Производство керамзита

Стоящие перед капитальным строительством задачи предопределяют необходимость глубоких качественных преобразований строительного комплекса и, прежде всего ускоренного развития и технического переоснащения его материально-технической базы, основу которой составляет промышленность строительных материалов и изделий. В структуре затрат на строительно-монтажные работы стоимость материалов и изделий занимает 53%, а в полносборном домостроении — 70%.

Выпуском строительных материалов и конструкций занято свыше 28 тыс. предприятий и производств. Промышленность строительных материалов опирается на научные разработки 45 научно-исследовательских институтов и 65 специализированных кафедр высших учебных заведений. Отрасль выпускает около 1000 различных видов материалов и изделий. Среди них одно из ведущих мест отводится производству керамзита. Поэтому тема данной работы и актуальна, и злободневна.

Объект исследования: строительные материалы.

Предмет — производство керамзита.

Цель исследования: определение особенностей и факторов, влияющих на качество керамзита при его производстве.

В ходе выполнения работы решались следующие задачи: определялись способы производства керамзита, выявлялись особенности сухого, пластического, шликерного производства керамзита.

В работе над темой использовались основные методы: наблюдение, сравнение, обобщение, контент — анализ.

Исследования проводились с помощью трудов: А. С. Болдырева, П. П. Золотова, А. Н. Люсова, В. Г. Мельникова, Л. С. Казанова и других

1. Сухой способ производства керамзита

В зависимости от физико-механических свойств исходного сырья рекомендуются сухой, пластический, шликерный или порошковый способы производства керамзита.

Сухой способ применяют при использовании сланцев, шунгитосодержащих пород, аргиллитов и других однородных по составу крупноструктурных камнеподобных пород, подвергающихся при карьерной влажности дроблению и рассеву.

При подготовке полуфабриката фракций 2,5−5 и 5−15 или 5−10 и 10−20 мм предпочтение должно быть отдано двухили трехступенчатому дроблению сырья с отсевом годных фракций после каждого дробильного агрегата. Такое решение уменьшает выход фракций менее 2,5 мм., которые при отсутствии линии по обжигу керамзитового песка идут в отвал. Отдельные фракции сырца подают из расходных бункеров весовыми дозаторами во вращающуюся печь (размером 2,5×24 м) предварительной тепловой обработки (до 400 °C в течение 20 мин), а затем во вращающуюся обжиговую печь (размером 3,5×20 м), где материал вспучивается при 1120−1150°С в течение 12−15 мин.

Во избежание образования спеков в 2 м от зоны вспучивания со стороны горячего конца подают порошок огнеупорной глины, кварцевого песка или пиритных огарков. Готовый продукт с температурой около 900 °C поступает по желобу через откатную головку печи в барабанный холодильник (размером 2,2×16 м) для охлаждения до 600 °C. Окончательное охлаждение до 70 °C происходит в аэрожелобе шириной 200 мм и длиной 10 мм.

К положительным сторонам сухого способа производства следует отнести простоту схемы, немногочисленность технологических переделов, меньший расход электроэнергии, уменьшение затрат на организацию производства и др. Недостатки способа: неполное использование сырья, невозможность корректировки состава полуфабриката органическими и минеральными добавками, получение готового продукта повышенной крупности и др.

Таким образом, сухой способ производства керамзита основан на применении сланцев, шунгитосодержащих пород, аргиллитов и других однородных по составу крупноструктурных камнеподобных пород, подвергающихся при карьерной влажности дроблению и рассеву.

2. Пластический способ производства керамзита

Пластический способ подготовки сырья и приготовления полуфабриката применяют при использовании увлажненных пластичных и рыхлых глинистых пород однородного и неоднородного состава. В России и за рубежом этот способ является основным.

Переработка хорошо вспучивающихся глин по пластическому способу сводится в основном к предварительной обработке массы, грануляции и подаче гранул сырца в сушильную установку или во вращающуюся печь. Для введения твердых добавок предусмотрен приемный бункер с ленточным питателем, дозирующий добавки непосредственно на линию переработки глин. Жидкие добавки при необходимости подают насосом в расходный бак, снабженный вентилем и механизмом дозирования. Для формования гранул используют ленточные прессы со специальными мундштуками с отверстиями диаметром 6−12 мм.

Опудривающая установка состоит из приемного бункера, шнека-питателя, ленточного элеватора, расходного бункера, дискового питателя и опудривающего барабана размером 1,6×8 м. Опудривающую добавку в отдельных случаях подают также через холодный или горячий конец печи.

Сырцовые гранулы обжигают во вращающихся печах длиной 20−50 мм диаметром 1,8−3 м. В типовом проекте производства керамзита по одноступенчатому способу предусмотрена предварительная сушка сырцовых гранул. Для сушки гранул влажностью 22−24% до влажности 10% применяют сушильный барабан размером 2,8×20 м. Загрузку вращающихся печей размером 2.5×40 м подсушенными гранулами производят весовыми дозаторами. После обжига охлажденные в барабанных или слоевых холодильниках гранулы с температурой около 80 °C подают скребковыми конвейерами и элеваторами в отделение гравиесортировки.

Керамзитовые предприятия, построенные по указанному типовому проекту, недостаточно эффективны, что объясняется главным образом применением несовершенного в тепловом и технологическом отношении печного агрегата, не позволяющего обеспечить ступенчатый режим обжига и необходимую утилизацию высокотемпературного теплоносителя.

Для повышения технологической и теплотехнической эффективности однобарабанных печей и приближения их режима к максимальной температуре до 600−800°С с последующим быстрым охлаждением до конечной температуры 50−70°С. Такой режим охлаждения можно создать в барабанных и шахтных холодильниках.

Таблица 1. Техническая характеристика однои двухбарабанных печей

Производство керамзитового песка совместно с керамзитовым гравием является самым простым и экономичным. Для этого можно использовать упрощенную схему подготовки глинистого сырья по опыту зарубежных фирм «Лека» (Дания), «Лохья» (Финляндия) и др., при которой процесс гранулообразования переносят в барабан предварительной подготовки. Получение большего количества мелких гранул обеспечивают внутрипечные теплообменные устройства в виде цепных завес или ячейковых теплообменников. Они же способствуют существенному снижению темпера туры отходящих газов из печи, а, следовательно, общей экономии теплоты при обжиге керамзита.

По принятой в России технологии керамзитовый песок получают в небольших количествах (около 3%) во вращающихся печах при обжиге керамзитового гравия, что не отвечает потребности в нем, составляющей 25−30% общего объема заполнителя.

Недостающее количество песчаной фракции может быть компенсировано путем его автономного производства, дроблением спеков или крупных фракций керамзитового гравия, а также применением отходов промышленности (зол ТЭС, золошлаковой смеси и т. д.).

Обожженный керамзитовый песок имеет ряд преимуществ по сравнению с дробленым песком: зерна округлой формы размером в основном от 0,16 до 5 мм, насыпная плотность примерно 500−700 кг/м3. Автономное производство такого песка в РФ невелико.

В Смышляевке, например, функционирует экспериментальный завод по производству керамзитового песка, получаемого по двустадийной схеме термической обработки в кипящем слое. Подготовка сырца может осуществляться по технологической схеме обработки глины для полусухого прессования кирпича или же дроблением подсушенных глиняных гранул.

Печь термообработки состоит из двух камер, расположенных вертикально одна над другой и разделенных непроницаемой перегородкой. В нижней камере обжига происходит сжигание газа непосредственно в слое псевдосжиженного материала, поступающего туда из верхней камеры термоподготовки, в которой материал подогревается газами, отходящими из камеры обжига и очищенными от пыли в системе циклонов. Охлаждение керамзитового песка происходит в холодильнике кипящего слоя, куда вспученный песок поступает из камеры обжига.

На производство 1 м³ керамзитового песка в печах кипящего слоя расходуется в среднем сырья карьерной влажности 0,9 т, электроэнергии 30 кВт/ч и топлива 94 кг.

Двухзонная печь кипящего слоя CMC-139 производительностью 50 тыс. м³ керамзитового песка в год изготовляется серийно Куйбышевским заводом «Строймашина». Съем керамзитового песка с 1 м² пода печи в зависимости от свойств сырья 2,5−3,5 м³ в 1 ч.

Таким образом, производство керамзитового песка совместно с керамзитовым гравием является самым простым и экономичным.

3. Технология производства шликерного керамзита

Технология глинозольного или шликерного керамзита основана на применении отходов теплоцентралей. Золу ТЭС при производстве глинозольного керамзита используют в качестве добавки, вводимой в глину (в количестве 10−30%), и в качестве компонента сырьевой смеси (50% и более).

В качестве добавки, снижающей насыпную плотность керамзита, используют в первую очередь золы с содержанием оксидов железа 12−20%, оксидов алюминия 20−35%, при этом удельная поверхность золы должна находиться в пределах 1000−3000 см²/г. Если же зола служит компонентом сырьевой смеси, то содержание отдельных оксидов может изменяться, в более широких пределах.

Максимально допустимое содержание остатков топлива в золе, используемой в производстве глинозольного керамзита, не должно превышать 17%, при этом предпочтение отдают золам из отвалов гидроудаления, так как при применении сухой золы-уноса не удается достичь требуемой гомогенности глинозольной шихты даже при интенсивном и длительном ее перемешивании.

Рекомендуемая технологическая схема производства глинозольного керамзита принципиально не отличается от схемы производства керамзита. Основная особенность ее помимо усреднения золы — более тщательная подготовка сырьевой смеси. Сначала смесь перемешивают в глиномешалке с пароувлажнением, а затем в другой глиномешалке без пароувлажнения или вначале в глиномешалке, а затем в дырчатых вальцах. При этом глинистый компонент предварительно обрабатывают на вальцах тонкого помола.

