В Казахстане имеются богатые месторождения опок, представляющих собой экологически безопасный материал для производства сорбентов, которые могут быть использованы для очистки воды хозяйственного и питьевого назначения, поэтому организация производства гранулированных или таблетированных сорбентов является актуальной задачей. Следует отметить, что важным свойством опок является возможность улучшения их технологических характеристик путем применения различных методов активации и модифицирования. Это дает возможность создавать новые материалы с заданными физико-механическими и технологическими свойствами применительно к решению конкретных задач [1].
Анализ применяемых в настоящее время технологий промышленного производства гранулированных сорбентов из природного сырья показывает, что основными технологическими операциями являются: измельчение; классификация; дозирование; смешивание; механоактивация; гранулирование или таблетирование. Проанализируем аппаратурное оформление каждого из перечисленных процессов.
Измельчение
Для измельчения можно использовать различные конструкции мельниц в зависимости от размеров исходного сырья. Поскольку опоки поступают на производство в сыпучем агрегатном состоянии и размер частиц, обычно не превышает 10-15мм, для измельчения можно рекомендовать шаровые барабанные мельницы непрерывного принципа действия. Данный тип машин на протяжении многих десятилетий зарекомендовал себя, как простые, надежные и достаточно эффективные.
Классификация
Механическая классификация или грохочение успешно реализуется в барабанных грохотах [2]. Наряду с несомненными преимуществами, такими как простота изготовления, большая единичная производительность и т.д., данные машины имеют существенный недостаток – относительно низкая удельная производительность, т.е. производительность в расчете на единицу площади просеивающей поверхности. Более перспективной представляется конструкция [3], в которой совмещены преимущества разных типов грохотов, такие как легкая очистка просеивающих поверхностей барабанных грохотов и высокая удельная производительность вибрационных.
Дозирование
В рассматриваемом случае точность дозирования особенно важна, т.к. предполагается проводить модификацию опоки углеродными наноматериалами семейства «Таунит». Процентное содержание, по массе, наноматериала не превышает сотых долей процента, поэтому даже при промышленном производстве сорбентов необходимо организовать микродозирование наноматериала. Достаточно подробный анализ преимуществ и недостатков различных способов непрерывного весового дозирования и устройств для реализации этих способов дан в работе [4]. Наиболее перспективной является технология двухстадийного дозирования, поскольку она обеспечивает более высокую точность непрерывного дозирования, по сравнению с традиционными способами. Оборудование для реализации данной технологии просто в изготовлении и эксплуатации, имеет широкий диапазон изменения производительности и поэтому может быть использовано для дозирования всех компонентов при производстве гранулированных сорбентов. Для преобразования отдельных порций в непрерывный поток могут быть использованы наклонные лотки, совершающие, как вертикальные, так и крутильные колебания [4].
Смешивание
Смешивание опоки с суглинком или бентонитом может быть реализовано в барабанных [2] или лопастных [5] смесителях с упорядоченной загрузкой компонентов [2]. Предпочтение следует отдать барабанным смесителям, потому что используя мелящие тела в виде длинных цилиндров (стержней) в них можно организовать одновременно со смешиванием механоактивацию смеси.
Механоактивация
Механоактивация части основного компонента и модифицирующих добавок существенно повышает технологические характеристики готовых изделий. Наиболее эффективно, на наш взгляд, механоактивацию проводить в планетарных мельницах при циркуляционном режиме движения материала [6, 7]. В этом случае практически отсутствует намол инородных материалов, поскольку механоактивация происходит за счет самоизмельчения частиц (без мелящих тел) и проскальзование материала относительно внутренней поверхности барабана отсутствует.
Гранулирование
Гранулирование смеси можно осуществлять грануляторах с устройствами для разрушения ядра сегрегации из мелких частиц [2] или в скоростном грануляторе [8], где сегрегация практически не наблюдается [9]. При обеспечении периодического разрушения ядра сегрегации, процесс гранулирования можно реализовать в тарельчатом грануляторе. Возможен вариант таблетирования сорбента в валковых или ротарных таблеточных машинах, однако это более энергоемкий и дорогой процесс, по сравнению с гранулированием.
Выводы
Аппаратурное оформление технологического процесса производства гранулированного сорбента на основе опок месторождений Республики Казахстан не вызывает особых трудностей, но для снижения себестоимости продукта, повышения качества и удельной производительности, необходимо провести дополнительные исследования конкретных конструкций, предлагаемых в данном докладе, на конкретных материалах: опока; суглинок; углеродные наноматериалы.