Файл: Элинзон, М. П. Производство искусственных заполнителей.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.10.2024
Просмотров: 105
Скачиваний: 1
30 Глава I. Некоторые вопросы производства заполнителей
ций щебня с пониженной прочностью. Для получения гравия или щебня с кондиционными показателями их свойств заполнитель обогащают.
ВНИИСТРОМ предложил производить разделение пористых заполнителей исходя из материального балан са потребления легких бетонов различного назначения. Например, для изготовления наружных стеновых конст рукций жилых зданий потребность в легком бетоне со ставляет 30—40% общего объема конструкций дома. Другие виды легких бетонов применяют для изготовле-' ния несущих конструкций. В этом случае при разделении заполнителей на две марки по объемной насыпной мас се важно выделить наиболее легкую марку в объеме 40%. Так, при разделении шлаковой пемзы Ждановско го металлургического завода было получено 40% заполнителя с объемной насыпной массой 530 кг/м3 и 60% относительно тяжелого с объемной насыпной мас сой 760 кг/м3 (при насыпной массе исходного материа ла 700 кг/м3), а при разделении керамзита с исходной насыпной массой 400 кг/м3 было получено 35% материа ла с объемной насыпной массой 230 кг/м3 и относитель но тяжелая фракция с объемной насыпной массой
430 кг/м3.
Разделение по объемной массе позволяет значитель но улучшить качество пористых заполнителей, исполь зовать их в бетонах различного назначения, снижает об щую стоимость строительных работ вследствие сокра щения расхода заполнителя (из-за уменьшения толщины наружных стен) и цемента (из-за увеличения прочности заполнителя, идущего для изготовления несущих конст рукций), уменьшает транспортные и монтажные расхо ды, так как сокращается общая масса конструкций.
Исследования ВНИИСТРОМ показали, что из-за трудной обогатимости пористых заполнителей их разде ление по объемной массе возможно при применении ме тодов, подобных методам, применяемым для разделения в тяжелых средах. Фракционировать заполнители необ ходимо в сухом состоянии, так как наличие открытых микро- и макропор, заполняемых водой при мокрых спо собах обогащения, затрудняет разделение.
Наиболее рационально обогащать пористые заполни тели новым методом, разработанным ВНИИСТРОМ и
3. Обогащение искусственных пористых заполнителей |
31 |
основанным на использовании кипящего слоя. Этот метод позволяет выделить заполнитель гарантированной проч ности и соответственно определенной постоянной насып ной массы; удалить из заполнителя наиболее легкую, слабую разность и тяжелую, невспученную или недоста точно вспученную фракцию; разделить заполнитель на две и более марки с необходимой объемной насыпной массой.
Не меньшее значение для регулирования свойств лег кого бетона имеет фракционирование пористых песков. Известно, что метод фракционирования песков на грохо тах обладает рядом недостатков: очень низкая произво дительность грохотов, недостаточная точность разделе ния, значительный износ сит.
ВНИИСТРОМ использовал метод кипящего слоя для бесснтового разделения пористых песков. Классифи катор работает по принципу разделения песка по разме ру в период перехода его из состояния покоя в состояние псевдоожижения и при продувании с определенной ско ростью воздуха через слой разделяемого песка. Класси фикатор при необходимости обеспечивает и обеспыли вание песка (выделение фракции менее 0,15 мм) и выда чу заданных по размерам фракций с точностью 80—90%.
Теория и технология сепарирования пористых заполнителей
Наиболее прогрессивным и точным методом разделе ния различных крупнозернистых материалов по объем ной массе является метод их разделения в гидросуспен зиях. При этом вода в смеси с тонкодисперным порош ком минерала приобретает свойства тяжелой жидкости с плотностью, зависящей от количества и плотности по рошка, называемого в дальнейшем утяжелителем. Тело, погруженное в гидросуспензию, всплывает или тонет в соответствии с законом Архимеда. За последние годы этот метод находит широкое применение для обогаще ния угля и других полезных ископаемых. Применение гидросуспензии для разделения по объемной массе пори стых заполнителей практически не может быть осущест влено по двум причинам:
1) жидкость после погружения заполнителя в гидро-
32 Глава I. Некоторые вопросы производства заполнителей
суспензию заполняет его поры, и точное разделение по объемной массе не может быть произведено;
2) мокрый способ обогащения для сухих материалов экономически не оправдан, так как требует последую щую их сушку.
