WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


На правах рукописи

Ильина Татьяна Николаевна

Физико-химические основы процессов агломерации дисперсных материалов и их аппаратурное обеспечение

Специальность 05.17.08 – Процессы и аппараты химических технологий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Томск - 2011

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г.Шухова»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Севостьянов Владимир Семенович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Сваровский Александр Яковлевич доктор технических наук, профессор Красовицкий Юрий Владимирович доктор технических наук, профессор Сиваченко Леонид Александрович

Ведущая организация: Московский государственный университет инженерной экологии

Защита диссертации состоится «25» октября 2011 г. в 14.30 час. на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.269.при ГОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30, корпус 2, ауд.117.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО НИ ТПУ.

Автореферат разослан « » сентября 2011 г.

Учёный секретарь совета канд. техн. наук, доцент Т.С. Петровская

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Реальным требованием настоящего времени является совершенствование и развитие технологических процессов при максимальной экономии сырья, топлива, материалов и выполнении мероприятий по охране окружающей среды. Это в полной мере относится к агломерации - как совокупности физических и физико-химических процессов, обеспечивающих формирование тел и частиц определённых размеров, формы, необходимой структуры и физических параметров. Для обозначения процесса агломерации в различных областях её реализации используют такие определения, как гранулирование, брикетирование, прессование, окомкование, таблетирование и др.

Агломерацию дисперсных материалов осуществляют с целью улучшения качества как промежуточных, так и готовых продуктов во многих отраслях промышленности.

В настоящее время накоплен значительный научный и практический опыт в области комплексной переработки и формования дисперсных систем с получением коллоидно-капиллярно-пористых тел. Значительный вклад в научное развитие этого направления внесли ученые В.И.Коротич, Н.Н.Бережной, В.М.Витюгин, П.В.Классен, И.Г.Гришаев, М.Б.Генералов, Л.М.Сулименко, В.И.Назаров, В.С.Севостьянов, Л.А.Сиваченко, В.А.Лотов, H.Rumpf, Kortman, M.Wada и др. Однако существующие проблемы процессов агломерации дисперсных материалов в настоящее время еще недостаточно изучены и требуют решения. Это обусловлено тем, что существует широкий спектр полидисперсных материалов, требующих агломерации, а также разработки способов их реализации. Отсутствие универсальных методик оценки способности материалов к агломерации, подбора технологических связок в шихты затрудняют выбор способа их рационального компактирования, разработку аппаратурных средств и технологических режимов работы оборудования. Особую актуальность решение вышеуказанных задач приобретает при вовлечении в производство техногенных полидисперсных материалов с различными физико-химическими свойствами с целью их утилизации способом агломерации.

Актуальной задачей является также разработка способов использования процессов агломерации для защиты окружающей среды от загрязнений.

В данной работе рассмотрены процессы агломерации, наиболее часто используемые в технологии строительных материалов и изделий, а также в горнорудном производстве при получении железорудных окатышей. Особое внимание уделено решению проблемы выбора и снижения расхода балластных технологических связок в готовом продукте, особенно при гранулировании концентратов полезных минералов, например, магнетита.

Работы, положенные в основу диссертации, выполнялись в рамках государственных бюджетных тем «Изыскание заменителей бентонитов и способов снижения связующих добавок» (1980–1981гг., ГР № 79018644), «Разработка методов оценки технологических свойств связующих материалов для окомкования» (1981–1983 гг., ГР № 1.82.8054665), «Разработка технологии использования щелочноземельных бентонитов для производства окатышей» (1983–19гг., ГР № 1.84.0013864, № 01.86.0023172), а также хоздоговорных НИР по разработке способов снижения поверхностного пыления дисперсных материалов (1991-1999гг., ГР № 1.90.0046493, № 01.99.0005604 и др.).

Цель работы – разработка физико-химических основ процессов агломерации полидисперсных материалов с различными физико-химическими свойствами, их конструктивно-технологического и аппаратурного обеспечения.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Выявить общие закономерности процесса агломерации полидисперсных материалов с учетом механизма адгезионно-когезионного взаимодействия компонентов гетерогенных систем. Разработать рекомендации по снижению пылеуноса в дисперсных системах за счет использования процессов агломерации.

2. Исследовать процесс структурообразования гранул при их постадийном формировании, установить теоретические закономерности процессов фильтрации газообразной и жидкой фазы при уплотнении порошкообразных материалов, условия микрогранулирования и упругой релаксации шихты при ее предварительном уплотнении.

3. Разработать реологическую модель гранулообразования в дисперсных системах и математическое описание процессов по отдельным стадиям, выработать рекомендации по рациональной организации процесса агломерации дисперсных материалов с учетом их физико-химических свойств.

4. Провести комплексные реологические исследования моделей коллоиднокапиллярно-пористых тел с различными связующими добавками, установить закономерности адсорбционно-коагуляционного взаимодействия компонентов гранулируемых шихт. Разработать методологию оценки и выбора связующих добавок для гранулирования дисперсных материалов.

5. Изучить общие закономерности и специфические особенности процессов агломерации техногенных полидисперсных материалов различных производств с разработкой практических рекомендаций по организации способов их утилизации с получением гранулированной продукции.

6. Провести исследования по моделированию процесса постадийного гранулообразования в дисперсных системах с различными физико-химическими свойствами материалов, разработать патентно-защищенную конструкцию вибрационно-центробежного гранулятора постадийного действия с определением его кинематических и конструктивно-технологических параметров.

7. С использованием регрессионных математических моделей исследовать технологические режимы работы опытно-промышленного вибрационноцентробежного гранулятора и выработать рекомендации по его практическому использованию.

8. Разработать технологический комплекс многофункционального действия и отдельные технологические модули для агломерации природных и техногенных материалов различных производств. Провести опытно-промышленные испытания научных разработок и дать технико-экономическую оценку эффективности их использования.

Научная новизна 1. Установлены основные закономерности процесса уплотнения дисперсных материалов различного химического, минералогического составов, удельной поверхности, которые заключаются в наличии трех характерных областей изменения степени уплотнения от давления формования. Протяженность каждой стадии зависит от поверхностных свойств дисперсных материалов, для оценки которых предлагается усредненная характеристика дисперсности (Кд,, м-1), представляющая собой произведение истинной плотности материала и площади удельной поверхности дисперсного материала, зависящей от способа его подготовки. Предложена классификация материалов по величине усредненной характеристики дисперсности: на низкодисперсные (Кд<2*106 м-1), среднедисперсные Кд=(2…6*106 м-1), высокодисперсные (Кд >6*106 м-1). Установлено, что для низкодисперсных материалов первая стадия прироста степени уплотнения от давления формования практически отсутствует. Для среднедисперсных материалов характерно наличие всех трех стадий, причем наибольшую протяженность имеет первая стадия уплотнения (50 – 60 %) при малых нагрузках (0,– 0,5 МПа). Для материалов высокодисперсных требуются усилия (3 – 10 МПа) для уплотнения до 60 %.

2. Разработана реологическая модель процесса агломерации дисперсных систем под действием внешних сил, дано аналитическое описание всего цикла структурной перестройки порошкообразной смеси. Установлено, что на второй и третьей стадиях гранулообразования наряду с прочностью каркасообразующей части формуемого материала важное значение имеет вязкость поровой жидкости. Результатами реологических исследований моделей коллоиднокапиллярно-пористых тел подтверждена роль вязкости поровой жидкости в обеспечении пластических деформаций при гранулировании низкодисперсных непластичных материалов. Получено уравнение для расчета пластической вязкости сформованного тела в зависимости от истинной плотности каркасообразующей части уплотненного тела, его влажности, а также плотности и вязкости поровой жидкости.

3. Предложен реологический показатель (R), характеризующий способность связующих материалов к коагуляционному структурообразованию, использование которого позволяет осуществлять подбор, оценку качества и расчет расхода минеральных и органических связующих добавок для гранулирования низкодисперсных непластичных материалов (железорудных шихт).

4. Установлен комплекс физико-химических параметров компонентов взаимодействующих фаз дисперсной системы при агломерации без воздействия внешних сил, включающий поверхностное натяжение (жг), вязкость () жидкой фазы, а также смачиваемость твердой составляющей (cos ). Показана определяющая роль вязкости связующего раствора при агломерации поверхностного слоя полидисперсной системы, которая должна быть не более 10 мПа*с для образования защитного покрытия с целью снижения поверхностного пыления.

5. Установлено, что при введении полимерных связующих в сырьевые смеси для производства цементного клинкера происходит изменение кинетики сушки шламов, увеличение прочности агломерата на стадии сушки и возрастание аутогезионных свойств пылей, что приводит к снижению пылеуноса на 15–25 % из холодного конца клинкерообжиговой печи 6. Установлено, что при предварительном уплотнении увлажненной порошкообразной смеси происходят процессы фильтрации газообразной и жидкой фазы с последующим образованием микрогранул. Получены уравнения, позволяющие рассчитать конструктивно-технологические параметры уплотняющего устройства для обеспечения условий микрогранулирования и релаксации упругих деформаций в уплотненном материале.

7. Получены математические модели в виде уравнений регрессии, описывающих зависимости физико-механических характеристик гранул (прочность на сжатие, насыпная плотность), от скоростных и конструктивно-технологических параметров разработанного вибрационно-центробежного гранулятора.

Практическая ценность работы 1. Разработаны технические условия на глинистые связующие материалы для производства железорудных окатышей (ТУ 14-9-364-89), которые внедрены на фабриках окомкования горно-обогатительных комбинатов России и Украины. По результатам реологических исследований суспензий связующих материалов различного происхождения и состава разработана и внедрена методика оперативного контроля качества связующего сырья для производства гранул в лабораторную практику ЗАО «Белмеханобр» ( А.с.1404898, 1592778, 1636822).

2. Разработаны и прошли опытно-промышленную апробацию новые виды комплексных связующих добавок для окомкования руд и концентратов с целью повышения качественных показателей и снижения себестоимости выпускаемой продукции (А.с. 901313, 954464, 1063850, 1392132, 1330197, 1601159, 1632994).

3. Предложены новые способы защиты окружающей среды от загрязнения (А.с. № 1710777, патент РФ № 2151205) при хранении, открытой перевозке и складировании пылевидных материалов методом их агломерации.

4. Предложены технологии утилизации техногенных материалов цементного производства и вскрышных пород железорудных месторождений КМА (А.с.1594161, патенты РФ 1781194, 1813771).

5. Разработана конструкция вибрационно-центробежного гранулятора (патент РФ № 2412753) и проведены его опытно-промышленные испытания при гранулировании дисперсных материалов с различными физикохимическими свойствами (известково-глинистые, калийно-известковые, перлитосодержащие и другие композиционные смеси).

6. Разработан и апробирован технологический комплекс многофункционального действия и его модули для производства теплоизоляционных композиционных смесей с использованием поризованных гранулированных заполнителей, разработан технологический регламент на процесс получения гранулированной продукции.

7. Результаты проведенных исследований и научно-технических разработок реализованы на промышленных предприятиях: ЗАО «Белмеханобр», ОАО «Оскольский электрометаллургический комбинат», ООО «Бентопром», ООО «Чистовод», ООО «Рецикл-Интех». Суммарный экономический эффект от выполненных разработок более 50 млн. рублей.

