книги / Производство керамзита

Г. И. Книгиной)

плотность керамзита. Показано, что температурный ин­ тервал выгорания нефтепродуктов тесно связан с фрак­ ционным составом жидких органических добавок, осо­ бенно с температурой конца кипения добавки.

С помощью специальной установки методом катали­ тического крекинга (при 400—-600 °С) и пиролиза (при

600— 1200 °С) изучен механизм вспучивающегося дейст­ вия нефтяных добавок. Рост вспучивающегося эффекта добавок с повышением содержания в них Н-алканов и цикланов связан с интенсивным восстановлением окси­ дов железа водородом, выделяющимся при каталитиче­ ском дегидрировании углеводородов.

При 600— 1200 °С в массе гранул протекает процесс каталитического пиролиза вспучивающей добавки, с повы­ шением содержания в добавке ароматических углеводо­ родов и смол сокращается интервал вспучивания глини­ стого сырья, усиливаются процессы агломерации керам­ зита, а его плотность повышается.

При обжиге глин в интервале температур 200—400 °С соотношение F2+/F3+ для фракции 170—200°С изменяет­ ся от 0,05 до 0,2, а для фракции 300—360 °С — от 0,5 до 0,9. При этом восстановление оксидов железа высокоароматизированной добавкой (легкий газойль катали­

тического крегинга) больше, чем			добавкой	парафино­
нафтенового	основания	(прямогонный легкий газойль);
и наоборот,	в области	температур	обжига	400—600 °С

интенсивность восстановления оксидов железа добавка­ ми парафино-нафтенового основания выше, чем высокоароматизированными.

При 350 °С окислительно-восстановительные процес­ сы завершаются в течение 10 мин. Дальнейшая выдерж­ ка гранул в окислительной среде снижает соотношение

Fe2+/Fe3+. В инертной среде в течение 10 мин			двухва­
лентное железо	частично	подкисляется в трехвалентное,
а по истечении	10 мин	начинается обратный	процесс

восстановления Fe3+ в F2+

При постоянном содержании кислорода интенсив­ ность восстановления оксидов железа возрастает про­ порционально количеству вводимой добавки. Соотноше­ ние F e^ /F e3* увеличивается с 1,5 (при 2 % добавки) до 4,6 (при 15% добавки). При этом плотность керам­ зита повышается с 310 до 630 кг/м3. В восстановительной среде плотность снижается с 400 до 310 кг/м3. Мини­ мальная плотность керамзита (280—210 кг/м 3) достига­ ется при обжиге гранул в инертной среде.

Для глинистого сырья существует оптимальное коли­ чество добавки, дающее минимальную плотность керам­ зита. Отступление от этого содержания ведет к повыше­ нию плотности керамзита.

Легкокипящие парафино-нафтеновые углеводороды

фракции 170—250 °С вспучивающей добавки повышаю? насыпную плотность керамзита, а высококипящие пара­ фино-нафтеновые углеводороды фракции 250—450 °С, наоборот, эффективно ее снижают. Для получения лег­ кого керамзита вспучивающая добавка должна содер­ жать минимальное количество парафино-нафтеновых уг­ леводородов во фракции 170—250 °С и максимальное ко­ личество — во фракции 250 °С и выше.

Углеводородные добавки постепенно проникают в по­ ры частиц глины. Для равномерного распределения вспу­ чивающей добавки по массе глины и снижения насыпной

плотности керамзита		сырцовые		гранулы влажностью
7— 16 %	рекомендуется		подвергать		термообработке в
бункере	при 40— 100 °С		в течение	1—	10 ч. Для	той же
цели — равномерной		пропитки глинистого сырья				вспучи­

вающейся добавкой и снижения плотности заполнения — приготовленную шихту рекомендуется выдерживать от 10 до 300 сут в зависимости от температуры хранения (0—80 °С).

