Структура и свойства шламов и шликеров.

Сырьевые цементные шламы и глиняные шликеры – полидисперсные полиминеральные суспензии, в которых твердая фаза представлена частичками известняка, глины, кварца и других минералов, а жидкая – водой (иногда раствором электролитов – для глиняных шликеров). Размер твердых частиц колеблется в широких пределах от сотен ангстрем до сотен микронов и более.

Крупные фракции представлены в основном непластичными минералами (кварцем, известняком, полевым шпатом), и мелкими глинистыми минералами, аморфной кремнекислотой, гидратами оксидов железа, алюминия). Они могут рассматриваться как системы, близкие к коллоидным.

Структура шламов представлена в виде пространственной сетки каркаса, образованной молекулярным сцеплением друг с другом атомов, ионов, молекул коллоидных и дисперсных частиц.

Структурная единица шлама – это мицелла-ассоциат, состоящая из 3-х зон:

1 зона – это ядро, которое состоит из кристаллической решетки твердой частицы (зерен кварца, карбонатов кальция, магния и т.д.).

2 зона – адсорбционный слой, который образуется за счет сорбции из водного раствора катионов металлов, молекул воды и положительно заряженных гидроксидов Fe³⁺ и Al³⁺.

3 зона – диффузионный слой, образованный мелкими кристаллами глинистых компонентов и слабосвязанной водой (намного слабее этот слой связан с ядром).

В шламах и шликерах можно выделить 3 типа воды:

1. Прочно связанная в сольватных оболочках минеральных частиц (т.е. в адсорбционном слое). Молекулы воды в этом слое прочно связаны (структура адсорбционного слоя воды приближается к структуре кристалла). Этот слой воды (прочно связанной) не способен повышать текучесть шламов и шликеров.

2. Вода, входящая в рыхлый диффузионный слой. Здесь преобладает капиллярная и капельно-жидкая вода. Чем толще диффузионный слой, тем выше подвижность суспензии.

3. Свободная вода – это вода, находящаяся в прстранстве между частичками и не входящая ни в адсорбционный, ни в диффузный слой. Она имеет свойства обычной воды.

 

 

Свойства.

1. Состав суспензий. Дисперсная фаза должна иметь определенный вещественный и химический состав. Состав должен быть однородным по обьему. Однородность состава не должна меняться в процессе хранения и использования.

2. Устойчивость суспензий. Суспензия должна сохранять кинетическую и агрегативную устойчивость (т.е. должна иметь равномерное распределение частиц). Частицы дисперсной фазы не должны коагулировать, так как это может привести к осаждению последних, что в конечном итоге вызовет расслаивание суспензии. Грубый помол делает суспензию нестойкой, а слишком тонкий требует увеличения содержания дисперсионной среды (что в последствии приведет к повышению расхода тепловой энергии на сушку или обжиг). Агрегативная стойкость коллоидной системы тем ниже, чем больше концентрация твердой фазы. Сырьевые цементные шламы принято характеризовать влажностью

;

Устойчивость суспензий можно увеличить увеличением количества и дисперсности твердой фазы глиняной составляющей.

3. Текучесть суспензий. Текучесть шликера определяется временем истечения (в секундах) 100 см шликера при 15 С через отверстие вискозиметра Энглера диаметром 6 мм. Шликеры имеют вязкость10-20 Па.с. Текучесть цементного сырьевого шлама определяется на приборе МХТН-ТН-2 по расплыву стандартного конуса. Шламы нормальной текучести дают расплыв конуса 45 2 мм (заводы работают 50-54 мм).

Водопотребность шлама, т.е. минимальная влажность, при которой возможен его гидротранспорт

;%

Водопотребность сырьевых цементных шламов 45-100%

На подвижность (текучесть) влияют:

1.Минералогический состав глиняной составляющей;

2.Дисперсность и зерновой состав твердой фазы;

3.Влажность и температура суспензии.

4. Загустеваемость суспензий. Суспензия загустевает в результате тиксотропного упрочнения, т.е. система способна восстанавливать свою структуру после первоначального разрыва связей под действием внешней приложенной силы. Определяется загустеваемость количеством и составом глинистого компонента и типом адсорбированных глиной ионов. Наличие ионов Ca²⁺, Mg²⁺, SO₄^2- способствует быстрой загустеваемости. Коэффициент загустеваемости выражается отношением вязкости суспензии после отстаивания в течение 30 минут к вязкости той же суспензии через 30 секунд после приготовления.

5. Скорость фильтрации суспензии (фильтруемость). Является важной характеристикой при литье из водных шликеров, а также при комбинированном способе производства цемента, когда шлам перед обжигом подвергают фильтрации на вакуум-фильтрах. От скорости фильтрации зависит производительность оборудования, расход топлива.

Скорость фильтрации, т.е. скорость водоотдачи зависит:

1. От влажности суспензии;

2. Минералогического и гранулометрического состава глиняной составляющей;

3. Тонкости помола отощающих добавок.

