Введение. Важным условием при получении любого материала различного назначения является степень его однородности. Поэтому ответственным технологическим решением при создании целевых материалов является выбор смесительного оборудования и подбор его технологических режимов.При подборе смесительного агрегата или способа смешения необходимо обеспечить:– необходимую степень смешения (степень равномерного распределения) компонентов двух и более веществ после окончания процесса смешения;– интенсивность процесса смешения, которая определяется продолжительностью времени, когда будет достигнут требуемый результат за минимальное время смешения, с наименьшими затратами энергетических ресурсов.Возможности получения микро- и нанодисперсных материалов и понимание процессов тонкого диспергирования и механической активации значительно изменились с появлением высокоэнергетичных измельчающих устройств, открывая новые перспективные направления в индустрии измельчения и помола материалов самого различного назначения.При механическом воздействии на твердые материалы наряду с дроблением происходит измельчение с увеличением их удельной поверхности, при этом происходит активизация поверхности, что приводит к увеличению химической, магнитной и электрофизической активности [1]. Положительным фактором образующихся высокодисперсных материалов является их способность к самоорганизации в самые разнообразные сложные структуры с разными функциональными свойствами, а также отмечается их способность порождать подобные себе структуры, так называемые «эффекты саморепликации». В результате протекания процессов механической активации возникают новые химические соединения и формируется объемная структура с прогнозируемыми физико-механическими и эксплуатационными свойствами [2].Подбор смесителя осуществляется исходя из поставленных технологических задач и требований к определенному процессу (например, количество одновременно смешиваемых компонентов, необходимая степень смешения и т.д.) и свойствам смешиваемого материала (например, гранулометрического состава, формы частиц, абразивности ингредиентов и т.д.). Заключительный выбор смесительного агрегата для технологического процесса должен объединить эти факторы с затратами на эксплуатационные расходы и затратами на покупку, чтобы прийти к рациональному технико-экономическому решению [3–7].Смешение сырьевых смесей может производиться двумя способами: периодически или непрерывно. При периодическом смешении все ингредиенты загружаются в смеситель и перемешиваются в течение определенного времени, пока смесь не достигнет однородной консистенции, затем выгружается. Критериальными параметрами таких смесителей принимаются: продолжительность времени смешения, объем, размер, форма смесителя, условия эксплуатации и т.д. Количество смешиваемых ингредиентов может варьироваться в любом диапазоне, однако, в отличие от непрерывного перемешивания, необходимо следить за тем, чтобы загрузка смесителя осуществлялась в установленном режиме [2, 8].Для тонкого и высокодисперсного измельчения сырьевых материалов применяется разнообразное оборудование: барабанные шаровые мельницы, планетарные мельницы, ролико-кольцевые маятниковые мельницы, струйные мельницы, роторно-шаровые, дезинтеграторы и многие другие. Несмотря на значительное многообразие помольных аппаратов, все варианты воздействия на измельчаемый материал условно разделяются на основные четыре вида: раздавливание, удар, истирание, раскалывание и их комбинаций [9]. Во время процесса помола одновременно протекают и процессы смешения, в зависимости от типа агрегата процессы смешения имеют свои особенности.Определенный интерес представляют смесители с неподвижной смесительной камерой (лопастной, червячный, ленточный и т.