Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_12800
.pdf
содержащей воды. До настоящего времени при обезвоживании буры обычно получали продукт, известный как
буровое стекло. Недостатком этого продукта является то, что крайне сложно удалить последние остатки
кристаллизационной воды, а сам продукт очень твердый и его очень трудно измельчить.
По мнению настоящего изобретателя, твердость бурого стекла не дает никаких преимуществ при
последующем применении, а, наоборот, приводит к ряду довольно серьезных недостатков. Во-первых, для
измельчения продукта требовалось чрезвычайно тяжелое оборудование, и затраты на его обслуживание в
значительной степени определяли себестоимость производства безводной буры. Помимо этого
нежелательного явления, требующего частого обслуживания шлифовального оборудования, буровое стекло
при шлифовке сильно истирает шлифовальные поверхности стали, и значительное количество
нежелательного железа (как в виде окалины, так и в виде твердых металлических частиц) попадает в
получаемые продукты.
Загрязнение сульфидами нежелательно в некоторых случаях, например, когда безводная бура используется в
эмалировании и производстве стекла. Ещё одним недостатком твёрдой природы стекловидной буры,
получаемой в прошлом, является сложность её измельчения до желаемого размера частиц на сите. Если
буровое стекло измельчается в обычной мельнице до такой степени, что удаляется нежелательный материал
крупного размера, то неизбежно образуется значительное количество нежелательного материала меньшего
размера. 65 Основная цель настоящего изобретения — получение безводной буры, имеющей
кристаллическую форму и являющейся хрупкой или легко измельчаемой. Было обнаружено, что при
надлежащем контроле дегидратации буры или других гидратированных тетраборатов, когда боратное
соединение приближается к безводному состоянию, но до достижения им полностью безводного состояния,
его можно заставить полностью кристаллизоваться в виде безводной буры в рыхлой, легко измельчаемой
форме, одновременно удаляя из дегидратируемой массы последние следы воды, которые обычно так трудно
удалить в процессе производства бурового стекла.
Дополнительной целью настоящего изобретения является получение безводной буры, которую можно
измельчать или перемалывать без серьезного истирания шлифовальных поверхностей шлифовального
оборудования, так что полученный продукт будет практически свободен от железа, а также получение
кристаллической безводной буры, которую можно измельчать до определенного размера частиц без
образования значительного количества крупнозернистого или мелкозернистого материала.
Таким образом, настоящее изобретение включает в себя 95 — процесс получения безводной буры, с
помощью которого буру можно восстановить до полностью безводного состояния более простым и
экономичным способом. Настоящее изобретение также предлагает способ получения безводной буры,
которая легче поддается измельчению.
Настоящее изобретение, а также различные дополнительные цели и преимущества, лучше всего понять из
описания предпочтительной формы процесса получения кристаллического безводного буры, воплощающего
настоящее изобретение.
Процесс, описанный в настоящем изобретении, будет наиболее понятен из описания предпочтительного
устройства, в котором может быть осуществлен этот процесс; указанное устройство изображено на
прилагаемых чертежах, на которых, на рисунке 1 показан вид в основном в вертикальном разрезе, а на
рисунке 2 — горизонтальный разрез, в основном по линии 2-2. В предпочтительном варианте процесса
гидратированное тетраборатное соединение подвергается дегидратации путем нагревания соединения в
подходящей печи. Хотя в некоторых случаях может потребоваться введение обычного буры или декагидрата
тетрабората натрия, можно использовать любой из частично гидратированных тетраборатов. В печи
предпочтительно помещать гидратированный тетрабларат, соответствующий моногидрату.
