Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Stroymat_Materialovedenie.doc
Скачиваний:
20
Добавлен:
21.12.2018
Размер:
7.21 Mб
Скачать

2.2.1. Подготовительные работы

К подготовительным работам относится комплекс операций, со­путствующих практически всем технологиям. Их основное назна­чение — придать сырью технологическое состояние, удобное и эффективное при прохождении сырья по последовательному циклу переделов с образованием готовой продукции. На этой стадии техно­логии важно полнее раскрыть и, по возможности, преувеличить потен­циальную энергию сырья с тем, чтобы на последующих этапах (перемешивание, формование и т.п.) свободная внутренняя и поверх­ностная энергии перешли в другие ее формы, способствуя процессам новообразований и фаз, отличных от исходных сырьевых, а также структуры — внутреннего строения готового материала (изделия).

В целях уменьшения расхода внешних энергоресурсов, упроще­ния и удешевления подготовительных работ весьма целесообразен поиск сырья, которое заранее претерпело геологическую обработку, благоприятно отразившуюся на спонтанной или искусственной ак­тивизации его перед употреблением в технологии строительных ма­териалов. В работе В.С. Лесовика [17] показано, что величина энер­гетической способности горных пород и породообразующих минералов существенно зависит от генезиса (рис. 2.1). Так, напри­мер, по составу, внутреннему строению и внешнему сложению по­путно добываемые породы как отходы горнорудного производства КМА и кора выветривания кимберлитов алмазоносной провинции Севера РФ значительно отличаются повышенной активностью от традиционного, сходного по составу, сырья, используемого в строи­тельной индустрии. Известно, что традиционные горные породы добывают в качестве сырья путем, как правило, открытой разработ­ки сравнительно мелких карьеров, глубиной до 40—50 м. Между тем попутно добываемые породы, получаемые после обогащения1 руд, извлекаются из более глубоких месторождений (450—500 м).

Рис. 2.1. Генетическая классификация горных пород как сырья для производства

строительных материалов

На этой глубине геологические процессы способствовали естествен­ной технологической активизации пород как потенциального сы­рья. Эта активизация выражается обычно в нарастании дефектности кристаллической решетки породообразующих минералов, частич­ной аморфизации породы и ее структурных зерен, которые претер­певают к тому же частичную или полную деструкцию с увеличением удельной и суммарной поверхности твердых частиц. Обнаружено, что реакционная способность глинистых частиц при деструкции им соответствующих минералов значительно повышается вследствие возрастания неупорядоченности (энтропии) кристаллических реше­ток. Аналогичное явление характерно для тонкодисперсного кварца ; корродированной поверхностью. Между тем и то, и другое явле­ния обусловлены соответствующим генезисом пород, а производст­венный эффект выражается сокращением в 2—3 раза продолжитель­ности изотермической выдержки в автоклаве при получении силикатного материала. Возрастает и прочность такого материала по сравнению с применением обычного сырья.

В зависимости от разновидности сырья подготовительные операции заключаются в измельчении, помоле, распушке и других способах перевода сырья в тонкодисперсное состояние; фракционировании, просеве, промывке и других методах очищения поверхности частиц и разделения их на отдельные группы (фракции) по грануло­метрическому (зерновому) составу; увлажнении или обезвоживании (сушке) сырья; нагревании, обжиге и охлаждении сырья перед упо­треблением в смесях; обогащении, т.е. повышении однородности сырья по массе, прочности и другим качественным показателям, что нередко совмещается с физико-химической обработкой с целью до­полнительного повышения активности поверхности частиц или из­менения ее полярности, поверхностного натяжения и т.п.

Измельчение и помол — наиболее распространенные подготови­тельные операции. Уменьшение размеров частиц грубозернистых сырьевых материалов вызывается необходимостью: обеспечить определенное соответствие между размерами частиц смеси и конст­руктивными элементами изделий; облегчить технологические опера­ции на стадиях приготовления смеси; повысить плотность и одно­родность дробленого материала; увеличить удельную поверхность порошкообразного вещества после помола исходного материала. Известно, что между размером зерен у и удельной поверхностью х существует обратная пропорциональная зависимость: х=а/уп, где а — величина поверхности частицы, размер которой равен 1. Эту за­висимость можно изобразить в виде гиперболической кривой в сис­теме координат YX (рис. 2.2). С уменьшением размера каждой частицы общая поверхность изме­льченного вещества увеличивает­ся, тогда как объем частицы при сложении обломков остается по­стоянным. Быстро увеличивающа­яся с измельчением поверхность обладает особым запасом поверх­ностной энергии, которая в даль­нейшем расходуется при смешении нескольких компонентов в общую смесь, при формировании изделий из смеси с протеканием реакций по поверхностям раздела.

