СПОСОБ УПЛОТНЕНИЯ КРЕМНЕЗЕМНОЙ ПЫЛИ Российский патент 1999 года по МПК C01B33/12 

Изобретение относится к способам уплотнения кремнеземной пыли путем механической обработки.

Кремнеземная пыль является побочным продуктом при выплавке в открытых печах ферросилиция, металлического кремния и других кремнийсодержащих сплавов. Содержание в ней кремнезема колеблется в пределах 87,0 - 98,0%, насыпная плотность ее равна 0,17- 0,25 г/см³.

На образование кремнеземной пыли в печи расходуется определенное количество шихтовых материалов и электроэнергии, поэтому рециклинг ее следует рассматривать как важное направление в области экономии материальных и энергетических ресурсов и повышении эффективности охраны окружающей среды.

Кроме того, она улучшает свойства бетонной смеси, ее седиментационную устойчивость, способность к перекачиванию и позволяет при уплотнении повысить прочность изделий. [Altner W. Einsatznoglichkeiten von amorphen Siliziumdioksid - Stauben in Zementbeton//Betonotechnik.- 1989 -Bol. 10, N4. - S. 117-119.]
Кремнеземная пыль обладает высокой пуццолановой активностью и, взаимодействуя с продуктами гидратации цемента, образует дополнительное количество гидратных новообразований, способствуя, таким образом, повышению прочности и плотности бетона.

Вследствие малой насыпной плотности и своеобразной слеживаемости пыли транспортировка ее практически не применяется, а складирование в виде шлама вызывает возражения с точки зрения экологической безопасности.

В связи с этим на первом этапе производственного рециклинга этой пыли необходимо решить проблему ее уплотнения, то есть повысить ее насыпную плотность.

Известен способ получения активных наполнителей из пылевидного кремнезема для модифицирования полиолефинов и кремнийорганических полимеров, в котором уплотнение кремнеземной пыли производят с помощью шнека (Е.В. Дацкевич, Л. Д. Качановская, А.В.Усачев. Влияние условий обработки на физико-химические свойства пылевидного кремнезема // Экотехнологии и ресурсосбережение. Киев, "Наукова думка", N 3 - 1993, с. 12-16.).

Недостатком известного способа является то, что наполнитель, полученный с помощью шнекового уплотнителя, не текуч, неудобен в работе, с трудом дозируется и распределяется в модифицируемом материале.

Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является способ уплотнения кремнеземной пыли путем ее обработки сжатым воздухом в бункере в течение 5-10 часов при периодическом процессе, а при непрерывном процессе - в течение 24 часов и более. При этом насыпная плотность кремнеземной пыли возрастает на 300%, то есть до 0,5 г/см³ (Пат. США N 4126424, кл. B 01 J 2/16, C 01 B 33/12).

При данном способе уплотнения кремнеземной пыли она не претерпевает значительных структурных изменений, обладает сыпучестью.

Недостатком известного способа является невысокая производительность, дороговизна из-за большого количества потребляемой электроэнергии и невозможность увеличения насыпной плотности выше 0,5 г/см³.

Задача, решаемая заявляемым техническим решением, заключается в повышении производительности процесса уплотнения, снижении энергозатрат и затрат на перевозку готового продукта, а также получении уплотненной кремнеземной пыли с плотностью 0,4 - 1,5 г/см³.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в заявляемом способе уплотнения кремнеземной пыли путем механического воздействия, ее обрабатывают в механических активаторах с мелющими телами при энергонапряженности 1 -150 Вт/г в течение 0,1 - 20 мин.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного более сильным механическим воздействием на кремнеземную пыль посредством механических активаторов с мелющими телами при энергонапряженности 1 -150 Вт/г в течение 0,1 -20 мин. Подобных технических решений не найдено, поэтому заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

Существенными отличительными признаками заявляемого технического решения являются:
- кремнеземную пыль уплотняют с помощью высокоэнергетичных механических активаторов с мелющими телами;
- обработку проводят при энергонапряженности 1 - 150 Вт/г в течение 0,1 - 20 мин.

Совокупность существенных отличительных признаков заявляемого способа позволяет решить поставленную задачу и получить уплотненную кремнеземную пыль с насыпной плотностью 0,4 - 1,5 г/см³, сыпучую, не слеживающуюся при хранении и перевозках, прекрасно показавшую себя при модифицировании цементов, бетонов и железобетонов. Новые свойства продукта возникают благодаря структурным изменениям, происходящим при обработке кремнеземной пыли с помощью заявляемого способа. Следовательно, можно считать, что заявляемый способ соответствует критерию "изобретательский уровень".

Примеры конкретного выполнения.

В качестве кремнеземной пыли в заявляемом способе использовали ультрадисперсную кремнеземную пыль - отход производства ферросилиция с насыпным весом 0,25 г/см³
Пример 1 (по прототипу).

Кремнеземную пыль с насыпной плотностью 0,17 г/см³ загружали в бункер диаметром 400 см³ и высотой 810 см, из них 410 см в конусообразной части и 360 см в цилиндрической. Пыль засыпали в бункер на высоту примерно 200 мм от верхней его части. Воздух подавали через суспендирующее основание и выводили через воздуховод. Скорость подачи воздуха составляла около 7 нм³/мин.

