Зносостійкі гранули з агломерованої мінеральної речовини, порошок із таких гранул та спосіб його виготовлення

1. Гранула, що являє собою агломерат часток мінеральної речовини, яка відрізняється тим, що цей агломерат покритий монолітним зовнішнім шаром. 2. Гранула за п.1, яка відрізняється тим, що монолітний зовнішній шар утворений з мінеральної речовини. 3. Гранула за п.2, яка відрізняється тим, що мінеральна речовина монолітного зовнішнього шару C2 2 (13) 1 3 кількісному розподілу. Однак у дійсності це рідко буває так і завжди існує якийсь надлишок. Як правило, отримувана кількість тонких часток перевищує кількість грубих, тобто більших за розміром, часток. До того ж, коли гранули отримують за допомогою кристалізаторів, продуктивність (виражена, наприклад, в тоннах/годину) суттєво знижується, якщо бажано отримати гранули більшого діаметра. Одночасно зростає вартість їх виробництва. Відомий шлях вирішення цієї проблеми полягає у формуванні агломератів дрібних часток мінеральної речовини з метою отримання гранул більшого розміру. Для цього можна використати способи механічної агломерації, такі як компактування. Однак такі агломерати мають недолік - вони є надто крихкими. Внаслідок недостатньої зносостійкості гранул-агломератів при подальшій їх обробці знову з'являються дрібні частки. До того ж, відомі способи агломерації застосовні тільки до таких мінеральних речовин, які легко агломеруються. В разі агломерації інших мінеральних речовин крихкість отримуваних гранул є такою, що це унеможливлює їх використання. Робились спроби подолати цей недолік шляхом використання у виробництві агломератів аніонних поверхнево-активних добавок. Такий спосіб описаний, наприклад, в Європейській патентній заявці [ЕР, 0 452 164], яка стосується натрію перборату тетрагідрату з поліпшеною зносостійкістю у вигляді агломератів, які формують з окремих часток. Розміри таких часток не перевищують 30мкм. Однак використання добавок є недоліком для виробництва гранул мінеральної речовини, якщо остання повинна мати високу чистоту. Зокрема, фармацевтичні застосування вимагають таких продуктів високої чистоти. Отже, винахід, що заявляється, ставить за мету подолати ці недоліки й отримати гранули агломерованої мінеральної речовини, які демонструють високу зносостійкість і можуть бути виготовлені у спосіб, що є простим і економічним і не вимагає використання жодних добавок. Таким чином, цей винахід стосується гранул, що являють собою агломерати часток мінеральної речовини і характеризуються тим, що ці агломерати покриті монолітним зовнішнім шаром. Гранула за цим винаходом може мати будьяку форму. Вона може бути меншого чи більшого діаметра. Однак економічні переваги винаходу будуть більш вираженими в разі гранул великого діаметра. Це пов'язане з тією обставиною, що вартість виробництва гранул за цим винаходом зростає повільніше зі збільшенням діаметра отримуваних гранул, ніж у разі відомих гранул. Переваги є відчутними, якщо гранула за цим винаходом має середній розмір 200-5000мкм. Краще, щоб її середній розмір був більшим за 250мкм і меншим за 2500мкм. Коли гранула є приблизно сферичною, цей середній розмір буде її діаметром. В разі гранули будь-якої форми її середній розмір визначається як відношення об'єму до площі зовнішньої поверхні, помножене на шість. 77172 4 Мінеральна речовина, про яку йдеться в цьому винаході, може бути будь-якою мінеральною речовиною, яку бажано мати у вигляді гранул, утворених із дрібних часток. В якості прикладів можна навести такі мінеральні речовини, як хлориди натрію та магнію, карбонат натрію та бікарбонат натрію. Доцільно застосувати цей винахід до таких мінеральних речовин, агломерати часток яких мають погані механічні властивості. Особливо добре цей винахід підходить для бікарбонату натрію. В залежності від бажаного середнього розміру гранул і розміру часток, із яких їх отримують, агломерат може містити різну кількість таких часток від кількох десятків часток до кількох мільйонів. За цим винаходом, агломерат покривається монолітним зовнішнім шаром. Термін "монолітний шар" слід розуміти як шар матеріалу, що є суттєво суцільним. Він не агломерується. Матеріал, із якого він формується, є по суті єдиним унітарним неагломерованим блоком. Краще, щоб цей матеріал був у кристалічному стані. Тоді весь зовнішній шар може бути єдиним кристалом. В більш загальному випадку - це полікристал. Такий монолітний шар утворює навколо агломерату оболонку, функцією якої є механічне утримування агломерованих часток. Він може бути непроникним або пористим і мати дефекти за тієї умови, що він виконує свою функцію. Монолітний шар, що покриває агломерат, в деяких місцях може проникати в нього більш глибоко шляхом інфільтрації у