Способ диспергирования глинистых материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 2 8 с 59 В 02 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ льгинаевого Крас ка пол с. 191СССР 1981 ных с МеЙ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Московский ордена Трудого Знамени горный институт.(54) (57)ГЛИНИС СПОСОБ ДИСПЕРГИРОВАНИЯ ТЫХ МАТЕРИАЛОВ путем воз буждения низкочастотных акустических колебаний в глиняном шлнкере до образования равновесных слоев газовых пузырьков с последующим введением.в них горючей газовой смеси и ее зажиганием, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности диспергирования, акустические колебания возбуждают в полосе частот, вызывающей режим биения фаз минимального и максимального давлений, при этом горючую газовую смесь вводят с частотой биений в фазах минимального давления и адиабатически сжимают до ее взрывного самовоспламенения с частотой биений в фазах максимального давления,Изобретение относится к керамическойпромышленности и может баь использованодля диспергирования глины, приготовления шликера и гомогенизации сырья.Кроме того, предполагаемое изобретение может быть использовано в обогащении для промывки полезных ископаемых, для измельчения связных горных пород, для раскрытия минеральных зерен и подготовки пульпы к флотации, а также в химичесн Р1 О кои, текстильнои и лакокрасочной отраслях промышленности для интенсификации процессов перемешивания, растворения, экстра кции, выщелачивания и эмульгирования.Известен способ диспергирования гли 15 нистых материалов путем возбуждения низкочастотных акустических колебаний в жидкости при подаче в нее материала 1.Этот способ обладает низкой эффективностью и применим лишь для диспергирова ния малопластичных глинистых материалов с коагуляционным типом структурных связей.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ дис 25 пергирования глинистых материалов путем возбуждения низкочастотных акустических колебаний в глиняном шликере до образования равновесных слоев газовых пузырьков с последующим введением в них горючей газовой смеси и ее зажиганием 21. ЗпНедостатком известного способа является сравнительно невысокая эффективность процесса диспергирования, обусловленная тем, что длина ударных волн, образующихся при электроискровом зажигании горючей газовой смеси, намного больше размеров кусков материала и они, испытывая всестороннее сжатие разрушаются медленно.Для диспергирования материалов требуется многократное электроискровое зажигание горючей газовой смеси, а каждое 4 б ее взрывообразное горение, сопровождающееся образованием ударных волн и расширением зоны сгорания, приводит к выбиванию материала вместе с водой вверх, в результате чего процесс диспергирования замедляется. Вместе с этим макровзрывы, воздействуя на возбудитель низкочастотных акустических колебаний, нарушают режим его работы и быстро выводят его из строя, Кроме того, известный способ обладает высокой энергоемкостью, обусловленной необходи мостью возбуждения низкочастотных акустических колебаний с высокими колебательными ускорениями, достигающими 15 - 20 д, для образования и удержания в жидкофазной среде равновесных слоев газовых пузырьков, без существования которых дан ный способ неосуществим. При электроискровом зажигании пузырьков горючей газовой смеси не происходит их полного сгорания из-за вымывания части пузырьков колебаниями жидкости из зоны электроискрового разряда и выбрасывания их из этой зоны ударной волной, в результате чего имеют место непроизводительные затраты горючей гозовой смеси,Цель изобретения - повышение эффективности процесса диспергирования,Указанная цель достигается тем, что согласноспособу диспергирования глинистых материалов путем возбуждения низкочастотных акустических колебаний в глиняном шликере до образования равновесных слоев газовых пузырьков с последующим введением в них горючей газовой смеси и ее зажиганием, акустические колебания возбуждают в полосе частот, вызывающей режим биения фаз минимального и максимального давлений, при этом горючую газовую смесь вводят с частотой биений в фазах минимального давления и адиабатически сжимают до ее взрывного, самовоспламенения с частотой биений в фазах максимального давления На чертеже схематически изображено устройство для осуществления способа.Устройство содержит рабочую камеру 1, загрузочное 2 и разгрузочное 3 приспособления. Рабочая камера 1 состоит из системы последовательно установленных возбудителей 4 низкочастотных акустических колебаний, каждый из которых включает в себя излучающую поверхность 5, например мембрану или поршень, связанную тягой 6 с виброприводом 7. Напротив каждой из-, лучающей поверхности 5 установлен компенсирующий ответный гибкий элемент 8, например поршень или мембрана, с ограничением смещения по высоте. Между смежными возбудителями 4 низкочастотных акустических колебаний установлены газораспределительные модули 9, полости 10 которых посредством трубопроводов 11 соединены с источником 12 горючей газовой смеси. В полостях 10 установлены управляемые клапаны 13, перекрывающие газораспределительные окна 14.