Производство дисперсного мела
Практически все виды композиционных материалов, которые применяются в различных сферах, имеют в своем составе разные наполнители. Последние отличаются по химическому составу и по происхождению (природные и искусственные).
В композиционные материалы они добавляются, в первую очередь, для удешевления стоимости последних и/или придания им определенных свойств. Наполнители могут оказывать армирующий, бронирующий или абразивный эффект, разбавлять или, наоборот, сгущать смесь, стабилизировать и упрочнять материал. Однако, независимо от происхождения наполнителей, они всегда используются в виде тонкодисперсных порошков.
Наибольшей популярностью пользуются природные и органические наполнители (мел, известняк, тальк, барит, каолин, асбесты и пр.). А одним из самых распространенных видов среди них является тонкодисперсный мел (карбонат кальция).
Этот наполнитель используется при производстве сухих строительных смесей, штукатурок, затирок, пластмасс, лакокрасочным материалов, резины, бумаги, кабелей и т. д.
Спрос на меловые наполнители возрастает с каждым годом. Между тем его производство, напротив, не только не растет, но и наоборот, в некоторые периоды снижается, что связано с различными проблемами, затормаживающими развитие отрасли.
Большое значение имеет месторасположение поставщиков дисперсного мела, ведь чем они дальше, тем больше будут расходы на транспортировку и тем выше будет себестоимость продукции. Впрочем, для покупателей из Западной Европы вопрос с месторасположением поставщика имеет не столь большое значение.
Европейский рынок сбыта превышает в наши дни 5 млн. тонн в год. Самыми дорогостоящими являются меловые порошки, которые отличаются высокой дисперсностью и белизной. Не менее дорогие поверхностно-модифицированные (например, гидрофобные) порошки.
Мел производится двумя основными способами: путем измельчения пород и осадочных отложений (природный или натуральный карбонат кальция) и химическим осаждением (химически осажденный карбонат кальция). Тонкодисперсный мел может иметь различную форму частиц, которая зависит от формы его кристалла и способа измельчения. Для измельчения также используются два способа – сухой и мокрый.
При мокром размоле получают гладкие и круглые частицы, что при использовании приводит к меньшему износу оборудования. А для получения тонкосперсного мела сырье подвергается микронизации (с использованием механического струйного и ультразвукового измельчения). В нашей стране, в Белоруссии и в Украине чаще всего используется полусухой способ с применением трехступенчатого циклонного теплообменника. Впервые он был использован на польском заводе Chelm и отличается от других методов отсутствием шламоизготовления мела.
Мел добывают в карьере при помощи ковшовых экскаваторов в виде крупных кусков. Сырье на поездах доставляется в цех сырьевой подготовки. После разгрузки мел направляется на две дробилки, где измельчается до размеров около 50 мм и направляется на хранение на склад. По мере необходимости дробленый мел загружается в дозирующие боксы, откуда потом подается в сушилку-дробилку вместе с корректирующими добавками.
Такой порядок работы считается одним из самых эффективных, но у него есть и свои недостатки. Куски мела, добытые из карьера, должны быть очень крупными. Мел в небольших кусках под открытым небом быстро намокает и становится липким, что осложняет его складирование.
С другой стороны, так как технология предполагает использование крупнокускового мела, это ограничение не позволяет использовать непрерывные формы транспортировки (конвейеры).А если карьер расположен рядом с грунтовыми водами, то использовать железнодорожный или автомобильный транспорт будет проблематично. Это требует расширения штата работников и увеличивает себестоимость сырья.
В зимние месяцы карьерные работы сильно усложняются, так как замороженные куски мела не высушиваются полностью. Влажность мела зависит от погодных условий и составляет от 21 до 28 %. При таком методе работы возможности для контроля влажности сырья сильно ограничены.
Рассмотрим более подробно один из самых популярных способов получения тонкодисперсного мела. Он включает в себя грубое дробление исходного сырья, магнитное сепарирование, мокрое размучивание, тонкое измельчение в струйных дезинтеграторах, сбор суспензии с введением диспергатора, обогащение в гидроциклонах с промежуточным сбором суспензии, вторичное тонкое измельчение в струйных дезинтеграторах, сбор суспензии, контрольный отсев, распылительную сушку, при которой в качестве диспергатора используется триполифосфат натрия или смесь триполифосфата натрия с углекислым натрием, который вводится на стадии мокрого размучивания с последующим удалением частиц с размером более пяти миллиметра примесей на виброгрохоте и вибросите. После вторичного измельчения и сбора суспензии осуществляется отмывка суспензии водой.
Этот способ, как видно уже из одного перечисления этапов, является сложным и включает в себя большое количество различных операций. Хуже всего, что готовый продукт, полученный таким образом, имеет не столь высокое качество и чистоту.