д.), в которой материал смешивается посредством механического устройства [10]. В таких смесителях целесообразно смешение компонентов с близкими физико-механическими характеристиками, при этом можно получить качественные гомогенные смеси, исключение составляют железосодержащие компоненты, вследствие сегрегации частиц в некоторых зонах смесительной камеры. Особенностью смесителей этого типа является преобладание процесса диффузионного смешивания [11, 12]. Увеличение объемов смесителей этого типа вдвое ведет к увеличению мощности привода [6], а наличие вращающего перемешивающего устройства внутри смесительной камеры усложняет конструкцию. Основным достоинством этих смесителей является достижение высокой гомогенности смесей до 85 % [13]. Специфика барабанных шаровых мельниц заключается в загрузке их мелющими шарами до  35–40 % по объему камеры, где в результате совместного соударения шаров и крупных кусков, а также взаимного истирания частиц происходит помол материала с получением высокодисперсных продуктов при относительно небольшой продолжительности помола [14, 15].Особенности конструкции планетарных мельниц, состоящих из нескольких барабанов, установленных на одном валу, позволяют мелющим телам приобретать сложное движение при значительных ускорениях, что обуславливает интенсивное измельчение материала. Основным достоинством планетарных мельниц является высокая эффективность измельчения [16].В последние десятилетия для помола широко применяются струйные мельницы, обеспечивая сверхтонкое измельчение материала, сообщаемое струёй энергоносителя (воздуха, перегретого пара, инертного газа), подаваемого из сопел со звуковыми или сверхзвуковыми скоростями. Эти мельницы характеризуются высокой энергонапряжённостью и высокой эффективностью измельчения [17].Дезинтеграторы применяются преимущественно для помола мягких, хрупких материалов с малой абразивной способностью. Исходный материал через загрузочную воронку поступает в центральную часть одного из роторов, вращающихся в противоположных направлениях, и попадает между их пальцами. Дезинтеграторы обеспечивают высокое качество смешения [18].Особого внимания заслуживает смешение сухих сыпучих материалов вибрационным способом. В этом случае смешение обеспечивается вследствие вибрационных импульсов, создающих хаотические столкновения частиц смешиваемого материала и последующее перемещение частиц относительно друг друга. Выбор режимов вибрационных воздействий назначается с учетом характера частиц измельчаемого материала, их размерами, плотностью компонентных частиц смеси, а также геометрическими параметров камеры смешения [2, 8, 19]. Вибрационные смесители обеспечивают высокую степень однородности сыпучих материалов с одинаковой плотностью.Пневматические смесители работают по замкнутому циклу, процесс смешения происходит в камере, где происходит конвективное или диффузионное смешение за счет перемешивания отдельных частиц материала в общем объеме, возможно, смешение за счет расслоения измельчаемых частиц, их сегрегации, гравитационных электростатических и инерционных и других сил [20, 21]. Смешение в смесителях этого типа позволяет смешивать компоненты смесей с разной плотностью при обеспечении высокой гомогенности.Для получения высокодисперсных смесей и нанопорошков перспективными являются роторно-шаровые мельницы, обладающие эффектом механохимической активации [22]. Использование этих мельниц позволяет получить высокодисперсные активные порошки с требуемыми фракциями и консистенциями. Роторно-шаровые мельницы часто используются в различных отраслях, включая горнодобывающую промышленность, химическое производство и производство строительных материалов.Особый интерес при приготовлении высокодисперсных смесей представляют турбулентные смесители, которые в последние годы широко используются в производстве строительных материалов [23]. Достоинствами турбулентных смесителей являются простота конструкции, высокая производительность, связанная с быстрым приготовлением смеси, так, время смешения занимает от 15 до 40 секунд при обеспечении высокого качества получаемого материала за счет смешения, происходящего в 3-х плоскостных движениях [24–28].