8. Материалы диссертационной работы апробированы и внедрены в учебный процесс БГТУ им. В.Г. Шухова при изучении дисциплин «Процессы и аппараты химической технологии», «Машины и оборудование для комплексной переработки техногенного сырья». Основные положения диссертации отражены в монографиях и учебных пособиях.

Положения, выносимые на защиту:

1. Совокупность научных положений, закономерностей и механизмов формирования капиллярно-пористых тел в зависимости от физико-химических свойств дисперсных материалов.

2. Аналитические зависимости, характеризующие процессы фильтрации газообразной и жидкой фазы при уплотнении порошкообразной шихты, условия ее микрогранулирования и упругой релаксации сформованных тел.

3. Научно - обоснованные принципы рациональной организации постадийного процесса гранулообразования дисперсных материалов, представленные в виде реологической модели и ее аналитического описания.

4. Методологические основы эффективного процесса формирования коллоидно-капиллярных тел в зависимости от реологических свойств дисперсионной среды и физико-химических свойств дисперсной фазы.

5. Технологические рекомендации по обеспечению рациональных способов агломерации техногенных полидисперсных материалов с различными физико-механическими характеристиками.

6. Основополагающие закономерности постадийного процесса гранулообразования дисперсных материалов в патентно-защищенной конструкции вибрационно-центробежного гранулятора, методика расчета кинематических и конструктивно-технологических параметров аппарата.

7. Результаты регрессионного анализа влияния скоростных и конструктивно-технологических параметров гранулятора на физико-механические характеристики гранул и технологические показатели работы агрегата.

8. Анализ результатов опытно-промышленных испытаний и внедрения выполненных научно-технических разработок, технологический комплекс многофункционального действия и его модули, технологический регламент на процесс получения гранулированной продукции.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на научно-практических конференциях регионального, всероссийского и международного уровня: XI Всесоюзный симпозиум по реологии (Москва, 1981);

III научно-техническая конференция «Молодые учёные – научно-техническому прогрессу» (Донецк, 1982); Всесоюзная научно-техническая конференция «Теория и технология подготовки металлургического сырья к доменной плавке» (Днепропетровск, 1985); Всесоюзная научно-техническая конференция «Фундаментальные исследования и новые технологии в строительном материаловедении» (Белгород, 1989); Всесоюзная научно-практическая конференция «Проблемы теории и технологии подготовки железорудного сырья для доменного процесса и бескоксовой металлургии» (Днепропетровск, 1990); Всесоюзная конференция «Физико-химические проблемы материаловедения и новые технологии» (Белгород, 1991); Международная научно-практическая конференция «Проблемы охраны производственной и окружающей среды» (Волгоград, 1997); Международная научно-практическая конференция «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии» (Белгород, 2003, 2005); VI Международная конференция «Сотрудничество для решения проблемы отходов» (Харьков, 2009); X международный симпозиум «Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях» (Белгород, 2009); XIV Международная научно-практическая конференция «Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения» ( Белгород, 2010); Международная научно-техническая конференция «Ресурсо- и энергосберегающие технологии и оборудование, экологически безопасные технологии» (Беларусь, Минск, 2010); Международная научно-практическая конференция «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в промышленности строительных материалов» (Белгород, 2010).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 71 работе, в том числе 14 статьях в журналах, рекомендованных ВАК, двух монографиях, 13 авторских свидетельствах СССР, четырех патентах на изобретения Российской Федерации.

Структура и объём работы. Диссертация включает введение, семь глав, выводы, список использованной литературы из 291 наименований. Работа изложена на 397 страницах, содержит 61 рисунок, 51 таблицу, приложения с документами, подтверждающими практическую значимость полученных результатов.

Содержание работы Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель и задачи исследования. Изложены научная новизна и практическая ценность работы, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлены области использования процессов агломерации в различных отраслях народного хозяйства, их роль в интенсификации технологических процессов за счёт сближения частиц, увеличения межчастичных контактов, активизации их взаимодействия. Дана классификация связей между частицами при агломерации, которая включает более широкий спектр процессов по сравнению с классическим понятием агломерации, как «термического способа окускования мелких материалов, чаще всего рудной шихты для улучшения их металлургических свойств, осуществляемого обычно путём сжигания мелкого топлива в самом материале за счёт непрерывного прососа воздуха». В данной работе рассматривается направленное сближение частиц тонкодисперсных материалов с образованием капиллярно-пористых тел при гранулировании под действием центробежных и вибрационных сил, пластическом формовании, а также стихийная агломерация с помощью технологических связок, изменяющих аутогезионное и адгезионное взаимодействие частиц в скоростных потоках и статических условиях.

Рассмотрены проблемные задачи использования процессов агломерации при утилизации техногенных материалов предприятий по производству строительных материалов, горно-обогатительных комбинатов и другихпроизводств, технологические процессы которых основаны на дроблении, измельчении и обжиге больших количеств минерального сырья. Обоснованы выбор объектов исследования, цель и основные задачи работы.

Во второй главе рассмотрена роль поверхностных явлений в дисперсных системах при агломерации, дана классификация процессов и аппаратов для их осуществления, представлены методологические подходы к рассмотрению процессов агломерации.

Исследуемые в данной работе дисперсные системы состоят из тонкоизмельчённого твёрдого компонента (дисперсной фазы) и дисперсионной среды.

В качестве последней является газообразная фаза (воздух) в сухих порошках (Т/Г) или капельная жидкость во влажных пастообразных материалах или суспензиях (Т/Ж). В процессе агломерации образуются пористые тела, в которых дисперсионной средой становится твёрдый компонент, а дисперсной фазой газ (Г/Т). С точки зрения поверхностных явлений, поверхностная энергия системы всегда стремится к минимуму (Еs=dS min). Поэтому процесс агломерации можно рассматривать как переход системы из свободнодисперсного (текучего) в связнодисперсное состояние (гранулы, брикеты и т.п.). Формирование структур в дисперсных системах при различных внешних воздействиях на них представлено на рис.1.

G , , cos FG, Fц F, Т T>Tc  с  Свободно - Свободно - Коагуляционно - Коагуляционно - Конденсационно дисперсная дисперсная структурированная конденсационная кристаллизационная бесструктурная коагуляционная связанно - связанн о структура связанно система структура ( T/Г, Т/Ж) дисперсная система дисперсная система дисперсной системы ( (Т/Ж, Т/Г) (Г/Т) T/Г, Т/Ж) (Т/Ж) -10 Н = 10 -4 .… - F -7... 10 сж = 0,05 … 1,5 МПа = 0,1 … 5  = 5 … 500 МПа = 10  F 10 сж МПа сж Н Рис.1. Классификация структур в дисперсных системах при агломерации Прочность связи (F) и прочность на сжатие ( ) сформованного капилсж лярно-пористого тела зависят от внешних воздействий на систему и свойств исходных дисперсных систем: геометрических параметров частиц порошка, шероховатости поверхности, распределения частиц по размерам и др.

Для оценки способности дисперсных материалов к агломерации существуют различные методы, которые заключаются в оценке уплотняемости материала под действием определенного давления или определении нагрузки, при которой происходит разрушение уплотненного образца. Известен критерий комкуемости, рассчитанный по значениям характеристических влагоемкостей, определенных по кинетике пропитки жидкостью слоев дисперсного материала различной плотности. До сих пор не существует универсальных показателей, которые наиболее полно отражали бы характер взаимодействия твердой, жидкой и газообразной фаз при уплотнении с учетом физико-химических свойств дисперсных материалов, их кристаллического строения и минералогического состава. Все это затрудняет разработку рекомендаций по выбору способа агломерации, его аппаратурного оформления и применения технологических связок. Необходимы более глубокие исследования механизма взаимодействия компонентов дисперсных систем при стихийной агломерации, а также под действием внешних сил.

В третьей главе представлены экспериментальные и теоретические исследования процессов структурообразования гранул при их постадийном формировании. Известно, что процесс формирования гранул зависит от множества факторов: пластических свойств порошкообразной смеси, ее дисперсности и гранулометрического состава, влажности, вида связующих добавок и др.

Совокупное влияние факторов (пластичности, дисперсности, влажности, силового воздействия и др.) на процесс уплотнения исследуемых порошкообразных смесей наглядно можно представить с помощью «кривых уплотнения» (рис.2) Еi = f(Pi), где Еi – степень уплотнения полидисперсного материала, %; Pi – давление формования материала, МПа. При этом Еi = i/w, где i плотность сформованного тела при Pi, w – предельная плотность тела с учётом влажности и наличием технологической связки, кг/м3. Анализ полученных экспериментально кривых уплотнения полидисперсных материалов с различными физикохим и еристикам и мин ческим со п ет мическими характе ми нералогич оставом показывае их общ зако сть: ичие статочно протяжё ервой ст щую ономернос нали дос ённой пе тадии упло ( А актеризую н шим приро епени отнения (участок А-В), хара ющейся наибольш остом сте упло Е ых значен рмования Рi отнения Еi при минимальны ниях давления фор Рис ессионные кривые уп исследуемы алов:

с.2. Компре плотнения и ых материа 1 – пылеунос вращающ цементного производства я щихся печей ц п а, (w = 12%); 2 – пылеунос + сырьевая в я смесь, (w = 12%); 3 – пы вращ ечей известк известняково-глинистая ылеунос щающихся пе кового производства, (w = 18%); 4 – сырьевая с (извест шлак), w – смесь тняк+глина+ш (w = 12%); 5 – известняковоглинистая смесь, (w = 1 гнетитовый концентрат, (w = 10%); 7 – магнетито с 12%); 6 – маг к ( овый концентрат + 1% б w = 10%); 8 – й перлитовый ылеунос бентонита, (w – вспученный й песок, (w = 50%); 9 – пы производства в перлита (ППП ). 10- ППП +3 а (w = 50%) вспученного п П) (w = 50%) 3% бентонита Дал наблю иональны прирос степен уплот лее юдается пропорци ый ст ни тнения Еi при i возр й участок В-С), соо ующий второй ст растании значений Рi – (у ответству тадии упло льный пр Е х энергоза отнения. Минимал рирост значений Еi при повышенных атратах – (участо ен для третьей ста отнения. Следует отмеок C-D), характере адии упло С о тить ния тяжёл езорудных ь, что на участках В-Д для уплотнен лых желе х шихт (ист = 4570 ривые 6,7 ются большие усил для уплот вест0 кг/м3, кр 7) требую лия, чем д тнения изв ково тых есей к ыли нтного (ист = о-глинист сырьевых сме (ист = 2650 кг/м3), пы цемен 1950 кг/м3) и известк роизводст (кривы 1-5). Д уплот егких 0 и кового пр тв ые Для тнения ле тонк териалов (вспучен пер и кодисперсных мат нный рлитовый песок и ППП, ист = 1450 с н й плотнос = м = 0 кг/м3) с низкой насыпной стью, 0 = 150 кг/м3) до значений Е = 1050% е-8-10) тр приложит ния от 5 до а. Дисперсные % (кривые ребуется п ть давлен о 10 МПа материалы с высокой плотностью, например, магнетитовый концентрат (ист = 4900 кг/м3), уплотняются в указанной области под действием сил тяжести.

Из приведённых данных можно сделать вывод о целесообразности организации постадийного процесса гранулирования дисперсных материалов, особенно материалов с низкой насыпной плотностью, с обязательной стадией обезвоздушивания порошкообразной смеси. Техническим решением указанного технологического приёма может служить вибровалковый способ предварительного уплотнения шихты, позволяющий сочетать удаление газообразной фазы и получение микрозародышей (микрогранулята), являющихся центрами гранулообразования.

