ПВА_и_ПУ-связующие
advertisement
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛИВИНИЛАЦЕТАТНЫХ ДИСПЕРСИЙ ПРИ БРИКЕТИРОВАНИИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ШЛАМА Для решения проблемы температурной обработки рассмотрен ряд возможностей промышленного использования органических связующих. В качестве таковых на сегодняшний день используют отходы и высокомолекулярные компоненты, полученные при фракционной перегонке и различных крекингах нефти, а также основные и побочные продукты сланцевой переработки. Особенностью таких материалов является высокая вязкость, текучесть и низкая температура обработки. Но зачастую они не обеспечивают должного уровня прочности и могут содержать вредные для металлургического производства компоненты. В качестве альтернативы описанным органическим компонентам нами было предложено использовать в качестве связующих при холодном брикетировании различных высокомолекулярных соединений. Анализ литературных данных показал, что на сегодняшний день таковыми являются дисперсии и эмульсии на основе поливинилацетата (далее ПВА) и растворы клеевого полиуретана (далее ПУ). Эти полимеры, прежде всего, отвечают требованию цена – качество. Некоторые характеристики выбранных высокомолекулярных соединений приведены ниже: ПВА (–[–CH2CH(OCOCH3)–]–стереорегулярный полимер винилового эфира уксусной кислоты с молекулярной массой до 1,6 млн) представляет собой аморфный прозрачный нетоксичный полимер, обладающий высокими адгезионными свойствами. Его относительная плотность 1,19г/см3, температура текучести около 120oС, а температура начала деструкции 170oС. Ввиду низкого индекса текучести полимер пластифицируют эфирами фталевой, себациновой и фосфорной кислот. Полимеризованный пластифицированный винилацетат (товарная форма) отличается очень низкими показаниями водопоглощения, влагопроницаемости и газопроницаемости по водороду (соответственно 1,5% за 24 часа, 2,5×10-14кг/(м×с×Па), 5,6×1015м3/(м×с×Па). При этом полимер характеризуется прочностью при растяжении равной 350 кгс/см2 при относительном удлинении 100% [3]. Выше 180-200oС ПВА деструктирует с образованием уксусной кислоты, а в присутствии избытка кислорода протекает термоокисление по радикально-цепному механизму с выделением СО, СО2 и Н2О. ПУ – это линейные гетероцепные полимеры с молекулярной массой до 50000, содержащие незамещенные и(или) замещенные уретановые группы состава -[-N(R)-C(O)-]-, где R – атом водорода или алифатические и ароматические радикалы. ПУ обладают большими адгезионными свойствами, чем ПВА, но и значительно большей вязкостью и требуют применения в качестве растворителя, как правило, ацетона [3]. Кроме того, для ПУ не характерно состояние сверхвысокоэластической обратимой деформации, а консистенция клея для лучшей связки предпочтительнее более густая, чем для ПВА. Свыше 200oС ПУ претерпевают термоокислительную деструкцию, идущую, в отличие от ПВА, по очень сложному механизму. Разрушение протекает с образованием циклических алифатических соединений, устойчивых приболее высоких температурах, а также с выделением первичных (вторичных) аминов, эпоксисоединений, метана, этана, пропана, бутана и этилена. Наибольшую прочность показали брикеты с ПВА (они выдерживали сбрасывание с высоты 1,5 м до 5 раз, при этом, не разрушаясь), но при добавлении кокса они теряли прочность при извлечении из пресформы. За счет затекания полимера в шероховатости, что тем больше, чем ниже вязкость поливинилацетата. Это объясняет высокую прочность брикетов с ПВА, но при добавлении кокса к брикетируемой смеси видимо происходит частичная адсорбция сверхвысокоэластичного полимера в пористую структуру углерода. Последний фактор значительно снижает прочность полученных брикетов вплоть до полного разрушения уже при раскрытии пресформы. При использовании в качестве связующего ПУ результаты были несколько хуже. С увеличением температуры до температуры текучести ПВА характеризуется переходом в сверхвысокоэластическое состояние обратимой деформации [4, 5]. В таких условиях возможно достижение прочности до 4000кгс/см2, что позволяет эффективно использовать его в качестве клеевой основы при повышенной температуре [6]. В случае воздействия давления в значительной степени возрастают его адгезионные свойства, т.