年产吨5000目超细坡缕石粉工艺流程设计.docx
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年产吨5000目超细坡缕石粉工艺流程设计
年产2000吨5000目超细坡缕石粉工艺流程设计
摘要:
本文主要介绍了坡缕石的运用现状和超细坡缕石粉的制备工艺流程,以及所用的主要设备旋液分离器的选型。
关键词:
坡缕石旋液分离器应用前景制备工艺
前言:
坡缕石具有很大的比表面积和吸附能力,很好的流变性和催化性能,同时,具有理想的胶体性能和耐热性能,是一种少见的矿物。
主要用于在化工、农药、国防、医药、建材、轻纺等行业。
一、坡缕石
坡缕石是一种含水镁铝硅酸盐粘土矿物,由于其独特的链层状晶体结构,使其具备许多有益的性能,在众多行业中得到了广泛的应用。
在坡缕石化学组成、晶体结构和性能的基础上,坡缕石在吸附净化材料、润滑油添加剂、纳米复合材料、无机抗菌剂、减摩耐磨产品方面的应用和研发,以期为坡缕石进一步开发和利用提供参考。
理想的化学成份为Mg5Si8O20(OH)2(H2O)4.nH2O,SiO256.96%,MgO23.83%19.21%成份中常有Al、Fe混入,AL2O3替代部分MgO.坡缕石晶体呈毛发状或纤维状,在电子纤维镜下呈长柱状或针状,白、灰、浅绿或浅褐色,硬度一般2-3,当加热到700-800℃时,硬度可能提高到5,密度2.05-2.32g/cm3,平行纤维轴方向有良好的理解。
具有很大的比表面积和吸附能力,很好的流变性和催化性能,同时,具有理想的胶体性能和耐热性能,是一种少见的矿物。
光泽暗淡。
硬度2~3,比重2.1~2.3。
干燥时具吸水性。
坡缕石可由沉积成因,或由富含镁的岩石和基性火山灰蚀变而成。
用作建筑工业上的绝热、隔音等材料。
世界最主要产地为西班牙的瓦拉卡斯,中国产地主要在江苏安徽两省毗邻地区。
1、用途
在化工、农药、国防、医药、建材、轻纺等行业广泛应用,近年来在环保、汽车、绝缘、陶瓷工业的应用,也有突出进展,由于坡缕石中石棉含量为0,因此是替代石棉的理想材料。
坡缕石(Palygorskite)R2(xy2z)/2(H2O)4{(Mg5-y-zRy3口z)[(Si8--xRx3)O20](OH)2(OH2)4}晶体化学]R3主要为Al3,其次是Fe3,通常R3原子数可达2;□代表八面体空位;R2主要代表Ca2,进入通道中以平衡电荷。
水有3种存在形式:
一是结构水(羟基水);二是在带状结构层边缘与八面体阳离子配位的水;三是在通道中由氢键连结的沸石水。
2、结构与形态
具有二维连续的硅氧四面体片,其中每个硅氧四面体都共用3个角顶,同相邻的3个四面体相连,四面体中的活性氧指向沿b轴周期性反转。
每任意两个硅氧四面体片之间,活性氧与活性氧相对,惰性氧与惰性氧相对,且活性氧与OH-呈紧密堆积,阳离子充填于活性氧与OH-构成的八面体空隙中,形成一维无限延伸的八面体片(带)。
因此,其结构可视为变2:
1型结构层。
在惰性氧相对的位置上有类似于沸石的宽大通道,并充填着沸石水。
每一八面体片(带)所连结的两个硅氧四面体片形成类似于角闪石“I”字束的带状结构层,并平行于a轴延伸。
整个晶体结构可看成由这种带状结构层连结而成。
因此,坡缕石类似于角闪石发育{011}解理,并沿a轴发育形成棒状、纤维状形态。
与辉石结构比较,坡缕石的带状结构层宽度相当于辉石链的2倍(b0=2×0.9nm。
单斜晶系,C2h3-P2/m;a0=1.34nm,b0=1.80nm,c0=0.52nm,β=90~93;Z=2。
已发现一种斜方对称和3种单斜对称的晶胞。
结构特点是有沿a轴延伸的带状结构层和通道。
通道横断面积0.37*0.64nm2。
3、理化性能
呈土状、致密块状,扫描电镜下呈针状、纤维状、棒状、纤维集合体。
