книги из ГПНТБ / Элинзон, М. П. Производство искусственных заполнителей

Г Л А В А V

ПРОИЗВОДСТВО ВСПУЧЕННОГО ПЕРЛИТА

1. ИСХОДНОЕ СЫРЬЕ И МЕТОДЫ ЕГО ИСПЫТАНИЯ

Для производства вспученного перлита служат вул­ канические стекла. Последние представляют собой про­ дукт выноса из недр земли природного кислого силикат­ ного магматического расплава. В зависимости от содер­ жания в них воды они имеют то или иное геологическое наименование: обычно обсидиан содержит до 1 % воды, при большем ее количестве (от 1 до 6%) породу относят к перлиту, а при содержании воды более 6% породу на­ зывают пехштейном. Перлит в зависимости от вида и количества примесей обычно имеет цвет от серого до черного, а также зеленоватый и красноватый оттенок и раковистый излом. Обсидиан же имеет различную ок­ раску: серую, дымчатую, черную, коричневую и пятни­ стую различной густоты и оттенков. Перлиты ряда ме­ сторождений содержат большое количество включений кристаллов, другие их практически не содержат.

Перлиты месторождений СССР обладают различны­ ми свойствами. Коэффициенты их вспучивания колеб­ лются в пределах от 3 до 15, для одних перлитов следу­ ет предусмотреть двухстадийную термическую обработ­

Н. И. Сергеев, О. А. Чернова), приведены сведения о ко­ лебании химического состава перлитов и обсидианов ме­

Армянской и Азербайджанской ССР; средневспучивающиеся (температура вспучивания не

превышает 1160° С ) — породы месторождений Закар­ патья и Приморья;

трудновспучивающиеся (температура вспучивания до 1260° С) — породы месторождений Казахской и Таджик­ ской ССР.

Месторождения перлитов приурочены в основном к районам молодых третичных изменений и редко встре­ чаются среди более древних отложений. Перлиты рас­ пространены в Закавказье, Закарпатье, Восточной Си­ бири, на Дальнем Востоке, а также в отдельных районах Казахской ССР и Средней Азии.

Из разведанных месторождений вулканических водо­ содержащих стекол в настоящее время эксплуатируются Джраберское, Арагацкое, Мухор-Талинское, Начикинское, Лусованское, Береговское и Нежданковское.

Результаты исследований и данные практики позво­ ляют сформулировать основные требования к сырью для производства вспученного перлита.

По химическому составу породы должны содер­ жать (%): S i0 2 — 67—75; А120 3 — 12— 15; CaO +M gO — 0,5—4; Na20 + K 20 — 3—8; п.п.п.— от 0,2 до 7%.

Содержание воды в породе не лимитируется, однако желательно использовать в первую очередь породы с по­ ниженным количеством воды, так как это может приве­ сти в отдельных случаях к исключению из технологиче­ ского процесса предварительной тепловой обработки дробленой породы. Содержание кристаллических вкрап­ лений, снижающих вспучиваемость породы, не должно превышать 15% по массе. Температура вспучивания перлитовой породы не более 1250° С, а коэффициент вспучивания не менее 3.

В соответствии с ГОСТ 10832—74 «Песок и щебень перлитовые вспученные» объемная насыпная масса для песка — не более 250 и для щебня — не более 600 кг/м3. Объемная масса в куске вспученного щебня не должна превышать 800 кг/м3.

Лабораторные испытания. Испытания перлита вклю­ чают установление свойств породы, а также технологи­ ческих и теплотехнических параметров получения пори­ стого заполнителя. При лабораторных испытаниях опре­ деляют потери массы при прокаливании всех проб, плотность и объемную массу в куске исходной породы, вспучиваемость породы и влияние остаточной влажности на ее вспучиваемость, химический и минералогический со­ став (на пробах в количестве 5% общей массы), а также

2642.1—71 «Материалы и изделия огнеупорные. Методы химического анализа огнеупорных глин, каолинов, ша­ мотных, графитошамотных и полукислых изделий, квар­ цитов и динасовых изделий».

