книги / Производство керамзита

эффективный конструкционно-теплоизоляционный керамзитобетон класса В3,5 плотностью 750—900 кг/м3 и конструкционный керамзитобетон классов В5—В15 плот­ ностью 1000—1600 кг/м3.

К третьей группе отнесено слабовспучивающееся гли­ нистое сырье, на основе которого в лабораторных усло­ виях можно получить керамзит с кажущейся плотно­ стью 0 ,8—1,2 г/см3 и коэффициентом вспучивания ниже 2,5, а в производственных — с насыпной плотностью 400— 600 кг/м3, в куске 850—1350 кг/м3, с коэффициентом вспучивания около 1,2—2 .

Из сырья второй и третьей групп получают весьма эффективный керамзитовый гравий для конструкционно-, го и высокопрочного керамзитобетона плотностью 1000— 1800 кг/м3 и прочностью 100—500 кг/см3 и выше.

На основе ряда разновидностей слабовспучивающегося сырья с применением железистых и органических добавок может быть получен керамзитовый гравий плот­ ностью 350—400 кг/м3, пригодный для производства эф­ фективного конструкционно-теплоизоляционного керам­ зитобетона класса В3,5 плотностью 800—900 кг/м3. Это обстоятельство тем более важно, что в большинстве районов страны имеются лишь слабовспучивающиеся суглинки.

К четвертой группе отнесено практически не вспучи­ вающееся при обжиге глинистое сырье.

С повышением содержания в хорошо вспучивающем­ ся сырье оксидов AI2O3, Fe20 3+ Fe0; К гО +^гО и орга­ нических веществ до определенного предела, вспучиваемость пород возрастает, а при уменьшении — снижается.

ших исследований искусственного облагораживания средне- и слабовспучивающихся глинистых пород, удале­ нием из них путем отмучивания или центрифугирования крупных инертных фракций, состоящих преимущественно из неглинистых минералов.

В табл. 5 приведены данные, характеризующие вспу­ чиваемость исходных проб типичного керамзитового сырья (всех трех групп вспучивающегося сырья), выде­ ленных из них фракций, и их химический состав.

Оказалось, что с увеличением степени дисперсности глинистого сырья резко изменяется содержание в нем

то при измененном составе он достигает 6,5—11,3, что присуще хорошо вспучивающимся глинистым породам.

Существенно, хотя и несколько слабее, повышают вспучиваемость под влиянием изменения гранулометри­ ческого и химического составов средневспучивающиеся глинистые породы.

Хорошо вспучивающиеся глины, которые в природном состоянии весьма тонкодисперсны, при отмучивании поч­ ти не изменяют своего химического и гранулометриче­ ского состава и присущей им высокой способности к вспучиванию.

Экспериментально установленный факт возможного превращения слабовспучивающегося сырья в хорошо вспучивающееся удалением части неглинистых минера­ лов имеет большое практическое значение для расшире­ ния сырьевой базы производства керамзита.

Особенно результативным оказался этот метод при установлении роли ряда вторичных глинистых минералов в процессах вспучивания легкоплавкого глинистого сырья. В противоположность мнению о главной и даже монопольной роли первичных минералов — амфибол и слюд, как единственного источника парогазообразной фазы при вспучивании, мы доказали, что глинистые по­ роды, освобожденные от первичных минералов и тем са­ мым обогащенные тонкодисперсными вторичными гли­ нистыми минералами группы монтмориллонита, гидро­ слюд и др., а также оксидами железа и органоминераль­ ным комплексом, вспучиваются во много раз интенсив­ нее, чем исходные пробы, содержавшие амфиболы и слюды.

Впервые исследования минералогического состава хорошо-, средне- и слабовспучивающегося керамзитового сырья СССР с использованием современных методов хи­ мического, петрографического, термографического и рентгеноструктурного анализов, а также окрашивания суспензии глины метиленовым голубым и бензидином, по Веденеевой, и выборочно на электронном микроскопе были выполнены в 1957 г. С. П. Онацким, В. С. Фадее­ вой и Б. С. Горшковым в ВНИИНСМе с участием ВНИИСтройкерамики.

По характерным для каждого минерала эндотермИ' ческим и экзотермическим эффектам, фиксируемым на термограммах, дифракционным эффектам ца рентгенограммах, изменению цвета суспензии в растворе метило-

Boro голубого при добавке КС, наличию на электрономикрофотографиях мелких, бесформенных частиц монт­ мориллонита, гексагональных пластинок каолинита, кри­ вых чешуек гидрослюды и т. д., молекулярному отно­ шению Si02 А120 3 и петрографическими исследования­ ми было установлено следующее:

более 4,5 слож ены в основном из глинистых минералов группы

нералогический состав которых включает монтмориллонит, ги дро­ слюды, бейделлит, иногда вермикулит и примеси каолинита, имеют коэффициент вспучивания 4,5 и более.