к. относительно низкая вязкость сверхтекучего полимера способствует наиболее полному смачиванию шероховатой поверхности. Этот эффект окончательно проявляется после удаления растворителя и высыхания композиции в течение 24 часов. При использовании в качестве связующего композиций на основе ПУ важным моментом является точное следование параметрам склейки, что не всегда возможно в условиях производства брикетов. После составления композиции субстрат и нанесенный клей необходимо выдержать при комнатной температуре до 20 мин, после чего оказать давление в пределах 0,5 – 5 кгс/см2. Отверждение происходит при комнатной температуре или при 150 – 180oС после снятия нагрузки. В первом случае время высыхания составляет не менее 24 час, а окончательное формирование изделия происходит через 25-30 сут., что мало вероятно в производственных условиях. Во втором случае для формирования композиции достаточно 5 час, но последующая термообработка, что ставит применение ПУ в промежуточную стадию между процессами холодного и горячего брикетирования. В обоих случаях в период отверждения к системам на основе ПУ недопустимо применять механические нагрузки [3]. Кроме того, ПУ по сравнению с ПВА достаточно дорог, хоть и допускает использование в значительно меньших количествах. Таким образом, оптимальными свойствами обладают брикеты на основе ПВА. Полученные брикеты обладают достаточной прочностью и однородностью состава, легко транспортируются, не содержатвредных примесей, и, в силу структурных особенностей связующего, сохраняютсвои свойства при увлажнении. При этом их себестоимость соответствует установленным пределам. Новый способ брикетирования бурых углей Кангаласского месторождения В настоящее время разработана технология брикетирования бурых углей с получением угольных плит большого размера на оборудовании серийного асфальтобетонного завода из дробленого угля. Способ включает измельчение угля, термообработку, смешивание со связующим при пиролизе угольной мелочи и прессование «шоколад» - образных плит между полимерными пленками. Поставленная цель достигается следующим образом. Весь уголь широкой фракции, например от 0 до 30÷50 мм, полученный измельчением в дробилке, термообрабатывают до развития пиролитических процессов в угольной мелочи и затем смешивают со связующим, например, битумом или гудроном, для чего используют вращающуюся трубную печь и устройство подачи в нее связующего серийного оборудования асфальтобетонного завода (АБЗ). Из полученного угольного «асфальта» прессованием формируют «шоколад» образные плиты больших размеров, например 2×1×0,1 м с «кирпичами» в ячейках 0,2×0,1 м, причем угольные плиты прессуют между тонкими полимерными, например, полиэтиленовыми, пленками. В качестве пресса используют гладкую и оребренную металлические плиты, сжимаемые гидравлическим устройством давлением ниже 5 МПа. Транспортировка компактного пакета угольных плит с «приклеенным» полимерным покрытием даже на дальние расстояния практически исключает износ за счет трения угольных поверхностей друг о друга. Пиролитические процессы при термообработке угля способствуют конденсации смолистых веществ от разложения мелких частиц на поверхности средних и крупных кусков. Малая удельная поверхность последних, химическое сродство смол с углем и связующим, обладающим хорошей смачиваемостью при повышенных температурах, позволяют уменьшить расход связующего ниже 5% и увеличить адгезионную прочность при прессовании. Причем пиролиз с окислением угольной мелочи позволяет снизить тепловые затраты на горение топлива в форсунках трубной печи, а высокая температура интенсифицирует сушку основной массы (средних и крупных кусков), что способствует увеличению теплотворной способности брикетов. Режим термообработки выбирают из условия не загорания угольного «асфальта» при выгрузке, который при прессовании имеет температуру около 150ºС, что обеспечивает «приклейку» полимерной пленки к углю без прилипания ее к сравнительно холодным формирующим плитам. Полимерная пленка кроме исключения износа угля при транспортировке обеспечивает влаго- и осадкостойкость брикетов, а так же упрощает операции удаления угольной плиты из прессового устройства. Способ апробирован на фракции 0÷10 мм бурого угля Кангаласского месторождения Республика Саха (Якутия) с битумным связующим при концентрации менее 5% при прессовании под давлением около 5МПа и температуре ~150ºС. Полученные «шоколад» -образные плитки размерами 25×12×2 см и ячейкой 3×3 см хорошо выдерживают вибрацию, а при ударе и сбрасывании откалываются только «кирпичики», что и предусмотрено в итоге для потребителя. Способ брикетирования спекающихся, слабоспекающихся и неспекающихся шламов и мелких классов угля. Патент 2088636 Проведены испытания на определение прочности, термостойкости упаковки, на определение термопрочности, морозостойкости брикета Пример 2. Брикетирование угля проводят на опытно-промышленной установке. В качестве исходного сырья принято 30 кг уголя марки СС шахты "Тырганская" Прокопьевского месторождения с ситовым составом в пределах 0 6 мм и влажностью 24% в качестве связующего принят 50%-ным водный раствор натриевой соли метиленнафталинсульфокислоты, сухая масса которого составляет 0,3 кг; уголь со связующим перемешивают в смесителе БСП-150М "Торнадо", при этом раствор связующего подают насосом HШ-42 через форсунки в виде брызг на поверхность перемешиваемого в смесителе угля. После перемешивания в течение 6 мин, смесь загружают в бункер упаковочного автомата М1-ОФК который упаковывал в полипропиленовую пленку брикеты диаметром 28 мм, длиной 110 мм, массой 75 г. Испытания, проведенные с полученными упакованными брикетами угля, показали результаты аналогичные полученным при испытаниях брикетов шлама описанных выше. Пример 3. Окускование угля проводят на опытно-промышленной установке. В качестве исходного сырья принято 30 кг угольного шлама марки КСОСТС ГОФ "Судженская" с ситовым составом в пределах 0 3 мм и влажностью 15,6% в качестве связующего принят водный раствор гумата натрия, плотностью 1,025 г см3 в соотношении 4,5% сухой массы гуматов натрия от массы шлама. Шлам со связующим перемешивают в смесителе БСП150М "Торнадо", при этом раствор связующего подают насосом HLU-42 через форсунки в виде брызг на поверхность перемешиваемого в смесителе шлама. После перемешивания в течение 6 мин, смесь загружают в бункер упаковочного автомата М1-ОФК, который упаковывал в полипропиленовую пленку брикеты диаметром 28 мм, длиной 110 мм, массой 75 г. Испытания проведенные с полученными упакованными брикетами угля показали результаты, аналогичные полученным при испытании брикетов шлама описанных выше. Пример 4. Окускование угля проводят на опытно-промышленной установке. В качестве исходного сырья принято 30 кг угля марки СС шахты "Тырганская" Прокопьевского месторождения с ситовым составом в пределах 0 6 мм и влажность 24% в качестве связующего принят водный раствор гумата натрия, плотностью 1,025 г см3 в соотношении 4,5% сухой массы гуматов натрия от массы угля. Уголь со связующим перемешивают в смесителе БСП-150М "Торнадо", при этом раствор связующего подают насосом HLU-42 через форсунки в виде брызг на поверхность перемешиваемого в смесителе угля. После перемешивания в течение 6 мин, смесь загружают в бункер упаковочного автомата М1ОФК, который упаковывал в полипропиленовую пленку брикеты диаметром 28 мм, длиной 110 мм, массой 75 г. Испытания, проведенные с полученными упакованными брикетами угля, показали результаты, аналогичные полученным при испытаниях брикетов шлама описанных выше. Упакованые куски сохранили свою форму до полного сгорания. Горение происходило без копоти, куски не проваливались под колосники, зольный остаток сгоревшего брикета угля сохранил свою форму. Таким образом, предлагаемый способ брикетирования позволяет получить упакованные брикеты угля и шлама удовлетворяющие требованиям предъявленым к окускованному топливу и достичь поставленной цели по снижению затрат и повышению производительности труда при брикетировании мелких классов угля и шлама. Формула изобретения: Способ брикетирования спекающихся, слабоспекающихся и неспекающихся шламов и мелких классов угля; включающий смешивание шламов или мелких классов угля с водорастворимым связующим, дозирование смеси, изготовление брикетов, упаковку, сушку, отверждение и обеспечение термопрочности брикетов, отличающийся тем, что изготовление брикетов осуществляют путем совмещения дозирования и упаковки смеси шламов или мелких классов угля с водорастворимым связующим в упаковочный материал, причем сушку, отверждение и обеспечение термопрочности брикетов производят одновременно с фазой нагрева при сжигании брикетов непосредственно в разогретой топке сжигающего устройства или при коксовании непосредственно в коксовой камере. Способ производства брикетов из алюмосодержащего материала. Патент 2092589 Способ производства холоднопрессованных брикетов из железосодержащих отходов метал лурги ческо го произ водст ва П209 3592 Топливный брикет «Oksol» и установка для его получения П 2094449 П
