Спосіб одержання активованого глинопорошку з бентоніту

1. Спосіб одержання активованого глинопорошку з бентоніту, що включає завантаження грудкової глини в глиноподрібнювач, обробку на валках каменевіддільних, додаткове здрібнювання, введення активатора, механоактивацію, сушіння й помел, який відрізняється тим, що як сировину використовують продукт селективного видобутку глини, яка містить переважно монтморилоніт, механоактивацію здійснюють в один або два етапи шляхом попереднього перетирання із продавлюванням у зону додаткового перетирання із продавлюванням, причому попереднє перетирання із продавлюванням у зону додаткового перетирання із продавлюванням здійснюють при температурі не нижче середньолітньої температури кар'єрної сировини, а сушіння здійснюють у потоці гарячого повітря. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що вміст монтморилоніту в продукті селективного видобутку сировини становить не менше 58-90 мас. %. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що при вологості кар'єрної сировини 25-35 мас. % активатор вносять у вигляді порошку. 4. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що порошок активатора вносять у кар'єрну сировину в кількості 3-8 мас. % від маси сухої глини. 5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що при вологості кар'єрної сировини 15-25 мас. % активатор вносять у вигляді водного розчину при температурі 70-90 °С. U 2 (19) 1 3 23831 4 два кремені кисневих тетраедричних шару, роздіСистема, де відбувається інтенсивний рівномірний лених октаедричним шаром. Зв'язок між пакетами розподіл комплексної добавки по всьому об'єму дуже слабкий, внаслідок чого молекули води й інші глини до пастоподібного стану з формуванням і полярні рідини, а також обмінні катіони можуть видачею заготівель, складається із пристроїв типу входити в меж пакетний простір, викликаючи розекструдерів або вібраційних установок. ширення ґрат по осі с, що визначає специфічні Таким чином, при реалізації описаного вище властивості мінералу, які дозволяють використати способу зміна фізико-хімічних властивостей глин його як адсорбент у різних технологічних процесах відбувається під дією не тільки комплексної добав[Енциклопедія неорганічних материалів. т.2 - Київ: ки, але й інтенсивного механічного впливу, що Вид-во Головна редакція Української радянської дозволяє істотно покращити властивості суббененциклопедії, 1977. - с.16-17 ]. З огляду на особлитонітових глин і їх функціональні можливості. вості кристалічної структури монтморилоніту, виПроте вони залишаються обмеженими оскількористання кальцієвих бентонітових глин ефектики, описаний вище процес досить тривалий, вимавно за умови, якщо вони попередньо проходять гає більших ви трат, у тому числі й на матеріали, активацію. що сприяють диспергуванню, зокрема, окисли заВідомі кілька способів активування бентонітоліза, які в багатьох випадках виявляються небажавих глин, які використовують залежно від складу ними компонентами в складі глинопорошку. Це вихідної сировини й призначення отриманого пропов'язане з тим, наприклад, що окисли заліза дукту, які включають або перемішування в суспенутворюють легкоплавкі з'єднання, і при викорисзії, або перемішування в пасті, або перетирання в танні їх у складі формувальної суміші в ливарному пасті, а також введення різних активаторів [див. виробництві ця обставина приводить до утворення Сафронов В.А., Кузьмін Н.Н., Отрошенко Э.Л. Акпригару й браку виливків. тивований бентоніт. - Ливарне виробництво. Найбільш близьким по призначенню, технічній 1989. - №4, с.8]. сутності й результату, який досягають при викориВідомий спосіб обробки низькосортних бентостанні, є спосіб одержання модифікованого глинонітів із низькою термічною стійкістю, що включає порошку з бентоніту, який включає завантаження змішування бентоніту з кальцинованою содою, грудкової глини в глинорозпушувач, обробку на прокатку, сушіння й помел [див. опис до патенту валках каменевиділяльних, тонкий помел, зволоРФ №2100129, М. кл. В22С 1/00, опубл. ження глини в глиномішалці водяним розчином 27.12.1997]. Як вихідну сировину використовують Na2CO3, механоактивацію, сушіння й помел [див. кар'єрний грудкуватий бентоніт, прокатку суміші Литяева З.