книги / Производство керамзита

при быстром обжиге полное выгорание углерода с выделением газообразных продуктов окисления в Риде оксида или двуоксида углерода может наступить лишь после завершения процесса обезвоживания, когда пре­ кратится обильный противоположный ток паров воды и кислород получит свободный доступ к частицам мате­ риала;

газообразные продукты диссоциирующих примесей в основном улетучиваются в период обезвоживания мате­ риала, играя такую же тормозящую роль для доступа свободного кислорода к частицам, как и пары воды;

в течение периода обезвоживания материал имеет бо­ лее низкую температуру, чем горючие газы в печи, что способствует накоплению в порах материала и на его поверхности продуктов неполного сгорания топлива;

процесс обезвоживания, так же как и диссоциация некоторых примесей глины, требует лишь расхода тепло­ ты, тогда как процесс обезуглероживания требует не только расхода теплоты для создания начального им­ пульса процесса (энергия активации), но и притока кис­ лорода;

при наличии органических примесей в глинистом м а­ териале и затрудненном доступе кислорода для их окис­ ления, в пустотах между частицами глины создается вос­ становительная атмосфера, наличие которой исключает необходимость поступления восстановителей из внешней газовой атмосферы печи, циркулирующей над материа­ лом. Это и позволяет проводить обжиг керамзита в сла­ боокислительной и окислительной внешней среде с нор­ мальным для обжигаемого вида топлива избытком воз­ духа.

Для обеспечения благоприятной восстановительной атмосферы внутри зерен материала кривая обжига долж ­ на устанавливаться таким образом, чтобы окончатель­ ное окисление коксового остатка органических приме­ сей передвигалось в область температуры начала вспу­ чивания.

Скорость и температурный уровень нагревания при обжиге. При обжиге керамзита не менее важное значе­ ние, чем газовая среда, имеют скорость и температура нагрева. Опыт показывает, что постепенный нагрев по­ давляющего большинства легкоплавких глинистых по­ род не создает оптимальных условий для вспучивания. Материалы, полученные в результате такого обжига, как

йравило, вначале имеют вид керамического черепка, а затем расплавляются без образования характерной для керамзита мелкоячеистой структуры. Лишь немногие железистые глинистые породы, в изобилии насыщенные тонко распределенными органическими примесями, или породы, обожженные в восстановительной среде, сохра­ няют способность вспучиваться при медленном нагрева­ нии. Однако их коэффициент вспучивания при этом рез­ ко падает.

Положительное влияние фактора скорости подъема температуры на процессы, способствующие керамзитообразованию или обусловливающие его, состоит глав­ ным образом в том, что при ускоренной термической об­ работке замедляются окислительные реакции и внутри

должительный период для восстановительных реакций и сохраняются потенциальные ресурсы газообразующихся веществ до той температуры, при которой глинистая по­ рода вспучивается.

Таким образом, скорость термической обработки гли­ нистых материалов при производстве керамзита можно рассматривать как фактор, регулирующий ресурсы вос­ становителей внутри зерен материала, окислительно­ восстановительные процессы и расход газообразных продуктов на стадии обжига со вспучиванием. О зна­ чительном влиянии скорости обжига на темпера­ турный уровень физико-химических процессов, проте­ кающих в керамическом черепке, и перемещении ряда реакций в сторону более высоких температур свидетель­ ствуют также результаты проведенных нами исследова­ ний влияния скорости нагревания на температуру паде­ ния керамических пироскопов (рис. 28, табл. 17), кото­ рые, как известно, применяются для контроля темпера­

гревания до 30—60 град/мин, характерной для техноло­ гии обжига керамзита, падение пироскопов происходит при температуре на 80— 170° выше обусловленной стан­ дартом.

