способ обработки глин суббентонитовых

Формула изобретения

Способ обработки суббентонитовых глин, включающий смешивание суббентонитовой глины с добавкой, прокатку, формование заготовок, сушку в воздушном потоке и помол до заданных фракций, отличающийся тем, что в качестве добавки используют комплексную добавку, состоящую из натрийсодержащих солей в количестве до 2% от массы глины и окислов металлов, способствующих диспергированию, в количестве не менее 1% от массы глины, сушку заготовок проводят при 20-35^oС до влагосодержания 10-15% и увеличения их плотности в 1,6 раза.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к литейному производству, а также к металлургии (производство окатышей), нефтегазовой добыче (буровые растворы) и др.

В современных технологиях указанных отраслей используются в качестве связующих различные глинистые материалы, в первую очередь щелочные бентониты. Они обеспечивают в литейном производстве по физико-механическим показателям пределы прочности при сжатии, разрыве в зоне конденсации влаги и термическую устойчивость; при производстве окатышей - набухаемость; при приготовлении буровых растворов - выход раствора.

В Российской Федерации практически отсутствуют щелочные бентониты, обеспечивающие высокие требования технологических процессов. Но следует отметить, что Россия располагает большими запасами глин суббентонитовых, которые применять в современных технологиях не рекомендуется. Однако при соответствующей обработке, глины суббентонитовые приобретают свойства щелочных бентонитов.

Наиболее распространенным способом создания щелочной среды в гетерогенной системе глин суббентонитовых является их обработка натрийсодержащими солями.

Процесс обработки осуществляется в смесителях и глинорастирателях путем перемешивания и перетирания влажной глины с кальцинированной содой. Глинистая масса в виде комьев размером 20 - 50 мм подается в сушило. Температура топочных газов на выходе из сушила достигает 150^oС. Температура глинистой массы на выходе из сушила не должна превышать 110^oС, а влагосодержание - 15%. Высушенная глинистая масса путем дальнейших операций подвергается измельчению до заданных размеров. (Сафронов В.А. и др. Активация формовочных материалов, М., 1990, Машиностроительное производство. Сер. Технология и оборудование литейного производства. Обзор информации "ВНИИТЭМР", вып. 6, с. 7-16).

Известный способ обработки приемлем для повышения качества глин суббентонитовых применительно только к технологиям литейного производства в условиях автоматизированного и механизированного процессов изготовления отливок.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ обработки низкосортных бентонитов, включающий смешивание глины с кальцинированной содой, прокатку, сушку и помол. В исходный, доставленный из карьера бентонит, без дополнительного увлажнения вводят кальцинированную соду, смешивают их, а затем полученную смесь подвергают прокатке с удельным давлением 150-200 кгс/см² с целью получения пластин толщиной 10-15 мм, а затем полученные пластины бентонита превращают в гранулы диаметром 8-12 мм и высушивают их при температуре 300-350^oС. Процесс помола гранул осуществляется известными способами, например, в шаровых мельницах. (Патент РФ 2100129, МПК 6 В 22 С 1/00, 1/02, 27.12.97).

Недостатком известного способа обработки является существенное снижение прочностных свойств глинистых материалов при температуре сушки 300-350^oС, так как интенсивный процесс сушки сокращает время прохождения реакций замещения. (Карташов В.Т. и др. Изменение технологических свойств глин при термообработке // Литейное производство, 1989, 8, с. 17).

Низкосортный бентонит, обработанный указанным способом, имеет предел прочности при сжатии 0,85-0,9 кгс/см², предел прочности при разрыве в зоне конденсации влаги 0,022-0,026 кгс/см², термическую устойчивость 0,55-0,65 ед. Этот обработанный низкосортный бентонит рекомендован авторами для применения в литейном производстве.

Задачей изобретения является разработка способа обработки глин суббентонитовых путем определения добавок и создания условий для эффективного воздействия их на гетерогенные системы природных глин суббентонитовых с целью получения высококачественных универсальных глин.

Техническим результатом решения задачи является достижение требуемых технологических параметров:

- пределов прочности при сжатии, разрыве в зоне конденсации влаги;

- термической устойчивости;

- набухаемости;

- выхода раствора.