На основании проведенного анализа современных агрегатов для высокодисперсного помола и смешения компонентов сухих смесей и имеющихся у заказчика роторно-шаровой мельницы и турбулентного смесителя были проведены исследования по получению гигиенического адсорбирующего средства.Методология. Базовые составы гигиенического адсорбирующего средства высокой удельной поверхности получали в различных механических агрегатах. Определение удельной поверхности осуществляли на приборе ПСХ-10а, принцип действия которого основан на методе газопроницаемости Козени и Кармана.Материалы и оборудование. В качестве сырьевых материалов при проведении испытаний использовали две марки мела: МТД-2(ТУ 5743-020-05346453-2008) и М-5(ТУ 5743-020-05346453-2008) производстваОАО «Шебекинский меловой завод», которые производятся из высококачественного сырья, добываемого на собственном карьере; по химическому составу они относится к категории высококачественного мела. Химический состав и физико-химические показатели применяемогомела приведены в табл. 1.  Таблица 1Физико-химические показателимела МТД-2 и М-5№ п/пФизико-химические показателиНормыФактическиеМТД-2М-5МТД-2М-51Массовая доля углекислого кальция и углекислого магнияв пересчете на углекислый кальций, %, не менее96,598,097,098,22Массовая доля веществ, нерастворимых в соляной кислоте,%, не более2,01,31,231,073Массовая доля полуторных оксидов железа и алюминия,%, не более–0,4–0,354Массовая доля оксида железа (III), % не более0,250,150,110,09-5Массовая доля марганца, % не более–0,015–0,0056Массовая доля меди, %, не более–0,001–0,000017Массовая доля влаги, %, не более0,30,200,180,178Массовая доля водорастворимых веществ,%, не более0,25–0,07–9Суммарная  удельная эффективность радионуклидов, БН/кг, не более370370101010Массовая доля песка, % , не более–0,015–0,00811Коэффициент отражения, %, не менее859085,49012Остаток на сите с сеткой №0,045,%, не более 0,80,50,20,20 В качестве адсорбента при приготовлении гигиенического адсорбирующего средства использовался аттапульгит - глинопорошок марки ППБ (ТУ 08.12.22-013-04002160-2019) производства ЗАО «Керамзит». Основные показатели качества продукта приведены в таблице 2.Для создания высокой удельной поверхности разрабатываемым базовым составам использовали оксид кремния и синтетический аморфный диоксид кремния.Оксид кремния (IV)- безводная кремневая кислота (SiO) с молекулярной массой - 60,08, представляющий собой белый кристаллический порошок со сростками кристаллов различной формы и размеров, нерастворимый в азотной, серной и соляной кислотах, растворим во фтористо-водородной кислоте и в растворах щелочей. Физико-химические показатели оксида кремния (IV) соответствуют нормативным показателям (табл. 3).Синтетический аморфный диоксид кремния представляет собой белый сыпучий порошок, основные технические характеристики приведены в табл. 4. Таблица 2Основные показатели качества аттапульгита№ п/пНаименование показателяНорма Фактическое значение1Выход глинистого раствора, не менее1616,22Массовая доля влаги,% , от   и    до16,0-25,019,53Показатель седиментации,% не более1,004Содержание хлорорганических соединений, (ХОС), %Не допускаетсяНе обнаружено    Таблица 3Физико-химические характеристики оксида кремнияНаименование показателяНормаЧистый для анализа(ч.д.а.)ОКП 26 1122 0042 00Чистый(ч.д.а.)ОКП 26 1122 0041 011. Массовая доля оксида кремния (IV) (SiO), %, не менее98962. Массовая доля нелетучих с фтористо-водородной кислотой веществ, %, не более0,20,53. Массовая доля потерь при прокаливании, %, не более1,53,04. Массовая доля нитратов (NО ), %, не более0,0020,0055. Массовая доля сульфатов (SO ), %, не более0,015Не нормируются6. Массовая доля хлоридов (Сl), %, не более0,0010,0057. Массовая доля железа (Fe), %, не более0,0020,0058. Массовая доля тяжелых металлов (Рb), %, не более0,0030,0079. Удельная поверхность, см2/г60000   Таблица 4Основные технические характеристики синтетического аморфного диоксида