Исследования и расчет процессов уплотнения порошкообразных материалов вибро-валковым способом показали, что скорость удаления газовой фазы из порошков (г.ф. = 0,14 м/с) значительно меньше скорости витания частиц (s = = 1,0 м/с), и через зазоры уплотняющего устройства будет удаляться воздух.

Однако, учитывая, что за стадией предварительного уплотнения шихты и ее микрогранулирования следует стадия окончательного формирования гранул с приложением динамического воздействия, то целесообразно знать значения скорости уплотнения материалов с различными физико-механическими характеристиками: для материалов с высокой плотностью (магнетитового концентрата и железорудных шихт) 0 >3000 кг/м3; карбонатно-глинистых материалов (0 = (2...3)103· кг/м3); а также техногенных материалов с насыпной плотностью 0 = 800-2000 кг/м3 и легких материалов с невысокой насыпной плотностью, < 800 кг/м3 (вспученный вермикулит, перлит и др.).

Проведенные нами теоретические исследования процесса постадийного уплотнения влагонасыщенных материалов свидетельствуют о необходимости определенной выдержки формуемой шихты под давлением. Это способствует не только созданию благоприятных условий для окончательного удаления газообразной фазы из формуемого материала, но и обеспечивает необходимые условия для фильтрации жидкой фазы в межпоровом пространстве. Для изучения процесса миграции жидкой фазы в порошкообразной шихте использовано уравнение Дарси, после интегрирования которого и соответствующих преобразований получено аналитическое выражение для определения необходимого времени фильтрации жидкости через зернистый слой формуемой смеси Vж ф 0,5ж r0 X0 2, (1) S P r0, Xгде - удельное сопротивление и приведенная толщина слоя зернистой среды соответственно,,.

м Изучение процессов деформации порошкообразных материалов и их релаксации после снятия напряжения позволило установить выражение для определения необходимого времени упругой релаксации материала (ln ln ) , (2) упр. р.

ln 0 где - начальное напряжение,Н/м 2; - текущее напряжение в слое формуемого материала, Н/м 2; - период упругой релаксации формуемого материала, с; - длина площади контакта между формующими валками, м.

С учетом свойств материала формующих валков (Еф.в - модуль упругости, -коэффициент Пуассона), радиуса валков (Rф.в) получено выражение для расчета времени уплотнения и деформации порошкообразного материала в зависимости от сжимающего усилия F,н /м 2 F(1 ) . (3) упл.д.

nф.в. Еф.в. Rф.в.

При условии, с учетом выражений (1)-(3) для обеспечения упр. р. упл.д. ф упругой релаксации материала частота вращения формующих валков, nф.в.,с -1:

2 ln F(1 ) nф.в. , (4) (ln ln ) Еф.в. Rф.в.

0 i для обеспечения условий фильтрации жидкой фазы 2 2 F(1 )S P nф.в. . (5) 0,5 ж r0 X Vж Еф.в.Rф.в.

Для обеспечения заданной производительности гранулятора, кроме того, необходимо учитывать производительность уплотняющего устройства (q) при получении качественной продукции.

На базе основополагающих теоретических положений формирования упруговязкопластичных структур и результатов изучения их напряжённодеформированного состояния разработана реологическая модель процесса гранулирования полидисперсных смесей (рис.3), составленная из элементов (тел) Гука (Н), Ньютона (N), Сен-Венана (SV). Постадийный процесс упруговязкопластического деформирования материала описывается выражением I II III (6), I,II,III где, – относительная деформация слоя деформируемого материала на 1, 2 и 3 стадиях его формования соответственно.

Учитывая, что в исходном состоянии гранулируемый материал находится в разрыхлённом состоянии, не требующем для уплотнения значительных динамических усилий, то на первой стадии (участок А-В) (рис.2 и 3) для равномерного и эффективного уплотнения материала может быть использовано вибровоздействие. При этом упругий элемент с модулем Е0 (тело Гука), характеризующий капиллярную жидкость, мгновенно передаёт деформацию на амортизатор Ньютона с постоянной вязкостью 0. Капиллярная жидкость демпфирует и мигрирует в межпоровом пространстве, обеспечивая при этом межчастичное уплотнение и удаление газообразной фазы.

Так как для модели Максвелла на первой стадии уплотнения слоя Д, то относительная деформация имеет вид:

PHД РN Р(7) P P 1 , t 1 E Процесс деформирования частиц на второй стадии может быть представлен телом Гука, характеризующим упругую деформацию частиц формуемой Eсмеси ( ). Упруговязкое деформирование частиц при их микрогранулировании описывается моделью Максвелла (M = H-N). Силы межчастичного трения и взаимного перемещения частиц могут быть описаны элементом Сен-Вен В стадию мо едставить в виде ко ованнана ( ). Вторую с ожно пре омбиниро PT/ SV/ ной модели Пойтинга она (PT = H/М) с эл м Сен-Вен ).

а-Томпсо лементом нана ( Пос ения осно ающих ур ельно сле преобразований и реше овополага равнений окончате отно ая рмация м крогранул ии адия) осительна дефор материала при мик лировани (II ста имеет вид:

P2 2 Et2 (8) II exp( ), p E1 1 1 E Р2– давле мования м E модули уп Р где ение форм микрогранул, Па; E1, E2 – м пругости микрогр ой ости, ственно; 1 – вязк пор ранулята и порово жидко Па, соответс кость ровой 2– предел текучести микрогранул, Па; t2 – время жид м я формов дкости, Па с; п вания мате а второй с ериала на стадии, с.

Ви йствие Валк Динами Е ибровоздей ковое ическое Еi, % пре ние вание едуплотнен формов (мик и- крогранули ров вание) Рис. ическая мод дийного пр.3. Реологи дель постад роцесса гранули орошкообр си ирования по разной смес На трет ии реализ новной процесс гр и ботьей стади зуется осн ранулирования при лее высоких динамических наг П каркасообразующи грузках. Прочность связи к их частиц учитыв ементом С ана тные йства ровой ц вается эле Сен-Вена (SV2). Вязкост свой пор жид ваются эл м на. ое ание дкости (2) оценив лементом Ньютон Данно сочета тел СенВен ютона хар ели Бингама.

нана и Нью рактерно для моде На проц гран зования существен знач ока п цесс нулообраз с нное чение азывает переорие ч анул в пр тве, котор ываются с поентация частиц и микрогра ространст рые учиты с мощью нелинейно-деформированного структурного элемента S. Одновременно с образованием новых гранул при динамических нагрузках наблюдается также и их разрушение, которое учитывается телом St - стопор. При организации процесса гранулирования необходимо, чтобы количество вновь образованных гранул превышало количество разрушенных.

Динамический процесс гранулообразования на третьей стадии можно представить в виде:

epР3 Ркt, (9) 22 sins p где e – сдвиговая деформация при полной перекомпоновке частиц; – преРРк дельное давление уплотнения гранул, Па; – напряжение сдвига частиц в грануле, Па; 2 – вязкость коагуляционно-структурированной поровой жидкости, Па с; s – предельный угол перекашивания элемента S; t3 – время гранулирования на третьей стадии, с.

Аналитическое выражение, описывающее весь цикл структурной перестройки порошкообразной системы – постадийного процесса гранулирования, имеет вид:

P1 P1 P2 2 E2t2 ePP3 PКt. (10) (t) t1 1 exp E0 0 E1 1 22 sinS Согласно полученным аналитическим выражениям процесс гранулирования целесообразно осуществлять по трём стадиям:

стадия I – удаление газообразной фазы и формирование уплотнённой структуры частиц; II стадия – дальнейшее уплотнение материала при микрогранулировании; III стадия – динамическое гранулообразование в водопадном или водопадно-каскадном режиме с последующим упрочнением поверхностного слоя гранул в каскадном режиме.

Таким образом, используя вибровалковый способ предварительного уплотнения материала, обеспечиваются условия для удаления газообразной фазы, перемещения поровой жидкости внутри формуемого слоя, а также релаксации упругих напряжений на первой стадии гранулообразования в дисперсных системах. Как следует из реологической модели, на второй и третьей стадиях определяющую роль играют структурно-механические свойства каркасообразующей части формуемого материала и пластическая вязкость поровой жидкости. Для подтверждения и развития гипотезы о разделении формуемых материалов на каркасную составляющую и структурированную поровую суспензию нами проведены реологические исследования моделей коллоидно-капиллярнопористых тел и модельных дисперсионных сред на примере железорудных шихт, содержащих низкодисперсный магнетитовый концентрат и высоконабухающий бентонит. Результаты исследований представлены в главе 4.

Нами исследованы магнетитовые концентраты различных горнообогатительных комбинатов (ГОКов), содержащие более 90% частиц размером менее 40 мкм. Минералогический анализ рядовой пробы железорудного концентрата Лебединского ГОКа показал, что содержание магнетита в нём составляет 86,4 мас.%, гематита – 0,5мас.%, кварца – 13,2мас.%. Магнетит имеет зёрна размером 3х3 – 12х39 мкм, гематит 6х8 – 6х8 мкм. Кварц представлен зёрнами размером 3х3 – 26х34 мкм. Магнетит имеет частицы неправильной формы, в основном пластинчатой вытянутой формы с острыми краями.

Комкуемую шихту и в дальнейшем окатыши можно рассматривать как совокупность дисперсной фазы и дисперсионной среды. К последней, естественно, относится вода и ионы солей. Расчет частичной концентрации компонентов в единице объема влажного окатыша показал, что содержание частиц бентонита на 1,5-2 порядка выше, чем концентрата, что обусловлено диспергированием бентонита до частиц коллоидного размера. Последнее позволяет считать бентонитовую суспензию дисперсионной средой.

Для выяснения вопроса о существовании поровой бентонитовой суспензии нами были проведены специальные микроструктурные исследования сечения промышленных сырых окатышей Лебединского ГОКа по специальной методике мгновенного замораживания образцов при температуре жидкого азота с последующей их сушкой путем вакуумной сублимации (рис.4).

Сравнивая микроструктур шей при различны чениях, сл ру окатыш ых увелич ледует о ее неодно ь. Частицы бентонита в вид располага отметить е ородность де сетки р аются меж ицами ма локализац онита жду кристаллическими части агнетита. В зонах л ции бенто во в к рате обяза б исходить его набу о влажном концентр ательно будет прои ухание с образова спензий различной концен П бразно оц анием сус р й нтрации. Поэтому целесооб ценивать щую доба интенсивн менения е ических покаь связующ авку по и ности изм ее реологи п зате менно вязкости, ка лее ответс есс гранул елей, а им ак наибол ственной за проце лообразо комкуемы х, особенно на вто етьей стад ования в к ых шихтах орой и тре диях.

а) б) ) Рис.4. Эл – микроско снимки вну структуры о ри лектронно – опические с утренней с окатыша пр увелич 15чении: а – х200, б - хРеологи сследован онитовых ий показа в ические ис ния бенто х суспензи али, что в исслед ей мации р еские дованной области скоросте деформ (48,6-1312 с-1) все реологиче крив ватно опи ся модель дова при уровне зн вые адекв исываютс ью Бингама-Швед у начимост Расход бе в в комку елезорудн тах состав ти 0,05. Р ентонитов уемых же ных шихт вляет от 0 в и концент 0,5 до 1,3 % при влажности тратов 9,0-11,5%. Поэтому рабочий диапазо нтрации б овых сусп %.

