Файл: Элинзон, М. П. Производство искусственных заполнителей.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 17.10.2024

Просмотров: 108

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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 ­