Виробництво сланцепориту

Пластичний  спосіб виробництва керамзиту є найбільш поширеним. За цим способом глинисту сировину перероблюють у зволоженому стані у вальцях, глино змішувачах. Пластичний спосіб підготовки сировини і виготовлення керамзиту застосовують при використанні зволожених пластичних та пухких глинистих порід як однорідного, так і неоднорідного складу. При цьому способі виробництва до глинистої маси вводять добавки, що підвищують схильність вихідної сировини до спучування.

 

За своїми властивостями  та технологією отримання сланцепорит  можна вважати одним із різновидів  керамзиту.

Технологічна схема одержання сланцепориту, як вже було сказано, передбачає використання сухого способу підготовки сировини. При наявності включень роговиків у складі сланців використовують метод вибіркового подрібнення у грохоті-дробарці, що забезпечує збагачення сланців. За даними наявність роговиків та інших включень у складі сланців не впливає суттєво на його основні властивості, але при цьому відбувається деяке підвищення насипної густини заповнювача.

Згідно із завданням  потрібно розробити технологічну схему  виготовлення сланцепориту і обґрунтувати технологічну можливість зниження насипної густини заповнювача.

Сухий спосіб використовується при наявності однорідної за складом глинистої сировини, однотипних сланців та аргілітів, які не містять шкідливих включень і характеризуються достатньо високим коефіцієнтом  спучування. Оскільки вихідною сировиною в даній курсовій роботі є сланці, - для виробництва сланцепоритового гравію обрано саме цей спосіб. Глиняні  сланці належать до метаморфічних порід, і вони утворилися на великій глибині під впливом високих температур і тисків.

  Сухий спосіб є найбільш економічним(з точки зору витрати енергії та необхідних капіталовкладень) і використовується в разі наявності камнеподібної, глинистої однорідної сировини, що має вологість -8-12%.

 

 

 

 

 

Технологічна схема виготовлення   сланцепориту

 

Добування

Транспортування

 

Ящиковий живильник

Стрічковий конвеєр

 

Вальці грубого помелу

Стрічковий конвеєр

Вальці тонкого помелу

Стрічковий конвеєр

Грохоти

 

Бункери запасу

 

Тарілчастий живильник

Стрічковий конвеєр  з оббризкуванням

Випалювальна обертова піч

Холодильник

 

Транспортний засіб

Грохоти

 

Складування

 

 

 

3.2. Режим роботи підприємства

 

Режим роботи підприємства характеризується кількістю робочих  днів на рік, кількістю змін за добу, і тривалістю змін у годинах на технологічних операціях.

При виборі режиму роботи підприємства необхідно врахувати характер роботи основних агрегатів. Процеси сушіння, і особливо випалювання, звичайно відбуваються безперервно, без зупинки теплових агрегатів на вихідні та святкові дні.

№ п/п	Відділення, операція	Кіль-кість робо-чих днів на рік	Кіль-кість змін за добу	Трива-лість робо-чого тижня, днів	Трива- лість зміни, год	Річний фонд робо-чого часу, год	Коеф. викорис тання облад-нання, Кв	Річний фонд викорис- тання облад-нання, год
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	Добування і подавання глини: у глино-запасник; у вир-во	270     270	2 3	7 7	8 8	4320 6480	0,8 0,9	3888 5184
2	Склад: приймання сировини; видавання сировини	365   365	2   3	7   7	8   8	5840   8760	0,9   0,8	5256   7008
3	Відділення підготовки сировини	365	3	7	8	8760	0,8	7008
4	Виділення добавок (мазут)	365	3	7	8	8760	0,8	7008
5	Випалю-вальне відділення	365	3	7	8	8760	0,92	8059,2
6	Відділення охолодження	365	3	7	8	8760	0,8	7008
7	Сортувальне відділення	365	3	7	8	8760	0,8	7008
8	Класифікації та складування готової  продукції	365	3	7	8	8760	0,8	7008

 

 

3.3. Виробнича потужність.

