Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка технологии легкого керамзита на основе слабовспучивающегося глинистого сырья

Сведения об участнике
ФИО
Торопков Никита Евгеньевич
Вуз
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Химия и химические технологии
Раздел области наук
Химическая технология. Химическая промышленность
Тема
Разработка технологии легкого керамзита на основе слабовспучивающегося глинистого сырья
Резюме
В процессе исследования проводились эксперименты по установления влияния состава и условий формования на процесс вспучивания.
В результате исследования разработана технология получения керамзита в печах кипящего слоя. Определены основные конструктивные, технологические и технико-эксплуатационные характеристики: насыпная плотность, гранулометрический состав, коэффициент вспучивания, водопоглощение. Применение новой технологии позволяет сэкономить 21% от стоимости конечной продукции. На данный момент технология находится на доработке о промышленного образца.
Ключевые слова
технология керамзита, кипящий слой, высокоэффективный керамзит, добавки, коэффициент вспучивания
Цели и задачи
разработка технологии получения мелкозернистого керамзита с высокими эксплуатационными характеристиками в кипящем слое на основе глины Томской области.
Введение

Керамзит является эффективным в строительной промышленности материалом. Процесс получения керамзита: приготовления исходной формовочной смеси, формования сырых гранул, их сушки и вспучивания при обжиге. Необходимо отметить, что наиболее изученной из этих стадий является стадия поризации гранул. Значительно меньшее внимание в технической литературе уделяется процессу пластического формования гранул. Для этого необходимо знать формовочные свойства глин, зависимости удельного давления формования и объёмного фазового состава от влагосодержания массы. Проблему получения керамзитового гравия, достаточно эффективного по свойствам и себестоимости, нельзя считать полностью решенной, в связи с чем данная тема и была выбрана для изучения. 

Методы и материалы

В производстве керамзитового гравия основным компонентом является глина. Беложгущиеся глины при производстве керамзита зачастую не используются, а так как на территории томской области имеются преимущественно красножгущиеся глины за основной объект исследования были взяты красножгущиеся глины томской области. Исходя из известных данных была подобрана глина Воронинского месторождения как основной компонент для дальнейших исследований. Для корректировки химического состава глины использовалась добавка – железистый шлам водоподготовки Томского водозабора. Так как основным поставщиком газовой фазы при поризации гранул являются продукты окислительно–восстановительных реакций, то для создания восстановительной среды внутри гранул, в состав шихты вводилась добавка содосодержащие отходы производства мономеров. Все образцы  подвергались исследованию на фазовый состав на дифрактометре ДРОН-3М. Образцы облучали монохроматическим Cuα-излучением с длиной волны 1,54056 Å при следующих параметрах съемки: ускоряющее напряжение 90 кВ, ток пучка 30 мА, диапазон углов сканирования 10–70°, шаг сканирования 0,03°, время набора сигнала 1 с. Расчет степени кристалличности исследуемых образцов проводили с использованием пакета программ POWDERCELL 2.4 и Crystallographica Search-Match. Исследования морфологии порошков проводили методом растровой электронной микроскопии на приборе JEOL JSM 6000 с микроанализатором элементов.

Описание и обсуждение результатов

Так как у пластичных керамических масс объемные деформации происходят в результате изменения пористости, поэтому объемные деформации пластичных керамических масс по своей природе резко отличаются от объемных деформаций твердого тела. С этой точки зрения объемные деформации глинистых масс правильнее отождествлять со сжатием газов. Исходя из всего вышесказанного, с помощью пресс-формы с глиной был проведен опыт с целью получения ряда зависимостей, определяющих формовочные свойства глиняной массы. Из данных следует, что при получении плотных сухих гранул формование гранул необходимо проводить при минимальной влажности и повышенных давлениях. Из оксидов, входящих в состав глин и склонных к термической диссоциации, известен только оксид железа. Однако разложение трехвалентного оксида железа начинается не с 1000 °С, а с учетом упругости полная диссоциации достигает лишь при температуре 1350 °С. Из этого следует, что при обжиге в окислительной атмосфере до температуры 1300 °С диссоциации оксида железа, не вносит существенный вклад на процесс порообразования. В определенных восстановительных условиях кислород, полученный из оксидов железа может оказаться компонентом, непосредственно участвующим в порообразовании глиняный масс. Однако экспериментальные данные показывают, что для вспучивания легкоплавких железистых глин достаточно небольших количеств восстановителя, в свою очередь температура образования пористого продукта снижается на 150 – 200 °С. Такие восстановители в виде органических примесей содержит в себе почти любая легкоплавкая глинистая порода. 

Как видно из рисунков, добавление отходов СЩС существенно уменьшает интервал вспучивания, а также увеличивая коэффициент поризации.

Рисунок 1 Микроструктура образца без добавки

Рисунок 2 Микроструктура образца с добавкой СЩС в количестве 5%

Получение такой нерегулярной структуры способствует процесс восстановления оксидов железа, характеризующийся совокупностью двух одновременно протекающих превращений: диссоциацией восстанавливаемого оксида и соединением восстановителя с кислородом. При этом образуются газообразные продукты в виде CO, H2O и СO2.

Выполненные исследования показывают принципиальную возможность получения энергоэффективного керамзитового гравия. Также разработана технологическая линия по выпуску керамзита в кипящем слое и сконструирована опытная печь кипящего слоя с применением сопла Лаваля. Данная печь показала хорошую производительность по готовому материалу.  Производство характеризуется низкой антропогенной нагрузкой на окружающую среду, так как не образуется опасных и токсичных выбросов, однако температуры производственных процессов довольно высоки. Поэтому необходимо применение рекуператора, который способствует меньшему энергопотреблению, и меньшим выбросам тепла в атмосферу.

Используемые источники
Горин В.М., Токарева С.А., Кабанова М.К. Керамзит. Опыт и перспективы развития производства и применения. Строительные материалы №11, 2004
Ревва И. Б. Строительная керамика на основе композиций легкоплавких глин с непластичными природными и техногенными компонентами.
Соловьева О.В. Исследование легкоплавких глин для производства керамзита. Информационный сборник. М.: Госстройиздат, 1962 г.
Борбат П.Т. Производство и применение керамзита в строительстве (опыт Военстроя). Информационный сборник. М.: Госстройиздат, 1962 г.
Каленов Е.М. Повышение качества керамзита. К.: Будивельник, 1984 г.
Каленов Е.М., Троцко Т. Т. Строительные легковесные материалы ячеистой структуры из местных легкоплавких глин.
Онацкий С.П. Производство керамзита. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1987.
Information about the project
Surname Name
Toropkov Nikita
Project title
Development of the technology of light expanded clay-based intumescent slightly raw clay
Summary of the project
The study carried out experiments to determine the influence of the composition and molding conditions on the process of swelling.
As a result of research the technology for production of expanded clay in the fluidized bed furnace. The basic constructive, technological and technical and operational characteristics: bulk density, particle size distribution, swelling ratio, water absorption. The use of new technology can save 21% of the cost of the final product. At the moment, the technology is on the finalization of the industrial design.
Keywords
claydite technology, fluidized bed, high-performance claydite, additives, swelling ratio