СПОСОБ КАЛЬЦИНАЦИИ ПОРОШКА Российский патент 2009 года по МПК C09C3/04 

Область техники

Настоящее изобретение относится к области производства керамических пигментов, в частности к способу кальцинации исходных порошков.

Уровень техники

Как известно, в способах получения пигментов, в частности пигментов, используемых в керамическом производстве, сырье (обычно смеси порошкообразных оксидов металлов) кальцинируют.

В известном способе кальцинацию порошков, необходимых для получения пигментов, осуществляют внутри печи непрерывного или периодического действия, в которой благодаря высокой температуре происходят серии реакций, которые приводят к образованию требуемого пигмента.

В процессах непрерывного производства порошки подают непрерывным потоком в печи, имеющие нагреваемую цилиндрическую трубу. Порошки, проходя через указанную трубу печи, претерпевают кальцинацию.

Используемые печи обычно бывают двух типов: "вращающиеся", называемые так поскольку они вращаются вокруг продольной оси, наклоненной по отношению к горизонтали, или "стационарные" с вертикальной осью.

Вертикальные стационарные печи, которые разработаны совсем недавно и, в частности, раскрыты в Итальянском патенте 01310183, имеют отделение нагрева, содержащее цилиндрическую вертикальную трубу, в которую порошки падают под действием гравитации со скоростью, которая может быть установлена регулировкой ширины секции вывода печи, расположенной в нижней части печи, или посредством винтового конвейера с регулируемой скоростью. Порошки нагревают с помощью нагревательных устройств (газ, электричество и т.д.), расположенных снаружи указанной проходной цилиндрической трубы.

По отношению к традиционным печам непрерывного действия, в которых порошки перемещаются в практически горизонтальной или слегка наклоненной плоскости, эти вертикальные печи обладают, среди других, преимуществами, в частности, получения специальных пигментов, которые трудно получить другим образом и поэтому представляют интерес для промышленного использования. Однако у них существуют проблемы, которые могут серьезно осложнить их применение.

Во время этапа кальцинации продукт спекается с образованием агломератов различных размеров, что препятствует плавному течению и даже может вызвать полную закупорку цилиндрической трубы.

Для устранения указанного недостатка было предложено много решений: например, введение шнека в проходную цилиндрическую трубу или расширяющуюся книзу цилиндрическую трубу (более узкую в точке ввода материала и более широкую на выходе), но ни одно из них не решило проблему удовлетворительно.

В литературе, особенно в области металлургии, известны многие процессы термической обработки минералов, в которых материалы вводят в печи, обычно горизонтальные или наклонные, в форме окатышей (см., например, US 6,221,127). Этот процесс подходит для плавления, но в области пигментов данное решение никогда не рассматривалось, так как для получения требуемого продукта (именно пигмента) всегда считалось необходимым, чтобы материал был кальцинирован в форме порошка.

Раскрытие изобретения

Целью настоящего изобретения является способ кальцинирования порошков, позволяющий достичь всех преимуществ использования вертикальной печи, преодолевая вышеупомянутые недостатки.

Неожиданно было установлено, что в вертикальной печи можно использовать исходящий материал в форме окатышей, не ухудшая конечный результат (то есть получая пигменты со всеми требуемыми характеристиками, полученными с традиционными системами) и преодолевая возможные проблемы, которые вызывает затруднение при течении спеченных масс.

Преимущество способа в соответствии с изобретением состоит в том, что он простой и недорогой, не требует особого переоборудования установки и улучшает качество и эффективность обработки кальцинацией, делая материалы чрезвычайно легко текучими в печи.

Дальнейшие характеристики и преимущества станут более ясными из детального описания способа кальцинации порошков, представленного ниже неограничивающим примером.

Осуществление изобретения

Согласно способу в соответствии с изобретением порошки предварительно подвергают процессу агломерации для агрегирования индивидуальных частиц порошка в структуры бóльшего размера, чем размеры индивидуальных частиц. Стадия агломерации чрезвычайно эффективна для увеличения текучести порошков в трубе кальцинации. Фактически бóльшие размеры агломерированных структур уменьшают полную поверхность контакта в массе порошка, делая его склонным к легкому течению. Индивидуальные агломерированные структуры, например, в форме сфер или хлопьев могут также "сжиматься", сокращая объем и понижая "давление" в массе порошка, компенсируя эффекты термической обработки.

Агломерация может быть выполнена различными способами в соответствии с типом используемой смеси порошка.

