Бентонит: Приложения с углем, как Бентонит-Клей в литейных приложений, и другие

Далеко не использовать исключительно для кирпича, бентонит является одной из форм глины, которая нашла многочисленные использует на протяжении тысяч лет использования - но, возможно, в первую очередь в огнеупорных с 1900-х годов, наряду с порошкообразным углем среди богатства других приложений. Общей среди них является необходимость в лучшем качестве бентонитовой глины и антрацитового угля - таких, как те, которые доступны из африканских Pegmatite.

Знакомство

Бентониты являются алюминиевые филлосиликатные глины, которые состоят в основном из montmorillonite. Монтмориллионит сам по себе является одним из видов диоктахетральная микцитита - кристаллическая структура которого представляет собой слой, несущий восьмидесятилетнюю геометрию, зажатую между двумя слоями тетраэдральной геометрии. Виды бентонита разграничены под названием наиболее распространенного в них металла, например, бентонита натрия (на-бентонит) и бентонит кальция (ка-бентонит). Na-bentonite является одним из наиболее распространенных, и ценится за его способность набухать, толерантность высоких температур и рассматривается как в целом лучше связующего (1). На-бентонит происходит от вулканического пепла, который был отложен в морской среде давно. Ca-bentonite, с другой стороны, не известен своими свойствами отек и сам производные от вулканического пепла, отложенных в пресноводных средах (2). Что касается воды, то структурная вода выводится из бентонитов путем нагрева в диапазоне от 400 до 500 градусов по Цельсию, а структура кристалла полностью изменяется за пределы 900 градусов по Цельсию. По сравнению с химически похожим каолином, бентонит считается гораздо более легко формованным и спеканным.

Бентониты имеют широкий спектр применений от косметики до моющих средств, и desiccants для удобрений. Здесь мы сосредоточимся в основном на использовании бентонита в
литейных приложениях,
особенно когда он был смешан с углем. Как правило, с бентонитом глины, уголь выбора антрацита. Сам широко используемый материал, за пределами топлива он нашел применение в литейных и других условиях высокой температуры.

Бентонит-угольные смеси недороги, что в дополнение к их широкому использованию, подробно описанное ниже, добавляет их привлекательности в промышленных условиях.

натуральное бентонитовое месторождение

Использование бентонита в литейных средах с углем

Зеленый и сухой песок Литья

Наиболее широкое и распространенное использование бентонитовых антрацитовых смесей находится в литейной литья сектора. Утверждается, что примерно 70% отливок из ферростей изготавилены из зеленого лепного песка (3). В зеленых отливки песка, песок проводится вместе с бентонитом / глины и воды в качестве связующих; он сказал, чтобы быть "зеленым", как формы в значительной степени многоразовые и пригодных для вторичной переработки. Этот зеленый лепной песок содержит в районе до 10% по массе бентонитной глины, до двух процентов углерода (т.е. угля), до 5% воды с балансом песка. Монморилоните, как говорят, является ключевым в процессе литья производства, особенно с уважением к регенерации плесени (4).

Одно исследование, глядя на потоковые зеленого песка для литья приложений обнаружили, что бентонит имеет важное значение в том, чтобы обеспечить хороший поток песка (и, следовательно, лучше литья формы) и что идеальное соотношение бентонита и углеродосодержащего материала 3:1 (5) и содержание воды не более 3%. Другие исследования показали оптимальную бентонитовую нагрузку 5% по массе; дает сжатие прочность 53 кН/м 2, оставаясь простым в обращении (6).

Горячая и сухая прочность являются ключевыми требованиями для литья зеленого песка, и поэтому бенторит натрия является предпочтительной итерацией глины (7). В процессе литья, только очень небольшое количество montmorillonite становятся разлагаемыми, и бенторит, содержащий свыше 70% montmorillonite по массе является предпочтительным для литья приложений. Углеродистые материалы, такие как уголь используются в литья песках плесени в качестве добавок, и в основном сжигаются. Причина использования углеродосодержастого материала (угля) заключается в том, чтобы обеспечить лучшую поверхность отделки металла путем предотвращения смешивания расплавленного металла с песком в процессе, называемом смачивания. Как правило, для зеленого песка, уголь находится в форме пыли и добывается из антрацита - одной из форм угля с более высоким содержанием углерода и более низким содержанием серы.

литье песка с бентонитом
песчаная плесень с бентонитом

В
лифых огнеупорных теориях, где использовался бентонит-уголь,
свойства теплового расширения были замечены как усиленные. Устойчивость к тепловому шоку также была увеличена (8) в кальцинированной огнеупорной.

