книги / Производство керамзита

Сопротивляемость удару у сланцев выше, чем у кварци­ та, а водопоглощение не превышает 0,4 %.

Специфические свойства шунгитов обусловлены со­

стекла. Она более упорядочена, чем у антрацита, и ме­ нее упорядочена, чем у графита.

По данным геологов, шунгитовые породы могут быть классифицированы на пять разновидностей, отличаю­ щихся содержанием шунгитового вещества. При этом далеко не все шунгитовые породы обнаруживают свой­ ство к вспучиванию. Этим свойством обладают только шунгитовые сланцы, отнесенные к пятой разновидности, содержащей до 5 % шунгитового вещества.

Вспучиваемость указанной разновидности сланца происходит в пределах 1080— 1150 °С с коэффициентом вспучивания, достигающим 5—7 и более, и плотностью шунгизита 0,5—0,7 г/см3. Характерным для них являет­ ся следующий химический состав, %: S i0 2—50—60; AI2O3— 14— 18, Fe20 3— 12— 19, СаО до 4,1; MgO — до 5; R20 —2,5—5, ППП —2,5—5.

Вместе с тем необходимо отметить, что шунгитовые сланцы, в частности Нигозерского месторождения, об­ ладают большой неоднородностью как по составу, так и по основным свойствам. Имеет место следующее коле­ бание содержания основных химических компонентов в шунгитовых сланцах, %'• S i0 2—46,21—64,97, А120 з— 8,97— 19,25; Fe20 3 — 0,7—5,04, FeO — 8,06— 14,96; СаО — 0,55—4,65; MgO—2,48—5,50; R20 —0,87—4,15; ППП — 0,24—4,16.

О весьма большой неоднородности шунгитовых слан­ цев Нигозерского месторождения по глубине и прости­ ранию свидетельствуют результаты их испытаний на вспучиваемость. Плотность шунгизита по глубине в пре­ делах 0,35— 1,4 г/см3, а по простиранию—0,2— 1,45 г/см3.

Существенной особенностью шунгизитовых сланцев яв­ ляется также малый интервал их вспучивания — около 20—30 °С вместо минимума 50 °С, требуемых по ГОСТ 9759—71, и колебание в широких пределах интервала вспучивания, вызванное качественной неоднородностью сырья.

В значительной мере специфическим химико-минера­

логическим составом шунгитовых сланцев обусловлива­ ются также и низкие показатели прочности получаемого из них шунгизита. Как правило, прочность шунгизита ниже керамзита и при обычной технологии едва дости­ гает 50—70 % показателей, отвечающих требованиям ГОСТ 9759—71 по классу Б.

В 1967— 1971 гг. в стране было организовано нес­ колько предприятий по производству шунгизита (Мур­

керамзитовых предприятий провели работы по выпуску опытных партий шунгизита на действующем оборудо­ вании (Шурово, Ярославль) с использованием 22-, 40- и 60-метровых вращающихся печей.

Анализ опыта работы указанных предприятий пока­ зывает несовершенство принятой технологии по произ­ водству шунгизита, чем в значительной мере объясня­ ются их низкие технические и экономические пока­ затели.

Особенно следует отметить, что как на действующих предприятиях, так и на предприятиях, выпускающих опытные партии шунгизита, получается заполнитель крайне малой прочности и повышенной насыпной плот­ ности. Так, Мурманский цех выпускает шунгизит с на­

Шунгизит Кондопожского цеха имеет насыпную плот­ ность 350—400 кг/м3 и прочность 0,5— 1,3 МПа вместо 1—2 МПа по стандарту.

Исходные данные и физико-химические составы для разработки технологии производства шунгизита разра­ ботаны в Институте геологии Карельского филиала АН

СССР Ю. К. Калининым. Он впервые установил, что главным условием вспучивания шунгитовых сланцев яв­ ляется присутствие в них шунгитового вещества и тон­ козернистой минеральной части.