В печи для дегидратации гидратированный тетраборат нагревают для удаления гидратационной воды до тех
пор, пока он не будет достаточно обезвожен, чтобы достичь расплавленного состояния, и в процессе работы
его можно нагревать до несколько более высоких температур. К моменту достижения боратным соединением
расплавленного состояния вся вода, за исключением незначительного количества, испаряется. Остаточные
следы воды удаляются с большим трудом, и в обычной практике расплавленный боратный материал
подвергается воздействию более высокой температуры в течение значительных периодов времени, чтобы
удалить остаточную воду. В результате получается продукт, известный как буровое стекло, которое не имеет
кристаллической структуры и является чрезвычайно твердым и плотным. Измельчение или перемалывание
этого продукта сопряжено с чрезвычайными трудностями и высокими затратами на амортизацию
измельчительного оборудования.
В соответствии с данным изобретением, как только боратный материал расплавляется и становится жидким
или легко заливаемым, его выливают из печи в формы, где ему дают остыть. Было установлено, что когда
жидкий боратный материал заливают в формы в таком состоянии и дают ему остыть, он одновременно
кристаллизуется, а остаточная вода гидратации вызывает расширение массы, образуя несколько пористую
массу кристаллов безводного буры, которая, по-видимому, полностью свободна от воды.
Говоря о плавлении буры или состоянии расплава, я имею в виду истинное плавление буры, которое
происходит при температуре около 7000–8000 °C, а не растворение буры в кристаллизационной воде, которое
иногда происходит при температуре около 1000 °C. В этом случае предпринимается попытка обезвоживания.
Полученный кристаллический ангидрид боракса может находиться в «хрупком состоянии», то есть легко
рассыпаться и может быть раздроблен в руке на относительно мелкие кристаллы боракса, такие, например,
которые будут находиться в диапазоне от 20 до 1,30 мкм, т.е. размером от 1,0 мкм до 0,00 мкм.
При эксплуатации устройства для получения кристаллического гидрогенизированного гидрогенизированного
продукта важно избегать длительного выброса расплавленной буры при высокой температуре. По этой
причине я эксплуатирую печь в полуавтоматическом режиме, чтобы поддерживать относительно небольшую
загрузку, подвергающуюся обработке, и непрерывно подаю материал в печь и непрерывно удаляю его.
Я также обнаружил, что выгодно использовать сам боратный материал в качестве 9.
Защитное или облицовочное покрытие для стенок печи.
При заливке расплавленной буры в формы для кристаллизации я предпочитаю использовать форму, которая
расширяется вверх, чтобы обеспечить свободное расширение материала в процессе кристаллизации.
Теперь, обращаясь к чертежам, на рисунке 1 изображена горелка, которая может быть любой обычной или
предпочтительной горелкой, предпочтительно использующей жидкое топливо, такое как нефть или газ. Эта
горелка направляет пламя на огнеупорную кирпичную арку 2, которая защищена от эрозии водяной рубашкой
3 и подвешена на 105 трубках с водяным охлаждением 4. Предпочтительно предусмотрены средства,
позволяющие регулировать положение огнеупорной арки 2 в печи, например, гайки 5, опирающиеся на
армированный участок 110 6 верхней стенки 7 огнеупорного конуса печи. В верхней части стенки печи, в
вершине, предусмотрен дымоход 8, который и поддерживается им.
Огнеупорный кирпичный конус 7, образующий верхнюю стенку печи, поддерживается боковыми стенками 9
печи, которые могут быть изготовлены из металла или кирпича и предпочтительно имеют цилиндрическую
форму. Боковые стенки 9 имеют множество подающих отверстий 120 и лопаток 10. Вся печь опирается на
раму 11, которая может принимать любую желаемую форму.
Предусмотрено несколько загрузочных бункеров 12, предпочтительно три. Из них 125 один показан на рисунке
1. На практике эти загрузочные бункеры заполняются боратным материалом, который подлежит
обезвоживанию и кристаллизации, и позволяют этому материалу самотеком поступать во вращающийся
питатель 130 385,217 385,217. Питатель 13 состоит из цилиндрической наружной стенки 14 и кольцевой
нижней стенки 15, при этом внутренняя стенка открыта для сообщения с загрузочными отверстиями в боковых
стенках 9 печи. На внешней стенке 14 подающего механизма имеется шестерня 16, посредством которой он
может приводиться в движение зубчатым колесом 17.