А., Рябченко В.И. Глинопорошки для ведуть із питомим тиском 150-200кгс/см 2 до одербурових розчинів. - М.: Надра, 1992. - с.156-157.]. жання товщини прокатаної пластини 10-15мм. ПеПри цьому перед сушінням і помелом механоактиред сушінням пластини гранулюють до розмірів вацію здійснюють на пластифікуючих валках і стрігранул 8-12мм, а сушіння ведуть при 300-350°С. чковому шнековому змішувачі. Описаний вище спосіб дозволяє досягти значОписана вище технологія одержання глинопоного економічного ефекту за рахунок підвищення рошків розроблена й використалася для одержанфізико-механічних властивостей щодо низькоякісня модифікованих глинопорошків Черкаського роного бентоніту. Крім того, скорочується витрата довища. формувальних матеріалів, поліпшується якість Однак, як і у випадках описаних вище, основні виливків. показники якості порошку не перевищували вимог Однак якість кінцевого продукту задовольняє до середніх марок глини. Вихід глинистого розчину вимогам окремих технологічних процесів, оскільки становить не більше 12-16м 3/т, міцність при розосновні показники, такі як міцність при стиску й риві в зоні конденсації вологи не більше міцність при розриві в зоні конденсації вологи не 0,028кгс/см 2, термічна стійкість не більше 0,6од. відповідають вимогам до високих марок глини, які Такі показники якості глинопорошків обмежують визначені ДСТУ 28177-89. Причиною цього є висоїхні функціональні можливості, і їхнє застосування ка температура сушіння, тому що монтморилоніт можливо в основному в ливарному або металурвтрачає адсорбційну вологу при температурі 180гійному виробництві. Крім того, відомі способи не 200°С, а при більш високих температурах відбуваефективні з погляду енерговитрат, оскільки сушінється дегідратація гідратів, тобто втрата ОН-гр уп, ня здійснюють газами мазуту, який спалюють в руйнування шарувати х стр уктур, утворення стійких енергоємних обертових барабанних сушарках, інертних окислів і, як наслідок, зниження технолодопускаючи при цьому перегрів сировини, що веде гічних властивостей. до втрати адсорбційних і реологічних властивосВідомий також спосіб обробки глин, що вклютей продукту. чає змішування глини з добавкою, прокатку, форТому метою технічного рішення, що заявлямування заготівель, сушіння в повітряному потоці ють, є підвищення якості глонопорошків після хімій помел [див. опис до патенту РФ №2196020, М. ко-механічної обробки й розширення їхніх функцікл. В22С 5/04, 1/00. опубл. 10.01.2003]. Як сировиональних можливостей. ну при цьому використовують суббентонітові глиВ основу корисної моделі поставлена задача ни. Комплексна добавка складається з натрій утвдосконалення способу одержання активованого римуючих солей у кількості до 2% від маси глини й глинопорошку з бентоніту, у якому, внаслідок виокислів металів, які сприяють диспергуванню, у користання в якості сировини продукту селективкількості не менш 1% від маси глини. Сушіння заного видобутку глини, який містить переважно моготівель проводять при 20-35°С до вологовмісту нтморилоніт, здійснення механоактивації в один 10-15% і збільшення їхньої щільності в 1,6 рази. або два етапи шляхом перетирання із продавлю 5 23831 6 ванням у зону додаткового перетирання із продалоніту в кар'єрній сировині 58-70мас.%. влюванням при температурі не нижче средньолітВідповідно до корисної моделі, об'єм (V1) поньої температури кар'єрної сировини, і здійснення переднього перетирання щодо об'єму (V2), який сушіння в потоці гарячого повітря, забезпечується продавлюють, становить К1=10-15%, а об'єм (V3) технічний результат, що полягає в збереженні додаткового перетирання становить К2=30-40% специфічних глинистих властивостей, пов'язаних з щодо об'єму (V4), який продавлюють, при механоособливостями структури кристалічних ґрат, при активації в один етап. цьому збільшується обмінно-адсорбційна здатВідповідно до корисної моделі, механоактиваність, а також можливо більше диспергуваня такцію здійснюють у два етапи при вмісті монтморитоїдів зі збереженням або підвищенням гідрофільлоніту в кар'єрній сировині 70-90мас.