Основными минералами вспучивания шунгитовых сланцев являются кислые плагиоклазы, хлориты и кварц. По мере повышения в них содержания хлоритов и по­ нижения кислых плагиоклазов вспучиваемость шунгито­ содержащих пород уменьшается.

Эксплуатируемые в настоящее время сланцы Нигозерского месторождения отличаются большой качествен-

Ной неоднородностью. Они сложены переслаивающими­ ся породами различных по гранулометрическому и ми­ нералогическому составу, затрудняющих селективную их добычу.

Более перспективно по запасам и качеству — Мягозерское месторождение сланцев, продуктивная пачка ко­ торых распространена на площади 20 км2 глубиной до 10 м. По химико-минералогическому составу сланцы этого месторождения более кислые, оптимальная темпе­ ратура вспучивания на 30—40 °С выше, а интервал вспу­ чивания шире, чем Нигозерского.

По данным Ю. К. Калинина [50], на их основе мож­ но получать шунгизитовый гравий марок 300—400 с прочностью на 20—30 % выше, чем из нигозерских сланцев.

В связи с приведенными примерами качественной не­ однородности исходного сырья возникают немалые трудности получения на его основе заполнителей, кото­ рые могут быть преодолены только при условии приме­ нения рациональной, регулируемой технологии производ­ ства шунгизита по всем основным производственным переделам.

ВНИИстромом разработаны технология и рекомен­ дации для проектирования типовых цехов по производ­ ству шунгизитового гравия с обжигом в двухбарабанных печах производительностью 100—200 тыс. м3 в год (про­ ектирование их выполнил Гипростром).

дробильно-сортировочного завода на склад. Со склада полуфабрикат направляется в две промежуточные ем­ кости двухсуточного запаса для раздельного хранения. Питание печи осуществляется весовым дозатором. Двух­ барабанная печь для обжига состоит из барабана пред­ варительной тепловой подготовки, соединительной ка­ меры и барабана вспучивания. Барабаны устанавлива­ ются с уклоном 3,5—4 ° Приводы обоих барабанов должны быть оснащены четырехскоростными электро­ двигателями, позволяющими регулировать частоту вра­ щения в необходимых пределах: барабана тепловой под­ готовки— 1—3 об/мин и барабана вспучивания— 1,5— 3,5 об/мин.

Термическая обработка материала в печи осущест­ вляется по следующему режиму: постепенный нагрев по­

луфабриката до 250—400 °С с последующим быстрым подъемом температуры до 1100— 1200 °С и кратковремен­ ной выдержки при температуре вспучивания. Из бараба­ на вспучивания шунгизитовый гравий через колоснико­ вую решетку поступает в барабанный холодильник, где охлаждается до 550 °С и затем направляется в аэроже­ лоб для окончательного охлаждения. Далее техническим транспортом заполнитель подается на сортировку по фракциям и в силосные башни.

При выборе и отработке температурного режима по­ лучения шунгизитового гравия в основу был положен раз­ работанный ВНИИстромом ступенчатый способ произ­ водства керамзита. Сущность его состоит в предвари­ тельной тепловой обработке полуфабриката примерно до 200—400 °С в запечных теплообменно-подогреватель- ных устройствах барабанного, шахтно-колосникового или любого другого типа с последующим обжигом при тем­ пературах вспучивания в коротких вращающихся печах.

В этих условиях, как показали многочисленные экс­ периментальные данные, происходит наиболее эффектив­ ное вспучивание на керамзит всех типичных глинистых и других вспучивающихся минеральных пород. Кривая обжига при этом не только в лабораторных, но и в за ­ водских условиях принимает ступенчатый вид или при­ ближается к нему.

Важной целью предварительной тепловой обработки материала до 200—800 °С является высвобождение (уда­ ление) части газопарообразных продуктов, содержащих­ ся в материале, для придания ему стойкости против разрушения при поступлении в область более высоких температур, а также поддержания внутри материала необходимой для оптимального вспучивания восстано­ вительной среды.

