книги / Технология строительной керамики

Сырье для производства керамзита должно иметь максимальную

0,4— 1 м3/м3. Затраты на сырье составляют до 30% всех расходов в производстве керамзита.

Практически любое легкоплавкое глинистое сырье вспучивается при вводе корректирующих добавок.

Более 75% предприятий, выпускающих керамзит, применяют до­

три функции: регулятора внутренней атмосферы, катализатора и ис­ точника газа.

В производстве жаростойкого керамзита (для жароупорных бето­ нов) используют добавки с повышенным содержанием А1г0 3, а также магнийсодержащие и тугоплавкие оксиды (тугоплавкие золы ТЭС, алюминиевые шлаки, огнеупорные глины и др.). Железистые и ор­ ганические добавки повышают коэффициент вспучивания в 2—3 раза.

Количество вводимых добавок зависит от свойств глинистого сырья и колеблется в пределах от 0,25 до 1,5% для жидких добавок и от 0,5 до 10% и более для твердых.

Для улучшения качества массы, уменьшения разрушения гранул при сушке и повышения вспучиваемости добавляют сульфитно-спирто­ вую барду (ССБ) — 2—4%, древесные опилки — 2—3%, смолу МФ-17 от 0,15—3%, а также МФ-17 с ССБ в соотношениях, близких

11, при общем содержании около 2%.

Кзапесоченным суглинкам, бедным на органические примеси и железистые соединения, добавляют до 5% (по объему) измельченных спеков гранул, отличающихся более высоким содержанием соедине­

шетку минералов, добавляют суглинки в соотношении 2 1 (по объему). Этому также способствует опудривание гранул порошком огнеупор­ ных или тугоплавких глин.

Ввод в массу керамзита древесных опилок улучшает вспучивание сырья и устраняет возможность взрывания гранул при обжиге. Ор­ ганические добавки необходимо вводить также при использовании в производстве керамзита легко окисляющегося сырья — суглинков, так как оно, имея рыхлую структуру, содержит незначительное коли­ чество органических и других восстанавливающих веществ. Лучшие результаты получают, когда вместе с органическими добавками (уг­ лем) 1,5—2,5% вводят 2— 6% (по массе) тонкоизмельченной железной руды. Добавляя золы ГРЭС и ТЭС, получают глинозольный керамзит (глина 50—80%, зола 50—20%) с объемной массой 450—650 кг/м3. Иногда твердые топливные добавки заменяют жидкими — смесью

дизельного топлива (20%) и мазута (80%), вводимой в количестве 1,5—

топливе и др. Добавки вводят, опрыскивая глину или гранулы, ших­ тованием глины и твердых молотых добавок с последующей гомогени­ зацией массы; опудриванием сырых гранул порошкообразными до­ бавками в барабане гранулятора; обволакиванием гранул огнеупор­ ными добавками во вращающейся печи и др. Жидкие добавки более равномерно распределяются в глине и эффективность действия их выше, чем твердых.

При получении керамзита белого цвета из трепелов и карбонатных опок установлена возможность окраски его водными растворами солей металлов (CuS04, CoS04, Сг2 (S 04)3 и др.) в количестве 5— 6%. Цвет­ ной керамзит используют для фактурного слоя панелей (из 1 м3 гра­ нул получают 54— 112 м2 фактурного слоя).

Переработка сырья и подготозка гранул. Качественная перера­ ботка повышает реакционную способность глинообразующих части­ чек и коэффициент вспучивания, технико-экономические показатели производства, прочность и улучшает структуру керамзита.

Тонкий помол сырья (без добавок) способствует снижению объем­ ной массы на 50— 120 кг/м3, что особенно важно при использовании в производстве маловспучиваемого сырья. Тонкий помол и формова­ ние гранул повышенной плотности уменьшает пористость и газопроводность материала, находящегося в пиропластическом состоянии в период вспучивания, понижает вязкость расплава, улучшает усло­ вия для его вспучивания.

При использовании глинистого сырья с коротким температурным интервалом вспучивания в технологическом процессе предусматри­ вают возможность мероприятий, направленных на увеличение темпе­ ратурного интервала вспучивания глин: изменением их состава (ввод добавок и др.), локализацией жидкой фазы на поверхности гранул при обжиге, опудриванием тугоплавкими порошками, обжигом в окис­ лительной среде, созданием специфических условий обжига (пофракционная равномерная загрузка материала, увеличением числа обо­ ротов печи и др.).

Различают три способа подготовки гранул в производстве керам­ зита: сухой (9,7%), пластический (89,4%) и мокрый, или шликерный (0,9% всех предприятий страны).

