Химическая технология керамзита

Расход воды на доувлажнение составляет от 3 до 6%. В случае использования твердых добавок последние вводят посредством дозаторов и транспортеров в глиномешалки до формования. Однако лучше их вводить перед измельчением для более тщательного перемешивания.

Подготовленную, т. е. измельченную, увлажненную и хорошо перемешанную массу вводят в формующую машину - кирпичеделательный ленточный пресс или дырчатые вальцы.

Кирпичеделательный ленточный пресс вырабатывает более плотный сырец, чем дырчатые вальцы, значительно меньше дает мелочи — крошки и в известной степени позволяет регулировать соотношение между длиной и диаметром зерен. Вместе с тем применение ленточного пресса затрудняется при использовании засоренных глин. B этом случае выходные отверстия дырчатых плит забиваются, а производительность пресса падает с увеличением: его мощности

При применении кирпичеделательного пресса и дырчатых вальцов диаметры отверстий для продавливания глины необходимо регулировать в соответствии с вспучиваемостью глины и максимальным размером зерен керамзита. При этом желательно, во избежание дополнительного дробления, получать зерна керамзита размером не более 40 мм по наибольшему измерению.

Процесс изготовления сырца из камневидных пород заключается в дроблении добытого сырья на машинах, применяемых в камнедробильном производстве. Для этого можно применять комбинированную дробилку, состоящую из щековой и валковой дробилок.

Конечной целью является производство крошки, из которой после вспучивания получают зерна керамзита с определенными предельными размерами. Для этой цели крошку сортируют на 3 фракции: крупную для получения керамзита не более 40 мм, среднюю для получения керамзита размером не более 20 мм и мелкую с размерами зерен глинистой породы 5 мм и менее.

В последующем крупная и средняя крошка хранятся отдельно и независимо друг от друга пропускаются через вращающуюся печь. Такой способ позволяет получить керамзит равномерно обожженный с одинаковой величиной зерен.

Высокопластичное сырье подается на разрывные зубчатые вальцы. Вслед за тем сырье поступает на вибрационный грохот для сортировки на фракции по тому же принципу, что и камневидное сырье. При этом мелочь с размерами 5 мм и менее также направляют в отвал.

 

 

3.2. Сушка и обжиг  сырца

Сушка сырца перед обжигом является обязательной операцией при использовании рыхлого сырья. В случае применения камневидного или вязкого сырья сырец можно и не высушивать.

Для сушки можно применять сушильные барабаны и сетчатые конвейерные сушилки с поперечно-поточным движением газов. В обоих случаях для сушки применяют газы, отходящие от вращающейся печи, разбавленные воздухом, с тем чтобы температура их была не выше 250°. Этот температурный предел обусловлен свойством глинистого сырья понижать или совсем терять способность к вспучиванию в случае длительного нагревания при доступе воздуха до температуры 350—400° Количество отходящих газов из вращающейся печи обычно достаточно для высушивания сырца (остаточная влажность 6—8%).

Сушка керамзитового сырца в сушильных барабанах не имеет каких-либо особенностей, но она связана с перетиранием и измельчением сырца при вращении барабана и, следовательно, с необходимостью освобождения от мелочи и пыли перед подачей его в печь.

Высушенный сырец либо засыпают в запасные бункера, либо подают во вращающуюся печь на обжиг. 

Наиболее простым, экономичным и надежным способом является вспучивание керамзита во вращающихся барабанных печах. Также может проводиться вспучивание в двухбарабанных печах и в печах с кипящим слоем.

 

Рис. 3 Обжиг керамзита

 

Вращающаяся керамзитовая печь представляет собой стальной цилиндр, футерованный внутри шамотным кирпичом, снабженный бандажными кольцами, которыми он опирается на опорные ролики. Печь снабжена большой ведомой шестерней, посредством которой она приводится в движение с регулируемой скоростью.

