Библиографическое описание:

Земляной К. Г., Московских Н. Н. Влияние органических добавок на интенсивность помола сырья для магнезиальносиликатной керамики // Молодой ученый. — 2011. — №6. Т.1. — С. 79-82.

Одним из самых энергоёмких процессов производства в горнодобывающей, керамической и отрасли строительных материалов является процесс измельчения. От показателей этого процесса – эффективности, скорости – зависит качество будущих изделий и энергозатраты передела.

Традиционно производительность измельчения улучшают за счёт модернизации и оптимизации работы измельчающих аппаратов, но ещё в работах основоположника мировой школы адсорбционного понижения твердости под влиянием ПАВ, академика П.А. Ребиндера и его школы отмечается, введение в измельчающие аппараты при помоле органических веществ способствуют увеличению интенсивности помола.

Для установления эффективности органических интенсификаторов при помоле и сепарации частиц важно понимать процесс измельчения и механизм работы интенсификаторов. Под прочностью понимается способность материала сопротивляться разрушению под влиянием приложенной нагрузки. Разрушение материала при испытании на прочность рассматривается как процесс роста трещин и концентрации вокруг них напряжений под влиянием которых поверхность материала покрывается сеткой микротрещин. Если их ширина превышает некоторую величину (трещины Гриффитса), то они в дальнейшем растут при приложении механических воздействий вызывая разрушение материала. Для разных материалов критическая величина микротрещин различна. Она зависит от строения и состояния твердой фазы, размера кристаллов, наличия стеклофазы и др.

Молекулы интенсификатора, попадая в микротрещины измельчаемого материала, оказывают расклинивающее действие и тем самым способствуют повышению эффективности помола. Адсорбирующиеся молекулы или ионы проникают из окружающей среды на значительную глубину в деформируемую зону твердого тела по многочисленным микрощелям, появляющимся в процессе деформации. Чем выше напряжения, возникающие в твердом теле при его деформации, тем сильнее будет эффект адсорбционного понижения твердости.

Органические вещества с низкой поверхностной энергией - поверхностно – активные вещества (ПАВ) эффективно смачивая поверхность измельчаемого материала и создавая на его поверхности адсорбционные прослойки оказывают активное расклинивающее действие в наиболее узких участках щелей, если они доступна для ПАВ мономолекулярных размерностей. После снятия внешних усилий происходит затруднение или, во всяком случае, замедление смывания зародышевых участков микрощелей под влиянием адсорбционных слоев. Усилению эффекта понижения твердости тел способствует наибольшая разность полярностей на поверхности раздела материал / ПАВ обусловленная отрицательным зарядом на поверхности оксидных материалов и полярным строением молекул ПАВ, а так же видом концевого радикала в молекуле ПАВ.

Одним из производителей специальных ПАВ для измельчения минеральных материалов является ООО "Полипласт Новомосковск", разработавшая серию интенсификаторов помола "Литопласт", представляющие новейшие синтетические добавки на основе натриевых и полиалкеленоксидных производных полиметиленнафталинсульфокислот и полиэтиленгликоля, которые получают из соединений различной степени полимеризации и с различными концевыми радикалами. В зависимости от степени полимеризации изменяется поверхностная активность добавки по отношению к границам раздела фаз конкретных материалов. Добавки применяются в сухом или жидком виде (водные или неводный раствор) в количестве 0.01 &#; 0.05 мас. % от измельчаемого материала в пересчёте на сухое вещество.

Целью данной работы стало изучение действия интенсификаторов помола компании ООО "Полипласт Новомосковск" на скорость измельчения материалов применяемых для изготовления технической керамики.

Исходным материалов являлись отходы обогащения асбестовой руды Баженовского месторождения (г. Асбест, Свердловской обл.) - природный серпентинит и продукт его термообоработки – обожжённый фортерит.

Серпентиниты - водные силикаты магния с примесями оксидов железа, алюминия, марганца, никеля, кобальта, меди, хрома и других – одни из самых распространенных горных пород. Они сопутствуют месторождениям многих полезных ископаемых, могут быть вмещающей породой и, соответственно, отходом добывающей промышленности, в частности, отходом производства асбеста.

Серпентиниты могут быть использованы в коммерческом производстве различных технических керамик, металлического магния, магнезиальных огнеупоров, химически чистой магнезии, активного кремнезема, кобальт-никелевого концентрата, железооксидных пигментов и др.

Химический и гранулометрический составы типичных видов серпентинитовых отходов асбестового производства представлены в табл. 1.

Исследованный исходный серпентинит представлен разностями с различной степенью метаморфизма с примесями жильных пород диорита, перидотита, карбонатов, талька составляет 70.2 &#; 95.6 %, волокна (асбест в прожилках и свободном состоянии) – 0 &#; 27 %, магнетита (природная закись-окись железа) –2.2 &#; 5.8 %, а также встречаются овурит, хромит и шпинель.

