Profilpipe.ru

Профиль Пипл
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Опилки для производства керамического кирпича

Целлолигнин в качестве выгорающей добавки при производстве керамического кирпича

В статье представлен способ получения сырьевой смеси для производства керамического кирпича с улучшенными теплоизолирующими свойствами. Описано использование в качестве добавки целлолигнина, способствующего приобретению данным строительным материалом этих свойств, а также снижению экологической нагрузки на окружающую среду.

В настоящее время известны сотни различных строительных материалов, но основными являются три их вида: металлы, пластмассы и силикатные материалы (цемент, керамика, стекло). Каждый из этих видов материалов имеет свои общие характерные свойства и области применения.

К изделиям строительной керамики предъявляют различные требования соответственно тем воздействиям, которые они испытывают в процессе эксплуатации.

В основном это требования к водопоглощению, морозостойкости, химической стойкости, механической прочности, водопроницаемости, истираемости, теплопроводности. В значительной степени эти свойства обусловливаются пористостью и плотностью материала [1].

По составу и способу производства кирпич делится на две группы — керамический и силикатный. Силикатный кирпич состоит примерно на 90% из песка, на 10% из извести и небольшой доли добавок. Он готовится методом полусухого прессования из рационально подобранной смеси кварцевого песка, воздушной извести и воды. Отформованный кирпич подвергается автоклавной переработке — воздействию насыщенного водяного пара при t=170–200 0С и давлении пара 8–12 атм. В результате синтеза гидросиликатов образуется прочный искусственный камень. Цветной силикатный кирпич получается путем добавления в массу атмосферостойких щелочестойких пигментов [2].

До недавнего времени основное количество кирпича производилось методом пластического формования. К недостаткам этого метода необходимо отнести то, что отформованный кирпич надо сушить. Для качественной поверхности необходимо, чтобы процесс сушки проходил медленно. В результате сушка занимает от трех дней до нескольких недель. И несмотря на то, что многие заводы вводят в глину целый комплекс элементов для уменьшения растрескивания кирпича в процессе сушки, не многим удается добиться, чтобы кирпич не растрескивался. Вторым недостатком метода является то, что глину необходимо качественно переработать, что требует больших затрат на электроэнергию. Поэтому большинство отечественных предприятий в целях экономии использует минимальный комплект перерабатывающего оборудования, что отнюдь не способствует качеству выпускаемого кирпича.

При другом способе производства используют метод полусухого прессования. Данный метод широко распространен в Ростовской области и Краснодарском крае. Он предусматривает подсушку глины в сушильном барабане в течение 10–15 мин., после чего глина измельчается стержневым смесителем в порошок с фракцией 0,5–5 мм и формуется в кирпич колено-рычажными прессами. Поскольку формование происходит при влажности порошка 8–10%, то отформованный кирпич не требует сушки и подается сразу после формовки в печь. Следовательно, преимущества второго метода налицо: не требуются затраты на энергоносители для сушки, нет необходимости вводить в глину добавки для улучшения сушильных свойств кирпича, даже при наличии в глине солей они не выступают на поверхность, технологическое оборудование более простое и потребляет значительно меньше энергии.

В отечественной практике в основном известно производство полнотелого керамического кирпича, обладающего низкой теплоэффективностью, но его доля постепенно снижается за счет ввода в эксплуатацию современных предприятий и остановки устаревших производств. Доля пустотелого керамического кирпича составляет около 20% в общем объеме производства, лицевого (облицовочного) — около 5%. Основная масса производимого кирпича представлена маркой «75–100», выпуск высокомарочного кирпича марки «150–300» незначителен.

В производстве стеновых материалов уже давно стоит задача по выпуску теплоэффективных материалов. Поэтому в настоящее время одним из перспективных и быстроразвивающихся направлений можно назвать выпуск строительных материалов, при котором для улучшения теплоизоляционных свойств используются органические добавки. В связи с этим возникают новые заводы, осуществляется реконструкция множества старых предприятий, теперь выпускающих большой спектр строительной продукции, где в качестве сырья используются отходы различных предприятий.