Рис. 28. Влияние скорости на­ гревания на температуру паде­ ния керамических пироскопов № 100, 110, 118

Автором установлено, что решающую роль при вспу­ чивании глинистых пород играют скорость и температур­ ный уровень тепловой обработки материала на различ­ ных стадиях обжига — обстоятельство, имеющее осно­ вополагающее значение для разработки рациональной технологии керамзита, главнейшей особенностью кото­ рой является не постоянная, а ступенчатая термообра­ ботка [80, 88, 95].

сырье подвергали тепловой обработке по различным ре­ жимам в различном физическом состоянии: крошки из природного, непереработанного сырья, сфероидов или цилиндриков с формовочной влажностью, подвяленных, воздушно-сухих и с нулевой влажностью, а также шлам.

Тепловую обработку образцов при этом вели в окис­ лительной и восстановительной средах: при постепен­ ном нагревании от комнатной температуры до темпера­

вспучивания без предварительного нагрева; с предвари­ тельной тепловой обработкой образцов в течение 15— 30 мин до 200, 300, 400, 500, 600, 700 и 900 °С, с после-

дующим быстрым 5— 10-минутиьш ©бжгатм ® ш »£ ней!' пературы вспучивания (1170— 1250Х ),

Важной является и следующая з т ^ т т е ^ ш ш ' большей вспучиваемостью обладает и сходов Ш1[рйф, труднее оно теряет это свойство при ш т л т ш ш ш ядарфвании. Так, у хорошо вспучивающихся смышляевской и нурлатской глин гари ппшлшойннш н а ­

гревании в окислительной среде в течение ВШ) мш кФ йф - фициент вспучивания падает с 6,8; 7,1 и 7,23> Ш5яшшгатвенно до 1,86; 1,8 и 2,2, тогда как средаасшхид^жшсаашщшся курганская, лианозовская, новонерусаштюШЕ&н ш ав>- колов-сарбаевская глины в тех ж е усм тш ш едока сшхдданяют вспучиваемость с минимальными шшффгащшнгшми 1,4; 1,6; 1,7 и 1,8, а суглинки исследовашпшлж тпнтшв глтьностью теряют это свойство (рис. 29, 30)..

Как правило, природные разности суглшшшш дшшг пшризованный материал плотностью ошшш 11 шЦаР.. ППри добавке же к ним железистых н оргаштешшж шэцщспю ш обжиге по ступенчатому способу они оббешеншшвиг ггго-

с их классификацией по химическому ш шввдраатншшшскому составу.

Первая группа представлена хоропшкш жощчиваашщпмися тонко-дисперсным и глннал™ и ш т смышляевской, парсуковской, чукашшшоБшщ, шшпшшидай и волжской иловатой. Сырье этого шщщщ ©башаддаяг нкшшяа высокой склонностью к вснучиважшш) кзж ш в т т л т ш п ь - ной, так и в восстановительной среде. Пцш шшзштютом подъеме температуры эти пщны рош о швжшш;, нш шее же частично сохраняют вснучшвашосшь. Ш ухжининк сщупенчатого обжига они требуюпг шредашнгагаяваБИшгао нвагрева до 400—500 X . С переходом ж е шш тшшшерепщинийй уровень тепловой подготовки ш шредедшжШВ—ШИЮ^пдш- исходит резкая, почти внезашшая ппшедщ (шшззейннппи ж вспучиванию- Д ля этих глин характершш гшншишя днншь ца между интенсивностью шзшучгашавниш (©(Ефшящщ, afiff®--

ровского месторождений. Это обычно умеренно зйпбсоченное довольно грубодисперсное сырье со слабой склон­ ностью к вспучиванию и пониженным содержанием ок­ сидов железа и органических примесей. При постепен­ ном подъеме температуры в условиях окислительной среды такое сырье, как правило, не вспучивается. В вос­ становительной среде у него проявляется слабая склон­ ность к вспучиванию. Сырье этой группы особенно чув­ ствительно к повышенным температурам тепловой под­ готовки. При обработке их в пределах 200—300 °С эти суглинки хотя и слабо, но вспучиваются, коэффициент вспучивания при этом достигает 2—2,5. Особенно возра­ стает их вспучиваемость в восстановительной среде или при добавке 1—2 % органических веществ, а еще лучше при одновременной добавке железистых и органических компонентов и обжиге по ступенчатому принципу. Одна­ ко при дальнейшем повышении температуры тепловой подготовки вспучиваемость этих суглинков быстро сни­ жается, а затем при 400—500 °С пропадает совсем.

