CC BY
12
AZЭRBAYCAN ЮМУА ШтАЫ № 1 2013 103
УДК 66.0992
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ГРАНУЛИРОВАНИЯ МОЛОТОЙ АЛУНИТОВОЙ ПОРОДЫ В МЕШАЛКЕ-УВЛАЖНИТЕЛЕ НЕПРЕРЫВНОГО
ДЕЙСТВИЯ
Х.М.Адыгезалов, Г.М.Самедзаде, Г.В.Шадлинская, А.И.Агаев, У.Н.Шарифова
Институт химических проблем им. М.Ф.Нагиева Национальной АН Азербайджана
Исследована грануляция алунитовой породы в мешалке-увлажнителе, установлены оптимальные условия перемешивания (время, скорость вращения вала, количество подаваемой воды), при которых достигается прочность гранул, достаточная для проведения процесса в реакторе шахтного типа.
Ключевые слова: гранулятор, перемешивание, гранулирование, прочность гранул, дегидратация, восстановление.
При проведении процессов обжига и восстановления пылевидной алунитовой руды За-гликского месторождения Азербайджана в кипящем слое на алюминиевом заводе г.Гянджа в атмосферу проскакивало до 15-20% перерабатываемой породы, в основном алунита [1].
Для предотвращения потерь алунита в виде пыли, улучшения экологического состояния окружающей среды исследовался процесс грануляции алунитовой породы (в дальнейшем просто алунита) с последующей дегидратацией во вращающейся печи и восстановлением в реакторе шахтного типа.
В данной работе проведено исследование процесса грануляции алунита в грануляторе непрерывного действия системы МУ (мешалке-увлажнителе), схематически изображенного на рис.1 [2] и выбранного нами по результатам предварительного исследования как наиболее эффективного по сравнению с существующими (барабанного типа, тарельчатого и др.).
Гранулятор МУ представляет собой чашу 1 с цилиндрическим корпусом, диаметром 400 мм и днищем. В центре ее установлен вертикальный вал 2 с укрепленными на нем, у днища чаши, перемешивающими горизонтальными кронштейнами 3 с вертикальными стержнями 4. На корпусе высотой в 150 мм имеется окно 5, через которое высыпаются готовые гранулы. Связующий раствор (в нашем случае вода) подается через патрубок 6 с форсунками, укрепленный на корпусе гра-нулятора. При необходимости вода подается дополнительно ручным пульверизатором. В грануля-тор алунит подается шнеком с помощью желоба 7.
Рис.1. Гранулятор МУ: 1 - чаша с цилиндрическим корпусом, 2 - вал, 3 - кронштейны, 4 - стержни, 5 -окно, 6 - патрубок с форсунками, 7 - желоб.
6
Гранулятор МУ отличается тем, что порошкообразный материал перемешивается кронштейнами в горизонтальной плоскости, а укрепленными на них вертикальными стержнями - в вертикально-радиальном направлении. В результате такого перемешивания интенсифицируется процесс зародышеобразования, обеспечивается равномерное увеличение гранул, достигается однородность гранулометрического состава.
Нами исследовалась зависимость гранулообразования от основных параметров процесса -скорости вращения вала и времени грануляции, количества перемешивающих кронштейнов и влаги, подаваемой для грануляции. Проведена работа по нахождению оптимальных условий, при которых определялись прочность гранул и гранулометрический состав, влияние величины гранул на последующие процессы дегидратирующего обжига и восстановления.
Исследования проводились при непрерывной подаче алунита в количестве 35 и 50 кг/ч, разной скорости вращения вала - 20, 34 и 47 об/мин и при высоте слоя гранулируемой массы в чаше - 100 мм.
Первая серия опытов проводилась при производительности 35 кг/ч и высоте гранулируемого слоя в чаше 100 мм. Предварительно определялось количество воды, необходимое для грануляции. Было установлено, что для нормального проведения процесса необходимо пульверизировать 9.5% воды (от веса перерабатываемой руды). Увеличение количества подаваемой воды приводит сперва к слипанию отдельных мелких гранул, а при количестве свыше 10.2% начинается комкование и слипание всей гранулируемой массы.