В верхний конец опущена течка, по которой равномерно подается сырец. В нижний конец печи входит горелка, подающая навстречу материалу топливо и воздух. Нижний конец печи заключен в камеру и имеет течку, по которой обожженный керамзит подается в холодильное устройство. Керамзитовый сырец по мере передвижения по печи проходит ряд зон и претерпевает следующие изменения.

Рис. 4 Куйбышевский завод по производству керамзита.

Двухбарабанная печь (подготовитель+печь)

 

Прежде всего сырец поступает в 1 зону - зону сушки. Здесь он досушивается и полностью теряет влагу. На зону сушки приходится от 10 до 50% от общей длины печи. Это обусловливается длительностью времени, необходимого для досушки даже мало влажного сырца. Время досушки зависит от влажности сырца.

Полное время продвижения сырца по печи составляет от 35 до 51 мин. и более. Следовательно, обычная длина зоны сушки колеблется в пределах от 25 до 36% от общей длины печи. Вслед за тем сырец поступает во II зону - зону химических реакций. Сырец, только что потерявший влагу, имеет температуру 100°. По мере дальнейшего продвижения он нагревается и при температуре 300° в нем начинается процесс обезвоживания окиси железа и в дальнейшем восстановление ее в закись. Этот процесс заканчивается при нагревании сырца до 700-800°. Во II зоне идет не только восстановление окиси железа, но и возгонка летучих веществ, потеря кристаллизационной воды глинистыми минералами, разложение сульфидов, сульфатов и карбоната магния.

Далее сырец поступает в III зону — зону подогрева, где температура повышается от 800 до 1100—1150°.

Если сырец проходит III зону в течение длительного времени, то в нем могут пройти обратные реакции окисления закиси железа в окись железа. Тогда последующие процессы выделения вспучивающих газов не будут иметь места и вспучивания сырца не произойдет.

Поступив в IV зону с температурой 1100—1250°, сырец размягчается и вспучивается. Это зона наивысших температур — зона вспучивания. В ней сырец должен находиться 7—10 мин. Длина этой зоны устанавливается обжигальщиком, управляющим процессом сжигания топлива.

Участок печи от зоны вспучивании до нижнего ее обреза называется зоной отвердевания (V зона). Здесь температура не превышает 400—600°, и керамзит из тестообразного состояния переходит в твердое.

Для успешного протекания процесса вспучивания необходимы следующие условия:

а) правильный выбор температуры обжига;

б) поддержание в сырце восстановительной среды;

в) сохранение наивыгоднейшего соотношения зон в печи.

Выбор температуры обжига производится при лабораторных и производственных испытаниях сырья. Во время обжига сырца во вращающейся печи необходимо следить за температурой наиболее раскаленной части футеровки печи. Эго можно выполнить, пользуясь оптическим пирометром. Контролировать температуру можно также, наблюдая за поведением керамзита. При вращении печи насыпь сырца, как известно, поднимается одновременно со стенкой печи. Достигнув некоторой высоты, зерна верхнего ряда керамзита начинают катиться вниз. Скатывание их должно происходить с легкой задержкой, вызываемой слабым прилипанием зерен друг к другу. Если зерна катятся быстро — значит температура низка. Если зерна сваливаются крупными группами, склеившись в пластины, — температура высока. Для правильного ведения процесса обжига нужно держаться среднего значения температур.

Поддержание восстановительной газовой среды в порах сырца осуществляется двумя путями. Первый путь — это ведение процесса горения с минимально возможным избытком воздуха, близким к 1,1—1,2. Достигается это правильной регулировкой первичного воздуха, идущего на распыление топлива, вторичного воздуха, поступающего из холодильного устройства, и исключением подсосов воздуха в топочную камеру.

Второй путь—введение в глинистое сырье при формовании сырца некоторого излишка органических веществ. Для процесса важно, чтобы в период от 100 до 900° сырец находился в восстановительной среде. А так как в это время сырец омывается пламенными и дымовыми газами, содержащими свободный кислород, то для того, чтобы этот кислород не смог сжечь весь запас органических веществ и не окислил образовавшуюся уже закись железа в окись, в него вводят указанный выше излишек органических веществ, который сжигается кислородом, не получающим, таким образом, свободного доступа внутрь сырца.

