Изобретение относится к технологии получения глинопорошков максимально высокого качества для буровых растворов, формовочных смесей и железорудных окатышей и может быть использовано для приготовления буровых растворов, адсорбентов и носителей, для катализаторов на основе глин, для очистки нефтепродуктов масел, соков, а также в других областях использования глинопорошка.
В настоящее время накоплен достаточный опыт по приготовлению глинопорошков, с учетом свойств любых разновидностей глин. Однако, в ряде случаев, технологии производства в той или иной мере отрицательно влияют на природные свойства порошкообразных глин, ухудшая их физические свойства: набухание, способность к диспергированию в воде, а глинистые растворы по структурно-механическим свойствам уступают растворам из глины естественной влажности. Отрицательное влияние технологии производства порошков можно до некоторой степени избежать при правильном выборе и строгом соблюдении оптимальных режимов сушки, величины остаточной влажности и тонкости помола, а иногда при дополнительном введении и в глинопорошок химических реагентов.
Одной из ранних технологий приготовления глинопорошков является получение их путем гидратации подсушенной глины в воде с последующей сушкой продукта в потоке дымовых газов в распылительной сушилке [Белопольский М.С. Сушка керамических суспензий в распылительных сушилках. М.: Стройиздат, 1972, с.20-30] или приготовления глинопорошков автоклавированием водной суспензии глины с последующей распылительной сушкой полученной суспензии [Авторское свидетельство СССР 717119, кл. С09К 7/00, 1980].
Недостатком названных технологий являются большие энергетические затраты на приготовление глинопорошка, невысокое их качество и нестабильность свойств полученных глинопорошков.
Известен способ приготовления глинопорошка из глины бентонитовой, палыгорскитовой или каолиновой путем механической активации дезинтегрированием и дополнительной термической активации газообразным теплоносителем путем термического удара при температуре теплоносителя 150-550°С и скоростях нагрева от 100 до 1000 градусов в секунду [Патент РФ №2209824, С04В 33/04, опубл. 2003.08.10].
Исходную глину подсушивают до влажности 8-16 мас.%, затем глину подвергают дроблению на щековой мельнице. Размер частиц глины после дробления составляет от 1 мм до 2 см. Дробленую глину подвергают дезинтегрированию на высокоскоростном дезинтеграторе. После дезинтегрирования глинопорошок подвергают термической активации путем подачи глинопорошка в поток газообразного теплоносителя. Взаимодействие между глинопорошком и газообразным теплоносителем осуществляется в режиме пневмотранспорта. Температура газообразного теплоносителя составляет от 150 до 550°С. При температурах термической активации менее 150°С не происходит теплового удара для частиц глинопорошка и их качество остается без изменения. При температурах термической активации более 550°С происходит значительная дегидратация частиц глинопорошка и их качество ухудшается. Время контакта между газообразным теплоносителем и глинопорошком выдерживают от 0.1 до 10 секунд в зависимости от скорости подачи и температуры теплоносителя. В качестве газообразного теплоносителя используют дымовые газы, предварительно нагретый воздух или инертный газ.
Недостатком данного способа являются большие энергетические затраты на приготовление глинопорошков и недостаточно высокое их качество, за счет неоднородного фракционного состава получаемого продукта и нестабильности показателей влажности продукта. Более того, проведение термической активации глины при столь высоких температурах зачастую приводит к пережогу глины, ухудшая ее качество.
Известен способ получения бентонитового порошка, заключающийся в том, что комовую глину после предварительно грубого дробления до размера 50-100 мм подсушивают в сушильных барабанах до остаточной влажности 15-45%, затем измельчают помолом в мельнице до получения частиц порошка - 0,15-0,25 мм. При этом помол дробленой бентонитовой глины производят одновременно по времени с подачей в зону помола потока горячего воздуха, имеющего скорость потока 1000-100000 м3/ч и нагретого до температуры 80-300°С. Скорость подачи сырья - 2-35 т/час в зависимости от используемого оборудования, пригодного для одновременного помола и сушки глинистого сырья. Скорость и температура воздушного потока определяется остаточной влажностью бентонитового порошка 6-15%. Указанный поток, проходя через зону помола, обеспечивает сушку бетонитового порошка и вынос из мельницы измельченного и высушенного до влажности 6-15% бентонитового порошка [Патент РФ №2214982, С04В 33/04, опубл. 2003.10.27].