Подающее устройство 13 также снабжено направляющими лопатками 18 для принудительной подачи. Эти
лопатки прикреплены одним концом к внешним боковым стенкам подающего устройства и изогнуты внутрь к
внутреннему краю подающего устройства, а также закреплены в нужном положении путем сварки или иного
крепления к нижним стенкам 15 подающего устройства.
Боковая стенка питателя имеет множество дверей 19, каждая из которых предназначена для закрытия
множества отверстий, ведущих в камеру печи, и двери шарнирно соединены с боковыми стенками и снабжены
рабочими выступами 20, которые предназначены для взаимодействия с лопатками принудительной подачи 18
питателя и открываются ими во время движения питателя 13.
После попадания в печь боратный материал образует слой 21, имеющий форму, приблизительно
напоминающую перевернутый конус, и в конечном итоге достигает угла естественного откоса материала,
показанного на поверхности 22. Печь готова к непрерывной работе.
По мере подачи или загрузки дополнительного боратного материала в печь, он на короткое время
защищается от горячих газов внутри печи водяной рубашкой 23, после чего под действием силы тяжести
переходит в зону плавления4). Плавящийся в печи борат быстро стекает вниз через выходное отверстие 22а
через водяную рубашку 24 в коллектор 2.5, имеющий вертикальную трубку 26 и нижнюю стенку, наклоненную
в сторону формы 27.
Печь работает таким образом, чтобы непрерывно поддерживать слой боратного материала 21, и лишь
небольшое количество материала в печи одновременно достигает состояния расплава. Это гарантирует, что
материал, как только он достигнет расплавленного состояния, будет быстро выгружен из печи, предотвращая
его длительное обжиг. По всей видимости, предотвращение длительного нагрева боратного материала после
достижения им расплавленного состояния является важным элементом обеспечения кристаллизации
безводного боракса. Также представляется, что при плавлении боратного материала, как описано здесь, и
немедленном выведении боратного материала из зоны плавления, а также при контакте расплавленного
материала с нерасплавленным полуобезвоженным боратным материалом 21, в расплавленной массе
образуются определенные кристаллические зародыши, происходящие из полуобезвоженного сырья. Эти
кристаллические зародыши вызывают быструю кристаллизацию массы после ее извлечения из печи.
В процессе, описанном в настоящем изобретении, наклон 22 слоя 21, степень обжига и скорость подачи
регулируются таким образом, чтобы материал, выходящий из печи, обладал удовлетворительной текучестью,
но при этом не подвергался чрезмерному нагреву или поддержанию высоких температур в течение
длительного времени. В этом отношении процесс плавления, описанный в настоящем изобретении (80),
существенно отличается от печей, использовавшихся ранее, в которых расплавленный материал
выдерживался при высоких температурах в течение длительного времени.
Кристаллическая безводная бура, полученная в соответствии с данным изобретением, после измельчения и
упаковки в мешки имеет вес приблизительно 1,50 фунта на мешок по сравнению с весом 115 фунтов, который
получается при использовании обычной буры.
(Декагидрат тетрабората натрия) упакован в мешок. Более того, по сравнению с делкаллидратом, мешок
кристаллического безводного буры содержит приблизительно фунтов NaBO, тогда как в мешке
декагидрата тетрабората натрия содержится 960,5 фунтов NaBO.
Кристаллизация расплавленной буры, по-видимому, происходит при температуре плавления или чуть ниже
неё. В процессе кристаллизации предпочтительно проводить охлаждение относительно медленно, чтобы
предотвратить образование стекла.
Также представляется, что процесс кристаллизации не всегда происходит спонтанно. 105 Как правило,
кристаллизацию массы можно вызвать путем перемешивания, особенно если в массу каким-либо образом
внесены затравки. Как правило, я не считаю необходимым добавлять затравку кристаллов буры 110G в массу,
поскольку кристаллизация произойдет за счет затравки из буровой пыли, содержащейся в атмосфере или в
печи.
