Способ диспергирования глинистых материалов Советский патент 1984 года по МПК B02C19/18 

Изобретение относится к керамической нромышленности и может баь использовано для диспергирования глины, приготовления шликера и гомогенизации сырья.

Кроме того, предполагаемое изобретение может быть использовано в обогащении для промывки полезных ископаемых, для измельчения связных горных пород, для раскрытия минеральных зерен и подготовки пульпы к флотации, а также в химической, текстильной и лакокрасочной отраслях промышленности для интенсификации процессов перемешивания, растворения, экстракции, выщелачивания и эмульгирования.

Известен способ диспергирования глинистых материалов путем возбуждения низкочастотных акустических колебаний в жидкости при подаче в нее материала 1.

Этот способ обладает низкой эффективностью и применим лишь для диспергирования малопластичных глинистых материалов с коагуляционным типом структурных связей.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ диспергирования глинистых материалов путем возбуждения низкочастотных акустических колебаний в глиняном щликере до образования равновесных слоев газовых пузырьков с последующим введением в них горючей газовой смеси и ее зажиганием 2.

Недостатком известного способа является сравнительно невысокая эффективность процесса диспергирования, обусловленная тем, что длина ударных волн, образующихся при электроискровом зажигании горючей газовой смеси, намного больше размеров кусков материала и они, испытывая всестороннее сжатие разрушаются медленно.v Для диспергирования материалов требуется многократное электроискровое зажигание горючей газовой смеси, а каждое ее взрывообразное горение, сопровождающееся образованием ударных волн и расширением зоны сгорания, приводит к выбиванию материала вместе с водой вверх, в результате чего процесс диспергирования замедляется. Вместе с этим макровзрывы, воздействуя на возбудитель низкочастотных акустических колебаний, нарушают режим его работы и быстро выводят его из строя. Кроме того, известный способ обладает высокой энергоемкостью, обусловленной необходимостью возбуждения низкочастотных акустических колебаний с высокими колебательными ускорениями, достигающими 15- 20g, для образования и удержания в жидкофазной среде равновесных слоев газовых пузырьков, без существования которых данный способ неосуществим. При электроискровом зажигании пузырьков горючей газовой смеси не происходит их полного сгорания из-за вымывания части пузырьков колебаниями жидкости из зоны электроискрового разряда и выбрасывания их из этой зоны ударной волной, в результате чего имеют место непроизводительные затраты горючей гозовой смеси.

Цель изобретения повышение эффективности процесса диспергирования.

Указанная цель достигается тем, что согласноспособу диспергирования глинистых материалов путем возбуждения низкЬчастотных акустических колебаний в глиняном шликере до образования равновесных слоев газовых пузырьков с последующим введением в них горючей газовой смеси и ее зажиганием, акустические колебания возбуждают в полосе частот, вызывающей режим биения фаз минимального и максимального давлений, при этом горючую газовую смесь вводят с частотой биений в фазах минимального давления и адиабатически сжимают до ее взрывного, самовоспламенения с частотой биений в фазах максимального давления

На чертеже схематически изображено устройство для осуществления способа.

Устройство содержит рабочую камеру 1, загрузочное 2 и разгрузочное 3 приспособления. Рабочая камера 1 состоит из системы последовательно установленных возбудителей 4 низкочастотных акустических колебаний, каждый из которых включает в себя излучающую поверхность 5, например мембрану или поршень, связанную тягой 6 с виброприводом 7. Напротив каждой из-, лучающей поверхности 5 установлен компенсирующий ответный гибкий элемент 8, например порщень или мембрана, с ограничением смещения по высоте. Между смежными возбудителями 4 низкочастотных акустических колебаний установлены газораспределительные модули 9, полости 10 которых посредством трубопроводов И соединены с источником 12 горючей газовой смеси. В полостях 10 установлены управляемые клапаны 13, перекрывающие газораспределительные окна 14.

Способ осуществляется следующим образом.

Материал подается в предварительно заполненную водой рабочую камеру 1 посредством загрузочного приспособления 2. От виброприводов 7 посредством тяг 6 возбуждают низкочастотные акустические колебания излучающих поверхностей 5с разными, но близкими частотами, такими, что если Wt - частота колебаний одной излучающей поверхности, а v - частота колебаний другой излучающей поверхности, смежной с ней, то обязательно должны выполняться соотношения ( Wf - W )«

I vj,- w; i« w.

Выбор частот W и Wj определяется техническими характеристиками вибропривода. В случае использования электрогядравлического вибропривода ЭГВ-2/100, диапазон частот составляет 4-100 Гц.Низкочастотные акустические колебания излучающих поверхностей 5 трансформируются в низкочастотные акустические колебания жидкофазной среды, заполняющей объем рабочей камеры 1, и поскольку эта среда на низких частотах несжимаема, в колебательное движение приходят и верхние компенсирующие ответные гибкие элементы 8. При этом объем жидкофазной среды, находящейся между каждой парой излучающих поверхностей 5 и компенсирующих элементов 8, совершает колебания в вертикальном направлении.