щілини, що присутні в агломераті від початку. Товщина покривного шару повинна бути достатньою для виконання його технічної функції, визначеної вище, і для забезпечення необхідних механічних властивостей. Необов'язково, щоб його товщина була надто великою, оскільки це може призвести до часткової втрати економічних переваг цього винаходу. Мінімальна товщина монолітного шару залежить від різних параметрів, серед яких, зокрема, та речовина, з якої він утворений, розмір агломерату, середній розмір часток і бажана механічна міцність. Як правило, вона визначається в кожному окремому випадку шляхом рутинного лабораторного дослідження. Загалом, монолітний зовнішній шар має товщину, що перевищує 0,25мкм. Доцільно, щоб цей шар не перевищував 50мкм. За спостереженнями, монолітний зовнішній шар, що має товщину понад 0,5мкм, є особливо прийнятним. Краще, щоб його товщина була меншою або дорівнювала 30мкм. За цим винаходом, покриття агломератів монолітним зовнішнім шаром суттєво поліпшує їх зносостійкість. Вибір складових матеріалу для зовнішнього покривного шару визначається його бажаними кінцевими властивостями. Крім зносостійкості, можна досягти, наприклад, антистатичних чи гідрофобних властивостей, якщо використати покривний шар з органічного матеріалу. Однак доцільніше, щоб для монолітного зовнішнього шару використовувалась мінеральна речовина. 5 Краще, щоб мінеральна речовина монолітного зовнішнього шару була суттєво ідентичною мінеральній речовині часток. Таке втілення винаходу має ту перевагу, що отримувані гранули будуть мати високу чистоту. У кращому втіленні цього винаходу гранули не містять добавок, таких як зв'язувальні чи поверхнево-активні речовини. У кращій версії такого втілення гранули не містять зв'язувальної речовини. Такі гранули можуть задовольнити найвибагливіші вимоги щодо чистоти, будь то харчова чи фармацевтична промисловість. Цей винахід стосується також порошку, що складається з гранул за даним винаходом, описаних вище. Порошок за цим винаходом може бути утворений виключно з гранул за даним винаходом. Він може включати також інші гранули в різних співвідношеннях. Діапазон розподілу гранул за розміром може мати широкі межі, оскільки залежить в основному від використовуваного способу агломерації. Порошок за цим винаходом може знайти застосування в різних технічних галузях. Зокрема, порошки за цим винаходом, що складаються з гранул бікарбонату натрію, можуть використовуватись у виробництві детергентів чи фармацевтичних продуктів. Цей винахід також стосується способу отримання порошку за цим винаходом, за яким на першому етапі з часток мінеральної речовини формують агломерати, і який характеризується тим, що на другому етапі отримані агломерати покривають монолітним шаром. Функція першого етапу способу за цим винаходом полягає в тому, щоб агломерувати частки, середній розмір яких є надто малим для задуманого призначення, і отримати агломерати, середній розмір яких є придатним для цього призначення. З цією метою можна скористатись будь-яким відомим способом агломерації, наприклад, спіканням, гранулюванням чи компактуванням. Як указувалось вище, в залежності від мінеральної речовини, з якої вони формуються, і способу, який використовується для їх агломерації, частки злипаються в більшій чи меншій мірі одна з одною. Однак необхідно досягти такого мінімального рівня злипання, який забезпечував би когезію агломерату перед нанесенням покриття. В конкретному втіленні способу за цим винаходом агломерати часток формують за допомогою пресування. Можна скористатись будь-яким придатним способом пресування. За однією з версій цього втілення частки пресують шляхом стискання між двома валками. Отриманий корж потім подрібнюють, щоб мати агломерати бажаного розміру. Продукт, отриманий після подрібнення, просіюють, повертаючи надто дрібні агломерати на операцію пресування. На другому етапі способу за цим винаходом агломерати покривають монолітним шаром. Вибір способу нанесення покриття (наприклад, обпилюванням, розпилюванням чи зануренням) залежить від точних обставин застосування способу за цим винаходом. 