Чем выше дисперсность глиняной составляющей, тем меньше скорость фильтрации. Хорошо фильтруются суспензии на основе гидрослюды, плохо – монтмориллонитовые, а также меловые суспензии.

Ускорить водоотдачу можно нагреванием суспензии и форм до 35 – 40 С, т.к. при этом вязкость понижается.

6. Созреваемость. Глинистые частицы в процессе перемешивания с водой распадаются и подвергаются гидратации и частичному гидролизу. Этот процесс называется созреванием. Созревание суспензий в зависимости от состава длится: у глин – 7-15 сут; каолинов 2-4; песков – 1-2 сут.

7. - потенциал (электрокинетический потенциал). -потенциал является приближенной характеристикой толщины диффузионного слоя воды, и численно равен разности потенциалов между границами адсорбционного и диффузионного слоев воды и пропорционален адсорбированных диффузным слоем ионов. Чем более развита диффузная часть сольватной оболочки, тем более устойчива коллоидная глинистая система и тем выше ее -потенциал. Так при замещении ионов Са²⁺ на одновалентные Na⁺, K⁺ увеличивается степень сольватации глинистых частиц, повышается устойчивость коллоидной системы, что приводит к повышению - потенциала. И наоборот, введение Са²⁺, Mg²⁺, Al³⁺ приводит к снижению устойчивости системы и коагуляции сольватированных частиц с последующим их отделением.

 

 

Регулирование реологических свойств шламов и шликеров.

Как уже отмечалось выше, шламы и шликеры должны обладать высокой текучестью при максимальном содержании твердой фазы. Для снижения вязкости структурированной системы без дополнительного разбавления дисперсионной средой применяют различные воздействия.

1. Физико-механические методы.

1.1. Если шлам подвергнуть механической обработке, то диффузный слой в мицеллах отжимается, выделяя в промежутки между частичками часть избыточной воды, что приводит к повышению текучести. Наиболее эффективным видом механического воздействия является виброобработка. Текучесть можно повысить обработкой ультразвуком (образование кавитационных пузырьков);

- предварительной обработкой воды в магнитном поле;

- предварительное обезвоживание на фильтр- прессах, за счет этого удаляются вредные водорастворимые примеси. В дальнейшем полученные коржи распускают до получения необходимой влажности.

- выдержка в бассейнах (1 – 3 суток)

- вакуумирование.

- повышение температуры (вязкость падает) (30 – 40 для глиняных шликеров).

- предварительная термообработка глин; (у глины теряется способность к набуханию, понижается пластичность глин).

- вязкость и загустеваемость можно регулировать количеством отощающих добавок (шамот).

2. Физико-химические методы.

2.1. Введение электролитов. Целесообразно применять электролиты, содержащие одновалентные катионы (чаще всего Na⁺), которые замещают ионы катионов (Са²⁺ например) в адсорбционном комплексе, что приводит к утолщению диффузной оболочки мицелл и разрыхлению структуры шлама (за счет большей способности ионов Na к сольватации). Ион Na⁺ одновалентен, поэтому он связан с диффузным слоем мицеллы одной химической связью и способен удерживать только одну частицу. Происходит пептизация частиц суспензии, стабилизация и увеличение текучести.

 

Оптимальная концентрация электролитов устанавливается экспериментальным путем при помощи кривых разжижения.

При повышении концентрации электролита сверх оптимальной величины толщина диффузного слоя уменьшается, - потенциал снижается и вязкость системы возрастает, что приводит к снижению устойчивости системы.

2.2. Введение органических ПАВ.

Молекулы ПАВ, адсорбируясь на поверхности сольватированных частиц полярными активными группами (-СООH, -OH, -NH₂, -SH, -CHO), вытесняют из них молекулы воды, препятствуя образованию прочного адсорбционного слоя воды. Органические ПАВ гидрофобизируют поверхность частиц, понижается влажность и улучшаются другие свойства суспензий.

Органические добавки – лигкосульфонатсодержащие (ССБ, СДБ), щелочные соли органических кислот и др.

Транспортирование шламов и порошков.

Шламы и шликеры транспортируют мембранными и центробежными насосами.

В мембранном насосе жидкая масса проталкивается в трубопровод периодическим ходом поршня через гибкую мембрану.

Центробежный насос транспортирует массу движением вращающегося колеса с лопатками. Достоинства ЦН:

1. Отсутствие клапанов;

2. Большое число оборотов рабочего колеса;

3. Легкость регулировки количества перемещаемой жидкости;

Они используются для перекачки больших обьемов шламов (цементные заводы). При прохождении через центробежный насос и при его движении по трубопроводу происходит частичное истирание твердой фазы шлама, что снижает его текучесть.

Механическое перемещение порошка в горизонтальной плоскости производят шнеками, а в вертикальной – ковшовыми элеваторами.

Пневматическая транспортировка порошкообразных продуктов с помощью винтовых и камерных насосов. Основные их преимущества:

1. Перемещение материала на большие расстояния;

2. Отсутствие пыления и потерь;

3. Простота и надежность эксплуатации.

 

12	Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: