Использование скопа в качестве связующего для гранулирования флотационного хлорида калия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Использование скопа в качестве связующего для гранулирования флотационного хлорида калия

А.Б. Тессман

О.А. Федотова

С.В. Вавилин

В.А. Шеин

В.З. Пойлов

В.В. Вахрушев

Ежегодно на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности образуется около 500 тыс. т. осадков - скопа из первичных отстойников, активного ила и шлам-лигнина [1]. Из этого количества почти 90 % осадков складируется в накопителях, которые занимают дополнительные площади. В связи с этим важной и актуальной задачей является поиск путей рационального использования скопа.

По данным патентной литературы [2-8] основными направлениями использования отходов скопа являются: производство органо-минеральных удобрений, производство строительных и теплоизоляционных материалов, топлива, выработка дубильных экстрактов, в качестве поглотителя нефтепродуктов в нефтепромешленной и нефтедобывающей областях. Однако трудно назвать направление, которое бы полностью решало проблему утилизации древесных отходов.

На основании экспериментальных исследований И.А. Козлова [9] скоп является вяжущим воздушного твердения. В процессе твердения скоп проявляет свойства вяжущего контактного твердения, к которым относят также вяжущие аморфной и нестабильной кристаллической структуры, способной конденсироваться в момент возникновения контактов между частицами при сближении их на расстояние действия поверхностных сил натяжения.

В связи с этим, проведены исследования, направленные на использование скопа в качестве связующего для гранулирования флотационного хлорида калия.

Объектом исследований являлся флотационный хлорид калия ПАО «Уралкалий» г. Березники и скоп - ОАО «Соликамскбумпром», г. Соликамск.

Флотационный хлорид калия - это мелкозернистый продукт, оснавная часть которого (60,15%) представленна частицами с размером -1,0 + 0,315 мм, а средний размер кристаллов не превышает 0,826мм [10-11]. В состав скопа входят целлюлозное волокно (88,6-92,4 %), древесина (7,6-11,4 %) и примеси веществ.

Оценку состояния поверхности скопа проводили на электронном сканирующем микроскопе «S-3400N» (рис. 1).

а) увеличение 50х б) увеличение 500х

Рис. 1. Микрофотография поверхности скопа

Из представленных на рис.1 данных видно, что поверхность скопа представляет собой волокнистую структуру, имеются вкрапления древесных опилок. Этот факт затрудняет введение скопа в сухом виде во флотационной хлорид калия с целью получения однородного материала. В связи с этим, перед проведением исследований в скоп вводили расчитанное количество воды, тщательно перемешивали до получения однородной массы, затем вводили в гранулируемый мелкозернистый хлорид калия.

Гранулирование хлорида калия с использованием скопа в качестве связующего проводили методом окатывания при помощи установки, представленой на рис. 2.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2. Установка для гранулирования методом окатывания: 1 - барабанный гранулятор с рубашкой, 2 - термостат, 3 - термометр, 4 - электрический привод, 5 - поддон для выгрузки гранулята

Результаты исследований по определению оптимального состава для гранулирования флотационного хлорида калия представлены на рис. 3.

Рис. 3. Зависимость выхода и прочности гранул товарной фракции от содержания хлорида калия

Из анализа кривых на рис. 3 видно, что с увеличением содержания флотационного хлорида калия, выход гранул товарной фракции увеличивается. При содержании KCl 80% образуется 46,78% гранул крупной фракции (+5,0 мм), при этом выход гранул составляет 51,05%. С увеличением содержания хлорида калия до 85,71%, доля фракции +5,0 мм уменьшается до 2,71%, а выход увеличивается до 87,43%. Прочность гранул увеличивается, проходя через максимум (29,51 Н) при содержании KCl 84,62%. При повышении содержания KCl более 84,6% прочность гранул существенно снижается. Это связанно с недостатком связующего в исходной тукосмеси, что сопровождается снижением числа формируемых связей между мелкими частичами KCl.

На прочность гранул товарной фракции также влияет температурный режим сушки. Определение оптимальных условий сушки гранул проводили при температурах 90, 120 и 150°С и продолжительности 30 минут. Результаты исследований представлены на рис. 4.

Рис. 4. Зависимость выхода и прочности гранул товарной фракции от температуры сушки

Видно, что при увеличении температуры сушки с 90 до 150°С выход гранул товарной фракции уменьшается незначительно с 85,72 до 83,68%, это связано с увеличением доли мелкой фракции (-1,0 мм) с 2,21 до 3,55% соответственно. Однако прочность гранул существенно снижается с 30,50 до 24,30 Н.

