СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МИКРОСФЕР

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МИКРОСФЕР


--- Закажите полную версию данного патента ---
RU (11) 2257267 (13) C2

(51) 7 B03B7/00, C04B18/10 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2005.07.27 
(21) Регистрационный номер заявки: 2003118293/03 
(22) Дата подачи заявки: 2003.06.20 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2003.06.20 
(43) Дата публикации заявки: 2005.02.27 
(45) Опубликовано: 2005.07.27 
(56) Аналоги изобретения: RU 2013410 C1, 30.05.1994. SU 1697885 A1, 15.12.1991. SU 1731745 A1, 07.05.1992. RU 2017696 C1, 15.08.1994. RU 2236905 C1, 27.09.2004. DE 19727172 A, 05.02.1998. US 4121945 A, 24.10.1978. 
(73) Имя патентообладателя: Общество с ограниченной ответственностью "Нормин" (RU) 
(98) Адрес для переписки: 127349, Москва, ул. Лескова, 6, кв.35, Б.А.Симановскому 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МИКРОСФЕР

Изобретение относится к производству микросфер из летучей золы тепловых электростанций, используемых в качестве наполнителей строительных материалов и легких цементов, композиционных материалов, при производстве легких герметиков, замазок, красителей, клеев, композиционных древесных материалов, взрывчатых веществ, для получения материалов, способных сорбировать токсичные металлы при консервации и длительном хранении радиоактивных отходов. Способ получения микросфер из водной суспензии летучей золы тепловых электростанций включает в себя гидросепарацию, съем всплывших микросфер, их обезвоживание, сушку. При этом съем всплывших микросфер производят мобильной установкой - эжекторным насосом с фильтрующей насадкой, при скорости всасывания водной суспензии 20-250 м 3/час с поверхности понтонного поддона площадью 5-100 м 2, прижатого к нижнему слою микросфер, а разделение полых микросфер по фракциям в многоступенчатом вращающемся барабанном классификаторе с самоочищающимися поверхностями сеток для рассева микросфер. Технический результат - повышение эффективности, технической надежности и интенсификации извлечения микросфер. 3 з.п.ф-лы, 3 табл.



ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к производству микросфер из летучей золы тепловых электростанций, используемых в качестве наполнителей строительных материалов и легких цементов, композиционных материалов, при производстве легких герметиков, замазок, красителей, клеев, композиционных древесных материалов, взрывчатых веществ, для получения материалов, способных сорбировать токсичные металлы при консервации и длительном хранении радиоактивных отходов.
При сжигании углей в топках котлов из минеральных примесей образуются алюмосиликатные полые микросферы - легкий сыпучий мелкодисперсный порошок, состоящий из отдельных сферических полых прочных частиц. Содержание полых микросфер в золе-уноса на различных тепловых электростанциях (ТЭС) изменяется от десятых долей процента до нескольких процентов. Размер микросфер изменяется от 10 до 400 мкм. Преобладающее количество микросфер имеет диаметр 100-200 мкм. Несмотря на то, что микросферы являются незаменимым компонентом в строительных материалах и многих других ценных материалах, в настоящее время зольные микросферы вместе с золой уноса выводят на золоотвалы, где они скапливаются в больших количествах и создают дополнительную экологическую напряженность в районах электростанций. Одной из причин такой утилизации микросфер является отсутствие надежного и эффективного способа выделения микросфер как товарного продукта из золы-уноса ТЭС.
Авторы патентов США № 4121945 и № 4652433 предлагают выделять микросферы из водной суспензии летучей золы ТЭС добавлением в нее различных реактивов, перемешиванием в последовательно установленных смесителях с добавлением в последней стадии смешивания пенообразователя. На заключительной стадии выделения микросфер применяют флотацию для максимального удаления несгоревшего углерода, отстаивание и сгущение оставшейся части зольных уносов с концентрацией микросфер в сливе, съем и обезвоживание микросфер.
Недостатками данных способов являются большие затраты и сложность получения микросфер, т.к. технология получения микросфер включает большое количество операций смешения, флотацию и удаление несгоревшего углерода с применением пенообразователя. Необходимость использования флоакулянтов для увеличения скорости всплытия микросфер приводит к удорожанию процесса.
Известны способы выделения микросфер из водной суспензии зольных отходов ТЭС, в которых практически отсутствуют химические реактивы, а используются специальные конструкции классификаторов для выделения микросфер (патенты РФ № 2047379, № 2080934). По предложению авторов данных патентов разделение материалов по плотности можно проводить в специальной емкости, снабженной механическими приспособлениями для сбора микросфер, их отвода по трубопроводу с помощью системы коромыслов, противовесов и запорной арматуры. Предложенные приспособления по мнению авторов могут работать в непрерывном автоматическом режиме на ТЭС.
Основным недостатком данных изобретений является неэффективность и низкая производительность по количеству получаемой микросферы, поскольку через предлагаемые устройства необходимо пропускать весь водный поток смываемой золы. Таким образом, приемные емкости данных приспособлений и все механические устройства должны обрабатывать миллионы тонн водного потока, в котором содержатся сотые доли процента искомой микросферы. Для выделения микросфер из золы-уноса на одной ТЭС потребуется огромная батарея многочисленных приспособлений, предлагаемых по данным патентам.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ получения микросфер из водной суспензии летучей золы тепловых электростанций, описанный в патенте РФ 2013410 (прототип). Авторы предлагают способ получения микросфер, включающий гидросепарацию в установке, включающей ряд пирамидальных емкостей, съем всплывших микросфер и их обезвоживание на ленточном вакуум-фильтре. Гидросепарацию осуществляют в нисходящем потоке при скорости его 5-7 м/ч. Авторами установлено, что при данной скорости нисходящего потока суспензии гидросепарация в нем происходит наиболее эффективно, т.к. микросферы, скорость всплытия которых больше скорости нисходящего потока, концентрируются в верхнем слое суспензии.