Сушка и помол бентонита может осуществляться в мельницах ударного типа молотковых, шаровых, ролико-маятниковых и штифтовых, которые можно продувать горячими газами для сушки и выноса измельченного бентонита.
Согласно известной технологии за счет совмещения операций помола, сушки и выноса обеспечивается сокращение времени получения бентонитового порошка, однако при отсутствии надлежащего контроля не всегда получается глинопорошок высокого качества, т.к. при влажности более 15% бентонитовый порошок склонен к слеживанию и комкованию, что затрудняет его пневмотранспортировку и использование. Недостатком является также то, что в процессе сушки в сушильном барабане время пребывания в нем больших и мелких частиц практически одинаково, вследствие чего мелкие частицы бентонитовой глины пересушиваются, что приводит к снижению качества глины. Более того, в зону помола подается атмосферный воздух для осуществления струйного дробления глины за счет создания воздушных завихрений и перемешивания кусков, что приводит к большому расходу воздуха, кроме того процесс длителен по времени.
Заводские технологические способы производства глинопорошков однотипны, а технологическая последовательность операций примерно следующая.
Поступившую на склад карьерную глину подают в бункер глинорезательной машины, где она подвергается предварительному грубому измельчению, затем измельчению и усреднению до размера 25 мм и далее глина поступает в сушильный барабан с прямоточным или противоточным движением нагретых газов. Температура топочных газов, поступивших в барабан, 700-800°С, влажность глины, поступившей на сушку, колеблется в пределах 20-23%, скорость движения газов - 1,5-1,8 сек. Температура горячей камеры поддерживается на уровне 500-600°С, температура газов на выходе из барабана - 100-180°С, влажность глины после сушильного барабана - 4-5%. Глина, загружаемая на сушку, при вращении барабана пересыпается и перемещается к выходу вдоль оси. Как правило, используется барабан длиной не более 12 м, установленный под углом 2-5°. Высушенную глину подвергают измельчению до размера частиц 4-5 мм, для этого ее перемещают в дезинтегратор, после чего она подвергается дополнительному помолу в мельницах.
Согласно изложенному способу получают глинопорошки с преимущественным содержанием в его составе фракции от 0,1 до 0,25 мм и влажностью 4-5%.
Технологическая линия по производству глинопорошков по вышеуказанной технологии характеризуется наличием в технологической последовательности следующего: отделения по подготовке сырья, включающего помещение сортировки глины (складские помещения), глинорезательную машину, в качестве которой используют стругач и зубчатую дробилку. Далее глина элеватором направляется в сушильный барабан, к которому примыкают на входе камера смешения воздуха и топочных газов и топка, и разгрузочная камера на выходе. Высушенную глину перемещают в дезинтегратор, а для окончательного помола она поступает в ролико-маятниковую мельницу и направляется вентилятором или другими транспортными средствами в бункер готовой продукции [П.И.Денисов, Е.Ф.Жванецкий, «Производство и применение глинопорошков в бурении», Москва, «Недра» 1964, с.34-36, 39-43 (прототип)].
Получают глинопорошки с указанными выше свойствами.
Недостатком указанной технологии и технологической линии является невысокое качество получаемых глинопорошков, обусловленное рядом факторов, начиная с некачественной подготовки сырья до поступления в сушильный барабан, где глина просушивается неравномерно, высокой температурой сушки в сушильном барабане, дающей пережог глины и соответственно снижение качества получаемых глинопорошков. Более того, недостаточная тонина помола также приводит к снижению качества глинопорошков и буровых растворов.
Задача, решаемая настоящим техническим решением, заключается в повышении производительности процесса и получении глинопорошков с максимально высоким и стабильным их качеством.
Поставленная задача решается тем, что в способе получения глинопорошков из глины бентонитовой палыгорскитовой или каолиновой, включающем подготовку глинистого сырья до заданной влажности и размера, предварительный помол, сушку его в горизонтально расположенном цилиндрическом сушильном барабане в режиме вращения и прямоточном движении потока теплоносителя и окончательный помол глинопорошка на дезинтеграторе, на сушку подают сырье, усредненное по размеру не более 15 мм, сушку осуществляют в потоке теплоносителя, поступающем со скоростью не более 800 м3/ч, и температурой на входе и выходе сушильного барабана соответственно 140-150°С и 60-70°С при объеме подачи сырья не более 4-6 т/час, при этом используют сушильный барабан длиной, обеспечивающей перепад температуры по длине 2,8-3,0°/м. Полученный продукт с влажностью не менее 9-10% подвергают дроблению до размера зерен не более 5 мм, отсеивают порошок с размером зерен не более 2,6 мм и подвергают его дезинтегрированию на высокоскоростном дезинтеграторе с последующим усреднением его до тонины помола готового продукта путем дополнительного измельчения, а остаток после отсеивания подвергают дополнительному трехступенчатому измельчению до получения тонины помола готового продукта.
Обычно используют сушильный барабан длиной не менее 25 м, а сушку осуществляют при угле наклона и скорости вращения сушильного барабана соответственно 2-5° и 2-5 об/м.
Поставленная задача решается также созданной технологической линией по производству глинопорошков, которая характеризуется наличием установленных в технологической последовательности отделения подготовки глинистого сырья, включающего помещение подготовки глины до заданной влажности и блок предварительного дробления сырья, узла сушки, включающего цилиндрический сушильный барабан, снабженный на входе теплогенератором и загрузочной камерой и разгрузочной камерой на выходе, и системы окончательного измельчения глинопорошка до тонины помола готового продукта, включающего дезинтегратор. Технологическая линия дополнительно снабжена блоком управления режимом сушки, учитывающим показания датчиков контроля режимом сушки, и блоком промежуточного измельчения и классификации высушенного сырья до размера не более 2,6 мм, размещенным после сушильного барабана и включающим молотковую дробилку, блок бункеров-накопителей, снабженных дозатором, и сито, а система окончательного измельчения глинопорошка включает соединенный с ситом дезинтегратор и первую вибромельницу и дополнительно снабжена последовательно установленными и соединенными с ситом валковой дробилкой, второй вибромельницей и грохотом, при этом блок предварительного дробления сырья включает пластинчатый питатель и молотковую дробилку.
Блок управления режимом сушки включает комплект датчиков, контроллер сбора информации, исполнительный механизм, при этом в качестве датчиков контроля режимом сушки использованы датчики контроля подачи газ/воздух в камеру сгорания, контроля температуры и разрежения в сушильном барабане на его входе и выходе, скорости вращения барабана, объема подаваемого сырья в сушильный барабан.
Обычно патрубки подвода теплоносителя расположены соосно сушильному барабану по его торцу, сушильный барабан выполнен длиной не менее 25 м и установлен под углом 2-5°.
На чертеже представлена общая схема технологической линии по производству глинопорошков, включающая I - отделение подготовки глинистого сырья, II - узел сушки глинопорошков, III - промежуточную систему по измельчению и классификации высушенного сырья и систему окончательного измельчения полученного продукта до состояния его готовности - IV.
Отделение подготовки глинистого сырья I включает помещение активации и сортировки глины 1, пластинчатый питатель 2, аппарат по измельчению и усреднению сырья 3, в качестве которого может быть использована валковая дробилка. Далее конвейером (на схеме не показан) усредненная до размера зерна не более 15 мм глина подается в узел сушки глинопорошков II. Последний включает сушильную камеру 6 с камерами загрузки 5 и разгрузки 7 и теплогенератором 4 и блок управления режимом сушки 8.