%. ності. За рахунок цього поліпшується не тільки Відповідно до корисної моделі, на другому основний показник якості бентонітової глини - виетапі механоактивації об'єм (V5) попереднього хід розчину, але й міцність при розриві в зоні конперетирання щодо об'єму (V6), що продавлюють, денсації вологи, термічна стійкість, набухаємість. становить К3=15-25%, а об'єм (V7) додаткового Підвищення адсорбційної здатності бентоніту перетирання становить К4=35-45% щодо об'єму обумовлено, мабуть, диспергуванням його часток (V8), що продавлюють, при механоактивації у два по площинах спайності в результаті збудження етапи. граничних напруг, що сколюють, навіть при дефоВідповідно до корисної моделі, механоактивармації часток малих розмірів і появи внаслідок цию виконують при вологості глини 15-35 мас.%. цього нових поверхонь, доступних проникненню Відповідно до корисної моделі, продавлюванреагенту. Це підтверджується збільшенням конценя виконують при тиску 20-25кгс/см 2. нтрації обмінних катіонів і виходом розчину на Відповідно до корисної моделі, висушування тонну активованого порошку. здійснюють у потоці гарячого повітря у два етапи. Поставлена задача вирішується тим, що у віВідповідно до корисної моделі, швидкість гадомому способі одержання активованого глинопорячого повітря при висушуванні становить 3-20м/с. рошку із бентоніту, що включає завантаження груВідповідно до корисної моделі, на першому дкової глини в глиноподрібнювач, обробку на етапі сушіння здійснюють при температурі 180валках каменевиділяльних, додаткове подрібню200°С, а на другому етапі сушіння здійснюють при вання, введення активатора, механоактивацію, температурі 150-180°С. сушіння й помел, відповідно до корисної моделі, в Вибір інтервалів параметрів способу визначаякості сировини використовують продукт селектили з урахуванням продуктивності, енерговитрат і вного видобутку глини, який містить переважно якості кінцевого продукту. монтморилоніт, механоактивацію здійснюють в Зниження об'єму попереднього й додаткового один або два етапи шляхом попереднього перетиперетирання, зниження тиску продавлювання прирання із продавлюванням у зону додаткового певодить до зменшення концентрації обмінних катіоретирання із продавлюванням, послідовно збільнів і, отже, до зниження всіх властивостей, кінцешуючи відносний об'єм перетирання й зменшуючи вого продукту. Зниження температури, при якій відносний об'єм продавлювання в масі оброблювідбувається перетирання, і збільшення темпераваної на цьому етапі сировини, при цьому поперетури сушіння вище 200°С приводить також до змеднє перетирання із продавлюванням у зону додатншення концентрації обмінних катіонів. Зменшенкового перетирання із продавлюванням ня температури сушіння (менш 150°С) приводить здійснюють при температурі не нижче средньолітдо зниження продуктивності способу. ній температури кар'єрної сировини, а сушіння Як видно з викладу сутності технічного рішенздійснюють у потоці гарячого повітря. ня, що заявляють, воно відрізняється від прототиВідповідно до корисної моделі, вміст монтмопу й, отже, є новим. рилоніту в продукті селективного видобутку сироВідомо диспергуваня глинистої сировини в павини не менш 58-90мас.%. стоподібному стані [див. Литяева 3. А., Рябченко Відповідно до корисної моделі, при вологості В. Й. Глинопорошки для бурових розчинів. - М.: кар'єрної сировини 25-35мас.% активатор вносять Надра, 1992. - с.123-129], що дозволяє істотно у вигляді порошку. змінювати фізико-хімічні властивості різних глин. Відповідно до корисної моделі, порошок актиДля виробництва глинопорошків, застосовуваних у ватора вносять у кар'єрну сировину в кількості 3ливарному виробництві, для бурових розчинів і ін. 8мас.% від маси сухої глини. використовують, як відзначено вище, різні спосоВідповідно до корисної моделі, при вологості би, що вимагають значних витрат. Найбільше часкар'єрної сировини 15-25мас.