С целью установления причин уменьшения прочности гранул с увеличением температуры проведен фотомикроскопический анализ полученных гранул и разреза гранул на оптическом микроскопе «Axio Imager M2m». Установленно (рис. 5-6), что при температуре выше 120°С внутри гранулы образуются дефекты (трещины и каверны), которые проводят к уменьшению прочности гранул товарной фракции.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 5. Фотография гранулы товарной фракции (увеличение 50х)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 6. Фотография разреза гранулы товарной фракции (увеличение 50х)

Выявлено, что при температуре сушки выше 120°С кроме внутренних дефектов (каверн и трещин), на поверхности гранул происходит образование кристаллических структур в виде полых трубок (рис. 7), которые состоят из хлоридов калия и натрия. Химический состав данных образований определяли методом рентгеноспектрального микроанализа.

а) увеличение 20х б) увеличение 100х

Рис. 7. Микрофотографии кристаллических образований на поверхности гранул флотационного хлорида калия

Стенки полых трубок имеют сетчатую ажурную структуру из включений волокон и микрокристаллов кубической формы.

На основании проведенных исследований установлена принципиальная возможность использования скопа в качестве связующего для гранулирования флотационного хлорида калия методом окатывания. Определены условия гранулирования флотационного хлорида калия методом окатывания с использованием скопа в качестве связующего, которые позволяют получить продукт с высоким товарными характеристиками (выход гранул товарной фракции - 85,71%, прочность гранул - 29,51Н). Изучены условия сушки гранул и выявлены внутренние (каверны и трещины) и внешние (кристаллические структуры в виде полых трубок) дефекты гранул, которые образуются при сушке выше температуры 120 єС.

Литература

скоп реагент хлорид калий

1. Медведев Н.А. Комплексное использование древесины - важнейшее направление повышения эффективности производства. Центральное правление НТО лесной промышленности и лесного хозяйства. М., 1979, с. 360.

2. Патент RU 2300507, 10.01.2006, МПК C04B33/132, Керамическая масса / Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тульский государственный университет (ТулГУ), Трещев А.А., Мишунина Г.Е., Липатова Е.С., Кораблин И.М. (Россия).

3. Патент RU 2528711, 12.12.2012, МПК C05F11/08, Способ получения почвосмеси для проращивания семян и развития саженцев / Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова Российской академии наук, Ушакова Н.А., Павлов Д.С., Чернуха Б.А., Рыбалов Л.П.(Россия).

4. Патент RU 2279309, 12.12.2012, МПК В01J20/24, В01J20/30, Способ получения собрента для очистки поверхности воды и грунта от нефти и нефтепродуктов / Общество с ограниченной ответственностью "Межрегиональный центр биологических и химических технологий", Зонова Л.Д., Горелов В.В., Басов В.Н., Ходяшев М.Б., Балков В.А., Молокотина В.Н. (Россия).

5. Патент RU 2108995, 20.04.1998, МПК C05F7/00, C05G1/00, Способ получения органо-минерального удобрения / Закрытое акционерное общество «РЭП Водоканал», Соколова И.В., Щупляк А.А., Петрова Л.А., Иванова Р.Г., Гладков О.А., Риц В.А. (Россия).

6. Патент RU 2260673, 05.04.2004, МПК Е21В33/138, Состав для снижения фильтрационной способности пористых сред / Общество с ограниченной ответственностью "ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез", Жуков В.Ю., Якунин В.И., Углев Н.П., Казакова Л.В, Глезденева Т.В., Миков А.И., Шипилов А.И., Южанинов П.М. (Россия).

7. Patent WO2014044905, IPC C05F11/00. A method of processing side flows and waste flows of pulp and paper industry and a fertilizer / Cursor OY; applicants Jaervinen Jari - Publication Date 09.13.2013.

8. Patent CN103214293, IPC C05F7/02; C05G1/00; C05G1/06. Formula and method for producing bamboo fertilizer by using paper pulp sludge for replacing bentonite / Guizhou Chitianhua Paper Industry Co Ltd; applicants Fang Honggang; Mou Guangyi; Zhang Dingjun; Zhang Ting; Li Lin; Wang Binbin; Li Tingting - Publication Date 01.22.2013.

9. Козлов И.А. Новые конструкционно-теплоизоляционные материалы на основе скопа - отхода целлюлозно-бумажной промышленности. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Челябинск, 2008, с. 20.

10. Федотова, О.А. Исследование процесса смачиваемости пылевидного KCl, содержащего примеси флотореагентов // Инженерный вестник Дона, 2013, №1 URL: http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2013/1558/.

11. Вахрушев, В.В. Кинетика обесшламливания сильвинитовой руды при ультразвуковой обработке Инженерный вестник Дона, 2013, № 2 URL:. http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2013/1638/.

Размещено на Allbest.ru