Возбуждение низкочастотных акустических колебаний с разными, но близкими частотами, приводит к возникновению в объеме жидкофазной среды биений. Если Ж- частота колебаний, возбуждаемых одной излучающей поверхностью 5, а W - частота колебаний, возбуждаемых другой излучающей поверхностью 5, смежной с ней, то биения «происходят с частотой Wo, равной

.

При колебании одной излучающей поверхности 5 с больщей частотой, чем частота колебаний поверхности 5, смежной с ней, с течением времени изменяется их разность фаз: от минимальной, когда фазы близки или совпадают, т.е. когда они колеблются в одной фазе, до максимальной, т.е. когда они колеблются в противофазе.

В случае, когда излучающие поверхности 5 колеблются в противофазе, жидкофазная среда соверщает не только вертикальные, но и горизонтальные колебания, так как движению одной излучающей поверхности 5 вверх соответствует движение смежной с ней излучающей поверхности 5 вниз и амплитуда колебательной скорости в горизонтальном направлении максимальна. Максимальной амплитуде колебательной скорости в области между смежными излучающими поверхностями 5, т.е. в области газораспределительных модулей 9, соответствует минимальное давление.

В этой части колебательного цикла в жидкофазную среду через газораспределительные окна 14 от источника 12 горючей газовой смеси вводят в виде пузырьков горючую газовую cмecь,Jэбъeм которой зависит от характера материала и соотношения Т:Ж. Минимальное давление при максимальной амплитуде колебательной скорости обеспечивает диспергирование крупных пузырьков на мелкие и равномерное их распределение по объему жидкофазной среды.

Введение в жидкофазную среду пузырьков горючей газовой смеси прекращают как

только начнется рассогласование противофазного колебания смежных излучающих поверхностей 5.

Период противофазного колебания смежных излучающих поверхностей 5, т.е. период максимальной амплитуды колебательной скорости и соответственно минимального давления биений, сменяется периодом колебаний, когда их разность фаз равна нулю, т.е. излучающие поверхности 5 колеблются в одной фазе. В этом случае жидкофазная среда соверщает лишь вертикальные колебания, горизонтальные колебания при этом отсутствуют. За счет несжимаемости жидкофазной среды в колебательное движение приходят верхние компенсирующие гибкие элементы 8. Ограниченное их смещение устраняет трансформацию движения излучающих поверхностей 5 в движение жидкофазной среды, при этом в ней резко возрастает давление, т.е. в этом случае имеет место минимальная амплитуда колебательной скорости и максимальное давление. Таким образом, в режиме биения происходит чередование фаз минимального и максимального давлений.

В этой части колебательного цикла при резком повыщении давления производят адиабатическое сжатие пузырьков горючей газовой смеси до момента их взрывного самовоспламенения.

При адиабатическом сжатии пузырьков горючей газообразной смеси происходит резкое увеличение температуры, при достижении определенного для каждого вида горючей газовой смеси значения которой, происходит ее самовоспламенение, носящее характер микровзрыва. При микровзрывах пузырьков горючей газовой смеси в жидкости возникают высокоамплитудные ударные волны, мощные микропотоки жидкости, высокотемпературные тепловые импульсы. Непосредственное действие микровзрывов на взвещенный в жидкости за счет низкочастотных акустических колебаний глинистый материал приводит к его диспергированию за счет разрушения структуры микроударными волнами с амплитудой давления, превыщающей предел прочности материала, образования микро- и макротрещин, по которым вода проникает внутрь структуры материала и, являясь проводником давления, разрывает его структуру изнутри. Кроме того, мощные микропотоки размывают поверхностные слои материала, а тепловые импульсы вызывают ослабление прочности структуры глинистого материала, особенно материалов с кристаллизационными и цементационными структурными связями, за счет термоупругих напряжег

НИИ.

Наличие в жидкофазной среде пузырьков горючей газовой смеси делает ее более

СПОСОБ ДИСПЕРГИРОВАНИЯ ГЛИНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ путем возбуждения низкочастотных акустических колебаний в глиняном шликере до обра зования равновесных слоев газовых пузырьков с последующим введением .в них горючей газовой смеси и ее зажиганием, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности диспергирования, акустические колебания возбуждают в полосе частот, вызывающей режим биения фаз минимального и максимального давлений, при этом горючую газовую смесь вводят с частотой биений в фазах минимального давления и адиабатически сжимают до ее взрывного самовоспламенения с частотой биений в фазах максимального давления. со ю со