Д. И. Менделеева Издательский центр Н. А. Панкова, Н. Ю. Михайленко стекольная шихта и практика ее приготовления учебное пособие

3. НОВЫЕ МЕТОДЫ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СТЕКОЛЬНОЙ
ШИХТЫ

Понятие новых методов приготовления шихты подразумевает определенное воздействие на компоненты шихты перед началом процесса стекловарения, которое в конечном итоге приводит к уменьшению потерь материалов, пыления, ускорению варки шихты или экономии топлива. Воздействие на шихту может привести:

- к частичному или полному разрушению кристаллической структуры компонентов шихты, т.е. превращению ее в аморфное состояние;
- к изменению гранулометрии компонентов шихты;
- к активизации поверхности кварцевых зерен за счет ее увеличения и появления дополнительной трещиноватости;
- к покрытию поверхности тугоплавких компонентов шихты химически активными растворами;
- к уплотнению шихты различными методами;
- к нагреванию шихты перед загрузкой ее в печь.
Наиболее старым методом является измельчение компонентов шихты, в частности, измельчение в дезинтеграторах, струйных мельницах, вибропомол. Получаемый при этом эффект ускорения процесса варки такой шихты обусловлен увеличением поверхности контакта между зернами отдельных компонентов, созданием новых более активных поверхностей раздела, появлением дополнительной трещиноватости, ликвидацией окатанности зерен. Ускорение процесса стекловарения в этом случае составляет 10 - 30 %.
Методом химической активации шихты является обволакивание зерен тугоплавких ее компонентов растворами растворимых в воде компонентов шихты, что увеличивает степень контакта между реагирующими компонентами и ускоряет процесс варки шихты. В качестве растворов могут использоваться растворы соды, едкого натрия, сульфатов, осветлителей. В последнее время применяют поверхностно-активные вещества, в первую очередь мазут.
Применение порошковой шихты приводит к запыленности составных цехов, ухудшению условий труда, большой потере сырьевых материалов и уменьшению срока службы стекловаренных печей. Для решения этих проблем шихту уплотняют, т.е. получают ее в виде гранул или брикетов (прессата). Выбор метода и оборудования для гранулирования зависит от состава и свойств перерабатываемых шихт.
Методы получения гранул можно разбить на две группы: с применением специальных связующих и без применения связующих.
В качестве связующих для гранулирования шихты, в первую очередь, используют NаОН, а также силикат натрия, известь или известковое молоко, органические вещества, например, сульфит-спиртовую барду, добавки небольших количеств каолина или оксида бора, однако не все из перечисленных добавок нашли применение на практике.
При гранулировании шихты без добавок эффект твердения получается за счет образования в шихте кристаллогидратов соды. Поэтому в этом случае шихту дополнительно увлажняют до 8 - 12 % . Гранулы при этом получаются с низкой прочностью (2 - 5 кг/гранулу).
Специально следует выделить попытки гранулирования шихты с помощью NаОН, наиболее популярные в настоящее время. Используются растворы NаОН, содержащие до 50 % Nа₂О от содержания щелочей в составе стекла. Гранулы такой шихты имеют прочность до 20 кг/гранулу.
Для получения гранулированной шихты иногда рекомендуют вводить до 10% измельченного песка с содержанием фракций (0,4 - 0,15) мм около 90 %.
Поскольку едкий натрий достаточно дорог и дефицитен, то разработаны пути его получения на стадии приготовления шихты за счет протекания реакции каустификации:
Са(ОН)₂ + Na₂ CO₃  СаСО₃ + 2 NaOH
Например, путем введения в шихту обожженной извести и увлажнения ее до 16 %. Такая технология применима для тарных стекол, содержащих в своем составе только СаО.
В нашей стране разрабатывается технология приготовления каустифицированной шихты, содержащей в своем составе доломит. Технология предусматривает использование обожженного доломита. В этом случае шихта приобретает способность к схватыванию. Поэтому ее можно гранулировать.