Полученные при исследовании зависимостей гранулометрического состава и прочности гранул от скорости вращения вала данные приведены в табл.1.
Таблица 1. Изменение гранулометрического состава и прочности гранул в зависимости от скорости вращения вала и времени перемешивания_
Скорость вращения вала, об/мин Время перемешивания, мин Средний фракционный состав гранул, % Прочность гранул по фракциям, кг/гранул
+5 +4 +3 +2 +5 +4 +3 +2
20 24.8 32.5 28.5 25.2 12.8 1.2 0.85 0.32 0.18
34 24.5 24.4 38.6 17.7 18.3 1.25 0.8 0.35 0.18
47 23.6 11.5 25.7 38.4 22.5 1.20 0.8 0.30 0.16
Примечание: высота слоя И=100 мм, производительность - 35 кг/ч, 4 кронштейна.
Как видно из таблицы, при увеличении скорости вращения вала незначительно уменьшается время пребывания материала в чаше. Это связано с тем, что возрастают центробежные силы, возникающие при движении кронштейнов и укрепленных на них вертикальных стержней вокруг оси и действующие на гранулируемый алунит. Однако с увеличением скорости вращения вала время пребывания алунита в чаше изменяется незначительно. Так, при изменении скорости вращения вала в 1.7 и 2.35 раз (с 20 до 34 и 47 об/мин) время пребывания материала в чаше уменьшается с 24.8 мин до 24.5 и 23.6 мин соответственно для скоростей 20, 34 и 47 об/мин. С увеличением скорости перемешивания усредняется размер гранул, увеличивается количество мелких гранул, прочность которых несколько уменьшается. Прочность гранул +5 и +3 составляет 1.2 и 0.3 кг/гранул и при 47 об/мин незначительно уменьшается до 1.2 и 0.30 кг/гранул соответственно.
Время перемешивания гранул, или время окатывания, значительно изменяется с изменением высоты слоя гранулируемого материала и производительности. Высота слоя гранулируемого материала регулируется перемещением окна 5, через которое высыпаются готовые гранулы. Если окно опустить ниже (ближе к днищу), то высота слоя, а соответственно и количество алунита в гра-нуляторе уменьшается. Уменьшаются также время пребывания материала в грануляторе и время гранулирования. Так, при уменьшении высоты размещения окна со 100 до 70 мм время гранулирования уменьшится с 24.8 мин до 17.3 мин (табл. 2) при времени вращения кронштейнов в 34 об/мин.
Как видно из данных таблицы, уменьшение времени перемешивания приводит к увеличению количества более мелких гранул, при этом прочностные характеристики остаются на одном уровне.
Х.М.АДЫГЕЗАЛОВ и др.
105
Таблица 2. Зависимость фракционного состава от времени гранулирования и высоты слоя при производите_
Высота слоя алунита, мм Время гранулирования, мин Фракционный состав гранул, % Прочность гранул по фракциям, кг/гранул
+5 +4 +3 +2 +5 +4 +3 +2
100 24.8 41.8 37.1 14.3 6.1 1.15 0.87 0.43 0.25
90 22.3 40.8 37.5 14.8 6.2 1.15 0.9 0.45 0.24
80 19.8 30.2 33.7 17.2 13.5 1.10 0.82 0.44 0.24
70 17.3 25.5 30.4 18.8 18.4 1.11 0.8 0.43 0.23
При увеличении производительности гранулятора время грануляции также уменьшается. Так, при производительности, равной 50 кг/ч, и высоте слоя в 100 мм время перемешивания уменьшается до 17.3 мм, а при высоте слоя в 70 мм оно составляет 12 мин при той же скорости перемешивания (34 об/мин).
Таблица 3. Зависимость фракционного состава гранул от времени гранулирования и высоты слоя при производительности 50 кг/ч (скорость вращения кронштейнов - 34 об/мин)_
Высота слоя алунита, мм Время гранулирования, мин Фракционный состав гранул, % Прочность гранул по фракциям, кг/гранул
+5 +4 +3 +2 +5 +4 +3 +2
100 17.3 31.7 27.2 23.8 15.3 1.2 0.7 0.4 0.2
90 15.6 30.5 30.4 24.3 14.3 1.1 0.67 0.4 0.2
80 13.9 23.1 31.6 25.8 18.5 1.05 0.65 0.38 0.18
70 12.1 13.3 24.7 27.4 27.1 0.85 0.56 0.35 0.17
Как видно из данных таблицы, с уменьшением времени перемешивания (высоты слоя) увеличивается количество мелких гранул, при этом прочность крупных гранул +5 уменьшается с 1.2 до 0.85 кг/гранул, а прочность мелких гранул +2 уменьшается незначительно - с 0.2 до 0.17 кг/гранул соответственно для времени перемешивания 17.3 и 12.1 мин. Принимая высоту слоя 100 мм за оптимальную, исследовали влияние скорости перемешивания на фракционный состав и прочность получаемых гранул при производительности 50 кг/ч. При этом, как и в предыдущем случае, с увеличением скорости перемешивания увеличивается количество мелких фракций, а прочность их, хотя и незначительно, уменьшается. Так, прочность гранул фракций +5 и +3 мм уменьшилась с 1.2 и 0.32 кг/гранул до 1.10 и 0.30 кг/гранул соответственно для скоростей 20 и 47 об/мин (табл. 1 и 4). Очевидно, 17 мин перемешивания оказываются достаточными для получения гранул с приемлемой для дальнейшей переработки прочностью гранул. Уменьшение прочности гранул с увеличением скорости вращения кронштейнов более 34 об/мин характерно как для производительности 35, так и 50 кг/ч соответственно (табл. 1 и 4).
Для получения более крупных гранул необходимо уменьшение интенсивности воздействия кронштейнов на перемешивание гранул, что достигается уменьшением количества кронштейнов с 4-х до 3-х.
Таблица 4. Изменение гранулометрического состава и прочности получаемых гранул в зависимости от скорости вращения вала (при 4-х кронштейнах)_
Скорость вращения вала, об/мин Средний фракционный состав гранул, % Прочность гранул по фракциям, кг/гранул
+5 +4 +3 +2 +5 +4 +3 +2
20 37.4 35.2 14.3 11.6 1.2 0.8 0.4 0.17
34 31.7 74.2 20.8 12.3 1.2 0.7 0.35 0.20
47 20.2 37.6 25.4 15.2 1.1 0.65 0.30 0.15
Примечание: высота слоя гранул И=Ю0 мм, производительность - 50 кг/ч.
Результаты исследований по изменению фракционного состава и прочности гранул с изменением скорости перемешивания тремя кронштейнами для производительности 50 кг/ч и высоте слоя 100 мм приводятся в табл. 5.
Исходя из данных таблицы, можно отметить, что увеличение скорости вращения вала с 20 до 47 об/мин приводит к увеличению количества мелких фракций: +3 и менее. Одновременно
уменьшается прочность гранул с 1.2 до 1.1 кг/гранул для фракций +5 мм и с 0.4 до 0.3 кг/гранул для фракций +3 мм при 20 и 47 об/мин соответственно (табл. 1 и 5).
Таблица 5. Изменение гранулометрического состава и прочности получаемых гранул в зависимости от скорости вращения вала (при 3-х кронштейнах)_
Скорость вращения вала, об/мин Средний фракционный состав гранул, % Прочность гранул по фракциям, кг/гранул
+5 +4 +3 +2 +5 +4 +3 +2
20 40.2 36.4 15.7 5.6 1.2 0.83 0.4 0.2
34 41.8 37.1 14.3 6.1 1.15 0.87 0.43 0.25
47 30.9 36.6 18.5 12.3 1.1 0.8 0.30 0.2
Примечание: высота слоя гранул h=100 мм, производительность - 50 кг/ч.
Таким образом, интенсификация перемешивания, т.е. увеличение скорости перемешивания свыше 34 об/мин несколько ухудшает прочностные показатели гранул, приводит к интенсификации зародышеобразования и как следствие - к увеличению количества более мелких гранул: +3 мм и менее, в связи с этим за оптимальные условия грануляции принимаем 34 об/мин с тремя кронштейнами при производительности 50 кг/ч и подаче воды в количестве 9.5%.