Промежуточная система измельчения и классификации высушенного сырья III включает: молотковую дробилку 9, размещенную после сушильной камеры 6, далее последовательно установлены блок бункеров-накопителей 10 с дозаторами 11 и сито 12.
Система окончательного измельчения полученного продукта до состояния его готовности - IV включает: валковую дробилку 13, на которую поступает глиняная крупка после сита 12 с размером зерен более 2,6 мм, вибромельницу 14, грохот 15 и бункер отсева 16, дезинтегратор 17, на который поступает глинопорошок после прохождения сита 12 с размером зерен более 2,6 мм, вторую вибромельницу 18, на которую поступает глинопорошок из дезинтегратора 17. Готовый продукт собирают в бункер 19.
Схема предусматривает непрерывную систему обеспыливания, обеспечивающую полную очистку воздушных потоков установки через систему рукавных фильтров и дымососы (на схеме не показаны).
Технологическая линия работает следующим образом.
Глинистое сырье карьерной влажности - 23-25% проходит традиционный путь его подготовки в отделении I подготовки сырья: перемешивания его с содой в течение 2-3 дней при использовании бентонитовой глины или предварительное вылеживание с перелопачиванием при использовании других видов сырья. Затем глина дробится до однородного фракционного состава в пластинчатом питателе 2 емкостью 35 м3 с бесступенчатой регулировкой и производительностью до 20 т/час и затем в молотковой дробилке (1500 об/мин), где полученное сырье усредняется по размеру зерен не более 15 мм. Влажность последнего до 23-25%. Влажность глинопорошка и размер зерна являются основными параметрами, контролируемыми в заявляемом технологическом процессе получения глинопорошков. Затем сырье равномерно подается конвейером (на схеме не показан) со скоростью 4-6 т/час в узел сушки II в сушильный барабан 6, через который проходит теплоноситель со скоростью не менее 800 м3/час и температурой 140°С на входе воздухораспределителя. Сушильный барабан установлен под углом 2-5°, регулируется по скорости вращения от 2-х до 5 об/мин в зависимости от влажности глины на выходе из барабана. Угол наклона барабана регулируется в зависимости от плотности сырья.
В течение примерно 30 мин глина проходит расстояние 25 м (длина сушильного барабана) с перепадом температур от 140-150° на входе и 70° на выходе в разгрузочной камере 7, т.е. перепад температур - 2,5-3°/м. В сушильном барабане за счет его длины и подачи горячего воздуха из теплогенератора, работающего на природном газе, создаются очень мягкие условия для сушки глины, исключив ее пережигание. При этом предварительно раздробленное сырье сушится в тепловом потоке, проходит дополнительную активацию в парах воды в первой половине сушильного барабана и подвергается дополнительному помолу и механоактивации за счет истирания частиц о внутреннюю поверхность трубы-сушилки и соударения их друг с другом.
Горячий поток воздуха для сушки создается теплогенератором 4 при сгорании природного газа и подачи первичного воздуха B1 и подается воздухораспределителем с 8-ю патрубками, установленными соосно сушильному барабану. При необходимости поток разбавляется вторичным воздухом. Нужное соотношение горячего и холодного воздуха регулируется блоком управления 8. Производительность сушильного барабана 5-20 т/час, в зависимости от вида сырья. Целесообразно загружать сырье в количестве порядка 5 т, за счет этого достигается высокое усреднение материала по влажности. Более того, за счет изменения скорости вращения барабана, поддержания стабильной температуры на входе и выходе сушильного барабана блоком управления возможно достижение требуемой влажности глины с большой точностью до 0,5%. За счет высокой степени автоматизации поддержания режима сушки гарантируется получение глинопорошка со стабильной конечной влажностью 9-10%. Разрежение в сушильном барабане создается регулируемыми по производительности дымососами с очисткой выталкиваемого из барабана запыленного воздуха системой рукавных фильтров со степенью очистки 99,9%.