Сухим способом перерабатывают сырье и готовят гранулы при использовании в производстве однородного, плотного (камнеподоб­ ного) глинистого сырья (глинистые сланцы, аргиллиты и др.) пони­ женной влажности, не требующего ввода добавочных материалов.

При сухом способе подготовки гранул предусматривается двух­ ступенчатое дробление сырья на щековой дробилке СМ-182-Б и др. Для дробления камнеподобного сырья глинистых сланцев применяют валковые дробилки СМ-92, СМ-165А, СМ-423, Д Д З-1 и Д Д З-2. Для

вторичного дробления плотных глин с влажностью до 18% исполь­ зуют валковозубчатые дробилки типа СМ-5. Размер фракций после дроблений, не более 25 мм. Сырье при влажности до 10% после дробле­ ния рассевают на гравиесортировке, виброситах С-964 или ситахбуратах. Фракции (5— 15 и 15—25 мм) хранят отдельно в бункерах. Фракции размером зерен менее 5 мм используют для получения ке­ рамзитового песка. Если зерна этой фракции не вспучиваются, их направляют на iipecc-вальцы для получения гранул в форме полу­ сфер, а пыль — на гранулирование и далее в обжиг. Фракции разме­ ром более 25 мм в поперечнике поступают на повторное дробление.

Верхний предел влажности глинистого сырья, при котором оно хорошо дробится и просеивается, не замазывая отверстий сита, для глин средней пластичности — 5— 12, для глин высокопластичных — 16— 18%. Глиняная крошка должна иметь коэффициент формы не более 1,5.

При использовании в производстве углистых сланцев полученную крошку рекомендуется предварительно прокалить при температуре не ниже 600° С для частичного удаления летучих веществ с органи­ ческой составляющей.

Сухой способ переработки сырья и подготовки гранул применяют также и при использовании в производстве рыхлого глинистого сырья, по схеме полусухого производства кирпича или путем приготовления гранул из порошка. С этой целью высушенная тонкоизмельченная глина из силоса поступает на доувлажнение (6—8%) и в гранулятор, в котором формируются гранулы. До загрузки в печь гранулы под­ сушиваются и подогреваются до 200—230° С. Сухой способ простой, требует меньше топлива, однако имеет недостаток — не всегда в пол­ ном объеме используется мелочь (менее 5 мм), получаемая при дроб­ лении сланцев. Установлена возможность полного использования мелочи после ее дополнительного тонкого помола путем добавки пла­ стичной глины (до 30%) и последующего приготовления гранул.

Пластический способ переработки сырья и подготовки гранул при­ меняют при использовании глинистого сырья рыхлого строения (глин, суглинков и др.), тонкодисперсного сырья (содержание части­ чек менее 0,001 мм более 30%) средней и повышенной пластичности и влажности. Пластический способ предусматривает возможность ввода добавочных материалов для регулирования вспучивания основ­ ного сырья.

При пластическом способе формование гранул в результате взаимо­ действия глины с водой достигается большая гомогенизация, более полное диспергирование глинистых агрегатов с увеличением поверх­ ностей энергии частичек. В глине резко возрастает содержание адсорби­ рованной и межслоевой воды при относительном уменьшении конструк­ ционной воды. Вода из глины удаляется в более широком температур­

их в поризации материала при более высоких температурах, способ­ ствует образованию более уплотненного поверхностного слоя гранул. Поэтому пластическое формование гранул не только направляет

Охлаждение (холодиль­ ник)

I

I

Транспортирование (лен­ тонный транспортер)

1

Контроль зернового

состава (сито-бурат)

I

I

Хранение по ([ракциям (бункеры склада готовой продукции)

При использовании пластичных глин слоистого строения их пе­ рерабатывают до формования на гладких вальцах и смесителях или на дырчатых вальцах со щелевыми отверстиями.

Дизельное топливо при необходимости лучше добавлять в глино­ мешалку после ящичного подавателя, пиритные огарки — перед кам­

иперемешивают еще 2—3 мин. Готовую эмульсию сливают в емкость

инасосом подают в глиномешалку через распределительную гребенку. Увлажнять глину до 18—26% лучше в двухвальных глиномешал­

ках (СМ-246) паром. Пароувлажнение улучшает качество гранул, снижает потребление энергии прессом, снижает объемную массу на 10— 15% и повышает прочность на 20—25%.