В некоторых случаях может быть желательно подвергнуть расплавленный материал, подвергающийся
медленному охлаждению, механическому перемешиванию для начала кристаллизации, в других случаях
кристаллизацию можно начать без механического перемешивания за счет затравки массы либо из воздуха,
либо из остаточных кристаллов безводного тетрабората натрия, оставшихся в формах, или добавленных
преднамеренно.
Когда кристаллизация начинается с внесения затравки в массу, будь то затравка, добавленная
преднамеренно или иным образом приведенная в контакт с массой, обычно обеспечивается достаточное
перемешивание для полной кристаллизации всей массы благодаря перемешивающему эффекту процесса.
Было обнаружено, что кристаллизация тетрабората натрия, выделяющегося в процессе кристаллизации,
приводит к образованию и перемешиванию массы путем расширения, что является довольно сильно
экзотермическим процессом. В результате того же самого расплавленная магма, в которой происходит
кристаллизация, может начаться при температуре 7200 °C или ниже.
Процесс кристаллизации буры происходит при температуре плавления или близкой к ней; было установлено,
что кристаллизация в этом состоянии легко поддерживается до завершения процесса. Предотвращая
чрезмерное радиационное воздействие, обеспечивая, чтобы боратный материал находился очень близко к
точке плавления при заливке в формы, практически не возникает трудностей. Затем присутствует большое
количество вещества, полностью предотвращающее образование расплавленного материала, который затем
превращается в кристаллический стекловидный продукт, обеспечивая тем самым полную кристаллизацию
всей массы.
Температура кристаллизации — это точка кристаллизации. Одно из объяснений того, почему происходит
кристаллизация. Как только начинается процесс кристаллизации в соответствии с настоящим изобретением,
вся масса быстро подвергается настолько полной кристаллизации, в то время как другие методы
кристаллизации; тогда как, если материал, кристаллизующийся при слишком высокой температуре, не
полностью кристаллизуется в формы, кристаллизация может быть затруднена, и в некоторых случаях бура,
содержащая воду, не образует стекло. Кристаллизация стремится компенсировать теплоту кристаллизации и
поддерживать расплавленную массу в состоянии, когда она подвергается кристаллизации при оптимальной
температуре кристаллизации. После начала кристаллизации в расплавленной массе образуются кристаллы
гидратированного тетрабората натрия. По-видимому, кристаллизация всей массы завершается менее чем за
час. Наилучшие результаты достигаются при температуре, соответствующей примерно 7200 °C. Если бы в
кристаллической массе не было воды, то кристаллы тетрабората натрия были бы гидрофобными, то есть они
не выдерживали бы высокой температуры кристаллизации. Теплота кристаллизации составила бы 95%.
Затем следует быстро повысить температуру массы, поскольку материал кристаллизуется при температуре
выше этого значения. «Когда в расплавленной массе присутствует остаточная вода, это остаточная вода
гидратации в высвобождающейся массе». Высвобождение воды представляет собой массу, подвергающуюся
кристаллизации, которая играет важную роль в осуществлении желаемой операции. Теплота испарения этой
100%-ной безводной воды компенсирует теплоту кристаллизации и способствует поддержанию желаемых
свойств. Поскольку кристаллизация происходит при оптимальной температуре кристаллизации.
- при относительно высокой температуре (около 7200 °C) вода, выделяющаяся при этой температуре, должна
существовать в паровой фазе. Почти весь продаваемый в магазинах боракс содержит C. Вода,
выделяющаяся при этой температуре, должна содержать довольно ничтожные количества органических
веществ. Вещество и это органическое вещество, если только высвобождение этой воды не приведет к
полному его разложению, образует темную кристаллизующуюся расплавленную магму, которая представляет
собой довольно неприятный на вид продукт. Однако, методом чрезвычайно рыхлого заполнителя. Как это
изобретение позволяет получить кристаллы [10], однако безводный тетраборат натрия представляет собой
продукт, кристаллы которого сами по себе никоим образом не пористые, а лишь частично маскируют темный
цвет. Напротив, следует использовать более плотный материал для получения продукта с абсолютной
плотностью, чем соответствующая белизна буры при относительно низкой концентрации тергласа.
