WO2020171741A1 - Способ получения полых гранул из неорганического сырья и устройство для его осуществления - Google Patents

Способ получения полых гранул из неорганического сырья и устройство для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
WO2020171741A1
WO2020171741A1 PCT/RU2020/050014 RU2020050014W WO2020171741A1 WO 2020171741 A1 WO2020171741 A1 WO 2020171741A1 RU 2020050014 W RU2020050014 W RU 2020050014W WO 2020171741 A1 WO2020171741 A1 WO 2020171741A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
core
air
hollow
flow
granules
Prior art date
Application number
PCT/RU2020/050014
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Евгений Борисович ЦЫПКИН
Анатолий Геннадьевич ТИТОВ
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "УралНИПИнефть"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "УралНИПИнефть" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "УралНИПИнефть"
Priority to EP20760311.9A priority Critical patent/EP3943465A4/en
Publication of WO2020171741A1 publication Critical patent/WO2020171741A1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D11/00—Arrangement of elements for electric heating in or on furnaces
    • F27D11/02—Ohmic resistance heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/04—Silica-rich materials; Silicates
    • C04B14/14—Minerals of vulcanic origin
    • C04B14/18—Perlite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/04—Silica-rich materials; Silicates
    • C04B14/20—Mica; Vermiculite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B20/00—Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
    • C04B20/02—Treatment
    • C04B20/04—Heat treatment
    • C04B20/06—Expanding clay, perlite, vermiculite or like granular materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B20/00—Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
    • C04B20/02—Treatment
    • C04B20/04—Heat treatment
    • C04B20/06—Expanding clay, perlite, vermiculite or like granular materials
    • C04B20/066—Expanding clay, perlite, vermiculite or like granular materials in shaft or vertical furnaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B1/00—Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces
    • F27B1/06—Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces of other than up-draught type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B1/00—Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces
    • F27B1/08—Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces heated otherwise than by solid fuel mixed with charge

