Влияние влажности воздуха на прочность гранул стекольной шихты

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА ИМ.С.М.КИРОВА

Том 257 1973

ВЛИЯНИЕ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА НА ПРОЧНОСТЬ ГРАНУЛ СТЕКОЛЬНОЙ ШИХТЫ

Л.Г.Лотова, В.А.Трофимов, В.М.Витюгин, В.В.Иванов

(Представлена научным семинаром кафедры общей химической

технологии)

Варка стекла с использованием сыпучих шихт из мелкозернистых материалов связана со многими недостатками (сегрегация, пыление, нарушение однородности стекломассы, разрушение огнеупорного припаса печей, ухудшение атмосферных условий рабочего помещения и т.п.), приводящими в итоге к снижению производительности стекольных заводов. С целью устранения этих недостатков сыпучую шихту можно окусковывать брикетированием или гранулированием. Наибольший практический интерес с экономической точки зрения представляет • подготовка стекольной шихты методом гранулирования. В отличие от брикетирования гранулирование не трёбует дорогого, сложного и в то же время малопроизводительного оборудования, метод сравнительно прост и экономичен [1,2,3] .

Освоение технологии гранулирования в производственных масштабах позволило бы централизовать подготовку высококачественной стекольной шихты, что имеет огромное народнохозяйственное значение. С этой точки зрения особый интерес приобретает прочность гранул при их транспортировке и влажность при загрузке в печи. Решение вопроса о минимальной прочности гранул имеет большое значение также при выборе условий хранения их. При обосновании необходимой минимальной прочности гранул следует учесть, что для стекловарения сохранение формы и размеров гранул не обязательно. Частичное разрушение гранул при транспортировке и хранение не опасно, если не приводит к рассыпанию гранул и образованию мелочи и пыли, способных к сегрегации.

При гранулообразовании. щелочесодержащих стекольных шихт большое влияние на прочность гранул оказывают процессы схватывания и затвердевания кристаллогидратов карбоната и сульфата натрия. При образовании структуры гранулы нестойкие десятиводные кристаллогидраты способны выветриваться, разлагаться с уменьшением количества молекул кристаллизационной воды и постепенно переходить в моногидрат или термонатрит ( с содержанием 15$ влаги). Происхо-дящие процессы не могут не отразиться на прочности гранул.

Для выяснения влажности воздуха на прочность и влажность гранул проводилось исследование гранул из стекольной шихты Анжеро-Судаенского завода следующего состава: песок - 54,82$, полевой шпат 5,23%, доломит - 17,30$, сода - 15,92$, сульфат натрия -5,28$, кремнефтористый натрий - 0,695?, мазут - 0,76$. Гранулы получали на тарельчатом лабораторном грануляторе. Шихту окатывали при начальной температуре— 50°С и влажности 15$. Для экспериментов отбирали гранулы диаметром 5-7 мм. Пробы сырых гранул сразу же после получения помещали в эксикаторы с растворами серной кислоты различной концентрации, обеспечивающими заданную относительную влажность воздуха от 40 до 90$ ( = 20-22°С). Через определенные промежутки времени определялась прочность на раздавливание и влажность гранул.

Из полученных данных£табл. I) видно, что при относительной влажности воздуха от 40 до 70$ прочность гранул со временем выдержки сначала растет, проходит через максимум и затем падает.

Влажность гранул при этом убывает, доходя в конечном итоге до 2-3$, что соответствует наличию в структуре гранулы моногидратов соды и сульфата натрия. При относительно высокой влажности воздуха - 80-90$ - прочность гранул вначале незначительно растет, а затем падает до очень низких значений (0,33; 0,24 кг/гранул). Влажность гранул при этом возрастает до величины, превышающей исходную; на поверхности гранул появляются трещины.

Обсуждение результатов.

При незначительной относительной влажности воздуха (40-70$) упрочнение свежеполученной (влажной) гранулы идет за счет образования кристаллических мостиков. Одновременно происходит удаление влаги с поверхности гранулы, влекущее перераспределение химических связей внутри гранулы. Процесс перераспределения влаги идет до образования в грануле монокарбоната. Прочность гранул при этом остается еще значительной (от I до 1,2 кг/гранул).

Таблица I

Значения влажности и прочности гранул в зависимости от влажности воздуха

Отно-си-тель-ная влажно СТ1 воз-дра, Определяемыезначения прочности и влажности гранул через

2 час. 4 час. 12 час. 14 час. 24 час. 48 час. 72 час. 216час.

проч., вл., — % гранул 10 проч., вл., КГ аг Гранул " проч., вл. кг ^ проч., вл. КГ а/ проч., вл. кг а ?ранул проч., вл. КГ а проч., вл, кг яг ,проч. вл. КГ а

гранул гранул " гранул гранул гранул

40 2,4 9*2 2,6 9.05 2,9- 7.85 3,1 5,68 3'2 3.0 2,4 3.5 1,65 3.05 1,3 2,35

50 2,26 10,2 2,6 9,1 2,65 8,5 2,7 7,2 3,34 5,6 1,94 3,26 1,78 2,74 1,18 2,72

60 2,2 10,3 2,3 9,2 3,0 9,2 3,0 8,3 2,7 7,0 1,92 5,47 1,6 4,43 1,05 2,7

70 2,02 10,4 2,4 10,3 2,5 10 3,0 9,1 3,1 7,1 2,23 6,9 1,58 ] 5,6 У [0 2,76

80 1,66 1,7 11,0 2,1 10,9 1,98 12,1 1,98 12,4 1,94 12,5 2,03 13,1 0,33 15,8

90 1.7 13,4 1,61 13,0 1,88 13,0 1,96 12,5 1,93 12,7 1,21 14,2 0,9 15,3 0,24 16,8

Примечание: исходная влажность свежеполученных гранул примерно 14%9 прочность через 15 минут после образования около 0,7 кг/гранул.

При большой относительной влажности воздуха (80-90$) происходит одновременно с кристаллизационным твердением гранулы процесс поглощения гранулой влаги из атмосферы воздуха. Механически примешанная вода (адсорбционная вода) действует расклинивающе на образованную структуру, появляются трещины, прочность гранулы падает до минимальной (0,2-0,3 кг/гранул).

Полученные данные (табл. 1)-в основном имеют практическое значение. В производственных (заводских) условиях время существования шихты от момента ее приготовления (включая и процессы грануляции) до загрузки в печи определяется главным образом соответствием между производительностью гранулятора и емкостью запасных бункеров и может колебаться,как правило, в пределах 8-12 часов.

При хранении гранул в обычных условиях, то есть при влажности от 40 до 70$ и температуре около 20°С, прочность и влажность (7-8$) их по истечении 10-12 часов от момента приготовления вполне отвечают требованиям стекольного производства.

Транспортировка гранул на дальние расстояния при централизованном производстве их не требует особых условий хранения, за исключением поддержания влажности возлуха 40-70$.

Литература

1. М.Ф.Гурьянова, Я.А.Фролов. Гранулирование стекольной шихты с крупным песком. "Стекло и керамика", 1961, Jfc 10.

2. Б.К.Демидович. Автореферат на соискание ученой степени кандидата химических наук. Минск, 1967.

3. Brandenberg н. Гранулирование стекольной шихты с подогревом. "Silikattechnik»f £ It 1964.