бункера для сырья 9.

Эжекционное устройство 6 связано с бункером для сырья 9, нижняя часть канала 3 течкой 10 с пневмоэжекционным устройством 5. Параллельно дополнительному каналу 3 расположен обводной канал 11, сообщающийся в нижней части с каналом 3, а в верхней части с заборником отходящих газов 8.

В верхней части дополнительного канала 3 расположено устройство для регулирования объема отходящих газов, состоящее из шибера 12 на выходе канала 3 и шиберов 13 на входе заборника отходящих газов 8 и 14 на входе газоотвода 15.

Для контроля за разрежением в канале 1 расположен тягометр 16, а для контроля температуры сырья после сушки и подогрева сырья в дополнительном канале 3 перед подачей в канал 1 в течке 10 термопара 17, а в канале 1 термопара 18.

Агрегат работает следующим образом.

Включается вытяжка, обеспечивающая отсос газов через газоотвод 15 из осадительной камеры 7. Разрежение в канале 1 печи регулируется шиберами 14 и 13 при закрытом шибере 12. Затем подается сжатый воздух от компрессора в эжекционные устройства 5 и 6 и после установления стабильного аэродинамического режима зажигается горелочное устройство 4. Путем регулирования расхода топлива и воздуха, а также величины разрежения в канале 1 устанавливается стабильное горение, обеспечивающее нагрев в зависимости от качества сырья и производительности в пределах 800-1000^oC.

После установления стабильного режима нагрева в канале 1 открывается шибер 12 и путем регулирования шиберами 12, 13 и 14 устанавливается режим нагрева в дополнительном сушильно-подогревательном канале 3 газами, поступающими из заборника отходящих газов 8 через обводной канал 11 на вход канала 3, температура газов, поступающих в канал, устанавливается в пределах 150-230^oC.

Затем из бункера 9 в эжекционное устройство 6 подается сырье, которое во взвешенном распыленном состоянии этим устройством забрасывается в канал 3 и пролетает по нему до верхнего торца, ударяясь о который скатывается вниз по поду канала в виде насыпного слоя. При этом сырье высушивается и подогревается до температуры 80-120^oC. Температура нагрева обеспечивается температурой и количеством газов, проходящих через канал 3, а также его длиной. Температура нагрева сырья в процессе работы агрегата в дополнительном канале 3 регулируется путем открытия шибера 12 и поджатием шибера 13 по показаниям термопары 17.

Подогретое сырье из канала 3 через течку 10 поступает в пневмоэжекционное устройство 5, которым оно разгоняется сжатым воздухом до скоростей 30-50 м/сек и по инерции выбрасывается путем распыла в канал 1 печи. При этом предварительно подогретые мелкие и тонкие зерна сырья (вермикулита) вспучиваются сразу, попадая в поток раскаленных газов с температурой 800-1000^oC, нагреваясь при этом до 300-600^oC, вспучиваются и выносятся в осадительную камеру 7. Крупные толстые зерна, также подогретые в дополнительном канале 3, в соответствии с их кинетической энергией, приобретенной в эжекторе 5, пролетают сквозь поток раскаленных газов с большим градиентом скоростей, ударяются об экран 3, останавливаются и падают на под канала 1 печи. Оптимальная длина и высота канала 1 печи обеспечивают необходимое время нахождения в зоне высоких температур разных фракций и минералогических составляющих гидрослюд и вермикулита для полного и избирательного их вспучивания, а заданная скорость потока раскаленных газов в канале 1 печи обеспечивает избирательно своевременное удаление из зоны высоких температур хорошо вспученных частиц вермикулита без пережога в осадительную камеру 7.

Особо крупные частицы вермикулита и гидрослюд, отражаясь от экрана 2, скатываются по наклонному поду канала 1 печи и нагреваются при этом до требуемой температуры 300-600^oC. В результате эти частицы также вспучиваются и, приобретая определенную парусность, подхватываются потоком газов и выносятся в осадительную камеру 7. Газовый поток с частицами вспученного вермикулита при выходе их канала печи 1 резко теряет скорость и вспученные частицы вермикулита выпадают из него и опускаются на дно осадительной камеры 7.

Газы с увлекаемой ими вермикулитовой пылью поступают через заборник 8 и обводной канал 11 в дополнительный канал 3 и из него через газоотвод в очистные сооружения.

Пустая порода в канале 1 не вспучивается и, следовательно, не приобретает необходимую парусность для выноса потоком раскаленных газов в осадительную камеру 17, а ссыпается по поду канала 1 через нижний торец его в бункер для пустой породы (на фиг. не показан).

Результаты испытаний предлагаемого способа и устройства для его осуществления приведены в таблицах 1 и 2.

Выводы: как видно из результатов испытаний способа и устройства, его осуществляющего, приведенных в таблицах 1 и 2, получается вспученный вермикулит из необогащенной руды влажностью до 10%, соответствующий по качеству мировым стандартам.

Расчет экономической эффективности по сопоставлению стоимости вспученного вермикулита, полученного из концентрата обогатительной фабрики и из необогащенной руды в ценах 1992 и 1993 г. С предлагаемым способом и агрегатом для его осуществления приводятся ниже:
1. Концентрат вермикулитового сырья КВ-150 Ковдорской обогатительной фабрики в ценах 1992 года стоил 30 тыс. руб. за одну тонну, а в 1993 г. - 53 тыс. руб/т.

При этом выход из одной тонны его вспученного вермикулита объемной плотностью до 150 кг/м³ составлял 6 м³.

Следовательно, удельная стоимость сырья для производства одного м³ вспученного вермикулита составляла в ценах 1992 г. - 5000 руб/м³, а 1993-8833 руб/м³.

2. Необогащенная руда, добываемая в карьерах открытым способом, в ценах 1992 г. составляла около 4000 руб/т, а 1993-6000 руб/т.

Выход из одной тонны руды с содержанием вермикулита 34%, после отсева пустой породы фракции более 10 мм составлял 2,5 м³/т.

Следовательно, удельная стоимость сырья для производства 1 м³ вспученного вермикулита составляла в ценах 1992 г. 1600 руб/м³, 1993 г. - 2400 руб/м³.

Таким образом производство вспученного вермикулита из необогащенной руды с применением данного способа и агрегата для его осуществления позволяет получить удельный экономический эффект в ценах 1992 г. - 5000-1600 = 3400 руб/м³, т.е. в 3,125 раза, а в ценах 1993 г. - 8833 - 2400 = 6433 руб/м³, т.е. в 3,69 раза, чем при производстве из концентрата КВ-150.

Соответственно сокращаются в значительной степени трудовые и энергозатраты.

Естественно при производстве вспученного вермикулита из необогащенной руды отпадают огромные капитальные затраты на строительство дорогих обогатительных фабрик и что немаловажно осваиваются сотни малых месторождений вермикулита, остающиеся во всем мире без использования, кроме того могут быть использованы сопутствующие вермикулитсодержащие вскрышные руды при разработке крупных месторождений на другие полезные ископаемые.

В предлагаемой двухканальной печи с предварительным подогревом руды теплом отходящих газов от печи достигается экономия топлива по отношению с прототипом, т.е. одноканальной печью на 12-20% в зависимости от влажности руды.

Относится к промышленности строительных материалов. Способ производства вспученного вермикулита и агрегат для его осуществления могут быть использованы при производстве вспученного материала, в частности вспученного вермикулита непосредственно из необогащенной руды с содержанием пустой породы от 15 до 85%. По предлагаемому изобретению сырье перед подачей в основной обжиговый канал печи подсушивают и нагревают до 80-120^oС в дополнительном сушильно-подогревательном канале отходящими газами, забираемыми после основного обжигового канала, а нагрев сырья в обоих каналах осуществляют сначала прямоточно во взвешенном распыленном состоянии, а затем противоточно в виде естественно скатывающегося по наклонной поверхности насыпного слоя, при этом нагрев вермикулита осуществляют при температуре 800-1000^oС до 300-600^oС. Повышается качество и выход вспученного материала. 2 с.п.ф-лы, 2 ил., 2 табл.

1. Способ производства вспученного материала, преимущественно вермикулита, путем подачи сырья в поток раскаленных газов со скоростью, большей скорости потока, а затем противоточно этому потоку, отличающийся тем, что перед подачей в поток раскаленных газов в печи сырье подогревают до 80 - 120^oC, подавая сначала во взвешенном распыленном состоянии в газовый поток с температурой 150 - 230^oC прямоточно, а затем противоточно в виде естественно скатывающегося по наклонной плоскости насыпного слоя, а температура потока раскаленных газов, в который затем подают подогретое сырье составляет 800 - 1000^oC, при этом вермикулит нагревают до 300 - 600^oC. 2. Агрегат для производства вспученного материала, преимущественно вермикулита, содержащий печь с наклонным каналом, снабженным в верхней части экраном, горелочное устройство и пневмоэжекционное устройство для подачи сырья, установленные в нижней части канала печи, бункер для сырья, осадительную камеру с заборником отходящих газов и газоотвод, отличающийся тем, что он содержит дополнительный сушильно-подогревательный канал, расположенный над наклонным каналом печи, и обводной канал, соединяющий нижнюю часть дополнительного канала с заборником отходящих газов, второе эжекционное устройство, связанное с бункером для сырья, течку, соединяющую нижнюю часть сушильно-подогревательного канала с пневмоэжекционным устройством для подачи сырья в наклонный канал и устройство для регулирования объема нагретых газов, подаваемых в дополнительный сушильно-подогревательный канал, установленное в газоотводе.