Производство керамзита

Содержание

    Введение

1. Номенклатура, общая характеристика.
2. Выбор сырьевых материалов и их характеристика.
3. Выбор и обоснование технологического  способа производства.
1. Сырье для производства керамзита.
2. Формование  керамзита.
3. Сушка и обжиг.
4. Режим работы предприятия. 
1. Расчет производительности предприятия. 
2. Подбор состава сырьевой смеси. 
3. Расчет потребности предприятия в сырьевых материалах.
4. Выбор потребного количества технологического оборудования. 
5. Расчет складов сырьевых материалов. 
5. Охрана труда на предприятии.
6. Заключение.
7. Список используемой литературы.

                                                          Введение    

Вспучивание глин при быстром обжиге в определенных условиях является их важнейшим физико-химическим свойством. В результате вспучивания получается легкий поризованный материал с мелкоячеистой структурой, обладающей малой плотностью при значительной прочности и высокими теплозащитными свойствами.   

В отличие  от плотных, пористых и пустотелых керамических материалов и изделий, вырабатываемых из глин, вспученный при обжиге глинистых пород материал ячеистого строения называют керамзитом. Это название подчеркивает родство керамзита с керамикой и стеклом. Оно учитывает не переменные признаки (метод производства и область применения), а постоянно действующие факторы (природу исходного сырья, физико-химический процесс образования  и  свойства    продукта).   

Длительный  опыт освоения керамзита показал, что  методы его получения, а также  области использования его технических  свойств могут быть самыми разнообразными. С развитием науки и техники они непрерывно совершенствуются и расширяются. Так, если в период зарождения промышленности керамзита вспучивание глин происходило  в горнах периодического действия и туннельных печах, а затем в одноцилиндрических вращающихся печах и на решетках с принудительным прососом воздуха, то в настоящее время предложены методы вспучивания: в двухбарабанных печах, в кипящем слое, в кольцевых, шахтных печах.

    В то же время бесспорно, что, несмотря на разнообразие методов производства и оборудования для вспучивания глинистых пород, физико-химическая природа образования керамзита остается в такой же степени неизменной. Это и позволило отнести керамзит к классу материалов, имеющих ярко выраженные индивидуальные физико-химическую и техническую характеристики.    

 В  последние  десятилетия в производство керамзитового гравия наряду с классическими легкоплавкими глинистыми породами вовлекаются различные отходы углеобогащения, золы и шлаки тепловых электростанций, а также трепела, диатомиты и т. п. Производство искусственных пористых заполнителей на их основе осуществляется по технологии керамзита, свойства получаемых заполнителей оцениваются по общему стандарту. Так, ГОСТ 9759-83 распространяется на керамзитовый гравий и песок, а также на песок, получаемый дроблением керамзитового гравия и применяемых в качестве заполнителей при изготовлении теплоизоляционного и конструктивного (в том числе конструкционно-теплоизоляционного) легких бетонов.  

1. Номенклатура, общая характеристика.

Керамзит представляет собой легкий пористый материал ячеистого строения в виде гравия, реже в виде щебня, получаемый при обжиге легкоплавких глинистых пород, способных всучиваться при быстром нагревании их до температуры 1050 - 1300 С в течение 25-45 мин. Качество керамзитового гравия характеризуется размером его зерен, объемным весом и прочностью. В зависимости от размера зерен керамзитовый гравий делят на следующие фракции: 5 - 10, 10 - 20 и 20 - 40 мм, зерна менее 5 мм относят к керамзитовому песку. В зависимости от объемного насыпного веса (в кг/м3) гравий делят на марки от 150 до 800. Водопоглощение керамзитового гравия 8-20 %.

Керамзит применяют  в качестве пористого заполнителя для легких бетонов, а также в качестве теплоизоляционного материала в виде засыпок.    

Керамзит  можно также применять в виде теплоизоляционной засыпки в  случаях, когда допустимо ее  оседание.   