Исследования НИИ керамзита показали, что введение в глинистую шихту золы ТЭС позволяет снизить насыпную плотность керамзита на одну-две марки. Влияние количества вводимой золы на прочность глинозольного керамзита показывают следующие данные:

Количество золы, % по массе сухой шихты 0 30 50 70

Насыпная плотность, кг/м³… 400 406 413 440

Прочность, МПа 1,7 2,3 3,1 3,4.

Производство глинозольного керамзита экономически выгодно, так как стоимость золы ниже стоимости природного сырья, а наличие в ней остаточного топлива обеспечивает снижение общего расхода теплоты на обжиг.

Зольным гравием называют искусственный пористый заполнитель с зернами округлой формы, получаемый обжигом сырцовых гранул золы-уноса сухого или гидроудаления в коротких прямоточных вращающихся печах. В качестве добавок используют глину или СДБ (для улучшения грануляции), пиритные огарки (для снижения температуры размягчения) и кварцевый песок (для повышения прочностных показателей готового продукта).

Зола должна содержать не более 10% несгоревших углистых частиц, не менее 7% оксидов железа и не более 8% оксидов кальция и магния. При более высоком содержании несгоревших остатков угля в золу добавляют глину. Влажность шихты после сушки должна быть менее 5%. Остаток на сите 0,063 измельченной золы не должен превышать 30, на сите 0,085−10 и на сите 21−2%. Плотность раствора СДБ должна быть 1,05−1,08, а его расход 15−25% по массе зольной муки.

Для упрочнения гранул, попадающих в реакционную прямоточную зону вращающейся печи, их предварительно подсушивают в сушильном барабане. Насыпная плотность и прочность зольного гравия приведены в табл. 2. Зольный гравий не должен содержать включений свободной извести.

Таблица 2. Насыпная плотность и прочность зольного гравия

Потери в массе при прокаливании допускаются не выше 5%, а после 15 циклов попеременного замораживания и оттаивания потери в массе не должны превышать 10%. Максимальная отпускная влажность 5%. В сортовом зольном гравии не должно быть больше 5% дробленых кусков.

Таким образом, технологическая схема производства глинозольного керамзита принципиально не отличается от схемы производства керамзита. Основная особенность ее помимо усреднения золы — более тщательная подготовка сырьевой смеси.

Заключение

В строительной отрасли широко применятся керамзит, как более экономичный материал, обладающий положительными свойствами. В зависимости от физико-механических свойств исходного сырья рекомендуются сухой, пластический, шликерный или порошковый способы производства керамзита.

Сухой способ применяют при использовании сланцев, шунгитсодержащих пород, аргиллитов и других, однородных по составу крупноструктурных камнеподобных пород, подвергающихся при карьерной влажности дроблению и рассеву.

Пластический способ подготовки сырья и приготовления полуфабриката применяют при использовании увлажненных пластичных и рыхлых глинистых пород однородного и неоднородного состава. В России и за рубежом этот способ является основным.

Технология глинозольного или шликерного керамзита основана на применении отходов теплоцентралей. Золу ТЭС при производстве глинозольного керамзита используют в качестве добавки, вводимой в глину, и в качестве компонента сырьевой смеси. В качестве добавки, снижающей насыпную плотность керамзита, используют в первую очередь золы с содержанием оксидов железа 12−20%, оксидов алюминия 20−35%, при этом удельная поверхность золы должна находиться в пределах 1000−3000 см²/г. Если же зола служит компонентом сырьевой смеси, то содержание отдельных оксидов может изменяться, в более широких пределах.

Таким образом, производство керамзита основано на применении дробленых твердых пород путем их тепловой обработки, смешивания и спекания.

керамзит производство пресс шликерный

1. Мельников, В.Г., Основы стандартизации строительных работ, допуски, посадки и технические измерения: учебник [Текст] / В. Г. Мельников, Л. С. Казанов. — М.: «Высш. шк», 1988. — 253 с.

2. Микульский, Б. Г. Строительные материалы: учеб. пособие [Текст] / Б. Г. Микульский. — М.: Изд. ЧАСВ, 2000. — 298 с.

3. Способы производства керамзита [Текст] // Строительные материалы: справочник / В. Г. Мельников, Л. С. Казанов, П. П. Золотова. — М.: Стройиздат, 1999. — С. 345−358.

4. Строительные материалы и изделия: учеб. пособие [Текст] / Белгтасм — Белгород, 2000. — 126 с.

5. Технологии и способы производства керамзита [Текст] // Строительные материалы: справочник / А. С. Болдырев, П. П. Золотов, А. Н. Люсов и др.; под ред. А. С. Болдырева, П. П. Золотова. — М.: Стройиздат, 1989. — С. 408−416.