Definitions

  • the invention relates to the field of production of lightweight hollow granules from powdered mineral or synthetic raw materials for use in the production of composite polymer products, lightweight construction materials, thermal insulation for pipelines, frost-resistant plasters and other building materials.
  • the disadvantage of this method is the use of an atmosphere of inert gases (nitrogen, helium) and the need to maintain the pressure from 0.01 to 0.1 MPa in the spherulization furnace, and, therefore, requires increased energy resources.
  • the disadvantage of this method is the need for fine grinding (less than 2 microns) of the glass-forming additive, as well as the impossibility of obtaining granules with a closed porosity.
  • the known method requires increased energy resources for fine grinding and does not provide the required quality of the final product.
  • the disadvantage of this method is the impossibility of obtaining granules with a solid wall and with closed porosity.
  • the disadvantage of this method is the complexity of starting the furnace and the impossibility of its stable operation without a filled sluice unit for the expanded material.
  • the disadvantage of this method is the complexity of the design and regulation of the degree of preheating.
  • a known method and device for the production of expanded granules from powdered perlite raw materials in a vertical electric furnace, the shaft of which is divided into heating zones so that each zone is heated autonomously and the temperature in each heating zone is controlled independently of the others.
  • Perlite raw materials pre-dispersed by air, are transported in the shaft of a vertical furnace by means of compressed air, which is fed from the bottom up to form a mixture flow, the latter is transported along the axis of the shaft through several vertically separated heating zones, heating to a critical temperature and transforming the surface of the perlite raw material by expanding it in the upper half of the path, the mixture flow leaving the mine is cooled with air, and the solid fraction is separated by filtration.
  • the device for swelling perlite is a substantially vertical furnace with a shaft having upper and lower ends, in the lower part of the furnace it contains at least one means for feeding perlite raw materials, a solid / air nozzle into which compressed air and perlite raw material with its subsequent dispersion, a plurality of vertically divided heating zones are made in the furnace shaft, through which the flow of a mixture of perlite raw materials and compressed air passes, each of the heating zones has at least one independently controlled heating element for heating the mixture flow to a critical temperature and temperature control elements, the upper end of the furnace shaft is connected to a chilled air supply unit located at the outlet from the shaft, and a filter for separating the solid fraction of expanded perlite, elements for measuring the size and density of the finished product are placed on the cooled flow transportation line.
  • the disadvantage of this method is the impossibility of swelling of particles less than 50-75 microns due to their adhesion to the walls, the formation of agglomerates and overgrowing of the working channel of the furnace during continuous operation of the furnace, which leads to additional costs and the impossibility of obtaining a mineral powder with the required properties.
  • a device for implementing the above-described method consisting of a vertical furnace, inside which there is an active zone made in the form of a cylindrical shaft, the walls of which are equipped with heating elements, in the upper part of the furnace there is a unit for loading raw materials in the form of sand, and The unit for collecting expanded granules is located in the lower part and is made in the form of a collector, communicated by means of pneumatic transport with a gas cyclone to extract the finished product.
  • the disadvantage of the known method and device for its implementation is the impossibility of swelling of particles less than 50-75 microns due to their adhesion to the walls, the formation of agglomerates and overgrowing of the working channel of the furnace during continuous operation of the furnace, which leads to overgrowing of the walls of the shaft and the difficulty of removing the swollen material from the furnace.
  • these disadvantages lead to additional costs for the maintenance of the furnace, and also does not ensure the production of hollow granules with the required properties.
  • the technical problem to be solved by the claimed invention is to ensure the possibility of swelling of inorganic particles of mineral and synthetic raw materials with a size of 1-250 microns, including especially small particles with a size less than 50-75 microns by eliminating their adhesion to the walls while obtaining hollow lightweight granules with solid walls, bulk density up to 500 kg / m3, compressive strength from 0.1 to 40 MPa, with granule sizes from 1 to 500 microns.
  • the claimed method for producing hollow granules by heat treatment of powdered inorganic raw materials in a vertical furnace in the cavity of which there is an active zone made with the possibility of heating it, powdered inorganic raw materials and air are pre-mixed with each other to form a dispersed mixture, the flow of which forcibly directed from top to bottom into the core, at the exit from the core, the mixture flow is cooled, and the resulting hollow granules are separated from the gaseous phase, characterized in that the dispersed mixture flow is fed into the core, which expands in the direction of flow transportation mixture and having a variable section, the core is divided into heating zones so that each zone heats the mixture flow autonomously and the temperature in each heating zone is controlled independently of the others; in the upper part of the core, the mixture flow is heated in such a way that the particles of inorganic feedstock expand to obtain hollow granules, heat treatment of the heated mixture flow is carried out in the central and lower parts of the core, air
  • the inventive method is carried out using a device, which is a vertical furnace, consisting of a body, inside which an active zone is made, at the entrance to the core there are units for feeding powdered inorganic raw materials and air, communicated with a dispersant for mixing and feeding them into the core, equipped with heating elements, a collector is located at the outlet of the core, at the outlet of which a cooling unit for the outlet mixture is installed, connected with the unit for separating the solid fraction, characterized in that the core consists of a plurality of heating zones, each of which has at least one independently controlled heating element, the core is formed by hollow elements made of metal, the hollow elements have different linear cross-sectional dimensions and are installed coaxially on top of each other in such a way that each upstream hollow element has a cross-sectional size smaller than the cross-sectional dimension of the adjacent downstream hollow element, and between the walls of adjacent hollow elements, slots are formed intended for forced air supply to the core, the outer walls of the hollow elements are placed in the cavity of the housing with a gap to the
  • the inventive method can also be implemented by the simultaneous use of several of the inventive devices operating independently of each other with a common supply system for powdered inorganic raw materials. This ensures uniform distribution of powdery raw materials and stability of the heat treatment process in each device, which ultimately leads to an increase in the yield of hollow granules (expanded inorganic particles) and an improvement in their quality.
  • Air for dispersing the powdered inorganic raw material is supplied to the disperser located in the upper part of the vertical furnace by means of a fan. The air blown by the fan is distributed along two transport routes - into the disperser and into the gap between the walls of the hollow elements that form the heating zones and the inner wall of the housing.
  • the regulation of the flow rates is carried out by valves located on the transport routes of air flows.
  • the fan power is selected in such a way as to ensure the directed movement of the air flow through the disperser along the axis of the vertical furnace into the active zone of the vertical furnace, as well as into the gap between the outer walls of the heating zones and the inner walls of the housing.
  • Fans known for these purposes can be used as fans, for example, brands VTs 14-46, VTsP 6-46, VR 100-45 or VRP-115-45.
  • Powders of perlite, vermiculite, synthetic silicate and aluminosilicate materials are used as powdered inorganic raw materials.
  • Perlite raw materials can be ores from these deposits, but not limited to them: Mukhor-Talinskoe (Buryatia), Fogosh (Ukraine), Aragatskoe (Armenia), Bilesik (Turkey), Paravanskoe (Georgia). These pearlites have the following approximate chemical composition, but are not limited to them: SiO 2 50-85%, AbO3 8-20%, K 2 0 0-5%, Na 2 0 0-5%, Fe 2 0 3 0-3% , MgO 0-1%, CaO 0-2%, H 2 0 2-6%.
  • Vermiculite raw materials can be ores from the following deposits, but not limited to them: Kovdorskoe (Kola Peninsula, Russia), Vishnevogorskoe (Chelyabinsk region, Russia), Kulantaukoe (Kazakhstan), Karakalpakia (Uzbekistan). These vermiculites have the following approximate chemical composition, but are not limited to them: SiO 2 33-35%, AbOs 6-20%, Ge 2 0 5-7%, FeO 1-10%, MgO 19-25%.
  • Silicate and aluminosilicate raw material can be welded artificial glass, granules dispersed particles, powders produced by a sol-gel method having the following approximate chemical composition, but not limited to: Si0 2 30-85%, AOz 0-20%, B 2 0 0z -20%, Fe 2 0 3 0-5%, FeO 0-1%, SO3 0-3%, MgO 0-10%, CaO 0-9%, K 2 0 0-5%, Na 2 0 0- 20 %.
  • Powdered inorganic raw materials are fed by means of a screw to a disperser, where they are mixed with air blown from a fan.
  • Any container known for this purpose can be used as a dispersant, acting on the principle of Venturi pipes, having two inlet pipes and one outlet pipe, for example, dispersers of the PST DSMG-25, Zitrek IM-30 or APN-50M brands produced by the industry.
  • the mixture of air and powder of inorganic raw materials coming from the disperser into the upper part of the core is heat treated. If necessary, the process is stopped as follows: feedstock supply is stopped, then electric heating of the core is stopped and air blowing into the slots made in the core heating zones is stopped.
  • the active zone is formed by heating zones, each of which is a hollow element made of metal.
  • the hollow elements are cylinders of different diameters.
  • Hollow elements can have a square or polygon cross-section.
  • Heat-resistant steel for example 10X23H18, 15X25T, or any other steel that can withstand temperatures up to 1200 ° C is taken as a metal for the manufacture of hollow core elements.