Так как  керамзит в настоящее время изготовляют только путем обжига во вращающихся барабанных печах, он имеет более или менее окатанную форму.   

От  других известных искусственных  пористых заполнителей керамзит отличается главным образом своим ячеистым строением и наличием внешней спекшейся оболочки. Особенностью этого строения является наличие замкнутых пустот, которые являются ячейками с целыми и тонкими стенками. Ввиду этого керамзит отличается малым объемным весом при значительно более высокой прочности, чем другие пористые заполнители.   

Благодаря замкнутости пустот и спекшейся  наружной оболочке керамзит обладает небольшим водопоглощением, высокой морозостойкостью и низкой паропроницаемостью.  

Малый объемный вес при наличии мелкоячеистого строения тонких стенок обусловливает  высокие теплозащитные свойства керамзита, а следовательно, и высокую эффективность его применения в ограждающих конструкциях промышленных, жилых и общественных зданий.

Характеристики керамзита  

Гравий  и щебень изготовляют следующих  основных фракций:

• от 5 до 10;
• от 10 до 20;
• от 20 до 40 мм.

  По согласованию изготовителя с потребителем допускается  изготовление песчано-щебеночной смеси  с наибольшей крупностью зерен до 10 мм.   

В гравии и щебне фракции от 2,5 до 10 мм и  смеси фракций от 5 до 20 мм содержание зерен размером от 5 до 10 мм должно быть от 25 до 50% по массе.   

Зерновой  состав песка должен соответствовать  указанному в таблице 1.

Таблица 1

     В песчано-щебеночной смеси крупностью зерен до 10 мм содержание щебня фракции от 5 до 10 мм должно быть не более 50% по объему.   

В зависимости  от насыпной плотности гравий, щебень и песок подразделяют на марки, приведенные  в таблице 2.                                                                             

  Таблица  2.

Предельные  значения марок по насыпной плотности  для различных видов пористых гравия, щебня и песка должны соответствовать  приведенным в таблице 3. При этом фактическая марка по насыпной плотности не должна превышать максимального значения, а минимальные значения приведены в качестве справочных.

Таблица 3.

    Примечание. Допускается по согласованию изготовителя с потребителем для  приготовления конструкционных  легких бетонов классов В20 и выше изготовление керамзитового гравия и щебня марок 700 и 800.   

В зависимости  от прочности, определяемой испытанием в цилиндре, гравий и щебень подразделяют на марки по прочности, приведенные  в таблице 4.  

Примечание. Соотношение между маркой заполнителя  по прочности и прочностью при сдавливании в цилиндре допускается  уточнять на основании испытания  в бетоне по ГОСТ 9758.

Таблица 4.

Марки по прочности гравия и щебня в  зависимости от марок по насыпной плотности должны соответствовать требованиям таблице 5.

Примечание. Для теплоизоляционных засыпок  допускается выпускать гравий и  щебень с маркой по прочности ниже, чем указано в таблице, но не менее марки П15.                                                                                                                    Таблица 5.

 Между водопоглощением и прочностью зерен в ряде случаев существует тесная корреляционная связь. Чем больше водопоглощение, тем ниже прочность пористых заполнителей. В этом проявляется дефектность структуры материала. Например, для керамзитового гравия коэффициент корреляции составляет 0,46. Эта связь выявляется более отчетливо, чем связь прочности и объемной массы керамзита (коэффициент корреляции 0,29).   

Гравий  и щебень должны быть морозостойкими и обеспечивать требуемую марку легкого бетона по морозостойкости. Потеря массы после 15 циклов попеременного замораживания и оттаивания не должна превышать 8%.   

В гравии, щебне и песке, применяемых в  качестве заполнителей для армированных бетонов, содержание водорастворимых сернистых и сернокислых соединений в пересчете на SO(3) не должно превышать 1% по массе.   

Потеря  массы при кипячении должна быть, %, не более:   

5 - для  керамзитового гравия и щебня;    

4 - для  шунгизитового гравия.   