Таблица 1

Параметры исходного сырья

Параметры

Содержание, в

Серпентинит

Форстерит

Влажность

0.60%

0.30%

Гранулометрический состав, масс. %

Фр. +10 мм

Фр. + 7 мм

Фр. + 5 мм

Фр. – 5 мм



60

26.7

11.7

1.25



91.3

7.06

1.26

0.3

Содержание, масс. %



MgO

35.0 - 37.8

39.1 – 42.3

SiO2

40.1 - 45.6

46.0 – 48.7

Fe3O4

6.4 – 8.1

7.8 – 9.1

CaO

1.1 – 1.6

1.4 – 1.8

Al2O3

1.1 -1.4

1.4 – 1.6

R2O

1.3 – 1.8

1.5 – 1.9

ппп

9.8 – 11.2

-

Насыпная плотность, г/см3

1.435

1.305

Водопоглащение, %

0.40

9.10

Открытая пористость, %

0.6

12.6

Кажущаяся плотность, г/см3

1.38

1.22


В качестве интенсификаторов помола испытывали 12 видов добавок серии "Литопласт" - на водной основе (И1, И2, И3, И4, И5) и на неводной основе - (О1, О2, О3, О4, О5, О6, О18).

Введение ПАВ при измельчении увеличивает скорость набора удельной поверхности материала (Sуд), контроль этого процесса может вестись по собственно удельной поверхности и по зерновому составу материала после измельчения.

Для определения наиболее эффективной добавки, увеличивающей скорость набора Sуд при помоле исследуемых серпентинитовых материалов, и ее оптимальной концентрации провели предварительные экспериментальные помолы в металлической шаровой мельнице объемом 5 л с металлическими шарами размером от 16 до 32 мм при соотношении шары / материал = 7 / 1.

Равные пробы исходного материала (по 2 кг) с расчётным количеством добавки - интенсификатора, определяемого по формуле (1), измельчали в течение равного времени (6 часов). Контроль интенсивности помола осуществляли ситовым ГОСТ 6613-86 и седиментационным ГОСТ 21216.2-93 анализом.


(1)


Результаты исследований представлены в таблице 2 и на рис. 1.

Таблица 2

Анализ фракционного состава продуктов помола форстерита

Добавка

Содержание, масс. % во фракции, мм

+0.08

0.08 – 0.063

0.063 – 0.04

–0.04

Б/д

9.8

1.8

16.0

72.4

И1

10.5

2.0

10.5

77.0

И2

12.6

0.2

15.3

72.4

И3

8.7

1.6

15.8

74.0

И4

10.3

5.8

7.4

76.5

И5

11.2

6.6

11.2

71.0

О1

13.0

1.4

13.6

72.0

О2

7.58

3.5

14.3

74.6

О3

11.6

1.1

10.8

76.4

О4

8.7

7.6

7.1

76.5

О5

8.0

3.1

14.0

75.0

О6

9.8

2.0

9.3

79.0

О18

8.3

1.2

12.2

78.3


Из представленных данных видно, что введение при помоле исследуемых добавок по-разному влияет на интенсивность помола обожжённого форстерита.

Из водорастворимых добавок только добавка И3 способствовала снижению количества крупной фракции (с 9.8 до 8.7 мас.%) и увеличению количества тонкой фракции (с 72.4 до 74 мас.%).

Безводные добавки в большей степени способствовали ускорению помола форстерита, снижая и количество крупной фракции до 8.0 – 8.3% и увеличивая количество тонкой фракции до 78 – 79%.

Наиболее оптимальной по результатам исследований признана добавка О6.






Рис. 1. Распределение частиц форстерита по фракциям после помола


Данные седиментационного анализа (табл. 3 и рис. 2) подтверждают данные ситового анализа как в части увеличения выхода тонких фракций в опытах с использованием добавок, так и в части большей эффективности безводных добавок.

Таблица 3

Анализ фракционного состава продуктов помола форстерита

Добавка

Содержание, масс. % во фракции, мм

+0.06

0.06 – 0.01

0.01 – 0.005

0.005 – 0.002

- 0.002

Б/д

24.4

18.2

28.7

20.5

8.2

И1

11.8

40.0

20.2

16.1

12.1

И2

12.6

35.2

8.0

32.2

12.1

И3

11.3

48.3

12.1

20.0

8.1

И4

11.7

52.2

16.1

0.0

20.1

И5

13.8

50.0

4.0

16.1

16.1

О1

8.5

55.2

4.0

0.0

32.3

О2

7.1

52.3

8.1

20.3

12.2

О3

14.2

41.6

24.1

12.0

8.0

О4

7.8

68.0

0.0

4.0

20.2

О5

6.6

61.2

8.0

4.0

20.1

О6

5.5

58.0

4.0

12.2

20.3

О18

13.6

49.7

20.4

0.0

16.3


Рис. 2. Распределение частиц форстерита по фракциям после помола


На основании проведённых исследований можно сделать следующие выводы:

1. Введение поверхностно – активных веществ – интенсификаторов помола позволяет увеличить выход тонких фракции в сравнимых условиях измельчения на 3 – 7 % или уменьшить время измельчения материала до тех же показателей зернового состава.

2. В случае измельчения обожженного серпентинита ("форстерита") более эффективными являются добавки на безводной основе.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle