Способ гидрофобизации поверхности дисперсных материалов

 

Изобретение относится к строительству, а именно к способам активизации и гидрофобизации поверхности дисперсных строительных материалов. Цель - улучшение экологических условий, повышение качества гидрофобизации и снижение энергозатрат при реализации способа, что достигается подачей в циклонную часть камеры гидрофобизации исходного сухого дисперсного материала и созданием устойчивого вихревого потока. После отделения газоносителя материал при 20 - 400^oС перемещают в камеру гидрофобизации, где обрабатывают гидрофобизатором при 450 - 700^oС. Использование исходно сухого дисперсного материала, имеющего активные центры и первичные прививки активатора, не требует операции сушки и сжигания большого количества топлива. Подача дисперсного материала отходящими газами с пониженным содержанием кислорода, предотвращает нейтрализацию активных центров горячего материала. Нагрев дисперсного материала до необходимой для гидрофобизации температуры позволяет использовать теплоту технологического процесса и расширить температурные пределы до 20 - 400^oС. Термическая деструкция активатора в генераторе при 450 - 700^oС позволяет достичь степени наиболее эффективной радикализации. 3 ил.,1 табл.

Изобретение относится к строительству, а именно к способам активизации и гидрофобизации поверхности дисперсных строительных материалов.

Известен способ активации поверхности заполнителя, заключающийся в том, что дисперсный материал обрабатывают при 150 190^oС петролатумом при дроблении или перемешивании, в процессе которого петролатум окисляется [1] При использовании известного способа не обеспечивается достаточной прочности и стойкости покрытия, кроме того невозможно применение активированного заполнителя в цементобетонах, значительны затраты энергии на обработку и способ не применим для мелкодисперсных материалов.

Наиболее близким по технической сущности является способ гидрофобизации поверхности полидисперсных материалов, включающий разогрев, предварительную термообработку при 400 500^oС, подачу материалов в вихревую камеру зоны гидрофобизации и обработку материалов газообразным гидрофобизатором, подаваемым в нижнюю часть камеры при 300 450^oС [2] При реализации известного способа значителен объем отходящих газов от сгорания топлива, загрязняющий окружающую среду, кроме того, избыток окислительной атмосферы в связи с использованием воздуха для сгорания топлива и закручивания потока дисперсного материала. Условия сушки исходно-влажных материалов (при температуре до 600^oC) не обеспечивают полного высушивания и снижают качество гидрофобизации. Не являются оптимальными и условия получения гидрофобизирующего газа (при температуре до 450^oС), так как не обеспечивают эффективную радикализацию органических веществ.

Техническая задача изобретения улучшение экологических условий, повышение качества гидрофобизации и снижение энергозатрат при реализации способа.

Указанная задача решается тем, что в известном способе гидрофобизации поверхности дисперсных материалов, включающем подачу аэродисперсной смеси в вихревую камеру сверху, создание устойчивого вихревого потока, обработку газообразным гидрофобизатором и отделение газовой фазы, аэродисперсную смесь подают с температурой 20 400^oС, обработку газообразным гидрофобизатором проводят при 450 700^oC, а отделение газовой фазы производят в два этапа. Сначала перед обработкой газообразным гидрофобизатором и после указанной обработки.

Указанная совокупность признаков при реализации способа обеспечивает следующий технический результат.

Использование исходно-сухого дисперсного материала, имеющего активные центры и первичные прививки активатора, не требует операции сушки и сжигания большого количества топлива. К таким материалам относится цемент, пыль цементных печей, керамзит, известь, золошлаки ТЭС сухого удаления, пыль камнедробления и т. п. вещества, которые после высокотемпературной обработки (700 1300^oC) или в результате дробления и вскрытия внутренних зон сухого материала еще не взаимодействовали с водой или влагой воздуха продолжительное время.

Подача дисперсного материала отходящими газами с пониженным содержанием кислорода предотвращает нейтрализацию активных центров горячего материала.

Нагрев дисперсного материала до необходимой для гидрофобизации температуры позволяет использовать теплоту технологического процесса и расширить температурные пределы до 20 400^oС (вместо 400 600^oС по прототипу).

Термическая деструкция активатора в генераторе при 450-700^oС позволяет достичь степени наиболее эффективной радикализации, которая не проявляется для материалов при 400-450^oС (по прототипу).

Расход гидрофобного газа соответствует установленной степени гидрофобизации и реализуется в замкнутом объеме камеры, не загрязняет окружающую среду и не приводит к перерасходу активатора.

Объем очищенных газов при работе по замкнутой схеме циклона и камеры гидрофобизации практически не возрастает.

На фиг. 1 показана зависимость величины электротока в среде радикализированного газа для некоторых веществ: 1 парафин; 2 мазут камчатский; 3 битум строительный; 4 битум дорожный; 5 сульфатный щелок; 6 отработанное масло.

