Глава 7

Глава 7

Совместная работа интенсификаторов помола и активного нейтрализатора

Демонстрация работы устройства ЭКОФОР преимущественно проходила на фоне использования жидких интенсификаторов помола. За рубежом это происходило чаще, чем в России.

В практике отечественных цементников устоялось название ПАВ для таких реагентов, хотя для интенсификации помола это наименование следует уточнить. С этой целью могут быть использованы только анионоактивные ПАВ. За рубежом интенсификаторы помола называют помощниками помола (grinding aids).

Они широко и уже много лет используются при помоле цемента и производятся нескольким компаниями, из которых наиболее известны американская фирма «GRACE» с расширенной сетью филиалов по всему миру, французская «CHRYSO» [107], итальянская «MAPEI» [108] и немецкая «SIKA» [109].

В Советском Союзе интесификаторы помола отечественного производства использовались в производстве цемента [110, 111], но в переходной период произошел спад в их потреблении. В настоящее время в России вновь имеется подъём в использовании этой известной технологии. Российскими компаниями производятся интенсификаторы помола INCEM [112], и ПОЛИПЛАСТ [113]. В Украине разработаны и используются полифункциональные интенсификаторы помола [114] на базе раствора мелассы. В России открыты также представительства фирм «GRACE» и «SIKA», которые активно демонстрируют и продвигают свою продукцию. Таким образом, наметилась конкуренция в использовании этих средств, чего не заметно за рубежом. Российские цементные заводы в таких условиях тщательно выбирают интенсификатор для своих цементных мельниц. Все эти средства рентабельны, хотя не дешевы и в силу своего расходного характера требуют постоянных затрат на их приобретение.

Для помола цемента в виде интенсификаторов используются, как уже указывалось, анионоактивные ПАВ, например, триэтаноламин. Он диссоциирует в водном растворе с образованием анионов с длинными углеводородными цепями. Именно анионоактивностью определяется адсорбционный механизм действия таких интенсификаторов по отношению к электрическим зарядам положительной полярности, образующимся при помоле. Антистатические свойства интенсификатора были подтверждены отсутствием [44] положительной заряженности свежего цемента на выходе из мельницы, который без использования интенсификатора имел высокий положительный потенциал. В последнее время в качестве интенсификаторов помола начинают использовать электролиты.

Устройство ЭКОФОР является аппаратным, однажды на срок в десять лет закупаемым средством, которое также как антистатическое, расходное средство – интенсификатор помола, уменьшает свободную поверхностную энергию, проявляющуюся при помоле в том числе в виде электризации измельчаемого материала. При работе устройства на фоне используемых интенсификаторов помола оно обеспечивает дополнительный прирост производительности мельницы на 8 – 12%. На последних её метрах, где активно происходит образование новых поверхностей, жидкий интенсификатор помола не успевает адсорбироваться на вновь образованных поверхностях частицах [8] и эффективность его в этой зоне падает. Зона же действия устройства ЭКОФОР приходится как раз на последние 5-7 метров шаровой мельницы и в этом случае усилия по интенсификации помола этих двух средств складываются.

Разработчики устройства ЭКОФОР никогда не проявляли инициативу по исключению использования интенсификаторов помола. Однако, из 180 имевших место испытаний, это имело место в 9 случаях по просьбе заказчиков. Полученные при этом результаты представлены в таблице 7.1.

Таблица 7.1. – Снижение расхода интенсификатора (инт.) при помоле цемента с использованием устройства ЭКОФОР.

Год Страна Завод Без ЭКОФОР С ЭКОФОР
Инт.