Как показали экспериментальные и опытные работы ВНИИстром, при применении шунгита придание терми­ ческой стойкости материалу в процессе предваритель­ ной тепловой обработки имеет первостепенное технологи­ ческое значение. Дело в том, что шунгит имеет весьма малый интервал вспучивания и склонен к быстротечной деформации с образованием конгломератов. Это явле­ ние усиливается особенно в том случае, если в процес­ се обжига при отсутствии предварительной тепловой об­ работки материала происходит его разрушение и обра­

зование мелочи, налипающей на более крупные гранулы, что резко интенсифицирует процесс козлообразования.

При обжиге шунгита в лабораторных и полузаводских условиях было установлено, что разрушение гранул Шунгита с образованием мелких частиц начинается с 450—500 °С и происходит особенно интенсивно при 600— 700 °С. Тем самым была установлена необходимость предварительной тепловой обработки материала в сред­ нем до 400 °С.

Особое значение ступенчатый способ получения шун­ гизита, особенно его первая стадия — предварительная тепловая обработка материала, — имеет для повышения прочности заполнителя.

На действующих заводах по производству шунгизита материал обжигается в коротких вращающихся печах длиной 12, 16 и 20 м. Это значит, что полуфабрикат сра­ зу же попадает в область высоких температур и начина­ ет интенсивно вспучиваться. Почти то же имеет место и в 40-метровых печах. Предварительно неподготовлен­ ный материал вспучивается весьма неравномерно с ка­ вернозной структурой на отдельных участках, что от­ рицательно сказывается на прочности заполнителя. С другой стороны, длительный, постепенный нагрев мате­ риала для шунгизитовых пород также неприемлем из-за малого интервала вспучивания и образования в этом случае конгломератов.

Кроме того, даже незначительное снижение темпера­ туры обжига шунгитовых пород против оптимальной приводит почти к полной потере вспучиваемости. Поэто­ му оптимальным может быть только ступенчатый спо­ соб, предусматривающий перед обжигом предваритель­ ную тепловую обработку материала, что в конечном сче­ те предохраняет гранулы от разрушения с образованием мелочи, способствующей их агломерации, и положитель­

кому повышению насыпной массы заполнителя, а повы­ шение— к деформации, слипанию и образованию спеков.

На действующих предприятиях по производству шунгизитового гравия его охлаждение проводится быстро и

Рис. 66. Обобщенная кривая обжига шунгизита в двухбарабанной печи

/ —предварительная тепловая подготовка; II —обжиг; III —выдержка с охлаждением в аэрожелобе

неорганизованно — в процессе транспортировки, на кон­ вейерах или после обжига шунгизит сразу же направ­ ляется на открытую площадку, поэтому его прочность крайне низка. Согласно исследованиям ВНИИстрома, повышение прочности шунгизитового гравия может быть достигнуто только путем организованного, регулируе­ мого охлаждения.

При быстром охлаждении, как это практикуется в настоящее время, движение молекул в расплаве резко замедляется, тенденция их построения в кристаллы ис­ чезает и они, оставаясь в беспорядке, способствуют пе­ реходу расплава в стеклообразное состояние, при кото­ ром материалы менее прочны, чем в кристаллическом, особенно мелкокристаллическом, состоянии.

Кроме того, резкое неорганизованное охлаждение шунгизита приводит к тому, что из-за перепада темпе­ ратур внутри и на поверхности гранул возникают напря­ жения, вызывающие растрескивание и даже разрушение материала.

К возникновению перепада температур в материале может привести не только резкое, но и постепенное из­ менение температуры. Наличие градиента температуры, т. е. неоднородное распределение температуры в одном

возможность получения на его основе легких конструк­ ционных бетонов плотностью 1500— 1700 кг/м3 классов В 15—В 25 при расходе цемента, не превышающем нор­ мативные требования. Указанное послужило основанием для организации опытного производства термолитового гравия производительностью 20 тыс. м3 в год.