На фиг. 2 изображена схема радикализации (а до гидрофобизации, б - после гидрофобизации).

На фиг. 3 схематично изображено оборудование для реализации способа. Здесь используют аппарат 1 для сжигания, применяемый в известных технологических процессах при производстве строительных материалов или в процессе получения отходов промышленности, газоход 2, транспортирующий дисперсный материал 3, электрофильтры 4, трубопроводы 5 для пневмопередачи 6 дисперсного материала в циклон 7 и отвод газа в систему очистки 8. Камеры гидрофобизации 9 включает отсекатель 10, генераторы гидрофобного газа 11, трубу отсоса 12, вентилятор подкрутки дисперсного потока 13, накопитель готового продукта 14, затвор 15, силос для складирования 16.

Способ содержит технологические пределы: I высокотемпературное получение исходного сухого материала, имеющего активные центры и первичные прививки активатора; II система подачи исходного сухого материала газом с пониженным содержанием кислорода и влаги; III система отделения дисперсного материала от транспортирующего газа и организации вихревого потока; IV система гидрофобизации (нанесение вторичной прививки) дисперсного материала без внесения внешнего газоносителя; V участок завершения конденсации активатора и складирования гидрофобного материала.

Пример реализации способа.

Золошлаковую смесь после сжигания порошкообразного угля в топке с мазутными форсунками подавали в систему очистки и отбирали с электрофильтров через систему пневмотранспорта. Золошлаковая смесь имеет температуру 80 - 170^oС и достаточное количество оплавленных частиц, нарушений структуры в виде активных центров. Первичная прививка при неполном сгорании мазута и термической деструкции смолистых веществ угля имеется, ионе создает заметной гидрофобности угля (угол смачивания не более 45 60^o), флотация воды не наблюдается, смачивание за время не менее 1 с.

Смесь в термосе, исключающем увлажнение парами воздуха при 100^oС, транспортировалась к лабораторной установке, подавалась в емкость-накопитель, откуда вдувалась в циклонную часть подогретым воздухом. В циклонной части происходит сепарация дисперсных частиц от газовой фазы и организация их устойчивого вихревого движения. В циклонной части может применяться технологическая регулировка температуры материала, например, подачей горячего газа, электронагревом направляющих ребер на стенках камеры и т.п.

После отделения газовой фазы и организации движения потока дисперсного материала, последний при 20 400^oC проходит через кольцевой зазор заслонки и попадает в атмосферу гидрофобного газа камеры гидрофобизации, которая представляет собой продолжение циклонной части и имеет генераторы гидрофобного газа, установленные тангенциально.

Генератор гидрофобного газа переводит органический активатор типа битума, мазута, гудрона, нефтяного шлама, гидрофобный кремнийорганической жидкости и т. п. органических материалов, имеющих гидрофобные составляющие в молекулах, в активное радикализированное состояние за счет термической деструкции молекул в атмосфере с обедненным содержанием кислорода, что необходимо для сохранения активности осколков и избежания выгорания. В конкретном примере реализации способа активатора получили в генераторе, выполненном в виде керамического цилиндра с нихромовой нагревающей спиралью при температуре внутри 450 - 700^oС, из битумного пала, получаемого путем испарения битума при температуре около 200^oС. Расход активатора составлял 0,1 1% от массы исходного материала в зависимости от степени гидрофобизации.

Устойчивое движение материала поддерживалось поддувом вентилятора, который усиливает крутку за счет подачи газа, отбираемого через обратный газоход камеры гидрофобизации. Более низкая температура материала по отношению к активатору (на 50 150^oС) обуславливает конденсацию последнего на поверхности, но первичная прививка, упрочняющая адгезионный контакт, осуществляется быстрее конденсации, а для перечисленных выше материалов в процессе обжига по мере удаления поверхностных слоев молекулярной воды при 700^oС происходит обнажение активных центров материала, которые захватывают радикалы сгорающего топлива противоположного знака до выравнивания потенциала в активном центре. Поэтому л камеру гидрофобизации такие материалы поступают исходно сухими, имеющими активные центры в местах неоднородности нарушений структуры с первичными прививками гидрофобных радикалов.

Время гидрофобизации составляло 0,2 2,0 с, в зависимости от степени покрытия частиц активатором его расхода.

Характеристика гидрофобного дисперсного материала представлена в таблице.

Формула изобретения

Способ гидрофобизации поверхности дисперсных материалов, включающий подачу аэродисперсной смеси в вихревую камеру сверху, создание устойчивого вихревого потока, обработку газообразным гидрофобизатором, отделение газовой фазы, отличающийся тем, что аэродисперсную смесь подают с температурой 20 - 400°С, обработку газообразным гидрофобизатором проводят при температуре 450 700°С, а отделение газовой фазы производят в два этапа: сначала перед обработкой газообразным гидрофобизатором и после указанной обработки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4