Файл: Элинзон, М. П. Производство искусственных заполнителей.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.10.2024
Просмотров: 67
Скачиваний: 1
50 Глава II. Производство керамзита и его разновидностей
размером от 5 до 20 мм и минимальным — пылеватых фракций. Крошку сортируют на требуемые фракции, об жигаемые раздельно.
В зависимости от свойств некоторые глинистые поро ды не требуют сушки сырцовых гранул до их обжига, другие требуют подсушки, так как без нее гранулы в печи разрушаются (растрескиваются) и недостаточно вспучиваются. Сушат гранулы в сушилке до остаточной влажности 5— 10%- Обжигают подготовленные гранулы во вращающихся печах, в процессе обжига устанавлива ют оптимальную температуру и скорость обжига. Ох лаждают керамзитовый гравий в барабанном или шахт ном холодильнике, а также в аэрожелобах, контролируя температуру поступающего в холодильник и выходяще го из него керамзитового гравия.
Из каждой опытной партии керамзитового гравия отбирают 1 м23 рядового заполнителя и сортируют на фракции: 20—40, 10—20, 5— 10 и менее 5 мм. Резуль таты сортировки заносят в журнал. Среднюю пробу опытной партии керамзита, полученную при оптималь ных параметрах в заводских условиях, подвергают испы танию для определения объемной насыпной массы, проч ности, водопоглощения и морозостойкости, а также для установления коэффициента формы и зернового состава. Керамзитовый гравий испытывают по методике, преду смотренной ГОСТ 9758—68.
2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОРИЗАЦИИ СЫРЬЯ
Создание пористой структуры керамзита достигается вспучиванием размягченного при термической обработ
ке глинистого сырья |
газами |
(СО, С 0 2, |
Н20 , S 0 2, N2, |
|
0 2, Н2, |
СН4), выделяющимися |
в процессе |
нагревания. |
|
Степень |
вспучивания |
глинистого сырья — размер, коли |
||
чество, форма и характер пор — зависит от реологичес ких свойств размягченного сырья, а также от количест ва выделяемых и удерживаемых в размягченной массе газообразных продуктов. Качество же керамзита зави сит от соотношения и состояния кристаллической, жид кой и газообразной фаз; при этом учитываются поверх ностные явления на границах этих фаз. Наилучший ке рамзит получают при оптимальном соотношении вязко-
2. Физико-химические оСнбёы йоризацаи сырья |
51 |
сти н связности сырья в нагретом состоянии при условии достаточного газовыделения. Это соотношение должно выдерживаться в течение всего периода газовыделения.
Поризация глинистых гранул (зерен) при получении керамзита обычно осуществляется обжигом их во вра щающейся барабанной печи.
Средняя продолжительность пребывания глиняных гранул в печи длиной 40 м равна 35—40 мин, при этом в течение первых 18—20 мин гранулы нагреваются до температуры 600° С, а в течение последующих 2—4 мин температура их доходит до 1200—1250° С, при этой температуре они в течение 10— 12 мин обжигаются, а
затем 2—3 мин охлаждаются до |
температуры |
900— |
1000° С. Под воздействием высоких |
температур |
проис |
ходит дегидратация, аморфизация и образование неко торого количества жидкой фазы в глинистом веществе.
Жидкая фаза первоначально появляется в эвтекти ческих зонах с большим содержанием таких плавней, как К20 , Na20 , FeO, СаО и MgO. Скорость же перехода вещества из твердой фазы в жидкую определяется содер жанием плавней и количеством эвтектических зон.
Из глинистых минералов, встречающихся в легко плавких глинах, наибольшим содержанием плавней и бо лее высокой дисперсностью характеризуются минералы группы монтмориллонита и бейделлита. Поэтому глины преимущественно монтмориллонитового и бейделлитового состава размягчаются при более низких температу рах, чем глины в основном гидрослюдистого или гидро хлоритового состава.
За время термической обработки сырцовых гранул (10— 12 мин) в пиропластический расплав практически полностью переходят только самые мелкие частицы гли нистых минералов (размером менее 10 мкм). Пылеватые
же и песчаные частицы глин (зерна |
кварца, полевых |
||
шпатов, пироксенов, |
амфиболов и других пород) оста |
||
ются инертными и |
практически |
не |
взаимодействуют |
с расплавом и уменьшают степень |
вспучивания. |
||
Включения доломита и кальцита при нагреве до тем пературы 850—1150° С декарбонизируются, переходят в тонкодисперсные окислы кальция и магния и частично (на толщину 0,01—0,04 мм) усваиваются расплавом. Ча стицы карбонатных пород размером более 0,06—0,1 мм
4*
52 Глава II. Производство керамзита и его разновидностей
неполностью ассимилируются расплавом, в их центрах остаются свободные СаО и MgO, способные гидратиро ваться со значительным увеличением объема при попа дании во влажную среду. Во избежание слипания гра нул между собой и их налипания на поверхность футе ровки печи температурный интервал вспучивания дол жен составлять не менее 50—70° С, максимальная темпе ратура вспучивания не должна превышать 1250— 1275° С.
