способ получения барийсодержащей шихты для лицевого кирпича

Формула изобретения

Способ получения барийсодержащей шихты для лицевого кирпича, включающий одновременную подачу в глиномешалку сухой шихты и барийсодержащей суспензии, которую предварительно приготавливают и перемешивают при температуре не менее 90^o в смесительной емкости, и последующее прохождение барийсодержащей шихты через комплекс глиноперерабатывающих машин, отличающийся тем, что подачу барийсодержащей суспензии в глиномешалку осуществляют из замкнутого контура, в котором ее поддерживают в суспензионном состоянии путем создания постоянного турбулентного потока суспензии по этому контуру при температуре не менее 40^o.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к производству строительных материалов, а именно к технологии получения шихты с барийсодержащими добавками для стеновых керамических изделий, устраняющими высолы на поверхностях готовых изделий, и может быть использовано при производстве лицевого кирпича для применения в наружных стенах жилых, промышленных и культурно-бытовых зданиях.

Известен способ получения барийсодержащей шихты для лицевого кирпича из красножгущихся легкоплавких глин, включающий подачу глиняной массы в глиномешалке, приготовление раствора гидрата окиси бария (смешение технического гидрата окиси бария Ba (OH₂.8H₂O с водой), перемешивание пропеллерной мешалкой, нагревание раствора до температуры 90^oC и его введение из промежуточной емкости в глиномешалку с глиномассой с помощью центробежного насоса, при этом раствор гидрата окиси бария вводя в глиномассу в начале технологической линии в количестве 0,5% от веса глиномассы [1]

Известен также способ получения барийсодержащей шихты для лицевого полнотелого кирпича, включающий приготовление водной суспензии углекислого бария при температуре 85-90^oC (смешение технического BaCO₃ с водой) и перемешивание в баке с пропеллерной мешалкой и устройством для барботирования паром, перепускание суспензии в распределительный бак и подачу ее самотеком из бака на транспортер с глиномассой [2]

Известен также наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу способ получения барийсодержащей шихты для лицевого кирпича, включающий подачу шихты (глиномассы) в глиномешалку (лопастной смеситель), приготовление барийсодержащей суспензии, ее перемешивание и барботирование паром в рабочей емкости и одновременную подачу готовой суспензии в глиномешалку с глиномассой, при этом в качестве барийсодержащей суспензии используют смесь водных растворов гидрата окиси бария и углекислого бария в суммарном количестве 0,5-1 мас. а суспензию готовят при температуре не менее 90^oC [3]

Во всех вышеуказанных способах введение в глиномассу лицевого кирпича барийсодержащей добавки раствора гидрата окиси бария, как в [1] или барийсодержащей суспензии (BaCO₃) в [2] и их смеси в [3] обеспечивает связывание растворимых сернокислых солей щелочных и щелочноземельных металлов, содержащихся в глине, в нерастворимую соль бария, что устраняет диффузию водного раствора этих солей к поверхности сырца кирпича в процессе сушки и обжига, и, как следствие, предотвращает появление высолов и пятен на лицевой поверхности обожженного кирпича, резко ухудшающих внешний вид зданий и сооружений. Кроме того, введение указанных добавок в данную глиномассу лицевого кирпича, кроме повышения его качества, также позволяет расширить сырьевую базу за счет использования широко распространенного глинистого сырья, содержащего водорастворимые сернокислые соли.

Недостатком прототипа и всех вышеуказанных способ является необходимость поддержания высокой температуры барийсодержащей суспензии в процессе приготовления барийсодержащей шихты для обеспечения требуемой степени перемешивания ее с глиномассой, что приводит к увеличению энергоемкости и выделению вредных аэрозолей в окружающую среду, а также прерывание техпроцесса при приготовлении новой порции суспензии в смесительной емкости.

Кроме того, все вышеуказанные способы для лучшего смешения суспензии с глиномассой требуют размещения установки для приготовления (токсичной) барийсодержащей суспензии в непосредственной близости к глиномешалке. Все это приводит к ухудшению экологии вокруг обслуживающего персонала и увеличению энергоресурсов.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение энергоресурсов, за счет исключения необходимости поддержания высокой температуры суспензии в процессе приготовления барийсодержащей шихты, а также улучшение экологии (окружающей среды) за счет возможности размещения установки приготовления барийсодержащей суспензии в безопасном для обслуживающего персонала месте и снижение температуры готовой суспензии.

