СПОСОБ УПЛОТНЕНИЯ МЕЛКОДИСПЕРСНОЙ КРЕМНЕЗЕМСОДЕРЖАЩЕЙ ПЫЛИ ГАЗООЧИСТКИ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА КРЕМНИЯ И ВЫСОКОКРЕМНИСТЫХ ФЕРРОСПЛАВОВ Российский патент 2003 года по МПК C01B33/12 C01B33/18 

Изобретение относится к области металлургии, строительных материалов и химической промышленности.

Образование значительного количества кремнеземистой пыли является неизбежным явлением при электротермическом производстве кремния и высококремнистого ферросилиция. При этом количество образующейся пыли может достигать 800 кг на 1 тонну выплавляемого кремния.

Пыль электротермических производств по структуре представляет собой сферические частицы аморфного кремнезема. Диаметр частиц колеблется в пределах 0,1-0,3 мкм, т.е. в 50 раз меньше частиц цемента. За счет электростатических сил частицы удерживаются на некотором расстоянии друг от друга, вследствие чего насыпной вес кремнеземистого материала крайне мал и составляет 0,18-0,22 г/см³, что существенно затрудняет и делает невыгодным ее транспортировку и переработку. В настоящее время пыль газоочистки электротермических печей производства кремния и высококремнистого ферросилиция повсеместно направляется в шламохранилища, что ухудшает экологическое обстановку.

Аналогом является "Способ обработки мелкодисперсной кремнийсодержащей пыли газоочистки электротермического производства кремния и кремнистых сплавов" по патенту 20854886, С 01 В 33/18, опубликованному в официальном бюллетене "Изобретения" за 1997, содержащий загрузку пыли во вращающийся барабан, компактирование и выгрузку, причем компактирование осуществляют за счет снятия электростатического заряда с частиц пыли путем массообмена материала, контактирующего с электропроводящей поверхностью, кремнийсодержащую пыль загружают в количестве 50-60% от объема барабана, а линейную скорость перемещения материала в барабане поддерживают 0,18-0,37 м/с, обработку ведут в течение 2-4 часов.

Достоинством способа является возможность увеличить насыпной вес кремнеземистого материала до 0,7 г/см³.

Недостатком способа является необходимость проводить обработку пыли в течение 2-4 часов.

Ближайшим аналогом, выбранным за прототип, является "Способ уплотнения кремнеземной пыли" по патенту 21392456, С 01 В 33/12, опубликованному в официальном бюллетене "Изобретения" за 1999 г., содержащий механическую обработку пыли, причем обработку проводят в высокоэнергетичных технических активаторах с мелющими телами при энергонапряженности 1-150 Вт/г в течение 0,1-20 мин.

Достоинством технического решения является повышение производительности процесса, снижение энергозатрат и затрат на перевозку готового продукта, получение уплотненной кремнеземной пыли с плотностью 0,4-1,5 г/см.

Недостатками способа являются периодичность процесса, необходимость дополнительного оборудования, опасность производства.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является разработка высокопроизводительного непрерывного способа уплотнения мелкодисперсной кремнеземсодержащей пыли, регулирование активных свойств пыли, обеспечение техники безопасности производства и снижение энергозатрат.

Технический результат достигается следующим образом. Способ уплотнения мелкодисперсной кремнеземсодержащей пыли газоочистки электротермического производства кремния и высококремнистых ферросплавов содержит механическую обработку материала, причем обработку проводят, пропуская пыль между вращающимися валками пресса в непрерывном режиме, а сохранение активных свойств пыли регулируют степенью уплотнения путем изменения зазора валкового пресса.

Для экспериментов используют валковый пресс с размерами валков: диаметр 130 мм, длина 500 мм, скорость вращения на электроприводе 12 об/мин. Вращение второго валка осуществляют от первого через зубчатую шестерню. Поверхность одного из валков облицована полимерным материалом и в отличие от второго стального валка не жесткая. Один из валков жестко закрепляют в раме, другой валок перемещают параллельно первому и таким путем регулируют зазор между валками. Фиксацию зазоров осуществляют с помощью поджимных винтов.

