книги / Производство керамзита

Оказалось, что вспучиваются и образуют керамзито­ вую структуру только те легкоплавкие искусственные смеси на основе глин, в состав которых одновременно введены оксиды железа и органические примеси. Смеси того же состава, но без добавок оксидов железа и орга­ нических примесей или с добавкой лишь одного из этих компонентов, не образуют керамзитовой структуры.

Предполагая, что роль органических примесей может выполнить восстановительная среда, мы провели в вос­ становительной среде обжиг серии образцов с добавкой оксида железа, но без органических примесей. Предпо­ ложение полностью подтвердилось; ранее не вспучиваю­ щиеся, обожженные в указанных условиях образцы хо­ рошо вспучивались, давая характерную для керамзита мелкоячеистую структуру.

При исследовании другой серии образцов методом выжигания (перекисью водорода) были удалены орга­ нические примеси высоковспучивающихся нурлатской и парсуковской глин. Этот метод, рекомендованный H. Н. Гедройцем для сжигания гумуса почв, позволяет удалять большую часть органических веществ, не затра­ гивая остальных составляющих глин. Эксперименталь­ ное опробование на вспучиваемость обработанных пере­ кисью водорода глин показало, что они полностью ут­ рачивали присущие им свойства к вспучиванию или в значительной мере теряли их, проявляя лишь слабую склонность к порообразованию. Аналогично искусствен­ ным смесям глины, из которых были удалены органиче­ ские примеси, при обжиге в восстановительной атмос­ фере снова приобретают ослабленную или утраченную способность к вспучиванию.

Решающая роль оксидов железа и органических при­ месей (или, что то же, восстановительной среды) при вспучивании легкоплавкого глинистого сырья полностью подтверждена и развита в последующих сериях.испыта­ ний.

Методом отмучивания и центрифугирования из ти­ пичного средне-, слабо- и невспучивающегося глинистого сырья были удалены крупные его фракции, в результате чего содержание оксидов железа возросло от 4—5 до 7— 12 %, а органических примесей — от 0,2—0,5 ДО 0,8— I, 5% . Вспучиваемость такого сырья резко возросла (см. табл. 5 и рис. 10). Коэффициент вспучивания увели­

чился с 1,5—2,2 до 4—7, а плотность керамзита снизи­ лась с 0,9— 1,2 до 0,3—0,4 г/см3.

Результаты описанных исследований важны не толь­ ко тем, что открывают путь для облагораживания сырья по шликериому способу, они фундаментально подкреп­ ляют вывод о решающей роли в процессах вспучивания совместного содержания в глинах оксидов железа и ор­ ганических примесей в оптимальных количествах и убе­ дительно доказывают возможность широкого применения добавок для повышения качества керамзита, прежде всего снижения плотности.

Были испытаны также слабовспучивающиеся суглин­ ки, в том числе используемые рядом керамзитовых пред­ приятий, с коэффициентом вспучивания в природном со­ стоянии в пределах 1,75—2,5. Железистыми добавками служили болотная руда, пиритные огарки и железная руда Курской магнитной аномалии.

Анализ рис. 35, 36, 37 показывает, что жидкие орга­ нические добавки существенно, но неодинаково влияют на вспучиваемость различных суглинков: крайне слабо жидкие добавки, повышают вспучиваемость запесоченных суглинков типа мордасовского и рябковского, содер­ жащих свыше 74 % кремнезема, более 45 % свободного кварца, менее 4 % оксидов железа и незначительное ко­ личество органических примесей, зато обычные суглин­ ки, содержащие до 71 % кремнезема и более 4 % окси­ дов железа, резко повышают вспучиваемость при добав­ ке уже 0,25 % жидких органических веществ. При этом отмечено, что с повышением количества вводимой добав­ ки сверх некоторого оптимума (чаще около 0,5—0,75 %) вспучиваемость суглинков начинает понижаться.

