Заполнители бетона . Щебень

 Основное требование  — вспучивание при обжиге. Считается,  что коэффициент вспучивания  глинистого сырья при производства  керамзита должен иметь значение  не менее 2 (лучше не менее  3—4).

Еще одно требование к  сырью — легкоплавкость. 1250 °С –  допустимая максимальная температура  обжига, при которой переход мелких глинистых частиц в расплав способствует размягчению и повышению вязкости массы. В противном случае газы, образующиеся во время обжига глины, не удерживаемые массой, свободно выйдут и не смогут вспучить материал.

Третье важнейшее требование — необходимый интервал для вспучивания. Под чем понимается разница между  возможной температурой обжига и  начала вспучивания сырья. Та температура, при которой уже получается керамзит с плотностью гранулы 0,95 г/см, является температурой начала процесса вспучивания. При первом оплавлении поверхности гранул фиксируется значение предельно возможной температуры обжига.

  Превышение температуры  при производстве керамзита не допускается, так как поверхность гранул оплавляется, а оплавленные гранулы склеиваются, что уменьшает выход керамзитового гравия и может привести к остановке печи. Температура обжига должна быть ниже, но чем она ниже, тем меньше коэффициент вспучивания, меньше выход продукции. Поэтому температура должна поддерживаться на предельно допустимом уровне. Чтобы обеспечить практическую возможность производства керамзита в промышленных условиях, интервал вспучивания сырья должен быть не менее 50⁰С.

 

 Гранулометрический состав .

   Частицы крупнее 0,01 мм предоставлены в глинах преимущественно кварцем при незначительном содержании слюды, полевых шпатов и некоторых других первичных минералов. Среди частиц размером 0,01 -0,005 мм в различных соотношениях содержится кварцев, слюда, полевые шпаты и некоторые другие первичные минералы. Фракции 0,005 – 0,0005 мм слагаются в различных соотношениях, почти целиком из различных вторичных материалов группы монтмориллонита, гидрослюдных глинистых минералов, каолинита и других. Частицы менее 0,0005 мм, как правило, целиком сложены из вторичных тонкодисперсных материалов.[11] 

Все минералы, входящие в состав полиминеральных  легкоплавких глин, можно подразделить на первичные и вторичные.

   К первичным относят минералы: кварц, полевые шпаты, слюды, роговые обманки, доломит, титанит, магнетит и другие; ко вторичным – минералы, образовавшиеся в процессе выветривания, переотложения и преобразования различных пород, в первую очередь глинообразующие минералы группы монтмориллонита, гидрослюд, гидрохлорита, вермикулита, каолинита, а также водные оксиды алюминия, оксиды и гидрослюды железа и многие другие.

 

Допустимые пределы  колебаний основных показателей  свойств глинистых пород для  производства керамзитового гравия следующие: [15]

Коэффициент вспучивания  К_В  ( Не менее 2 )

Интервал вспучивания, °С  ( Не менее 50 )

Температура вспучивания, °С   ( Не более 1250 )

Диоксид кремния SiO₂, % по массе  ( 46,2-70 )

В том числе кварц SiO_2своб  ( 10-30 )

Сумма оксидов алюминия и титана (А1₂О₃+TiO₂),% по массе ( 10-25 )

Сумма оксидов железа FеО+Fе₂О₃, % по массе ( 2,5-10 )

Оксид кальция СаО, % по массе ( 0,55-4,6 )

Оксид магния МgO % по массе ( 2,49 - 5,5 )

Сумма соединений серы в пересчете  на SО₃ % по массе ( до 1,5 )

Сумма оксадов калия и натрия К₂О+Na₂O, % по массе ( 1,5—6,5 )

Органические вещества, % по массе ( до 1-2 )

Пластичность (число пластичности), % по массе ( Не менее 15 )

Для производства керамзита наиболее пригодны монтмориллонитовые и гидрослюдистые глины, содержащие не более 30% кварца.

 

 

     3.2. Добавки.

