Проектирование технологической линии производства керамзитового гравия

 

 

 

 

 

 

Такие глины характеризуются следующим химическим составом: А1203 от 10 до 24%; Fe203 от 3 до 10%; CaO+MgO не более 6-8%.

Большое влияние на вспучиваемость оказывает свободный кварц, содержащийся в глине в виде кварцевого песка.

Излишнее содержание окиси кальция имеет вредное технологическое значение, так как, способствуя быстрому оплавлению зерен сырца в печи содействует слипанию их друг с другом и прилипанию к футеровке еще до развития процесса вспучивания.

Для производства во вращающихся печах керамзита, предназначенного для использования в теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных бетонах, рекомендуется использовать хорошо- и средневспучивающиеся природные или облагороженные глинистые породы. Изготовление же керамзита для конструктивных и высокопрочных легких бетонов может быть с успехом организовано на базе слабо- и средневспучивающихся глинистых  пород без применения облагораживающих добавок.

 

Важнейшие  физико-механические свойства глини стых пород, предопределяющие способ их переработки — однородность, плотность и структура породы.

При вспучивании однородных глинистых пород образование ячеистой структуры происходит равномерно. Такие породы — самые ценные виды сырья, так как приготовление полуфабриката из них сводится лишь к грануляции и исключает операцию гомогенизации. Наиболее однородны глинистые породы морских и в ряде случаев озерных отложений.

Из-за неравномерного вещественного состава неоднородное сырье или вовсе не вспучивается или вспучивается крайне неравномерно с образованием каверн, выплавов и других пороков структуры. Особенно большой неоднородностью отличаются многие ленточные, покровные глины и суглинки. В первых изобилуют тончайшие прослойки песка или шлюфа, а вторые сложены из структурных элементов различной конфигурации, между которыми отложены органические примеси, а также железистые и карбонатные наслоения. Подобные породы могут равномерно вспучиваться лишь после разрушения природной структуры и гомогенизации состава.

По степени уплотнения или отвердевания различают камнеподобные, плотные, пластичные и рыхлые глинистые породы.

Камнеподобные глинистые породы отличаются повышенной плотностью и хрупкостью. Обычно их влажность не превышает 3—9 %. Как правило, они вообще не размокают или плохо размокают в воде. К ним относят глинистые сланцы, плотные разновидности аргиллитов, а также часто встречающиеся обезвоженные толщи глин, например, приволжские шоколадные, пластунские (сочинские), майкопские, кембрийские и др. Среди камнеподобного сырья встречаются как однородные, так и неоднородные породы. Такие глинистые породы отличаются разнообразной (слоистой, иногда кубикообразной) структурой. В сухом состоянии, при сжатии, ударе и раскалывании они разрушаются преимущественно на примерно равные куски. Из однородного сырья этого типа изготовляют керамзит по сухому способу.

Пластичные глины и суглинки распространены наиболее широко. Они отличаются различными пластичностью, вязкостью, липкостью и влажностью в природном состоянии, хорошо перерабатываются пластическим способом. При этом однородное по составу сырье требует лишь грануляции, т. е. формования гранул, а неоднородное — разрушения природной структуры и гомогенизации. В воде эти глины, размокают, но сравнительно медленно, образуя пластичное тесто.

Рыхлые глины и суглинки имеют высокую пористость в природном состоянии, малую связность, хорошо распускаются в воде. Суглинки — типичные представители этой группы. При подходящем вещественном составе и достаточном вспучивании они могут быть использованы для производства керамзита пластическим или мокрым способом.

Состав глинистых пород

Физико-химические и важнейшие технологические свойства глинистого сырья в основном определяются его вещественным, минералогическим, гранулометрическим и химическим составами.

По вещественному составу легкоплавкие глинистые породы делят на следующие группы. К супесям относят мелкообломочные горные породы с содержанием частиц глинистых минералов 3—10%. Супеси занимают промежуточное положение между песками и суглинками. Они непластичны, обладают слабой связующей способностью и при некоторой оптимальной влажности комкуются. Для производства керамзитового гравия они непригодны.

Суглинки — тонкообломочные глинистые породы различного химико-минералогического состава и генетического происхождения с содержанием частиц глинистых минералов 10—30 %. По ряду основных свойств они занимают промежуточное положение между глинами и супесями. Суглинки обладают средней пластичностью и слабой связующей способностью. Малозапесоченные суглинки могут быть использованы для производства высокопрочного керамзитового гравия и плотных видов искусственных заполнителей типа керамлита и керамдора. При добавке к суглинкам железистых и органических материалов по современной технологии можно получить легкий керамзитовый гравий с насыпной плотностью до 400 кг/м3. Собственно глинами называют тонкообломочные горные породы различного гранулометрического и химико-минералогического состава и генетического происхождения. Затворенные водой глины образуют пластичное тесто, которое по высыхании сохраняет приданную ему форму, а после обжига приобретает твердость камня. Глины содержат свыше 30 % частиц одного или различных глинистых минералов группы: каолинита, монтмориллонита, гидрослюды и др. По составу глины относят к группе водных алюмосиликатов с преобладанием оксидов Al203-Si02-H20 и содержанием Fe203, FeO, Ti02, MgO, CaO, K20, Na20 и т. д.