% активатор вносять то використовують технології, у яких стрічкові у вигляді водяного розчину при температурі 70шнекові преси з фільтруючою поверхнею перемі90°С. щають глинисту масу суцільним потоком і одночаВідповідно до корисної моделі, оптимальну сно ущільнюють її, при цьому поступальний рух температуру в першій зоні перетирання із продавсполучають з обертальним. Складна траєкторія люванням забезпечують нагріванням до темперапереміщення глини, більші механічні зусилля тури 40-80°С. створюють умови для ефективного диспергування Відповідно до корисної моделі, перше перетиглини, а присутність води - для взаємодії реагенрання здійснюють при температурі на 20-60°С витів-модифікаторів з диспергованою глиною. При ще температури кар'єрної сировини. оптимальних значеннях вологості бентоніту, масі Відповідно до корисної моделі, механоактиваадсорбованого Na2CO3 і довжини зони диспергуцію здійснюють в один етап при вмісті монтморивання вихід розчину може бути досягнутий 7 23831 8 22,5м 3/т. При цьому фізико-хімічні показники продукту Пропонований спосіб принципово відрізняєтьпереробки селективне взятої глини перевищують ся від відомих тим, що пропонує сполучити переаналогічні для продуктів механоактивації суббентирання із продавлюванням і здійснювати їх у два тонітів або інших бентонітових глин. етапи, послідовно збільшуючи відносний об'єм Приклади 1-14. Пропонований спосіб застосоперетирання й зменшуючи відносний об'єм, який ваний для обробки кар'єрної сировини зі вмістом продавлюють в масі сировини, що обробляють на монтморилоніту 58-70мас.%, при цьому механоакцьому етапі. тивацію здійснювали один раз, а сушіння готового Очевидно, що при продавлюванні через мініпродукту виконували у два етапи при швидкості мально малий отвір, активація маси глини наблиповітряного потоку 3-20м/с. Швидкість потоку повізилася б до максимально можливої. Однак еконотря вибирають із урахуванням вологості глинистої мічно недоцільно здійснювати такий процес через сировини, що піддають сушінню, а також з урахуйого тривалість і енергоємність. ванням залишкової вологості висушеної глини. Можна перетирати із продавлюванням в один Після завантаження грудкової глини в глиноетап через відносно розвинені поверхні. Однак, як подрібнювач і обробки на валках каменевидільних показує практика, на цих поверхнях відбувається виконують додаткове дроблення й уводять активаінтенсивне налипання глинистої маси, що веде до тор. Залежно від вологості кар'єрної сировини акпідвищення енерговитрат. Збільшення вологості тиватор вносять у вигляді порошку або водяного глини при цьому хоча й приводить до зниження розчину Nа2СО3. С ушіння активованого порошку енерговитрат, але й знижує ступінь активуванні здійснюють у два е тапи для того, щоб збільшити глини. ефективність процесу сушіння шляхом поділу зони Попередня активація шляхом перетирання 10з вологою глиною (перший етап) і зони з підсуше15% маси з одночасним продавлюванням дозвоною глиною (другий етап). ляє перейти до ефективного перетирання більшої Результати механоактивації представлені в маси глини також одночасно із продавлюванням. таблиці 1. При цьому не спостерігається налипання глини на Приклади 15-26. Пропонований спосіб застоповерхні тертя. Енерговитрати знижуються в порісований для обробки кар'єрної сировини зі вмістом внянні з одноетапним перетиранням із продавлюмонтморлилоніта 70-90мас.%, при цьому механованням. активацію здійснювали двічі, і сушіння готового За рахунок запропонованого способу хімікопродукту виконували також у два етапи. механічної активації бентонітових глин збільшуПісля завантаження грудкової глини в глиноється концентрація обмінних катіонів і поліпшуподрібнювач і обробки на валках каменевиділяльються такі показники якості продукції, як вихід глиних виконують додаткове дроблення, уводять акнистого розчину, міцність при розриві в зоні тиватор у вигляді порошкоподібної соди (Na2CO3). конденсації вологи, термічна стійкість, набухаєРезультати механоактивації вологої кар'єрної мість і ін. сировини представлені в таблиці 2. Таблиця 1 При- При- ПриПриПриПриПриПриПриПриПриПриПриПриклад 1 клад 2 клад 3 клад 4 клад 5 клад 6 клад 7 клад 8 клад 9 клад 10 клад 11 клад 12 клад 13 клад 14 Вологість кар'єрної 25-35 25-35 25-35 глини, мас.