Способ диспергирования каолина

 

Изобретение относится к получению тонкодисперсных порошков каолина. С целью повышения степени дисперсности и снижения энергоемкости процесса в способе, включающем приготовление суспензии, гидродинамическую кавитационную обработку и воздействие ударных волн на движущуюся суспензию при рециркуляции последней, предварительно суспензию, движуюся со скоростью 5 - 8 м/с, подвергают дегазации в режиме развитой кавитации в диапазоне чисел кавитации 1 -6 при длине суперкаверн, равной 25 - 40 ее диаметра, в течение 1 - 1,2 с, а последующую гидродинамическую кавитационную обработку ведут при числах кавитации 0,6 - 1,5, причем перед воздействием ударных волн в суспензию, движущуюся со скоростью 12 - 14 м/с, подают инертный по отношению к каолину газообразный агент в количестве 10 - 15 % от объема суспензии. Кроме того в количестве газообразного агента может быть использована парогазовая смесь, полученная в процессе дегазации суспензии, или воздух. Удельные затраты энергии 18 - 23 Втч/м 3, размер частиц каолина 0,3 - 0,4 мкм. 1 з.п.ф-лы, 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ивЯ ии 15 0135

А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

О .

Ж

С0

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4608628/23-33 (22) 25. 11 .88 (46) 07.09.90. Бюл. Р 33 (71) Институт коллоидной химии и химии воды им. А. В. Думанского (72) Н. F.. Немчина, . Д. Овчаренко и В.А. Прокопенко (53) 666.3.022.62(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 982799, кл. В 02 С 19/18, 1981.

Авторское свидетельство СССР

Р 13 16690, кл. В 01 F 3/22, В 28 С 1/06, 1985. (54) СПОСОБ ДИСПГРГИРОВАНИЯ КАОЛИНА (57) Изобретение относится к получению тонкодисперсных порошков каолина. С целью повышения степени дисперсности и снижения энергоемкости процесса в способе, включающем приготовление суспензии, гидродинамическую кавитационнув обработку и воздействие

Изобретение относится к области обработки нерудных минералов, в частности к обработке глин, и может быть использовано дпя получения тонкодисперсных порошков каолинов.

Целью изобретения является повышение степени дисперсности и снижение энергоемкости процесса.

Способ реапизуется следующим образом.

Вода и каолин в заданном соотношении непрерывно поступают через за- порно-регулирующие устройства в приемную буферную емкость, из которой (g1)g В 02 С 19/18, С 04 В 33/04

2 ударных волн на движущуюся суспензию при рециркуляции последней, предварительно суспензию, движущуюся со скоростью 5 — 8 м/с, подвергают дегазации в режиме развитой кавитации в диапазоне чисел кавитации 1 — 6 при длине суперкаверн, равной 25 — 40 ее диаметра, в течение 1,0 — 1,2 с, а последующую гидродинамическую кави тационную обработку ведут при числах кавитации 0,6 — 1,5, причем перед воздействием ударных волн в суспензию, движущуюся со скоростью 12 — 14 м/с, подают инертный по отношению к каолину газообразный агент в количестве

10 — 157 от объема суспензии. Кроме того, н количестве газообразного агента может быть использована парогазо" вая смесь, полученная в процессе дегазииии суслеизии, или воздух. Удельные затраты энергии 18 — 23 Втч/м, размер частиц каолина 0,3 — 0,4 мкм.

1 з.п. ф — лы 2 табл. при помощи насоса перекачиваются со скоростью 5 — 8 м/с в дегазатор с ко- C+ нусным кавитатором. Из образующейся СЛ за конусом нестационарной кавер--ны с относительной длиной, равной

25 — 40 ее диаметра, при числах кавитации 1 — 6 производится отбор парогазовой смеси, испаряющейся с границы раздела фаэ жидкость — каверна в по- Ъ лость последней. Время пребывания суспензии в дегаэаторе 1,0 — 1,2 с.

При этом газосодержание в суспензии снижается до 1Х по ее объему, что позволяет реализовать более жесткие

1590135 режимы кавитации при небольших затратах энергии (т.е.,при числах кавитации О, б — 1, 5) на дис пергир о вани е.

Из дегаэатора дегазированная сус5 пензия поступает в камеру для кавитационно-куммулятивной обработки, представляющую собой комбинацию суперкавитирующих рабочих участков, в которых набегающий HoTQK ускоряется в кон 10 фузоре и натекает на неподвижно укрепленную в узком цилиндрическом участке суперкавитирующую крыльчатку с образованием геликоидальных не тациочарных каверн конечных размеров.

Каверны, нестационарно замыкаясь, генерируют поля кавитацнонных пузырьков, которые схлопываются с образованием кумулятивных струек большой кинетической энергии. Скорость кумулятив- р ной струйки достигает значений до

1500 и/с, давление в месте схлопывания до 100 МПа, ее размеры 1 — 40 мкм.

Относительная глубина проникания кумулятивной струйки в твердые частицы составляет 0,1 — 5,0 ее длин в зави,симости от физико-механических свойств материала и струйки. Кумулятивная

1 струйка, проникая в окружающую ее.жидкость и твердые частицы сусг.:ензии., диспергирует последние„

Затем суспензия поступает в ус. ройство, представляющее собой сопло типа

Лаваля, служащее для создания ударных волн. Поскольку B камере схлопываются не все кавитационные пузырьки, то поступающая в устройство смесь является по существу трехфазной, состоящей из жидкости, твердых частиц и кавитационных пузырьков (парогаза), достаточно равномерно распределенных в жидкости, поэтому скорость распространения звука в такой смеси невелика и составляет всего 10 - 15 м/с в зави=имости от объемного соотношения вода - каолин — 5 пузырьки парогаза.