В. Л. Пржецлавский предложил новый сухой способ обогащения с применением вместо гидросуспензии аэро суспензии*. Аэросуспензию создают путем продувания воздуха через специально подобранный по дисперсности и плотности утяжелитель, засыпанный в ванну с возду хопроницаемым дном. В зависимости от количества воз духа, продуваемого через утяжелитель, слой последнего приобретает качественно различные физические свойст ва. При малой скорости воздуха сыпучий материал оста ется неподвижным фильтрующим слоем. Сопротивление слоя при этом определяется главным образом скоро стью прохождения воздуха в пустотах между частицами. При увеличении скорости воздуха перепад давления по вышается и при достижении значения, эквивалентного массе слоя сыпучего материала, его частицы, образую щие слой, взвешиваются в потоке воздуха и приходят в движение. Взвешивание частиц в потоке воздуха сопро вождается увеличением расстояния между ними, т. е. объема межзерновой пустотности слоя.
Сопротивление слоя с дальнейшим увеличением ско рости воздуха не меняется и остается равным массе слоя, отнесенной к единице поверхности.
В отличие от взвешивания частиц в свободном потоке воздуха в стесненных условиях, кроме сил динамическо го напора на частицу утяжелителя в слое действует сила статистической разницы давления, определяемая сопро тивлением прохода воздуха между частицами. Поэтому взвешивание частиц в аэросуспензии происходит при ско ростях воздуха в 16—50 раз меньших, чем в свободном потоке.
Межзерновая пустотность слоя определяется относи тельным объемом, не занимаемым частицами материа ла, называемым коэффициентом пустотности:
V — V T
Авторское свидетельство № 107428 от 19/1II 1956 г.
3. Обогащение искусственных пористых заполнителей |
3 3 |
где V — объем слоя; Vt — объем, занимаемый частицами утяжели теля.
Межзерновая пустотность неподвижного слоя разно го материала зависит от формы частиц и способа их ук ладки. Так, свеженасыпанный речной песок окатанной формы имеет е = 0 ,4 ; у дробленых материалов с острыми кромками 8= 0,45—0,5.
При увеличении скорости воздуха сверх критической межзерновая пустотность слоя возрастает пропорци онально числу псевдоожижения N, которое принято счи тать как отношение действующей скорости воздуха к критической (скорости определяют по сечению пустого сосуда):
8 = Л ^ 21.
В действительности часть воздуха (по гидромехани ческим условиям вследствие статистической неравномер ности поступления воздуха через пористое дно и нерав номерности укладки частиц в слое) проходит через слой в виде пузырей, быстро поднимающихся вверх и захва тывающих с собой часть воздуха. В итоге аэросуспензия представляет собой взвешенный слой частиц, непрерыв но барботируемый воздушными пузырями.
Аэросуспензия подчиняется законам ньютоновской жидкости. Так как по глубине взвешенного слоя гради ент давления изменяется пропорционально плотности, то тело, погруженное в такой слой, как и в жидкости, под чиняется закону Архимеда. Это обстоятельство и позво лило применить кипящий слой как жидкую среду с заранее подобранной плотностью для разделения зер нистого материала по объемной массе. Плотность аэросуспеизии ра определяется формулой
Ра = Рт (1 е)>
где рт — плотность частиц утяжелителя, г/см3.
В отличие от гидросуспензии, мелкие поры заполни теля заполняются воздухом, что не искажает точности разделения их по объемной массе. Аэросуспензия пред ставляет собой сухую среду, что обязательно для обога щения сухих пористых материалов.
При применении аэросуспензии в специальных обо гатительных машинах — сепараторах— для разделения кускового материала по объемной массе предваритель-
3—252
34 Глава I. Некоторые вопросы производства заполнителей
но должен быть подготовлен утяжелитель узкой фрак ции для того, чтобы обеспечить равномерность взвеши вания по всей глубине ванны, а следовательно, и постоян ство плотности по глубине. Практикой установлено, что этот размер зерен составляет 0,15—0,3 мм с допуском менее 0,15 мм до 20% и более 0,3 мм — до 5%.
Так как подобрать утяжелитель с заданной плотно стью затруднительно, то практически рекомендуется подбирать утяжелитель с плотностью, большей задан ной. По мере работы сепаратора аэросуспензия засоря ется мелкой фракцией обогащаемого материала. Размер зерен мелкой фракции более размера утяжелителя на величину dQ (мм), пропорциональную отношению плот ностей утяжелителя и обогащаемого материала, т. е.
где rfy, ру — средний размер, мм, и плотность утяжелителя, г/см3; d0, Ро — средний размер, мм, и плотность мелочи обогащаемого матери ала, г/см3.