Технический результата достигается тем, что в способе получения барийсодержащей шихты для лицевого кирпича, включающем одновременную подачу в глиномешалку сухой шихты и барийсодержащей суспензии, которую предварительно приготовляют и перемешивают при температуре не менее 90^oC в смесительной емкости, и последующее прохождение барийсодержащей шихты через комплекс глиноперерабатывающих машин, согласно изобретению в процессе приготовления барийсодержащей шихты барийсодержащую суспензию, приготовленную в смесительной емкости, подают в образованный трубопроводом и отдельной расходной емкостью замкнутый контур, в котором одновременно осуществляют дополнительное перемешивание и принудительную циркуляцию, при температуре на менее 40^o.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема реализации предлагаемого способа.

Схема содержит смесительную (рабочую) емкость 1 для приготовления барийсодержащей суспензии, соединенную с бойлером 2 и расходной емкостью 3, соединенной с глиномешалкой 4 через подающий трубопровод 5. Подающий трубопровод 5 имеет участок 6 для возврата суспензии в расходную емкость 3, который вместе с трубопроводами 5, 9 и расходной емкостью 3 образует замкнутый контур для циркуляции барийсодержащей суспензии.

Расходная емкость 3 снабжена пропеллерной мешалкой 7, тенами 8 и сливным трубопроводом 9 с вентилем 10, который соединен с насосами 11 и вентилями 12 и 13. При этом подающий трубопровод 5 имеет электромагнитные вентили 14 и 15, а отводящий участок 6 трубопровода 5 снабжен вентилем 16.

Смесительная емкость 1 соединена с бойлером 2 трубопроводом 17 с вентилем 18, а с расходной емкостью 3 через глубинный насос 19 и трубопровод 20 с вентилем 21. Трубопровод 20 имеет отводящий участок 22 с вентилем 23. Бойлер 2 также снабжен трубопроводами 24 и 25 с вентилем 26 соответственно для подача пара и холодной воды, а также температурным датчиком 27, манометром 28 и предохранительным клапаном 29.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Порцию воды, находящуюся в бойлере 2, подогревают трубопроводом 24 до заданной температуры 90^oC, затем нагретую воду по трубопроводу 17 и через вентиль 7 сбрасывают в смесительную емкость 1. Сброс горячей воды из бойлера 2 в смесительную емкость 1 осуществляют путем подачи холодной воды в бойлер 2 по трубопроводу 25 через вентиль 26. Холодная вода, поступая снизу в бойлер 2, выдавливает из него горячую воду. Окончание процесса подачи холодной воды определяют по датчику температуры 27, после чего перекрывают вентиль 26.

Одновременно в смесительную емкость 1 загружают барийсодержащую добавку (в виде порошка) с учетом обеспечения требуемой концентрации.

Перемешивание водной суспензии в рабочей емкости 1 осуществляют с помощью глубинного насоса 19 путем ее перекачки из рабочей емкости 1 и обратно по участку 22 трубопровода 20 при закрытом вентиле 21 и открытом 23. Перемешивание водной барийсодержащей суспензии в рабочей емкости 1 продолжают в течение 1 ч.

Затем перекрывают вентиль 23 и открывают вентиль 21 и с помощью того же глубинного насоса барийсодержащую суспензию перекачивают в расходную емкость 3. Расходную емкость 3 при закрытом вентиле 10 заполняют водной суспензией до заданного уровня, который контролируют с помощью специальной сигнализации, например сигнальной лампочкой (на чертеже не указана), и который не должен быть ниже уровня расположения тенов 8 расходной емкости 3. При достижении заданного уровня суспензии в расходной емкости 3 открывают вентиль 10, включают один из насосов 11, вентилей 12 и 13, и суспензия по подающему трубопроводу при открытых электромагнитных вентилях 15 и 14 поступает в глиномешалку 4. При этом вентиль 16 отводящего участка 6 трубопровода 5 постоянно открыт, а электромагнитный вентиль 14 и один из вентилей 15 сблокированы с циклическим режимом подачи глиномассы в глиномешалку 4.

Так как вентиль 16 постоянно открыт, то суспензия по подающему трубопроводу 5 частично идет в глиномешалку 4, а частично идет на возврат в расходную емкость 3 на уровне выше заданного уровня нахождения суспензии в расходной емкости 3.

В случае подачи из этого трубопровода 6 суспензии ниже заданного уровня нахождения ее в расходной емкости 3 может оказаться превышающим заданную величину давление, создаваемое насосом 11, и в трубопроводах 5 и 6 циркуляция суспензии может прекратиться. При закрытии электромагнитных вентилей 15 и 14 подающего трубопровода 5 барийсодержащую суспензию также одним из насосов 11 перекачивают через открытый вентиль 16 в отводящий участок 6 трубопровода 5, по которому она вновь возвращается в расходную емкость 3, создавая непрерывную циркуляцию суспензии по замкнутому контуру: расходная емкость 3, подающие трубопроводы 5, 9, отводящий участок 6 и расходная емкость 3. Это обеспечивает поддержание суспензии во взвешенном состоянии в течение всего технологического процесса приготовления барийсодержащей шихты.

