СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВИРОВАННОГО БЕНТОНИТА Российский патент 2003 года по МПК C04B33/02 B28C1/16 

Изобретение относится к способам получения активированного бентонита и может быть использовано при изготовлении активированных бентонитов для литейного производства, для производства железорудных окатышей, для буровых растворов и для других технологических процессов, в которых предусмотрено применение активированного бентонита.

Известен способ получения активированного бентонита, в котором пастообразную массу, состоящую из бентонитового сырья и активатора, подвергают механическому воздействию с усилием 20-60 кг/см² и частотой воздействия 30-120 раз в минуту в течение 0,5-3 мин (авт. свид. СССР 1742265, кл. С 04 В 33/04, 1992 г.).

Недостатком указанного способа является необходимость применения для осуществления процесса активации мощного силового воздействия на смесь сырья с активатором, что, в свою очередь, требует использования сложного, дорогостоящего и громоздкого оборудования.

Известен также способ получения активированного бентонита без применения энергонапряженного оборудования, в котором сырье из карьера измельчают, смешивают с активатором, подсушивают до влажности 20-22% и выдерживают в буртах в течение нескольких месяцев для прохождения процесса катионного обмена (Yiesserei, 78, 14, 1991, с.501-506).

Недостатком этого способа является наличие операции предварительного измельчения сырья, операции подсушки, которая замедляет процесс активации, большая продолжительность процесса активации.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому способу получения активированного бентонита является способ, в котором предварительно измельченное сырье укладывают слоями толщиной от 5 до 100 см, при этом на поверхность каждого слоя разбрызгивают необходимое количество водного раствора кальцинированной соды (Na₂CO₃), после чего смесь сырья с активатором выдерживают в статическом состоянии в течение от одного до 100 часов. Сушку и помол сырья осуществляют обычными способами (патент США 3240616 кл.106-72, 1966г.).

Способ по прототипу имеет следующие недостатки.

1. Предварительное измельчение сырья и предварительное растворение кальцинированной соды в воде усложняют технологию подготовки активированного сырья.

2. Послойная укладка сырья увеличивает трудоемкость процесса, а в производственных условиях раскладка сырья тонкими слоями (5-30 см) практически невозможна.

3. Введение активатора в сырье в виде водного раствора согласно примерам, приведенным в описании патента, увеличит содержание воды в сырье на 20-30%, при этом сырьевая масса приобретает вязкое или пастообразное состояние, что создаст трудности в дальнейшей ее переработке. С другой стороны, это приведет к большим затратам тепловой энергии при сушке активированного сырья.

4. Процесс активации бентонита при вылеживании сырья в статическом состоянии в течение непродолжительного времени (1-100 ч) не успевает завершиться, поэтому в дальнейшую переработку поступает недоаквированное сырье.

Технической задачей изобретения является ускорение реакции катионного обмена за счет улучшения контакта активатора с частицами бентонита.

Техническим результатом от использования изобретения является повышение эффективности процесса активации бентонитового сырья при одновременном упрощении технологии за счет использования сырья в исходном состоянии, без предварительной подготовки.

Для решения поставленной задачи предлагается способ получения активированного бентонита, включающий укладку бентонитового сырья, введение активатора, вылеживание смеси, сушку и помол, в котором сырье укладывают слоем толщиной 0,5-1,5 м, смешивают с активатором и вылеживают в течение 5-18 суток с перемешиванием за период вылеживания от 2 до 6 раз, при этом время вылеживания смеси сырья с активатором после каждого перемешивания составляет 1-3 суток.

При толщине слоя закладки менее 0,5 м или более 1,5 м ухудшается равномерность распределения активатора в бентонитовом сырье после первого перемешивания, что снижает скорость катионного обмена.

Общее время вылеживания смеси сырья с активатором составляет от 5 до 18 суток. При меньшем времени вылеживания процесс активации не успевает завершиться, а вылеживание более 18 суток не приводит к существенному повышению эффекта активации, поскольку при выдерживании заданных условий вылеживания смеси процесс активации бентонита в течение 18 суток завершается.