Все добавки служат для повышения качества керамзита и улучшения   производственных факторов изготовления керамзита. Введенные добавки помогают улучшить качество природного глиняного сырья. Если дополнить глину 1% мазута, увеличится коэффициент вспучивания. Также можно добавить соляровое масло и другие органические вещества.В последнее время применяется большое разнообразие добавок к керамзитовому глинистому сырью.Например,  использования глинистого некондиционного сырья путем добавления в его состав стеклопорошка из специально сваренных легкоплавких стекол. Добавка ведет к ускорению накопления жидкой фазы во время обжига. Если золы или шлаки вводят большими дозами, сравнимыми с расходом глинистого сырья, то полученный керамзит называют глинозольным или глиношлаковым. Чаще добавки вводят в небольших дозах, а основное сырье для производства керамзитового гравия – глинистые породы. Для того, чтобы расширить температурный интервал вспучивания используется такой прием, как опудривание глиняных сырцовых гранул порошком огнеупорной глины. Данный прием позволяет увеличить температуру обжига, а также избежать оплавления гранул. При использовании добавок часто увеличивается коэффициент вспучивания исходного сырья примерно в 2—3 раза, увеличивается и выпуск керамзита, снижается себестоимость, керамзитобетон повышает свое качество в итоге, поэтому мельчайшие изменения в составе сырья могут значительно отразиться на стоимости.                                                                                          В качестве сырья для производства керамзитового гравия на проектируемом заводе применяется глина Малоступинского месторождения. По содержанию включений сырье является малозасоренным. По размерам, преобладающих включений глина относится к сырью с мелкими и средними включениями. По гранулометрическому составу сырье относится к низкодисперсному.  В зависимости от степени спекания глина относится к группе неспекающихся с водопоглощением 7-14%. Огнеупорность глины 1050^оС. 
 Малоступкинская глина относится к разряду легкоплавких глинистых пород.

 

  Химический состав глины Малоступкинского месторождения глины  приведен в таблице 5.    [12]                                                                                                                                        

                                                                                                          Таблица 5

 

Химический состав глины Малоступкинского месторождения, масс % .

Оксид	SiO2	Al2О3	TiO2	Fe2O3	CaO	MgO	Na2O	K2O	П.П.П.
Содержание	51,39-75,1	12,67-21,94	0,7	2,7-6,44	1,76-7,07	1,08-5,42	1,2	2,7	3,3-12,1

  

 Число пластичности глины 8-12 %, температурный интервал вспучивания глинистого сырья без добавок или с их применением (28,5 С), коэффициент вспучивания сырья без добавок или с их применением (2,5), удельная активность смеси естественных радионуклидов для глинистого сырья (1,0), естественная влажность (25%). Данная глина по всем своим показателям полностью пригодна для производства керамзитового гравия. В качестве добавок на проектируемом заводе используются пиритные огарки и мазут. Добавку пиритных огарков в количестве 2—4% от общей массы вводят для увеличения газотворной способности глин при получении керамзита. Этому способствуют распад в огарках при 700— 800 °С остатков пирита с образованием сернистого газа и восстановление оксидов железа под влиянием органических примесей, присутствующих в глинистом сырье, с выделением углекислого газа. Железистые соединения, особенно в закисной форме, действуют как плавни, вызывая разжижение расплава и уменьшение температурного интервала изменения его вязкости. Содержание органических веществ (в пересчете на твердый углерод) по отношению к оксиду железа должно составлять 0,01—0,2. Если в исходном керамзитовом сырье содержится оксидов железа менее 7%, а органических веществ — менее 1%, то пиритные огарки вводят в комплексе с органическими добавками, что способствует снижению средней плотности керамзита.

 

3.3. Состав массы.

 

Основным сырьем для производства керамзита является легкоплавкая глина. При необходимости в неё вводят различные добавки, для упрощения технологического процесса производства керамзита, например чтобы снизить температуру вспучивания гранул можно добавить в формовочную массу небольшое количество пиритных огарков (2-4%), а для увеличения коэффициента вспучивания – мазут (1%). В данной работе принимаем такой состав формовочной массы: Глина – 95% . Пиритные огарки – 4%. Мазут – 1%.

 

3.4. Топливо.

Для обжига керамзита  применяют газообразное или жидкое топливо: первое в виде природного или городского газа с теплотой сгорания около 21000-35700 кДж/м³, второе в виде мазута и иногда солярового масла с теплотой сгорания около 37800-420000 кДж/кг. Жидкое топливо сперва подогревают в мазутохранилищах до 40-45 ⁰С, что на 5-10 ⁰С превышает температуру его застывания, а перед поступлением в печь – в питательных баках до 75-90 ⁰С. Для сжигания мазута применяют комбинированные воздушно-механические мазутные форсунки. Для сжигания газообразного топлива применяют газовые горелки. При газообразном топливе легче поддерживать необходимую температуру и характер пламени. Газообразное топливо ещё отличается от жидкого и твердого рядом преимуществ, важнейшими из которых являются: легкое, удобное регулирование процесса горения и возможность полной механизации и автоматизации его, простота топливного хозяйства и оборудования; отсутствие золы при сжигании; лучшие санитарно-гигиенические условия труда обслуживающего персонала.