При подаче барийсодержащей суспензии в глиномешалку 4 смесительная емкость 1 работает периодически по мере понижения уровня в расходной емкости.

Пример.

Была получена барийсодержащая шихта по вышеуказанной схеме (см. чертеж) согласно заявляемому способу, по которому в качестве барийсодержащей добавки вводили водную суспензию углекислого бария (по расчетам авторов) в количестве 0,23 мас. шихты при общем расходе сырья, то есть технического углекислого бария (BaCO₃) 174 кг.

Горячую воду из бойлера емкостью 5 м³ в количестве 4 м³ подавали в смесительную емкость объемом V 7 м³ и добавляли карбонат бария (технический) из расчета 10 кг на 1000 штук кирпичей. Для приготовления 4 м³ суспензии, по расчетам авторов, необходимое количество карбоната бария технического составило 174 кг.

Для приготовления глиномассы на 1000 штук кирпичей согласно рецептуре в глиномешалку подавалось 3,17 т глины и 1,07 т песка, а также 0,23 м³ воды для придания рабочей влажности глиномассе. При этом вода вводилась в глиномассу в виде барийсодержащей суспензии. Температура суспензии на входе глиномешалки составила 40^oC.

В смесительной емкости требуемая равномерность распределения частиц карбоната бария в суспензии достигалась с помощью глубинного насоса и нагреванием до температуры 90^oC.

Приготовленную в смесительной емкости суспензию перекачивали в расходную емкость объемом 32 м³ до заданного уровня, где ее также перемешивали пропеллерной мешалкой. Одновременно дополнительно по замкнутому контуру, образованному трубопроводом и расходной емкостью, осуществляли циркуляцию суспензии для обеспечения постоянного нахождения частиц карбоната бария во взвешенном состоянии в суспензии, необходимого для равномерного распределения барийсодержащей суспензии в глиномассе, и подавали последнюю в глиномешалку.

Указанная температура приготовления барийсодержащей суспензии (90^oC) мало влияет на растворение углекислого бария в воде и необходима для создания условий турбулентного режима подачи барийсодержащей суспензии в глиномешалку.

Согласно расчетам авторов, растворимость углекислого бария (BaCO₃) при комнатной температуре составляет 22 мг/л, а при 90^oC 65 мг/л. В данном примере способа при использовании 230 л воды на получение глиномассы на 1000 штук кирпичей в растворенном состоянии из вносимых 10 кг сухого углекислого бария растворимость BaCO₃ составит при температуре 20^oC 5,06 мг, или 0,00506 кг, а при температуре 100^oC 14,95 мг или 0,01495 кг.

Введение циркуляции суспензии по вышеуказанному замкнутому контуру обеспечивает поддержание нахождения последней в турбулентном режиме. Это обусловлено тем, что, как следует из [5] мерой соотношения между силами вязкости и инерции в движущемся потоке является критерий Рейнольдса (Re). По его величине можно судить о режиме движения жидкости. Как известно, при струйчатом или ламинарном движении все частицы движутся по параллельным траекториям. Чтобы вся масса жидкости в целом перемешивалась в суспензию, необходим турбулентный режим. В турбулентном потоке происходят пульсации скоростей, под действием которых частицы жидкости, движущиеся в главном (осевом) направлении, получают также поперечные перемещения, приводящие к интенсивному перемешиванию потока по сечению.

Верхний предел критического числа Re в случае трубы круглого сечения при переходе к турбулентному режиму равен 13800.

В нашем случае число Re определяется из уравнения



где w скорость движения жидкости в трубопроводе для нагнетательных насосов 1,3-3 м/с;

d диаметр трубопровода 0,076 м;

r проточность воды при температуре ведения технического процесса - 997 кг/м³;

m вязкость воды при температуре 40^oC 0,00656 пз (н.сек/м²).

Значение числа Рейнольдса лежит в пределах 15015-34534, что указывает на турбулентный режим движения жидкости.

Как следует из вышеизложенного, определяющим параметром является величина вязкости m. Из приведенных расчетов видно, что при создании циркуляции суспензии по замкнутому контуру с одновременным перемешиванием ее в расходной емкости температура, необходимая для равномерного нахождения частиц во взвешенном состоянии, может быть снижена до 40^oC по сравнению с температурой для поддержания суспензии во взвешенном состоянии (90^oC) в смесительной емкости.

После перемешивания барийсодержащей шихты в глиномешалке ее подавали на другой комплекс глиноперерабатывающих машин, например двухвальный лопастной смеситель или бегуны мокрого помола.

Изготовленные из полученной барийсодержащей шихты кирпичи согласно предлагаемому способу не имели на лицевой поверхности каких-либо высолов или пятен.