Способ осуществляется следующимобразом,Материал подается в предварительно заполненную водой рабочую камеру 1 посредством загрузочного приспособления 2. От виброприводов 7 посредством тяг 6 возбуждают низкочастотные акустические колебания излучающих поверхностей 5 с разными, но близкими частотами, такими, что если Ю - частота колебаний одной излучающей поверхности, а М - частота колебаний другой излучающей поверхности, смежной с ней, то обязательно должны выполняться соотношения ( ЪК - Ю, )(сс( фи / Мм ЮЯ / лВыбор частот У 1, и 412 определяется техническими характеристиками вибропривода. В случае использования электрогидравлического вибропривода ЭГВ/100, диапазон частот составляет 4-100 Гц.Низкочастотные акустические колебания5 излучающих поверхностей 5 трансформируются в низкочастотные акустические колебания жидкофазной среды, заполняющей объем рабочей камеры 1, и поскольку эта среда на низких частотах несжимаема, в ко лебательное движение приходят и верхние компенсирующие ответные гибкие элементы 8. При этом объем жидкофазной среды, находящейся между каждой парой излучающих поверхностей 5 и компенсирующих элементов 8, совершает колебания в вертикальном направлении.Возбуждение низкочастотных акустических колебаний с разными, но близкими частотами, приводит к возникновению в объеме жидкофазной среды биений. Если Ъ 4 - частота колебаний, возбуждаемых одной излучающей поверхностью 5, а И, - частота колебаний, возбуждаемых другой излучающей поверхностью 5, смежной с ней, то биения, происходят с частотой ЪЧ равной 25т гт Ю - Жло -2При колебании одной излучающей поверхности 5 с большей частотой, чем частота колебаний поверхности 5, смежной с ней, с течением времени изменяется их разность 30 фаз: от минимальной, когда фазы близки или совпадают, т.е. когда они колеблются в одной фазе, до максимальной, т.е. когда они колеблются в противофазе.В случае, когда излучающие поверхности 5 колеблются в противофазе, жидкофаз ная среда совершает не только вертикальные, но и горизонтальные колебания, так как движению одной излучающей поверхности 5 вверх соответствует движение смежной с ней излучающей поверхности 5 вниз и амплитуда колебательнои скорости в го40 ризонтальном направлении максимальна. Максимальной амплитуде колебательной скорости в области между смежными излучающими поверхностями 5, т.е. в области газораспределительных модулей 9, соответ ствует минимальное давление.В этой части колебательного цикла в жидкофазную среду через газораспределительные окна 14 от источника 12 горючей газовой смеси вводят в виде пузырьков горючую газовую смесь, объем которой зависит50 от характера материала и соотношения Т:Ж. Минимальное давление при максимальной амплитуде колебательной скорости обеспечивает диспергирование крупных пузырьков на мелкие и равномерное их распределение 55 по объему жидкофазной среды.Введение в жидкофазную среду пузырьков горючей газовой смеси прекращают как только начнется рассогласование противофазного колебания смежных излучающих поверхностей 5.Период противофазного колебания смежных излучающих поверхностей 5, т.е. период максимальной амплитуды колебательной скорости и соответственно минимального давления биений, сменяется периодом колебаний, когда их разность фаз равна нулю, т.е. излучающие поверхности 5 колеблются в одной фазе. В этом случае жидкофазная среда совершает лишь вертикальные колебания, горизонтальные колебания при этом отсутствуют. За счет несжимаемости жидкофазной среды в колебательное движение приходят верхние компенсирующие гибкие элементы 8. Ограниченное их смещение устраняет трансформациюдвижения излучающих поверхностей 5 в движение жидкофазной среды, при этом в ней резко возрастает давление, т.е. в этом случае имеет место минимальная амплитуда колебательной скорости и максимальное давление, Таким образом, в режиме биения происходит чередование фаз минимального и максимального давлений.В этой части колебательного цикла при резком повышении давления производят адиабатическое сжатие пузырьков горючей газовой смеси до момента их взрывного самовоспламенения.При адиабатическом сжатии пузырьков горючей газообразной смеси происходит резкое увеличение температуры, при достижении определенного для каждого вида горючей газовой смеси значения которой, происходит ее самовоспламенение, носящее характер микровзрыва. При микровзрывах пузырьков горючей газовой смеси в жидкости возникают высокоамплитудные ударные волны, мощные микропотоки жидкости, высокотемпературные тепловые импульсы. Непосредственное действие микровзрывов на взвешенный в жидкости за счет низкочастотных акустических колебаний глинистый материал приводит к его диспергированию за счет разрушения структуры микроударными волнами с амплитудой давления, превышающей предел прочности материала, образования микро- и макротрещин, по которым вода проникает внутрь структуры материала и, являясь проводником давления, разрывает его структуру изнутри. Кроме того, мощные микропотоки размывают поверхностные слои материала, а тепловые импульсы вызывают ослабление прочности структуры глинистого материала, особенно материалов с кристаллизационными и цементационными структурными связями, за счет термоупругих напряже-, ний.Наличие в жидкофазной среде пузырьков горючей газовой смеси делает ее более1119729 Составитель В. ГубаревТехред И. Верес Корректор М. МаксимишинецТираж 615 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Редактор Н. ЯцолаЗаказ 7511/6 сжимаемой, за счет чего в ней формируется акустические волны и возникает их интерференция, приводящая к дополнительному диспергированию глинистых материалов за счет их размывания и тиксотропного разупрочнения.Продиспергированный глинистый материал выводится из рабочей камеры 1 посредством разгрузочного приспособления 3 и подается на дальнейшую переработку.Пример, Способ осуществляется в устройю стве, представляющем собой рабочую камеру в виде трех последовательно установленных возбудителей низкочастотных акустических колебаний, каждый из которых состоит из вибропривода электрогидравлического 15 типа ЭГВ/100, штока и излучающего поршня. Напротив каждого излучающего поршня закреплен компенсирующий гибкий элемент в виде армированной резинокордной мембраны, а между смежными излучающими поршнямй, установлены газораспределительные модули. Полости газораспределительных модулей соединены с источником горючей газовой смеси и связаны с полостью рабочей камеры посредством газораспределительных отверстий, в которых уста новлены управляемые электромагнитные клапаны искробезопасного исполнения.Источник горючей газовой смеси содержит баллоны с пропаном и кислородом, соединенные через редуктор со смесителем, выполненным в виде вихревой камеры.Электрогидравлический вибропривод ЭГВ/100 позволяет возбуждать колебания излучающих поршней в частотном диапазоне 4-100 Гц. Частоты колебаний Ж, ЪЬаи Юз смежных излучающих поршней выбираются такими, чтобы частоты биений равныем д - 4в 1яг Чз Ж 2ЖвЛне превышали частоты срабатыванияуправ ляемых электромагнитных клапанов, которая составляет 6-8 Гц.Исследования проводятся на частотах соответственно ЪК = 10 Гц, ъ, = 18 Гц и 7 з =26 Гц. Частота биений между первыми 45 двумя излучающими поршнями и между вторым и третьим составляет 4 Гц. Биений между первым и третьим излучающими поршнями не происходит,Биения сопровождаются резким увеличением и уменьшением амплитуды колебаний излучающих поршней. Увеличению амплитуды соответствует падение давления до 0,1 - 0,2 кг/см 2, а уменьшение амплитуды - увеличение давления до 16 кг/см 2.В рабочую камеру, заполненную водой, подается глинистый материал (кудиновская глина Сало с числом пластичности 34 и предельным напряжением сдвига 1,8 кг/см 2) в виде отдельностей с размерами до 120 мм. В фазах минимального давления в жидкофазную среду вводят пузырьки горючей газовой смеси (смесь пропан-воздух стехиометрического состава при соотношении компонентов 1:5), Объем вводимой горючей газовой смеси составляет 4%-8% от объема жидкофазной среды. Частота введения водяного пара или горючей газовой смеси составляет 4 Гц. При повы 1 нении давления до 0,8 - 1 кг/см закрытием электромагнитных клапанов прекращают подачу горючей газовой смеси в объем жидкофазной среды.С такой же частотой в фазах высокого давления производят взрывное самовоспламенение газовых пузырьков.Эффективность диспергирования глинистого материала определяется по двум показателям: по времени полного диспергирования отдельностей глины н по размеру агрегатов глинистых частиц.При воздействии низкочастотных акустических колебаний, время полного диспергирования глины составляет 5-6 мин, а размер агрегатов глинистых частиц составляет 100 - 120 мкм. При введении пузырьков горючей газовой смеси время полного диспергирования глины составляет 20-30 сек, а размер глинистых частиц равен 1-4 мкм.Эффективность предлагаемого способа обеспечивает производительность 120 т/час при тех же габаритах устройства, что и в известном способе, обеспечивающем производительность до 40 т/час и степень дисперсности частиц 100 - 160 мкм. Кроме того, энергоемкость процесса диспергирования уменьшается с 0,8 квт/т до 0,4 квт/т. Испльзование предлагаемого способа диспергирования материалов обеспечивает по сравнению с известным способом высокую производительность, высокое качество и низкую энергоемкость процесса диспергирования. Кроме того, пояляется возможность применения устройства для диспергирования материалов с широким диапазоном прочностных свойств: от глинистых материалов до скальных горных пород и возможность оперативного управления эффективностью процесса диспергирования.