Технический результат достигается тем, что суббентонитовую глину смешивают с добавками, затем осуществляют ее прокатку, формуют заготовки, сушат их в воздушном потоке и мелят до заданных фракций, при этом в качестве добавки используют комплексную добавку, состоящую из натрийсодержащих солей в количестве до 2% от массы глины и окислов металлов, способствующих диспергированию, в количестве не менее 1% от массы глины, сушку заготовок проводят при 20-35^oC до влагосодержания 10-15% и увеличения их плотности в 1,6 раза.

Комплексная добавка при взаимодействии с гетерогенной системой глины суббентонитовой способствует образованию щелочной среды, в которой происходит гидролиз солей, образование гидроокислов, силикатов, алюминатов. Натрийсодержащие соли образуют щелочную среду, а окислы соответствующих металлов увеличивают общее количество гидроокислов, не растворимых в щелочной среде, и способствуют диспергированию системы.

Изменение доз компонентов комплексной добавки не повышает качество получаемого продукта, так как избыток натрийсодержащих солей повышает рН гетерогенной системы глины суббентонитовой, что приводит к образованию осадков некоторых гидроокислов, например, гидроокись магния при рН среды 10,5 ед. выпадает в осадок, а уменьшение дозы порошков окислов металлов, например окиси алюминия и окиси магния, снижает образование гидроокислов, не растворимых в щелочной среде, и степень диспергирования гетерогенной системы.

Медленное удаление влаги из заготовок при заданном температурном режиме обеспечивает создание оптимальных условий прохождения гидролиза натрийсодержащих солей и образования гидроокислов.

На чертеже представлена принципиальная схема обработки глин суббентонитовых.

На участке 1 природная глина суббентонитовая, поступающая с карьера, измельчается до размера кусков 20-30 мм. Влажность кусков должна быть не менее 42-45%.

Предварительно подготовленная глина и комплексная добавка дозатором 2 и устройством 3 подаются в систему 4, где происходит интенсивное равномерное распределение комплексной добавки по всему объему глины до пастообразного состояния с формованием и выдачей заготовок. Система 4 состоит из устройств типа экструдеров или вибрационных установок.

Порошки натрийсодержащих солей и окислов металлов находятся в бункерах 5 и 6.

Полученные заготовки подаются в проходную сушильную камеру 7, где в воздушном потоке при 20-35^oС в заготовках происходят процессы гидролиза натрийсодержащих солей, образование щелочной среды, гидроокислов, силикатов, алюминатов и медленного удаления влаги до 10-15% со значительным изменением плотности глины в сторону увеличения (плотность глины при влажности 42-45% составляет 1,5 г/см³, а при влажности 10-15% - 2,2 - 2,4 г/см³).

На участке 8 происходит помол заготовок до требуемой фракции.

Пример состава комплексной добавки, % от массы глины:

Сода кальцинированная - Не более 1,7

Гидрокарбонат натрия - Не более 0,3

Окись магния в виде порошка магнезитового каустического марки ПМК-90 - Не менее 0,5

Окись алюминия в виде глинозема марки Г-0 - Не менее 0,5

Полученный продукт по своим физико-механическим и химико-минералогическим показателям удовлетворяет требованиям технологических процессов не только в литейном производстве, но и производстве глинопорошков для буровых растворов и окатышей для металлургических процессов.

Оценка физико-механических свойств полученного продукта осуществлялась в соответствии с рекомендациями ГОСТ 28177-89 "Глины формовочные бентонитовые", ГОСТ 25796.1-83 "Сырье глинистое в производстве глинопорошков для буровых растворов" и СТП 186-08-42-81 "Метод определения набухаемости бентонита" Дашсаломлинского рудоуправления и характеризуется следующими показателями:

Технологические показатели полученного продукта:

Предел прочности при сжатии, кгс/см², - Не менее 1

Предел прочности при разрыве в зоне конденсации влаги, кгс/см², - Не менее 0,028

Термическая устойчивость, ед. - Не менее 0,5

Выход раствора, м³/т - Не менее 16

Набухаемость, усл. ед. - Не менее 15 - 16

Предлагаемый способ обработки глин суббентонитовых позволяет достичь значительного экономического эффекта за счет расширения использования их в различных отраслях (литейная, металлургическая, нефтегазовая и др.), увеличение применения суббентонитов глин российских месторождений и сокращения объема закупки бентонитов за рубежом.