Нами изучалось также влияние величины гранул, полученных при оптимальных условиях, на кинетику процессов дегидратации и восстановления алунита.
Для исследований гранулировался алунит с тониной помола менее 0.06 мм и отбирались гранулы диаметром 6, 10 и 12 мм.
Дегидратирующий обжиг гранул проводился в муфельной печи одновременно для всех испытуемых гранул при 5400С в течение часа.
Полученные результаты приведены в табл. 6.
Таблица 6. Зависимости степеней дегидратации и восстановления алунита от диаметра гранул
Проба Диаметр гранул, мм Дегидратация Восстановление
температура, 0С степень, % температура, 0С степень, %
1 0.06 540 96-98.8 560 98-100
2 6.0 540 96-98 560 98-104
3 10.0 540 95-98 560 98-105
4 12.0 540 94-96 560 98-100
Как видно из табл. 6, размеры гранул до 10 мм не влияют на процесс дегидратации. При размерах гранул свыше 10 мм процесс несколько замедляется, и для гранул размером в 12 мм степень дегидратации уменьшается от 96-98.8% до 94-96% (пробы 1 и 4).
Восстановление дегидратированного гранулированного алунита проводилось в течение 1 ч в лодочке в проточном кварцевом реакторе при температуре 5600С. После достижения этой температуры перекрывалась подача азота, и для восстановления подавался водород. Результаты анализов приведены в табл. 6.
Как видно из таблицы, степень восстановления дегидратированного алунита для гранулированного и порошкового материалов почти одинакова (пробы 1 и 4). Несколько завышена степень восстановления для гранул диаметром 6 и 10 мм, что указывает на благоприятные условия процесса, возможно, в связи с образованием сероводорода в объеме гранул.
Проведенное исследование показало, что при грануляции алунитовой руды в грануляторе МУ с интенсификацией перемешивания возрастает зародышеобразование, увеличивается количество мелких гранул определенного гранулометрического состава, а прочность полученных гранул достаточна для проведения процесса в реакторе шахтного типа. Гранулы диаметром до 12 мм не препятствуют процессам дегидратации и восстановления.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Адыгезалов Х.М., Самед-заде К.М., Байрамова С.С. // Akademik M.F.Nagiyevin 100-illik yubileyina hasr olunmu§ elmi konfransin materiallan. Maruzalarin tezislari. Baki. 2008. S. 24.
2. Patent Az.R i 2008 0131, 28.06.2006, sanadin nomrasi 20060125, qeyd 14.07.2008.
Х.М.АДЫГЕЗАЛОВ и др.
107
QARI§DIRICI-NOMLO§DiRiCi DONOVORLO§DiRiCiDO ALUNiTiN FASILOSIZ DONOVORLOSDiRiLMOSi PROSESiNiN TODQiQi
X.M.Adigozalov, Q.M.Samadzad3, Q.B.§adlinskaya, A.i.Agayev, U.N.§arifova
Tadqiqat naticasinda qan§dinci-namla;jdiritida alunit suxurunun danavarla§dirilmasinin optimal §araiti (vaxt, valin firlanma surati, suyun miqdari) muayyan edilmi§, bu zaman prosesin §axt tipli reaktorda aparilmasi ugun danavarlarin mohkamliyina nail olunmu§dur.
Agar sozlzr: dsnsvsr, qari§dma, danavarla^dirici, danavarlarin barkliyi, dehidratla§ma, reduksiya.
INVENSTIGATION OF GRANULATION PROCESS OF THE GRINDED ALUNITE ROCK IN THE MIXER-HUMIDIFIER OF CONTINUOUS OPERATION
Kh.M.Adigezalov, G.M.Samedzade, G.B.Shadlinskaya, A.I.Agayev, U.N.Sharifova
Granulating the alunite rock in the mixer-humidifier has been studied, optimum conditions of mixing (time rate of shaft circulation, amount of water feeding) at which there is achieved durability granules enough to carry out the process in the reactor of a mine-type.
Keywords: pelletizer, mixing, granulating, durability of granules, dehydration, reduction.