Микрокремнеземная пыль обрабатывалась в бункере в течение 10 часов, после чего измеряли ее насыпную плотность, которая составила 0, 5 г/см³. Полученная кремнеземная пыль недостаточно сыпучая, рыхлая, подвержена слеживаемости.

Согласно предлагаемому способу, уплотнение кремнеземной пыли проводили в механических активаторах с мелющими телами типа АГО-2 и АГО -3 и в валковой мельнице с мелющими телами.

Кремнеземную пыль загружают в механический активатор с мелющими телами и подвергают обработке при энергонапряженности 1- 150 Вт/г в течение 0,1-20 мин. Режим ее обработки в различных по энергонапряженности активаторах различен. Примеры конкретного выполнения заявляемого способа сведены в таблицу.

Пример 2.

В барабаны механического активатора АГО-2 загружают 300 г кремнеземсодержащей пыли с плотностью 0,25 г/см³ и 300 г железных шаров диаметром 5,5 мм. Обрабатывают кремнеземную пыль при ускорении 40g, энергонапряженности 10 Вт/г в течение 2 мин. Получают уплотненную кремнеземную пыль с плотностью 0,7 г/см³.

Пример 3.

В барабаны механического активатора АГО-2 загружают 8 г кремнеземсодержащей пыли и 200 г железных шаров диаметром 5,5 мм. Обрабатывают ее при ускорении вращения барабанов 60g, энергонапряженности аппарата 100 Вт/г в течение 0,6 мин. При этом получают кремнеземную пыль с плотность 0,72 г/см³.

Пример 4.

В барабан валковой мельницы загружают 20 г кремнеземсодержащей пыли и 750 г железных шаров с диаметром 22 мм. Обрабатывают пыль при ускорении 1g, энергонапряженности аппарата 1 вт/г в течение 20 мин. Получают уплотненную кремнеземсодержащую пыль с плотностью 0,65 г/см³.

Пример 5.

В барабаны механического активатора АГО - 2 загружали по 8 г кремнеземсодержащей пыли и 300 г железных шаров диаметром 9,4 мм. Барабаны вращали с ускорением 60g. При этом энергонапряженность данного активатора составляла 150 Вт/г. Обработку проводили в течение 2 мин. Получили кремнеземную пыль с плотностью 1,61 г/см³.

Пример 6.

В барабаны механического активатора АГО - 3 загружали 300 г кремнеземсодержащей пыли и 300 г железных шаров диаметром 5,5 мм. Барабаны вращали с ускорением 40g, при энергонапряженности 10 Вт/г в течение 0,1 мин. Получили кремнеземную пыль с плотностью 0,4 г/см³.

Пример 7.

В барабаны механического активатора АГО-З загружали 300 г кремнеземсодержащей пыли и 300 г железных шаров диаметром 5, 5 мм. Ускорение вращения барабанов 40g. Энергонапряженность - 10 Вт/г, время обработки - 0,05 мин. Получили кремнеземную пыль с плотностью 0,2 г/см³.

Пример 8.

В барабаны механического активатора АГО-2 загружали 300 г железных шаров диаметром 5,5 мм и 8 г кремнеземсодержащей пыли, обработку проводили при ускорении вращения барабанов 40g, энергонапряженности 150 Вт/г, в течение 25 мин. Получили кремнеземсодержащую пыль с плотностью 1,8 г/ см³.

Пример 9.

В барабаны механического активатора АГО - 2 загружали 300 г железных шаров диаметром 9,4 мм и 8 г кремнеземсодержащей пыли. Барабаны вращали с ускорением 60g, при энергонапряженности 100 Вт/г, в течение 15 мин. Получили кремнеземную пыль с плотностью 2,1 г/см.

Как видно из приведенных примеров, сведенных в таблицу, заявленные пределы энергонапряженности и времени обработки кремнеземной пыли в высокоэнергетичных активаторах с мелющими телами позволяют уплотнить кремнеземсодержащую пыль в широком интервале плотностей 0,4-1,5 г/см³.

Способ позволяет получать кремнеземную пыль с более высокой насыпной плотностью. Однако такая пыль годится только для складирования, ее практически невозможно использовать в качестве модификатора.

Полученная согласно заявляемому способу кремнеземная пыль обладает хорошей текучестью, неслеживаемостью, является хорошим модификатором для цементов, бетонов и железобетонов.

Кроме этого, заявляемый способ позволяет решить проблему снижения техногенной нагрузки на окружающую среду и понизить промышленную безопасность в районе расположения заводов по производству ферросилиция или металлического кремния, поскольку уплотненную кремнеземную пыль легче использовать в технологиях ее рециклинга.

Изобретение относится к способу уплотнения кремнеземной пыли, являющейся побочным продуктом при выплавке ферросилиция, металлического кремния и других кремнийсодержащих сплавов. Сущность изобретения заключается в обработке кремнеземной пыли в высокоэнергетичных технических активаторах с мелющими телами при энергонапряженности 1-150 Вт/г в течение 0,1-20 мин. Согласно изобретению повышается производительность процесса, снижаются энергозатраты и затраты на перевозку готового продукта, а также получается уплотненная кремнеземная пыль с плотностью 0,4-1,5 г/см³, обладающая высокой сыпучестью, неслеживаемостью. 1 табл.

Способ уплотнения кремнеземной пыли путем механической обработки, отличающийся тем, что ее обработку проводят в высокоэнергетичных механических активаторах с мелющими телами при энергонапряженности 1-150 Вт/г в течение 0,1-20 мин.