  • the hollow elements are rigidly fixed in the cavity of the vertical furnace body in such a way that the hollow element with the largest cross-sectional size is installed in the lower part of the core, and the hollow cylinder with the smallest cross-sectional size is installed in the upper part of the core.
  • the hollow elements are installed on top of each other coaxially and in such a way that between the outer generatrix of the lower hollow element and the inner generatrix of the upper hollow element there is a slot for the passage of air blown by the fan.
  • Each hollow element is equipped with elements of autonomous controlled heating, for example, made in the form of resistance elements made of nichrome, kantal, or from another alloy with high electrical resistance.
  • the temperature of each heating zone is controlled by an individual control system electrically connected to the heating elements of the hollow elements.
  • the core is made with a gap to the inner walls of the vertical furnace, the gap can be from 1 to 15 mm.
  • the body of the vertical furnace is made of refractory material such as fireclay bricks.
  • the active zone of the vertical furnace is made expanding downward. With such a design of the core, the flow rate decreases during its transportation downward. In the lower part of the core, the flow temperature is reduced by appropriate regulation of the heating zones and by the air entering through the slots of the heating zones.
  • the flow of hollow lightweight mineral granules suspended in air leaving the core is mixed with cold atmospheric air to cool the obtained lightweight granules in a mixer.
  • the mixer operates on the principle of an injection chamber, into which cold atmospheric air is supplied from the periphery, and the mixture from the core flows in the center.
  • the amount of air supplied for cooling is calculated depending on the temperature in the core, the concentration of the aerosol and the temperature of the hot air blown onto the disperser.
  • the cooled aerosol then enters the cyclone, where the solid particles are separated from the gaseous phase.
  • an aerosol is understood as a dispersed system consisting of solid particles of a powdery raw material or product and gas (for example, air, nitrogen, flue gases). Any commercially available device known for this purpose can be used as a cyclone.
  • Distinctive features of the proposed method - the implementation of the core expanding in the direction from top to bottom and with a variable cross-section, the supply of an independent air flow into the core through the heating zones in such a way as to ensure its directed downward movement in the zones adjacent to the inner walls of the core, autonomous heating of the zones heating with the setting of independent modes of heat treatment in each heating zone, as well as the corresponding design of the device or system of devices communicated with each other for the implementation of the proposed method, in conjunction with other features, allow to achieve a new technical result - ensuring the possibility of swelling of inorganic mineral and synthetic particles with a size of 1-250 microns, including especially small particles with a size less than 50-75 microns by eliminating their adhesion to the walls while obtaining hollow lightweight granules with solid walls, with bulk density up to 500 kg / m3, with compressive strength from 0.1 to 40 MPa, with granule sizes from 1 to 500 microns, while additionally ensuring the continuity of the process, since By eliminating the adhesion of heat
  • Compressive strength is here understood as the threshold value of the hydrostatic pressure on the product, as a result of which its destruction occurs (GOST R 57963-2017).
  • FIG. 1 schematically shows the structure of a vertical oven.
  • FIG. 2 shows a diagram of the connection of two vertical furnaces operating from one unit for feeding powdered inorganic raw materials.
  • the device for producing hollow lightweight granules consists of a supporting body (1) of a vertical furnace made of fireclay bricks, in the cavity of which an active zone is formed, formed by hollow elements, shown in Fig. 1 and 2 by cylinders (2) of variable cross-section, installed coaxially on top of each other in such a way that the core expands in the direction from top to bottom, and between adjacent cylinders there are slots (3) formed by the outer generating wall of the upper cylinder and the inner generating wall of the lower cylinder.
  • a disperser (4) is located at the inlet to the active zone, equipped with a throat for feeding with a screw (5) powdered inorganic raw materials, a conical pipe for supplying an air flow through a fan (6), a diffuser for dispersed mixture outlet into the active zone.
  • Cylinders (2) are equipped with autonomous heating elements (7), electrically connected to control systems (13).
  • the cylinders (2) are rigidly fixed in the cavity of the body (1) with the formation of a gap zone (8) formed between the outer walls of the cylinders (2) and the inner wall of the body (1).
  • the gap area (8) in the upper part is equipped with a branch pipe connected to the fan (6) for air supply.
  • the cone-shaped branch pipe of the disperser (4) and the incoming air branch pipe of the upper part of the gap zone (8) are equipped with shut-off valves, in particular, valves.
  • the air entering the disperser (4) and into the branch pipe of the air entering the gap (8) is preliminary heats up in the heater (9).
  • a collector (10) is placed in the housing (1), connected through a mixer (11) with a cyclone (12).
  • a powder feed unit (14) is used, which provides an independent coordinated supply of powdery inorganic raw materials to each furnace, which have identical designs and is shown in Fig. 1.
  • the inventive method is carried out as follows.
  • the required fraction of powdery raw materials for example perlite, is fed by a screw (5) to a disperser (4), which operates on the principle of a Venturi tube.
  • the air flow blown by the fan (6) passes through the variable section of the conical tube of the disperser (4), and powdered inorganic raw material is fed into the throat of the disperser (4), which is dispersed by a turbulent air flow forced from the fan (6).
  • the resulting aerosol from the disperser diffuser (4) with particles uniformly distributed in the flow enters the upper part of the core of the housing (1), where the raw material is heat-treated in the process of the aerosol flow passing through the core from top to bottom.
  • the core is a series of cylinders (2) of variable cross-section, made of heat-resistant steel that can withstand temperatures up to 1200 ° C.
  • Each cylinder (2) is equipped with heating elements (7), made, for example, of nichrome, is heated to a predetermined temperature, which is controlled by an individual control system (13). Heating of the cylinders (2) occurs due to the heat generated by the resistance elements with high electrical resistance.
  • Each cylinder (2) is heated from the outside by heating elements (7), and the temperature of each cylinder (2) is controlled independently of each other. This is necessary to ensure a uniform temperature field over the entire height of the core, and also allows you to adjust the maximum temperature level to ensure effective heat treatment.
  • the aerosol flow sequentially passes through the heating zones along the axis of the core towards the collector (10).
  • Air is forced into the gap zone (8), which preferably has a size of 1 to 15 mm, by means of the fan (6), which, passing downward, is additionally heated as a result of contact with the corresponding heating zone and is blown into the core through the slots (3), moreover, the trajectory of the incoming heated air is specified by slots (3), i.e. runs in the direction of direct abutment to the inner walls of the zones heating the core.
  • the air is heated to a temperature of 300 to 600 ° C and flows at a speed of 0.01 to 0.2 m / s.
  • Blowing air through the slots (3) prevents the adhesion of an especially fine fraction (less than 75 microns) to the walls of the core.
  • the flow of lightweight hollow granules and exhaust gases enter the manifold (10), pass through the mixer (11), where it mixes with cold atmospheric air to cool the obtained lightweight granules, and from there the cooled flow enters the cyclone (12), where trapping of hollow lightweight granules is carried out.
  • the cleaned exhaust gases are discharged into the atmosphere.
  • the implementation of the proposed method makes it possible to obtain hollow lightweight granules with the declared characteristics.
  • the characteristics of the obtained hollow lightweight granules are shown in Table 1.
  • Examples 1-3 were carried out on natural perlite raw materials, examples 4-6 were carried out on natural vermiculite raw materials.
  • Example 7 was carried out on artificial raw materials (welded glass of the following chemical composition: S1O 2 65.0%, B 2 O 3 15.0%, Fe 2 0 3 2.5%, SO 3 0.5%, MgO 1.0% , CaO 3.5%, K 2 0 2.5%, Na 2 0 10.0%.).
  • Example 8 was carried out on artificial raw materials (granulate of the following composition: quartz (S1O 2 ) 70.0%, boric anhydride (B 2 O 3 ) 18.5%, iron (III) sulfate (Fe 2 (SC> 4 ) 3 ) 3 , 5%, water for granulation (H 2 O) 8.0%).
  • Example 9 was carried out on artificial raw materials (granulate of the following composition: quartz (S1O 2 ) 20.0%, kaolinite (AbO3 39.5%, S1O 2 46.5% and H 2 O 14%) 65.0%, crystalline aluminum sulfate (Ah (S04) 3 I8H2O) 5.0%, water for granulation (H 2 O) 10.0%).
  • the granules obtained by the claimed method consist of microbubbles with practically solid walls. Photos of the obtained hollow granules are shown in FIG. 3-7.
  • FIG. 3 shows a micrograph of expanded perlite particles from the Mukhor-Taly deposit, Russia.
  • the particles are close in shape to rounded; for the most part, the particles are congealed solidified bubbles with a solid wall.
  • FIG. 4 shows a micrograph of particles of expanded vermiculite from the Kovdor deposit, Russia.
  • the granules are similar in structure to those of Example No. 1.
  • FIG. 5 shows a photomicrograph of granules according to example 7 made of borosilicate glass. The granules have an almost perfect spherical shape with a distinct solid wall.
  • FIG. 6 and 7 show micrographs of product particles from borosilicate and aluminosilicate granules. Granules are similar in shape and structure to granules according to example No. 7, but the quality of the walls in both cases is slightly worse than that of granules according to example No. 7.
  • the use of the proposed method and device for its implementation allows to provide an effective process of heat treatment of inorganic powdery raw materials with a size of 1-250 microns, including especially small particles with a size of less than 50-75 microns with the formation of hollow lightweight granules with solid walls with bulk density up to 500 kg / m3 with compressive strength from 0.1 to 40 MPa, with granule sizes from 1 to 500 microns
  • the inventive method and device for its implementation allow to provide a continuous process with a given productivity, long overhaul intervals, including due to ensuring directional air injection into the core, which prevents mineral particles from entering its walls, eliminating the effect of fouling of the core walls.