%

Питание

т/ч

Инт. % Питание

т/ч

1998 Султанат Оман Raysut Cement 100 54,5 0 55,5
1998 США Holnam        Rio-Grande 100 42,5 60 53,9
1998 Дания Aalborg Portland Cement 100 107,4 50 107,8
1998 Испания Lafarge Asland 100 63 0 61
1999 Великобритания Rugby Barrington Works 100 45 0 45
2000  Республика Корея Hanil Cement 100 194,7 30 195,2
2001 Австрия Lafarge Retznei Werk 100 39 0 39
2005 Республика Корея Sungshin Cement 100 156 100 191
100 150 50 179
100 156 0 153
2008 Казахстан SAS Tobe Technologis 100 25 0 25

Первый раз, когда нам предложили снять интенсификатор помола, было на Raysut Cement в Султанате Оман. Повышение производительности мельницы после включения устройства ЭКОФОР ограничил находящийся на пределе весовой дозатор гипса. Для продолжения испытаний заводскими технологами было принято решение о снижении подачи интенсификатора. Это было сделано медленно, шагами по 25% в час до полного снятия. Мельница при этом не снизила производительность. Устройство ЭКОФОР в данном случае оказалось полностью эквивалентно применяемому интенсификатору помола.

В 1998-1999 годах такие результаты были получены пять раз. При публикации статьи [115] о технологии активной нейтрализации редактор журнала “European Cement Magazine” изменил её первоначальное название, придав ему обидный для производителей интенсификаторов смысл. Это усложнило нашу работу.

Анализ проведенных испытаний, в частности на Raysut Cement, Lafarge Аsland, Rugby Barrington Works, Lafarge Retznei Werk и SAS Tobe Technologis показывает, что при производительностях мельниц менее 50-60 т/час можно исключить использование жидких интенсификаторов. Выгоднее использовать только аппаратное, окупаемое не более чем за три месяца, устройство, сохранив такую же, как при помоле с интенсификатором эффективность и качество помола. Тем не менее, на российских цементных заводах, где мельницы в основном имеют среднюю производительность 45 т/ч, полным ходом идет продвижение жидких интенсификаторов помола. Но даже в этом случае использование устройства ЭКОФОР дополнительно может увеличить производительность на 8-12 %.

Особое внимание к вопросу снижения потребления интенсификаторов помола проявили на цементных заводах Республики Корея. Так на заводе Hanil Cement устройство ЭКОФОР, подключенное к роллер-прессу, при сохранении мельницей производительности 195 т/ч и нормативном качестве помола дало возможность снизить потребление интенсификатора помола на 70%, что соответствует годовой экономии средств на их приобретение равной 245000 долларов США. Если же не снижать потребление интенсификатора, то полученные за счет экономии электроэнергии при помоле с активной нейтрализацией 10 т/ч прироста производительности мельницы давали расчетную экономию 75000 долларов США.

На заводе Sungshin Cement были использованы два устройства ЭКОФОР – одно для роллер-пресса, а второе для мельницы. При полном снятии интенсификатора помола производительность этой комбинированной системы помола снизилась на 3 т/ч до 153 т/ч. При этом экономия средств на приобретение интенсификатора составила 275000 долларов США в год. А экономия электроэнергии за счет производства дополнительно 35 т/ч цемента без роста потребления энергии при совместном использовании интенсификатора помола и двух устройств ЭКОФОР составила 262000 долларов США в год. Вариант экономии всегда выбирает потребитель.

Практика показала, что для мельниц производительностью более 50-60 т/час вплоть до 320 т/час целесообразно дополнительно к применению интенсификатора помола использовать также и устройство ЭКОФОР, обеспечивая таким образом дополнительный прирост производительности мельницы. Также как при использовании интенсификаторов помола, цемент, произведенный при воздействии активного нейтрализатора, имеет несколько повышенные прочностные характеристики. Так по данным ОАО «Красносельскстройматериалы» прочность цементов в возрасте 28 суток на изгиб увеличилась с применением устройства на 5,7-10,0%, а на сжатие на 5,2-6.2%.

В результате нейтрализации дислокаций «дебри-слоя» и полигонизации приповерхностного слоя мелющих тел происходит снижение их износа. По данным киприотской компании “Vassiliko Cement Works”, которая двенадцать лет использовала пять устройств ЭКОФОР на трех своих помольных системах, износ мелющих тел марки “HARDALLOY” снизился с 25 – 40 г/т до 9 – 13 г/т.

Испытания на заводе Aalborg Portland Cement, проведенные по предложению FLSmidth, результаты которых приведены на рисунке 7.1., дали возможность сделать достаточно важные для совместной работы интенсификаторов помола и устройства ЭКОФОР выводы.