Содержание  слабообожженных зерен должно быть, % по массе, не более:   

5 - для  аглопоритовых гравия и щебня;    

3 - для  керамзитового песка, полученного  в печах кипящего слоя.

 Гравий, щебень и песок, предназначенные для  приготовления теплоизоляционных  и конструкционно-теплоизоляционных  легких бетонов, должны подвергаться периодическим испытаниям на теплопроводность.

В зависимости от технологии изготовления и свойств сырья, показатель теплопроводности может быть разным, но в среднем  он составляет 0,07 - 0,16 Вт/м   ^oС, где соответственно меньшее значение соответствует марке по плотности М250. (Здесь следует отметить что марка М250 является редкой и изготавливается часто под заказ. Обычная плотность материала это М350 - М600 соответственно тогда К 0,1-0,14).

                                 Область применения керамзита 

1. Теплоизоляция кровли скатного типа.
2. Теплоизоляция и звукоизоляция полов и перекрытий.
3. Теплоизоляция и создание уклона плоских крыш, газонов на террасах.
4. Производство сверхлёгкого бетона и лёгких керамзитобетонных блоков.
5. Теплоизоляция и уменьшение глубины закладки фундаментов.
6. Теплоизоляция грунта.
7. Теплоизоляция и дренаж в земляных насыпях дорог, прокладываемых в водонасыщенных грунтах.
8. Гидропоника, создание оптимального микроклимата для корневой системы растений.

     2. Выбор сырьевых материалов и их характеристика.   

При оценке глинистого сырья, применяемого для  производства керамзита, удобно пользоваться классификацией в зависимости от технологических приемов его переработки. Соответственно этому сырье разделяется на 3 вида.   

Рыхлое  глинистое сырье характеризуется  очень слабой связью между минеральными частицами, допускающей немедленное  намокание его при увлажнении. Для получения мелкокускового уплотненного сырца, подлежащего вспучиванию в печи, такое сырье обрабатывают пластическим способом.   

Камневидное глинистое сырье характеризуется  очень прочной связью между минеральными частицами, не допускающей его намокания и размягчения при длительном увлажнении. Превратить его в мелкокусковой сырец можно только способом механического дробления.   

Высокопластичное (вязкое) глинистое сырье характеризуется  наличием значительно более прочных  связей между частицами, чем у  рыхлого сырья, и менее прочных  связей, чем у камневидного. Оно  имеет воскоподобное строение и большую плотность, может намокать и результате только очень длительного увлажнения; с трудом поддается пластической обработке и не измельчается, а оминается дробильными машинами. Для получения мелкокускового сырца такое сырье разрывают на зубчатых вальцах. Этот способ обработки называют разрывным.   

Из  числа минералов, образующих глинистую  породу, тонкозернистый кварц и глинистые минералы при размягчении и частичном расплавлении образуют стекловидную фазу керамзита. Органические вещества и окислы железа взаимодействуют с восстановлением последних в закись железа. Последняя, в свою очередь, реагируя со слюдами и гидрослюдами, вызывает образование вспучивающих газов. Остальные компоненты либо вовсе не принимают участия во вспучивании (крупный кварц, рутил и др.), либо действуют как плавни (окиси кальция, магния, натрия и калия).   

Минеральные частички, составляющие глинистые породы, имеют размеры от 0,01мк до 1,5 - 2,5 мм.   

Наиболее  важное значение имеет суммарное  содержание частичек с размерами зерен менее 10 мк, которых для хорошего вспучивания должно быть не менее 35%,   

Основной  критерий пригодности глинистого сырья  для производства керамзита—способность  вспучиваться при термической обработке в пределах 1050 - 1250°С и образовывать при этом материал, имеющий ячеистое строение с плотностью в куске в пределах 200 - 1350 кг/м³.    

Статистическая  обработка химических составов глин показывает, что среди хорошо вспучивающихся разновидностей чаще всего встречаются следующие соотношения между главными окислами в таблице 6: 
  
  
  
 

                                                                                                                    Таблица 6.

  
  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.

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.