Перемешивающее действие воды, используемой в этом процессе. Я обнаружил, что введение безводной
буры не только служит вышеупомянутой важной цели, но и играет важную роль в обеспечении комфортных
условий плавления, поскольку она взаимодействует с исходным сырьем, поступающим в печь для плавления.
Один из наиболее полных способов кристаллизации. Если попытка кристаллизации буры из расплавленного
нитрата натрия оказалась успешной и дешевой, то с точки зрения эффективности и дешевизны было
установлено, что это подходящий материал – с точки зрения 120 Дж – это нитрат натрия.
Аддигидратированная масса не только является коммерчески востребованной для начала кристаллизации, но
и продукт представляет собой плотно спрессованные кластеры очень мелких иголок. Получение белого
кристаллического безводного буры.
Образование этих кристаллов происходит медленно, поэтому на формирование кристаллического продукта
уходит много часов. Кроме того, было обнаружено, что он достаточно гигрозеопичен, поскольку большая часть
массы остается на поверхности кристаллической массы, подобной буровому стеклу, после завершения
процесса медленного поглощения воды и потери кристаллов3835,21-, кристаллического тетрабората натрия,
как указано в пункте 1, включая этап добавления небольшого количества окислителя к гидратированному
тетраборату натрия.
9. Способ получения безводного 70 кристаллического тетрабората натрия, как описано в пункте 1,
включающий этап пропускания гидратированного материала вниз по наклонной насыпи, построенной из
тетраборатного материала, с одновременным воздействием на него лучистого тепла для удаления воды в
расплавленном состоянии.
10. Способ получения безводного кристаллического тетрабората натрия, описанный в пунктах 1 и 9, включает
стадию пропускания расплавленного материала через частично гидратированный твердый тетраборат натрия
в формы, в которых он кристаллизуется.
11. Способ получения безводного кристаллического тетрабората натрия, описанный в пунктах 1 и 10,
включающий этап размещения гидратированного тетрабората натрия в виде насыпи под углом, близким к углу
естественного откоса такого материала, и подачи гидратированного тетрабората натрия к вершине насыпи
таким образом, чтобы он опускался вдоль насыпи, и подвергания его воздействию тепла во время опускания.
12. Устройство для производства 95% безводного кристаллического тетрабората натрия в соответствии с
процессом, описанным в п. 1, включающее средства для удержания сырья на наклонной насыпи, средства для
нагрева этого материала 100% во время его спуска по насыпи и средства для быстрого извлечения
материала, когда он достигает расплавленного состояния, вызванного нагревом.
13. Устройство для производства гидратированного кристаллического тетрабората натрия, как описано в п. 12,
включающее средства для подачи сырья в печь вблизи верхнего конца насыпи. l1o 14. Устройство для
получения безводного кристаллического тетрабората натрия, как описано в пунктах 12 и 13, включающее
выходное отверстие для печи в нижней части насыпи для немедленной выгрузки расплавленного материала
из печи.
15. Аппарат для производства безводного кристаллического тетрабората натрия, как описано в п. 12,
имеющий печь 120, в которой расположена насыпь, и средство нагрева, состоящее из огнеупорной арки,
приспособленной для излучения большей части тепла на материал на поверхности насыпи.
16. Устройство для получения безводного кристаллического тетрабората натрия, как описано в п. 12,
включающее механизм подачи сырья в частицы с линейной характеристикой 130.
Хотя описанная здесь конкретная форма изобретения хорошо подходит для достижения целей изобретения,
могут быть внесены различные модификации и изменения без отступления от сущности изобретения, и
изобретение соответствует объему, изложенному в прилагаемых пунктах формулы изобретения.
J0 Теперь, подробно описав и определив природу моего изобретения и способ его реализации, я смог
подробно изложить суть изобретения.
Соседние файлы в папке патенты