Одним из преимуществ данного прототипа перед вышеприведенными аналогами является возможность максимального извлечения микросфер из зольных уносов без применения флоакулянта и других химических реактивов. Однако и этот способ получения микросфер из золы-уноса ТЭС не лишен основного недостатка, характерного для упомянутых патентов и других научных публикаций по данному вопросу, - необходимость использования сложных механизмов для гидросепарации легкой фракции зольных уносов, строгое соблюдение и контроль всех параметров многоступенчатого процесса выделения микросфер и использование каскада классификаторов, через которые проходит весь поток смываемых зольных уносов, для увеличения производительности. Кроме того, в упомянутом способе не указываются способы сушки и классификации по размерам микросфер. Сложность этих технологических этапов определяется малыми значениями диаметров и объемного удельного веса микросфер.
Решаемая техническая задача состоит в том, чтобы создать эффективный способ выделения микросфер из зольных уносов ТЭС с использованием доступных средств, получить товарные фракции данного продукта с заданными характеристиками. 
Целью предлагаемого изобретения является эффективность, техническая надежность и интенсификация извлечения микросфер за счет съема влажных микросфер, гидросепарация которых произошла естественным способом в золоотвальном водоеме.
Поставленная цель достигается описываемым способом получения полых алюмосиликатных микросфер из водной суспензии летучей золы тепловых электростанций, включающим в себя гидросепарацию, съем всплывших микросфер, их обезвоживание и сушку.
1. Новым является то, что съем всплывших микросфер производят мобильной установкой - эжекторным насосом с фильтрующей насадкой, при скорости всасывания водной суспензии 20-250 м3/час с поверхности понтонного поддона площадью 5-100 м2, прижатого к нижнему слою микросфер, при этом производят разделение полых микросфер по фракциям в многоступенчатом вращающемся барабанном классификаторе с самоочищающимися поверхностями сеток для рассева микросфер, при этом:
- гидросепарацию водной суспензии летучей золы осуществляют в золоотвальном водоеме; 
- обезвоживание микросфер осуществляют в пористых контейнерах фильтрацией воды через отверстия с размерами не более 10 мкм; 
- сушку микросфер осуществляют в потоке разогретого воздуха во вращающемся барабане, выходное отверстие которого экранировано сеткой с размерами отверстий не более 10 мкм.
Проведенные испытания показали, что предлагаемый способ получения полых алюмосиликатных микросфер за счет совокупности отличительных признаков позволил быстро и легко собрать верхний слой золоотвального водоема, который представляет собой влажные микросферы с минимальным количеством примесей; благодаря использованию эжекторного насоса с фильтрующей насадкой было исключено повреждение полых микросфер; фильтрация воды, т.е. обезвоживание микросфер, в пористом контейнере с объемом 1 м происходила в течение 40-60 секунд; сушка во вращающемся барабане с экранной сеткой позволила практически исключить потери товарной фракции микросфер; разделение микросфер по фракциям в многоступенчатом вращающемся барабанном классификаторе не вызывало технических проблем.
Из доступных источников патентной и научно-технической литературы нам неизвестна заявляемая совокупность отличительных признаков, следовательно, предлагаемый способ отвечает критерию “существенные отличия”.
Смыв зольных отходов в золоотвальный водоем не представляет технических и экономических трудностей. Благодаря естественной гидросепарации в большом объеме водоема полые микросферы концентрируются на поверхности воды, образуя слой толщиной до 30-50 см. Все примеси, удельный вес которых больше 1,0 г/см3, оседают на дно водоема, таким образом происходит очистка полых микросфер от примесей и разрушенных микросфер, внутрь которых может попасть вода. Невысокая скорость всплытия микросфер и еще меньшая скорость оседания мелких примесей и несгоревших частиц углерода не лимитируют производительность получения микросфер по предлагаемому изобретению, т.к. съем микросфер с поверхности водоема производят по мере их накопления, а скорость съема определяется мощностью насоса.
Для съема микросфер с поверхности водоема с минимальным количеством воды предлагается изолировать всплывшие микросферы понтонным поддоном (экраном) с площадью от 5 м2 до 100 м2, в зависимости от площади золоотвального водоема. Благодаря тому что данный поддон плотно прижимается к нижнему слою микросфер, съем микросфер происходит с минимальным количеством воды, засасываемой эжекторным насосом. Насосная установка расположена на автомобильном шасси, что позволяет производить забор микросфер с удобного места золоотвальных водоемов, расположенных в различных регионах, и в удобное время. Использование эжекторных насосов предохраняет полые микросферы от механических повреждений. При заборе верхнего слоя микросфер с производительностью 50 м3/час требуется не более 20 рабочих дней для производства 3000 тонн сухих микросфер.
Пример осуществления способа при средних значениях режимных параметров.