Abstract

Изобретение относится к области производства легковесных полых гранул из порошкообразного минерального или синтетического сырья для применения в производстве композитных и теплоизоляционных изделий. Способ получения полых гранул включает подачу порошкообразного минерального сырья в вертикальную печь, имеющую корпус (1), в полости которого выполнена активная зона, расширяющаяся книзу и образованная полыми элементами (2), предпочтительно цилиндрами, которые установлены коаксиально друг на друга с зазором (8)к корпусу. Между смежными полыми элементами (2) имеются щели (3), образованные внешней стенкой верхнего и внутренней стенкой нижнего полого элемента. Активная зона снабжена автономными элементами нагрева (7), электрически подключенными к системе управления. Воздух посредством вентилятора (6) подают в диспергатор (4), где он смешивается с минеральным порошком для подачи в печь, и в зону зазора (8), через которую поток воздуха поддувается в щели (3). Воздух, подаваемый в диспергатор (4) и в зазор (8), подогревают в калорифере (9). На выходе из активной зоны поток полых гранул охлаждают в коллекторе (10), размещённом в корпусе (1). Технический результат - возможность вспучивания частиц размером 1-250 мкм и исключение прилипания их на стенки печи.

Description

Способ получения полых гранул из неорганического сырья и устройство для его осуществления
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области производства легковесных полых гранул из порошкообразного минерального или синтетического сырья для применения в производстве композитных полимерных изделий, облегчённых конструкционных материалов, теплоизоляции для трубопроводов, морозостойких штукатурок и иных строительных материалов.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известен способ получения полых микросфер (патент RET 2586128 С2, опубликован 10.06.2016), который включает подготовку водной суспензии с использованием заранее сваренной стекломассы, сушку в распылительной сушилке, обжиг гранулята в пламени.
Недостатком данного способа является использование воды в технологии производства, что приводит к дополнительной стадии сушки сырья, а, следовательно, требует повышенных расходов энергоресурсов.
Известен способ получения полых микросфер (патент RU 2664990 С1, опубликован 24.08.2018), в соответствии с которым исходный материал измельчается, отбирается узкая фракция сырья, а далее материал подвергается сферолизации при температурах от 400 до 1800 °С.
Недостатком этого способа является использование атмосферы инертных газов (азот, гелий) и необходимость поддержания давления от 0,01 до 0,1 МПа в печи сферолизации, а, следовательно, требует повышенных энергоресурсов.
Известен способ изготовления микросферического наполнителя на основе вспученного перлита (патент RU 2534553 С1, опубликован 27.11.2014) по которому исходную перлитовую руду сначала термообрабатывают при температурах порядка 300-350°С, после чего измельчают с параллельным введением углеродсодержащей жидкости, к примеру, пропиленгликоля, глицерина, триэтаноламина и стеклообразующей добавки, такой как фториды, соединения лития, стронция, бора, цинка или их комбинации, а далее подвергают вспучиванию в печи кипящего слоя.
Недостатком способа является необходимость тонкого помола (менее 2 мкм) стеклообразующей добавки, а также невозможность получения гранул с закрытой пористостью. Известный способ требует повышенных энергоресурсов на тонкий помол и не обеспечивает требуемого качества конечного продукта.
Известен способ получения вспученного перлита (Авторское свидетельство SU 1145002 А, опубликовано 15.03.1985) по которому перлитовую руду сначала дробят, а затем подвергают предварительной термообработке при температурах 300-500 °С в течение 3-5 минут в среде насыщенного водяного пара, что приводит к перестройкам в структуре сырья.
Недостатком данного способа является невозможность получения гранул с цельной стенкой и с закрытой пористостью.
Известен способ вспучивания сырьевого материала в форме зёрен (патент US2017107147A1, опубликовано 05.03.1985), в соответствии с которым часть потоков воздуха отбирается из верхней части и вдувается в нижнюю часть шахтной печи для обеспечения равномерности потока.
Недостатком данного способа является сложность запуска печи и невозможность её стабильной работы без заполненного шлюзового узла для вспученного материала.
Известен способ вспучивания сырьевого материала в форме зёрен (патент АТ512271А2, опубликовано 15.06.2013), в соответствии с которым частицы сырья подвергаются предварительному нагреву в поле токов СВЧ, а окончательная термообработка проводится в печи кипящего слоя.
Недостатком данного способа является сложность конструкции и регулирования степени предварительного нагрева.
Известна установка для производства сухой строительной смеси на основе вспученного перлита (патент RU 2502594 С1, опубликован 27.12.2013), включающая печь с вертикальной шахтой, компенсационной муфтой, турбоциклонную газовую горелку, патрубки подачи сырья, воздуха и смесительный блок. В данной печи сырьевой материал вспучивает при движении снизу вверх, после чего улавливается в фильтре.
Недостатком данной конструкции печи является мгновенное нагревание частиц сырья, что приводит к термическому удару, стенки частиц растрескиваются и продукт получается с открытой пористостью.
Известен способ и устройство для производства вспученных гранул (патент WO2016191788A1, опубликован 08.12.2016) из порошкообразного перлитового сырья в вертикальной электрической печи, шахта которой разделёна на зоны нагрева так, что каждая зона нагревается автономно и температура в каждой зоне нагрева контролируется независимо от других. Перлитовое сырье, предварительно диспергированное воздухом, транспортируется в шахте вертикальной печи посредством сжатого воздуха, который подают снизу вверх с образованием потока смеси, последняя транспортируется вдоль оси шахты через несколько вертикально разделенных зон нагрева, нагреваясь до критической температуры и с преобразованием поверхности перлитового сырья путем его расширения в верхней половине пути, поток смеси, выходящий из шахты, охлаждают воздухом, а твердую фракцию отделяют фильтрованием.
Устройство для вспучивания перлита представляет собой по существу вертикальную печь с шахтой, имеющей верхний и нижний концы, в нижней части печи содержит, по меньшей мере, одно средство подачи перлитового сырья, сопло для твердого вещества / воздуха, в которое может подаваться сжатый воздух и перлитовое сырье с последующим его диспергированием, в шахте печи выполнено множество вертикально разделенных зон нагрева, через которые проходит поток смеси перлитового сырья и сжатого воздуха, каждая из зон нагрева имеет, по меньшей мере, один независимо управляемый нагревательный элемент для нагрева потока смеси до критической температуры и элементы контроля температуры, верхний конец шахты печи соединен с узлом подачи охлажденного воздуха, размещенным на выходе из шахты, а на линии транспортировки охлажденного потока размещены фильтр для отделения твердой фракции вспученного перлита, элементы измерения размера и плотности готового продукта.
Недостатком данного способа является невозможность вспучивания частиц менее 50-75 мкм вследствие налипания их на стенки, образования агломератов и зарастания рабочего канала печи при непрерывной работе печи, что приводит к дополнительным затратам и невозможностью получения минерального порошка с требуемыми свойствами.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ вспучивания сырьевого неорганического материала в форме песка путем подачи зёрен вспучиваемого материала сверху вниз в канал шахты вертикальной печи, нисходящий поток исходного сырья подвергают термической обработке посредством нагрева до заданной температуры нагревательных элементов, размещенных на стенках шахты печи, после чего поток вспученного материала собирают в коллектор, размещенный в нижней части шахты печи с последующей транспортировкой выходящего потока гранул в циклон для отделения твердой фракции. (WO 2015/184482, опубликовано 10.12.2015).
Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для осуществления вышеописанного способа, состоящее из вертикальной печи, внутри которой имеется активная зона, выполненная в виде шахты цилиндрической формы, стенки которой снабжены нагревательными элементами, в верхней части печи размещен узел загрузки исходного сырья в виде песка, а узел сбора вспученных гранул размещен в нижней части и выполнен в виде коллектора, сообщенного посредством пневмотранспорта с газовым циклоном для извлечения готового продукта. (WO 2015/184482, опубликовано 10.12.2015).
Недостатком известного способа и устройства для его осуществления является невозможность вспучивания частиц менее 50-75 мкм вследствие налипания их на стенки, образования агломератов и зарастания рабочего канала печи при непрерывной работе печи, что приводит к зарастанию стенок шахты и сложности удаления из печи вспученного материала. Кроме того, указанные недостатки ведут к дополнительным затратам за обслуживание печи, а также не обеспечивает получение полых гранул с требуемыми свойствами.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обеспечение возможности вспучивания неорганических частиц минерального и синтетического сырья с размером 1-250 мкм, в том числе и особо мелких частиц с размером менее 50-75 мкм за счет исключения налипания их на стенки при одновременном получении полых легковесных гранул с цельными стенками, насыпной плотностью до 500 кг/мЗ, с прочностью при сжатии от 0,1 до 40 МПа, с размерами гранул от 1 до 500 мкм.
Поставленная задача решается тем, что заявляется способ получения полых гранул путем термообработки порошкообразного неорганического сырья в вертикальной печи, в полости которой имеется активная зона, выполненная с возможностью ее нагрева, порошкообразное неорганическое сырье и воздух предварительно смешивают друг с другом с образованием диспергированной смеси, поток которой принудительно направляют сверху вниз в активную зону, на выходе из активной зоны поток смеси охлаждают, а полученные полые гранулы отделяют от газообразной фазы, отличается тем, что поток диспергированной смеси подают в активную зону, выполненную расширяющейся в направлении транспортировки потока смеси и имеющей переменное сечение, активная зона разделена на зоны нагрева так, что каждая зона нагревает поток смеси автономно и температура в каждой зоне нагрева контролируется независимо от других, в верхней части активной зоны осуществляют такое нагревание потока смеси, при котором происходит расширение частиц неорганического сырья с получением полых гранул, в центральной и нижней частях активной зоны ведут термообработку потока нагретой смеси, по высоте активной зоны через зоны нагрева дополнительно принудительно подают воздух таким образом, чтобы обеспечить его движение по направлению сверху вниз в зонах, прилегающих к внутренним стенкам активной зоны.
Заявляемый способ осуществляют с использованием устройства, представляющее собой вертикальную печь, состоящую из корпуса, внутри которого выполнена активная зона, на входе в активную зону размещены узлы подачи порошкообразного неорганического сырья и воздуха, сообщенные с диспергатором для их смешения и подачи в активную зону, снабженную нагревательными элементами, на выходе активной зоны размещен коллектор, на выходе которого установлен узел охлаждения выходящей смеси, сообщенный с узлом отделения твердой фракции, отличается тем, что активная зона состоит из множества зон нагрева, каждая из которых имеет, по меньшей мере, один независимо управляемый нагревательный элемент, активная зона образована полыми элементами, выполненными из металла, полые элементы имеют разный линейный размер сечения и установлены друг на друга коаксиально таким образом, что каждый вышестоящий полый элемент имеет размер сечения меньший, чем размер сечения смежного нижестоящего полого элемента, а между стенками смежных полых элементов образованы щели, предназначенные для принудительной подачи воздуха в активную зону, внешние стенки полых элементов размещены в полости корпуса с зазором к внутренней стенке корпуса для обеспечения возможности принудительной подачи воздуха в активную зону.
Заявляемый способ может быть реализован также путем одновременного использования нескольких заявляемых устройств, работающих независимо друг от друга с общей системой подачи порошкообразного неорганического сырья. Это обеспечивает равномерность распределения порошкообразного сырья и стабильность процесса термической обработки в каждом устройстве, что, в конечном счете, приводит к повышению выхода полых гранул (вспученных неорганических частиц) и улучшению их качества. Воздух для диспергирования порошкообразного неорганического сырья подают в диспергатор, размещенный в верхней части вертикальной печи, посредством вентилятора. Нагнетаемый вентилятором воздух распределяется по двум транспортным путям- в диспергатор и в зазор между стенками полых элементов, образующих зоны нагрева, и внутренней стенкой корпуса. Регулирование скоростей потоков осуществляются вентилями, размещенными на транспортных путях потоков воздуха. Мощность вентилятора выбирают таким образом, чтобы обеспечить направленное движение потока воздуха через диспергатор по оси вертикальной печи в активную зону вертикальной печи, а также в зазор между внешними стенками зон нагрева и внутренними стенками корпуса. В качестве вентиляторов могут быть использованы известные для этих целей вентиляторы, например марок ВЦ 14-46, ВЦП 6-46, ВР 100-45 или ВРП-115-45.
В качестве порошкообразного неорганического сырья используют порошки перлита, вермикулита, синтетических силикатных и алюмосиликатных материалов.
Перлитовым сырьём могут служить руды из данных месторождений, но не ограничиваясь ими: Мухор-Талинское (Бурятия), Фогош (Украина), Арагацкое (Армения), Билесик (Турция), Параванское (Грузия). Указанные перлиты имеют следующий примерный химический состав, но не ограничиваются им: Si02 50-85 %, АЬОз 8-20 %, К20 0-5 %, Na20 0-5 %, Fe203 0-3 %, MgO 0-1 %, CaO 0-2 %, H20 2-6 %.
Вермикулитовым сырьём могут служить руды из следующих месторождений, но не ограничиваясь ими: Ковдорское (Кольский полуостров, Россия), Вишнёвогорское (Челябинская область, Россия), Кулантауское (Казахстан), Каракалпакия (Узбекистан). Указанные вермикулиты имеют следующий примерный химический состав, но не ограничиваются им: Si02 33-35 %, АЬОз 6-20 %, Ге20 5-7 %, FeO 1-10 %, MgO 19-25 %.
Силикатным и алюмосиликатным сырьём могут служить сваренные искусственно стёкла, грануляты дисперсных частиц, порошки, полученные золь-гель методом, имеющие следующий примерный химический состав, но не ограничиваясь им: Si02 30-85 %, АЬОз 0-20 %, В20з 0-20 %, Fe203 0-5 %, FeO 0-1 %, SO3 0-3 %, MgO 0-10 %, CaO 0-9 %, K20 0-5 %, Na20 0-20 %.
Порошкообразное неорганическое сырье посредством шнека подают в диспергатор, где его смешивают с воздухом, нагнетаемым из вентилятора. В качестве диспергатора могут быть использованы любые известные для этих целей емкости, действующие по принципу трубы Вентури, имеющие два входных патрубка и один выходной патрубок, например выпускаемые промышленностью диспергаторы марок ПСТ DSMG-25, Zitrek ИМ-30 или АПН-50М.
Поступающую из диспергатора в верхнюю часть активной зоны смесь воздуха и порошка неорганического сырья подвергают термической обработке. В случае необходимости, останов процесса осуществляют следующим образом: прекращают подачу сырья, затем прекращают электроподогрев активной зоны и прекращают поддув воздуха в щели, выполненные в зонах нагрева активной зоны.
В результате термической обработки смеси воздуха и порошкообразного неорганического сырья в процессе её прохождения через зоны автономного нагрева, происходит вспучивание частиц неорганического сырья с образованием полых легковесных гранул.
Активная зона образована зонами нагрева, каждая из которых представляют собой полые элементы, выполненные из металла. Предпочтительно полые элементы представлены цилиндрами разного диаметра. Полые элементы могут иметь в сечении квадрат или форму многоугольника. В качестве металла для изготовления полых элементов активной зоны берут жаростойкую сталь, например 10Х23Н18, 15Х25Т либо любую другую сталь, выдерживающей температуру до 1200 °С. Полые элементы жестко закреплены в полости корпуса вертикальной печи таким образом, что полый элемент с наибольшим размером сечения установлен в нижней части активной зоны, а полый цилиндр с наименьшим размером сечения - в верхней части активной зоны. Полые элементы установлены друг на друга коаксиально и таким образом, чтобы между наружной образующей нижнего полого элемента и внутренней образующей верхнего полого элемента имеется щель для прохода воздуха, нагнетаемая вентилятором. Каждый полый элемент снабжен элементами автономного контролируемого нагрева, например выполненные в виде элементов сопротивления, изготовленными из нихрома, кантала, либо из другого сплава с высоким электрическим сопротивлением. Температура каждой зоны нагрева контролируется индивидуальной системой управления, электрически подключенной к элементам нагрева полых элементов.