Рис.2.2. Зависимость удельной поверхности X от размера частиц Y измельченного сырья

После некоторого предела тонкости помола потенциальная энергия поверхности может возрасти в такой мере, что нередко про­исходит самопроизвольное (спонтанное) агрегирование (слипание) частиц с уменьшением удельной поверхности и увеличением комко­ватости и неоднородности исходного продукта. Рациональный пре­дел тонкости помола устанавливают опытным путем. Он может быть повышен применением при помоле добавочных так называе­мых поверхностно-активных веществ, способных создавать на по­верхности пленки, экранировать частицы и предотвращать их агре­гирование. Кроме того, при высокой дисперсности помола имеется опасность потери активности порошкообразного материала в пери­од его хранения в связи с поглощением посторонних веществ (пыли, влаги, газов и др.) из окружающей среды. Приходится учитывать и то, что с увеличением степени измельчения значительно возрастают механическая работа и расход энергии на измельчение. По этой причине весьма полезно ориентироваться на породы разного .гене­зиса (см. рис. 2.1).

Операцию измельчения нередко совмещают с разделением про­дукта помола по крупности частиц просеиванием или сепарацией. Эта операция называется разделением сырья по фракциям.

Другой операцией является промывка зернистых фракционных материалов — песка, дробленого камня (щебня), гравия — с целью уменьшения количества пыли и глины в смеси. Материалы промы­вают чистой водой или с добавлением химических веществ. Но име­ются и сухие способы очищения зернистых сырьевых материалов, что предохраняет их от смерзания в зимний период работ, например колориметрические, рентгеносепарационные и др.

Нередко исходные сырьевые материалы подвергают так называ­емому обогащению, т.е. повышению однородности по прочности, плотности и т.п. В основе обогащения лежат физические законы. В зависимости от принятого способа они могут быть законами гра­витации, сепарации, флотации, упругости и др. Эффективность спо­соба оценивают по степени обогащения, количеству (выходу) обога­щенного продукта и его качеству.

Весьма важная роль в подготовительный период отводится теп­ловому воздействию на сырьевой материал, чтобы его просушить, нагреть до необходимой температуры и даже подвергнуть кратко­временному обжигу с целью, например, частичной или полной его дегидратации, аморфизации, укрупнения частиц для понижения пластичности (например, глины).

Процесс сушки назначают с учетом особенностей исходного сы­рья как многокомпонентной системы, состоящей из вещества, слага­ющего сырьевой материал, влаги, воздуха и паров воды. Если сырь­евой материал подвергнуть воздействию теплового агента (нагретого воздуха, дымового газа и др.) или специальных источни­ков нагрева (ламповые излучатели, ТЭН, паровые регистры и др.), то с поверхности влага испаряется, а внутри перемещается к поверх­ности испарения за счет капиллярных сил, градиентов влажности и температуры. Общее влагосодержание сырьевого материала умень­шается пропорционально продолжительности сушки, т.е. по линей­ному закону (рис. 2.3, отрезок бв). Температура поверхности мате­риала в этом интервале остается постоянной и равна температуре адиабатического насыщения воздуха. Температура в центральных слоях материала продолжает повышаться и достигает температуры адиабатического насыщения позже, в точке д. До точек б и г умень­шение влагосодержания идет не по прямому закону. Динамика су­шильного процесса показана на рис. 2.4. После высушивания материал нагревают до необходимой температуры. Нередко обе опера­ции совмещают в одном тепловом агрегате, например в сушильном барабане или на колосниковой решетке.

Нагревание материала, выпаривание из него влаги или раство­рителя, оказавшегося в нем, а также последующее охлаждение и другие тепловые процессы протекают в соответствии с законами теплоотдачи. Основное уравнение теплопередачи устанавливает за­висимость между тепловым потоком Q и поверхностью F теплооб­мена: Q=kFtср.τ, где k — коэффициент теплопередачи, определяю­щий среднюю скорость передачи теплоты по поверхности теплообмена; tср.— средняя разность температур между теплоноси­телями, определяющая среднюю движущую силу процесса теплопе­редачи, или температурный напор, °С; τ — продолжительность про­цесса теплопередачи. Из уравнения видно, что количество теплоты, передаваемое от более нагретого теплоносителя к более холодному, пропорционально поверхности теплообмена F, среднему темпера­турному напору tср. и времени передачи.