По результатам экспериментов в Уфимском нефтяном институте разработан ряд эффективных добавок, в том числе добавка под названием «керамзин», централизо­ ванная поставка которой керамзитовым предприятиям намечается в текущем пятилетии. На рис. 39 показана зависимость насыпной плотности керамзита от средней температуры кипения узких фракций нефти.

Эффективность применения добавок во многом зави­ сит от методов их ввода. При опрыскивании глины жид­ кими органическими добавками жидкие добавки подают из специального бачка через трубопровод в глиноме­ шалку через распылитель. В качестве распылителей обычно используют металлические трубы с большим ко­ личеством мелких отверстий. При использовании вязких жидкостей (мазут и т. д.) их следует подогревать в бачке.

Наиболее равномерно смешиваются с глиной органи­ ческие жидкости, растворяющиеся в воде, например ССБ. Они вводятся вместе с водой и легко проникают к мельчайшим частицам глины. Не смешивающиеся же с водой жидкости целесообразно применять в виде эмульсий.

Однако во всех случаях необходима хорошая перера­ ботка сырья и тщательная гомогенизация глиняной мас­ сы, иначе в местах скопления добавок образуются «ка-

Рис. 39. Влияние средней тем­ пературы кипения узких фрак-' ций нефти на насыпную плот­ ность керамзита

/ —бензина; 2 —керосина; 3 —ди­ зельного топлива; 4 —масел; 5 — мазута марки 40; 6 —мазута мар­ ки 100; / —ступенчатый обжиг в лабораторных условиях; II —обжиг на заводе

Рис. 40. Лопастное загрузоч­ ное устройство для подачи в зону вспучивающейся печи гра­ нулированной пыли

/ —обечайка		печи:	2 —обечайка
загрузочного		устройства;		3 —теч­
ка; 4 —крыльчатка;			5 —полость
крыльчатки;		6 —загрузочные па­
трубки; 7—аэродинамическое уплот­
нение;	8 —дополнительное			уплот­
нение;	9 —лабиринтное уплотнение

верны», выплавы и другие пороки структуры керамзита, снижающие его качество.

Опрыскивание поверхности гранул жидкими органи­ ческими добавками применяется при сухом способе про­ изводства керамзита для повышения вспучивания исход­ ной крошки сланца или глины. Техническое его решение аналогично первому способу, за исключением того, что распыление осуществляется не в глиномешалке, а на од­ ном из узлов перевалки крошки при ее транспортирова­ нии в печь.

Шихтовка глины и твердых добавок с гомогенизаци­

ей массы. Хотя и с большими трудностями, но в завод-^ ской практике удается удовлетворительно смешивать" глины с твердыми добавками. Добавки обычно дозиру­ ют в ящичном подавателе или на движущемся конвейе­ ре с глиной. Непременное условие применения малых количеств твердых добавок — тщательное их смешива­ ние с глиной, что достигается переработкой и гомогени­ зацией массы в двухвальных глиномешалках, глинорезах, перетирающих дырчатых вальцах, бегунах и т. д.

Опудривание глиняного сырца порошками огнеупор­ ных материалов до его поступления во вращающуюся печь. Наиболее распространено опудривание гранул сыр­ ца в барабанах. Изготовленные на дырчатых вальцах или ленточном прессе гранулы направляются в бара­ бан-гранулятор, куда одновременно из специального бун­ кера дозируют сухой огнеупорный порошок для опудривания. В процессе вращения барабана-гранулятора по­ верхность каждой гранулы покрывается слоем порошка толщиной около 0,5— 1 мм, который и служит защитой от слипания зерен в конгломераты в зоне вспучивания вращающейся печи. Расход огнеупорного порошка 2— 4 % по массе сухой глины [73].

При обволакивании гранул огнеупорными порошка­ ми во вращающейся печи одновременно с гранулами во вращающуюся печь дозируют и огнеупорный порошок (рис. 40). В зоне вспучивания под влиянием высоких температур происходит обволакивание гранул огнеупор­ ным порошком, что дает возможность избежать слипа­ ния гранул при более высоких температурах и получать заполнитель с минимальной плотностью. Расход огне­ упорного порошка 5 % и более.