白、灰白、青灰、灰绿色。
土状或弱丝绢光泽。
土质细腻,有油脂滑感。
质轻,性脆。
断口贝壳状或参差状。
吸水性强,粘舌。
具粘性和可塑性,干燥后收缩小。
水浸泡崩散。
悬浮液遇电介质不絮凝沉淀。
偏光镜下,二轴晶(),2V=30~40。
Ng=1.5272,Np=1.5175。
针状、纤维状集合体,一维延长,平行消光。
加热过程中的热效应:
90~150℃,失去吸附水和沸石水;240~300℃,失去结晶水;450~520℃,失去晶格水。
放热效应在900~1000℃之间。
[产状与组合]两者都可分为淋滤-热液型和沉积型两种成因。
[鉴定特征]依据其主要理化性能,X射线衍射和红外光谱分析可准确鉴定。
[工业应用]钻井泥浆原料;吸附剂、脱色剂、净化剂和过滤剂;催化剂载体;稠化剂和稳定剂;悬浮液和乳化液的稳定剂;还用于填料和调节剂、干燥剂、玻璃珐琅、建筑隔音、隔热材料等。
坡缕石发展前景
由于坡缕石粘土矿物具有含水的层链状结构、微孔结构和比表面积大等独特结构,因而具有较强的吸附作用、催化作用、脱的作用、胶体性能分散性、抗压性、抗酸碱性、热稳定性等,因而获得越来越广泛的应用,随着人们对其结构和优良性能的认识和了解的日趋深入以及开发应用的日益拓展,消费量和贸易量将逐年增长,市场价格虽将有波动,但总的趋向是稳中有升,消费量和贸易量的年增长率将达4%~6%,甚至更高。
尤其是在石油钻探和深海钻探、保温隔热复合材料、吸附剂、催化剂和高新技术等领域开发应用量将增长更快、更大、发展前景很好。
二、旋液分离器
1、又称水力旋风分离器和水力旋流器。
旋流分离器的一种。
用以分离以液体为主的悬浮液或乳浊液的设备。
工作原理与旋风分离器大致相同。
料液由圆筒部分以切线方向进入,作旋转运动而产生离心力,下行至圆锥部分更加剧烈。
料液中的固体粒子或密度较大的液体受离心力的作用被抛向器壁,并沿器壁按螺旋线下流至出口(底流)。
澄清的液体或液体中携带的较细粒子则上升,由中心的出口溢流而出。
优点是:
(1)构造简单,无活动部分;
(2)体积小,占地面积也小;(3)生产能力大;(4)分离的颗粒范围较广。
但分离效率较低。
常采用几级串联的方式或与其他分离设备配合应用,以提高其分离效率。
用于制碱和淀粉等工业。
耐酸瓷砖、板、管,瓷粉、胶泥及耐酸容器系列之——旋液分离器“陶瓷旋液分离器”——石化企业催化剂装置专用产品。
陶瓷旋液分离器,是采用高铝优质原材料,超细球磨,注浆成型,经高温碚烧而成,产品具有耐磨、耐酸碱,抗压强度大,抗冲击力强,经济耐用等特点。
是石化企业催化剂厂生产催化剂专用设备。
2、旋流分离器的工作原理是依靠泵的动力在分离室内造成旋涡速度场,这些速度场符合旋涡理论。
混合液中的固体颗粒进入旋涡场后,随颗粒的粒度不同所受到液流力及浮力作用的不同,使分离室内颗粒处于不同的空间位置,由于分离为一锥形结构,其不同轴向位置的剖面旋转速度不同,从而造成一定粒度或重度的颗粒发生下沉从而达到固液分离的目的。
旋流的设计是根据要分离固体粒度等级和分离效率来确定旋涡强度的大小。
根据旋涡强度的要求,来确定进口流速和进口压力的大小,根据处理量的大小,来确定分离器的大小。
旋液分离器是一种利用离心沉降作用分离悬浮液的设备,其结构及操作原理与旋内分离器相类似,悬浮液经入口管由切向进入圆筒,向下作螺旋运动,固体颗粒受惯性离心力作用被甩向器壁,并随旋流降至锥底由底部排出的稠厚悬浮液称为底流;清液或含较小颗粒的液体则形成螺旋上升的内旋流,由器顶溢流管排出,称为溢流。
旋液分离器可用于悬浮液的增稠,也可以用于悬浮液中固体粒子的分级,即由底流中获得尺寸较大或密度较大的颗粒。
而由溢流中获得尺寸较小或密度较小的颗粒,它还可以用于液—液萃取操作中两种不互溶液体的分离。