Из изложенного вытекает, что качество керамзита за висит от вида (свойств) выбранного сырья с учетом ме тода его подготовки и условий термической обработки. При всех прочих равных условиях последнее имеет ре шающее значение в технологии керамзита.
Собственно получение керамзита с наилучшими по казателями связано с характером газовой среды внутри гранул и в печном агрегате, а также с режимом сушки и обжига сырца и охлаждением обожженных гранул. Хотя эти факторы взаимосвязаны между собой, тем не менее они могут быть условно рассмотрены раздельно.
Характер газовой среды при термической обработке сырцовых гранул во вращающейся печи обусловли вается:
а) составом продуктов сгорания топлива; б) коэффициентом избытка воздуха, поступающего
в печь; в) составом газов, выделяемых органическими приме
сями глинистой породы (летучих и при окислении коксо вого остатка), карбонатами и продуктами реакций, зави сящими от химического состава породы;
г) составом парообразных продуктов, образующихся при удалении химически связанной воды различных гли нистых минералов, а также получаемых при испарении влаги сырцовых гранул, загружаемых в печь.
Продукты сгорания топлива и избыточный воздух, подаваемые в печь под давлением, устремляются в ос новном по оси печи. Газообразные и парообразные про дукты, выделяемые исходным сырьем при его нагрева нии и обжиге, омывают гранулы и затем перемешивают ся и удаляются с продуктами сгорания топлива.
Для наилучшего вспучивания глиняных гранул необ ходимо поддерживать в них восстановительную среду,
2. Физико-химические основы поризации сырья |
53 |
обжигать при оптимальной температуре и сохранять в печи требуемое (в зависимости от свойств глины) со отношение продолжительности сушки, тепловой подго товки, обжига и охлаждения. Теоретические расчеты и практика показывают, что при применении высоковспучивающегося сырья описанные условия не играют очень большой роли; при применении же средневспучивающегося сырья несоблюдение этих условий приводит к получению заполнителя низкого качества — плотных спекшихся зерен: некоторые глины в окислительной сре де вовсе не вспучиваются и, наоборот, в восстановитель ной среде их вспучиваемость заметно повышается.
Из-за |
теплофизических особенностей получения |
ке |
рамзита |
(температура факела в печи должна быть |
не |
более 1300° С*, обеспечивая нагрев глиняных зерен |
до |
|
1150° С; |
при более высокой температуре материала зер |
|
на слипаются между собой расплавом, образуя комья — свары), обжиг гранул во вращающейся печи производят не в восстановительной, а в окислительной среде. Вместе с тем данные практики и результаты исследований по казали, что и в этом случае имеются необходимые усло вия для удовлетворительного вспучивания глины, если последняя отвечает нормативным требованиям.
Состав и количество газо- и парообразных продуктов внутри гранул и на их поверхности оказывают большее влияние на вспучиваемость последних, чем газовая сре да печи. Иначе говоря, восстановительная среда, необ ходимая для удовлетворительного вспучивания гранул, образуется главным образом вследствие выделения из сырья газов в результате сгорания органических приме сей, а также термических реакций разложения и восста новления. Таким образом, образование восстановитель ной среды связано не только с составом сырья, но и с ре жимом его термической обработки, кинетики газовыделения и ее зависимости от температуры, т. е. от скорости перемещения гранул на определенных участках по длине вращающейся печи.
Во вращающейся печи гранулы и продукты сгорания
* Теоретическая температура горения топлива во вращающейся печи составляет около 2000 °С; ее снижают до 1300 °С, увеличивая коэффициент избытка воздуха до 2 и более.
54 Глава II. Производство керамзита и его разновидностей
движутся по принципу противотока: исходные сырцовые гранулы встречаются с уходящими газами печи при раз личных температурных условиях и претерпевают ряд из менений.