он концен бентонито пензий составляет 5-15мас.% Установ о мость зкости бентонитов суспе от ее влено, что зависим вяз вых ензий конц ии имеет э циальный р центраци экспоненц й характер ;. (11) 0 exp KC ln ln KC K Пок К еризует и ность менения в енказатель К характе интенсивн изм вязкости от конце трац едложен нами для качестве ики бенто к ции и пре н енной характеристи онитов, как реол ий показа логически атель R:

ln K R , (12) C где С – концентрация суспензии в д.ед.

Бентониты одного и того же отбора имеют близкие значения реологического показателя, определенного по эффективной и пластической вязкости.

Это обусловлено тесной зависимостью между значениями эффективной () и * пластической ( ) вязкости:

rxy 0,99 0,43531,2674*. (13), Таким образом, для оценки качества связующего достаточно определить () () пластическую или эффективную вязкость, при градиенте скорости сдвига =(600…650)с-1, суспензии глинистого связующего материала концентрации С = 10 мас.% и рассчитать реологический показатель.

Разработанный метод оценки связующих материалов для производства железорудных окатышей пригоден для исследования как набухающих, так и ненабухающих материалов минерального происхождения, а также водорастворимых полимеров (А.с. № 1636822).

Ориентировочно оценить расход новой связующей добавки можно по соотношению реологических показателей rоп Rбаз Rбаз или, (14) rоп rбаз rбаз Rоп Rоп где – расход исследуемого материала (опытного) и базового (бенrоп,rбаз тонит) соответственно; Rоп, Rбаз – реологические показатели исследуемого и базового связующего материала соответственно.

Для оценки технологических свойств добавок и гранул использованы косвенные методы, которые включают исследование моделей и перенесение установленных закономерностей на реальные объекты. Наиболее рациональным является реологический метод исследования концентрированных дисперсных систем, в которых дисперсионной средой является бентонитовая суспензия, дисперсной фазой - магнетитовый концентрат и флюсующая добавка. Объемную долю наполнителя () изменяли от 0,24 до 0,52. Исследовани провод на ротацион виск е т-2. р и ия дили р нном козиметре Реотест Для расчета исполь уравнение ьзовали у е Муни:

1 2,, 2,5,, (15) cм д.с K (1 К) см ln д.с ость олненной системы (смеси) и дисп ой где см,д.с –вязко напо ы ) персионно сред соответственно.

ды (д.с.) с Установ о в систем д онной сре яются нен влено, что ме, где дисперсио едой явля ньюто и нитовые суспензии напол тионовские жидкости (бентон с и), лнителем – магнет товы нтраты ра х циент запо не являет ые концен азличных ГОКов, коэффиц олнения н тся пост величиной и зависит (рис.5) мной доли ителя:

тоянной в ) от объем и наполни К A В 1/ , rxy =0,99 (A 988 16) Рис. 5. Зави эффициента ия исимость коэ а заполнени от объемной доли напо остав систеолнителя. Со мы: дисперсионная сре бентонитова еда (д.с.) – б ая суспензия, наполнител ль (н):

– концент няк ПГОКа;

трат, известн ;

– концент тняк МГОКа трат, извест а;

– концент а;

трат ЛГОКа – концентрат ОЭМК К;

– кремне езем;

– раствор ролита (д.с.), концентра р полиэлектр ат (н);

– глицер онцентрат (н рин (д.с.), ко н) Из рис.5 видно, что конц нского, П ай5 центраты Лебедин Полтавского, Миха ловс ОКов, Оскольс лектромет ческого комбина ского ГО ского эл таллургич ата (ОЭ имеют близ ения коэф тов, что о ся одинак ЭМК) зкие значе ффициент объяняетс ковой природой итовых ко изкими зн и их удел й магнети онцентратов и бли начениями льной поверхн (S = 220–26 м2/кг). Для бол низко ных иц ности = 60 лее одисперсн части крем ( м блюдаетс т орреляцио язь мнезема (S = 105 м2/кг) наб ся менее тесная ко онная свя коэф та от объе ли. Это м ть обусло меньшение ффициент емной дол может быт овлено ум ем част онцентрац дой фазы.

тичной ко ции тверд Объемная доля твердой составляющей в окатышах () зависит от влажm ности (W), истинной плотности материала (концентрата и известняка, ) и дисперсионной среды (ж). Проведенные аналитические исследования позволили получить уравнение для расчета пластической вязкости окатышей:

2,5100 W (17) ок д.с. exp т 100 W 11 В А100 W ж Расчетные значения вязкости окатышей по модельным представлениям составляют 0,17 - 0,25 МПа с, что согласуется с результатами определения вязкости окатышей в промышленных условиях.

Исследованы также кривые течения коллоидно-капилярно-пористых тел (ККПТ), полученных виброуплотнением из магнетитового концентрата с различной добавкой щелочного бентонита до пористости образца (32 2)%, что соответствует степени заполнения твердым компонентом реальных окатышей. Испытания проводили на сдвиговом приборе П10-С при нормальных напряжениях = (0,1…0,5) МПа.

Установлена линейная зависимость предела текучести (0 ) от нормального напряжения вида:

0=Б+Д (18) Из табл. 1, видно, что увеличение количества связующей добавки приводит к возрастанию прочности связи частиц, оцениваемой коэффициентом Б, и снижению коэффициента Д, характеризующего силы трения между частицами материала сформованного тела при сдвиге.

ок 0,Динамический предел текучести окатышей составляет МПа. Для 0 ок диапазона касательных напряжений в области малых скоростей де * формации 010 с-1 рассчитана пластическая вязкость по уравнению 0 ок. (19) * Сравнение расчетных и действительных значений пластической вязкости бентонитовых суспензий показывает их удовлетворительную сходимость, особенно в области рабочих концентраций.

Таблица Реологические параметры ККПТ и его дисперсионной среды Характеристика ККПТ Дисперсионная среда ККПТ % Б, МПа Д * 105 С, % 0, МПа,Па*с 0 расч.

бент.

Па*с Па*с 0 0,50 1,12 0,51 0,22 0 0,0042 0,01 0,75 0,60 0,81 0,52 9 0,011 0,02 1,25 0,55 1,30 1,01 15 0,0196 0,03 1,60 0,25 1,62 1,33 23 0,0258 0,0Проведенные реологические исследования позволили разработать методологические принципы подбора связующих материалов для гранулирования низкодисперсных непластичных материалов. Для оценки пригодности связующего материала предлагаются следующие понятия: тождественный расход заменителя – расход, обеспечивающий свойства окатышей, тождественные свойствам окатышей с высококачественным щёлочным бентонитом; и эквивалентный расход заменителя, приводящий к одинаковому химическому составу, что и базовый расход щёлочного бентонита. Приближенной оценкой пригодности связующей добавки может служить соответствие эквивалентного и тождественного расходов.

Исследования природных связующих материалов показали, что эквивалентный расход мергеля превышает расход бентонита для условий ЛГОКа в 3,4 раза; для МГОКа - 3,3 раза, по результатам реологических исследований в 3,4-3,6 раз. Превышение расхода нонтронитов по сравнению с бентонитом- 2,0раза. Это подтверждено результатами опытно-промышленных испытаний.

Актуальной задачей повышения качества железорудных окатышей является снижение расхода балластных технологических связок минерального происхождения. Перспективными в этом плане являются полимерные добавки органического происхождения, образующие коагуляционные структуры на стадии окомкования и выгорающие при высокотемпературном переделе окатышей. Нами исследованы водорастворимые полимеры (ВРП), образующие анион- и катионактиные полиэлектролиты в воде. Реологические и адсорбционные исследования растворов ВРП показали, что анионактивные полиэлектролиты по своему действию аналогичны щелочным бентонитам и являются их перспективными заменителями. Установлены тождественные расходы полимера в железорудные шихты, которые составляют 0,4-0,6 кг/т.

Для внесения небольших количеств полимеров разработан способ подготовки шихты, включающий совместное измельчение и введение полимера с флюсующей добавкой (А.с. 1601159, 1632994).

Наиболее перспективными являются многокомпонентные связующие материалы, включающие бентонит и водорастворимый полимер. Добавка 0,2-0,5% ВРП к бентониту позволяет снизить их расход в комкуемые шихты на 30-50 %. На многокомпонентные связующие добавки получены авторские свидетельства (№ 901313, № 954464, № 1063850).

Щелочноземельные бентониты являются связующими материалами минерального происхождения, использование которого возможно после модифицирования. Исследования суспензий бентонитов с добавками соды показали, что максимум вязкости проявляется при добавке соды, соответствующей полному замещению щелочноземельных катионов на натрий. Зависимость вязкости бентонитовых суспензий щёлочноземельных бентонитов от добавки к ним соды положена в основу определения обменной емкости (А.с. № 1592778) и монтмориллонита в глинистых породах (А.с. №1404898).

Для оценки способности щелочноземельных бентонитов к модифицированию и последующему использованию в качестве связующей добавки при гранулировании дисперсных материалов предложен коэффициент модифицируемости М:

0,053E (20) M R R0, C где С – доба ы к бентон еологичес азатель моавка соды ниту, %; R,R0 – ре ский пока м диф нного и немодифи ного бент ответстве фицирован н ицированн тонита соо енно.

Разработ ссификаци чноземель тонитов по коэфф тана клас ия щелоч ьных бент п фициен мости, по щая раздел тониты на нту модифицируем озволяющ лить бент а несколько сорт вый (М=7 ысший (М>17) с добавками к иту тов. Перв 7-17) и вы М и соды к бентони 4,0-3,0% и 2,5 – 3,0% соответ. иционные бентони имею 2 % тственно. Неконди е иты ют коэф т ффициент М<7.

а) б) Рис.6 фикация ще ельных бен о коэффиц ифицируем 6. Классиф елочноземе нтонитов по циенту моди мости ( мость вязко нитовых су т коэффици ) (а); зависим ости бентон успензий (СТ 10%) от иента М (б) С Для пол кспрессно рмации о качестве бентонит делучения эк ой инфор тов опред ляю ть 10% су кой 3,0% карбонат ниют вязкост успензий с добавк та натрия к бентон ту. П ику, изобр му на рис. го коэфф м По графи раженном.6,б, определяют ег фициент модиф ости, фикационному гра рис.6,а) определяю фицируемо по классиф афику (р о ют сорт щелочн ного тонита и оптималь доба к не щело т ноземельн бент о ьную авку ему очного икатора. Эффектив дификатором щело ено модифи Э вным мод очноземельных бе тони явля так содов плав – отход произво пролактам итов яется кже вый одства кап ма (А.с № 1392 Так обра с использов икрореол ого с 2132). ким азом, и ванием ми логическо подх сследован персных систем, на рахода к ис нию дисп с а уровне изобретений, разр бота ичные тех еские спо вышения качественных пок аны разли хнологиче особы пов казате гран за сче испол я щих вок ерального и елей нул ет льзования связующ добав мине о орга го составо аническог ов.

Исследования процессов агломерации показали, что вязкость связующих растворов играет важную роль не только в процессах динамического гранулообразования, но и при агломерации открытых поверхностей полидисперсных материалов в статических условиях с целью снижения пылеуноса.