Что касается сухого песка литья, принципы в значительной степени то же самое, за исключением переработки не приоритеты. Бентонит кальция может быть использован в применении лифетования песка, но они более восприимчивы к эрозии и более склонны к потертости и других дефектов, вызванных расширением (9). В целом, можно сказать, что добавление бентонита в зеленый и сухой песок литья формы увеличивает его потокучесть и сжатия прочность, сохраняя при этом высокую теплостойкость. Подсчитано, что промышленное литье использует свыше 25% мирового производства бентонита каждый год (10). Влажная сжатия прочность (т.е. предварительное лечение или отдыха плесени) выше с увеличением количества бентонита и угля (11) - что является полезным свойством должны любой вид экструзии или механического процесса уплотнения быть использованы в формировании формы.

Песок и бентонитная глина могут быть утилизированы из литейных процессов (12). Используя процесс «продвинутого окисления», мелиорация и переработка задней части использованного бентонита усиливается(13). Процесс берет отработанный бентонит и песок из процесса литья, обрабатывает его окислительно и с помощью этой методологии удаляет термически уничтоженный бентонит в канале отходов. По сравнению с традиционной системой, эта передовая обработка окисления посылает только 3% бентонита (по весу) в отходы, по сравнению с 30-50%. Такой процесс является выгодным, поскольку он уменьшает количество свежего бентонита, необходимого для "макияжа" при формировании новой формы литья.

shutterstock_737403337 широкий

Другие бентонит-уголь использует

В патентной литературе бентонит наряду с угольной пылью использовался для ремонта накладок доменной печи (14) и поврежденных частей бегунов через печи или купола (15). Оба метода, по сути, использовать бентонит-уголь наряду с другими материалами, такимикак графит и хлорид кальция для производства шпаклевки, которая применяется к перерыву, и быстро лечит на месте . Эти ремонтные работы рассчитаны на небольшие масштабы.

Использование бентонитита в огнеупорных средах без угля

Пеллетизация железной руды является одним из ключевых видов использования бентонитовых глин в офлегорий без угля. Бентонит используется в качестве потока, что делает стрельбу менее энергоемким процессом, и позволяет окисления магнетита гематита впереди доменной печи (16). Пеллетизация делает для более эффективного процесса плавления из-за большей площади поверхности к объему соотношение, и происходит в туннельной печи, что приводит к шарообразной гранулы. Сообщалось, что доля добавок (т.е. бентонита и антрацита) оказывает глубокое влияние на общий процесс формирования гранул, информируя такие свойства, как холодная сила сжатия и пористость среди других (17).

При производстве огненных глиняных кирпичей всего на 1,5% по весу добавление бентонита к обычным материалам значительно увеличило сжатую прочность - считается, что бентонит увеличивает коагуляцию смеси. Повышенная пористость и внутренняя площадь поверхности приводит к улучшению огнеупорной производительности (18).

бентонит используется, чтобы сделать эти кирпичи

Кроме того, в производстве преимущественно каолин основе огнеупорных кирпичей, добавление бентонита в пропорциях 2% было показано, увеличить как прочность и плотность кирпичей производится - при одновременном снижении стоимости (19). Еще в 1970-х годах в СССР кирпичные производственные мощности экспериментировали с частичной заменой обычной глины и песка на каолин, содержащий кирпичи для высокую производительность и декоративное применение. Авторы сообщали, что плотность и прочность произведенных кирпичей составили порядка 19% - все это при одновременном снижении общей стоимости в сотни тысяч рублей, что в то время было значительным значением. Те же принципы по-прежнему применяются и сегодня.

Другие виды использования бентонита и угля

Бентонит-антрацит (где антрацит является превосходным типом угля) смеси уже давно используются для разделения масла и удаления из жидкостей. Ключевой концепцией, которая делает бентонит жизнеспособным материалом для этой области является то, что он является отличным сорбентом сам по себе (20). Сорбент характер опирается на замену Na или Ca контриона с азотом на четвертичных амина. Это повышает органофилливность (см. позже). Бентонит, как говорят, умеренно селективный для органических материалов, включая бензол, сырую нефть и нефтепродукты. Как антрацит имеет аналогичную плотность бентонитовой глины, они хорошо смешиваются, с антрацитом предотвращения любого передового поглощения в уже отек бентонитовой глины. Однако поглощение жидкости системой значительно уменьшается при высоких температурах (21).