Съем микросфер с поверхности золоотвального водоема производят с помощью эжекторного насоса с автономным питанием от дизельной мобильной установки. Эжекторный насос снабжен фильтром, который предохраняет от всасывания механических примесей с размерами более 1-3 мм. Всасывание микросфер проводят при производительности насоса 50 м3/час над понтонным поддоном площадью 10 м2, который легко перемещается в верхнем слое золоотвального водоема с помощью двух тросов. По сливному рукаву влажные микросферы поступают в контейнеры с емкостью 1 м3 типа “Big-Bag”, выполненные из пористой ткани с размерами отверстий не более 10 мкм. Контейнеры расположены на металлическом каркасе для возможности обезвоживания (естественного слива воды, поступившей с микросферами). На металлическом каркасе подвешивают 20 контейнеров, которые непрерывно заполняют влажными микросферами одним оператором. По мере заполнения контейнеров и слива из них воды контейнеры с обезвоженными микросферами направляют на сушку и классификацию по фракциям. Время заполнения и обезвоживания 20 контейнеров составило 80 минут.
Поскольку удельная поверхность микросфер составляет около 200 м2/г, количество адсорбированной воды на поверхности микросфер в виде тонкой пленки составляет 40-50% от массы микросфер. Эта вода, удерживаемая поверхностными адсорбционными ван-дер-вальсовыми силами, может быть удалена в сушильном агрегате при температуре 150-170°С.
Сушку микросфер проводят в двух параллельно работающих вращающихся барабанах с общей мощностью 14 КВт. Диаметр барабанной сушилки 400 мм, длина 1500 мм. Производительность такой установки (двух вращающихся барабанов) составляет 500-700 кг/час по сухой микросфере. В связи с тем, что отверстие для отходящих газов сушильного барабана экранировано сеткой с размерами не более 10 мкм, потери микросфер при сушке составили не более 3,0 мас.%.
Высушенные микросферы направляют на рассев по фракциям в трехсекционные вращающиеся барабанные классификаторы. Для обеспечения производительности 500 кг/час по готовому товарному продукту используют сушильную установку, состоящую из двух барабанных классификаторов с диаметром 900 мм и длиной 2100 мм. Поверхность каждой секции классификатора выполнена из сеток с размерами ячеек в соответствии с требуемыми фракциями микросфер. В данном примере использовали сетки с размерами ячеек 80 мкм; 120 мкм и 250 мкм. В первой (загрузочной) секции была самая мелкая сетка - 80 мкм, и из нее выгружались микросферы с размерами 10-80 мкм в количестве 3,5 мас.% от количества загружаемых микросфер. Более крупные микросферы поступали во вторую секцию, т.к. классификатор расположен под углом 3°, и из нее выгружали микросферы с размерами соответственно 80-120 мкм в количестве 21,5 мас.%; из третьей - 120-250 мкм в количестве 65,0 мас.%. Крупная фракция микросфер с размерами более 250 мкм и в количестве 10,0 мас.%, которая не просеялась через данные сита, высыпалась через выходное отверстие в четвертый бункер.
Проведенные испытания показали, что при увеличении площади понтонного поддона до 100 м2 можно увеличить производительность эжекторного насоса до 250 м3/час, при этом время заполнения и обезвоживания 20 контейнеров не изменилось, т.е. составило 80 минут, т.к. лимитирующей стадией является обезвоживание или фильтрация воды через стенки контенера. Изменение режимных параметров (производительность насоса и площадь понтонного поддона), как показали исследования, проведенные в Центре по испытаниям и сертификации строительных материалов “Цемисон”, не влияет на физико-химические свойства полученных микросфер. Свойства микросфер могут незначительно изменяться в зависимости от места их отбора, что объясняется колебаниями в химико-минералогическом составе углей. Поэтому в таблицах 1, 2 и 3 приведены характеристики двух проб микросфер, отобранных в разных местах золоотвального водоема.
Из практики известно, что допустимое содержание примесей, загрязняющих микросферы, не должно превышать 2,0 мас.%. К примесям, загрязняющим микросферы, относятся частицы несгоревшего угля, частицы золы и микросферы, плотностью более 1000 кг/ м3, от их содержания зависит качество материалов, в которых используются микросферы. Поскольку микросферы с плотностью более 1000 кг/ м3 при гидросепарации осели на дно золоотвального водоема, количество примесей в полученных микросферах входит в показатель “потери при прокаливании”, который, как видно из таблицы 3, менее 2,0 мас.%. Таким образом, микросферы, полученные по предлагаемому способу, по основным показателям соответствуют требованиям, предъявляемым к данным материалам. 
Таблица 1.