Придание гранулам шаровидной формы улучшает упаковку их и снижает расход цемента при получении керамзитобетона необхо­ димой марки (при прочих разных условиях). Оптимальный размер гранул 15—23 мм в поперечнике. С увеличением размера гранул воз­ растает объемная масса керамзита. Коэффициент формы гранул не должен превышать 1,8. Гранулы должны иметь достаточную проч­ ность и ровную поверхность, без трещин и неровностей. Получают гранулы на ленточных прессах, пресс-вальцах и дырчатых вальцах.

Ленточный пресс (СМ-294) вместо обычного мундштука оборудуется перфорированной плитой (дырчатой) с коническими отверстиями диа­ метром 7—30 мм, расширяющимися в сторону шнека пресса. Головка пресса укорачивается и расширяется к выходу. Формование гранул на ленточном прессе по сравнению с дырчатыми вальцами повышает однородность гранул на 30—50%, а готовой продукции почти в 3 раза. При этом содержание крупных фракций (20—40 мм) не превышает 20%.

Прошедшая через перфорированную плиту глиняная масса в виде жгутов разрезается автоматическим резательным аппаратом на ци­ линдры (брикеты), длина, которых равна их диаметру.

Гранулк имеют соотношение 1 4—5 вместо 1 1 при формовании на ленточных прессах. Продолговатая форма гранул (цилиндры вместе» шаров) ухудшает укладку их, снижает качество бетона. Для улучше­ ния формования гранул вместо решетки с эллипсовидными отверстия­ ми в вальцах устанавливают решетки с круглыми отверстиями. Дл^ получения керамзита с размером гранул в 20 мм величина отверстий вальцов должна быть 12— 16 мм, для мелких фракций керамзита (5— 10 мм) и керамзитового песка (0,15—5 мм) лучше применять гладкие валки с зазором между ними 3—5 мм. Производительность вальцовдо 40 т/ч. При использовании дырчатых вальцов влажность массыснижается на 5—7% против влажности массы, перерабатываемой на. ленточном прессе.

Гранулы, изготовленные пластическим способом, не сортируются1 по фракциям, а направляются на сушку или обжиг. При необходи­ мости гранулы направляются в окаточный барабан (длина 2,5—6,5-

скоростью 30—35 об/мин. В барабане гранулы не только окатываются,, но и опудриваются во избежание их слипания. Для опудривания ис­ пользуют опилки, мелкий песок, тонкоизмельченную огнеупорнуюглину и шамот. При использовании порошка огнеупорной или туго­ плавкой глины достигается дополнительное снижение объемной массы керамзита на 20—30%. Опудривание повышает огнеупорность поверх­ ностного слоя гранул, позволяет повысить температуру обжига дооптимальной, при которой достигается полный прогрев и вспучива­ ние гранул без риска образования сваров. Кроме того, повышается'

горячий воздух или дымовые газы. При использовании в производстве высококарбонизированных глин (короткоплавкое сырье) во избе­ жание слипания гранулы при обжиге обязательно опудривают в ока­ точном барабане. Иногда с этой же целью совместно с гранулами в. печь подают кварцевый песок. Расход песка при этом 8— 15% массы готовой продукции, часть которого (до 90%) отделяется от гранул после обжига просеиванием.

Гранулы из глин, переносящих во влажном состоянии резкое на­ гревание без растрескивания, после опудривания в окаточном бараба­

тельное подвяливание или подсушку, а потом в печь.

Гранулы из глин слабовспучивающихся и средней вспучиваемостн требуют предварительной подсушки, что уменьшает возможность рас­ трескивания их. Гранулы можно подсушивать в сушильных бара­

ред загрузкой в печь; в удлиненных вращающихся печах; в сушильных

Учитывая, что в сушильном барабане конвективный обмен пре­ обладает над лучистым, увеличение количества теплоносителя силь­ нее влияет на степень сушки гранул, чем увеличение его температуры. Чрезмерное повышение температуры может привести к разрушению гранул. Напряжение по влаге зависит от длины его и составляет от -3 до 60 кг/(м3 ч) (для барабанов соответственно длиной 20 и 8 м).

К недостаткам использования сушильных барабанов относятся низ­ кий коэффициент полезного действия и большое измельчение гранул.

Подсушенные гранулы питателем подаются непосредственно в печь и реже в промежуточные бункеры для создания 6—8-часового запаса для работы печей. Устройство промежуточных бункеров не всегда оправдано, так как большинство глин лучше вспучиваются при за­ грузке гранул в печь с влажностью 10— 12%.

При установке 40-метровых печей исключается сушка гранул и промежуточное хранение, а в печи совмещают сушку и обжиг гранул.