Установленный блок управления режимом сушки 8 включает комплект датчиков, контроллер «СИМАТИК S-7» для сбора информации, ее обработки и выработки управляющих действий, исполнительный механизм, пульт дистанционного управления. Блок управления работает по специально разработанному программному обеспечению, получает и обрабатывает данные с датчиков подачи газ/воздух в загрузочную камеру, контроля разрежения в сушильном барабане и перед ним, контроля температуры на входе в сушильный барабан и разгрузочной камере, контроля скорости вращения аппарата и объема подаваемого в сушильный барабан сырья, логически обрабатывает их и изменяет в случае необходимости параметры протекающих процессов, оптимизируя их. При невозможности восстановления параметров срабатывает автоматическая система защиты, воздействуя на клапан отсечки природного газа. Это позволяет в значительной степени автоматизировать процесс на основном производственном участке - сушки сырья, снизить трудоемкость процесса и значительно повысить качество получаемых глинопорошков.
Дополнительно в технологической системе установлены приборы контроля давления газа и воздуха и их расхода, газоанализаторы для анализа отходящих газов СО, СО2 и NO2.
После сушки глина поступает в молотковую дробилку 9 (скорость 3000 об/мин), где усредняется до размера зерен до 3-5 мм и менее, собирается в бункерах-накопителях 10, их которых поступает на сито 12 с диаметром отверстий 2,6 мм для отделения крупных и трудно измельчаемых частиц. На выходе бункеров-накопителей имеются дозаторы 11 глины, обеспечивающие заданную и равномерную подачу глины на дальнейшую переработку, создающие возможность выработки порошка из любой привозной глины и позволяющие модифицировать глинопорошки в соответствии с задаваемыми требованиями.
Фракция с размером менее 2,6 мм направляются на дезинтегратор 17, работающий с 1500 об/мин. В дезинтеграторе порошок измельчается неоднородно, в получаемом материале существует большой разброс частиц от 0,1 мм до более тонкого размера, однако неоднородность материала также способствует его дополнительной механической деактивации. Полученный глинопорошок с размером частиц 0,07-0,1 мм направляют на вибромельницу 18, где он доводится до требований к готовому продукту: размеру частиц - менее 0,07 мм и влажности 9-10%.
Глинистые частицы - крупка - после сита 12 с размером более 2,6 мм подвергаются далее трехступенчатому измельчению на валковой дробилке 13, затем на второй вибромельнице 14 и грохоте 15 до состояния 0,03 мм - пыль.
Получают высококачественные глинопорошки класса «А», производительность линии может быть увеличена до 20 т/час в зависимости от производительности установленных помольных агрегатов.
Пример 1.
Бентонитовую глину Дашсалахлинского месторождения в количестве 5 т активирует 100 кг (2%) соды, выдерживают в закрытом помещении 2-3 дня при перемешивании, исходная влажность глины 20-23%.
Далее глина дробится и усредняется по размеру в питателе и дробилке до размера зерен 13-15 мм, подается конвейером со скоростью 5 т/час в сушильную камеру. В камеру одновременно подают горячий с температурой 140°С воздух со скоростью 700 м3/час. Происходит сушка глины, получают глинопорошок с влажностью 10%. Глинопорошок дополнительно дробят в молотковой дробилке, просеивают, фракцию менее 2,6 мм направляют на дезинтегратор и вибромельницу, остаток на сите направляют на дополнительный помол на валковой дробилке, вибромельнице и грохоте. Получают 4350 кг готового продукта. Характеристика полученного бентопорошка указана в таблице.
Пример 2
Аналогично примеру 1 получают глинопорошок из глины о.Милос, Греция, исходная влажность 16%.
Характеристика полученного глинопорошка указана в таблице.