В одном исследовании использовалась смесь 30% по весу бентонитной глины и 70% угольной пыли для удаления масла из синтетических масел и эмульсий нефти/воды с эффективностью до 98%. Такие свойства обусловлены пористость профиля бентонита, и тот факт, что это органофильные (22). Антрацит имеет аналогичную плотность навалом бентонитной глины и замедляет преждевременное поглощение масел в опухоль глины. Такое поглощение эффективно только при низких температурах - способность поглощать жидкости быстро отпадает после нагрева даже мимо скромных 100 градусов по Цельсию (23). Это имеет потенциальное применение в разливе нефти и общей промышленной очистки.

Тот факт, что бентонитовые антрацитовые смеси являются высокоофилическими, объясняет их широкую эффективность и эффективность в разделении масла и очистке пространства. Простота использования вступает в игру, тоже, с макро масштаба частиц размеров от 0,85 до 2,36 мм предварительно опухшие означает, что когда-то опухшие и полный загрязняющих веществ, простой размер фильтрации исключения более чем достаточно, чтобы удалить все (24).

В больших масштабах смеси бентонита и угля используются в качестве накладок для свалок и цилиндров. Исходя из вышеупомянутого абсорбтного поведения бентонит-антрацитовых смесей, на свалке, он ценится за его способность поглощать вредные материалы, которые выщелачиваются из мусорной кучи, такие как тяжелые металлы (25), включая кадмий, свинец и никель. В этом исследовании, бентонит был использован в соотношении 2:1 к углю, и в целом используется наряду с песком. Решающее значение в таких приложениях имеет устойчивость общего материала к давлению, и было установлено, что песко-бентонит-уголь обладает хорошей сжимающей прочностью и высокой плотностью, когда все три компонента используются вместе (26). В других аналогичных исследованиях было показано, что бентонит и уголь являются хорошими сорбентами для различных жидких загрязнителей, возникающих в результате потоков отходов и свалок, однако авторы отметили, что сам по себе материал типа углерода не имеет никакого эффекта, а требует, чтобы бентонит присутствовал для эффективного поглощения загрязняющих веществ (27). Такое поведение было принято в других странах с эффективными результатами против выщелачивания свинца, показывающего эффективность бентонитовой угольной системы (28).

С точки зрения промышленной и горнодобывающей очистки, бентонит-антрацит смеси найти широкое применение, особенно в области дренажа кислотных шахт - общая проблема, стоящая перед горнодобывающей промышленности. Подземные воды могут легко загрязняться различными хвостохранилищами и стоками в результате горных работ и должны быть лишены возможности входить в местные водные пути. Было показано, что грунтовые воды вблизи угольных шахт в странах Африки к югу от Сахары достигают токсичных и вредных концентраций железа в 1300 мг L-1. Простая фильтрация воды с использованием бентонитовой глины, антрацита и золы мухи, как было показано, резко снижает уровень железа в воде (29).

Однако хвостохранилища не ограничиваются относительно легкой работой с железом. Другие ионы тяжелых металлов- в том числе сульфиды - известны загрязняющих веществ, а также должны быть удалены. Исследования показали, что бентонит антрацит фильтрации эффективен при удалении более 80% видов железа (в том числе сульфидов) в одном исследовании с использованием бентонита антрацит фильтр колонки (30). Несмотря на то, что он не работал так же хорошо, как фильтры цеолита коммерческого класса, промышленные сточные воды были в значительной степени лишены загрязняющих веществ, когда использовалась комбинированная колонка бентонита-антрацитового фильтра с площадьюповерхности около 1 м2 г -1. Авторы отметили особенно хорошую производительность с точки зрения удаления любых остаточных органических материалов, где он превзошел цеолит.

Для таких установок добавление всего 10% бентонитовой глины по весу в песчано-угольную смесь эффективно повышает уровень абсорбции глино-песчано-угольной системы. Было отмечено, что антрацит настоящее время ограничивает возможности отек смеси - что было сочтено полезным (31).

При производстве угольных брикетов было обнаружено добавление каолина и особенно бентонитовых глин для повышения температуры выбросов золы, что делает газификацию более эффективной (32). Иногда упускается из виду, как обычно ведет себя глины, бентонит может быть сформирован в кирпичи и монолиты, как и любой другой материал типа глины. В сочетании с отходами феррохромного производства и источником углерода (например, антрацитовым порошком) могут быть изготовлены керамические огнеупорные материалы, способные выдерживать температуру от 200 до 300 градусов Цельсия выше, чем при использовании «нормальных» глин – это, скорее всего, связано с эффектом бентонита и остаточных хромированных материалов из феррохромных отходов (33).