Следует подчеркнуть, что с применением обволаки­ вающих добавок в зоне вспучивания появилась возмож­ ность воздействовать на процесс снижения насыпной плотности не только за счет повышения температуры об­ жига, но и изменения газовой среды в самый важный период керамзитообразования путем применения газо­ образующих порошков — карбонатов, доломитов, гип­ са и др. Газообразные продукты способствуют созданию нейтральной или восстановительной сред, положительно влияющих на интенсивность вспучивания.1

1 Этот высокоэффективный способ разработал в 70-е годы и внедрил известный рационализатор и изобретатель В. Ф. Анто­ новский.

Обволакивание гранул огнеупорными порошками во вращающейся печи непосредственно перед зоной вспучивания — новый, более эффективный способ опуДривания гранул.1*

Он позволяет радикально снизить насыпную плот­ ность керамзита до 350—400 кг/м3, уменьшить избыток воздуха и сократить расход топлива на обжиг керам­ зита.

Результаты промышленного внедрения этого прогрес­ сивного способа на Вурманкасинском, Новочеркасском, Ореховском, Бескудниковском, Лосиноостровском, Аль­ метьевском и многих других заводах свидетельствуют о целесообразности его широкого применения.

3.3. Способы производства керамзитового гравия

итехнологические схемы обработки сырья

иформования гранул

Процесс изготовления керамзита состоит из следую­ щих основных операций: добычи глинистого сырья, его складирования и доставки к месту производства; пере­ работки сырья и приготовления исходного полуфабрика­ та-сырца, пригодного для обжига со вспучиванием; об­ жига и охлаждения керамзита; сортировки и при необ­ ходимости домола заполнителя; складирования и выда­ чи готового продукта.

Основное оборудование керамзитовых предприятий — оборудование для обжига. В настоящее время наиболее распространен метод обжига керамзитового гравия в од­ но- и двухбарабанных вращающихся печах; кроме того, осваивается промышленное производство керамзитового гравия и песка в печах кипящего слоя.

Достоинство вращающихся печей как аппаратов для вспучивания глинистых пород — возможность получать заполнитель, зерновой состав которого в основном соот­ ветствует нормативным требованиям. Поэтому после об­ жига, как правило, керамзит лишь сортируют и в от­ дельных случаях корректируют зерновой состав запол­ нителя. Тем самым в большинстве случаев сохраняется

1 Этот способ предложен (1969 г.), испытан и внедрен ВНИИстромом им. П. П. Будникова и Вурманкасинским заводом кера­ мических блоков и керамзита под руководством автора книги и на­ чальника цеха керамзитового гравия В. Ф. Антоновского.

форма зерен и остается не тронутой дроблением их спек­ шаяся шероховатая поверхностная корка, отличающая­ ся более высокой прочностью, чем вспученная масса внутри. Это в значительной степени повышает строи­ тельные качества заполнителя и выгодно отличает его от аглопоритов, а также керамзитового щебня, получае­ мого при обжиге глинистого сырья на епекательных ре­ шетках с последующим дроблением спекшегося «пирога» на щебень.

Другое важное достоинство вращающихся печей со­ стоит в том, что зерна материала в них вспучиваются в свободном объеме, не ограниченном стенками или не­ подвижной массой таких же зерен. Поэтому процесс мо­ жет быть очень интенсивным, что позволяет получать весьма эффективные заполнители плотностью 200— 500 кг/м3 при коэффициенте выхода 2—3, в то время как на епекательных решетках трудно получить заполнитель плотностью менее 600 кг/м3.