旋液分离器是与泵的流量配套的,一般旋液分离器和袋式过滤器是不同时使用的,但也是可以同时采用的,如果业主要求的话。
旋液分离器一般是安装在加热旋管环路上的,而袋式过滤器则是安装在喷射管路上的。
也可以这样说,从槽最低部吸取的泵的管路上一般会安装旋液分离器,这有利于收集铁粉、焊渣等较大和较重的污物,而含有袋式过滤器管路的泵吸口一般都较高一些,主要是过滤一些轻小的杂质。
3、旋液分离器的选择方法
正液-固分离在从工艺液流中回收产品和液体净化中占有重要的地位。
大多数工业分离是基于固体和液体的重度差,所用的主要设备之一是旋液分离器,亦称旋流器。
尽管旋液分离器广泛应用于工业生产已有50今年的历史,但由于其性能碍于许多因素故对很多使用者来说,仍有一些问题还没有完全弄清楚。
选用旋流器时,使用者往往仅仅依据制造厂家的介绍选取,尽管设备本身没有任何问题,但用于生产后,不一定能让我们满意,我们要从它的使用方法和使用条件出发深入了解。
4、旋液分离器发展趋势
旋液分离器结构特点是具有小角度的锥体,一般在10°~20°左右,是当前处理煤泥水的有效设备之一。
我国从上世纪50年代开始使用,现已广泛用于选煤厂选前脱泥、介质回收、煤泥水浓缩等作业。
在生产中它的分级粒度一般不超过150μm,必要时可控制在75μm或更小。
旋液分离器由于其结构简单、操作方便、生产能力大、分离效率高、占地面积小和无传动部件等优点,在许多矿山的选厂得到了广泛的应用,并取得了显著的经济效益,综观国内外学者的研究动向和实用情况,旋液分离器的发展趋势是:
———技术规格两极化。
旋液分离器的技术规格通常指其直径,为适应选矿设备大型化的处理能力和特种材料工艺所需特细物料分离粒度的要求,旋液分离器的技术规格向两极化发展———大型及小型化。
如原苏联的进出口(Machinoex—Port)公司和瑞典—英国的萨(Sala)公司等,已分别生产出2000和2032mm的旋液分离器,并且更大型的旋液分离器正在研制过程中;又如许多国外公司已分别生产出10mm的旋液分离器,其分离粒度为3~5μm。
随着科学技术的不断发展和特殊材料工艺的要求旋液分离器技术规格的两极化趋势还会继续下去。
———结构形式多样化。
为了适应各种条件下分离作业的技术要求,降低能耗和提高分离效率,科技术人员除改进和完善旋液分离器结构的不合理部分外,还研制出许多特种用途的旋液分离器。
另外,还有各种结构形式的重介质旋液分离器,可以预料,结构更加合理、适应性更强的新型旋液分离器会迅速的研制和发展。
———应用范围扩大化。
旋液分离器除在选矿过程中广泛应用外,在其它工业部门应用的也较为广泛,如环保部门用旋液分离器净化三废中的废水和废气;粮食部门用旋液分离器进行淀粉的洗选与脱除果浆中的砂粒及硬核;化工部门用旋液分离器从水中分离轻油,从轻油中除去水分和从原油中分离气体等工艺过程。
可以设想在不远的将来,旋液分离器会在工业部门的固-液、固-固、液-液和液-气的分离领域中,应用会更加广泛。
———工艺计算程序化。
旋液分离器的工艺计算有两个基本内容:
1)生产现场已用旋液分离器的工艺控制计算,它包括生产能力、分离粒度、分离效率、产物分配和产物浓细度等;2)新建、扩建和改建选矿厂所需旋液分离器的选择计算,随着计算机技术的普及和应用,旋液分离器的工艺计算基本上实现了模型化和程序化,特别是在条件较好的工厂和单位。
———结构材质耐磨化。
旋液分离器的外壳通常用铸铁、铸铝或钢板制成,其内壁衬以天然橡胶、陶瓷和铸石等耐磨材料。
为了扩大其使用范围、提高抗腐蚀能力和耐磨性程度,近年来国内外采用胶钢、聚氨酯、硬镍合金、玻璃纤维增强聚酯等材料做衬里。
旋液分离器结构材质的耐磨化,不但可延长其使用寿命、稳定结构参数,更重要的是能保证其技术性能的稳定和满足生产工艺的要求,降低生产成本和提高企业经济效益。
———技术控制自动化。