Активная зона выполнена с зазором к внутренним стенкам корпуса вертикальной печи, величина зазора может быть от 1 до 15 мм. Корпус вертикальной печи выполнен из огнеупорного материала, например, шамотного кирпича. Активная зона вертикальной печи выполнена расширяющейся книзу. При таком выполнении активной зоны скорость потока при транспортировке его вниз снижается. В нижней части активной зоны температуру потока снижают за счет соответствующего регулирования зон нагрева и за счет воздуха, входящего через щели зон нагрева.
Выходящий из активной зоны поток взвешенных в воздухе полых легковесных минеральных гранул смешивается с холодным атмосферным воздухом для охлаждения полученных легковесных гранул в смесителе. Смеситель работает по принципу инжекционной камеры, в которую с периферии подаётся холодный атмосферный воздух, а по центру протекает смесь из активной зоны. Количество подаваемого на охлаждение воздуха рассчитывают в зависимости от температуры в активной зоне, концентрации аэрозоля и температуры горячего воздуха, поддуваемого на диспергатор. Охлаждённый аэрозоль далее попадает в циклон, где осуществляется отделение твердых частиц от газообразной фазы. Здесь и далее под аэрозолем понимается дисперсная система, состоящая из твёрдых частиц порошкообразного сырья или продукта и газа (например, воздух, азот, дымовые газы). В качестве циклона может быть использовано любое известное для этих целей выпускаемое промышленностью устройство.
Сравнение заявляемого способа и устройства для его осуществления с известными способами и устройствами, позволяет сделать вывод о соответствии условию «новизна» и «изобретательский уровень».
Отличительные признаки заявляемого способа - выполнение активной зоны расширяющейся в направлении сверху вниз и с переменным сечением, подача независимого потока воздуха в активную зону через зоны нагрева таким образом, чтобы обеспечить его направленное движение вниз в зонах, прилегающих к внутренним стенкам активной зоны, автономный нагрев зон нагрева с заданием независимых режимов термической обработки в каждой зоне нагрева, а также соответствующее конструктивное выполнение устройства или системы сообщенных друг с другом устройств для осуществления заявляемого способа, в совокупности с остальными признаками, позволяют обеспечить достижение нового технического результата - обеспечение возможности вспучивания неорганических минеральных и синтетических частиц с размером 1-250 мкм, в том числе и особо мелких частиц с размером менее 50-75 мкм путем исключения налипания их на стенки при одновременном получении полых легковесных гранул с цельными стенками, с насыпной плотностью до 500 кг/мЗ, с прочностью при сжатии от 0,1 до 40 МПа, с размерами гранул от 1 до 500 мкм, при этом, дополнительно обеспечивается непрерывность процесса, т.к. за счет исключения налипания продуктов термообработки на стенки активной зоны повышается эффективность процесса и удлиняется межремонтный интервал.
Под прочностью при сжатии здесь понимают пороговую величину гидростатического давления на продукт, в результате которого происходит его разрушение (ГОСТ Р 57963-2017).
ЛУЧШИЕ ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Заявляемый способ и устройство для его осуществления реализуются следующим образом, но не ограничивается им.
Устройство поясняется фиг. 1, на котором схематично показана конструкция вертикальной печи. На фиг. 2 показана схема соединения двух вертикальных печей, работающих от одного узла подачи порошкообразного неорганического сырья.
Устройство для получения полых легковесных гранул состоит из несущего корпуса (1) вертикальной печи, выполненного из шамотного кирпича, в полости которого выполнена активная зона, образованная полыми элементами, представленные на Фиг. 1 и Фиг.2 цилиндрами (2) переменного сечения, установленные коаксиально друг на друга таким образом, что активная зона расширяется в направлении сверху вниз, а между смежными цилиндрами имеются щели (3), образованные внешней образующей стенкой верхнего цилиндра и внутренней образующей стенкой нижнего цилиндра. На входе в активную зону размещен диспергатор (4), снабженный горловиной для подачи шнеком (5) порошкообразного неорганического сырья, патрубком конической формы для подачи потока воздуха посредством вентилятора (6), диффузором для выхода диспергированной смеси в активную зону. Цилиндры (2) снабжены автономными элементами нагрева (7), электрически подключенные к системам управления (13). Цилиндры (2) жестко закреплены в полости корпуса (1) с образованием зоны зазора (8), образованной между внешними стенками цилиндров (2) и внутренней стенкой корпуса (1). Зона зазора (8) в верхней части снабжена патрубком, соединенным с вентилятором (6) для подачи воздуха. Патрубок конической формы диспергатора (4) и патрубок входящего воздуха верхней части зоны зазора (8) снабжены запорной арматурой, в частности вентилями. Воздух, поступающий на диспергатор (4) и в патрубок входящего в зону зазора (8) воздуха, предварительно нагревается в калорифере (9). На выходе из активной зоны в корпусе (1) размещен коллектор (10), сообщенный через смеситель (11) с циклоном (12).
Для соединения двух вертикальных печей (фиг. 2) используют узел подачи порошкообразного сырья (14), который обеспечивает независимое согласованное питание порошкообразным неорганическим сырьем каждой печи, имеющих идентичные конструктивные исполнения и представленной на фиг.1.
Заявляемый способ осуществляют следующим образом.
Требуемую фракцию порошкообразного сырья, например перлита, шнеком (5) подают в диспергатор (4), действующий по принципу трубы Вентури. Поток воздуха, нагнетаемый вентилятором (6), проходит через переменное сечение конической трубки диспергатора (4), а в горловину диспергатора (4) подают порошкообразное неорганическое сырье, которое диспергируется турбулентным потоком воздуха, нагнетаемым из вентилятора (6). Образующийся аэрозоль из диффузора диспергатора (4) с равномерно распределёнными в потоке частицами, поступает в верхнюю часть активной зоны корпуса (1), где осуществляют термическую обработку сырья в процессе прохождения потока аэрозоля по активной зоне сверху вниз. Активная зона представляет собой ряд цилиндров (2) переменного сечения, изготовленные из жаростойкой стали, выдерживающей температуру до 1200 °С. Каждый цилиндр (2) снабжен элементами нагрева (7), выполненными, например, из нихрома, нагревается до заданной температуры, которая контролируется индивидуальной системой управления (13). Нагревание цилиндров (2) происходит за счёт тепла, выделяемого элементами сопротивления с высоким электрическим сопротивлением. Каждый цилиндр (2) обогревается снаружи элементами нагрева (7), причём управление температурой каждого цилиндра (2) осуществляется независимо друг от друга. Это необходимо для обеспечения равномерности температурного поля по всей высоте активной зоны, а также позволяет регулировать уровень максимальной температуры для обеспечения эффективной термической обработки.
Поток аэрозоля последовательно проходит через зоны нагрева вдоль оси активной зоны в направлении коллектора (10). В зону зазора (8), имеющей предпочтительно размер от 1 до 15 мм, посредством вентилятора (6) принудительно поступает воздух, который, проходя вниз, дополнительно нагревается в результате контакта с соответствующей зоной нагрева и через щели (3) поддувается в активную зону, причем траектория входящего подогретого воздуха, задаётся щелями (3), т.е. проходит в направлении непосредственного примыкания к внутренним стенкам зон нагрева активной зоны. В зоне зазора (8) воздух нагревается до температуры от 300 до 600 °С и течет со скоростью от 0,01 до 0,2 м/с. Поддув воздуха через щели (3) обеспечивает исключение налипания особо мелкой фракции (менее 75 мкм) на стенки активной зоны. На выходе из активной зоны поток легковесных полых гранул и отходящие газы попадают в коллектор (10), проходят через смеситель (11), где смешивается с холодным атмосферным воздухом для охлаждения полученных легковесных гранул, а оттуда охлажденный поток поступает в циклон (12), где осуществляется улавливание полых легковесных гранул. Очищенные отходящие газы выбрасываются в атмосферу.