В главе 5 представлены различные способы агломерации порошкообразных материалов с целью снижения их пыления, а также специфические особенности процессов утилизации техногенных материалов.

Одним из способов снижения пылеуноса является агломерация поверхностного слоя полидисперсных материалов с образованием защитного слоя из твёрдых частиц, скреплённых связующим материалом. Исследования процессов смачивания и пропитки дисперсных материалов растворами высокомолекулярных полиэлектролитов показали, что прочность образующегося покрытия зависит от комплекса параметров, характеризующих физикохимические свойства компонентов дисперсной системы, а именно:

жг cos А . (21) Комплекс параметров А условно можно считать адгезионной характеристикой, которая имеет размерность скорости (м/с) и косвенно характеризует способность связующей добавки смачивать дисперсный материал и проникать в поры поверхностного слоя. Установлено, что при увеличении значения параметра А более 10 м/с значительно снижается прочность покрытия толщиной см, высушенного в естественных условиях (рис. 7).

Анализ факторов, влияющих на агломерацию поверхностного слоя дисперсной системы, показал, что для равномерного распределения и пропитки слоя дисперсного материала, а также с целью получения прочного покрытия вязкость связующих растворов должна составлять не более 10 мПа*с. Для подтверждения вышеуказанных закономерностей нами исследованы различные дисперсные материалы: шламы железистого титана, фосфогипс, уголь, хвосты магнитной сепарации при получении железорудных концентратов на фабрике обогащения ЛГОКа. Все эти материалы складируются (шлам железистого титана, фосфогип перев уголь) ил хранят откры способом и нужпс), возятся (у ли тся ытым даю верхностн плении с целью сн пылеунос ются в пов ном закреп нижения п са.

Рис.7. Зависимо ости покры ость прочно ытия различ ерсных мат т фичных диспе териалов от зико-х их свойств з щей химически закрепляющ композ сок+раство мидозиции:1-пес оры карбам форма ых смол; 2 - слюда; 3 - пеальдегидны сок; 4 – агнитной с – хвосты ма сепарации, обработан орами ПАА нные раство А: ЛСТ = 1:10.

В качест компонентов з ющих створов в льфотве закрепляю рас выбраны лигносул наты технич атекс, а-КМЦ, полиакрил (ПА Для закрепл ы ческие, ла Nа п ламид АА). я ления пляж хвос лищ лительны период (более 1,5 лет) использованы жей стохранил на дл ый д фен льдегидны ы (ФФС). Толщина рабатывае теринолформал ые смолы а слоя обр емого мат ала составля 30-50 мм, пос сушки в естес х ях еляли яла сле и ственных условия опреде проч твием на него стр возд со скоростью 10чность покрытия воздейст руей духа с ю 15м Водос ь али зменению свойств после многократ м/с. стойкость оценива по из ю в м тного (7-10раз) увл шивания. Оптималь тавы и по тный лажнения и высуш ьные сост оверхност расх раств для образова защ п я ной ход вора ания щитного покрытия толщин 10-15 мм пред ы в табл.2 № 1710777, патент 2151205). ования показадставлены 2 (А.с. № 2. Исследо ли, что опред им параме ляется вяз акрепляющего деляющи етром явл зкость и состав за раст ля овременн защит (1-3 месяца) п ности твора. Дл кратко ной ты м пылящие поверхн дисп лов сообразно обрабатывать рас и ров персных материал целес о створами полимер с вязк о 5 мПа*с льного периода- с в ю 5-10 мП костью до с, для более длител вязкостью Па*с.

Установ о когуляц с а ВРП при ании обра влено, что ционная структура и высыха азует поли ицию в ом, ность торой имер-дисперсную компози с твердым вещество прочн кот корр ся с вязко лесвязую творов.

релируетс остью пыл ющих раст При пов ратурах аг овождаетс химиче вышенных темпер гломерация сопро ся ескими п ениями и определя ловиями тепло- и м мена. Иссл превраще яется усл т массообм ледована агломерация на стадии сушки шламов в клинкерообжиговой печи цементного производства с целью снижения пылеуноса.

Таблица Расходные нормы пылесвязующих растворов Дисперсный Компоненты пыле- Содержа- Поверхностный Вязкость расматериал связующих растворов ние, мас.% расход раствора, твора, МПа·с л/мЛСТ 5-7 3-5 1,0-3,Латексная смесь 3-5 2-4 2,5-4,Фосфогипс ЛСТ и латексная 1-3 3-5 2,7-5,смесь 0,5-1,Шлам желези- Латексная смесь 5-7 3-5 1,0-3,стого титана ЛСТ 10-15 3-5 2,0-5,Уголь Na-КМЦ 1-2 1-3 3,5-7,Латексная смесь 2-4 4-6 1,5-3,Хвосты маг- ЛСТ 2-3 4-6 6,5-8,нитной сепара- ПАА 0,25-0,ции ПАА 0,15-0,20 4-6 7,8-9,ФФС 15-Снизить запыленность газов на холодном конце клинкерообжиговой печи возможно за счёт использования добавок, пластифицирующих шлам и способствующих образованию более прочных гранул в зоне сушки.

Установлено, что введение в сырьевые шламы небольших количеств водорастворимых полимеров приводит к увеличению прочности агломератов и слипаемости пылей (рис.8). Для пылей с добавкой оптимального количества ВРП получена зависимость слипаемости (Т) от уплотняющей нагрузки.

По результатам исследований кинетики сушки, механических характеристик агломератов и аутогезионных свойств пылей установлено, что оптимальная добавка в шламы составляет: лигносульфонатов технических – 0,2-0,5 %;

латексной смеси – 0,05-0,2 %; натрий КМЦ – 0,1-0,3 % к сухому веществу.

На осн нных новании проведен опы по пылеуно прогн ытов осу нозируе сни к рации ется ижение концентр пы на в и дного ыли выходе из холод кон 5% при вв нца печи на 15-25 ведении в шлам оптима к и м ального количес водо имых лимества ораствори пол ров на ста подг в адии готовки шламов.

Рис. 8. Влияни добавок полимеро в сырье ие к ов евые Из тех х иалов хногенных матери смес езионную п си на аутоге прочность пылей (Т) пре ий индустри с едприяти стройи ии, цель илизации, исследо овленные пыли кли ью их ути ованы уло инкерообжиговой печи Белг го цемент вода (ПБЦ водства и П городског тного зав Ц), произв извести (ППИ), обжига перл ПП), а та рышные попутно добываемы ды железо литов (ПП акже вскр п д ые пород орудных месторо Материалы отличаются пло ной х ождений КМА. М ы отностью (истинн и насы п ю удельно хности, дисперсно имическим ыпной), площадью ой поверх остью, хи м состав вленная п Ц содержи 40% К2О и по дан вом (табл. 3). Улов пыль ПБЦ ит около 4 О нным БелН ным ийно-изве нием икроНИИСХ является бесхлорн кали естковым удобрен с ми элем ышения п тельских свойств п нео ментами. Для повы потребит с пыль обходимо преврат в гранулиров алийно-из ние (КИУ с разм тить ванное ка звестковое удобрен У) мером гран олее 5мм. Влажно улированн брений до ть не нул не бо ость грану ных удоб олжна быт выш рочность п ии - не ме МПа.

ше 2%, пр при сжати енее 1,0 М Для пол ранул зад к р ана технол омколучения гр данного качества разработан логия око вани в бара г оре метром 1,5 м, длин 4,5 м при час ия абанном гранулято диам 5 ной м стоте вращ 2 ин и угле а 4-10 гра ующей и упрочняю щения 12-20 об/ми е наклона ад. Связую у ющей доба ляется насыщенны й раствор полученны атвоавкой явл ый водный р калия, п ый при за рени й пыли и н ционных г соотноше Ж=1:5, ии водой запечной некондиц гранул в с ении Т:Ж вязк зующего раствора яет 1,5-2,0 мПа с. Влажнос ы сокость связ а составля сть шихты став чность су нул на сжа игает (1,2 Па.

вляет 20± 2%. Проч ухих гран атие дости 2-1,6) МП Попутно добываемыми вскрышными породами ГОКов являются мела. По своим химическим свойствам мела относятся к мелиорантам высшей категории, но вследствие высокой гигроскопичности и слипаемости сухомолотый мел не может использоваться без соответствующей подготовки. Разработана технология гранулирования мелов окатыванием на тарельчатом грануляторе с использованием в качестве связующих материалов бентонитовых глин (0,2-0,3%) или жидких комплексных удобрений (ЖКУ) (2-4%). Оптимальная температура сушки меловых гранул с бентонитом составляет 250-300 C, с добавкой ЖКУ 100-120 C. Статическая прочность сухих гранул составляет 1,0-1,4 МПа, динамическая прочность 66,1-68,8%. Рабочая влажность шихты составляет 23-25%, вязкость суспензий связующих 2,0-2,5мПа с. Связующее, как и при гранулировании ПБЦ, в виде раствора подаётся в шихту на тарель в виде капель, что приводит к образованию зародышей гранул с последующим их ростом и уплотнением.

Предлагается также подготовка жидкого мелиоранта в виде устойчивой меловой суспензии концентрации 40-55%, что достигается при добавке в качестве стабилизатора 0,4-1,4% бентонита к мелу (А.с. № 1594161) или ЛСТ – 0,550,75% (патент № 1813771), или УЩР – 0,55-0,75% (патент № 1781194).

Актуальной задачей комплексной переработки минерального сырья является разработка технологии утилизации уловленной пыли при производстве вспученного перлитового песка на ООО «Бентопром». Пылевидная фракция с размером частиц менее 0,16 мм, согласно ГОСТ 10832-91, является некондиционным продуктом (ППП). Ее использование в качестве теплоизоляционного материала наиболее целесообразно в гранулированном виде.

Установлено, что гранулирование перлитосодержащих шихт необходимо осуществлять в несколько стадий. Сначала производится уплотнение шихты с образованием зародышей, затем формирование гранул в динамичном режиме и на последней стадии - упрочнение поверхностного слоя. Экспериментально установлено, что процесс получения гранул размером 3 – 7 мм стабилен при следующем составе шихты, масс.%: перлит 15-20; бентонит 2,5-4,0; гипс 2,54,0; жидкое стекло (товарное) 20-22; вода – остальное.

Гранулы, полученные из шихты оптимальных составов, были испытаны в соответствии с требованиями к заполнителям пористым неорганическим для строительных работ (ГОСТ 9758-86). Насыпная плотность гранул составляет 190 – 270 кг/м3, предел прочности на сжатие в цилиндре 0,26-0,31 МПа.

Таким образом, исследованные материалы отличаются химическим, минералогическим составом, дисперсностью, слипаемостью и др. Для сравнительной оценки комплекса свойств дисперсных материалов в настоящей работе предлагается использовать усредненную характеристику дисперсности (Kд) в виде произведения истинной плотности (ист., кг/м3 ), учитывающей природу дисперсного материала, и удельной площади поверхности частиц дисперсного материала (S, м2/кг), зависящей от способа его подготовки:

Кд=ист.*S. (22) Показатель ( Кд) имеет такую же размерность, как и удельная поверхность (Sуд, 1 ), и может быть использован для сравнительной характеристики пом верхностных свойств порошкообразных материалов различного минералогического и химического составов. Для дисперсных материалов рассчитан также максимальный коэффициент уплотнения, показывающий их способность к аг ломерации: упл ист нас. Как видно из табл. 3, чем выше характеристика дисперсности материала, тем ниже его насыпная плотность и выше оптимальная влажность формования.

