11. СМЕШИВАНИЕ В ВЫСОКОЭНЕРГОНАПРЯЖЕННЫХ АГРЕГАТАХ

Выше мы рассмотрели особенности смешивания сыпучих материалов при раз¬личных скоростях движения смешивающих органов. Установив некоторую зависимость между результатами смешивания и интенсивностью воздействия на обрабатываемый материал, был сделан вывод, что при увеличении интенсивности воздействия происходит кардинальное улучшение показателей совмещения компонентов смеси. Повышение концентрации энергии в смесительной камере не только приводит к улучшению дисперсионных характеристик компонентов смеси, но и способствует позитивным изменениям в структуре поверхности. Переход отдельных элементов порошкообразных материалов в новое модифицированное состояние сопровождается увеличением потенциальной энергии высокодисперсной системы вследствие увеличения поверхностной активности отдельных частиц. Даже при относительно слабом воздействии смешивающих органов на  обрабатываемые порошкообразные материалы происходит обнажение и зачистка поверхности элементов, что позволяет повысить степень взаимодействия отдельных компонентов, активизирует работу химических добавок. Ощутимые результаты внесения дополнительной энергии в приготавливаемую смесь достигаются уже при относительно небольшом увеличении интенсивности взаимодействия смешивающих органов с порошкообразными материалами. Сделанные выводы позволяют предельно четко сформулировать основные требования, предъявляемые к помольно-смешивающему оборудованию, задействованному в производстве активированных сухих строительных смесей. Прежде всего, смешивание компонентов должно осуществляться не в уплотненном, а во взвешенном состоянии, когда силы сцепления между частицами минимальны.

Помол – смешивание материалов, находящихся во взвешенном состоянии, позволяет снизить установленную мощность технологического оборудования, сократить время рабочего цикла. Учитывая, что при увеличении интенсивности энергетических воздействий уровень совмещения компонентов смеси повышается, помольно-смешивающий агрегат должен обеспечивать высокую степень нагружения обрабатываемого материала. Для предотвращения расслоения смеси в процессе смешивания время нахождения материала в смесительной камере должно быть минимальным, что возможно только при достаточно высокой интенсивности энергетического контакта. Предъявляемым требованиям вполне мог бы соответствовать некий помольно- смешивающий агрегат, реализующий интенсивный режим смешивания, классифицированный как Fr>100.

Переход смесительного оборудования на означенный режим обеспе¬чивает оптимальную энергонапряженность процесса механической активации и небы¬валую степень совмещения активированных компонентов смеси. Интенсивный режим помола-смешивания также полностью устраняет опасность агрегатирования высокодисперсных материалов. Компоненты находятся в смесительной камере десятые доли секунды, что способствует интенсивному отведению тепла и предохраняет смешиваемые материалы от перегрева. Минимальное время нахождения обрабатываемых материалов в смесительной камере повышает связность продукта, устраняет опасность его расслоения. Более того, сокращение времени пребывания частиц в смесительной камере открывает возможность осуществлять помол и смешивание в непрерывном режиме, что позволяет кардинально снизить общую металлоемкость системы интенсивного смешивания более чем в 3 раза по сравнению с аналогичными показателями системы циклического смешивания. В то время как максимальная загрузка цикличного смесителя составляет не более 70 % от его объема, для высокоэнергонагруженных смесителей непрерывного действия характерно более полное использование рабочего объема камеры смешивания.

12. СМЕСИТЕЛИ ИНТЕНСИФИКАТОРЫ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ ВЫСОКОДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Описанные эффекты применения помольно-смешивающих агрегатов-механоактиваторов в производстве модифицированных смесей не являются чем-то фантастическим, напротив, результаты многочисленных исследований, проводившихся как в нашей стране, так и за рубежом, лишний раз подчеркивают практическую ценность и, что самое главное, техническое обеспече¬ние метода активации твердых материалов. Более того, смесители–механоактиваторы достаточно давно применяются в различных технологических процессах, связанных с получением смесей сложного состава на основе высокодисперсных материалов. Наиболее ярко возможности помольно-смешивающих агрегатов проявились в производстве силикальцитных изделий, для  помола кварцевого песка, извести, смешивания шихты, гидрофобизации мела, а также в металлургической промышленности для приготовления формовочных составов. Так, в производстве строительных материалов на основе силикальцита, как для помола основных компонентов, так и для их смешивания, использовались стержневые мельницы-дезинтеграторы. Дезинтегратор представляет собой помольный механизм, состоящий из двух вращающихся в противоположные стороны роторов (корзин), насаженных на отдельные соосно-расположенные валы.

На дисках роторов по концентрическим окружностям установлено несколько рядов помольных органов (пальцев- бил). Расположение помольных органов выполнено таким образом, что каждый ряд одного ротора свободно входит между двумя рядами другого. Материал, или сразу несколько компо¬нентов, подлежащих обработке, непрерывным потоком подается в центральную часть ротора и, перемещаясь к периферии, подвергается многократным ударам пальцев, установленных на роторах, вращающихся с высокой скоростью (1000-4500 об/мин) во встречных направлениях. Подобный характер перемешивания компонентов смеси наблюдается при работе высокоскоростных деагломераторов, которые применяются для повышения эффективности смешивания агрегатов циклического действия. Однако степень энергетического воздействия, реализуемая дезинтегратором при прохождении через него сыпучих материалов и деагломератором, установленным в боковой части емкости смесителя, просто несопоставима.

