книги / Производство керамзита

условий разложения, диссоциации, восстановления и окисления отдельных компонентов глинистого сырья при нагревании. Лишь в последние годы получены экспери­ ментальные данные о кинетике газовыделения при об­ жиге керамзитового сырья. В табл. 7 сведены резуль­ таты исследования А. В. Жуковым кинетики газовыделе­ ния нескольких типичных глин. Установив состав газо­ вой фазы пор (СО2, Н20, S02), А. В. Жуков определил их количественное выделение на разных этапах обжига, в том числе и при температуре вспучивания. Основны­ ми газами, выделяющимися при 1000—1200°С, являют­

щихся газов имеет не моно-, а поликомпонентный харак­ тер.

Весьма важные экспериментальные данные по газовыделению при обжиге легкоплавких глин получены Г. И. Книгиной. Изучая механизм вспучивания глини­ стых пород на установке, включающей селитовую трубча­ тую печь в комплекте с аналитическими весами, Г И. Книгина и ее сотрудники обратили внимание на сущест-

Таблица 7. Состав газовой фазы, %., выделяющейся из глин при обжиге

венную роль не только высокотемпературных, но также средне- и низкотемпературных газов, выделяющихся при обжиге. Для пород различной степени вспучивания шихт с органическими органоминеральными добавками отмечается два основных этапа газовыделения в интер­ вале 100—400 и 600—900 °С, сопровождаемые интенсив­ ной потерей массы. Установлено, что у природных слабовспучивающихся суглинков отмечается меньшее газовыделение при низких температурах по сравнению с такими хорошо вспучивающимися глинами, как парсуковская и смышляевская. При 800—900 °С отмечается ин­ тенсивное газовыделение у суглинков, содержащих значи­ тельное количество карбонатов; за счет чего их общее газовыделение равнозначно газовыделению хорошо вспу­ чивающихся глин и шихт, корректированных органиче­ скими добавками шихт.

Исследования глинистых пород различного минерало­ гического и гранулометрического составов показывают, что общее газовыделение, оцениваемое потерей массы глинистых пород при обжиге, не может являться коли­ чественным критерием их вспучивания (табл. 8 ).

Степень вспучивания по показателю общего газовы­ деления можно установить только для глинистых пород, близких по гранулометрическому и минеральному сос­ тавам.

Изменяя скорость подъема температуры при обжиге с 5 до 45 град/мин Г. И. Книгина подтвердила одно из основополагающих теоретических и технологических по­ ложений керамзитового производства — смещение газо­ выделения в сторону более высоких температур при со­ хранении общего газовыделения. Так, с увеличением ско-

органоминеральной

добавкой

с:?

а)

Рис. 14. Кинетика газовыделения красноярского суглинка при обжи­

камере которой помещается обжигаемый образец, под­ вешиваемый к автоматическим весам. Камера приспо­ соблена для обжига в различных газовых средах. Изме­ нение массы записывается автоматически на диаграмме. Опыты производили в среде воздуха и азота при скоро­ сти нагрева 30 град/мин, а для части образцов — по сту­ пенчатому режиму, начиная с 400—500 °С и до конца обжига со скоростью 70 град/мин. Часть образцов была приготовлена с добавкой стимуляторов вспучивания — пиритных огарков и солярового масла.

На основании результатов исследований авторы уста­ новили, что общее газовыделение при обжиге может служить лишь условной характеристикой вспучивания данного глинистого сырья, а не различных его видов. Поэтому повышение общего газовыделения в результа­ те изменения газовой среды на нейтральную или восста­ новительную или улучшение режима термоподготовки сопровождается одновременным повышением вспучиваемости исходного сырья (табл. 9, рис. 14).

При равном общем газовыделении различные глини­ стые породы обладают разной способностью к вспучи­ ванию, причем глины с меньшим общим газовыделением

При рассмотрении газовыделения, как фактора, спо­ собствующего «вспучиванию глинистых пород и обуслов­ ливающего порообразование пиропластической массы, большое теоретическое и практическое значение имеет

го сырца и объем газообразной фазы, образующейся на момент вспучивания из любых источников, могут быть определены по следующим формулам:

VT= (PI Vclp2) (1—ППП/100)— Ук/рс;

массы, см3; GB— содержание в обжигаемом материале на момент вспучивания предполагаемого газопарообразующего компонента (воды, углерода, серы и т. п.), вспучивающего гранулу массой 1 г

Расчеты показывают, что для эффективного вспучи­ вания глины требуется ничтожно малое количество ис­ ходного вещества, поставляющего ту или другую газо­ парообразную фазу на момент порообразования. Напри­ мер, для получения керамзита с насыпной плотностью 300—325 кг/м3 такого вещества теоретически требуется всего 0,001—0,02 %, а с учетом 5—10-кратного запаса 0,05—0,1 %, что в 5—10 раз меньше ошибки опыта, до­ пускаемой в обычных исследованиях газовыделения. По­ этому неудивительно, что лишь с применением высоко­ чувствительных приборов могут быть обнаружены весь­ ма малые количества газопарообразной фазы, выделе­ ние которой смещается в область высоких температур при быстром нагревании.

Некоторые исследователи все еще высказывают мне­ ние, что вспучивание глинистых пород обусловливается

термическим расширением воздуха или любых других газов, заключенных в порах. Из ряда соотношений (273+ ГВ V)/273, принятых для температуры обжига 900, 1000, 1100° С и т. д., видоизменяющегося объема газовой фазы V, легко рассчитать, что за счет термиче­ ского расширения газов в пределах температур обжига керамзита образец может расшириться максимум на 15—25%, что отвечает практически невспученному ма­ териалу (рис. 15).

2.2. Условия размягчения глин, их плавкость, вязкость, поверхностное

натяжение и структурообразование

Размягчение и плавкость глин при обжиге. Механизм перехода исходного материала из твердого в размяг­ ченное состояние можно представить в следующем виде.

При нагревании однородной смеси минералов глин в областях контакта между ними еще в твердых фазах происходит химическое взаимодействие. С повышением температуры в результате дальнейшего взаимодействия компонентов появляется жидкая фаза за счет наиболее легкоплавких эвтектик и соединений. Количество жид­ кой фазы непрерывно увеличивается как за счет появ­ ления при более высоких температурах все новых и но­ вых эвтектик, так и взаимодействия уже образовавшей­ ся жидкой фазы с кристаллическими составляющими. Система при этом обогащается жидким раствором пе­ ременного состава. С появлением определенного количе­ ства жидкой фазы вязкость глинистой массы начинает понижаться под влиянием той или другой нагрузки, ма­ териал приобретает способность пластически деформи­ роваться. Глинистая масса, располагая при этом значи­ тельным количеством твердых нерастворившихся компо­ нентов, приобретает подвижность, а затем и текучесть.

При температурах вспучивания глинистый материал состоит из трех фаз: кристаллической, жидкой и газооб­