С учетом результатов проведенных исследований, а также существующих данных по агломерации различных дисперсных систем предложена классификация дисперсных материалов на: низкодисперсные (Kд < 2*106 м-1), среднедисперсные (Kд =2…6*106 м-1) и высокодисперсные (Kд >6*106 м-1).

В процессах агломерации могут участвовать как лиофильные дисперсные системы, содержащие твердые частицы, самопроизвольно диспергирующиеся в водной среде, так и лиофобные, инертные по отношению к воде. В состав шихты могут входить также растворимые или кристаллизующиеся компоненты.

Следует отметить, что предложенная усредненная характеристика дисперсности применима к оценке лиофобных материалов, образующих, согласно классификации П.А.Ребиндера, термодинамически и агрегативно неустойчивые дисперсные системы. В соответствии с предложенным показателем дисперсности разработаны рекомендации по выбору способа организации процессов агломерации в дисперсных системах различной устойчивости (рис.9).

Таблица Сравнительная характеристика дисперсных материалов ист, нас, д форм, Способ агломем кг кг упл Материал 10,, кг рации % м м м Окомкование с Магнетитовый 1,02 4580 2500 1,8 220 20 9-11 глинистым связуконцентрат 0,ющим материалом Экструзия, окаты1140 3,05 Мел 2650 970 2,7 21-23 вание с жидким 20 0,связующим 1200 3,3 То же ППИ 2750 700 3,9 18-15 0,2120 4,4 >> ПБЦ 2050 480 5,3 20-30 0,Постадийный про7200 10,8 цесс гранулообраППП 1500 100 15 50-530 0,8 зования с предуплотнением Перлитовый 6200 9,3 1550 150 10 50-60 То же песок 320 0,Исследования показали, что низкодисперсные тяжёлые материалы, имею2106 мщие Кд <, например, магнетитовый концентрат, гранулируют в присутствии влагоёмких пластификаторов, которые подают в шихту на стадии смешения для связывания свободной влаги материала. Всё это способствует образованию коагуляционно-структурированной системы для обеспечения пластических деформаций гранул в процессе их формирования. Рабочая влажность шихты находится в пределах 9-11%. Коэффициент уплотнения ниже 2.

Дисперсные системы Содержащие растворимые (частично) и Лиофобные Лиофильные кристаллизирующиеся компоненты Магнетитовый Сода, поташ, концентрат, известь, гипс, Бентонит, каоОкомкование низкварцевый пецемент, пыль линит, нонтрокодисперсных масок, вспученцементного и нит, мергель, териалов (магне- ный перлитоизвесткового глиносодертитовый конценвый песок и производств, жащие смеси, трат, железорудпыль перлитожидкое стекполиэлектроные шихты и др.) вого производло и др.

литы и др.

ства, мел, известняк и др.

Постадийное гранулирование высокодисперсных техногенных материалов (перлитосодержащие смеси, стеклобой и др.) Гранулирование, пластическое формование среднедисперсных материалов (стекольные шихты, калийно-известковые, органоминеральные удобрения, мелиоранты и др.) Рис. 9. Рекомендации по организации процессов агломерации в различных дисперсных системах Из материалов средней дисперсности (Кд =(2-6)106 м-1 ), можно получать гранулы методом экструзии или окатывания при влажности 18-23%. Коэффициент уплотнения этих материалов составляет от 2 до 6. При гранулировании в поле действия гравитационно-центробежных сил технологическую связку целесообразно подавать разбрызгиванием на материал, окатываемый в грануляторе.

Если согласно технологии в состав смеси входят растворимые и кристаллизующиеся компоненты, например в стекольных шихтах, то еще на стадии смешения влажной шихты происходит растворение и кристаллизация компонентов с образованием коагуляцинно-конденсационно-кристаллизационной структуры сырой гранулы в результате ее окатывания.

Наибольшие значения величин, характеризующих дисперсность материала (Купл. =10-15 и Кд >6*106 ), имеют перлитовый песок и пыль перлитового производства (ППП). Исследования показали, что для высокодисперсных материалов с низкой насыпной плотностью обязательной является стадия предварительного уплотнения шихты для удаления газообразной фазы и образования микрогранул. Для обеспечения пластических свойств гранулируемая смесь должна содержать лиофильные материалы (бентонит), а также кристаллизующиеся (гипс) и растворимые (жидкое стекло) компоненты.

В главе 6 представлены научно-технические разработки по созданию агрегата для постадийного процесса гранулирования полидисперсных материалов, исследованию его конструктивных и технологических параметров.

Для моделирования постадийного процесса гранулообразования полидисперсных систем нами разработан стендовый аппарат, обеспечивающий выполнение следующих технологических функций: предварительное уплотнение увлажненной порошкообразной смеси и ее микрогранулирование, вибрационное упрочнение формуемого гранулята и его классификация, вибрационноцентробежное формование и упрочнение гранулята при его водопаднокаскадном режимах в цилиндрических камерах, поверхностное упрочнение полученных гранул в торообразных камерах при повышенной степени свободы формуемого материала. Возможность плавного варьирования частоты вращения эксцентрикового вала, величины эксцентриситета вала, геометрических параметров цилиндрических камер позволяет изменять характер постадийного вибрационно-центробежного воздействия на гранулируемый материал. Конструкция вибрационно-центробежного гранулятора (ВЦГ, рис. 11,) защищена патентом РФ (№ 2412753).

Проведены исследования кинематических, конструктивнотехнологических и энергосиловых параметров ВЦГ (рис.10,11).

Конструкция ВЦГ позволяет изменять характер динамического воздействия на гранулируемый материал в зависимости от его характеристик (дисперсности, влагоемкости, пластичности и др.) на каждой стадии. Изменение положения среднего барабана (т. В) относительно первого (т. А) позволяет варьировать соотношение нормальных и касательных напряжений, возникающих при конт взаимодей ранулируе тиц: при п ении т.В к т.С тактном в йствии гр емых част перемеще – ус тся альные н ия ом одействии часиливают норма напряжени при контактно взаимо и стиц при пе нии к ные ряжения (окатываю ц, еремещен т. В к т. А – касательн напр ( ющее дейс ствие).

П ы чения Получены знач, анало скор огов ростей В и , ускор для т. В рений средн бар п него рабана, положени го опреде ие которог еляет харак ского ктер динамичес возде оцесс ействия на про грану ования (преулообразо ( облад дный, дающий водопад водоп скадный или падно-кас каска ежимы гр адный ре рануРис. 10. Струк четная схем ля определе ктурно-расч ма ВЦГ дл елообр я):

разования ния е атических п в его кинема параметров Х В sin 1 (23) В cos 1 Х В cos 1 sin (24) В sin 1 cos В где е – велич ентрисите ого вала, м чина эксце ета эксцентриково м;

, – уг рота кине ких звенье ошипа, ша рад.

глы повор ематическ ев (криво атуна), гр соот нно;

тветствен, – коэффи нормальн ательных ений при к ициенты н ных и каса х напряже контакт имодейств улируемы твенно;

тном взаи вии грану ых частиц соответст, – и и углово ения кине кого – аналоги угловой скорости ого ускоре ематическ звен ответствен на АС соо нно.

а) б) Рис. 11. Кинем д вибрационно–центр ра (б):

матическая схема (а), общий вид робежного гранулятор 1 - п чный вал; 2 - зубчата - есы; 4 - кли ная передач промежуточ 2 ая пара; 3 - противове иноременн ча; 5 - элект ель основного привод ообразные камеры; 7,, 8, 9, - бар анулитродвигате да; 6 - торо рабаны гра рова матер 0 ожелоб; 11 - упру упло м ания риала; 10 - вибро 1 угий отняющий валок микрогран ия; 12 - элек д устройств лотнения и микрогран ия манулировани ктропривод ва предупл нулировани тери аправляющ уны; 15 - подвижная р эксцентрик иала; 13 - на щие стойки; 14 - ползу рама; 16 - э ковый вал.

Для определения иловых па в ВЦГ уст ия я энергоси араметров тановлены значени мом ротивления M от с сти, инерц матическ ев, мента сопр сил тяжес ции кинем ких звенье прив х к входно у механиз ентриково ), а также веденных ому звену зма (эксце ому валу) е дополн ых сопрот механизма пниковых и нительны тивлений в узлах м а, подшип х опорах и тран и привода.

нсмиссии Потребл ощность п ВЦГ, Вт:

ляемая мо привода В РВЦГ Мс Э.В., (25) где Э.В. – уг орость экс ла, рад/с.

гловая ско сцентрикового вал Подтвер е эксперим но расчеты вают, что льржденные ментальн ы показыв о при реал ных ях параме = 0,5. Потребляема х значения етров: е 20 10 м; 0,5 ; = ая мощ ривода ВЦ вляет ВЦГ 0,8 1,2 10 Вт.

щность пр ЦГ состав ЦГ Проведенные теоретические исследования условий гранулирования полидисперсных материалов на последней стадии показали, что для обеспечения равномерного распределения значений скорости сдвиговых деформаций по ширине камеры и обеспечения большей степени свободы гранул наиболее целесообразен торообразный профиль камеры.

Различные варианты организаций технологических процессов гранулирования и схем установки ВЦГ позволяют обеспечивать: интенсивное динамическое воздействие на гранулируемый материал в его водопадно-каскадном или каскадном режимах, усиление классифицирующего эффекта на первой стадии и вибрационно-центробежного на последующих стадиях; реализацию упрочнения поверхностного слоя гранул при повышенной степени свободы их движения в торообразных камерах и др.

В главе 7 представлены результаты опытно-промышленной апробации и внедрения научно - исследовательских разработок.

Опытно-промышленные испытания различных связующих добавок при окомковании железорудных шихт показали правомочность использования реологического показателя для оценки качества связующих материалов и их пригодности для окомкования железорудных концентратов. Научноисследовательские разработки положены в основу технических условий на глинистые связующие материалы для производства железорудных окатышей (ТУ 14-9-364-89). Пригодными являются природные щелочные бентониты, имеющие реологический показатель более 16; щелочноземельные бентониты с коэффициентом модифицируемости более 7 и реологическим показателем более 16; рыхлые мергели, содержащие 38 – 44% оксида кальция, с реологическим показателем более 5,5; элювий по ультрабазитам с содержанием оксида железа 13 – 43% с реологическим показателем более 6.

Для реализации результатов экспериментальных исследований, подтверждения установленных закономерностей процесса гранулирования, а также для обеспечения конструктивно – технологического совершенствования аппаратурного ления нам дены опы омышлен ытания ви о оформл ми провед ытно – про нные испы ибрацион нтробежного грану патент РФ 753).

нно – цен улятора (п Ф № 241Ди плотняющ тройиаметр уп щего валкового уст ства ми улирован Дв=0, диа икрограну ния,25м; аметры (Дк) и длин (Lк) к ранулятор ны камер гр ра:Дк=0,15 м; Дк2= 0,15 м; Дк3 =0,15 м; Дк.тор= 0, м,24м;

Lк1 =Lк2 =0,5 м; Lк3=0,6 м; Lк.тор=0,24 м. Для ; = к обеспеч ля удалени газооб чения условий для ия бразной фаз огранулир и й резы, микро рования и упругой лаксаци в упл ом риале час ии лотненно матер стота вращен фор в вляет ния рмующих валков состав Рис.12 – 2. Опытно– nв=(1,1- с-1 при прои льности ВЦГ -2,0) изводител про ный вибрац омышленн ционноGгр =50 кг/ч Вели экс итета 0-100 час. ичина сцентриси ц ный гранул центробежн лятор эксцент о =20 м овочтрикового вала е = 10-3м; устано ная мощност привод блока формующ барабанов Nу и ть да щих Nуст=1,2 103 Вт при частот щения n=(3,5-7,5) с-1.

те их вращ с По резу нного ногофакто планирова эксп ультатам проведен мн орного п ания перимента получ урав егрессии, характер е мости ыхода чены внения ре ризующие зависим вы конд ых гранул рочности гранул на сжатие (сж), на п диционны л (qгр), пр н асыпной плотност л (нас) в высушен тоянии от степени ения бара ти гранул нном сост о и заполне абана мате ( оты вращ центрико а (n ), а та вла ериалом ( ), часто щения эксц ового вала акже ажности перлитос щей смеси содержащ и (W ).

Установ то обеспечен зада ыходных парамет влено, чт для о ния анных вы тров:

сж= М 50кг/м3, Qm= 50-10 необходим юдать =0,6-0,8 МПа, нас= 250 -35 Q 00кг/ч, н мо соблю с след з емых раметров: n = (5-6 с-1; = 0,10…0,12;

дующие значения варьируе пар : 6) W=52..56 %.

Установ з рности пр п ного нулообраз вленные закономер роцесса постадийн гран зования полидис х алов зличными физико - механи и сперсных материа с раз и о ическими характ ами лизованы в техно ком плексе мн кциотеристика реал ологическ комп ногофунк наль дей р Технологи к, вленьного йствия (рис.13). Т ический комплекс, исходя из постав ных задач, позволяет получат сформо ию: рудирован х п т ть ованную продукци экстр нные (поз атанные в нтробежны поризован з. 13), ока виброцен ым способом (поз. 14) или п нные поли.17) грану кже грану олидиспер териистирольные (поз. улы, а так улы из по рсных мат алов с разл - скими свойствами карбонатно - гл в личными физико - химичес и: линистых алюмо - силикатных, перлитосодержащи матери истых х, о их иалов, мелкозерни мате о ского оисхожде а та улов п шильериалов органичес про ения, акже вленной пыли суш ных говых агрегатов ра дств: цем х и обжиг азличных производ ментного, известкового, кера го и др.

амзитовог Рис.13. Технол й с изводства гранулиров ризованных залогический комплекс для прои г ванных пор х полн – автотранспорт; 2 – б я компонен лируемых с нителей: 1 – бункер для нтов гранул смесей; 3, 6, 8 – ячей атели; 4, 12 ер шнековы нкер вяжущ нкер связую йковые пита 2 – конвейе ый; 5 – бун щего; 7- бун ющих доба ункер техногенных ф лнителей; 10 – питате вый; 11 – р авок; 9 – бу фибронапол 1 ель шнеков роторно-ц онный ситель; 13 – пресс - валковый экструдер; 14 – вибр – циркуляцио смес ; рационно – центроб анулятор; 15 – бункер та; 16 – вер й лопасной бежный гра 1 р жидкого компонент ртикальный й смесител грегат для поризации ольных гра классифика ль; 17 - аг и полистиро анул и их к ации; 18 – барабанн вой СВЧ -су БВСА); 19 - ый конвейер атор – но – винтов ушильный агрегат (Б - ленточны р; 20 – доза упак родукции.

ковщик; 21 – склад пр Получен гран нная дукция может быт использована как в нная нулирован прод м ть к осно ехнологич роизводст (полу яжущих; сухих ст овном те ческом пр тве учение вя троитель смесей разли ехнологич н ия, еплоьных ичного те ческого назначени в том числе те изол ых й ользовани перл ржащих материалов и ляционны смесей с испо ием литосодер м фиб нителей из целлюл умажных т в бронаполн и лозно - бу х отходов, и др.), так и во вспомогательных производствах при утилизации различных техногенных полидисперсных материалов.

Разработанный технологический комплекс многофункционального действия является базовой основой для создания малотоннажных технологических комплексов по производству различных видов компактированной продукции.

Разработан технологический регламент на процесс гранулирования материалов с различными физико - механическими свойствами. Технико - экономическая эффективность от выполненных научных исследований подтверждена актами промышленных испытаний и внедрения научно – технических разработок на ООО « Бентопром», ООО « Чистовод», ООО «Рецикл-Интех», ЗАО « Белмеханобр», ОАО « Оскольский электро - металлургический комбинат». Экономический эффект от выполненных научно-технических разработок составляет 51,12 млн. рублей.

Общие выводы 1. Для решения проблемы выбора способа агломерации дисперсных материалов с учетом их физико-химических свойств используется предложенная классификация порошкообразных материалов по величине усредненной характеристики дисперсности на: низкодисперсные (Кд<2*106 м-1), среднедисперсные (Кд=2…6*106 м-1) и высокодисперсные (Кд >6*106 м-1) с рекомендациями по технологии их агломерации и подбору связующей добавки.

2. Для гранулирования низкодисперсных непластичных материалов выбор связующей добавки проводится по величине реологического показателя (R).

Пригодными cвязующими материалами для производства железорудных окатышей являются щелочные бентониты с реологическим показателем R>16;

щелочноземельные бентониты с коэффициентом модифицируемости М >7 и R > 16; мергели, содержащие 38 – 44% оксида кальция и R > 5,5; нонтронит с содержанием оксида железа 43% и R > 6. Разработанные патентно-защищенные многокомпонентные связующие материалы, включающие бентонит и анионактивные полиэлектролиты, позволяют улучшить качество товарных окатышей на 15 – 30%.

3. Для материалов средней дисперсности (Кд=2…6*106 м-1) разработана технология утилизации техногенных материалов цементного, перлитового производств, а также вскрышных пород железорудных месторождений (мел, фосфорит) с производством гранулированных калийно-известковых и органоминеральных удобрений. Введение жидкой связующей добавки осуществляется непосредственно в формуемый материал на стадии окатывания, что приводит к образованию зародышей гранул с последующим их ростом и уплотнением.

4. Гранулирование высокодисперсных материалов (Кд >6*106 м-1) происходит постадийно в разработанной патентно защищенной конструкции вибрационно-центробежного гранулятора. Предварительное уплотнение порошкообразной смеси осуществляется в пресс-валковом устройстве с профильной поверхностью валков. Частота вращения формующих валков составляет 1,1–2,0 с1. Последующее гранулообразование происходит в формующем блоке из трех цилиндрических барабанов. Для упрочнения поверхностного слоя гранулированной продукции используются торообразные камеры. Частота вращения эксцентрикового вала формующего блока составляет n =(3,5 – 7,5)с-1, величина эксцентриситета e = 20 мм, потребляемая мощность привода N = 0,8 – 1,0 кВт.

5. Проведенные испытания опытно-промышленного вибрационноцентробежного гранулятора показали преимущество разработанного аппарата по сравнению с барабанными и тарельчатыми грануляторами и перспективность их использования для получения гранулированной продукции из техногенных материалов с низкой (менее 200 кг/м3) насыпной плотностью. Для перлитосодержащих смесей получены уравнения регрессии зависимости выхода кондиционных гранул (qгр), насыпной плотности (нас.) и прочности сухих гранул на сжатие (сж) от частоты вращения эксцентрикового вала (n), коэффициента предварительного уплотнения смеси (Купл), степени заполнения барабана по объему () и влажности шихты (W). Для получения кондиционных гранул с насыпной плотностью нас=250 – 350кг/м3, прочностью сж =0,6 – 0,8 МПа частота вращения эксцентрикового вала должна составлять n=(5 – 6) с-1 при заполнении барабана =0,10 – 0,12.

6. Для агломерации поверхностного слоя открытых дисперсных систем с целью предотвращения пылеуноса, с учетом разработанных требований к связующим растворам, предложены составы с использованием экологически безопасных компонентов (лигносульфонатов технических, натрий-карбоксиметилцеллюлозы, латекса, полиакриламида и др.) и определен их поверхностный расход. При этом для кратковременной защиты (1 – 3месяца) пылящие поверхности дисперсных материалов целесообразно обрабатывать растворами полимеров с вязкостью до 5 мПа*с при расходе 3 – 5 л/м2. Для более длительного периода закрепления – вязкость растворов полимеров составляет 5 – 10 мПа*с при их расходе 4 – 6 л/м2.

7. Агломерация дисперсных частиц на стадии сушки сырьевых шламов в клинкерообжиговой печи при добавке к сухой части шлама лигносульфонатов технических 0,2 – 0,5 %; латексной смеси 0,05 – 0,2 % или 0,1 – 0,3 % натрийкарбоксиметилцеллюлозым приводит к снижению пылеуноса на 15 – 25% из холодного конца печи.

8. Разработанный технологический комплекс многофункционального действия и отдельные технологические модули для получения гранулированной продукции позволяют осуществлять процесс агломерации природных и техногенных материалов различных производств. Представлен технологический регламент на производство гранулированной продукции. Экономический эффект от использования выполненных научных разработок составляет более 50 млн. руб.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

Монографии 1. Ильина, Т.Н. Процессы агломерации в технологиях переработки дисперсных материалов : монография / Т.Н. Ильина. – Белгород: Изд-во БГТУ, 2009. – 229 с.

2. Обеспыливающая вентиляция : монография / В.А.Минко, И.Н.Логачев, Т.Н.Ильина и др.; под общ. ред. В.А.Минко.-Белгород:Изд-во БГТУ, 2010, Т.2. –565с.

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК 3. Витюгин, В.М. О комплексной оценке влагоемкости и реологических свойств бентонитовых глин / В.М. Витюгин, Т.Н. Сомова // Обогащение руд. – 1980. – №4 (150) – С.41-43.

4. Витюгин, В.М. О механизме взаимодействия бентонитовых глин с добавками полиэлектролита К-4 / В.М. Витюгин, Э.А. Губер, Т.Н. Сомова, Т.А. Хабас // Журнал прикладной химии.- 1980, т.13, №9. – С. 1941-1946.

5. Балес, А.А. Методика определения вязкости водных суспензий связующих добавок для окомкования / А.А. Балес, Т.Н. Ильина // Заводская лаборатория. – 1986. – №11. – С.58.

6. Ильина, Т.Н. Снижение пылеуноса вращающейся цементной печи / Т.Н. Ильина // Химическое и нефтегазовое машиностроение. – 2008. – №10. – С. 36-40.

7. Jl’ina, T.N. Structural and mechanical properties of pelletized fine materials / T.N. Jl’ina // Chemikal and Petroleum Engineering. – 2009, v45, №3-4.- S.115-118.

8. Ильина, Т.Н. Гранулирование в технологиях утилизации промышленных отходов / Т.Н. Ильина, Е.И. Гибелев // Химическое и нефтегазовое машиностроение. – 2009. – №8. – С. 34-36.

9. Ильина, Т.Н. Способы агломерации поверхностного слоя полидисперсных материалов / Т.Н. Ильина // Химическое и нефтегазовое машиностроение.

– 2010. – №2. – С. 29-33.

