Способ измельчения минеральных порошкообразных материалов и устройство для его осуществления

 

Использование: в технике измельчения минеральных порошкообразных материалов, имеющих полиморфные переходы, например, песка. Сущность изобретения: способ измельчения основан на изменениях в структуре минерала при переходе его температуры через точку полиморфного превращения. Материал нагревают выше точки полиморфного перехода, пропуская через проточную печь, и затем охлаждают ниже этой точки, воздействуя распыленной водой. Возникающая в этом процессе теплота используется для предварительного нагрева минерального порошкообразного материала и воды перед распылением. Устройство для измельчения минеральных порошков включает проточную печь и жидкостные распылители. Для предварительного подогрева минерального порошка служит бункер-подогреватель, через теплообменные трубы которого проходит паровоздушная смесь. Бак-сепаратор служит для подогрева воды и подачи ее на жидкостные распылители, а также для конденсации паров и отделения воздуха из паровоздушной смеси. 5 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к технике измельчения материалов, в частности к измельчению минеральных порошкообразных материалов, имеющих полиморфные превращения, и может быть использовано в производстве строительных материалов и в других областях.

Известен способ измельчения минеральных материалов, имеющих полиморфные переходы, согласно которому порошкообразный материал нагревают выше точки полиморфного перехода, затем этот материал охлаждают до температуры, лежащей ниже точки полиморфного перехода.

Для реализации известного способа применяют устройство, включающее нагреватель и охладитель.

Недостатком известных способа и устройства является недостаточная скорость процесса, связанная с его цикличностью и с затратами времени на вспомогательные операции (загрузка в печь порошкообразного материала и выгрузка его).

Цель изобретения разработка способа и устройства для измельчения порошкообразного материала, имеющего полиморфные переходы, позволяющих ускорить процесс.

Цель достигается тем, что в способе измельчения минерального порошкообразного материала путем его поочередного нагревания выше температуры полиморфного перехода и затем охлаждения его ниже этой температуры, нагрев осуществляют непрерывным пропусканием материала через проходную печь, а охлаждение воздействием распыленной жидкости на минеральный порошкообразный материал, выходящий из проходной печи.

Кроме того, охлаждающую жидкость перед распылением нагревают до температуры, близкой к ее точке кипения.

Кроме того, предварительный подогрев материала и охлаждающей жидкости осуществляют теплом паровоздушной смеси, образующейся в зоне распылителей жидкости.

Эта же цель достигается тем, что в устройстве для измельчения минерального порошкообразного материала, имеющего полиморфные превращения, включающем нагреватель и охладитель, нагреватель выполнен в виде проходной печи, а охладитель в виде жидкостных распылителей.

Кроме того, устройство для измельчения минеральных порошкообразных материалов имеет загрузочный бункер-подогреватель с теплообменными трубками.

Кроме того, устройство для измельчения минеральных порошкообразных материалов имеет бак-сепаратор, сообщающийся посредством труб с теплообменником и жидкостными распылителями.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена схема устройства.

Пример конкретного осуществления способа и устройства, подтверждающий возможность осуществления изобретения, выбран из следующих соображений. В производстве строительных материалов перспективно применение измельченного песка, позволяющее заметно повысить качество строительных изделий. Широкое применение такой технологии сдерживается отсутствием достаточно эффективных технических средств и способов измельчения песка.

Основная часть песка зерна кварца (песчинки), содержащие небольшие вкрапления других минералов. Песчинки имеют поры, трещины. Кварц имеет ряд модификаций, при определенных условиях переходящих друг в друга. Наибольший интерес представляет полиморфный переход при 573^oC, при котором устойчивый при обычных условиях кварц, имеющий кристаллы призматической формы и плотность 2,65, переходит в кварц гексагональной структуры и плотностью 2,53. В качестве охлаждающей жидкости выбрана вода, что объясняется ее доступностью и достаточно высокой теплотой испарения.

В корпусе 1 размещены бункер-подогреватель 2, воронка 3, образующая со стенками корпуса 1 кольцевую камеру 4, проходная печь, состоящая из вертикальной электронагревательной спирали 5, экрана-отражателя 6 и регулятора 7, и жидкостные распылители 8 пневматического типа (трубопроводы, подводящие сжатый воздух к распылителям, на схеме не показаны). В нижней части корпус 1 переходит в бункер-накопитель 9. Через бункер-подогреватель 2 проходит теплообменные трубы 10, сообщающиеся с проточной печью и кольцевой камерой 4. В нижней части бункера-подогревателя 2 имеется горловина с задвижкой 11. Снаружи корпус 1 покрыт теплоизоляцией 12. Бак-сепаратор 13 с воздушником 14 и уровнемером 15, трубопроводом 16, имеющим запорный вентиль 17, сообщается с жидкостными распылителями 8. В баке-сепараторе 13 установлен барботер 18, трубопроводом 19 сообщающийся с кольцевой камерой 4. на трубопроводе 19 имеется регулятор 20 и редукционный клапан 21. Над баком-сепаратором 13 находится емкость 22 с трубой 23, входящей вовнутрь бака-сепаратора. Нижний обрез трубы 23 находится на высоте оптимального уровня в баке-сепараторе 13. В бункере-подогревателе 2 и в баке-сепараторе 13 имеются термометры (на схеме не показаны).

