Межрегиональный молодежный инновационный форум «Инновации-2021»

Устройство, препятствующее слипанию бентонитовой глины, при распределении ее на площадке хранения, в том числе для использования в атомной энергетике

Авторы: Иванов С.А, Гурина Р.В, Кулагина Л.В,
ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет»
Видеоролик:

 

 

 

 

 

 

 

Аннотация проекта

Бентонитовая глина — это материал природного происхождения, который отличается тем, что может применяться во многих сферах. Основной составляющей его является монтмориллонит. Именно поэтому бентонит приобретает столь выдающиеся свойства гидрофильности и разбухания. При пониженной влажности глина остаётся сыпучей слипаясь в меньшей степени, а при влажности менее 12-14% вообще не слипается, но при этом теряет безвозвратно в недопустимых пределах ценные качественные показатели. Снижение влажности при незначительном снижении ценных качественных показателей допустимо в, редких случаях, не ниже 18-20%. В основном влажность глины в готовом виде не снижают ниже 23-25%, а в некоторых случаях и 27-30%. Транспортировка после переработки глины с влажностью 23-29% и размером частиц до 50 мм и укладка её в штабели объёмом от 500 и более тонн в местах хранения производятся с применением погрузочно-транспортных механизмов, чаще всего автосамосвалов и фронтальных погрузчиков. Глина при этом интенсивно прилипает к стенкам ковшей погрузчиков и кузовов автосамосвалов, что очень затрудняет их разгрузку и требует постоянной зачистки емкостей автотехники. При укладке в штабели высотой до 5 м и более техника въезжает на глину, оказывая давление на неё колёсами, что значительно уплотняет массу глины при слипании частиц в трудноразрушаемый массив при дальнейшем перемещении глины для её использования. Черпать глину из такого штабеля приходиться экскаваторами - механизмами с более высокой силой резания, чем у погрузчиков. При этом приходиться разрушать получающиеся большие комья глины до приемлемых размеров: с 400-600 мм до размера не более 300 мм. Таким образом, решение обозначенной технической проблемы - отличается новизной и актуальностью, а техническое решение, которое выдвигается на конкурс, не имеет аналогов на рынке.

 

Описание проекта

Актуальность проекта

На сегодняшний день технология транспортировки материалов без ухудшения их потребительских и физических свойств является актуальной. Существующие технологии с использованием традиционных конвейеров, фронтальных погрузчиков совместно с автосамосвалами имеют ряд недостатков. Особенно остро эта проблема стоит при работе с бентонитовой глиной. Особые технологические свойства бентонита обеспечили его широкое применение как связующего в формовочных смесях и для производства железорудных окатышей, как вязко-гелеобразователя и понизителя фильтрации в приготовлении буровых растворов для бурения скважин и переходов, а также как эффективного гидроизоляционного и сорбционного материала, в том числе при хранении отходов энергетики. И даже этот перечень областей применения далеко не исчерпывающий. Уже сейчас потребляется сотни тысяч тонн бентонитовой продукции ежегодно. Но есть отрасли и производства, где совсем небольшие добавки бентонита играют важную роль в технологических процессах. К ним относится изготовление катализаторов нефти, очистка сточных вод, производство бумаги, цементирование жидких радиоактивных отходов, промышленные влагопоглотители. Самая ценная способность бентонитовой глины - высокая вязкость во влажном состоянии, является отягощающим фактором в процессах переработки, а также в процессах складирования и транспортирования, поскольку глина прилипает к поверхностям большинства материалов, применяемых в оборудовании и устройствах, используемых в промышленности, и уплотняется, слипаясь в общую массу в штабелях продукции в местах хранения.

 

Цель проекта

Создание опытного образца устройства разгона и метания частиц глины размером 3-50 мм влажностью 20-30% на расстояние не менее 50 метров по траектории, обеспечивающей приемлемый разброс частиц по горизонтали в процессе хранения после добычи. Частицы глины не должны прилипать к элементам устройства «метания» в количествах, препятствующих работоспособности устройства и требующих зачистки деталей от глины чаще, чем три раза в сутки. Работоспособность устройства должна быть проверена необходимыми расчётами и техническими обоснованиями. Конструкция, применяемые материалы, электрический привод должны быть приемлемой стоимости.

 

Ожидаемые (полученные) результаты 

В настоящий момент создан лабораторный прототип (проведены имитационные испытания в программном продукте Ansys ), далее планируется изготовление и проведение испытаний опытных образцов, технологическая подготовка серийного производства.

 

Описание сути инновационного проекта

В настоящий момент проблема налипания глины к разбрасывающим устройства не решена, в тоже время потенциальный рынок потребителей бентонита продолжает расти, в частности за счет металлургических и нефтегазовых предприятий, в 2019 г в России было продано 753 тыс т бентонита - почти на 20% больше, чем в 2015 г. Решение обозначенной проблемы внесет существенный вклад в обозначенный отрасли промышленности.

Текущая стадия проекта 

Выполнены НИР (сформулированы и/ или научно обоснованы основы создаваемой технологии или продукта)

 

Эффективность проекта 

1.повышение эффективности использования бентонитовой глины в разных отраслях энергетики (в том числе атомной) и в различных областях промышленности 2.увеличение производительности аппарата для распределения глины при складировании за счет создания уникального устройства 3. снижение расходов на хранение при добычи бентонитовой глины;

 Наименование и краткое описание разработки (инновационного продукта / услуги), создаваемой в проекте

Описание разработки и ее потребительских качеств

Бентонитовая глина обладает уникальными свойствами, благодаря которым и нашла широкое применение во многих сферах. Её самая ценная способность: высокая вязкость во влажном состоянии – является и негативной в процессах переработки и, особенно, в процессах складирования и транспортирования, так как способна прилипать к поверхностям большинства материалов, применяемых в оборудовании и устройствах, используемых в промышленности, и поэтому уплотняется, слипаясь в общую массу в штабелях продукции в местах хранения.

 

Назначение разработки

Решение проблемы при складировании и транспортировке бентонитовой глины отдельными частицами, летящими в пространстве по заданной траектории с заданной в точке разгрузки определённой скоростью.

 

Новизна и конкурентные преимущества презентуемой разработки в сравнении с аналогами

Бентонитовая глина — это материал природного происхождения, который отличается тем, что может применяться во множестве технологических производственных процессов. Основной составляющей бентонита является монтмориллонит. Именно благодаря ему, бентонитовая глина приобретает столь выдающиеся свойства гидрофильности и разбухания. Проблема слипания глины при скандировании и транспортировке на настоящий момент не решена. Общий объем Российского рынка бентонита (без вторичной переработки) оценивается в 600-700 тыс. тонн в год. Ожидается, что глобальный рынок бентонита будет расти значительными темпами в течение прогнозируемого периода 2020-2027 гг. В последние несколько лет производство и дизайн Бентонит эволюционировали благодаря быстрому обновлению продукции и внедрению передовых производственных процессов. Таким образом, решение обозначенной технической проблемы - отличается новизной и не имеет аналогов на рынке.

 

Партнёры по реализации проекта 

Группа Компаний «БЕНТОНИТ»

Объемы необходимых инвестиций, тыс. руб: 0