Мокрый (шликерный) способ применяют при использовании гли­

нистого сырья с повышенной естественной влажностью, хорошо раз­ мокающего и содержащего каменистые включения в количествах бо­ лее 10%. При этом способе гранулы из шликера получаются в печи.

Варианты подготовки сырья мокрым способом с удалением вред­ ных примесей и без удаления примесей приведены ниже.

При шликерном способе наиболее полно разрушается природная структура сырья и получается гомогенная масса. Влажность шликера 55— 65%. Для снижения влажности до 45% в шликер добавляют 0,15% жидкого стекла (от массы сухой глины). Добавка 0,1% соды стабилизирует шликер и сдерживает его загустевание. Приготовлен­ ный шликер насосами типа ШН-150 подается в шламбассейн для про­ межуточного хранения и созревания. Емкость шламбассейнов 90— 200 м3. Шликер поддерживается в непрерывном движении мешалкой (5,5 об/мин) или при помощи воздушного барботажа (подачи воздуха под давлением через перфорированную трубу). Во вращающуюся печь шликер подают шламовыми и песковыми насосами.

По II варианту шлам получают в бегунах мокрого помола с дыр­

4

Подача вспененного шликера через сопло с отверстиями от 1,6 до 3,2 мм на наклонный ииброжелоб

Сухая глина -►Грануляция (наклонный виброжелоб)

1

Сушка гранул (сушильный барабан)

Сортировка (сита)

i

Обжиг (вращающаяся печь)

I

I

Охлаждение (холодильник)

I

I

Сортировка (сита)

1

Склад (силосы, бункеры)

Вспенивание шликера происходит за 3—5 мин работы мешалки.

зоэ

При использовании мокрого (шликерного) способа подготовки сырья рекомендуется применять вращающиеся удлиненные печи, обо­ рудованные цепными завесами и крестовинами, что обеспечивает по­ лучение из шлама гранул размером 8— 20 мм. Гранулы образуются при высыхании шликера и воздействии перемещающихся при враще­ нии печи цепей.

Количество керамзитового песка в керамзите колеблется от 0 до 60% . В этом заключается важнейшее преимущество подготовки сырья по шликерному способу. Шликерный способ особенно эффективен при гидравлической добыче сырья. Недостаток этого способа — трудность получения керамзита крупных фракций.

Физико-химическая сущность процесса вспучивания. Глинистое сырье при быстром нагревании вспучивается при наличии вязкого силикатного расплава и газообразных продуктов, способных развить достаточное давление. Для увеличения объема глиняного сырца в 3 раза, т. е. для получения вспученного материала с объемной массой в куске 0,6 г/см3, требуется газа по массе 0,022% , или 220 г на 1 т глины. Такое количество газообразных продуктов в керамзитовом сырье получается при обжиге за счет выделения следующих продук­ тов: химически связанной воды глинистых минералов и слюд; С 02 — в результате полного сгорания органических примесей и диссоциации карбонатов; СО и Н 2 — вследствие газификации органических при­ месей; 0 2 — из-за диссоциации Fe20 3; S 0 2 и S 0 3— из сульфатов и др.

В зависимости от температуры и скорости нагрева одни компоненты отдают газы при 300—800° С, другие при более высоких температурах (800— 1050° С и выше). Первые компоненты не могут вызвать вспу­ чивания, так как жидкой фазы нет, вторые являются активными вспучивателями. При быстром нагреве компоненты первой группы также могут быть активными вспучивателями, так как реакции газовыделения совмещаются и перемещаются в область более высоких темпера­ тур. К компонентам первой группы относятся глинистые минералы, органические вещества, карбонат кальция, доломит, пирит и другие, ко второй — гипс, гидрослюды, амфиболы и т. д.

Наряду с выделяющимся кислородом железистых соединений важ­ ную роль в процессе вспучивания играет перегретый водяной пар, который выделяется при разрушении кристаллической решетки не­ которых минералов (амфибол, слюд), содержащихся в глинах. Ж е­ лезистые соединения в глинах играют роль катализаторов, необходи­ мых для разрушения кристаллической решетки слюдистых минера­ лов, следствием чего является интенсивное выделение гидратной воды.

При быстром нагревании процесс удаления химически связанной воды переносится в область более высоких температур и совпадает с периодом образования вязкого расплава, способствуя вспучиванию. Оксид железа (Л) и оксид магния активно участвуют в разрушении кристаллической решетки водных минералов — мусковита (1090° С), слюды (1125° С), вермикулита (1120° С), биотита (1160° С) и др., что также ускоряет удаление конституционной воды.

Значительная роль в процессах вспучивания глинистого сырья принадлежит процессам диссоциации и восстановления оксидов желе-