53. Гранулированный шлак

При обработке огненно-жидких металлургических шлаков водой происходит резкое охлаждение шлакового расплава и его грануляция — дробление на отдельные мелкие зерна. Структура зерен аморфная, стеклообразная.

По зерновому составу гранулированный шлак соответствует крупному песку: размер зерен преимущественно 0,6 ... 5 мм, причем примерно 50% (по массе) составляют зерна крупнее 2,5 мм. Нередко имеются более крупные зерна (до 10 мм).

Насыпная плотность гранулированного шлака колеблется в широких пределах — 600 ... 1200 кг/м3. Это связано с тем, что в зависимости от свойств шлакового расплава и технологии грануляции зерна гранулированного шлака могут получаться плотными или пористыми. Пустотность гранулированных шлаков велика — до 60 ... 70%.

Гранулированные доменные шлаки потребляются главным образом в производстве шлакопоргландцемента, по в значительном объеме они используются также в качестве заполнителя для бетонов.

Новокузнецким отделением УралНИИстромпроекта (Н. И. Фе-дыпин, М. И. Диамант) исследована возможность использования гранулированного доменного шлака (с дроблением для улучшения зернового состава) в качестве заполнителя в мелкозернистом бе-топе. Такой бетон характеризуется высокой прочностью, водонепроницаемостью и повышенной стойкостью.

В некоторых районах, например в Приднепровье, нет природных песков требуемого зернового состава, применение мелких {есков вызывает перерасход цемента, а перевозка крупных песков из других районов обходится слишком дорого. В этих условиях экономически выгодно использовать имеющиеся гранулированные шлаки для обогащения природных мелкозернистых песков, применяя их в смеси (К. И. Хохолев, Г. В. Пухальский и др.).

54. Сырьё для производства керамзита

Сырьем для производства керамзита служат глинистые породы, относящиеся в основном к осадочным горным.

Некоторые камнеподобные глинистые породы — глинистые сланцы, аргиллиты — относятся к метаморфическим.

Глинистые породы отличаются сложностью минералогического состава и кроме глинистых минералов (каолинита, монтмориллонита, гидрослюды и др.) содержат кварц, полевые шпаты, карбонаты, железистые, органические примеси.

Глинистые минералы слагают глинистое вещество — наиболее дисперсную часть глинистых пород (частицы мельче 0,005 мм). Собственно глинами называют глинистые породы, содержащие более 30 % глинистого вещества.

Для производства керамзита наиболее пригодны монтмориллонитовые и гидрослюдистые глины, содержащие не более 30% кварца. Общее содержание Si02 должно быть не более 70%, А1203 — не менее 12% (желательно около 20%), Fe203 + FeO — до 10%, органических примесей—1—2%.

Пригодность того или иного глинистого сырья для производства керамзита устанавливают специальным исследованием его свойств. Важнейшее из требований к сырью — вспучивание при обжиге.

Второе требование к сырью (в значительной степени связанное с первым) — легкоплавкость. Температура обжига должна быть нe выше 1250СС, и при этом переход значительной части наиболее лелких глинистых частиц в расплав должен обеспечить достаточное размягчение и вязкость массы. Иначе образующиеся при обжиге глины газы, не удерживаемые массой, свободно выйдут, не вспучив материал.

Третье из важнейших требований — необходимый интервал вспучивания. Так называют разницу между предельно возможной температурой обжига и температурой начала вспучивания данного сырья. За температуру начала вспучивания принимают температуру, при которой уже получается керамзит с плотностью гранулы 0,95 г/см3. Предельно возможной температурой обжига считается температура начала оплавления поверхности гранул.

При производстве керамзита не допускается превышение температуры, при которой поверхность гранул оплавляется, так как оплавленные гранулы склеиваются, что уменьшает выход керамзитового гравия и может привести к остановке печи. Температура обжига должна быть ниже, но чем она ниже, тем меньше коэффициент вспучивания, меньше выход продукции. Поэтому температура должна поддерживаться на предельно допустимом уровне. Вместе с тем необходимо считаться с практическими возможностями поддержания в печи оптимальной температуры: она не может быть стабильной и всегда имеет некоторые колебания, вызываемые труднорегулируемыми факторами. Чтобы обеспечить практическую возможность производства керамзита в промышленных условиях, интервал вспучивания сырья должен быть не менее 50°С.

Этими и другими необходимыми качествами обладают далеко не все глинистые породы. На некоторых керамзитовых предприятиях страны с течением времени иссякли ресурсы местных вспучивающихся глин и приходится завозить сырье из отдаленных месторождений, что, естественно, увеличивает себестоимость керамзита. Отдельные предприятия работают на маловспучивающемся глинистом сырье, получая керамзит невысокого качества (сравнительно тяжелый) и при этом с высокой себестоимостью.

