Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Виробництво сланцепориту

Міністерство освіти, науки, молоді і спорту України

Київський національний університет будівництва і архітектури

Кафедра будівельних матеріалів

КУРСОВА РОБОТА

з дисципліни „Заповнювачі для бетону”

на тему „Виробництво сланцепориту”

Виконав: ст. гр. ТБКВМ-31

Керженцева А.В.

Керівник:

проф. Пушкарьова К.К.

Київ 2011

1. Вступ

Заповнювачі – природні або штучні матеріали визначеного зернового складу, які в раціонально підібраній суміші з в’яжучими речовинами та водою утворюють бетонну суміш.

Вартість заповнювачів досягає 30 ... 50% вартості бетонних і залізобетонних конструкцій, а іноді і більше. Тому вивчення, правильний вибір заповнювачів, раціональне їх виробництво і застосування мають велике народногосподарське значення.

Заповнювачі одержують або з родовищ порід з їх наступною механічною обробкою, або ж за допомогою хімічної переробки сировини. У виробничих умовах вони виготовляються в результаті виконання певних технологічних операцій, що входять в комплекс підготовчих робіт: подрібнення і помелу, фракціонування, промивки, обезводнення, сушіння і нагрівання, збагачення і хімічної чи фізико-хімічної обробки.

У зимовий час заповнювачі не тільки сушать, але нерідко ще нагрівають до певної температури. Зазвичай це здійснюється в одному апараті - сушильному барабані, на колосникових решітках та ін. Нагрівають заповнювачі для додання їм необхідної якості, наприклад кращого змішування з в'яжучою речовиною. З метою надання заповнювачам більшої однорідності по зерновому складу або об'ємній масі їх іноді збагачують, зокрема, шляхом відділення слабких і неморозостійких включень. У процесі підготовки деякі заповнювачі піддають хімічній і фізико-хімічній обробці з метою підвищення їх активності при взаємодії з іншими компонентами, створення більш сприятливих умов їх виробництва, підвищення щільності та міцності конгломерату.

Штучні пористі заповнювачі отримують шляхом термічної обробки силікатної сировини з подальшим розсівом або подрібненням і розсівом. До штучних пористих заповнювачів належать: гравій та пісок керамзитові; шлакова пемза – щебінь та пісок пористі з металургійного шлаку; щебінь та пісок аглопоритові; гравій, щебінь та пісок шунгізитові; щебінь та пісок зі спученого перліту; спучений вермикулітовий пісок і щебінь та ін.

Сланцепорит відноситься до пористих штучних заповнювачів на основі природної сировини. Перевагою сланцепориту є те, що при його виготовленні використовують сухий спосіб – найменш енергоємний спосіб одержання штучних заповнювачів. Слід також зазначити,що за своїми властивостями сланцепорит не поступається керамзиту, не зважаючи на простоту технологічної схеми виготовлення.

2. Характеристика вихідних матеріалів та вимоги до готової продукції

2.1. Характеристика сировинних матеріалів

Сировиною для виробництва сланцепориту є глиняні сланці, що під час випалу з домішками або без них спучуються, утворюючи легкий заповнювач ніздрюватої структури для легких бетонів. Вони представлені в основному метаморфізованою породою, що складається із серициту, біотиту, хлориту, кварцу та вуглецевої речовини.

Характеристика цих сланців наведена в таблиці:

Вміст оксидів, мас.%

Втрати при прожа-рюванні

мас.%

Число плас-тич-ності

Темпе-ратура плав-лення,

^оС

Тем-пера-тура спучу-вання, ^оС

Темпе-ратур-ний ін-тервал спучу-вання,

⁰С

Кое-фіці-єнт спучу-вання

SiO₂

Al₂O₃

(Fe₂O₃+FeO)

CaO

MgO

K₂O+Na₂O

57,32

26,63

3,87

1,42

2,04

4,09

6,04

7-10

1260- 1300

1140- 1160

60-70

2,3-3,0

За хімічним складом сировина повинна відповідати вимогам до сировини на пористі заповнювачі (ДСТУ Б В.2.7-12-94), мас. %: Si0₂ – 58...60; А1₂0₃ – 16...20; (FeO+Fe₂0₃) – 5...9; СаО – не більше 3; MgO – не більше 3; (K₂0+Na₂0) – 2...5; органічної речовини – 1...2.