Вспучиваемость определяют двухстадийной термиче­ ской обработкой кусков размером от 0,5 до 10 мм.

Для предварительной термической подготовки навес­

30 мин, в зависимости от свойств породы. После охлаж­ дения навеску взвешивают и подсчитывают количество удаленной воды и других летучих wy (%):

8 — 8 1

wy — ------100,

где g и gi — масса соответственно исходной породы и породы после предварительной термообработки, г.

На другой навеске одновременно определяют потерю

варительной термообработки вычисляют вычитанием из значения п. п. п. количества удаленной воды wy. Предва­ рительную термообработку повторяют до тех пор, пока содержание «остаточной» воды в испытуемой пробе не будет в пределах 2,5—3,5%.

К о э ф ф и ц и е н т в с п у ч и в а н и я перлита опреде­ ляют по формуле

где Yn и \з — соответственно объемная масса в куске породы и вспу­ ченного перлита, кг/м3; п.п.п. — потеря массы при прокаливании, %.

Для этого определения куски перлита после предва­ рительной термообработки помещают в печь, нагретую несколько выше заданной температуры, выдерживают в ней 60 с и обжигают при температуре от 800 до 1250° С с интервалом через 50°. По остывании определяют объ­ емную массу в куске образцов вспученного щебня. Этим же методом устанавливают ориентировочную температу­ ру вспучивания породы.

Для более полной характеристики вспученного пер­ литового щебня предложено (ВНИИСТРОМ, 1971, А. И. Полинковская, Г. И. Коношенко, В. К. Мухина) помимо фиксации объемной массы методом гидростати­ ческого взвешивания определять водопоглощение и от­ крытую пористость.

При определении вспучиваемости обсидиана предва­ рительная термообработка обычно исключается, размер кусков составляет от 5 до 20 мм, а обжиг при заданной температуре ведут в течение 5—30 мин.

Вспучиваемость вулканических стекол ускоренным методом в полевых условиях можно определять на при­ боре Киевского научно-исследовательского института строительных материалов и изделий. Этот прибор состо­ ит из высокотемпературной малоинерционной электро­ нагревательной печи, подвижно укрепленной на специ-

и полученные результаты наносят на график, отобража­ ющий зависимость объемной массы в куске от остаточ­ ной влажности породы.

Пробы полученных вспученных перлитов испытыва­ ют по ГОСТ 9758—68. При этом определяют плотность, объемную и насыпную массу, пористость кусков и их межзерновую пустотность, водопоглощение, прочность и морозостойкость. Факультативно исследуют теплопро­ водность и сорбционное влагосодержание.

К о э ф ф и ц и е н т т е п л о п р о в о д н о с т и вспу­ ченного перлита определяют при стационарном тепловом потоке с помощью калориметрического прибора в соот­ ветствии с ГОСТ 7076—66.

С о р б ц и о н н о е ■ в л а г о с о д е р ж а н и е перлита в результате абсорбции, адсорбции и капиллярной кон­ денсации определяют по следующей методике. Сухие об­ разцы помещают в эксикаторы с определенной относи­ тельной влажностью воздуха, создаваемой насыщенны­ ми растворами NH4CI; ZnS0 4 -7 H2 0 ; NH4NO3 и др. Взве­ шивают образцы через каждые 30 сут до тех пор, пока их влагосодержание не придет в равновесие с влажностью среды. Результаты испытаний оформляют в виде изотер­ мических кривых нарастания сорбционного влагосодержания образцов во времени.