 

Химический состав легкоплавких пород обусловлен их минералогическим составом, количеством и составом примесей и так же разнообразен, как и минералогический состав.

В легкоплавких глинистых породах, как показали исследования, состав основных составляющих, определяемых химическим анализом, варьируется в весьма широких пределах: Si02 — 48—80 %; А1203 — 7—27 % ; Fe203 и FeO —0,5—13,5%; СаО 0,5—20%; MgO — 0,3— 12 %; К20 и Na20 - 0,5-7,5 % .

Разумеется, многие из них, если не большинство, не отвечают требованиям,  предъявляемым  к керамзитовому сырью, по многим причинам: из-за недостаточной вспучиваемости, или отсутствия ее, засоренности крупнозернистыми каменистыми или известковистыми включениями, содержания сверх допустимых пределов вредных для производства керамзита и его применения известковистых и сернистых примесей и т. д.

 

1.3. Выбор и обоснование технологического  способа производства.

 

Процесс изготовления керамзита в промышленном масштабе состоит из следующих основных операций: добычи глинистого сырья, его складирования и доставки к месту производства; переработки сырья и приготовления исходного полуфабриката – сырца, пригодного для обжига со вспучиванием; обжига и охлаждения керамзита; сортировки и при необходимости домола заполнителя; складирования и выдачи готового продукта.  
     Основное оборудование керамзитовых предприятий – оборудование для обжига. В настоящее время наиболее распространен метод обжига керамзитового гравия в одно и двухбарабанных вращающихся печах; кроме того, осваивается промышленное производство керамзитового гравия и песка в печах кипящего слоя.  
        Решающее значение при выборе способов изготовления полуфабриката имеют физические, главным образом структурно-механические свойства глинистых пород: плотность, однородность, влажность, пластичность, структура и т. д. Природные же разновидности глинистого сырья обладают самыми различными свойствами. Так, глины различных месторождений в естественном состоянии могут быть разрыхлены и увлажнены; иметь плотное строение и быть пластичными и также увлажненными; представлять собой окаменевшую, почти сухую породу, с крупноструктурным строением, быть камнеподобными с мелкочешуйчатой лепестковой сланцеватой структурой со склонностью к распаду на мельчайшие частички; являться переувлажненными и зыбкими и т. д.  
      
     Таким образом, следует сделать вывод не только о возможности, но и технико-экономической целесообразности изменения приемов переработки глин в зависимости от свойств потребляемого сырья. В зависимости от технологических приемов переработки глинистых пород и приготовления гранулированного полуфабриката различают три основных способа производства керамзита: сухой, пластический и порошковый. Существует также шликерный способ.      

Сухой способ. Технологическая схема производства керамзита по сухому способу включает следующие переделы: добычу глинистой породы на карьере; дробление камнеподобного или подсушенного глинистого сырья на крошку, сортировку крошки; обжиг крошки со вспучиванием; охлаждение керамзита; сортировку керамзита и коректировку его зернового состава, складирование и выдачу готовой продукции.  
     Сухой способ подготовки сырья и изготовления полуфабриката целесообразен при использовании однородного по составу крупноструктурного камнеподобного глинистого сырья типа сланцев и аргиллитов. Конечная цель переработки сырья по сухому способу – приготовление фракционированной глинистой крошки с предельным размером зерен до 20 – 30 мм в поперечнике путем дробления и рассева.  
     Верхний предел влажности различных глинистых пород, при которой они дробятся на крошку без предварительной сушки или подвяливания, колеблется в широких пределах и зависит главным образом от степени дисперсности и минералогического состава сырья. Обычно мелкодисперсные высокопластичные подсушенные породы хорошо дробятся при влажности до 16%, а породы средней пластичности – при влажности до 7 – 10%.

В комплект механизмов и оборудования для приготовления полуфабриката по сухому способу входят ящичный подаватель, дробилки для первичного и вторичного дробления и сита для сортировки крошки по фракциям.

Вторичное дробление камнеподобных глинистых пород ведут на валково-зубчатых дробилках. Дробилки указанного типа должны обеспечивать: дробление на крошку сырья с влажностью, позволяющей разрушать породы без сколько-нибудь значительного замазывания дробилки и слеживания материала при последующем бункеровании; выход после дробления крошки с минимальным содержанием плоских и остроконечных зерен; получение зерен размером от 5 до 10—15 мм в поперечнике с минимальным выходом мелочи и пыли; самоочищение зубьев от налипания случайно попадающих кусков влажной глины; амортизацию при попадании посторонних твердых тел.