Если образовавшаяся в сырце закись железа сохраняется до начала образования жидкой фазы (около 900°), то дальнейшее нагревание в присутствии кислорода уже не опасно.

Сохранение в сырце восстановительной среды в определенный период обжига является решающим фактором в производстве керамзита. 

Поддержание в печи наивыгоднейшего соотношения зон достигается следующим образом.

1. Зона сушки должна быть как можно более короткой. Для этого необходимо хорошо высушивать сырец и не допускать применения сырца слишком крупных размеров.

2. Зона химических реакций примыкает к зоне сушки. Ее длина вообще незначительна и регулируется местоположением зон сушки и вспучивания.

3. Зона подогрева от 700 до 1150° должна быть также возможно более короткой. Как эта зона, так и предшествующая становятся - тем более короче, чем ближе к ним располагается зона вспучивания.

4. Зона вспучивания должна быть, наоборот по возможности более длинной. Это достигается вытягиванием факела пламени. Необходимо, чтобы факел размещался на расстоянии 3—4 м от начала печи и заканчивался как можно ближе к зоне сушки. Чем длиннее факел, тем выше производительность печи, так как тем более длинный путь проходит сырец. При длинном пути можно увеличить толщину потока сырца и скорость его движения увеличением числа оборотов печи.

5. Зона отвердевания не должна быть очень короткой. Ее длина должна быть 4—5 м, что достигается соответствующей установкой горелки или форсунки.

Как видно, в расстановке зон важнейшее значение имеет зона сушки, которая определяет суммарную длину всех прочих зон, и зона вспучивания, определяющая длины II и III зон и длину пути, проводимого сырцом при вспучивании.

Для производства керамзита можно использовать многие типы вращающихся печей.

 

3.3. Охлаждение, хранение и контроль производства керамзита.

 

Качество керамзита в значительной степени зависит от режима охлаждения. Особенно важное значение имеет это в тех случаях, когда в теле керамзита, присутствует избыток стеклофазы (керамзит «пережжен») или когда содержание окиси кальция превышает 6—8%. Несмотря на относительно малые размеры зерна, керамзит нуждается в медленном остывании. По экономическим соображениям для керамзита установлен период остывания в 30 мин.

Охлаждать керамзит можно в стальных вращающихся барабанах-холодильниках. Единовременная емкость холодильного барабана должна быть равна получасовой производительности печи. Для этого по торцам барабана устанавливают ограничительные кольца. Пропуск воздуха сквозь барабан регулируют заслонкой, перекрывающей сечение барабана внизу на выходе керамзита.

Для охлаждения керамзита возможна колосниковая движущаяся решетка, снабженная зонными камерами. Устанавливать ее необходимо таким образом, чтобы охлаждение осуществлялось постепенно, на протяжении 20—30 мин. Как и при применении барабана, единовременная емкость колосниковой решетки должна быть не менее получасовой производительности печи.

Керамзит, как правило, хранят в открытых складах, реже в силосных банках.

Бесперебойность процесса производства керамзита обеспечивается постоянством показателей, характеризующих сырье, сырец и процесс обжига. Ввиду этого необходимо непрерывно проверять следующие показатели:

1) вспучиваемость сырья ближайших, подлежащих разработке, участков карьера;

2) состав шихты для вспучивания;

3) влажность сырца, подаваемого в печь;

4) объемный вес получаемого керамзита.

Важнейшим участком производственного контроля является режим обжига. Из его элементов наиболее важными являются:

1) температура наиболее накаленного участка футеровки печи;

2) расположение и длина факела пламени (визуально);

3) температура и состав отходящих дымовых газов и в особенности содержание в них свободного кислорода.

 

 

Заключение

 

Литература