旋液分离器生产过程的技术控制主要是:
给矿压力、浓度和细度;沉砂口、溢流口和给矿口的磨损程度等,只要这些参数能保证在设计的允许范围内,就可确保产品质量符合设计工艺要求。
该技术指标是:
生产能力、分离粒度、分离效率和产物的细度。
这些技术指标同其给矿压力、给矿浓细度及沉砂口、溢流口等因素有关。
为了稳定其给矿压力,目前国内外多用简单易行的变速砂泵给矿;为了稳定产物的浓细度,除采用气动和液动的沉砂口自动调节阀外,还对旋液分离器给矿的浓度和细度进行自动检测和控制。
———设备向组合化发展。
旋液分离器采用串联组合可提高分级效率和生产能力,一些采用串联组合的旋液分离器还可根据需要调整分离粒度;旋液分离器采用并联组合可提高处理能力、稳定操作。
采用超小型旋液分离器的并联组合可以用作超细粒级的分级,因此旋液分离器向组合化发展是必然趋势。
———作用力向复合化发展。
采用复合力场可以强化分离效果,实现不同矿物的有效分离,获得普通旋液分离器无法达到的分离指标。
因此,旋液分离器的作用力场向复合化发展也是必然的趋势。
三、工艺流程图:
四、物料平衡计算:
原料:
坡缕石矿,根据原料的利用率,年产2000吨坡缕石所需2050吨原矿。
产品粒度:
5000目。
进料量:
生产年产量为2000吨的坡缕石粉,规定一年工作时间为300天,每天工作时间为20小时,则每小时产0.333吨的坡缕石粉。
查阅资料得知坡缕石密度为2.05~2.35g/cm3,取密度2.2g/cm3,则计算出出料量为0.151m3/h。
本项目采用先进的生产工艺技术,利用坡缕石原矿为原料,通过破碎、整形、粉磨、超细粉磨、搅拌磨及分离分级等工艺过程,包装为成品。
过程操作大致如下:
1、取坡缕石原矿,加入冲击式破碎机中破碎;
2、将上述粉碎的粉末通入球磨机继续粉碎,使颗粒尺寸更小;
3、球磨机中出来的物料一部分进入旋风分离器中分级,分级过后的物料与另一部分加水一起通入搅拌磨,最后进入旋液分离器分级;
4、从旋风分离器出来的物料在进入布袋收尘器,最后排空,旋液分离器分离后的物料即是产品;
5、包装产品。
原矿——破碎——粉磨——加分散剂——超细粉末(1000目-400目)——加水——搅拌磨——旋液分离器——压滤机——湿磨离心、沉降——分离、洗涤——干燥——研磨
五、设备的选型计算:
1、旋液分离器的设计计算
水的密度Q1=1.0g/cm3,
坡缕石密度Qs=2.2g/cm3,
水的粘度:
u=0.001Pa﹒s,
工作时的流量为Qf=0.151m3/h=2.52L/min,
旋液分离器的分离粒径d50=2.7μm。
根据Bradley(1960)的经验公式:
d50=45·Dc3u/[Qf1.2(Qs-Q1)]
式中:
d50)分离效率为50%的粒径,μm;
Dc)分离器圆筒部分的直径,cm;
L)液体黏度,Pa·s;
Qf)进料流量,L/min;
Ql)液体密度,g/cm3;
Qs)固体密度,g/cm3。
将已知数据代入上式,得:
Dc=6.02cm取6cm
2、旋液分离器压降的计算
将数据代入旋液分离器压降的计算公式:
P=1.735Qf2/Dc4,得:
P=8.3MPa
6、小结
通过此次课程设计,使我更加扎实的掌握了有关坡缕石和旋液分离器方面的知识,在设计过程中虽然遇到了一些问题,但经过一次又一次的思考,一遍又一遍的检查终于找出了原因所在,也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。
实践出真知,通过亲自动手制作,使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。
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