Многие производители разрабатывают собственные способы получения тонкодисперсного мела, которые позволяют улучшить чистоту и качество продукции, а также решить проблему с утилизацией отходов при производстве. Например, мокрое размучивание, сбор суспензии, тонкое измельчение и сушка, грубое дробление исходного сырья – все это производится под воздействием статической нагрузки с последующим грохочением в несколько стадий. При этом выделяют крупно-, средне и мелкокусковые фракции, а оставшиеся отходы размучивают и перемешивают при помощи вибромешалки в три стадии в специальных емкостях.
Этот способ тоже довольно сложный, так как предполагает чередование процессов вибрационного воздействия, отстоя и слива суспензии и т. д. Отстой суспензии отправляется на пресс-фильтрацию, его кристаллическая часть смешивается со связующим веществом, в качестве которого используется пыль с электрофильтров цементного производства, и направляется затем на гранулирование.
Производительность небольшого предприятия составляет около 20000 тонн дисперсного мела и 20000 тонн молотого мела различных марок в год.
При выборе месторасположения завода необходимо учитывать близость и доступность таких ресурсов, как электроэнергия, газ, железнодорожный транспорт, расположение поставщиков исходного сырья и его качественные характеристики.
На свою номинальную мощность такое предприятие сможет выйти уже через 4-6 месяцев после начала работы. Для работы на заводе понадобится около 30-35 человек в штате, включая директора, главного бухгалтера, главного инженера, маркетолога/начальника отдела сбыта, мастеров, контролера ОТК, заведующего складом, лаборантов, слесарей, операторов оборудования, сторожей, водителей, слесарей-наладчиков.
Для производства мела требуется специальное технологическое оборудование. Минимальный набор включает в себя сушильный барабан производительностью около 10 тонн в час, ролико-маятниковую мельницу такой де производительности, систему пневмотранспорта и пылеосаждения. Все это обойдется в 1,5-2 млн. рублей. Для размещения этого оборудования, организации складов и бытовых помещений понадобится площадь в 1000 кв. метров. Для предприятия с большей проектной мощностью (около 100 тысяч тонн продукции в год) потребуется, соответственно, и больший капитал.
Завод по переработке мела подразделяется на несколько участков. Точное их наименование и деление зависит от используемого метода переработки. Например, при сухом способе измельчения мела эти участки будут такими: участок сушки мела, установки для измельчения и сепарирования мела, вторичное сепарирование мела, участок гидрофобизации (обработка поверхности) мела, силосный и упаковочный участки, участок измельчения негашеной извести, управления цеха. На участке сушки мела сырье дробится до фракции менее 20 мм, просеивается и просушивается до влажности менее 8 % (сушка осуществляется на другом участке), после чего оно при помощи пневмотранспорта подается на участок сушки мела.
Мел сушат на сушилке с кипящим слоем, доводя его до влажности менее 0,3 %. Пыль из фильтра может или снова поступать в сушилку, или же передаваться на установку вторичного сепарирования. Установки для измельчения и сепарирования мела включают в себя вихревую мельницу и турбосепаратор с несколькими колесами. На участке сепарации дисперсность мела доходит до 8 мкм.
На участке вторичного сепарирования мел уже не измельчается, а подвергается процедуре сепарации. На участке гидрофобизации сырье обрабатывается стеариновой кислотой. При этом сам мел подается в накопительный силос, а обработка осуществляется при помощи вихревой мельницы и путем дополнительного нагрева. Порошок стеариновой кислоты смешивается с наполнителем, и при испарении поверхность мела подвергается равномерной обработке. Силосы используются для упаковки продукции в клапанные мешки и биг-бэги.
Эта схема распределения участков на производстве мелкодисперсного мела может изменяться, в зависимости от ассортимента производимой продукции и используемой технологии.
Особого внимания заслуживает вопрос охраны окружающей среды. При производстве мела происходят вредные выбросы пыли и окислы азота, которые образуются при сжигании природного газа в топке сушильного барабана. Для улавливания пылевых выбросов используются тканевые фильтры, которые гарантируют пылесодержание в отходящих газах не более 30 м. гр/м. куб.
Достаточно сложно даже приблизительно рассчитать прибыль и сроки окупаемости предприятия по производству мела, так как они зависят от слишком большого количества факторов. Для расчета стоит принимать во внимание следующие данные. Внутренняя норма рентабельности небольшого предприятия, которое производит примерно 20000 тонн дисперсного мела и 20000 тонн молотого мела различных марок в год, составляет 92,3 %. Для организации такого производства требуется от 3,5-4 млн. рублей. При условиях получения льготного займа сроки окупаемости составляют по примерной оценке от 2,5-3 лет.