77172 6 За однією з доцільних версій втілення способу за цим винаходом для покриття агломератів готують пересичений розчин складової речовини монолітного шару і пропускають його через шар агломератів. Цей шар може бути псевдозрідженим або не бути таким. Однак краще використовувати псевдозріджений шар. Вирощування кристалів шляхом пропускання перенасиченого розчину через псевдозріджений шар описано в [ЕР, 0 352 847]. Для його використання в способі за цим винаходом шар утворюють з агломератів, на які наноситься покриття. Перенасичення насиченого розчину можна досягти, охолодивши його перед контактом із шаром. В тій версії втілення винаходу, в якій монолітний шар і агломерати являють собою бікарбонат натрію, доцільно підтримувати температуру шару агломератів вище 30°С. Однак не варто, щоб ця температура перевищувала 70°С. За однією з кращих реалізацій цієї версії температуру шару агломератів підтримують вище 40°С, але нижче 60°С. За іншою доцільною версією втілення способу за цим винаходом для покриття агломератів пересичений розчин складової речовини монолітного шару розпилюють на них. За однією з кращих реалізацій цієї версії агломерати безперервно вводять у нахилений обертовий барабан, де на них розпилюють пересичений розчин. Обертання барабана забезпечує однорідний розподіл покриття навкруг агломерату з утворенням монолітного шару. Після достатнього періоду перебування в барабані (який залежить, зокрема, від бажаної товщини шару покриття і може регулюватись нахилом барабана, його розмірами та швидкістю обертання) покриті агломерати видаляють із барабана. Винахід ілюструється описом із посиланнями на долучену до нього блок-схему, де схематично зображена установка для реалізації одного конкретного втілення способу за цим винаходом. Установка, опис роботи якої представлений далі, складається з валкового преса 2, подрібнювача 4, ситового пристрою 6, резервуара 8 для насичення, теплообмінника 10, кристалізатора з псевдозрідженим шаром 12 і сушарки 14. Частки 1 бікарбонату натрію вводять у валковий прес 2. В ньому отримують пресований корж 3. Корж 3 подрібнюють у подрібнювачі 4 на агломерати 5. Фракцію 7 із розміром часток 500-1000мкм відбирають від агломератів 5 за допомогою ситового пристрою 6. Недомірки 16, тобто агломерати меншого за 500мкм розміру, повертають у валковий прес 2, а агломерати, розмір яких перевищує 1000мкм, повертають у подрібнювач 4. Відібрані агломерати 7 завантажують у кристалізатор 12, де вони утворюють псевдозріджений шар. Насичений розчин 9 бікарбонату натрію готують у резервуарі 8. Цей розчин потім охолоджують у теплообміннику 10 для того, щоб отримати пересичений розчин 11 бікарбонату натрію. Пересичений розчин 11 вводять у кристалізатор 12, де він псевдозріджує шар кристалів. Розчин 11 після контакту з кристалами втрачає свою пересиченість, і останні у такий спосіб поступово покриваються монолітним шаром бікарбонату натрію. Вологі, покриті бікарбонатом 7 77172 13 гранули відбирають із кристалізатора 12 і висушують у сушарці 14, щоб отримати готовий продукт 15. В одному з кращих втілень установки, що показана на блок-схемі, резервуар 8 для насичення, теплообмінник 10 і кристалізатор 12 скомбіновані в одному апараті такого типу, як описаний у [ЕР, 0 352 847]. Приклади, опис яких представлено далі, мають за мету висвітлити корисність цього винаходу. Приклад 1 (не за цим винаходом) Пресовані й подрібнені агломерати бікарбонату натрію з розміром часток 500-1000мкм були піддані наступному тесту на стійкість до механічного стирання. 100г гранул помістили в обертовий циліндричний барабан із внутрішнім діаметром 57мм і довжиною 120мм, в якому знаходилось 400г свинцевих дробинок діаметром 6мм. Барабан обертали зі швидкістю 140об./хв. упродовж 30хв. Після такої обробки визначали "показник зносостійкості", який визначався як фракція, в вагових процентах, вмісту барабана, що проходить через 63мкм сито. Результат цього тесту був 3%. Приклад 2 (за цим винаходом) Шар зі 100г пресованих і подрібнених агломератів бікарбонату натрію з розміром часток 500 Комп’ютерна верстка В. Сердюк 8 1000мкм розмістили на сітці колонки з псевдозрідженим шаром, причому колонка знаходилась в контакті з термостатичною ванною, температуру якої було виставлено на 50°С. Шар агломератів зріджувався висхідним потоком пересиченого розчину бікарбонату натрію, який проходив через сітку зі швидкістю 154м/год. Пересичення розчину було встановлене на рівні 2,4г/кг, завдячуючи падінню його температури на 1,9°С при проходженні через теплообмінник. Покриття агломератів тривало впродовж однієї години, після чого гранули зібрали та визначили середню товщину покривного шару. Вона становила 3мкм. Отримані у такий спосіб гранули за цим винаходом були піддані тесту на зносостійкість, що описаний у прикладі 1. Результат тесту становив 0,6%, що демонструє дуже суттєве поліпшення стійкості гранул за рахунок нанесення на них покриття за цим винаходом. Приклад 3 (за цим винаходом) Методика цього прикладу була такою, як у прикладі 2 за виключенням того, що пересичення розчину було встановлене на рівні 4,9г/кг, після чого на агломерати був нанесений покривний шар товщиною 10мкм. Результат тесту на стійкість до стирання склав 0,1%, що знову продемонструвало поліпшення стійкості гранул за цим винаходом. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601