 

Потужність підприємства має забезпечити потужність основного  технологічного обладнання. Виробничу  потужність розраховують згідно з річною нормою підприємства. Режимом роботи та фондом робочого часу за окремими технологічними операціями. При цьому потрібно врахувати виробничі втрати при підготовці, переробці. Та транспортуванні сировинних матеріалів, напівфабрикатів і готової продукції.

 

№ п/п	Технологічна операція	Один к-ті про-ції	Формула для розрахунку річної продуктивності	Продуктивність
				Річна	Місяч-на	Доб-ова	Годин- на
1	2	3	4	5	6	7	8
1	Добування сировини і  транспортування на склад;*	т		48299,68	4024,97	134,16	5,59
2	Подрібнення  транспортування  і грануляція	т		47816,69	3984,72	132,82	5,53
3	Термопідготовка	т		47338,52	3944,88	131,49	5,48
4	Випалювання	м3		61224,49	5102,04	170,06	7,08
5	Класифікація і складування  готової продукції	м3		60000	5000,00	166,66	6,94

 

 

 

 

 

 

 

3.4 Опис технології виробництва.

 

За своїми властивостями  та технологією отримання сланцепорит  можна вважати різновидом керамзиту. Сланці, котрі подібні за своїм  хімічним складом до легкоплавких глин, видобувають відкритим способом у кар’єрі. Звідти автотранспортом доставляються на підприємство. Привезена сировина складується в глинозапасник. Потім ящиковим живильником надходить на вальці, що видаляють каміння, далі сировина подрібнюється вальцями грубого та тонкого помелу. . Після подрібнення, отриманий матеріал надходить на сортувальний грохот у якому розподіляється за фракціями. Потім її відправляють у проміжний силос (бункер) обертової печі. Подрібнена сировина тарільчастим живильником потрапляє на стрічковий конвеєр, де до суміші за допомогою пристрою для розбризкування додається мазут. Утворені гранули розміром 5...20 мм підсушуються в сушильном барабані і випалюються в обертовій печі при температурі 1250... 1450°С. Отриманий матеріал надходить у холодильник, а з нього елеватором надходить на сортувальний грохот.  Після грохоту матеріал потрапляє на склад готової продукції.

Отриманий таким чином  сланцепорит  характеризується насипною густиною М250...600, міцністю при стиску в циліндрі – 6,8 МПа, пористістю – 43%, пустотністю – 46%, водопоглинанням – 6%. Слід зазначити, що за своїми властивостями сланцепорит не поступається керамзиту, а тому даний заповнювач використовують як крупний заповнювач для бетону марок 200...250 (або класів В15...В20).

 

3.5. Особливості структуроутворення пористого заповнювача

Основною технологічною  операцією виробництва сланцепориту є процес спучування гранул. Для  його реалізації необхідно, щоб активне  газоутворення, яке пов'язане з  дегідратацією глинистих мінералів  та розпадом карбонатів за часом збігалося  з переходом глинистих сланців у піропластичний стан. Останній характеризується оптимальною в'язкістю при виділенні рівномірно розподілених газоподібних продуктів, які здатні розширити розм'якшену масу. Ступінь спучування, характер ніздрюватої структури матеріалів, а також механізм її утворення залежать, крім того, від сил поверхневого натягу, природи та кількості газів.

Механізм спучування  сланцепориту є складним  процесом  і  може бути представлений за допомогою реакцій наведених в таблиці:

 

Температура, °С	Реакції
До 300	Al2(OH)2[Si4O10] nН2О → Al2(OH)2[Si4O10](n-x)H2O + хН2О
300...400	2FeO + H2О → Fe2О3 + H2 С + Н2О → CO + Н2 С + С02 → 2СО
>400	Fe2О3 + CO → 2FeO + СО2 3Fe2О3 + CO → 2Fe3О4 + СО2 Fe3O4 + CO → 3FeO + CO2
350...560	3Fe2О3 + H2 → 2Fe3О4 + H2О
570...800	Fe3О4 + H2 → 3FeO + H2О 2CO → С + CО2 2C + О2 → 2CO Al2О3·2SiО2∙2H2О → Al2О3∙2SiО2 + 2H2О CO + H2О → CО2 + H2 Fe2О3 + H2 → 2FeO + H2О Al2(OH)2[Si4O10](n-x)H2О → Al2(OH)2[Si4О10] + (n-x)H2О
800...900	CaC03 → CaO + CО2 3FeO + CО2 → Fe3О4 + CO
>1000	Al2(OH)2[Si4O10] → Al203·4SiО2 + H2О 4FeO + О2 → 2Fe2О3 6FeO + 4О2 → 2Fe3О4