При работе помольные (смешивающие) органы дезинтегратора образуют мощнейшие встречные потоки материалов с высокой разностью скоростей, что обеспечивает глубокое объемное перемешивание, совершенно недостижимое при использовании других типов смесительного оборудования. Частицы измельчаемых либо смешиваемых материалов, попадая в центр ротора дезинтегратора, под действием центробежной силы отбрасываются на первый ряд помольных органов. Коснувшись пальцев первого от центра ротора ряда, зерно получает соответствующую этому ряду скорость и под действием центробежной силы выбрасывается с траектории первого ряда пальцев по направлению второго ряда, вращающегося в направлении, противоположном направлению движения частиц. Получая удар от пальцев второго ряда, частицы отскакивают от них, меняя вектор скорости, и выбрасываются с траектории второго ряда пальцев дальше, пересекая траекторию третьего ряда. Переменно-противоположное движение зерен сыпучего материала (например: песка, цемента, извести, шлака и т.д.) и, соответственно, его перемешивание продолжается до тех пор, пока зерно не будет выброшено из дезинтегратора.

Такая модель перемешивания позволяет получать многокомпонентные смеси высокой однородности в непрерывном поточном режиме. В дезинтеграторе возможно осуществление диспергации, активации, помола и гомогенизации, в том числе с использованием жидких компонентов. Еще одна особенность дезинтеграторного метода помола-смешивания заключается в высокой селективности разрушения твердых материалов в местах структурных де¬фектов, а также преимущественно осколочная форма частиц. Принимая во внимание, что большинство сырьевых компонентов, используемых в производстве сухих строительных смесей, имеют поликристаллическое строение, ударное разрушение агломерата в зонах контакта отдельных зерен, несомненно, является наиболее рациональным в плане энергетических затрат. В результате ударного воздействия при достаточно высокой размольной мощности дезинтегратора происходят серьезные изменения гранулометрического состава смешиваемых компонентов. Многокомпонентные продукты, полученные в результате дезинтеграторной обработки, характеризуются узким зерновым составом, что позволяет получать высококачественный наполнитель без использования оборудования для классификации и сепарирования.

К несомненным преимуществам помола и смешивания с использованием дезинтегратора можно отнести небольшой процент переизмельченного (некондиционного) материала, отсутствие хлопьев, сростков, комков и других новообразований, обычно возникающих при увеличении тонины помола, а также эффект самоочищения рабочих органов от налипания материалов, склонных к адгезии. Для демонстрации возможностей смесительных агрегатов-дезинтеграторов можно привести следующий пример: Одной из наиболее сложных технологических операций является нанесение жидких веществ на поверхность частиц высокодисперсного порошка. Задача усложняется тем, что зачастую жидкие химические добавки должны вводиться в малых количествах, при этом от того, насколько равномерно они будут распределены в основном объеме, за¬висит эффективность их применения. В России, а также за рубежом в ряде стран производятся различные сорта мела с активированной поверхностью: калит, кальцин, кальван, вали (американские активированные мела), японский мел (хакуенка).

Калит – высокодисперсный углекислый кальций, обработанный стеариновой кисло¬той. Выпускается калит-1, содержащий 1,0 % стеариновой кислоты, калит-3 с 3,0 % стеариновой кислоты. Калит-1 и -3 – порошок белого цвета, хорошо диспергируется и не смачивается водой.

Кальван – представляет собой ультратонкий осажденный углекислый кальций с активированной поверхностью. Он не смачивается водой и активирует вулканизацию каучуков.

Кальцен – активированный осажденный продукт, содержащий 97-98% углекислого кальция и 2% активирующего вещества. Поверхность частиц покрыта каучукорастворимыми органическими соединениями, которые улучшают диспергирование кальцена в каучуке.

Вали-1 – осажденный мел, обработанный стеариновой кислотой. Не смачивается водой. Основной технологической задачей при получении активированного мела является максимально равномерное нанесение гидрофобизирующей добавки на отдельные частицы материала. При этом слипание мельчайших частиц, образование агломератов значительно ухудшает качество получаемого продукта, резко снижает эффективность работ по его активации. По результатам исследований и производственной практики было установлено, что гидрофобизация мела протекает наиболее эффективно при подаче распыленной стеариновой кислоты в измельчительный агрегат ударного действия, например, дезинтегратор молотковой мельницы и т.д.

Данное оборудование позволяет проводить поверхностное нанесение, измельчение и смешивание минеральных наполнителей без образования агломератов в непрерывном режиме. В дезинтеграторе высокая степень смешивания компонентов достигается благодаря прямому инжектированию стеариновой кислоты в помольную камеру агрегата и ударному воздействию рабочих органов. Благодаря высокой скорости вращения роторов и режиму смешивания, когда значение Fr >100, обеспечиваются отличные результаты смешивания, гидрофобизации и помола минерального наполнителя. Практика использования дезинтеграторов в качестве смешивающих агрегатов позволяет утверждать, что с пропуском через дезинтегратор песка, извести, цемента и других материалов получается высокий эффект гомогенизации даже в тех случаях, когда дезинтегратор работает с размольной мощностью не более 25-50 см²/грамм продукта. Соответственно, при снижении интенсивности нагрузки на смешиваемые материалы также существенно уменьшается износ рабочих органов дезинтегратора и появляется возможность повысить уровень технического использования данного оборудования в производстве сухих смесей. В зависимости от характера решаемых задач, размольная мощность дезинтегратора, как и эффективность перемешивания, может изменяться в широких пределах. Основными критериями при выборе помольно-смешивающего дезинтегратора являются требования к дисперсионному составу смеси, гомогенности получаемого продукта, энергозатратам на осуществление данных технологических операций и, наконец, коэффициенту технического использования оборудования на производстве.