В состав газообразного  топлива входят горючая часть и балласт. Горючая часть представляет собой механическую смесь простейших горючих газов, таких как водород, метан, пропан, бутан и других газообразных углеводородов. Балластом являются негорючие газы, в том числе углекислый газ СО₂, азот N₂ и кислород О₂. При добыче газа в его составе имеются также водяные пары, смолистые вещества, минеральная пыль. Однако перед подачей газа потребителям его очищают, в результате чего содержание примесей сводится к минимуму.

В данной работе по техническим показателям используем топливо Угорского месторождения.

                         Состав влажного (рабочего) газа, об% [12]

                                                                                                            Таблица 2.6.

компоненты	CН								Сумма
Содержание их в природном газе	95,8	0,13	0,07	0,07	0,02	1,7	1,2	1,0	100

Теплота сгорания газа:  /5/.

     

           4. Выбор способа и технологической схемы производства.

   Существуют  четыре способа производства керамзита: сухой, пластический, порошково-пластический и мокрый и четыре основныхе технологические схемы подготовки сырцовых гранул.         

 · ПЛАСТИЧЕСКИЙ способ. При пластическом способе глинистое сырьё увлажняется в глиномешалках и отправляется на шнековые ленточные прессы или дырчатые вальцы, где из них формируют сырцовые гранулы в цилиндрической формы, которые во время транспортировки и последующей обработки окатываются, скругляются, после чего попадают в печь.   Качество сырцовых гранул во многом определяет качество готового керамзита. Поэтому целесообразна тщательная переработка глинистого сырья и формирование плотных гранул одинакового размера. Размер гранул задается исходя из требуемой крупности керамзитового гравия и установленного для данного сырья коэффициента вспучивания.

   Перерабатывающее  оборудование выбирают в зависимости  от физико-механических свойств  глин: их влажности и дисперсности. Энергозатраты на переработку  возрастают с повышением дисперсности  сырья и уменьшением его влажности.  Обычно формовочная влажность глин находится в пределах 18...28 %.

   Гранулы с влажностью  примерно 20 % могут сразу направляться  во вращающуюся печь или, что  выгоднее, предварительно подсушиваться  в сушильных барабанах, в других  теплообменных устройствах с  использованием теплоты отходящих дымовых газов вращающейся печи. При подаче в печь подсушенных и подогретых гранул ее производительность может быть повышена.

   Таким образом,  производство керамзита по пластическому  способу сложнее, чем по сухому, более энергоемко, требует значительных капиталовложений. Однако переработка глинистого сырья с разрушением его естественной структуры, усреднение, гомогенизация, а также возможность улучшения его добавками позволяют увеличить коэффициент вспучивания.

 · СУХОЙ способ используют при наличии камнеподобного глинистого сырья (плотные сухие глинистые породы, глинистые сланцы). Сухой способ – самый простой. Он используется при сухом камнеподобном сырье. Оно дробится, затем отсеиваются крупные куски, которые отправляются на дополнительное дробление. Затем сырьё попадает в печь для обжига. Этот способ оправдывает себя, если исходная порода однородна, не содержит вредных включений и характеризуется достаточно высоким коэффициентом вспучивания. Влажность сырцовой крошки не должна превышать 9 %.

· МОКРЫЙ (ШЛИКЕРНЫЙ) Мокрый, или шликерный способ производства керамзита используется, если карьерная глина чересчур влажная. Глина смешивается с водой в специальных глиномешалках, затем эта пульпа подаётся во вращающиеся печи. В печи размещают завесу из цепей, которые нагреваются и подсушивают пульпу, а затем разбивают её на гранулы. Влажность получаемой пульпы (шликера, шлама) – примерно 50 %. Пульпа насосами подается в шламбассейны и оттуда – во вращающиеся печи. В этом случае в части вращающейся печи устраивается завеса из подвешенных цепей. Цепи служат теплообменником: они нагреваются уходящими из печи газами и подсушивают пульпу, затем разбивают подсыхающую «кашу» на гранулы, которые окатываются и вспучиваются. Этот способ рекомендуется при высокой карьерной влажности глины, когда она выше формовочной (при пластическом формовании гранул). Он может быть применен также в сочетании с гидромеханизированной добычей глины и подачей ее на завод в виде пульпы по трубам вместо применяемой сейчас разработки экскаваторами с перевозкой автотранспорта.