Атемарский диатомит — легкая, высокопористая по­ рода светло-серого цвета, легко растирающаяся в руках и хорошо впитывающая воду. Макроструктура породы— тонкозернистая. Для породы характерна малая связ­ ность и плохая формуемость. Лабораторные исследова­ ния показали, что при' обжиге гранул в интервале тем­ ператур 1000— 1250 °С происходит твердофазовое спека­

водопоглощения термолитового гравия путем введения в

шихту легкоплавких пластичных глин Поповского и Ни­ китского месторождений Мордовской АССР. Глинистые добавки позволяют улучшить формовочные свойства массы и снизить водопоглощение обожженных образцов на 10— 12 %. Кроме того, они способствуют возрастанию прочности образцов на 20—30 % при незначительном увеличении плотности термолита.

Проведенные совместо с ВНИИстром полупромыш­ ленные испытания диатомита в керамическом цехе Опыт­ ного завода позволили установить технологические па­ раметры производства и выпустить опытные партии тер­ молита как из чистого диатомита, так и с добавками пластификаторов. Технологической схемой предусматри­ валась обработка сырья на бегунах мокрого помола, вальцах тонкого помола, затем формование сырцовых гранул на вакуум-прессе, окатка сформованных гранул в барабане-грануляторе, сушка гранул и обжиг их во

плотностью 670—700 кг/м3, прочностью 9— 10 МПа при использовании шихты, состоящей целиком из диатомита. При применении шихты, включающей добавку глин в количестве 15% , насыпная плотность термолита повы­ силась до 940—990'кг/м3, прочность возросла до 12 МПа, резко снизилось водоопоглощение с 30—35 до 12— 17,5%.

На основе опытных партий заполнителя были получены цементные бетоны плотностью 1380— 1530 кг/м3, проч­ ностью 41,9—43,2 МПа и автоклавные бетоны на извест­ ково-смешанном вяжущем плотностью 1340— 1410 кг/м3, прочностью 26,5—28,5 МПа. По результатам опытно­ промышленных испытаний атемарского диатомита были разработаны технические условия на гравий термолитовый из диатомита Атемарского месторождения.

Опытно-промышленная установка для производства термолита, включающая сушильный барабан, вращаю­ щуюся печь длиной 22 м, диаметром 2,5 м и холодиль­ ник, была смонтирована на Атемарском заводе в конце 1980 г. Для получения сырцовых гранул использовали технологическую линию сезонного кирпичного цеха, включающую следующее оборудование: ящичный пита­ тель, две глиномешалки двухвальные, дырчатые вальцы, вальцы тонкого помола и вакуумный пресс. Из-за высо­ кой карьерной влажности диатомита и плохих формо­ вочных свойств сырья нельзя было добиться удовлетво­ рительной формовки гранул на вакуум-прессе. В связи с этим в дальнейшем перешли на применение в качестве формующего оборудования дырчатых вальцов. Сформи­ рованные гранулы для избежания их комкования и за­ мазывания ленты конвейера опудривали порошком диа­ томита.

Термолитовый гравий, получаемый на установке Ате­ марского завода строительных материалов, имеет сле­ дующие показатели: насыпная плотность—650—700 кг/м3, прочность при сдавливании в цилиндре — 6—8 МПа, водопоглащение — 35% , морозостойкость свыше 15 цик­ лов, коэффициент размягчения 0,8.

По показателям прочности в цилиндре Атемарский термолит значительно превосходит керамзит такой же насыпной плотности, шунгизит и аглопоритовый гравий (в 1,5—3 раза).

Фактический расход теплоты на обжиг 1 кг готового продукта при влажности сырья 48 % и использовании 22-метровой печй составляет 6280 кДж, при увеличении мощности печного оборудования — установке 40-метро-