Заявленная технология и технологическая линия обеспечивают возможность стабильного высокопроизводительного процесса получения механоактивированного порошка из различных видов глинистого сырья.
Предложенная технология позволяет сохранить и улучшить природные свойства глинистого сырья, получать глинопорошки с гарантированным их качеством, влажность порошков контролируется в пределах ±0,5%, отказаться от воздушного классифицирования готового продукта, что позволяет снизить энергозатраты производства.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГЛИНОПОРОШКА И ПЕСКА ИЗ САПОНИТОВОГО ШЛАМА | 2023 |
|
RU2802778C1 |
СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ГЛИНОПОРОШКА | 2001 |
|
RU2209824C2 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БАРЬЕРНОГО МАТЕРИАЛА | 2019 |
|
RU2730859C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВИРОВАННОГО БЕНТОНИТА | 2005 |
|
RU2297434C1 |
СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ БЕНТОНИТОВЫХ ГЛИНОПОРОШКОВ | 2006 |
|
RU2354676C2 |
Способ подготовки глинистого сырья и устройство для его осуществления | 2001 |
|
RU2223854C2 |
СПОСОБ ПОДГОТОВКИ СЫРЬЕВЫХ ПЛАСТИФИЦИРОВАННЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ КОМПОЗИЦИЙ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ МАСС | 1992 |
|
RU2084421C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕНТОНИТОВОГО ПОРОШКА | 2001 |
|
RU2214982C2 |
СОЛЕСТОЙКАЯ БЕНТОНИТОВАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ НА ВОДНОЙ ОСНОВЕ | 2023 |
|
RU2816922C1 |
Технологическая линия для производства керамических изделий на основе камнеподобного сырья | 2016 |
|
RU2616041C1 |
Изобретение относится к технологии получения глинопорошков максимально высокого качества для буровых растворов, формовочных смесей и железорудных окатышей и может быть использовано для приготовления буровых растворов, адсорбентов и носителей, для катализаторов на основе глин, для очистки нефтепродуктов масел, соков, а также в других областях использования глинопорошка. Техническим результатом изобретения является повышение производительности процесса и получение глинопорошков с высоким качеством. Способ получения глинопорошков из глины бентонитовой, палыгорскитовой или каолиновой включает подготовку глинистого сырья до заданной влажности и размера, предварительный помол, после которого сырье усредняется по размеру не более 15 мм. Затем проводят сушку в горизонтально расположенном цилиндрическом сушильном барабане в режиме вращения и прямоточном движении потока теплоносителя. Сушку осуществляют в потоке теплоносителя, поступающем со скоростью не более 800 м3/ч, и температурой на входе и выходе сушильного барабана соответственно 140-150°С и 60-70°С при объеме подачи сырья не более 4-6 т/час. Используют сушильный барабан длиной, обеспечивающей перепад температуры по длине 2,8-3,0°С/м. Полученный продукт с влажностью не менее 9-10% подвергают дроблению до размера зерен не более 5 мм, отсеивают порошок с размером зерен не более 2,6 мм и подвергают его дезинтегрированию на высокоскоростном дезинтеграторе с последующим усреднением его до тонины помола готового продукта путем дополнительного измельчения, а остаток после отсеивания подвергают дополнительному трехступенчатому измельчению до получения тонины помола готового продукта. Предлагается также технологическая линия для осуществления способа. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕНТОНИТОВОГО ПОРОШКА | 2001 |
|
RU2214982C2 |
Способ получения активированных глинопорошков | 1976 |
|
SU614071A1 |
Способ производства глинопорошков | 1970 |
|
SU341288A1 |
Установка для приготовления глинопорошка | 1990 |
|
SU1791028A1 |
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ РАКЕТЫ КОСМИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ ПРИ ВЫВЕДЕНИИ КОСМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ НА ОРБИТУ | 2015 |
|
RU2628412C2 |
Даты
2008-10-10—Публикация
2006-11-13—Подача