Равномерная подача через перфорированную сетку диаметром 0,5 мм инертного по отношению к каолину газового агента в количестве 10 — 15X от объема суспензии на входе в устройство снижает пороговую скорость распространения звука в этой новой смеси в связи с быстрой диссипацией энергии волны на большом количестве газовых и парогазовых пузырьков .

При движении суспензии со скоростью 12 — 14 м/с происходит образование ударных волн. Образующиеся при преодолении потоком суспензии звукового барьера ударные волны взаимодействуют с частицами каолина и разрушают их. Кроме того, при переходе потока суспензии через фронт ударной волны происходит дробление пузырьков введеной парогазовой смеси и кавитационных пузырьков, создаются условия для их схлопывания и дополнительного кавитационного воздействия на суспензию, так как ударное давление кумулятивной струйки на фронте ударной волны значительно вьппе, чем в потоке суспензии.

В результате воздействия на суспензию гидродинамической кавитации и ударных волн происходит дезагрегация и диспергирование твердых частиц каолина в воде, что выражается в значительном увеличении степени дисперсности каолина, повышении однородности гранулометрического состава, улучшении его эксплуатационных характеристик при значительном уменьшении энергоемкости процесса.

Пример. Вода и каолин, смешанные до плотности i 2 г/см (концентрация каолина 30Х), подаются в приемную .буферную емкость (цилиндр объемом 0,2 мв ) в количестве 12,5 м /ч.

При помощи нас ос а произ води тельн остью

50 мэ /ч,, напором 0,3 МПа водно-као линовая суспензия со скоростью 7 м/с при числе кавитации 4 поступает в дегазатор длиной 2,5 м и диаметром

0,055 м с конусным кавитатором изменяемого диаметра, за которым обраэовывается суперкаверна с относительной линои 1 — 30 и

1 авеову 1500 ка ВЕРны давлением в теле каверны, равным давлению насыщенных паров воды прн 20 С.

Отбор парогазовой смеси происходит из тела каверны по ее горизонтальной оси через перфорированный трубопровод с относительной длиной 15, время пребывания каолина в дегазаторе за один цикл составляет 0,25 с. После дегазацни суспензия поступает в камеру для гидродинамической кавитацнонной обработки при среднем числе кавитации 1 и времени пребывания 6 с, После гидродинамической кавитационной обработки трехфаэная суспензия (жидкость, кавитационные пузырьки, твердые частицы) поступает со скоростью 13 м/с вход устройства (сверх1 звуковое сопла типа Лаваля), где че-

5 6

Формула изобретения

Та блица 1

Условия дегазации

Условия воздействия ударных волн

Условия гидродинамической кавитационной обработки оказатели азиер астиц

Удельные затр аты энергии, Вт.u/í

Скорость потока, м/с

Число кави тации

Относительная

Вреия, с

Количество г зообСкорость потока, и/с

Число ка- Время, с витации аолина, и хи разного агента длина каверн парогаз,г воздух,X!

12 !

2 !

12

1О !

0,3-0,4

0,3-0,4

0,25-0,3

0,3

0,3

0,25

О,3

0,35 о,з

18

23

2О г!

22

23

23 гз

25 1,2

40 1 зо зо

3о зо

Зо зо

40 1,О

24

24

24 го го

2О

28

24

5 в

7

2

2 в! з

13 ! з

12

13

14

14 ! з

I

I

0,6

0,6

0,6

1,5

1>5

1,5

15 ! о

Та бли.ца 2

Способ диспергирования каолина

Время обра- Размер частиц, Удельные затработки, с мкм ты энергии, Вт,ч/м

0 5

0,25-0,3

25,5

32 5

Известный

Предлагаемый

5 159013 реэ запорно-регулирующее устройство происходит подача газового агента, отобранного из каверны парогазовой смеси, в количестве 0 0016 мз/с что з з 5 составляет 12Х от объема движущейся суспензии. При этом скорость распространения звука в такой смеси понижается до 10 м/с, поэтому в устройстве возникают ударные волны. Среднее вре- 1О мя пребывания смеси в зоне обработки ударными волнами (в диффузоре сопла) за один цикл составляет 0,2 с.

Затем смесь через регулиру!ощее устройство подается на рециркуляцню, 15 кратность рециркуляции составляет 4, время кавитационной обработки 24 с, время дегазации 1,1 с, время пребывания смеси в зоне ударных волн 1,0-0,8 с, общее время обработки 26,9 с. Ю

В результате проведенного гидродинамического кавитационного диспергирования получают размеры частиц каолина 0,25 — 0,3 мкм. Удельные затраты энергии составляют 23 Вт.ч/мз . 25

Степень дисперсности каолина и затраты энергоемкости процесса в зависимости от условий способа диспергирования каолина приведены в табл. 1.

В табл, 2 приведены сравнительные 30 .результаты предлагаемого и известного способов.

1. Способ диспергирования каолина, включающий приготовление суспензии, гидродинамическую кавитационную обработку и воздействие ударных волн на движущуюся суспензию при рециркуляции последней, отличающийся тем, что, с целью повышения степени дисперсности и снижения энергоемкости процесса, предварительно суспензию, движущуюся со скоростью 5 — 8 м/с, подвергают дегазации в режиме развитой кавитации в диапазоне чисел кавитации 1 — 6 при длине суперкаверн, равной 25 — 40 ее диаметра, в течение

1 — 1,2 с, последующую гидродинамическую кавитационную обработку ведут при числах кавитации 0,6 — 1,5, а перед воздействием ударных волн в суспензию, движущуюся со скоростью 12—

14 м/с, подают инертный по отношению к каолину газообразный агент в количестве 10 — 157 .от объема суспензии.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что в качестве газообразного агента используют парогазовую смесь, полученную в процессе дегазации суспенэии, или воздух.