После каждого перемешивания смесь сырья с активаторам вылеживается в течение от 1 до 3 суток, при этом в производстве меньшее время вылеживания рекомендуется при большем количестве общих перемешиваний, а более длительное время вылеживания следует устанавливать при меньшем количестве перемешиваний, что соответствует оптимальным условиям диффузии катионов активатора к обменным катионам бентонита.

Оптимальное количество перемешиваний - от 2 до 6 раз. При перемешивании менее 2 раз ухудшается контакт частиц бентонита с активатором и снижается скорость катионного обмена, а при перемешивании более 6 раз скорость катионного обмена не увеличивается.

Пример.

В способе по изобретению комовый бентонит с естественными влажностью 16-38% и температуре окружающей среды (обычно от -20 до +30^oС) из карьера поступает на заранее подготовленную площадку, которая может располагаться либо рядом с карьером, либо рядом с заводом, перерабатывающим активированное сырье, либо в другом месте, предпочтительно рядом с дорогой от карьера до завода. Бентонитовое сырье без предварительной подготовки закладывается на площадке толщиной слоя от 0,5 до 1,5 м. Масса закладки не ограничена и может составлять от нескольких десятков тонн до нескольких тысяч тонн.

После установления фактического содержания воды в сырье рассчитывается требуемое количество активатора на сухое вещество. В качестве активатора используются известные соли натрия - кальцинированная сода, триполифосфат натрия, бура, каустическая сода, тринатрий фосфат и другие, а также смеси этих солей. Расход активатора зависит от состава и общей емкости обменных катионов активируемого бентонита, вида активатора, возможных потерь активатора при переработке активированного сырья. Расход активатора определяют либо расчетным путем по известным формулам реакции замещения катионов, либо экспериментально в лабораторных условиях.

Требуемое количество активатора равномерно распределяют по поверхности закладки и перемешивают с комовым бентонитом, при этом максимальный размер кусков комового бентонита не ограничивается и определяется существующим на карьере способом добычи сырья.

Перемешивание сырья с активатором осуществляют имеющимся на карьере или на перерабатывающем заводе оборудованием - экскаватором, бульдозером и т.п. В процессе перемешивания происходит дополнительное измельчение сырьевой массы, в результате чего улучшается доступ активатора к частицам бентонитового сырья и ускоряется реакция катионного обмена. Последующие перемешивания смеси комового сырья с активатором осуществляются аналогичным образом и сопровождаются все более полным прохождением процесса активации за счет все более улучшающегося контакта активатора с частицами активируемого сырья.

После последнего перемешивания сырьевой массы ее частицы имеют наименьшие размеры, что особенно благоприятно сказывается на процесс диффузии катионов и протекание реакции их замещения. Поэтому после последнего перемешивания время вылеживания сырьевой массы следует устанавливать по верхним пределам, т.е. 2-3 суток.

Процесс активации сырья обычно осуществляется на открытой площадке, практически в течение всего года. Рекомендуемая минимальная температура (-20^o) установлена исходя из прочности смерзшегося сырья, т.к. при более низких температурах возникают трудности по его дезинтеграции и соответственно перемешиванию. Рекомендуемый верхний предел по температуре ограничен +30^oС в связи с тем, что при более высокой температуре идет интенсивное обсыхание сырья, что может привести к замедлению реакции катионного обмена. Атмосферные осадки в виде дождя и снега не оказывают отрицательного влияния на ход реакции замещения катионов, однако их избыток (свыше 38%) может замедлить процесс сушки сырья.

Если площадка для активации открытая, то в зимнее время последнее перемешивание сырьевой массы целесообразно совместить с перевозкой сырья на склад и осуществлять при положительных температурах, что исключает возможность смерзания сырья и потери им сыпучести.

В результате неоднократного перемешивания сырьевой массы ее частицы измельчаются настолько, что часто отпадает необходимость пропускать сырье через глинорезку или зубчатую дробилку перед сушкой.

Перед подачей сырья в сушило проверяется содержание в нем соды. При недостаче соды недостающее ее количество добавляется в бункер сушила, например, из расчета массы одного грейфера сырья. При избытке соды (что менее вероятно) в бункер сушила добавляется необходимое количество неактивированного сырья, запасы которого должны быть на складе сырья.