кремнияСвойстваЕдиницыПоказателиПотеря при сушке (при 105º С, 2 часа)% макс6Потери  при прокаливании (при 1000ºградС, 2 часа на безводной основе)%-рН (в 20% водном растворе)-6,0-7,0Средний размер частиц, (D50)%5,5-7,5SiO2на безводной основе%, мин98% остатка на сетке 325(мокрый рассев)ррм,  макс0,05Удельная поверхностьсм2/г170000Общее содержание тяжелых металлов (по Pb)%/мин15Взаимодействие с водой-гидрофильныйСодержание углерода%4,5-7,0 Синтетический аморфный оксид кремния легко вводится в создаваемые порошки, обеспечивая их высокую диспергируемость смесям, препятствуя оседанию и слеживанию при хранении и транспортировании.При приготовлении базовых составов адсорбирующего гигиенического средства в работе использовали различные агрегаты, лабораторную роторно-шаровую мельницу РШМ-60-7 и лабораторный турбулентный смеситель С 2.0 (производитель «Вибротехник») для получения гомогенной смеси. Роторно-шаровая мельница с принудительным охлаждением РШМ-60-7 предназначена для измельчения мелкодисперсных материалов до высокой удельной поверхности. РШМ-60-7 представляет собой конструкцию из рамы, жестко установленной  на неповоротной рабочей камере в виде цилиндрической двухконтурной емкости, электродвигателя, регулятора скорости вращения, стальных шаров, рабочего вала с активаторами мелющих тел, рабочего вала, электродвигателя (рис. 1).Рис. 1. Лабораторная роторно-шаровая мельницаМелющие тела (стальные шары) приводятся в движение активаторами, расположенными на рабочем валу, которые в свою очередь приводятся в движение при помощи роторов. Загрузка материала производится в движение при помощи роторов. Загрузка материала производится через верхний люк цилиндрической емкости, а разгрузка осуществляется через противопожарный нижний выгрузочный люк. Разрушение частиц осуществляется при соударении, сдвиге и истирании мелющих тел. Для разгрузки и аспирации помольной камеры применяется сжатый воздух. В конструкции РШМ-60-7 предусмотрено принудительное охлаждение рабочей камеры («охлаждающая рубашка»), которое осуществляется в наружном контуре, препятствуя нагреву внутреннего контура в ходе сверхинтенсивного измельчения. Установленная мощность – 6,5 кВт, производительность – до 240 кг/ч, эффективное время измельчения одной загрузки – 15 мин.Смеситель турбулентный С 2.0 предназначен для смешивания до однородного состояния сухих сыпучих порошков и жидкостей (рис. 2). Рис. 2. Лабораторный смеситель турбулентныйСистема управления частотой питающего напряжения позволяет регулировать частоту вращения чаши, а также время работы смесителя. Технические характеристики приведены в таблице 5. Таблица 5Технические характеристики турбулентного смесителя№ п/пПараметры, единицы измеренияЗначение параметров1Полный/полезный объем чаши, л2,6/1,72Частота вращения чаши, об/мин10–553Напряжения питания, 50 Гц, В2204Мощность мотор-редуктора, кВт0,185Габаритные размеры, мм (длина ×ширина ×высота)610×525×4306Масса, кг1007Материал чаши и крышкиAISI 3048Модель пульта управленияВстроенная система управления Основная часть. Для приготовления адсорбирующего гигиенического средства (АГС) необходимо создать высокодисперсную смесь, назначение которой обеспечить высокие показатели по влагопоглощению конечного продукта, а это требует придания повышенной удельной поверхности создаваемому порошку. Учитывая, что в основную часть состава АГС входит мел (до 70 % и более), который вследствие своего генезиса, обладает высокой поглотительной способностью, представило интерес исследовать процессы смешения сырьевых компонентов в различных механических агрегатах и установить наилучший для технологического процесса. Для разработки основного базового состава адсорбирующего гигиенического средства (АГС) и подбора наиболее эффективного оборудования использовали два механических агрегата: роторно-шаровую мельницу, как наиболее эффективного аппарата для помола и смешения и турбулентный смеситель, обеспечивающий высокую однородность при смешении основных ингредиентов средства.