При работе пресса валки располагают таким образом, что засыпку порошка производят сверху в распадок между валками, он захватывается валками и увлекается в щель. Материал насыпают тонким слоем, распределенным равномерно по всей длине валка. При прохождении кремнеземсодержащей пыли между вращающимися валками на нее оказывается давление 310-420 кг/см², что достаточно для преодоления электростатических сил и сближения отдельных частиц пыли, т. е. для ее уплотнения. На выходной стороне пленка уплотненного материала отлетает кусочками от поверхности валков. Уплотненный материал транспортируют пневмотранспортом, в цементовозах, в контейнерах и мешках. Насыпной вес уплотненного кремнеземистого материала составляет 0,6-0,9 г/см³. Особенностью данного способа является чешуйчатая форма частиц уплотненного материала, в отличие от сферической формы, характерной для большинства известных способов. В результате этого после непродолжительного хранения кремнеземистого материала в таре происходит естественное дробление чешуек и увеличение насыпного веса кремнеземистого материала еще на ~10%.

Технико-экономический эффект от использования настоящего изобретения заключается в следующем.

В отличие от большинства известных способов уплотнения кремнеземистой пыли данный способ реализуется на оборудовании, работающем в непрерывном режиме. Промышленный пресс позволяет перерабатывать до 2 т кремнеземистой пыли в час, что обеспечивает потребности электротермического производства. Известно, что возможно применение кремнеземсодержащей пыли в строительной индустрии в качестве компонента цементных и бетонных смесей. Добавка мелкодисперсной кремнеземсодержащей пыли в количестве 10-30% от веса цемента приводит к повышению пластичности бетона и увеличению его прочности на 25-45%. Добавка мелкодисперсной кремнеземсодержащей пыли к бетонной смеси делает ее более гомогенной, увеличивает ее водонепроницаемость, а также позволяет экономить цемент и снижает вес строительных конструкций.

Перспективной областью применения мелкодисперсной кремнеземсодержащей пыли является производство удобрений (в смеси с древесными и канализационными отходами).

Мелкодисперсная кремнеземсодержащая пыль может быть использована при производстве легких огнеупоров в смеси с обоженным силикагелем.

Мелкодисперсная кремнеземсодержащая пыль может быть использована для получения полимерных композиций на основе каучуков, смол и других органических продуктов.

Комплексное исследование физико-химических свойств мелкодисперсной кремнеземсодержащей пыли позволило ряду исследователей сделать вывод о возможности эффективного вторичного использования кремнеземистого материала. Как показали опытные плавки, использование мелкодисперсной пыли газоочистки позволяет снизить удельный расход электроэнергии на 14-18% и увеличить производительность печи на 15-20%.

Уплотненный материал испытывался как добавка при производстве бетона. Критерием качества бетона служила прочность на раздавливание. Образцы бетона были изготовлены с использованием образцов мелкодисперсной кремнеземсодержащей пыли с разной степенью уплотнения. В составах бетона 20% цемента было заменено на каждый вид кремнеземсодержащей пыли. Определены физико-механические свойства (пористость, прочность, термостойкость и т.д.) образцов бетонов с добавками уплотненной пыли и показано, что разработанные бетоны превосходят бетоны, применяющиеся в настоящее время, по прочности после термообработки (10-15 МПа против 3,5 МПа), деформации под нагрузкой (1590^oС против 930^oС), огнеупорности и термостойкости (7 термосмен против одной).

Примеры конкретного применения способа приведены в таблице.

Изобретение относится к металлургии, строительным материалам и химической промышленности и может быть использовано для уплотнения и утилизации кремнеземсодержащей пыли газоочистки электротермического производства кремния и высококремнистых ферросплавов. Мелкодисперсную кремнеземсодержащую пыль с размером частиц <0,3 мкм в непрерывном режиме пропускают сквозь узкий зазор между двумя гладкими валками пресса. Валки пресса вращаются навстречу друг другу. Соотношение диаметра валка и его длины составляет 1:3,84. Способ характеризуется высокой производительностью и позволяет получать готовый продукт с насыпным весом 0,6-0,9 г/см³, что позволяет транспортировать кремнеземистый материал и обеспечивает сохранение его активных свойств. 1 табл.

Способ уплотнения мелкодисперсной кремнеземсодержащей пыли газоочистки электротермического производства кремния и высококремнистых ферросплавов, отличающийся тем, что сухую пыль пропускают между вращающимися валками пресса, причем соотношение диаметра валка и его длины составляет 1:3,84.