В зависимости от температуры, влажности, размера потерь массы при прокаливании и объемной насыпной
массы материала во вращающейся |
печи длиной |
40 м |
|
и диаметром 2,5 |
м условно различают следующие зоны: |
||
I — зона сушки или испарения |
влаги с граничными |
||
температурами |
газов 7?0—930° С |
и материала |
40— |
240° С. Здесь уходящие газы пополняются парообразны ми продуктами испарения физически связанной воды глины. Длина зоны сушки от 25 до 36% общей длины печи и зависит от влажности и степени пористости сыр цовых гранул и времени, необходимого для их высуши вания;
II — зона подогрева и химических реакций, примыка ющая к зоне I, с граничными температурами газов 930— 1100° С и материала 240—880° С. Подогрев материала происходит вследствие теплоотдачи от продуктов сгора ния топлива, в той или иной степени разбавленных избы точным воздухом. Длина этой зоны должна быть воз можно более малой и обычно составляет 15—26 м. По мере подогрева гранул и повышения их температуры из глины выделяются газообразные продукты диссоциации карбонатов, возгонки и окисления органических веществ и парообразные продукты водных минералов;
III— зона |
температурного размягчения |
и вспучива |
ния гранул с |
граничными температурами |
газов 1100— |
1170° С и материала 880— 1160° С. Она совпадает с зоной самой высокой температуры горения форсуночного топ лива. В этой зоне состав газов определяется количеством продуктов сгорания топлива и избытком воздуха, необ ходимого для полного сгорания. Обжигаемый материал продолжает при этом выделять газы, вспучивающие гра нулы. При скорости нагрева глинистой породы около 50° С/мин и более выделение газов из гранул смещается в зону вспучивания, что приводит к уменьшению объем ной массы керамзита. Длина зоны вспучивания около 15—20% общей длины печи;
IV — зона предварительного охлаждения обожжен ных гранул, в которой происходит их отвердевание, сов
2. Физико-химические основы поризации сырья |
55 |
падает с зоной поступления вторичного воздуха в печь. В этой зоне вследствие происходящих на поверхности гранул процессов окисления различных форм железа гранулы приобретают коричневато-красную окраску. Длина зоны обычно не превышает 5% общей длины печи (последние 2 м длины печи). Обожженные гранулы охлаждаются здесь до 1000— 1050° С.
Рис. 7. Кривые обжига сырцовых' гранул во вращающейся печи при получении керамзита из глины
/ — мончаловской; 2— смышляевской; 3 — переченской; 4 — батракской; 5 — принципиальная кривая (по С. П. Онацкому). Сплошная линия — темпера турная кривая глины, пунктирная — газа
Скорость термической обработки гранул в указанных зонах и в особенности в зоне вспучивания имеет при прочих равных условиях первостепенное значение. По степенный нагрев гранул, как правило, приводит к полу чению невспученного материала. Лишь при ускоренной термической обработке происходит удовлетворительное вспучивание глинистых гранул. Объясняется это тем, что в этом случае реакции дегидратации, декарбониза ции, окисления органических веществ, как было указано, протекают при более высоких температурах, а восстано вительные реакции — более продолжительны во време ни. При этом выделяющиеся газы удерживаются в гра нуле до температуры вспучивания. Оптимальный режим (рис. 7) обжига гранул во вращающейся печи преду сматривает постепенный их нагрев до 200—600° С (в за
56 Глава II. Производство керамзита и его разновидностей
висимости от свойств сырья) и быстрый подъем темпе ратуры до 1200— 1250° С, т. е. до температуры вспучи вания.
3. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА
Общие сведения
Производство керамзита включает добычу глинистой породы и ее доставку на производство; переработку породы — приготовление шихты и получение гранул (зе рен), пригодных для термической обработки; термичес кую обработку гранул (зерен), в том числе их охлажде ние; рассев (при необходимости с частичным предвари тельным дроблением) и сортировку на фракции и мар ки; складирование и выдачу керамзита потребителю.
В зависимости от структурно-механических свойств глинистой породы ее переработку осуществляют тремя способами: сухим, пластическим и мокрым. Соответ ственно различают сухой, пластический и мокрый спосо бы производства керамзита.
С у х о й с п о с о б применяют для сланцев, шунгитов, аргиллитов или другого камнеподобного глинистого сырья, поддающегося при карьерной влажности дробле нию и рассеву. Предельная влажность такого сырья не должна превышать 12% для пород средней пластичности и 18% для пород высокой пластичности.
П л а с т и ч е с к и й с п о с о б применяют для пластич ного и рыхлого глинистого сырья, подвергаемого измель
чению, увлажнению (при |
недостаточной карьерной |
влажности) и формованию. |
Для улучшения свойств ке |
рамзита в глиняную массу, |
как было сказано, иногда |
вводят железистые и органические добавки. При исполь зовании неоднородного сырья первоначально разруша ют его природную геологическую структуру, затем сырье усредняют и формуют гранулы.
М о к р ы й с п о с о б применяют для хорошо размокаемого трудновспучивающегося без добавок сырья, из которого приготовляют суспензию (пульпу) методами, освоенными цементной промышленностью.
Независимо от способа подготовки шихты степень вспучиваемости исходного сырья при получении керам зита и его разновидностей, как было указано ранее, за