На начальном этапе работы исследовали особенности дополнительного помола мела МТД-2, имеющего начальную удельную поверхность – 5880см2/г в роторно-шаровой мельнице и в турбулентном смесителе. При помоле мела в указанных агрегатах производили отбор проб через 3, 10 и 17 мин и определяли удельную поверхность на приборе ПСХ-10а. Результаты помола приведены в таблице 6 и рисунке 3.  Таблица 6Изменение удельной поверхности мела МТД-2 при помоле в роторно-шаровой мельнице и в турбулентном смесителе № п/пВремя помола, минУдельная поверхность, см2/г при помолеРоторно-шаровая мельницаТурбулентный смеситель0–5880588013553456902104472474631735813668 Рис. 3. Изменение удельной поверхности мела МТД-2 при помоле в роторно-шаровой мельницеи в турбулентном смесителе  Анализ полученных результатов свидетельствует, что в рассматриваемых агрегатах с увеличением продолжительности помола мела с 3 до 17 мин наблюдается стабильное понижение удельной поверхности с 5880 см2/г   до 3581 см2/г   в роторно-шаровой мельнице, что составляет 39 % и до 3668 см2/г в турбулентном смесителе с повышением плотности до 38 %, что обусловлено уплотнением структуры высокодисперсного мела (рис. 3). Кроме того, отмечается, что мел измельчаемый в роторно-шаровой мельнице с увеличением продолжительности помола, изменил цвет с белого до темно-серого, что свидетельствует об увеличении намола и присадки металла от мельницы и шаров.Установлено, что для приготовления смеси более эффективен турбулентный смеситель, т.к. способствует повышению удельной поверхности, что позволяет рекомендовать для дальнейших исследований.Из проведенных исследований установлено, что механическая обработка чистого мела МТД-2 в описанных агрегатах приводит к его уплотнению его структуры и снижению удельной поверхности. Поскольку цель проведения исследований заключалась в получении высокодисперсного порошка на основе мела, требовалось в состав смеси ввести наполнитель, способствующий увеличению удельной поверхности. В качестве такого наполнителя был применен аттапульгит и были изучены составы, содержащие мел МТД-2 и М-5 (табл. 7).Анализ кривых изменения удельных поверхностей составов, приготовленных на мелах МТД-2 и М-5 с использованием аттапульгита, свидетельствует об его эффективном влиянии на процессы смешения (рис. 4).Так, при применении мела МТД-2 в составах (1а) с содержанием 10 % аттапульгита увеличивается удельная поверхность при продолжительности смешения от 3 до 30 мин с 10,5 % до 16,8 %.  В составах с содержанием аттапульгита – 20 % (2а) удельная поверхность возрастает от 17,7 % до 26 % при продолжительности смешения с 3 мин до 30 мин. Аттапульгит в составах (3а) в количестве 30 %  при продолжительности смешения повышает удельную поверхность смеси  с 15,3 % до 24,3 %. Следует отметить, что увеличение  введения  количества аттапульгита в составы с мелом МТД-2 от 10 % до 30 % обеспечивает повышение удельной поверхности с 10,5 % до 26 %. Таблица 7Удельные поверхности составов на меле МТД-2  и М-5 с аттапульгитом при смешениив турбулентном смесителе№№Состав, % Удельная поверхность, см2/г при времени  смешения, мин№№Состав, % Удельная поверхность, см2/г при времени  смешения, минМТД-2аттапульгит3101730М-5аттапульгит31017300а100–62426400643063910б100–63896624681167121а901065006700688268721б901065616836691169642а802069227100721674132б802069377233739774643а703067817163725473093б70306742710073537387  Использование мела М-5 в составах (1б) с содержанием аттапульгита 10 %  показало увеличение удельной поверхности с увеличением времени смешения с 3мин до 30 мин  с 11,6 % до18,4 %. В составах с содержанием аттапульгита 20 % (2б) наблюдается увеличение удельной поверхности с 18 % до 26,9 %, а при введении 30 % аттапульгита в состав (3б) удельная поверхность возрастает с 14,6 % идо 26,2 %. Обобщая полученные результаты по применению мела М-5 следует отметить, что использование мела М-5 в композиции с различным расходом аттапульгита и при различной продолжительности смешения обеспечивает получение удельной поверхности в диапазоне от 11,6 % до 26,9 %.