В ряде случаев природное глинистое сырье может быть улучшено введением добавок. Например, коэффициент вспучивания можно повысить, добавив в глину примерно 1 % мазута, солярового масла или других органических веществ (если в глине мало органических примесей), железистые добавки, в частности отход производства серной кислоты из пирита — пиритные огарки (если в сырье мало оксидов железа). Подобные добавки также используют для снижения температуры вспучивания.

В последние годы в качестве добавок к керамзитовому глинистому сырью предложено и опробовано множество веществ. Среди них органические и минеральные промышленные отходы, некоторые горные породы (алунит, перлит), а также искусственно приготовленные добавки.

В НИИкерамзит доказана возможность использования некондиционного глинистого сырья путем добавления в него стеклопорош-ков из специально сваренных легкоплавких стекол. Такая добавка ведет к ускоренному накоплению жидкой фазы при обжиге, опережающему активное газообразование. Подобный эффект достигается .при использовании в качестве добавок к глинистому сырью молотого шлака тепловых электростанций, представляющего собой тоже легкоплавкое стекло, а также зол тепловых электростанций.

Если золы или шлаки вводятся в больших дозах, сопоставимых с расходом глинистого сырья, то получаемый керамзит обычно называют глинозольным или глиношлаковым. Чаще добавки вводятся в сравнительно небольших дозах, и основным сырьем для производства керамзитового гравия остаются глинистые породы.

Для расширения температурного интервала вспучивания используют такой прием, как опудривание сырцовых глиняных гранул порошком огнеупорной глины, мелким (молотым) кварцевым песком или иным тугоплавким порошком, что позволяет повысить температуру обжига и при этом избежать оплавления гранул.

Применение добавок нередко позволяет увеличить коэффициент вспучивания исходного сырья в 2...3 раза, увеличить выпуск керамзита, повысить его качество и снизить себестоимость.

55. Технология производства керамзита включает следующие основные переделы:

• добычу сырья в карьере и его транспортирование в глинозапасник;

• переработку исходного сырья и получение сырцовых гранул из однородной керамической массы или зерен (крошки) установленных размеров;

• термическую обработку сырцовых гранул или зерен, включающую сушку, обжиг и последующее охлаждение готового продукта;

• сортировку, а при необходимости частичное дробление или разделение готового продукта по плотности:

• складирование и отгрузку заполнителя.

Разработку месторождений глинистых пород производят открытым способом. Для добычи глинистого сырья используют одноковшовые и многоковшовые экскаваторы, ведущие разработку в карьере по всей высоте уступа, без выделения отдельных пластов материала. При разработке камнеподобных глинистых горных пород (глинистых сланцев, аргиллитов) перед экскавацией сырья производят буровзрывные работы.

Мягкие глинистые породы добывают в карьерах, работающих сезонно, камнеподобные — в течение всего года. Для обеспечения непрерывной работы заводов устраивают глинохранилища вместимостью до полугодового запаса сырья с предохранением его от промерзания. Запасы глины также хранят в промежуточных конусах, где она вылеживается в течение нескольких месяцев на открытом воздухе. В результате температурных воздействий, особенно мороза, переменного увлажнения и высушивания происходит предварительное разрушение естественной структуры сырья, значительно облегчающее ее последующую переработку в однородную формовочную массу.

Выбор способа переработки сырья определяется свойствами исходного сырья, а качество заполнителя зависит от режима термической обработки, при котором создаются оптимальные условия вспучивания подготовленных сырцовых гранул (зерен).

Различают четыре основные технологические схемы подготовки сырцовых гранул, или четыре способа производства керамзита: сухой, пластический, порошково-пластический и мокрый.

Сухой способ используют при наличии камнеподобного глинистого сырья (плотные сухие глинистые породы, глинистые сланцы). Он наиболее прост: сырье дробится и направляется во вращающуюся печь. Предварительно необходимо отсеять мелочь и слишком крупные куски, направив последние на дополнительное дробление. Этот способ оправдывает себя, если исходная порода однородна, не содержит вредных включений и характеризуется достаточно высоким коэффициентом вспучивания. Влажность сырцовой крошки не должна превышать 9%.

Наибольшее распространение получил пластический способ. Рыхлое глинистое сырье по этому способу перерабатывается в увлажненном состоянии в вальцах, глиномешалках и других агрегатах (как в производстве кирпича). Затем из пластичной глино-массы на ленточных шнековых прессах или дырчатых вальцах формуются сырцовые гранулы в виде цилиндров, которые при дальнейшей транспортировке или при специальной обработке окатываются, округляются.

Качество сырцовых гранул во многом определяет качество готового керамзита. Поэтому целесообразна тщательная переработка глинистого сырья и формование плотных гранул одинакового размера. Размер гранул задается исходя из требуемой крупности керамзитового гравия и установленного для данного сырья коэффициента вспучивания.