Для гранулирования применяют различные аппараты: тарельчатые грануляторы, вращающиеся барабаны (ротационный принцип грануляции), экструдеры, вальцы, пресса. Для каждого из указанных аппаратов должны подбираться особые условия процесса гранулирования, в первую очередь влажность и температура шихты. Влажность шихты находится в диапазоне 3 - 16 %, температура составляет 50 - 80 ^ОС.
При гранулировании на тарельчатых грануляторах (рис.13), состоящих из вращающейся тарелки и привода, шихту подают на тарелку. Иногда ее одновременно орошают водой. В результате формуются шарообразные гранулы, которые, описывая сложные траектории, собираются внизу тарелки у борта, через который они перекатываются в разгрузочную воронку (рис.14). В процессе вращения происходит увеличение размера гранул, их уплотнение и повышение их прочности. На условия гранулируемости влияют количество влаги в шихте, скорость вращения тарелки, температура шихты. Время пребывания гранул на тарелке составляет 5 - 10 минут. Угол наклона тарелки и высота борта в тарельчатом грануляторе тесно взаимосвязаны друг с другом. Высота тарелки может быть 0,2 D (D - диаметр тарелки). Частоту вращения тарелки n определяют по формуле:
n = 225 /  D
Способность стекольной шихты к гранулированию зависит от ее состава и типа связующего. На свойства гранул влияют условия гранулирования, количество влаги, тип гранулятора, частота вращения, углы наклона, время пребывания гранул на грануляторе.
Полученные гранулы оказываются непрочными, поэтому их необходимо подсушивать. Сушку осуществляют чаще всего в сушилках путем расположения слоя гранул на движущейся сетке. Помимо этого, сушку можно осуществлять во вращающихся барабанах и распылительных сушилах. Температура сушки зависит от метода гранулирования шихты и ее влажности и находится в пределах 130 - 300^ОС, время сушки 15 - 20 мин.
Гранулировать шихту можно в экструдерах, которые дают возможность в большей степени уплотнить шихту, так как формование гранул в данном случае протекает под давлением. Еще большего уплотнения шихты можно добиться с помощью валков (рис.15), (табл.31).
Эффект ускорения процесса стекловарения при использовании гранулированной шихты обусловлен сближением реагирующих частиц и повышением теплопроводности шихты. Одновременно в случае использования едкого натрия имеет значение его большая реакционная способность и более низкая температура плавления по сравнению с содой.
Р
ис.13. Схема уплотнения стекольной шихты в тарельчатом
грануляторе
1 - бункера сырьевых материалов; 2 - дозатор (бункерные
весы); 3 - смеситель; 4 - линия подачи связующего
раствора в смеситель шихты; 5 - 11 - узлы приготовления,
дозирования и подачи связующего в смеситель и
распыления его над гранулятором; 1- - тарельчатый
гранулятор; 13 - сушилка гранул; 14 - 16 - транспортеры
шихты и готовых гранул; 1. - 18 - узлы подачи
дополнительной влаги на тарельчатый гранулятор

Рис.14. Тарельчатый гранулятор с плоским днищем (а) и схема

движения гранул по его тарели (б)
1 - вращающаяся тарель; 2 - лоток для подачи шихты на
тарель; 3 - штуцер для отвода пыли; 4 - подача раствора
связующего; 5 - опорная станина; 6 - регулятор угла
наклона тарели

Рис.15. Схема получения компактированной стекольной шихты

1 - промежуточный бункер; 2 - шлюзовой питатель;
3 - вибратор; 4 - подпрессователь (загрузочная шахта);
5 - валковый пресс; 6 , 7 - конвейеры; 8 - виброгрохот;
9 - элеватор; 10 - бункер-накопитель; 11 - шибер;
12 - кран-балка

Следует подчеркнуть, что гранулирование стекольной шихты позволяет решать самые разнообразные задачи: снижение расслоения шихты, экономию сырьевых материалов, ускорение процесса варки. В последнее время на первое место стали выдвигать возможность снижения выбросов вредных веществ в окружающую среду, как это можно видеть из табл.32.

Таблица 31