Возникновение экологической угрозы, вызванной накоплением промышленных отходов, требует проведения эффективной экологической политики, одним из направлений которой является использование различных отходов в качестве сырья для получения готового продукта. Не только экологические, но и экономические факторы способствуют разработке и внедрению технологий, при применении которых отходы одних отраслей промышленности после дополнительной обработки или без нее становятся основным сырьем или компонентом для производства в других отраслях промышленности. Отходы для введения в состав строительных материалов по своему составу и способу образования могут быть различными. Для детального изучения нами были выбраны отходы органического происхождения, которые могут использоваться как добавки при производстве стройматериалов. В ходе предварительной проверки наиболее эффективной добавкой оказался целлолигнин. Это самый многотоннажный побочный продукт любого гидролизного производства. Хоть он и имеет области применения, но используется примерно наполовину от образующегося объема.

Наилучшим способом понижения теплоотдачи кирпича является повышение пористости самого керамического черепка.

Первый путь — поиск и введение таких газообразующих добавок, как магнезит, кальцит и пр. Второй путь — поиск и введение выгорающих добавок, приводящих к повышению пористости керамического черепка. Большой «плюс» состоит в том, что именно здесь возможно применение самых различных целлюлозосодержащих твердых отходов (ЦТО).

На самом деле действие выгорающей добавки заключается не только в образовании пор в керамическом черепке. Это действие многофункционально.

1. Почти все добавки органического происхождения имеют свою, иногда очень существенную, теплотворную способность. При обжиге изделий выделяется дополнительное количество тепла, распределенного при этом по всему объему, что приводит к существенному улучшению обжига (более равномерному) и сокращению времени нахождения в печи (экономия энергии).

2. В зависимости от состава добавки могут создавать восстановительную среду в толще обжигаемого материала. Это интенсифицирует процесс спекания и упрочнения керамического черепка, следовательно, повышает его прочность (например, тощие каменные и бурые угли).

Читать еще:  Кирпич кислотоупорный для газоходов

3. Часто эти добавки улучшают пластифицирующие свойства шихты.

4. При выгорании органической добавки выделяется небольшое количество сопутствующих газов, что приводит к уплотнению стенок вокруг каждой частички, а в итоге повышает прочность всего изделия.

5. Если использовать в качестве выгорающей добавки отходы, то это приведет к получению продукции с улучшенными характеристиками с сохранением или снижением себестоимости.

В связи с вышесказанным актуальным является использование ЦТО в качестве выгорающей добавки в составе строительных керамических материалов. Цель настоящей статьи — предложить новый материал, получаемый из ЦТО и выполняющий роль выгорающей добавки для улучшения теплоизоляционных свойств.

В состав керамического кирпича входят следующие компоненты: глина, песок, добавки (например, целлолигнин). Чтобы понять, какой степени аморфизации в условиях переработки сырьевой смеси достигает углерод, нужно провести термодинамические расчеты реакций всех основных соединений, входящих в ее состав.

Главные химические компоненты глин: SiO2, Al2O3. Основной же элемент добавки, подвергающийся окислению, — углерод. Поэтому вклад в теплообразование вносят указанные далее реакции (1–6), но в оксидах кремний и алюминий находятся в окисленном состоянии, а оксидов с более высокими степенями окисления не существует, т. е. могут происходить только окислительно-восстановительные реакции между этими соединениями.

При разложении целлолигнина может выделяться углерод, и тогда возможными превращениями становятся несколько вариантов:
SiO2 + С → СО2 + Si, (1)
А12 О3 + С → СО2 + А1, (2)
Si + О2 →SiO2,
А1 + О2 →А12О3.

В связи с многовариантностью превращений возникает ряд вопросов. Какие из этих реакций будут протекать преимущественно при температуре обжига в процессе образования керамического кирпича?

В виде какого аллотропного видоизменения может находиться углерод и кремний? Могут ли происходить процессы взаимодействия продуктов горения, а именно:
SiO2 + Al →Si+ A12O3, (3)
SiO2 + Fe →Si + FeO, (4)

и образования карбидов A14С3 (5) и SiC (6), что в большей степени влияет на прочность кирпича?