К недостаткам вращающихся печей помимо их низ­ кой тепловой экономичности относится трудность обжи­ га в них слабо-и средневспучивающихся глинистых по­ род, а также пород с малым интервалом вспучивания. Такие породы склонны к слипанию и образованию круп­ ных спекшихся, а иногда сплавленных конгломератов материала. Наоборот, спекательные решетки позволяют вести поризацию разнообразных глинистых пород, кото­ рые во вращающихся печах практически не вспучива­ ются. В то же время на епекательных решетках трудно обжигать хорошовспучивающиеся глины вследствие рез­ кого уменьшения при вспучивании межзерновых пустот, служащих для прососа воздуха. Поэтому для обжига на епекательных решетках обычно рекомендуется ис­ пользовать сырье с коэффициентом вспучивания не вы­ ше 2—2,5, а для обжига во вращающихся печах не ни­ же 2—2,5. Таким образом, оба эти метода обжига не столько конкурируют, сколько дополняют друг друга, позволяя использовать для изготовления керамзитовых заполнителей самые разнообразные по свойствам глини­ стые породы.

При обжиге керамзитового гравия во вращающихся печах важнейшим признаком для типизации керамзито­ вого производства служат применяемые способы перера­ ботки сырья и приготовления полуфабриката. Опыт по­ казал, что какого-либо универсального метода перера­

ботки глин и их грануляции в полуфабрикат, пригод­ ный для вспучивания, не существует. Более того, спосо­ бы изготовления полуфабриката, его размеры, форма, влажность и другие параметры могут и должны изме­ няться в зависимости от свойств употребляемого сырья.

Решающее значение при выборе способов изготовле­ ния полуфабриката имеют физические, главным образом структурно-механические свойства глинистых пород: плотность, однородность, вл ажность, пл астичность, структура и т. д. Природные же разновидности глини­ стого сырья обладают самыми различными свойствами. Так, глины различных месторождений в естественном со­ стоянии могут быть разрыхлены и увлажнены; иметь плотное строение и быть пластичными и также увлаж ­ ненными; представлять собой окаменевшую, почти су­ хую породу, с крупноструктурным строением, быть кам ­ неподобными с мелкочешуйчатой лепестковой сланцева­ той структурой со склонностью к распаду на мельчай­

шие	частички; являться переувлажненными и зыбкими
и т.	д.

Очевидно, что всякое однотипное решение при выбо­ ре способов, а также механизмов для переработки сырья и приготовления гранулированного полуфабриката из указанных глинистых пород будет нерациональным и практически нежизненным. Например, если окаменев­ шая глинистая порода, раздробленная на крошку соот­ ветствующих размеров, удовлетворительно вспучивается без всякой предварительной переработки, то, естествен­ но, отпадает надобность в операциях размола, замачи­ вания, грануляции или других приемах переработки. Многие однородные по составу пластичные хорошовспучивающиеся глины после разрыхления на карьере при добыче также могут подаваться непосредственно на об­ жиг во вращающуюся печь, питателем которой служит простой гранулирующий механизм типа дырчатых валь­ цов. С другой стороны, увлажненные глины с пестрым неоднородным составом и строением требуют более сложной переработки, заключающейся в разрушении природной структуры, гомогенизации и последующей их грануляции. Наконец, при использовании переувлаж­ ненных глин вполне целесообразно приготовлять из них соответствующей густоты шлам и обжигать его во вра­ щающихся печах, где происходит самопроизвольное фор­ мирование гранул.

Таким образом, следует сделать вывод не только о возможности, но и технико-экономической целесообраз­ ности изменения приемов переработки глин в зависимо­ сти от свойств потребляемого сырья. В зависимости от технологических приемов переработки глинистых пород и приготовления гранулированного полуфабриката разли­ чают три основных способа производства керамзита: су­ хой, пластический и мокрый. Существует также порош­ ковый способ, предложенный НИИкерамзитом.