% Витрата порошкоподіб ної соди, мас. 4,0 4,0 4,0 % в ід маси сухої глини Концентрація в одного р-ну соди (Na2CO3) % (4% соди в ід сухої глини Температура в одного розчину соди, °С 25-35 25-35 25-35 25-35 15-25 15-25 15-25 15-25 15-25 15-25 15-25 4,0 4,0 4,0 4,0 9,730,8 9,730,8 9,730,8 9,730,8 9,730,8 70-90 70-90 70-90 70-90 70-90 9,730,8 9,7-30,8 70-90 70-90 9 23831 10 Продов ження таблиці 1 При- При- ПриПриПриПриПриПриПриПриПриПриПриПриклад 1 клад 2 клад 3 клад 4 клад 5 клад 6 клад 7 клад 8 клад 9 клад 10 клад 11 клад 12 клад 13 клад 14 Температура кар'єрної сиров ини, °С Температура попереднього перетирання, °С Тиск продав люв ання, кгс/см2 К 1, % К 2, % Температура сушіння глинистої пасти на 1-м,етапі, °С Температура сушіння глинистої пасти на 2-м етапі, °С Концентрація обмінних катіонів мг.экв /100 г сухої глини Вихід глинистого розчину, м 3/г Нав антаження на прив ід электродв игуна, А Вихід готового продукту, кг/година Зниження в итрат у порів нянні з в ідомими способами на % 0 0 10 20 20 20 20 0 0 10 20 20 20 20 0 20 40 60 80 80 80 0 20 40 60 80 80 80 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 10-15 30-40 10-15 30-40 5-10 25-35 15-20 35-45 10-15 30-40 10-15 30-40 10-15 30-40 10-15 30-40 10-15 30-40 5-10 25-35 15-20 35-45 10-15 10-15 10-15 30-40 30-40 30-40 180200 180200 180200 180200 180200 180200 180200 180200 180200 180200 180200 180200 180200 180200 150180 150180 150180 150180 150180 150180 150180 150180 150180 150180 150180 150180 150180 150180 88 92 96 100 110 96 110 84 92 96 101 110 96 110 17,0 18,0 19,0 20,0 22,5 19,0 22,0 16,0 18,0 19.0 20,0 22,5 19,0 22,0 60 60 60 60 60 60 60 55 55 55 55 55 55 55 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 15 12 10 10 10 22 20 18 16 15 15 15 5000 5000 18 16 11 23831 12 Таблиця 2 ПриПриПриПриПриПриПриПриПриПриПриПриклад 15 клад 16 клад 17 клад 18 клад 19 клад 20 клад 21 клад 22 клад 23 клад 24 клад 25 клад 26 Параметри Вологість глинистоїї пасти, мас.% Температура кар'єрної сиров ини, °С Температура попереднього перетирання, °С Тиск продавлюв ання, кгс/см2 К 1, % К 2, % К 3, % К 4, % Температура сушіння глинистої пасти на 1-м етапі, °С Температура сушіння глинистої пасти на 2-м етапі, °С Концентрація обмінних катіонів мг.экв /100г сухої глини Вихід глинистого розчину, м3/т Нав антаження на прив ід електродв игуна, А Вихід готового продукту, кг/година Зниження в итрат у порівнянні з в ідомими способами на % 30 30 30 30 30 30 35 35 35 35 35 35 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 15 20 25 25 25 25 15 20 25 25 25 25 10-15 30-40 15-20 35-40 10-15 30-40 15-20 35-40 10-15 30-40 15-20 35-40 10-15 30-40 20-25 40-45 10-15 30-40 10-15 30-40 10-15 30-40 15-20 35-40 10-15 30-40 15-20 35-40 10-15 30-40 15-20 35-40 10-15 30-40 15-20 35-40 10-15 30-40 20-25 35-40 10-15 30-40 10-15 35-40 10-15 30-40 15-20 35-40 180-200 180-200 180-200 180-200 180-200 180-200 180-200 180-200 180-200 180-200 180-200 180-200 150-180 150-180 150-180 150-180 150-180 150-180 150-180 150-180 150-180 150-180 150-180 150-180 88 96 116 116 110 100 84 92 112 111 108 96 17,0 19,0 24,0 24,0 22,5 19,0 16,0 18,0 23,5 23,5 22,0 19,0 30 40 50 50 50 50 30 35 45 45 45 45 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 28 25 20 20 20 20 30 27 25 25 25 25 Як видно з таблиць, технічне рішення, що заявляють, забезпечує підвищення якості глинопорошків після хіміко-механічної обробки, що дозволяє розширити функціональні можливості одержуваного продукту. Пропонований спосіб дозволяє одержати готовий продукт, який має вихід глинистого розчину не менш 22м 3/г, міцність при стиску не менш Комп’ютерна в ерстка І.Скворцов а 0,95кгс/см 2, термічну стійкість не менш 0,8од, міцність у зоні конденсації вологи не менш 0,030кгс/см 2. Такі показники відповідають сучасним вимогам до формувальних сумішей, які використовують на автоматичних лініях, і вимогам до бентонітів для готування бурових розчинів без застосування дорогих модифікаторів органічного походження. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601