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

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

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-

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,

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

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;

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

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

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 ­

висит, при прочих равных условиях, от свойств исходно­ го сырья. При данном сырье степень вспучиваемое™ за­ висит, кроме того, от формы, размера, влажности и сте­ пени уплотнения гранул, полученных путем дробления или формования, характера газовой среды вращающейся печи, температуры нагрева и скорости обжига подготов­ ленных гранул (зерен).

Форма сырцовых гранул оказывает значительное влияние на свойства получаемого керамзита. В зависи­ мости от метода переработки исходного сырья, связанно­ го с его структурно-механическими свойствами, а следо­ вательно, и со способом производства керамзита, исход­ ные гранулы могут быть получены более или менее правильной геометрической формы (цилиндрической, шароили гравиеподобной) или щебнеподобной. Незави­ симо от геометрической формы подготовленных зерен чем ближе к единице коэффициент формы, тем в боль­ шей степени они вспучиваются.

Размер подготавливаемых гранул зависит от спосо­ ба производства керамзита, степени вспучиваемости ис­ ходного сырья и требований к зерновому составу готовой продукции. Так, при сухом способе подготовки шихты, когда исходная порода подвергается дроблению, размер получаемых зерен колеблется в больших пределах — от пыли до 20—40 мм. При пластическом способе производ­ ства размер гранул зависит от конструктивных особен­ ностей формовочного или гранулирующего оборудова­ ния. При применении высоковспучивающегося глинисто­ го сырья, как правило, можно получать керамзитовый гравий и керамзитовый песок. Это очень важно для при­ готовления керамзитобетона плотной структуры. При ис­ пользовании же средневспучивающегося сырья, сырцо­ вые гранулы (зерна) которого вспучиваются лишь тогда, когда их поперечный размер составляет около 5 мм и бо­ лее, получают преимущественно керамзитовый гравий или щебень.

В зависимости от свойств сырья гранулы всех разме­ ров можно обжигать во вращающейся печи совместно, если мелкие гранулы не будут оплавляться и слипаться между собой, или пофракционно. В последнем случае подготовленные гранулы до обжига рассевают на фракции.

В типовых проектах керамзитовых предприятий, раз­ работанных институтом Гипростройматериалы, сушка гранул может вестись во вращающейся печи (совместно с обжигом) и в отдельном сушильном агрегате. Оба эти варианта имеют как преимущества, так и недостатки.

При совмещении сушки и обжига в одной вращаю­ щейся печи упрощаются компоновочные решения пред­ приятия и эксплуатация этого узла, а газы, направляе­ мые в зону сушки, практически не теряют своего тепла. С другой стороны, такое совмещение, во-первых, приво­ дит к необходимости организации непрерывной работы узла подготовки гранул, во-вторых, не позволяет регу­ лировать условия сушки гранул и, в-третьих, ставит ра­ боту вращающейся печи в зависимость от работы фор­ мовочного (при пластическом способе производства) и дробильного (при сухом способе производства) обору­ дования. При организации же сушки и обжига гранул в различных агрегатах можно регулировать режим суш­ ки гранул. Кроме того, в этом случае работа печи не за­ висит от работы узла подготовки гранул или зерен (в специальном бункере имеется запас подсушенных гранул). Последнее обстоятельство позволяет организо­ вать односменную работу узла подготовки гранул и со­ ответственно снизить эксплуатационные расходы. Ос­ новные недостатки этого варианта — потребность в боль­ ших капиталовложениях, а также достаточно сложные конструктивные и компоновочные решения предприятия.

В НИИкерамзите разработана и проверена конструк­ ция запечного устройства, названного слоевым подгото­ вителем. Результаты промышленных испытаний показа­ ли, что производительность печи в этом случае при при­ менении высоковспучивающейся глины смышляевского месторождения увеличилась до 160%, а расход топли­ ва уменьшился на 38%. При использовании короткой вращающейся печи и слоевого подготовителя уменьша­ ется запыленность воздуха в этом узле (загрязненные печные газы, проходя через гранулы, очищаются).

При испытании сырья в лабораторных и производст­ венных условиях следует особо четко установить усло­ вия предварительной сушки сырцовых гранул.

Степень уплотнения отформованных гранул влияет на их вспучивание при производстве керамзита, зольно­