Таким образом, очевидно, что резкое снижение вспу­ чиваемое™ средне-, слабо- и невспучивающихся глин и суглинков обусловлено не столько природой глинистых минералов, сколько содержанием в них большого коли­ чества инертного балластного материала — свободного

кварца, полевого шпата, акцессорных и других минера^ лов, размер частиц которых превышает 0,01 мм.

Повышенная вспучиваемость тонкодисперсных фрак^ ций, обусловлена, следовательно, не первичными, а ука­ занными выше вторичными глинистыми минералами и благоприятным сочетанием химических компонентов, оп­ ределяющим оптимальные реологические параметры пиропластической массы. Это обусловливается особым ха­ рактером строения и состава кристаллических решеток минералов группы монтмориллонита, гидрослюды, вер­ микулита, бейделлита и др., в частности, свойствами за­ мещения одних ионов другими, особенно ионов Si4+, Al3+, Fe3+, Mg2+, Fe2+, Na+ и K+. Последнее связано с понижением температуры плавления минералов и созда­ нием оптимальной вязкости расплава, а также проч­ ностью связи в кристаллической решетке конституцион­ ной воды третьего эндотермического эффекта, которая удаляется при температуре выше 1000°С и участвует в порообразовании как газообразная фаза.

Вместе с тем важную роль в процессах вспучивания могут играть и другие сопутствующие минералы с раз­ мером частиц менее 5—10 мм — слюды, полевой шпат, различные железо- и щелочесодержащие минералы, а также органические вещества.

Анализ свойств сырья для производства керамзита дает возможность заключить, что лучшее сырье для из­ готовления керамзита по наиболее экономичному сухому

в поперечнике во всех направлениях. Лучшие глины для производства керамзита по пластическому способу — высоковспучивающиеся однородные породы любого строения, хорошо поддающиеся размоканию и разруше­ нию естественной структуры, с карьерной влажностью, не превышающей формовочную, что позволяет легко пе­ рерабатывать их в полуфабрикат, пригодный для вспу­ чивания на механизмах несложной конструкции.

зитового гравия и песка, оценивают петрографической характери ­

исвойства.

7.О кончательную оценку всех видов сырья производят по ре­ зультатам испытаний полузаводск ой пробы . Р езультаты считают положительны ми, если показатели качества керам зитового гравия, полученные при испы таниях пол узаводск ой пробы соответствую т

ломита, пирита и гипса в пересчете на оксиды в количествах, пре­

результатам испытания проб, полученных при проходке горных вы­

16. Температурный интервал вспучивания глинистого сырья без добавок или с их применением должен составлять не менее 30°.

17. Коэффициент вспучивания сырья без добавок или с их при­ менением должен быть не менее 2.

ГЛАВА 2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАЗОВАНИЯ КЕРАМЗИТА

2.1. Условия газообразования и газообразующие вещества

Вспучивание глинистых пород при обжиге исследова­ тели изучают более полустолетия, однако лишь немногие из них однозначно объясняли природу этого процесса. Мнения же большинства резко расходятся. Только в по­ следние два десятилетия, когда производство керамзита получило значительное развитие во многих странах мира, а ученые стали использовать современные методы иссле­ дований, начинает складываться научно обоснованный взгляд на процессы вспучивания.

В поисках обоснованных представлений о физико-хи­ мических процессах вспучивания глинистого сырья и ис­ пользования их для разработки эффективной технологии керамзита автор выполнил комплекс теоретических и экспериментальных исследований химического и минера­ логического составов типичных вспучивающихся глини­ стых пород, их вязкости, окислительно-восстановитель­ ных процессов, газообразующих составляющих, структурообразования материала в различных условиях и на­ метил теоретические основы образования керамзита, ох­ ватывающие физико-химические и технологические фак­ торы вспучивания глинистых пород.

Для производства различных материалов применяют разнообразные способы поризации: вспенивание, механи­ ческое защемление газообразной фазы (пеносиликат), вы­ горание органических веществ (пористый кирпич); ис­ кусственное воздействие 'на размягченный материал га­ зопарообразной фазы извне (шлаковая пемза); спекание гранулированной шихты с образованием межзерновой пористой структуры (аглопирит) и др.

Особое место среди них занимает способ поризации материалов вспучиванием размягченной массы изнутри газообразной фазой, содержащейся в шихте или искусст­ венно введенной в нее. По этому принципу материалы как минерального, так и органического происхождения