Промышленные испытания. Для получения достовер­ ных параметров технологии производства вспученного перлита, а также данных о выходе готовой продукции и ее свойствах помимо лабораторных испытаний в промыш­ ленных условиях испытывают пробу породы массой не менее 10 т. Степень вспучиваемости в лабораторных и промышленных условиях различна. Так, по данным А. Н. Мерзляка и С. П. Каменецкого, перлиты различных

228 Глава V. Производство вспученного перлита

1000° С, когда структура породы видоизменяется. Иссле­ дования дегидратации перлитов различных месторожде­ ний показали, что вода в них находится в виде механи­ чески связанной, капиллярной, сорбированной и струк­ турной. Низкотемпературная вода в вулканических стек­ лах может быть в виде Н20 и ОН'.

Кислые водосодержащие вулканические стекла харак­ теризуются способностью вспучиваться при термической обработке по определенному режиму. Эта способность зависит от структуры, текстуры, содержания вкраплен­ ников и степени раскристаллизации стекла. Как показа­ ли результаты исследований (А. И. Полинковская), при 600° С в стекле (на примере перлитов Богопольского и Мухор-Талинского месторождений) в центре перлитовых отдельностей уже образуются мельчайшие пузырьки; при 800° С эти оформленные пузырьки неправильной формы (размером 0,01—0,15 мм) занимают центральную часть отдельности; при 1000° С и выше наблюдается усиленное порообразование — слияние мелких пор в более крупные; при 1100— 1200°С размер пор достигает 0,3 мм при об­ щем объеме пор 60—75%. Дальнейшее повышение тем­ пературы приводит к слипанию зерен в конгломерат и их налипанию на поверхность футеровки печи.

Механизм вспучивания перлита аналогичен механиз­ му вспучивания керамзита и обусловлен двумя взаимо­ связанными факторами — доведением породы до пиропластического состояния, а также образованием водяных паров и частично газов и их выделением, что вызывает вспучивание. Вспучивание перлита связано, таким обра­ зом, с нагревом породы до ее размягчения, концентраци­ ей газовой фазы, давление которой быстро нарастает, а также с достижением газовой фазой избыточного дав­ ления, необходимого для преодоления силы вязкости и поверхностного натяжения расплава.

Основным источником образования газовой фазы при получении вспученного перлита являются таким образом первичная, входящая в состав магмы, и вторичная вода, а также газы, заключенные в порах породы и выделяе­ мые в результате пирохимических реакций, проходящих при обжиге перлитовой породы. Интенсивное испарение слабосвязанной воды приводит к растрескиванию зерен рбжигаемой породы, что наряду со вспучиванием также

230 Глава V. Производство вспученного перлита

Добыча и подготовка породы

Добывают породу уступами небольшой высоты буро­ взрывным способом (мелкошпуровыми зарядами), а за ­ тем выбирают дизельным или электрическим экскавато­ рами. На переработку можно транспортировать породу кусками размером не более 200 мм, полученными при взрыве, либо пофракционно — после дробления и рассе­ ва. Влажность породы перед дроблением не должна пре­ вышать 2%. В текущем пятилетии основные из действу­ ющих карьеров (Арагацкий, Береговский и Мухор-Та- линский) будут поставлять промышленности дробленую породу фракций 0,15—1,2; 1,2—2,5; 2,5—5 и 5— 10 мм.

Недробленую, а также фракционированную породу хранят в крытых складах, причем для дробленого пер­ лита склад устраивают с отсеками или бункерами для отдельных фракций.

При хранении перлита на открытых складах дробле­ нию породы должна предшествовать ее сушка, например в барабанах при температуре не свыше 200° С.

При необходимости получения вспученного перлито­ вого щебня фракции 5—20 мм и лишь частично вспучен­ ного перлитового песка (30—40%) породу после предва­ рительного дробления на щековых дробилках дробят на комбинированной щековой дробилке с вальцами СМ165А по замкнутому циклу с возвратом части породы на дополнительное дробление на щековой С-182Б или вал­

Та б л и ц а 32. Зерновой состав перлитовой породы

взависимости от вида применяемого дробильного агрегата