Эта фракция является равнокипящей (равнопадаю щей). Плотность аэросуспензии из утяжелителя и равнокипящих зерен обогащаемого материала определяют по формуле
Ра — Ру П У |
Ро п 0 — 8), |
100 |
|
где rty — процентное содержание |
утяжелителя; п0— процентное со |
держание равнокипящих зерен из обогащаемого материала. |
|
Сумма % + п 0= 100 . По мере увеличения п0 уменьша |
|
ется пу и плотность аэросуспеизии будет уменьшаться. Процесс засорения аэросуспензии во время обогаще ния заполнителя непрерывен. Поэтому одновременно из ванны необходимо удалять часть утяжелителя, пропу скать через грохот с ситом с размером ячеек, равным размеру зерен утяжелителя, где он очищается от засоря ющей мелочи размером больше утяжелителя в той сте пени, которая необходима для поддержания постоянной
плотности аэросуспензии.
Практически установлены следующие требования для конструирования сепараторов. Обогащаемый мате риал следует подавать на поверхность аэросуспензии с небольшой высоты. Сепаратор должен иметь неглубо
3. Обогащение искусственных пористых заполнителей |
35 |
кую ванну. Это требование определяется необходимо стью уменьшить влияние воздушных пузырей на точ ность и время разделения. В сепараторе поддерживает ся одинаковый расход воздуха, обеспечивающий по стоянный режим псевдоожижения.
По техническому заданию ВНИИСТРОМ институтом Киевгипростроммашина спроектирован сепаратор СКС-20
Исходный материал
(рис. 1). Исходный обогащаемый материал через теч ку 3 поступает в ванну 8 с аэросуспензией. Ванна, запол ненная утяжелителем, продувается через пористую пли ту (фетр или стеклоткань) 11 воздухом из воздухорас пределительной коробки 9. Плавающие зерна снимаются верхним скребковым конвейером 4, а утонувшие — ниж ним конвейером с сеткой 7. На желобе / и в выходном отверстии 6 продукты разделения вибрируются, чтобы освободиться от случайно захваченных частиц утяжели теля, которые возвращаются в ванну. Сепаратор закрыт съемным кожухом 5, из-под которого воздух отсасыва ется через патрубок 2. Часть утяжелителя при работе машины собирается в воронке 10 и возвращается в ванну.
Институт Киевгипростроммашина запроектировал сепаратор той же конструкции производительностью 50 м3/ч. Для регенерации утяжелителя предусматрива ется элеватор подачи части утяжелителя на грохот, где из обогащаемого материала удаляются (по мере пони жения плотности аэросуспензии) мелкие зерна крупнее
3*
36' Глава I. Некоторые вопросы производства заполнителей
|
Техническая характеристика сепаратора СКС-20 |
|||
Производительность............................. |
|
20 м3/ч |
||
Размер обогащаемых фракций . . . |
5—40 мм |
|||
Утяжелитель — песок с объемной на |
2,6 т/м3 |
|||
сыпной |
массой.................................. |
|
||
Размер |
фракции песка........................ |
|
0,15—0,3 мм |
|
Расход |
п е с к а ....................................... |
разделения |
10 кг/ч |
|
Время, |
необходимое для |
10 с |
||
Удельная |
производительность . . . |
7,2 м3/(м2-ч) |
||
Скорость |
движения скребков . . . |
0,15—0; 2,25—0,3 м/с |
||
Коэффициент заполнения |
ванны . . |
0,5 |
||
Рабочие размеры ванны: |
|
2 м |
||
д л и н а .............................................. |
|
|||
глубина........................................... |
|
130 мм |
||
ш и ри н а........................................... |
|
1,35 м |
||
Вентилятор для дутья: |
|
ВВД-8 |
||
м арка............................................... |
|
|||
производительность....................... |
|
3000 м3/ч |
||
рабочее давление........................ |
|
5 КПа |
||
Мощность |
электродвигателя привода |
2,5—3—3,5 кВт |
||
с е п а р ат о р а ....................................... |
|
|||
Мощность |
вибровала........................ |
|
1,7 кВт |
|
утяжелителя. Производительность элеватора подбирает ся таким образом, чтобы за 1 ч утяжелитель из ванны проходил 3—5-кратную перечистку.
Эффективность применения однородного по свойст вам керамзита можно иллюстрировать следующим при мером. Керамзит Лианозовского завода (Москва), ис пользуемый для получения конструктивно-теплоизоля
ционного бетона |
с объемной массой около 800— |
1000 кг/м3, был |
обогащен в кипящем слое. При этом |
из партии керамзита было выделено 25% самых легких зерен. На основе этих фракций однородного керамзита был получен легкий бетон «слитного» строения объем ной массой 450—550 кг/м3 и прочностью от 2,5 до
3,5 МПа.
Помимо кипящего слоя рекомендуются и другие ме тоды обогащения пористых заполнителей. К ним отно сятся пневматический метод отсадки — отсадка в воз душной среде (рис. 2), обогащение в воздушном потоке (рис. 3), а также сепарация однофракционных заполни телей в процессе их пневматического транспортирования
(рис. 4).