10. Ильина, Т.Н. Механизм постадийного гранулообразования полидисперсных материалов / Т.Н. Ильина, В.С. Севостьянов, В.И. Уральский, М.В. Севостьянов, Е.А. Шкарпеткин // Химическое и нефтегазовое машиностроение. – 2010. – № 4. – С. 3-7.

11. Ильина, Т.Н. Процессы фильтрации газообразной и жидкой фаз при уплотнении порошкообразных материалов / Т.Н. Ильина // Химическое и нефтегазовое машиностроение. – 2010. – № 5.– С. 11-14.

12. Ильина, Т.Н. Конструктивно-технологическое совершенствование агрегатов для гранулирования порошкообразных материалов / Т.Н. Ильина, М.В.

Севостьянов, Е.А. Шкарпеткин // Вестник БГТУ. – 2010. – №2.--С. 100-102.

13. Ильина, Т.Н. Реологические исследования растворов полиэлектролитов / Т.Н. Ильина // Вестник БГТУ. – 2010. – №3. – С. 110-114.

14. Ильина, Т.Н. О взаимодействии водорастворимых полимеров с компонентами гранулируемых шихт / Т.Н. Ильина // Вестник БГТУ.–2010. – №2.

– С. 110-113.

15. Глаголев, С.Н. Технологические модули для комплексной переработки техногенных материалов / С.Н.Глаголев, В.С.Севостьянов, Т.Н.Ильина, В.И.Уральский // Химическое и нефтегазовое машиностроение. – 2010. – № 9.

– С. 43-45.

16. Севостьянов, В.С. Исследование условий процесса микрогранулирования в дисперсных системах / В.С.Севостьянов, Т.Н.Ильина, М.В.Севостьянов Е.А.Шкарпеткин // Вестник БГТУ. – 2011.– №1.–С.81-86.

Авторские свидетельства и патенты 17. А.с. 901313. Связующая добавка для окомкования руд и концентратов / Т.Н. Сомова, А.А. Салыкин, А.В. Балес и др.; опубл. 30.01.82, Бюл. №4.

18. А.с. 954464. Связующая добавка для окомкования руд и концентратов / Т.Н. Сомова, А.А. Салыкин, Л.В. Безменова и др.; опубл. 30.08.82, Бюл. №32.

19. А.с. 1063850. Связующая добавка для окомкования руд и концентратов /Т.Н. Сомова, А.А. Салыкин, А.В. Балес и др.; опубл. 30.12.83, Бюл. №48.

20. А.с. 1224657. Способ контроля качества термообработанных железорудных окатышей /А.А. Балес, О.П. Зюбан, С.А. Пчельник, Т.Н. Сомова, Ж.Б. Цвик; опубл. 15.04.86, Бюл. №14.

21. А.с. 1330197. Окатыши для выплавки чугуна или стали /Д.Н. Солодовников, А.И. Везенцев, А.А. Смоликов, Т.Н. Сомова; опубл. 30.04.88. Бюл. №16.

22. А.с. 1404898. Способ определения щелочноземельного бетонита в глинистых смесях / Т.Н. Ильина, А.А. Балес, В.М. Кадошников и др.;

опубл.23.06.88, Бюл. №23.

23. А.с. 1392132. Связующая добавка для окомкования руд и концентратов / Т.Н. Ильина, А.А. Балес, М.Л. Вишневецкий и др.; опубл. 30.04.88, Бюл. №16.

24. А.с. 1636822. Способ определения пригодности щелочных бетонитов для производства окатышей / Б.Г. Виничук, А.А. Балес, А.П. Поддубный, Т.Н.

Ильина и др.; опубл. 23.03.91, Бюл. №11.

25. А.с. 1601159. Способ подготовки шихты к окомкованию / Т.Н. Ильина, М.Л. Вишневецкий, А.А. Балес и др.; опубл. 23.10.90, Бюл. №39.

26. А.с.1592778. Способ определения обменной емкости щелочноземельных бентонитов / Т.Н.Ильина; опубл.15.09.90, Бюл.№34.

27. А.с. 1632994. Способ получения окатышей /Т.Н.Ильина, А.А.Балес, М.Л.Вишневецкий и др.; опубл.07.03.91, Бюл. №9.

28. А.с. 1594161. Способ получения карбонатной суспензии для нейтрализации почвенной кислотности / Т.Н. Ильина, М.Л. Вишневецкий, А.Ш. Шакиров и др.; опубл. 23.09.90, Бюл. №35.

29. А.с. 1710777. Способ закрепления пылящей поверхности / Т.Н. Ильина, В.А. Минко, Л.В. Наумкина и др.; опубл. 07.02.92, Бюл. №5.

30. Пат. 1781194 РФ. Мелиорант для раскисления почв / Шок И.А., Ильина Т.Н., Мясников Н.Ф. и др.; заявл. 23.04.90; опубл. 15.12.92, Бюл. №46.

31. Пат. 1813771 РФ. Мелиорант для раскисления почв / Шок И.А., Ильина Т.Н., Шакиров А.Ш. и др.; заявл. 31.07.91; опубл. 07.05.93, Бюл. №17.

32. Пат. 2151205 РФ. Способ защиты поверхности обожженных окатышей от истирания и разрушения при перегрузках и транспортировании / Ильина Т.Н., Минко В.А., Михайлова С.Д.; опубл. 20.06.00, Бюл. №17.

33. Пат. 2412753 РФ. Вибрационно-центробежный гранулятор / Ильина Т.Н., Севостьянов М.В., Уральский В.И., Шкарпеткин Е.А.; заявл. 25.09.09 ;

опубл.27.02.2011, Бюл. №6.

Публикации в других изданиях 34. Балес, А.А. Опыт использования глинистых связующих добавок для окомкования / А.А. Балес, Б.Г. Виничук, Т.Н. Ильина.- Белгород: НТО черной металлургии, 1986. – 33с.

35. Сомова, Т.Н. Влияние природы наполнителей на реологические свойства бентонитовых суспензий / Т.Н. Сомова, В.М. Витюгин // Новое в реологии полимеров: материалы l Всесоюзного симпозиума по реологии / ИНХС АН СССР.– М.: ИНХС. –1981.– Вып 2. – С.61-63.

36. Сомова, Т.Н. Мергель- флюсосвязующая добавка в окомковании // Т.Н.

Сомова, А.А. Балес, В.А. Серебренников // Молодые ученые- научно – техническому прогрессу: материалы III науч.техн. конф., - Донецк, 1982. – С. 11-14. – Деп. в УКрНИИНТИ, №3644- Д82.

37. Балес, А.А. Разработка многокомпонентных связующих добавок в окомковании / А.А. Балес, Т.Н. Сомова, А.В. Балес, // Подготовка шихты для обжига и спекания: сб. науч. тр. – Свердловск: Уралмеханобр, 1983. – С.39-42.

38. Сомова, Т.Н. Реологические исследования концентрированных дисперсных систем / Т.Н. Сомова, А.А.Балес, В.И. Мосьпан // Совершенствование химии и технологии строительных материалов: сб. науч. тр. – М.: Изд. МИСИ и БТИСМ, 1984. – С. 69-72.

39. Балес, А.А. Вовлечение в производство железорудных окатышей отходов добычи и переработки полезных ископаемых / А.А. Балес, Т.Н. Сомова, М.Л. Вишневецкий, В.А. Ткачев // Комплексное использование минерального сырья.– Алма –Ата, 1985, №8(86) – С.18-22.

40. Сомова, Т.Н. Оценка модифицируемости щелочноземельных бентонитов для окомкования / Т.Н. Сомова, А.А. Балес, В.А. Серебренников // Теория и технология подготовки металлургического сырья к доменной плавке: тез. докл.

Всесоюзной науч.техн. конф. / ДМЕТИ. – Днепропетровск, 1985. – С. 249-250.

41. Ильина, Т.Н. Водорастворимые полимеры в окомковании / Т.Н. Ильина // Проблемы теории и технологии подготовки железорудного сырья для доменного процесса и бескоксовой металлургии: тез. докл. Всесоюзной науч.техн.

конф. / ДМЕТИ. – Днепропетровск, 1990. – С.58-59.

42. Ильина, Т.Н. Способы снижения поверхностного пыления дисперсных материалов при их открытом складировании и перевозке / Т.Н. Ильина // Машины и комплексы для новых экологически чистых производств строительных материалов: сб.науч. тр. – Белгород: Изд. БТИСМ, 1994. – С.126-130.

43. Ильина, Т.Н. Методы снижения поверхностного пыления на хвостохранилищах ГОКов / Т.Н. Ильина, В.А. Минко, С.Д. Михайлова // Промышленная экология: сб. науч. тр. – Ростов н/Д: Изд. РГСУ, 1998, вып. 2, – С.28-32.

44. Ильина, Т.Н. Влияние физико- химических свойств адгезива и дисперсного материала на прочность образующегося покрытия / Т.Н. Ильина, С.Д.

Михайлова // Качество, безопасность, энерго- и ресурсосбережения в промышленности строительных материалов и строительстве на пороге ХХl века: сб.

докл. Междунар. науч. практ. конф. / БелГТАСМ. – Белгород, 2000, Ч.6. – С.41-45.

45. Романович, А.А. Технологический комплекс для утилизации техногенных волокнистых материалов / А.А. Романович, Т.Н. Ильина, Н.В. Солопов и др. // Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии: матер. Междунар. науч. практ. конф., Белгород / Вестник БГТУ. – 2005. – №11. – С.203-205.

46. Ильина, Т.Н. Техника и технология гранулирования отходов перлитового производства / Т.Н. Ильина, Е.А. Шкарпеткин // Сотрудничество для решения проблемы отходов: матер. Vl Междунар. конф., Украина, НТУ, ХПУ. – Харьков: Изд-во ХПУ, 2009. – С.102-103.

47. Гибелев, Е.А. Вскрышные породы горнодобывающих предприятий КМА в технологии гранулирования органоминеральных удобрений / Е.И. Гибелев, Т.Н. Ильина // Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях : матер. Десятого Международного симпозиума / Международная академия минеральных ресурсов, ФГУП ВИОГЕМ. – Белгород: Изд-во ВИОГЕМ, 2009. – С. 337-342.

48. Ильина, Т.Н. Технологический комплекс для производства перлитосодержащих заполнителей /Т.Н. Ильина, М.В. Севостьянов, Е.А. Шкарпеткин, М.Н. Спирин // Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в промышленности строительных материалов: сб. докл. Междунар.

научн.-практ. конф., Белгород, 5-8 окт. 2010 г./ Белгор.гос.технол.ун-т.-– Белгород: Изд-во БГТУ, 2010.– Ч.З. – С.107-110.

49. Ильина, Т.Н. Технологический комплекс для производства перлитосодержащих композиционных смесей / Т.Н. Ильина, В.С. Севостьянов, Е.А.

Шкарпеткин, А.А. Макридин, А.П. Писарчук // там же С. 111-115.

50. Ильина, Т.Н. Ресурсосберегающее оборудование для гранулирования техногенных материалов / Т.Н. Ильина, В.С. Севостьянов, А.В. Уральский, Е.А.

Шкарпеткин // Ресурсо-и энергосберегающие технологии и оборудование, экологически безопасные технологии : матер. Междунар.научн.-техн. конф., Беларусь, Минск / Белорусский государственный технический университет – Минск: Изд-во БГТУ, 2010. – Ч.2. – С.171-174.







© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.