Во многих случаях наиболее подходящим может быть настройка, сочетающая бентонит-антрацитовую фильтрацию наряду с другим методом (например, цеолит или молотое стекло).

shutterstock_1395953375 широкий

Консультирование по оксиду марганца

  • Бентонит является одним из видов глины, которая ценится за его пористость, работоспособность и нетоксичный характер
  • В литейных приложениях он используется с углем (бентонит-уголь) в песке/зеленом песке для отливки металла; где он усиливает огнеупорные свойства формы, а также увеличение прочности и плавности плавимости
  • Бентонит и уголь могут быть использованы вместе для мелкомасштабного ремонта печей
  • Для огнеупорных применений без угля, бентонит используется в гранулизации железной руды и в производстве кирпича из огненной глины для увеличения прочности
  • Другие применения с углем включают процессы разделения нефти в разливов нефти и промышленной очистки; свалки и повышение производства угольных брикетов

Сочетание бентонита и угля (или антрацита) является весьма эффективным в различных условиях от литья металла до промышленной очистки. Африканский пегматит является ведущим поставщиком антрацитовой, бентонитовой глины и множества других минералов, подходящих и приспособленных к различным приложениям. Обладая самым широким опытом и лучшими в области домашних технологий, африканский Pegmatite является предпочтительным промышленным партнером.

coal_dust

Ссылки

1 С. Паш и др., Дуги. Литейный завод Eng., 2019, 19, 35

2 Г. Алтер, Env. Англ. Геоши., 2004, 10, 347

3 А. Бобровский и др., J. Молекулярная структура, 2008, 880, 109

4 З. Радоевич и А. Митрович, Дж.Евр. Ceram. Soc., 2007, 27, 1691

5 И. Чанг и Х. Хоченг, Дж.Мэт. Proc. Технологий., 2007, 113, 238

6 К. Сайкаев и С. Венгайзет, Аппл. Клэй Sci., 2012, 61, 26

7 Американское литейное общество Технический отдел, Современный кастинг, 2016, 106, 42

8 В. Чжан и др., Мировое железо и сталь, 2010, 4, 1

9 J. R. Brown (ed.), Foseco Ferrous Foundryman's Справочник, 11-й ed., Баттерворт-Хайнеманн, Оксфорд, 2000

10 D. D. Эйзенхур и Р. К. Браун, Элементы, 2009, 5, 83

11 В. Чжэнцинг, Подбородок. Джей Мех. Англ., 2000, 8, 1

12 Патент США US6554049B2, 2001

13 J. C. Furness et al., Env. Sci. Технологий., 2005, 39, 7712

14 Патент США US3600480A, 1969, истек

15 Патент США US4102694A, 1976, истек

16 H. H, Мюррей, Прикладная глина минералогия: Появление, Обработка и применение Kaolins, Бентониты, Палигоргит-сепиолит, и общие глины, Elsevier, Амстердам, 2006

17. Прусти и К. Барик, Матер. Сегодня: Прок., 2020, в прессе, DOI: 10.1016/j.matpr.2020.03.118

18 M. E. H. Шалаби и др., J. Ore Dressing, 2009, 11, 25

19 В.В. Зайкова и др., Огнеупоры, 1974, 15, 673

20 G. R. Alther et al., Управление отходами (Амстердам), 1996, 15, 623

21 R. E. Grim, Глина Минералогия, 2-й ред., Макгроу-Хилл, Нью-йорк, 1968

22 Х. Моазед и Т. Вирарагаван, Энергия. Источников, 2005, 27, 101

23 R. E. Grim, Глина Минералогия, 2-й ред., Макгроу-Хилл, Нью-йорк, 1968

24 Х. Моазед и Т. Вирарагаван, Энергия. Источников, 2005, 27, 101

25 Дж. Собти и С. К. Сингх, Int. J. Геотех. Англ., 2017, 411, 1

26 Д. Собти и С. К. Сингх, IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 2017, 225, 12091

27 Дж. Собти и С. К. Сингх, Int. J. Геотех. Англ., 2019, 13, 411

28 И.-Г. Чэнь и др., Adv. Civ. Англ., 2019, 1

29 E. O. Orakwue et al., Вода, Воздух и Почва Опрос., 2016, 227, 73

30 Ф. Ф. Тиллман-младший и др., Бык. Энвирон. Контам. Токсикол., 2004, 72, 1134

31 Дж. Собти и С. К. Сингх, Геотех. Геол. Англ., 2019, 37, 4229

32 Г. Цуй и др., J. Уголь Sci. Англ. (Китай), 2013, 19, 90

33 С. Монтаев и др., MATEC Web Conf., 2020, 315, 7007