Эффективное использование разнообразных по свой­ ствам и особенностям глинистых пород достигается как правильным выбором способов изготовления керамзита, так и применением в пределах выбранного способа ми­ нимальною по количеству и надежного в работе обору­ дования, учитывающего качественную специфику исход­ ного сырья. Технологические схемы производства керам­ зита, включая рекомендации по оборудованию, выбира­ ют на основании предварительных опытов и испытания сырья в лабораторных и заводских условиях.

Сухой способ. Технологическая схема производства керамзита по сухому способу включает следующие пе­ ределы: добычу глинистой породы на карьере; дробление камнеподобного или подсушенного глинистого сырья на крошку, сортировку крошки; обжиг крошки со вспучи­ ванием; охлаждение керамзита; сортировку керамзита и коректировку его зернового состава, складирование и вы­ дачу готовой продукции.

Сухой способ подготовки сырья и изготовления полу­ фабриката целесообразен при использовании однородно­ го по составу крупноструктурного камнеподобного гли­ нистого сырья типа сланцев и аргиллитов. Конечная цель переработки сырья по сухому способу — приготовление фракционированной глинистой крошки с предельным размером зерен до 20—30 мм в поперечнике путем дроб­ ления и рассева.

Верхний предел влажности различных глинистых по­ род, при которой они дробятся на крошку без предва­ рительной сушки или подвяливания, колеблется в ши­ роких пределах и зависит главным образом от степени дисперсности и минералогического состава сырья. Обыч­ но мелкодисперсные высокопластичные подсушенные по­ роды хорошо дробятся при влажности до 16% , а поро­ ды средней пластичности — при влажности до 7— 10% .

Критерий допустимой влажности сырья, пригодного

для дробления на крошку, — его свойство измельчаться без замазывания дробилок и* сит при сортировке и сох­ ранять сыпучесть при складировании в промежуточных бункерах. В некоторых случаях для повышения вспучИваемости камиеподобного сырья крошку перед поступле­ нием в печь на обжиг обрызгивают мазутом или нефтью.

В комплект механизмов и оборудования для приго­ товления полуфабриката по сухому способу входят ящич­ ный подаватель, дробилки для первичного и вторичного дробления и сита для сортировки крошки по фракциямВторичное дробление камнеподобных глинистых по­ род ведут на валково-зубчатых дробилках. Дробилки указанного типа должны обеспечивать: дробление на крошку сырья с влажностью, позволяющей разрушать по­ роды без сколько-нибудь значительного замазывания дро­ билки и слеживания материала при последующем бун­ керовании; выход после дробления крошки с минималь­ ным содержанием плоских и остроконечных зерен; полу­ чение зерен размером от 5 до 10— 15 мм в поперечнике с минимальным выходом мелочи и пыли; самоочищение зубьев от налипания случайно попадающих кусков влаж ­ ной глины; амортизацию при попадании посторонних

твердых тел.

Для сортировки крошки на фракции до 5 мм и 5-— 15 мм применяют вибросита и сита-бураты. При этом отделяются куски размером больше 15 мм в поперечни­ ке, возвращаемые на повторное дробление. Для фрак­ ционирования глинистой крошки особенно целесообраз­

ны сита-бураты — многогранные	равномерно	вращаю ­
щиеся грохоты — отличающиеся	достаточной	надежно­

стью. Это позволяет организовать сортировку непосред­ ственно на верхних площадках бункеров.

Опыт показал, что мелкие фракции сырья целесооб­ разно рассеивать на тканых и плетеных проволочных си­ тах вследствие их упругости и самоочищения, а средние и крупные — на листовых ситах с круглыми отверстия­ ми. Наиболее мелкая фракция глины с влажностью 8— 12 % хорошо отсеивается через ячейки размером 2X 2 м, а при влажности 15— 1 8 % — через ячейки размером 4X 4 мм. Фракция 2— 10 мм хорошо отсеивается на сите с отверстиями 10— 12 мм, фракция 10— 15 мм — 22— 25 мм.

Фракционированная крошка служит исходным полу­ фабрикатом для получения керамзитового гравия раз­