 

При випалюванні висушеної  гранули у печі при Т=130...170"С  починається дегідратація глинистої  речовини (мінералів монтморилоніто-каолінітової групи) з видаленням міжшарової води. Утворені пари води при Т=300..400"С реагують з оксидом заліза FеО, що сприяє окисленню останнього і синтезу водню. 

2FеО + H₂О = Fе₂О₃ + H₂

В той самий час  відбувається реакція окислення  вуглецю,  що входить до складу органічних речовин, за рівнянням 

C + H₂О = CO + H₂

Це сприяє встановленню відновлювального середовища всередині  гранули. При температурі, що перевищує 400"С, поступово підвищується інтенсивність  відновлення Fе,О до FеО.  При цьому  гранула сланцепориту покривається сіткою тріщин внаслідок коксування органічної речовини, колір її змінюється до темно-сірого або чорного. 

При температурі вище 500"С дегідратація глинистих мінералів  стає більш інтенсивною, причому  незначна кількість водяної пари може залишатися в глинистій речовині, що амор-фізована, або розчинятися у розплаві. При досягненні температури 800. 850'С вміст оксиду заліза FeO стає максимальним, причому його абсолютна кількість залежить від кількості органічної речовини. Відновлювальне середовище сприяє зниженню температури дегідратації глинистих мінералів при-наймні на 80...100 "С (в порівнянні з окислювальним середовищем).

Оксид вуглецю при  температурі Т=800'С стає нестабільним і підлягає дисоціації на вуглекислий газ та вуглець.  Останній може відкладатися у вигляді сажі всередині гранул або адсорбуватися на їх поверхні. Вуглекислий газ, що утворюється при дисоціації карбонатів, веде себе як окислювач і сприяє переходу FеО до Fе₃О₄ що приводить до незначного зниження кількості FеО. Ця обставина пояснює, чому вугле-кислий газ у процесі спучування не відіграє домінуючої ролі.  При подальшому нагріванні до 900'С, завершуються процеси дисоціації карбонатів та відновлення гематиту до вюститу. 

При температурі до 1100'С, у зонах з відновлювальним  середовищем внаслідок значного зростання кількості вюститу (FeО) та його взаємодії з глинистою речовиною, відбувається руйнування структури останнього з утворенням ев-тектик в об ємі гранули та видаленням газоподібних продуктів, що приймають активну участь у формуванні пористої структури, при цьому у тріщинах окислювальне середовище замінюється на відновлювальне, а частина тріщин починає закриватися. 

Приблизно після четвертої  хвилини випалювання при Т=1100...1150'С  утворюється зона вигоряння вуглецю.  Внаслідок цього у силікатному розплаві починається вторинне окислення (FеО – Fе₂О₃) (при цьому колір гранули змінюється від сірого до бурого).  Підвищення ступеня окислення оксидів заліза у кірці, що утворюється на поверхні гранули, збільшує в'язкість і тугоплавкість склоподібної речовини, яка є частково закристалізованою. Таким чином, без формування оболонки (товщиною 0,2. 0,5 мм) на поверхні гранули, що є більш окисленою, ніж матеріал у її середині, отримання окремих гранул заповнювача при випалюванні стає проблематичним.  3 іншого боку, підвищення ступеня окислення заліза на поверхні гранули і кристалізація (Fе₂О₃) сприяють різкій зміні коефіцієнта об'ємного розширення, що при охолодженні може призвести до зниження міцності сланцепориту. Збільшення часу витримування гранул при максимальній температурі обумовлює зростання розміру пор і зменшення їх числа, загальний розвиток деструкції пористої структури під впливом сил поверхневого натягу, що може привести до зменшення об'єму гранули.