Физические характеристики зольных микросфер 
№пробы Влажность Насыпная объемная масса, кг/м 3 Плотность, г/м3 Удельная поверхность, г/м 2 
№1 48,9 356 2,23 179 
№2 47,1 368 2,27 159 

Таблица 2.

Гранулометрический состав зольных микросфер 
Наименование показателя Единица измерения Значения показателя для пробы 
№1 №2 
D[4,3] Средний размер частиц Мкм 169,07 183,51 
D[v, 0.1] 10% частиц размером до Мкм 99,52 114,0 
D[v, 0.5] медианный размер частиц Мкм 163,74 180,66 
D[v, 0.9] 90% частиц размером до Мкм 247,99 258,84 

Таблица 3.

Химико-минералогическая характеристика зольных микросфер 
№пробы Содержание, мас.% 
П.п.п. SiO2 Аl2O3 Fе2О3 CaO MgO Na 2O Nа2О TiO2 
1 0,77 60,41 19,16 7,66 2,49 4,58 1,56 2,31 0,91 
2 1,56 60,08 19,24 7,57 2.41 4.55 1,56 2,22 0,91 
Фазовый состав, мас.%: стеклофаза - 80,0, кварц -SiO 2-10,0, прочие составляющие (в т.ч. СаСО 3)-10,0. 

Предложенный способ получения микросфер из летучей золы тепловых электростанций отличается высокой эффективностью и простотой технического решения, исключает использование химических реагентов и сложных стационарных установок для гидросепарации. Применение мобильной насосной установки для съема всплывших микросфер позволяет производить отбор микросфер с золоотвальных водоемов различных ТЭС независимо от их расположения.



ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ получения микросфер из водной суспензии летучей золы тепловых электростанций, включающий в себя гидросепарацию, съем всплывших микросфер, их обезвоживание, сушку, отличающийся тем, что съем всплывших микросфер, производят мобильной установкой - эжекторным насосом с фильтрующей насадкой, при скорости всасывания водной суспензии 20-250 м3/ч с поверхности понтонного поддона площадью 5-100 м2 , прижатого к нижнему слою микросфер, при этом производят разделение полых микросфер по фракциям в многоступенчатом вращающемся барабанном классификаторе с самоочищающимися поверхностями сеток для рассева микросфер. 
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что гидросепарацию водной суспензии летучей золы осуществляют в золоотвальном водоеме. 
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что обезвоживание микросфер осуществляют в пористых контейнерах фильтрацией воды через отверстия с размерами не более 10 мкм.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что сушку микросфер осуществляют в потоке разогретого воздуха во вращающемся барабане, выходное отверстие которого экранировано сеткой с размерами отверстий не более 10 мкм.





ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к СТРОЙИНДУСТРИИ: строительные составы, смеси и композиции для производства строительных материалов и ведения строительных работ, бетон, специальный бетон, добавки для бетона, влияющие на его физические и химические свойства, специальные строительные составы, смеси и композиции обладающие гидроизолирующими, теплозащитными, звукоизоляционными, антикоррозийными, герметизирующими, радиационно-защитными свойствами и способы их получения, лакокрасочные, клеевые составы и композиции, строительные изделия, окна и двери. шторы и жалюзи. фурнитура, гарнитура и комплектующие, устройство кровли, крыш зданий и сооружений кровельные материалы и изделия. приспособления и устройства, устройство покрытий полов. наливные полы. смеси и композиции, строительство и ремонт гидротехнических сооружений, технологии строительства и ремонтно-строительные работы при возведении объектов промышленного и гражданского назначения, новые технологии и способы ведения ремонтно-строительных работ, строительная техника и оборудование для производства строительных материалов и ведения строительных работ.



Новые технологии и изобретения в стройиндустрии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "силикатный кирпич" будет найдено словосочетание "силикатный кирпич". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("силикатный" или "кирпич").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+силикатный -кирпич".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "кирпич" будут найдены слова "кирпич", "кирпичи" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "кирпич!".


Строительные составы, смеси и композиции для производства строительных материалов и ведения строительных работ | Специальные строительные составы, смеси и композиции обладающие гидроизолирующими, теплозащитными, звукоизоляционными, антикоррозийными, герметизирующими, радиационно-защитными свойствами и способы их получения | Лакокрасочные, клеевые составы и композиции | Строительные изделия | Новые технологии и способы ведения ремонтно-строительных работ | Окна и двери. Шторы и жалюзи. Фурнитура, гарнитура и комплектующие | Устройство кровли, крыш зданий и сооружений кровельные материалы и изделия. Приспособления и устройства | Бетон. Добавки для бетона, влияющие на его физические и химические свойства | Устройство покрытий полов. Наливные полы. Смеси и композиции | Строительство и ремонт гидротехнических сооружений | Технологии строительства и ремонтно-строительные работы при возведении объектов промышленного и гражданского назначения | Строительная техника и оборудование для производства строительных материалов и ведения строительных работ | Способы производства строительных материалов из древесины и отходов деревообработки


Рейтинг@Mail.ru