Згідно з вимогами стандарту вміст деяких оксидів не відповідає зазначеним (Al₂O₃, (Fe₂O₃+FeO), SiO₂ ), отже сировина буде тугоплавкою.

Тоді температура випалювання повинна становити близько 1350 ^оС, при чому перехід значної частини найбільш дрібних глинистих частинок у рідку фазу повинен забезпечити достатнє розм’якшення та в’язкість маси.

Якість сланцепориту, в тому числі зменшення насипної густини, можливо при використанні органічних добавок. В нашому випадку,для отримання надлегкого заповнювача ми використовуємо мазут. Добавку вводять оббризкуванням гранул.

Згідно з завданням курсової роботи завод з виробництва сланцепориту, планується будувати в м. Сімферополь, а відповідно основна сировина буде надходити з Планерського родовища сланців.

2.2. Вимоги до готової продукції.

Згідно з вимогами ДСТУ Б В. 2.7-17-95 на готову продукцію марка сланцепоритового гравію та щебеню за насипною густиною повинна бути у межах М 250...600.

Крупні пористі заповнювачі з формою зерен поділяються: на гравій шаруватої форми, який отримують спучуванням спеціально підготовлених гранул і він не підлягає дробленню після термічної обробки; на щебінь кутастої (неправильної) форми, який отримують спучуванням зерен вихідної сировини або подрібненням термічно обробленого матеріалу.

Гравій випускається таких фракцій:

від 5 до 10 мм;
від 10 до 20 мм;
від 20 до 40 мм.

За узгодженням виробника із споживачем допускається виготовлення гравію і щебеню від 2,5 до 10 мм і суміш фракцій від 5 до 20 мм, для тепло- і звукоізоляційних засипок від 5 до 40 мм.

Зерновий склад гравію кожної фракції повинен відповідати такому, який наведений у таблиці:

Діаметр отвору контрольного сита, мм	d	D	2D
Повний залишок на ситі, % за масою	від 85 до 100	до 10	не допускається

Залежність від міцності, яка визначається випробовуванням у циліндрі,гравій поділяють на марки за міцністю, які наведені у таблиці:


Марка заповнювача за міцністю	Міцність при стисканні у циліндрі, МПа
П15	до 0,5 включно
П25	понад 0,5 до 0,7 включно
П35	понад 0,7 до 1,0 включно

У гравію, який використовується як заповнювач для армованих бетонів, вміст водорозчинних сірчаних і сірчанокислих сполук у перерахуванні на SO₃ не повинен перевищувати 1% за масою. Крупні пористі заповнювачі, які виготовляють у відповідності з цим стандартом, повинні бути однорідними. Показники неоднорідності за насипною густиною і міцністю, що характеризуються коефіцієнтом варіації, для кожної фракції не повинен перевищувати за 12 попередніх місяців відповідно 5 і 15 %.

Найменування матеріалу

Марка гравію за міцністю в залежності від марок за насипною густиною

густиною

100

150

200

250

300

350

400

450

500

600

700

800

Гравій сланцепоритовий

П15

П25

П35

П50

П75

П100

П125

*М700, М800 – за домовленістю.

Структура гравію повинна бути стійкою проти силікатного розпаду. Втрати маси при визначенні стійкості проти силікатного розпаду не повинна перевищувати 5 %. Вміст слабовипалених зерен не повинен перевищувати, % за масою:

5-для гравію;

3 - для керамзитового піску, одержаного у печах киплячого шару.

Гравій не повинен мати сторонніх засмічувальних домішок (рослинних залишків, грунту, цегли, металевих включень у вигляді окремих кусків та ін.).

2.3. Ефективність виробництва і застосування конкретного виду заповнювача.

Сланцепорит є «близьким родичем» керамзиту, так само як і аглопорит,и шунгізит, термоліт.

Їх теж отримують шляхом випалення природних силікатів, але зниження щільності цих продуктів обумовлено вигорянням органічних речовин, що входять до їх складу або вводяться штучно.