Исследования влияния жидких добавок в цехе керам­ зитового гравия Бескудниковского завода показали, что оптимальные концентрации добавок в производственных условиях в 1,5—2 раза превышают лабораторные. Кро­ ме того, было еще раз подтверждено положение о том, что положительное действие органических добавок наб­ людается лишь в том случае, когда исходное сырье со­ держит достаточное количество оксидов железа, а об­ жиг керамзита во вращающейся печи ведут по кривой, приближающейся к ступенчатой. В противном случае жидкие легковоспламеняющиеся добавки выгорают преждевременно, еще на подходе материала к зоне вы­ соких температур, и ожидаемого эффекта не производят.

1 \ IV

/

1 х

1

W \v>

Д

1—4

У

О 0,5 1 1,5 Содержаниемазута, %

Рис. 35. Влияние добавок на коэффициент вспучивания

а —ССБ; б—мазут; в—керосин; / —братская глина; 2 —бескудни­ ковский суглинок; 3 —лианозовская глина; 4 —юргановская глина (ниж­ ний слой); 5 —мордасовская глина (нижний слой); б —то же (верхний слой); 7 —алсксесвская глина; 8 — рябковская глина; 9 —балтышскнй суглинок

Рис. 36. Изменение коэффици­ ента вспучивания левопадун-

ской (братской) глины при до­ бавке ССБ (/), мазута (2), солярового масла (<?), опилок (4), антрацита (5)

Надежное повышение вспучиваемости слабовспучиваемых глин и суглинков обеспечивается совместным вводом железистых и органических добавок. Так, рис. 37 наглядно иллюстрирует значительное повышение вспу­ чиваемости (в 2—3 раза) бескудниковского и чебоксар­ ского суглинков, а также ленинградской (кембрийской) глины при совместной добавке пиритных огарков и раз­ личных органических веществ.

Изложенное полностью подтверждается длительной практикой работы многих, в первую очередь Бескудни­ ковского и Кряжского керамзитовых предприятий, пер­ выми внедривших в производство железистые и органи-

Рис. 37. Зависимость ко­ эффициента вспучивания

ческие добавки в виде болотной руды, а затем иприт­ ных огарков, опилок обычных и карандашных, солярово­ го масла и мазута.

Добавляя к обычным слабовспучивающимся суглин­ кам железистые и органические примеси одновременно, Бескудниковский завод выпускает ныне на 9 вращаю­ щихся печах керамзитовый гравий отличного качества с насыпной плотностью 400—500 кг/м3, позволяющий изго­ товлять для стеновых панелей весьма эффективный керамзитобетон класса В3,5 плотностью 950 кг/м3.

В отличие от бескудниковских глина Кряжского мес­

Естественно, возникает вопрос о ресурсах железистых и органических добавок. Органические добавки распро­ странены почти повсеместно и их применение ничем не лимитируется. Наиболее распространенным и экономич­ ным видом железистых добавок следует считать пиритные огарки. Предприятия, поставляющие эти отходы, расположены почти в каждом крупном экономическом районе страны. Кроме ежегодного выхода этих отходов их скопилось более 15 млн. т в отвалах (табл. 18).

Значительный интерес представляют добавки для по­ вышения качества керамзита, особенно те из них, кото­ рые повышают прочность керамзитового гравия. Иссле­ дования ВНИИСтрома показали, что добавка катализа­

шает прочность керамзита.

На основании экспериментальных работ и промыш­ ленного опыта можно сделать следующие выводы:

интенсивность вспучивания легкоплавких глин и суг­ линков возрастает с увеличением до определенного пре­ дела содержащихся в них (8— 12% ) оксидов железа;

при равном содержании оксидов железа и других со­ ставляющих интенсивность вспучивания глин и суглин­ ков возрастает с увеличением до определенного предела (1,5—2 % ) содержания тонко распределенного гумуса (органических веществ);

при достаточном количестве оксидов железа, но от­ сутствии органических примесей глины и суглинки в окислительной атмосфере обжига практически не вспу­ чиваются;

интенсивность вспучивания глин и суглинков, содер­ жащих достаточное количество оксидов железа, но мало органических примесей, может быть резко повышена за счет обжига в нейтральной и восстановительных средах; наличие в железистых глинах и суглинках органиче­ ских примесей (1—2 %) в виде, например тонкодисперс­ ного гумуса, резко повышает качество их как сырья для производства керамзита. При недостатке органических примесей требуется их добавка или восстановительная

среда для обжига с учетом реакций:

,

примесей интенсивное вспучивание может быть обеспе­ чено за счет добавки пиритных огарков, железной или болотной руды до оптимального уровня (8— 12% );

только взаимодействие оксидов железа и органиче­ ских веществ (или восстановительной среды) создает ус­ ловия для нормального вспучивания легкоплавких глин на керамзит;

вспучиваемость глин и суглинков можно регулиро­ вать искусственно путем добавки к ним до оптимального уровня железистых и органических веществ;

радикального повышения прочности керамзитового гравия можно достигнуть направленным регулированием его фазового состава за счет содержащихся в природном сырье или добавке катализаторов кристаллизации с вы­ держкой при охлаждении на 50—200° ниже температу­ ры вспучивания.

Следует учитывать, что влияние добавок может быть более эффективным лишь в том случае, когда обжиг про­ изводится по ступенчатой кривой.

Автором вместе с сотрудниками ВНИИстрома им. П. П. Будникова разработаны теоретические основы кор­ ректирования глинистого сырья и регулирования техно­ логических факторов вспучивания добавочными матери­ алами. В последние годы НИИкерамзитом, НИСИ им. В. В. Куйбышева, Уфимским нефтяным институтом и другими организациями проведены значительные ис­ следования вопросов оценки, подбора, расширения но­ менклатуры добавок, дано обоснование физико-химиче­ ских процессов, протекающих при термической обработ­ ке обогащенных добавками шихт. Среди них выделяет­ ся своей научной значимостью и практической полез­ ностью серия работ Г И. Книгиной.

Изданные в обобщенном виде, эти работы представ­ ляют важное пособие для работников керамзитовой про­ мышленности [53].

Г. Й. Книгина с сотрудниками разделяют добавки: на органические, минеральные, органоминеральные и опудривающие. Данная ими классификация (рис. 38) охва­ тывает много новых опробованных и рекомендованных эффективных добавок — отходов предприятий нефтехи­ мии, включая: отработанный адсорбент перколяции па­ рафина, отходы катализаторного производства, отрабо­ танный катализатор К-5, мульму, отработанную глину контактной очистки масел, отработанную глииу+пирит-

ные огарки, мульмуЧ-ипритные огарки, катализирован­ ный шлам и др.

Исследованиями установлено, что жидкие нефтепро­ изводные вещества (как продукты, так и отходы) обра­ зуют органоминеральный комплекс с наличием сложных физико-химических явлений в структуре глинистых ми­ нералов. Шихты, обогащенные добавками этого ряда, от­ личаются хорошей пирохимической активностью по срав­ нению с твердыми органическими добавками, так как в таких смесях характерна в основном физическая приро­ да взаимодействия. Оптимальная величина искусственно вводимых жидких органических добавок в шихту для производства керамзита может определяться по «мето­ дике набухания», ■•пр<увер-ен1НОй на глинистых породах многих месторождений страны.

В работах [2,3] обосновано комплексное использова­ ние добавок — отходов нефтехимии и металлургии в про­ изводстве керамзита, что подтверждают исследования автора по корректировке глинистых пород органомине­ ральными комплексами, в том числе органожелезисты­ ми [3].

Одно из важных направлений в технологии керамзи­ т а — создание комплексных добавочных материалов, обеспечивающих многофакторное воздействие на физико­ химические процессы при термообработке. Так, хорошие результаты получены при введении в сырьевую смесь ор­ ганощелочных, органожелезистых и железощелочных комплексов [4].

Достаточно широко в последнее время для подбора оптимальных режимов производства, включая создание многокомпонентных шихт, применяются математические методы [4,5]. Несомненно, применение вычислительной техники и математических методов позволят не только оптимизировать параметры производства, но создавать новое поколение добавочных материалов, обладающих высокой пирохимической активностью в керамзитовых массах.

Существенно важные экспериментальные работы по вскрытию механизма действия нефтяных добавок на производство керамзита выполнены в Уфимском нефтя­ ном институте X. Г Гильмановым, П. Л. Ольковым и др. [20,21]. Было показано, что по аналогии с нефтетехно­ логическими процессами при тепловой обработке вспу­ чивающая добавка сперва адсорбируется на поверхно-

Рис. 38. Классификация добавок для производства керамзита (по