Перерабатывающее оборудование выбирают в зависимости от физико-механических свойств глин: их влажности и дисперсности. Энергозатраты на переработку возрастают с повышением дисперсности сырья и уменьшением его влажности. Обычно формовочная влажность глин находится в пределах 18 ... 28%.

Гранулы с влажностью примерно 20% могут сразу направляться во вращающуюся печь или, что выгоднее, предварительно подсушиваться в сушильных барабанах, в других теплообменных устройствах с использованием теплоты отходящих дымовых газов вращающийся печи. При подаче в печь подсушенных и подогретых гранул ее производительность может быть повышена.

Таким образом, производство керамзита по пластическому способу сложнее, чем по сухому, более энергоемко, требует значительных капиталовложений. Однако'переработка глинистого сырья с разрушением его естественной структуры, усреднение, гомогенизация, а также возможность улучшения его добавками позволяют увеличить коэффициент вспучивания.

Порошково-пластический способ отличается от пластического тем, что вначале.помолом сухого глинистого сырья получают порошок, а потом из этого порошка при добавлении воды получают пластичную глином-ассу, из которой формуют гранулы, как описано выше. Необходимость помола связана с дополнительными затратами. Кроме того, если сырье недостаточно сухое, требуется его сушка перед помолом. Но в ряде случаев этот способ подготовки сырья целесообразен: если сырье неоднородно по составу, то в порошкообразном состоянии его легче перемешать и гомогенизировать; если требуется вводить добавки, то при помоле их легче равномерно распределить; если в сырье есть вредные включения зерен известняка, гипса, то в размолотом и распределенном по всему объему состоянии они уже не опасны; если такая тщательная переработка сырья приводит к улучшению вспучивания, то повышенный выход керамзита и его более высокое качество оправдывают произведенные затраты.

Мокрый (шликерный) способ заключается в разведении глины в воде в специальных больших емкостях — глиноболтушках. Влажность получаемой пульпы (шликера, шлама)—примерно 50%. Пульпа насосами подается в шламбассейны и оттуда — во вращающиеся печи. В этом случае в части вращающейся печи устраивается завеса из подвешенных цепей. Цепи служат теплообменником: они нагреваются уходящими из печи газами и подсушивают пульпу, затем разбивают подсыхающую «кашу» на гранулы, которые окатываются, окончательно высыхают, нагреваются и вспучиваются. Недостаток этого способа — повышенный расход топлива, связанный с большой начальной влажностью шликера. Преимуществами являются достижение однородности сырьевой пульпы, возможность и простота введения и тщательного распределения добавок, простота удаления из сырья каменистых включений и -зерен известняка. Этот способ рекомендуется при высокой карьерной влажности глины, когда она выше формовочной (при пластическом формовании гранул). Он может быть применен также в сочетании с гидромеханизированной добычей глины и подачей ее на завод в виде пульпы по трубам вместо применяемой сейчас разработки экскаваторами с перевозкой автотранспортом.

Теплоизоляция – это главное, но далеко не последнее полезное свойство керамзита, к нему смело можно добавить еще несколько, например, звукоизоляцию. Хороши также и "подстилающие" свойства керамзита. Это означает, что его можно использовать как основу для бетонной стяжки.

можно использовать для изготовления бетона;

устойчив к любым погодным условиям;

обладает огнестойкими свойствами;

не теряет своих свойств и не разрушается при замораживании;

не подвержен гниению.

Именно эти его положительные особенности используются для отсыпки фундамента при строительстве различных зданий и сооружений. Это позволяет сократить почти в 2 раза глубину залегания фундамента – с 1,5 м до 0,8 м., что ведет не только к экономии строительных материалов, но и к предотвращению промерзания грунта около фундамента постройки. Последнее чревато перекосом дверей и оконных рам здания.

Керамзит очень часто используют для строительства бань, как ультрасовременных, так и более привычных - русских, выполненных из дерева. Используя керамзит в качестве теплоизоляционного материала стен бани, можно легко добиться нужной температуры и долгое время ее поддерживать.

Если вы прокладываете водопроводные или тепловые сети, то хорошенько подумайте над тем, чтобы купить керамзит. Во-первых, вы будете уверены в том, что ваши трубы греют именно вас, а не холодную землю. Во-вторых, в случае аварии, вам не придется долго и утомительно копать грунт, в поисках места течи. В-третьих, после успешного ремонта, вам ничего не мешает использовать материал вторично, при этом он не потеряет своих свойств.

Керамзит можно использовать не только в строительстве. С его помощью можно благоустроить дорожки на дачном участке и даже увеличить урожайность плодовых деревьев, создавая для их корней своеобразную дренажную систему. Это же относится и комнатным цветам и растениям, единственное, что нужно, так это купить керамзит более мелкий по размеру.