Осуществление заявляемого способа позволяет получить полые легковесные гранулы с заявленными характеристиками. Характеристики полученных полых легковесных гранул приведены в Таблице 1.
Примеры 1-3 проведены на природном перлитовом сырье, примеры 4-6 проведены на природном вермикулитовом сырье. Пример 7 проведен на искусственном сырье (сваренное стекло следующего химического состава: S1O2 65,0 %, В2О3 15,0 %, Fe203 2,5 %, SO3 0,5 %, MgO 1,0 %, CaO 3,5 %, К20 2,5 %, Na20 10,0 %.). Пример 8 проведен на искусственном сырье (гранулят следующего состава: кварц (S1O2) 70,0 %, борный ангидрид (В2О3) 18,5 %, сульфат железа (III) (Fe2(SC>4)3) 3,5 %, вода для грануляции (Н2О) 8,0 %). Пример 9 проведен на искусственном сырье (гранулят следующего состава: кварц (S1O2) 20,0 %, каолинит (АЬОз 39,5%, S1O2 46,5 % и Н2О 14 %) 65,0%, кристаллический сульфат алюминия (Ah(S04)3 I8H2O) 5,0 %, вода для грануляции (Н2О) 10,0 %).
Полученные заявляемым способом гранулы состоят из микропузырьков с практически цельными стенками. Фото полученных полых гранул представлены на фиг. 3-7.
На фиг. 3 показана микрофотография частиц вспученного перлита месторождения Мухор-Талы, Россия. Частицы близки по форме к округлым, по большей части частицы представляют собой слипшиеся застывшие пузырьки с цельной стенкой. На фиг. 4 показана микрофотография частиц вспученного вермикулита месторождения Ковдор, Россия. Гранулы по строению аналогичны гранулам по примеру N° 1. На фиг. 5 показана микрофотография гранул по примеру 7, изготовленных из боросиликатного стекла. Гранулы имеют практически идеальную сферическую форму с различимой цельной стенкой. На фиг. 6 и 7 показаны микрофотографии частиц продукта из боросиликатного и алюмосиликатного гранулята. Гранулы близки по форме и строению гранулам по примеру N° 7, но качество стенок в обоих случаях немного хуже, чем у гранул по примеру N° 7.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ Использование заявляемого способа и устройства для его осуществления позволяют обеспечить эффективный процесс термической обработки неорганического порошкообразного сырья с размером 1-250 мкм, в том числе и особо мелких частиц с размером менее 50-75 мкм с образованием полых легковесных гранул с цельными стенками с насыпной плотностью до 500 кг/мЗ с прочностью при сжатии от 0,1 до 40 МПа, с размерами гранул от 1 до 500 мкм Заявляемый способ и устройство для его осуществления позволяют обеспечить непрерывный процесс с заданной производительностью, длительным межремонтным интервалом, в том числе за счет обеспечения направленного вдувания воздуха в активную зону, который препятствует попаданию на его стенки минеральных частиц, исключая эффект обрастания стенок активной зоны.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Е Способ получения полых гранул путем термообработки порошкообразного неорганического сырья в вертикальной печи, в полости которой выполнена активная зона, выполненная с возможностью ее нагрева, порошкообразное неорганическое сырье и воздух предварительно смешивают друг с другом с образованием диспергированной смеси, поток которой принудительно направляют сверху вниз в активную зону, на выходе из активной зоны поток смеси охлаждают, а полученные полые гранулы отделяют от газообразной фазы, отличающийся тем, что поток диспергированной смеси подают в активную зону, выполненную расширяющейся в направлении транспортировки потока смеси и имеющей переменное сечение, активная зона разделена на зоны нагрева так, что каждая зона нагревает поток смеси автономно и температура в каждой зоне нагрева контролируется независимо от других, в верхней части активной зоны осуществляют такое нагревание потока смеси, при котором происходит расширение частиц неорганического сырья с получением полых гранул, дальнейшую термообработку потока нагретой смеси ведут в центральной и нижней частях активной зоны, по высоте активной зоны через зоны нагрева дополнительно принудительно подают воздух таким образом, чтобы обеспечить его движение по направлению сверху вниз в зонах, прилегающих к внутренним стенкам активной зоны.
2. Способ по п.1 отличающийся тем, что в качестве порошкообразного неорганического сырья берут перлит, вермикулит, синтетические силикатные или алюмосиликатные материалы.
3. Способ по п.1 отличающийся тем, что поток воздуха для принудительного поддува через зоны нагрева подают в зазор между активной зоной и корпусом вертикальной печи, выполненного с размером от 1 до 15 мм.
4. Способ по п.1 отличающийся тем, что поток воздуха для диспергирования порошкообразного неорганического сырья и для поддува через зоны нагрева предварительно подогревают.
5. Способ по п.1 отличающийся тем, что поток воздуха для принудительного поддува через зоны нагрева нагревают до температуры от 300 до 600 °С.
6. Способ по п.1 отличающийся тем, что поток воздуха для принудительного поддува через зоны нагрева подают со скоростью от 0,01 до 0,2 м/с.
7. Способ по п.1 отличающийся тем, что активная зона выполнена из жаростойкой стали.
8. Устройство для получения полых легковесных гранул, представляющее собой по меньшей мере одну вертикальную печь, состоящую из корпуса, внутри которого выполнена активная зона, на входе в активную зону размещены узлы подачи порошкообразного неорганического сырья и воздуха, сообщенные с диспергатором для их смешения и подачи в активную зону, снабженную нагревательными элементами, на выходе активной зоны размещен коллектор, на выходе которого установлен узел охлаждения выходящей смеси, сообщенный с узлом отделения твердой фракции, отличающееся тем, что активная зона состоит из множества зон нагрева, каждая из которых имеет, по меньшей мере, один независимо управляемый нагревательный элемент, активная зона образована полыми элементами, выполненными из металла, полые элементы имеют разный линейный размер сечения и установлены друг на друга коаксиально таким образом, что каждый вышестоящий полый элемент имеет размер сечения меньший, чем размер сечения смежного нижестоящего полого элемента, а между стенками смежных полых элементов образованы щели, предназначенные для принудительной подачи воздуха в активную зону, внешние стенки полых элементов размещены в полости корпуса с зазором к внутренней стенке корпуса для обеспечения возможности принудительной подачи воздуха в активную зону.
9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что вертикальные печи соединены друг с другом через узел подачи порошкообразного сырья.
10. Устройство по п.8, отличающееся тем, что корпус вертикальной печи выполнен из шамотного кирпича.
11. Устройство по п.8, отличающееся тем, что полые элементы выполнены из жаростойкой стали.
12. Устройство по п.8, отличающееся тем, что полые элементы представлены цилиндрами.
13. Устройство по п.8, отличающееся тем, что зазор между внешними стенками полых элементов и внутренней стенкой корпуса имеет размер от 1 до 15 мм.
14. Устройство по п.8, отличающееся тем, что узел подачи входящего потока воздуха представлен вентилятором.
15. Устройство по и.8, отличающееся тем, что узел подачи входящего потока воздуха дополнительно снабжен калорифером.
16. Устройство по и.8, отличающееся тем, что диспергатор снабжен конической трубкой переменного сечения для входящего воздуха и горловиной для подачи порошкообразного неорганического сырья.
17. Устройство по п.8, отличающееся тем, что узел охлаждения выходящей смеси представлен смесителем.
18. Устройство по п.8, отличающееся тем, что узел отделения твердой фракции представлен циклоном.
PCT/RU2020/050014 2019-02-21 2020-02-08 Способ получения полых гранул из неорганического сырья и устройство для его осуществления WO2020171741A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20760311.9A EP3943465A4 (en) 2019-02-21 2020-02-08 PROCESS FOR PRODUCTION OF HOLLOW PELLETS FROM MINERAL RAW MATERIAL AND IMPLEMENTATION DEVICE