Матеріали групи керамзиту - дуже поширений утеплювач. Їх популярність обумовлена безліччю факторів. Перелічимо основні з них:

• Доступність - глина є досить дешевою та доступною сировиною.

• Міцність і довговічність

• Легкість застосування

• Екологічність

Сланцепоритовий заповнювач використовують для виготовлення легких бетонів,які можна використовувати для несучих та огороджуючи конструкцій.

3. Технологічна частина

3.1. Обґрунтування вибору технологічної схеми.

Вибір способу переробки визначається властивостями вихідної сировини, а якість заповнювача залежить від режиму термічної обробки, при якому утворюються оптимальні умови спучування підготовленнях сирцевих гранул.

Залежно від властивостей вихідної сировини застосовують один з чотирьох основних способів одержання керамзиту: сухий, пластичний, порошково-пластичний та мокрий.

Сухий спосіб використовують при наявності однорідної за складом глинистої сировини, однотипних сланців та аргілітів, які не містять шкідливих включень і характеризуються достатньо високим коефіцієнтом спучування. В цьому випадку сировину подрібнюють, розсівають за фракціями (переважно до 20…30 мм) і подають на випалювання зі спучуванням до обертової печі. Вологість сирцевого дрібняку не повинна перевищувати 9…16%.

Комплект механізмів та обладнання для приготування напівфабрикату сухим способом в основному складається з ящикового живильника, дробарок для первинного і вторинного подрібнення та сит для сортування сирцевих гранул за фракціями. Ця схема дозволяє отримувати гравій і пісок, якщо потрібно отримати тільки пісок то ставиться шахтна піч або піч киплячого шару.

Пластичний спосіб – використовують в разі наявності сировини що майже відповідає вимогам стандарту або однорідної, якісної сировини що має вологість 20% - цей спосіб є досить дорогим складним з технологічної точки зору капіталовкладень, але дозволяє отримати керамзит з прогнозованими властивостями: над легкий, над міцний Р=125…150МПа.

Порошково-пластичний спосіб – використовують при наявності неоднорідної сировини яка має перемінну кількість різних добавок і для того щоб усереднити сировину після добування її сушать до вологості 2%, а далі піддають помелу в кулькових млинах до отримання однорідного порошку до питомої поверхні 200 мм на кг, при чому після помелу склад повинен відповідати стандартному помелу. Порошково-пластичний спосіб особливо є ефективним для отримання тремоліту та золо містких заповнювачів (глино зольний гравій, зольного випаленого гравію,та шлакового гравію).

Мокрий (шлікерний) спосіб. Принципова технологічна схема виробництва керамзиту мокрим способом передбачає такі технологічні операції: добування глинистої сировини, приготування глинистого шламу необхідної консистенції; випалювання шламу зі спучуванням; охолодження, сортування та коригування зернового складу заповнювачів складування та видачу готового продукту.

Мокрий спосіб доцільно застосовувати при при використанні глин, що добре розмокають з висикою схильністю до спучування. При слабкій або середній спучуваності вихідну сировину збагають за допомогою ефективних добавок. Існує кілька варіантів підготовки вихідного матеріалу для випалювання. За першим – сировина готується звичайними методами, які прийняті у цементій промисловості: у бовтанках готують шлам, який за допомогою насосів подається до басейнів, а потім – у піч на випалювання (піч подовжена обертова великих розмірів із вбудованими пристроями). В цьому випадку грануляція відбувається в обертовій печі.

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

Добування

і подавання глини:

у глино-запасник;

у вир-во

270 270

4320

6480

0,8

0,9

3888

5184

Склад: приймання сировини;

видавання сировини

365

5840

8760

0,9

0,8

5256

7008

Відділення підготовки сировини

365

8760

0,8

7008

Виділення добавок

(мазут)

365

8760

0,8

7008

Випалю-вальне відділення

365

8760

0,92

8059,2

Відділення охолодження

365

8760

0,8

7008

Сортувальне відділення

365

8760

0,8

7008

Класифікації та складування готової продукції

365

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
№ п/п	Технологічна операція	Один к-ті про-ції	Формула для розрахунку річної продуктивності	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.

Виробництво сланцепориту 📙 Курсовая → 🆔 51243