Устройство работает следующим образом.

Исходное положение: бункер-подогреватель 2 заполнен песком, бак-сепаратор 12 водой до уровня нижнего обреза трубы 23, запорный вентиль 17 и задвижка 11 закрыты. Для установления рабочего режима подают напряжение на электронагревательную спираль 6 и сжатый воздух на распылители 8. Воздух, выйдя из распылителей и поднимаясь через проточную печь, нагревается и, проходя через бункер-подогреватель 2 и бак-сепаратор 13, отдает тепло песку и охлаждающей воде.

При достижении в бункере-подогревателе 2 температуры песка, близкой к его точке полиморфного перехода (оптимальное значение этой температуры устанавливается при наладке установки) и в баке-сепараторе 13 температуры воды, близкой к ее точке кипения, открывая вентили 17, подают порошкообразный материал в проходную печь. После этого порошкообразный материал во время работы устройства постоянно подают в воронку 3, из которой он поступает в бункер-подогреватель 2, где подогревается паровоздушной смесью, проходящей через теплообменные трубы 10. Из бункера-подогревателя 2 песок движется через проходную печь, где нагревается до температуры, превышающей его точку полиморфного перехода. Выйдя из проходной печи, песок подвергается воздействию распыленной распылителями воды, нагретой до температуры, близкой к точке кипения. Капельки воды, отнимая тепло песчинок, испаряются. Песчинки быстро охлаждаются до температуры ниже точки полиморфного перехода и за счет быстрого изменения кристаллической структуры в них возникают механические напряжения, приводящие к возникновению трещин и разломов в песчинках. Далее песчинки поступают в бункер-накопитель 9. Регулятор 7 обеспечивает температуру песка, выходящую из проходной печи, превышающую точку полиморфного перехода примерно на 50^oС, отключая питание электронагревательной спирали 5 при превышении этой температуры. Паровоздушная смесь из теплообменных трубок 10 поступает в кольцевой канал 4, откуда по трубопроводу 19 подается на барботер 18. Пузырьки паровоздушной смеси, выйдя из барботера 18, движутся вверх через слой воды в баке-сепараторе 13. При этом пары воды конденсируются подогревая и пополняя воду, находящуюся в баке-сепараторе 13, а воздух уходит через воздушник 14. Регулятор 20 поддерживает температуру воды в баке-сепараторе 13 на 3 - 5^oC ниже точки кипения. Если температура воды поднимается выше этих величин, регулятор 20 перекроет трубопровод 19 и паровоздушная смесь направится в атмосферу через редукционный клапан 21. По трубопроводу 16 вода из бака-сепаратор 13 поступает на распылители 8. Если уровень воды в баке-сепараторе 13 опускается ниже нижнего обреза трубы 23, из емкости 22 по трубе 23 начнет самотеком поступать вода в бак-сепаратор 13 до тех пор, пока уровень воды не поднимется до нижнего обреза трубы 23.

По предлагаемому способу измельчения минерального порошкообразного материала, имеющего полиморфные переходы, выполняют следующие операции: предварительный подогрев песка, поступающего на измельчение; пропускание песка через проходную печь, в результате чего песок нагревается до температуры, превышающей точку полиморфного перехода; охлаждение песчинок распыленной водой до температуры ниже точки полиморфного перехода, при этом в результате изменения кристаллической структуры и плотности вещества песчинок возникают механические напряжения, приводящие к трещинам и разломам в песчинках.

При этом для предварительного подогрева измельчаемого материала и воды, подаваемой на распыление, используется паровоздушная смесь, образующаяся в зоне жидкостных распылителей.

Таким образом, предлагаемый способ и устройство основаны на непрерывной технологии и исключают затраты времени на вспомогательные операции (загрузка материала в печь и выгрузка его), что позволяет ускорить процесс. За счет утилизации тепла, образующегося в процессе нагрева песка, сокращены затраты энергии. Процесс измельчения саморегулируемый, что дает возможность сократить затраты на обслуживание устройства.

Формула изобретения

1. Способ измельчения минеральных порошкообразных материалов, имеющих полиморфные превращения, включающий их нагрев выше точки полиморфного перехода с последующим охлаждением ниже точки полиморфного перехода, отличающийся тем, что нагрев материала осуществляют в проточном нагревателе, а охлаждение распыленной жидкостью.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что охлаждающую жидкость перед распылением нагревают до температуры, близкой к ее точке кипения.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что подогрев материала и охлаждающей жидкости осуществляют теплом паро-воздушной смеси, образующейся в зоне распылителей жидкости.

4. Устройство для осуществления способа по пп.1 3, включающее нагреватель и охладитель, отличающееся тем, что нагреватель выполнен в виде проходной печи, а охладитель жидкостных распылителей.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что имеет загрузочный бункер - подогреватель с теплообменными трубами.

6. Устройство по пп.4 и 5, отличающееся тем, что имеет бак-сепаратор, сообщенный посредством труб с теплообменником и жидкостными распылителями.

РИСУНКИ

Рисунок 1