Для сортировки крошки на фракции до 5 мм и 5— 15 мм применяют вибросита и сита-бураты. При этом отделяются куски размером больше 15 мм в поперечнике, возвращаемые на повторное дробление. Для фракционирования глинистой крошки особенно целесообразны сита-бураты — многогранные равномерно вращающиеся грохоты — отличающиеся достаточной надежностью. Это позволяет организовать сортировку непосредственно на верхних площадках бункеров.

Опыт показал, что мелкие фракции сырья целесообразно рассеивать на тканых и плетеных проволочных ситах вследствие их упругости и самоочищения, а средние и крупные — на листовых ситах с круглыми отверстиями. Наиболее мелкая фракция глины с влажностью 8— 12 % хорошо отсеивается через ячейки размером 2X2 м, а при влажности 15—18%—через ячейки размером 4X4 мм. Фракция 2—10 мм хорошо отсеивается на сите с отверстиями 10—12 мм, фракция 10—15 мм — 22— 25 мм.

Фракционированная крошка служит исходным полуфабрикатом  для получения  керамзитового гравия раз личных фракций и керамзитового песка. Фракция размером зерен до 5 мм используется в качестве полуфабриката для изготовления керамзитового песка и направляется в бункер для мелочи, установленный перед печами. Если предварительными испытаниями установлена слабая вспучиваемость мелочи, то эту фракцию направляют в отвал. Фракция 5—15 мм — полуфабрикат для керамзитового гравия.

Если предварительные испытания показывают возможность совместного обжига с равномерным вспучиванием без слипания фракций крошки с размером примерно от 5 до 15 мм, то ее сортируют на две фракции — до 5 и 5—15 мм.

Предварительными испытаниями выявляют целесообразность обжига других, помимо указанных, фракций.

Обжиг крошки и мелочи глинистого сырья размерами примерно от 0,1 до 15 мм в поперечнике предполагает получение керамзита, зерновой состав которого соответствовал бы требованиям технических условий на керамзит, включая и керамзитовый песок. При этом после обжига допускается лишь корректировка зернового состава путем дробления более крупных фракций заполнителя.

Для ритмичной работы предприятия и возможности работы отделения приготовления полуфабриката в одну смену при прерывной рабочей неделе емкость промежуточных бункеров перед печами должна обеспечивать минимум 1,5-суточную потребность вращающейся печи в полуфабрикате.

Питание вращающихся печей полуфабрикатом из промежуточных бункеров осуществляется при помощи наклонных элеваторов, ленточных дозаторов или тарельчатых питателей.

Тип применяемого оборудования, а иногда и последовательность технологических операций могут варьироваться в зависимости от свойств перерабатываемого сырья.

 
     Пластический способ. Пластический способ изготовления керамзита преимущественно распространен в нашей стране. Он допускает использование широко встречающегося рыхлого глинистого сырья, корректирующих добавок и позволяет получать керамзит с различной гаммой свойств.  
     С учетом заложенных, при построении классификационной схемы, принципов возможно варьирование технологических параметров производства, дальнейшее совершенствование и разработка новых научных направлений.  
     Технологическая схема производства керамзита по пластическому способу включает следующие производственные операции: добычу глинистой породы; пластическую переработку увлажненного глинистого сырья и приготовление полуфабриката, пригодного для обжига со вспучиванием; обжиг полуфабриката в керамзит; охлаждение керамзита; сортировку и корректировку зернового состава керамзита; складирование и выдачу готового продукта. Пластический способ подготовки сырья и приготовления полуфабриката применяют при использовании увлажненных пластичных и рыхлых глинистых пород как однородного, так и неоднородного состава. При пластическом способе производства керамзита в глиняную массу могут вводиться добавки, повышающие склонность к вспучиванию исходного сырья, тогда как при сухом способе, когда полуфабрикат получают непосредственно из природной породы, это исключается.

При переработке по пластическому способу вспучивающиеся однородные глинистые породы гранулируются в полуфабрикат определенной формы размером 7— 15 мм в поперечнике. Более тщательной переработки такому сырью не требуется, так как оно уже самой природой гомогенизировано, и химико-минералогические составляющие в нем распределены равномерно. Это обстоятельство значительно упрощает изготовление гранулированного материала из подобного сырья.

Таким образом, технология обработки однородных глин сводится к их грануляции на упрощенных механизмах типа дырчатых и прессующих вальцов. При этом куски материала можно направлять непосредственно во вращающуюся печь на обжиг или сначала сушить в отдельных сушильных установках. Следует, однако, иметь в виду, что однородное керамзитовое сырье встречается крайне редко. Переработка глинистых пород неоднородного состава по пластическому способу имеет целью разрушение природной структуры сырья, его гомогенизацию и изготовление полуфабриката с размером зерен в пределах примерно 7—15 мм в поперечнике, пригодного для обжига со вспучиванием во вращающихся печах.