Рис. 2.3. Изменение влагосодержания материала в процессе сушки

Рис. 2.4. График скорости сушки: 1 — период нарастающего прогрева

материала (dp—б); 2 — период постоянной скорости сушки (б—в); 3 — период падающей скорости сушки (в—г)

Передача теплоты на расстояние осуществляется тремя способа­ми: теплопроводностью, конвекцией и излучением. В основе этих способов теплопередачи находятся соответственно законы Фурье, Ньютона и Стефана—Больцмана. В реальных условиях теплота чаще всего передается комбинированным способом, однако преоб­ладающим в нем остается все же один из указанных выше способов.

При необходимости нагревание материала (сырья) может быть доведено до обжига в печных агрегатах по заранее рассчитанному режиму соответственно температурной кривой. Однако обжиг в подготовительный период требуется иногда лишь для снижения из­лишней пластичности сырья, например глин, при отсутствии побли­зости песчаных карьеров.

На стадии подготовительных работ производят нередко также физико-химическую или химическую обработку сырьевых материа лов. Она повышает активность подготавливаемых компонентов смеси, облегчает и ускоряет основную технологическую операцию, благоприятствует получению ИСК более плотного и прочного, луч­шего по другим качественным характеристикам. Такая обработка заключается, обычно, в добавлении в смесь специальных веществ, имеющих различные или комплексные функции, — уплотняющие, минерализующие, порообразующие, гидрофобизирующие, коагули­рующие (электролиты) и т.п. Она может быть совмещена с механи­ческой обработкой, например, путем помола сырья в смеси с добав­кой. Тогда свежеобразующаяся поверхность измельчаемых частиц поглощает добавочное вещество (добавку) с образованием на по­верхности молекулярных (пленок) или новых химических соедине­ний, повышая активность порошкообразного материала.

Некоторые сырьевые компоненты находятся в жидком состоя­нии и вступают во взаимодействие с твердыми компонентами смеси. Поэтому, чтобы усилить их индивидуальные особенности, подобно твердым их подвергают нагреванию, рафинированию, электромаг­нитному воздействию, обогащению с введением добавочных ве­ществ, например поверхностно-активных ингибиторов, электроли­тов и др.

Подготовленные сырьевые материалы транспортируют к мес­там временного накопления для последующих операций (дозирова­ние, перемешивание). При прогрессивной технологии транспорти­рование является не только перемещением (вертикальным, горизонтальным или наклонным), но используется так же как до­полнительный фактор, положительно влияющий на структурообра-зовательный процесс. В этих целях предусматриваются не только конструктивно-технологические мероприятия по защите в пути от охлаждения — нагретого, от увлажнения — просушенного, от за­грязнения — промытого, от .перемешивания — фракционированно­го, материалов, но и дальнейшая активизация их с помощью соот­ветствующих агентов (тепловых, адсорбирующихся из воздушной среды, вибрационно-пульсирующих и др.).

В емкостях (бункерах, сил осах и др.) временного накопления и хранения подготовленных сыпучих материалов возможны заторы при их перемещении с образованием устойчивых сводов. Самопро­извольное прекращение истечения этих материалов приводит к на­рушению общего ритма работы завода, дефектности дозирования, снижению однородности и качества смеси. Для борьбы с образова­нием сводов в толще сыпучего материала используют специальные устройства (сводообрушители). Они, однако, не всегда бывают эф­фективными, особенно при хранении мелкофракционных смесей. В настоящее время установлены аналитические зависимости, кото­рые связывают характеристики мелкофракционного сыпучего мате­риала и емкости с основными параметрами процесса истечения, что позволяет расчитывать геометрию бункера с заданными формой вы­пускного отверстия и скоростью истечения. Возможность образова­ния свода сыпучего материала учитывают на стадии проектирова­ния системы «бункер—дозатор» [25].

На качество смеси изготавливаемого строительного материала может сильно влиять точность дозирования. Если под влиянием внешних или внутренних причин нарушается точность дозирования (автоматического отвешивания или объемного отмеривания) или ритмичность перемещения отдозированных компонентов к смесите­льному аппарату, то в процессе перемешивания возможно снижение качества получаемой смеси (массы) и готового материала (изделия).

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]