Один из этих путей предусматривает введение порошков в цилиндрический приемник, который вращается вокруг оси, наклоненной относительно вертикали; во время вращения приемника порошки диспергируют распыленной водой. Увлажнение порошков распыленной водой, совмещенное с вращением цилиндрического приемника, вызывает объединение индивидуальных частиц, образующих сфероидальные формы (окатыши) различных размеров в зависимости от скорости вращения цилиндрического приемника и времени, которое частицы остаются в цилиндре. Другой способ получения агломератов порошков - прессование. В этом способе прессованные агломераты порошков находятся в форме хлопьев, размер которых зависит от объема прессованных порошков. Агломерация ведет к образованию структур (окатыши или хлопья), которые предпочтительно имеют размеры от 2 до 10000 или более раз больше, чем размеры индивидуальных частиц порошка.

В конце стадии агломерации порошки подвергают высушиванию, которое устраняет избыточную влажность. Чрезмерная влажность не позволила бы получить преимущества от агломерации порошков, которые будут иметь тенденцию спекаться, что существенно сокращает их текучесть.

Полученные таким образом агломераты (окатыши или хлопья) затем непрерывно вводят в трубу кальцинации, помещенную внутри печи. Внутри указанной трубы порошки подвергаются кальцинации, которую для порошков, используемых в керамической промышленности для получения красителей, в настоящее время выполняют при температуре между 750 и 1400°С.

В конце обработки агломераты удаляют из трубы кальцинации и направляют на хранение или на последующие стадии производственного цикла.

По способу в соответствии с настоящим изобретением получают чрезвычайно легко текущие в печи порошки, устраняется засорение и улучшаются качество и эффективность кальцинации. Кроме того, метод прост и недорог в осуществлении и не требует специфического переоборудования печи. Способ получения керамических пигментов в соответствии с настоящим изобретением представлен ниже.

Пример

Используют 50 кг порошкообразного сырого пигмента на основе циркония и формируют окатыши приблизительно 1 см в диаметре, используя стандартный гранулятор.

Окатыши высушивают в газовой печи и затем оставляют для охлаждения до температуры окружающей среды.

Затем окатыши загружают посредством бункера в трубу печи и дают им упасть под действием гравитации.

Трубу поддерживают при температуре приблизительно 950°С, и окатыши проходят через нее со скоростью приблизительно 10 кг/ч.

Таким образом, полученные спеченные сферы пигмента готовы для передачи на склад для хранения или на последующие стадии работы.

Не происходит засорения трубы или задержек вывода спеченных окатышей из печи, кроме того, пигмент имеет характеристики, подобные характеристикам пигмента, полученного кальцинацией в традиционных печах.

Изобретение может быть использовано в производстве пигментов. В способе кальцинации порошков для получения керамических пигментов порошки подвергают агломерации для агрегирования индивидуальных частиц порошка в структуры с размерами, большими, чем размеры индивидуальных частиц, затем агломерированные порошки высушивают. Агломераты помещают в вертикальную печь непрерывного действия и дают им упасть под действием гравитации. Кальцинированные агломераты собирают по выходу из печи. Изобретение позволяет использовать исходный материал в виде окатышей без ухудшения пигментных характеристик конечного продукта, исключить засорение находящейся внутри печи трубы кальцинации и обеспечить легкое течение порошков в печи. 7 з.п. ф-лы.

1. Способ кальцинации порошков для получения керамических пигментов, отличающийся тем, что способ включает следующие стадии:
порошки подвергают агломерации для агрегирования индивидуальных частиц порошка в структуры с размерами большими, чем размеры индивидуальных частиц;
агломерированные порошки подвергают высушиванию;
указанные агломераты помещают в вертикальную печь непрерывного действия и дают им упасть под действием гравитации;
кальцинированные агломераты собирают по выходу из печи.

2. Способ по п.1, в котором указанную агломерацию выполняют при помощи промышленного гранулятора.

3. Способ по п.1, в котором указанную агломерацию выполняют прессованием.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что печь непрерывного действия представляет собой вращающуюся печь.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что печь непрерывного действия представляет собой вертикальную стационарную печь.

6. Способ по п.1, в котором агломераты, окатыши или хлопья имеют приблизительно 1 см в диаметре.

7. Способ по п.1, в котором температура печи составляет приблизительно 950°С.

8. Способ по п.1, в котором печь представляет собой электрическую печь.