Испытания проводились на системе открытого цикла, но состоящей из двух мельниц, включенных последовательно, тандемом. Во второй мельнице мелющими телами был миницильпебс диаметром 8 мм. При предварительном согласовании испытания была получена информация о его проведении на мельнице открытого цикла помола, для которой всегда требовалось только одно устройство, которое и было привезено для испытания. Но реально это оказался тандем из двух мельниц открытого цикла помола.  Пришлось включать устройство на мельницы по очереди, использую эффект  его последействия. С интервалом в 24 часа оно подключалось на корпуса выходных подшипников то первой мельницы, то второй.  Производительность мельниц во время испытания поддерживалась на уровне 150 т/ч. Результаты испытания представлены на рисунке 7.1.

Рисунок 7.1. – Изменения удельной поверхности материала на выходе первой и второй мельниц на фоне интенсификации помола

 

В 10:00 мельница, которая уже двое суток работала с постоянным расходом интенсификатора 46 л/ч и под воздействием устройства ЭКОФОР, была переведена на работу с расходом интенсификатора 27 л/ч. После этого удельная поверхность на выходе первой мельницы только сначала немного упала, а затем увеличилась на 200 см2/г.  Это свидетельствовало о том, что работа интенсификатора помола с расходом 46 л/ч на фоне работы аппаратного интенсификатора была избыточна. Расход интенсификатора помола при этом может быть снижен. В общем случае, при увеличении производительности мельницы после включения активного нейтрализатора пропорциональное увеличение подачи интенсификатора не требуется.

В 13:00 подача интенсификатора была уменьшена до 22 л/ч. Мельницы почувствовали это изменение. Через час после этого удельные поверхности на выходе обоих мельниц снизились, но ещё через час восстановились и вышли на уровень качества, соответствующего подаче интенсификатора 46 л/ч. Это свидетельствовало о том, что устройство ЭКОФОР в условиях данной мельницы эквивалентено подаче 24 л/час интенсификатора и может исключить затраты на его приобретение, равные 120000 евро в год.

При полном снятии интенсификатора удельная поверхность на выходе второй мельницы снизилась на 240 см2/г, что соответствует 10% потери производительности и свидетельствует о том, что полное исключение интенсификатора для такой производительности делать не следует.

На выходе первой мельницы удельная поверхность в установившемся режиме показала отсутствие зависимости от уровня подачи интенсификатора. То есть интенсификатор помола, подаваемый на вход первой мельницы, действовал только во второй. Это означает, что для обычной шаровой мельницы он только распределяется в первой её камере, а активно работает во второй.

Работа на мельнице с устройством ЭКОФОР имеет несколько особенностей по сравнению с интенсификаторами помола [18]:

– медленная, продолжительностью иногда в несколько часов, реакция мельницы на включение устройства по сравнению с применением интенсификаторов помола связана с необходимостью постепенной аннигиляции дислокаций “дебри-слоя” мелющих тел и его полигонизации. Их рабочая поверхность со временем становится более гладкой, приобретает большую твердость. Переходный процесс после включения устройства вплоть до полной или частичной очистки рабочей поверхности происходит в течение 3-7 дней. При этом появляется дополнительный источник экономии средств за счет снижения износа мелющих тел в 2 – 3 раза;

–  необычное для интенсификаторов помола последействие устройства ЭКОФОР связано с продолжительным износом бездефектного, упорядоченного слоя поверхности мелющих тел в случае пробного отключения устройства. Последействие устройства составляет от двух дней для систем замкнутого цикла и до трех недель для открытого цикла. Эта разница связана с тем, что эффект последействия для сепаратора не столь велик, как для мельницы. Эффективность устройства нельзя проверять кратковременным отключением;

– результат работы интенсификаторов помола проявляется уже через первый час после включения. Этот способ интенсификации предусматривает непосредственное воздействие на измельчаемый материал в его объеме. Устройство ЭКОФОР преобразует процессы, протекающие на границе измельчаемого материала и приповерхностного слоя мелющих тел, и обеспечивает постепенное воздействие на обе взаимодействующие фазы. По динамике действия они не идентичны, поскольку являются принципиально отличающимися способами интенсификации помола, которые, тем не менее, могут успешно дополнять друг друга.