Для этого вида сырья характерна резкая разница между вспучиваемостью в окислительной и восстанови­ тельных средах. По-видимому, относительно низкая сте­ пень дисперсности и высокая газопроницаемость массы влияют на быстроту выгорания органических примесей, снижение и даже потерю вспучиваемости подобного сырья при обжиге.

К четвертой группе относятся запесоченные суглинки Новоселовского, Хлюпинского и Соколовского месторож­ дений, содержащие более 74 % кремнезема и более 45 % свободного кварца. Суглинки этого типа практически не вспучиваются в условиях как окислительной, так и вос­ становительной среды, и поэтому не могут быть рекомен­ дованы для использования в производстве керамзита во вращающихся печах.

Большой интерес представляют экспериментальные данные о зависимости вспучиваемости глин и суглинков от продолжительности их тепловой обработки при раз­ личной температуре и изменения содержания органиче­ ских примесей.

Исследуемые образцы подвергали предварительной тепловой обработке при 100, 300, 500 и 700 °С в течение 5, 15, 30, 40 и 60 мин с определением невыгоревших ор­ ганических примесей в пробах-близнецах, а затем 10 мин обжигали при температуре вспучивания (рис. 31). Мак-

в

Рис. 31. Зависимость вспучивания нурлатской (а), волжской-ило- ватой (б) глин и лосиноостровского суглинка (в) от содержания органических примесей и продолжительности предварительной теп­ ловой обработки при 300 °С (1), 500 °С (2) и 700 °С (3)

симально вспучивались лишь образцы, подвергнутые предварительной тепловой обработке до температуры воспламенения органических примесей. По мере даль­ нейшего повышения температуры предварительной теп­ ловой подготовки вспучиваемость глинистого сырья зна­ чительно падает, особенно резко при увеличении продол­ жительности тепловой обработки материала. Так, коэф­ фициент вспучивания нурлатской глины при тепловой обработке в течение 5 мин при 300, 500 и 700 °С соответ­ ственно составляет 7,3; 6,5 и 4,6. С увеличением времени тепловой обработки до 30 мин и тех же температурах ко-

■л

VS «’« с :

а

Рис. 32. Взаимосвязь между содержанием органических примесей, оксидов железа и вспучиваемостыо при обжиге керамзита

1 —органические примеси; 2 —насыпная плотность; 3 —FeO

эффициент вспучивания снижается уже до 4,1; 3 и 2,1, или более чем в 2 раза. Дальнейшее увеличение времени тепловой обработки этой высоковспучивающейся глины приводит к потере преимуществ перед слабовспучивающимся сырьем.

Еще более резко обнаруживаются указанные законо­ мерности при вспучивании средне- и слабовспучивающихся глинистых пород. Анализ рис. 31 показывает так­ же прямую зависимость между степенью вспучивания, скоростью выгорания органических составляющих и уве­ личениемтемпературы и продолжительности тепловой обработки. Кроме того, существует взаимосвязь при об­ жиге между содержанием органических примесей и раз­ личных форм железа (рис. 32).

Изложенные факты являются основополагающими для разработки рациональной технологии керамзита. Очевидно, что к неприемлемым и бесперспективным для использования следует отнести, в первую очередь, мето­ ды, приемы и условия вспучивания, ориентирующиеся на постепенный нагрев обжигаемого материала независимо от его влажности и характера среды при термообра­ ботке.

Этот вывод вытекает из того, что обжиг глин и суг­ линков при постепенном их нагревании приводит, как