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019104940A RU2719466C1 (ru) 2019-02-21 2019-02-21 Способ получения полых гранул из неорганического сырья и устройство для его осуществления
RU2019104940 2019-02-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020171741A1 true WO2020171741A1 (ru) 2020-08-27

Family

ID=70278005

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2020/050014 WO2020171741A1 (ru) 2019-02-21 2020-02-08 Способ получения полых гранул из неорганического сырья и устройство для его осуществления

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3943465A4 (ru)
RU (1) RU2719466C1 (ru)
WO (1) WO2020171741A1 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2757448C1 (ru) * 2020-12-14 2021-10-15 Общество с ограниченной ответственностью «ГранСфера» Устройство для термообработки неорганических порошковых материалов с получением полых легковесных гранул и способ термообработки неорганических порошковых материалов с его использованием

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1145002A1 (ru) 1983-08-04 1985-03-15 Институт экспериментальной минералогии АН СССР Способ получени вспученного перлита
CN101643597A (zh) * 2009-08-26 2010-02-10 董瑞 一种燃气式间接加热开孔珍珠岩膨胀的方法
AT512271A2 (de) 2011-11-17 2013-06-15 Horst Wustinger Verfahren für das Herstellen von porösen Körnern aus Wasserglas
RU2502594C1 (ru) 2012-08-16 2013-12-27 Константин Николаевич Мишин Установка для производства сухой строительной смеси на основе вспученного перлита
US20140291582A1 (en) * 2011-10-10 2014-10-02 Binder + Co Ag Method for the closed-cell expansion of mineral material
RU2534553C1 (ru) 2013-06-13 2014-11-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" Способ изготовления микросферического наполнителя на основе вспученного перлита
WO2015184482A1 (de) 2014-06-05 2015-12-10 Binder + Co Ag Verfahren zur expansion von sandkornförmigem rohmaterial
RU2586128C2 (ru) 2011-03-07 2016-06-10 3М Инновейтив Пропертиз Компани Полые микросферы
WO2016191788A1 (de) 2015-06-03 2016-12-08 Binder + Co Ag Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines geblähten granulats
US20170107147A1 (en) 2014-06-05 2017-04-20 Binder + Co Ag Method for expansion of sand grain-shaped raw material
RU2664990C1 (ru) 2017-08-17 2018-08-24 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Способ изготовления полых микросфер из вспучивающегося порошкового материала
RU2017125280A (ru) * 2017-07-14 2019-01-15 Владимир Владимирович Курносов Способ получения пористого заполнителя

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1992669A (en) * 1933-10-25 1935-02-26 Otto A Labus Apparatus for treatment of vermiculite
CN108025957A (zh) * 2015-09-04 2018-05-11 3M创新有限公司 制造中空玻璃微球的方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1145002A1 (ru) 1983-08-04 1985-03-15 Институт экспериментальной минералогии АН СССР Способ получени вспученного перлита
CN101643597A (zh) * 2009-08-26 2010-02-10 董瑞 一种燃气式间接加热开孔珍珠岩膨胀的方法
RU2586128C2 (ru) 2011-03-07 2016-06-10 3М Инновейтив Пропертиз Компани Полые микросферы
US20140291582A1 (en) * 2011-10-10 2014-10-02 Binder + Co Ag Method for the closed-cell expansion of mineral material
AT512271A2 (de) 2011-11-17 2013-06-15 Horst Wustinger Verfahren für das Herstellen von porösen Körnern aus Wasserglas
RU2502594C1 (ru) 2012-08-16 2013-12-27 Константин Николаевич Мишин Установка для производства сухой строительной смеси на основе вспученного перлита
RU2534553C1 (ru) 2013-06-13 2014-11-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Форэс" Способ изготовления микросферического наполнителя на основе вспученного перлита
WO2015184482A1 (de) 2014-06-05 2015-12-10 Binder + Co Ag Verfahren zur expansion von sandkornförmigem rohmaterial
US20170107147A1 (en) 2014-06-05 2017-04-20 Binder + Co Ag Method for expansion of sand grain-shaped raw material
WO2016191788A1 (de) 2015-06-03 2016-12-08 Binder + Co Ag Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines geblähten granulats
RU2017125280A (ru) * 2017-07-14 2019-01-15 Владимир Владимирович Курносов Способ получения пористого заполнителя
RU2664990C1 (ru) 2017-08-17 2018-08-24 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Способ изготовления полых микросфер из вспучивающегося порошкового материала

Also Published As

Publication number Publication date
EP3943465A4 (en) 2022-12-21
RU2719466C1 (ru) 2020-04-17
EP3943465A1 (en) 2022-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5558822A (en) Method for production of spheroidized particles
US3954390A (en) Method for producing aggregate used in hardening compositions, predominantly concretes, a fluidized-bed kiln for calcining mineral stock by means of same method, and an aggregate produced by same method
JPS6086062A (ja) 膨張鉱物質材料の製法及び製造装置
WO2020171741A1 (ru) Способ получения полых гранул из неорганического сырья и устройство для его осуществления
US3010177A (en) Method of manufacturing porous refractory insulating materials
EP0815061B1 (en) Method and device for melting recycled silicate starting materials
US3544090A (en) Kiln for making cement clinker
US6244860B1 (en) Apparatus and process for producing perlite
RU2664990C1 (ru) Способ изготовления полых микросфер из вспучивающегося порошкового материала
CN105645419A (zh) 一种超低热膨胀系数堇青石结构材料的工业化生产方法
US4508667A (en) Manufacture of highly porous refractory material
US2550877A (en) Method of heat expanding perlite while wiping furnace interiors
CN209937243U (zh) 一种干法制备蓄水陶土的生产线
CA1180854A (en) Method and apparatus for heating particulate material
RU2452704C2 (ru) Способ получения полуфабриката для изготовления строительного материала
CN214569113U (zh) 水泥生产用电石渣输送装置
AU642712B2 (en) Cement shaft suspension furnace and process
JPS6224370B2 (ru)
Shekhovtsov et al. Morphology Spherical Particles Obtained Processing Agglomerates of Silicate Composition on Plasma Jet
JP5236548B2 (ja) 超軽量材の製造方法
JPH0397643A (ja) 超軽量骨材を製造する方法および装置
RO119612B1 (ro) Procedeu pentru realizarea de topituri silicatice spumate şi instalaţie pentru aplicarea acestuia
WO2022131961A1 (ru) Устройство для термообработки неорганических порошковых материалов
JP2002274906A (ja) 人工骨材原料の調整方法
JP2001278646A (ja) 焼成発泡微細粒の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20760311

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020760311

Country of ref document: EP

Effective date: 20210921