Рис. 4. Изменение удельных поверхностей составов меловМТД-2 и М-5 с аттапульгитомпри приготовлении смесей в турбулентном смесителе  Сравнивая полученные показатели по удельной поверхности смесей, приготовленных на мелах МТД-2 и М-5, можно отметить, что показатели удельных поверхностей смесей с меломМ-5 превосходят показатели  с мелом МТД-2 на 7–9 %. Данное обстоятельство позволяет рекомендовать для дальнейшего использования мел М-5.Проведенными выше исследованиями было установлено, что дозировка аттапульгита в количестве 20 % в составе меловой композиции обеспечивает при смешении в турбулентном смесителе достаточно высокую удельную поверхность.  В связи с этим в последующих  экспериментах принимали указанное количество аттапульгита при  разработке базового состава. Для дополнительного увеличения удельной поверхности меловых базовых составов в них вводили оксид кремния и синтетический аморфный диоксид кремния (табл. 8).Установлено, что в составах 1-1 – 1-7 (рис. 5), включающих  мел М-5, аттапульгит и синтетический аморфный диоксид кремния,  при незначительном увеличении  дозировки  оксида кремния  значительно возрастает удельная поверхность разрабатываемых базовых меловых смесей. Так, при введении аттапульгита в количестве 2 % удельная поверхность  смесей повышается на 11 %, при введении 3 %  – на 17,4 %; при введении 4 % – на 29,1 %, при 5 % – на 47,8 %; при дозировке 6 % удельная поверхность возрастает на 96,3 %, почти в два раза и при дозировке аттапульгита 10 % удельная поверхность базовой меловой смеси увеличивается на167,5 %, т.е. в 2,7 раз.   Таблица 8Удельные поверхности составов: мел М-5, аттапульгит и оксид кремния или синтетический  аморфный диоксид кремния при смешении в турбулентном смесителе №№Состав смеси,%Уд. поверхность, см2/г№№Состав смеси,%Уд.поверхность, см2/гМелМ-5аттапульгитсинтетический аморфный диоксид кремнияМел М-5аттапульгитОксид кремния1-18020–72422-18020-71191-27820280042-27820246021-37720385022-37720347481-47620493542-47620447291-575205107072-57520546471-675187142192-6––––1-7751510193742-7––––  Рис. 5. Изменение удельных поверхностей составов: мел М-5, атапульгит и оксид кремния и синтетический аморфный диоксид кремния, смешанных  в турбулентном смесителе Изучение составов 2-1 – 2-5 (рис. 5), содержащих мел М-5, аттапульгит и оксид кремния показало, что включение оксида кремния в состав меловых смесей 2 % (состав 2-2) снижает удельную поверхность на 64,6 %; при введении 3 % (состав 2-3) на  66,7 %;  при  введении 4 % (состав 2-4) на 66,4 %  и при дозировке 5 %  (состав 2-5) на 65 %. Полученные результаты свидетельствуют о неэффективности действия оксида кремния для использования для понижения удельной поверхности базовых меловых составов.Выводы. Таким образом, на основании проведенных исследований получен эффективный базовый состав адсорбирующего гигиенического средства, включающий компоненты мел М-5, аттапульгит и синтетический аморфный диоксид кремния, полученный смешением в турбулентном смесителе и соответствующий заявленной удельной поверхности 12000 см2/г, которая обеспечит требуемую сорбционную емкость, тем самым обеспечит снижение патогенной микрофлоры в местах содержания сельскохозяйственных животных и птицы.Заключение. Разработанная базовая основа адсорбирующего гигиенического порошкообразного средства вследствие значительной удельной поверхности обеспечит высокую степень поглощении влаги и создаст требуемый уровень санитарно-гигиенических условий содержания животных и птиц. Создание благоприятного климата для содержания сельскохозяйственных животных и птицы позволит значительно предотвратить размножение бактерии, что повлечёт за собой значительное снижение расхода использования антибиотиков при выращивании сельскохозяйственных животных, снизит уровень неприятных запахов, обеспечит сухую окружающую среду.