Если по какой-либо причине в сушило попадут отдельные куски недоактивированного бентонита, то реакция замещения катионов заканчивается непосредственно в самом сушиле. Этому способствуют благоприятные условия для процесса диффузии катионов, а именно повышенная температура сырья, которая составляет 40-80^oС, и паровлажная атмосфера, поскольку бентонитовое сырье поступает в сушило с влажностью до 38%. Время нахождения сырья в этих условиях, в зависимости от производительности (или длины) сушила, может составлять от 10 до 30 мин.

Помол высушенного сырья осуществляется известными способами. Остаточная влажность в активированном порошке составляет 6-14%, что соответствует требованиям российских и зарубежных стандартов.

Пример определения размера площадки для закладки сырья.

Объем готовой продукции активированного бентонита - 1200 т
Влажность исходного сырья - 25%
Остаточная влажность бентонита - 10%
Активатор - Кальцинированная сода
Экспериментально установленное оптимальное содержание активатора (сверх 100%) - 2,0%
Расход соды с учетом остаточной влажности 1200•0,02•0,9 = 21,6 т.

Требуемое количество сырья с учетом его влажности

Плотность сырья с учетом его влажности составляет

где 75 и 25 - содержание в сырье соответственно бентонита и воды;
2,5 и 1,0 - плотность соответственно бентонита и воды.

Размер площадки выбирается исходя из потребной площади и высоты слоя закладки.

При высоте слоя 1,2 м потребность в площадях составит

Целесообразно выбрать площадку размером 10х74 м, т.к. смесь сырья с содой удобнее перемешивать в продолговатой закладке.

На поверхность заложенного слоя сырья рассыпается активатор - кальцинированная сода в количестве

После этого смесь бентонитового сырья с кальцинированной содой перемешивают. Первое перемешивание проводится особенно тщательно. Для последующего вылеживания закладку сырьевой массы можно сделать более компактной, уменьшив ее площадь и увеличив высоту в соответствии с производственной целесообразностью.

В таблице приведены три примера осуществления способа по изобретению и свойства получаемого активированного бентонита.

Прочность в зоне конденсации влаги и водопоглощение определяли по ГОСТ 28177-89, а активность бентонита - по ГОСТ 23403.14-78.

Как видно из таблицы, свойства активированного бентонита, полученного способом по изобретению, превосходят свойства бентонита, полученного известным способом, при этом существенно упрощаются технология подготовки сырья для осуществления процесса активации и последующая переработка активированного сырья.

Применение предлагаемого способа получения активированного бентонита позволяет повысить эффективность процесса активации за счет ускорения диффузии катионов активатора к обменным катионам бентонита, что обеспечивает повышение скорости катионного обмена. Процесс активации по изобретению может быть осуществлен на любом карьере или на заводе бентопорошка с минимальными техническими и финансовыми затратами.

Изобретение относится к литейному производству, а также может быть использовано для производства железорудных окатышей, для буровых растворов и для других технологических процессов с применением активированных бентонитов. Способ реализовывается следующим образом: бентонитовое сырье без предварительной подготовки укладывают слоем толщиной 0,5-1,5 м, смешивают с активатором и вылеживают в течение 5-18 суток, при этом за время вылеживания смесь сырья с активатором перемешивают 2-6 раз с вылеживанием после каждого перемешивания в течение 1-3 суток, после чего активированное сырье сушат и измельчают. Изобретение позволяет повысить эффективность процесса активации бентонита при упрощении технологии и минимальном использовании технических средств. 1 табл.

Способ получения активированного бентонита, включающий укладку бентонитового сырья, введение активатора, вылеживание смеси для прохождения реакции катионного обмена, сушку и помол, отличающийся тем, что бентонитовое сырье укладывают слоем толщиной 0,5-1,5 м, смешивают с активатором и вылеживают в течение 5-18 суток, при этом смесь сырья с активатором за период вылеживания перемешивают 2-6 раз, с вылеживанием после каждого перемешивания в течение 1-3 суток.