Способ обжига вермикулита

Изобретение относится к области изготовления теплоизоляторов из природного минерального сырья и может быть использовано при повышении качества теплоизолятора из низкокачественного природного сырья. Способ обжига вспученного вермикулита в восстановительной среде в реакционном объеме с газонепроницаемым сводом включает нагрев реакционной зоны в атмосфере водорода, изотермическую выдержку и отвод образующихся газообразных продуктов снизу реакционного объема. При нагреве реакционной зоны, по достижению 700°С через восстановитель продувают пары воды до конца процесса. Технический результат: повышение качества вермикулита за счет снижения содержания железа в нем. 2 ил.

 

Изобретение относится к области изготовления теплоизоляционных материалов из природного минерального сырья и может быть использовано при повышении качества теплоизолятора из низкокачественного природного сырья.

Известен способ удаления железа из базальта (В.М.Зибров. Влияние железа в базальтовых расплавах на физико-механические свойства керамики / Зибров В.М., Тютюнник А.А., Шабанов В.Ф., Павлов В.Ф. // Промышленно-строительное обозрение 2006 - №98; В.М.Зибров Прогрессивный способ получения минеральных изоляционных материалов из базальтовых пород / Зибров В.М., Тютюнник А.А., Шабанов В.Ф., Павло В.Ф. // Промышленно-строительное обозрение 2006 - №95), в котором расплав базальта обрабатывался восстановителем, охлаждался в режиме термоудара с получением стеклогранулята, высушивался и измельчался на дисковом истирателе до размеров частиц 100 мкм. Из полученных порошков стеклогранулята при давлении 300 кг/см² формовались образцы, которые затем подвергались обжигу в окислительной среде при температуре 900°C с последующим охлаждением в печи. Восстановленное железо удалялось из расплава посредством выпуска в футерованный огнеупором ковш. Однако многостадийная обработка, высокое давление и доведение материала до расплава при температуре 1500°C делает этот способ непригодным для вермикулита.

В работе (Конев Н.Н., Сало И.П. Удаление железосодержащих примесей методом магнитной сепарации // Стекло и керамика. - 1999. - №1. - С.28-29) рассмотрены теоретические основы магнитной сепарации и рекомендуемое оборудование для магнитного обогащения (очистки от магнитных примесей) материалов керамической и стекольной отраслей. Однако вхождение двух- и трехвалентного железа в структурную формулу вермикулита и малой его плотности делают этот способ малоэффективным.

Наиболее близким к описываемому изобретению является способ обжига керамических изделий (патент РФ 2096382, опубл. 20.11.97), включающий укладку изделий и восстановителя в реакционном объеме с газонепроницаемым сводом, нагрев реакционной зоны и изотермическую выдержку изделий.

Недостатком данного способа является низкий выход газообразных продуктов по достижению высоких температур (1200-1500°C) и как следствие - увеличивается время изотермической выдержки.

Задачей изобретения является повышение качества вермикулита за счет снижения в нем содержания железа.

Достигается это тем, что в способе обжига вермикулита в присутствии твердого углеродистого восстановителя, включающем укладку вермикулита и восстановителя в реакционном объеме с газонепроницаемым сводом, нагрев реакционной зоны и изотермическую выдержку вермикулита, согласно заявленному способу через восстановитель продувают пары воды, при этом образующиеся газообразные продукты отводят снизу реакционного объема.

При проведении обжига по известному способу используется нефтяной кокс как основной источник водорода и паров воды, которые в свою очередь взаимодействуют с твердым углеродом нефтяного кокса по реакции:

с образование газообразных водорода и оксида углерода. Однако количество выделенных газообразных продуктов из нефтяного кокса значительно падает после 600°C (т.е. значительно ниже реакционных температур 900°C и выше).

В заявленном способе вместо дорогого нефтяного кокса можно использовать более дешевый каменноугольный кокс либо полукокс. При этом количество получаемого водорода можно достичь значительно больше, чем в известном способе. Энергия Гиббса реакции (1) равна:

.

Откуда температура начала реакции (1) равна 668°C. Поэтому продувку паров воды через восстановитель осуществляют с 700°C.

Осуществление заявляемого способа в промышленных условиях можно проводить в колпаковой печи, например, марки СГЗ-3.4/7.

Для проведения обжига вермикулита по заявляемому способу использовалось колпаковое устройство (керамический тигель, опрокинутый вверх дном), в верхнюю часть которого загружали вермикулит, в нижнюю - каменноугольный кокс. В нижней части (подовой) установлены алундовые трубки для подачи паров воды. Для осуществления способа по прототипу использовалось то же устройство без алундовой трубки подачи паров воды и вместо каменноугольного кокса использовался нефтяной кокс.

Пример 1 (по прототипу).

Вермикулит (вспученный) с содержанием железа 9,3 вес.% подвергался обжигу в колпаковом устройстве совместно с нефтяным коксом при температуре 900°C в течение 30 мин. После обжига вермикулит анализировался на содержание железа, которое составляло 6,8 вес.%

Пример 2 (по заявленному способу).

Вермикулит (вспученный) с содержанием железа 9,3 вес.% подвергался обжигу в колпаковом устройстве совместно с коксом при температуре 900°C в течение 30 мин. По достижению 700°C через алундовую трубку подавали пары воды до конца эксперимента. После обжига вермикулит анализировался на содержание железа, которое составляло 3,6 вес.%.

По окончании экспериментов вермикулит исходный (вспученный) и вермикулит после обработки по заявленному способу исследовался на оптическом микроскопе.

На фиг.1 приведены снимки исходного вспученного вермикулита; на фиг.2 - вермикулита, обработанного по заявленному способу.

Из приведенных данных видно, что объем вермикулита, обработанного по заявленному способу, значительно увеличился по сравнению с исходным, что должно повлечь за собой снижение его теплопроводности и, следовательно, повышение его качества.

Таким образом, заявляемый способ позволяет повысить качество вермикулита за счет снижения в нем железа практически в два раза и осуществить его можно в существующих колпаковых печах.

Способ обжига вспученного вермикулита в восстановительной среде, отличающийся тем, что обжиг вспученного вермикулита осуществляют в реакционном объеме с газонепроницаемым сводом, при этом нагрев реакционной зоны в атмосфере водорода, изотермическую выдержку и отвод образующихся газообразных продуктов осуществляют снизу реакционного объема, а при нагреве реакционной зоны, по достижению 700°С через восстановитель продувают пары воды до конца процесса.