Введение органических соединений в глины для увеличения пористости известно. Однако увеличение пористости сопряжено с уменьшением прочности изделий. Поэтому необходимость решения задачи актуальна. В первом приближении на эти вопросы можно ответить с точки зрения термодинамики процессов.

Рассчитаем изменение изобарно-изотермического потенциала реакции (1):
ΔН298° хим. реакции = 0 + –393,5)–
0–217.7 = –611,2 кДж/моль;
ΔS298° хим. реакции = + 4,5 +51,06–
1,3–9.9 = + 44,4 Дж/мольК.
Средняя температура процесса — 1 000 0С
(1273 °К). И тогда –611,2–(1273·0,044) = –667,2.
Для реакции (2):
ΔН298° = –611,2 кДж/моль;
ΔS298° = –6,8 + 51,1–1,3–12,2 = 44,4 Дж/моль·К.

Значение изобарно-изотермического потенциала, таким образом, получается практически равным, и вопрос преимущественного протекания можно решить с помощью ниже приводимого исследования.

Сравним стандартные электродные потенциалы реакций (3) и (4). Т. к. Е° А1/А13+ = + 2,37 В, т. е. имеет большую величину, чем Е° Fe/Fe2+ = 0.44, то взаимодействие (3) менее вероятно.

Что касается еще двух возможных реакций:
А1 + С→ А14С3, (5)
Si + С → SiC, (6)

Линия по производству опилок и добавления их в шихту

ООО «СамЛит» (г. Самара) — это одно из ведущих предприятий, которое производит дробильное оборудование для измельчения минерального сырья и отходов деревообрабатывающей промышленности. Кроме того, Чугунолитейный завод «СамЛит» выступает в качестве Генерального подрядчика при проектировании и производстве дробильного и аспирационного (воздухоочистительного) оборудования, строительстве со сдачей «под ключ» технологических линий.

Примером комплексного решения технологической задачи может служить реконструкция кирпичного завода ООО «БалтКерамика» в пос. Прибрежный, Калининградской области. В рамках проводимой реконструкции ООО «СамЛит» внедрило в существующее автоматическое производство кирпича, линию по производству опилок и добавления их в шихту (сырьевую массу кирпича), что позволило наладить выпуск поризованного кирпича.

Особенность поризованного кирпича заключается в том, что опилки, добавленные в него в процессе производства, во время обжига выгорают и образуют поры, тем самым улучшая тепло и звукоизоляционные свойства.

Однако, чтобы избежать понижения прочностных характеристик кирпича, массовая доля опилок в шихте и их фракция (количество и размер пор) должны быть строго определены технологическим процессом.

Таким образом, решая задачу добавления опилок в кирпич комплексно, при проектировании линии по производству опилок для ООО «БалтКерамика», опираясь на существующие производственные мощности, чугунолитейный завод «СамЛит» учитывал три основных условия:

  • опилки после дробления должны быть размером не более 3мм;
  • производительность подачи опилок в линию производства кирпича должна быть регулируемой в пределах 4 ÷ 9 м 3 /ч;
  • производительность дробилки опилок и подающих транспортеров должна быть больше производительности подачи опилок в линию производства кирпича.

Принцип работы линии заключается в следующем (см. рис.1). Древесные отходы загружаются в топливный склад 1, затем по скребковому транспортеру 2 подаются в дробилку 3 и перерабатываются в опилки.

Готовые опилки по скребковому транспортеру 4 доставляются в бункер-дозатор с ворошителем 5, затем по шнековому питателю 6 подаются на линию для дальнейшего использования в производстве кирпича.

Для исключения возможности попадания в опилки металлических предметов в линии между скребковым транспортером 2 и дробилкой 3 установлен магнитный сепаратор 7.

Пуск и управление линией производится оператором с пультов управления дробилки — 8 и системы управления — 9. Управление всеми рабочими органами составных частей линии производится шкафами управления дробилки — 10 и системы управления — 11, по командам от соответствующих пультов.

Для обслуживания составных частей линии предусмотрены площадки 12, 13, 14.

Кроме того в линии предусмотрена система аспирации, которая включает в себя циклон и блок фильтров.

Рис.1.
1 — топливный склад; 2 — скребковый транспортер; 3 — дробилка; 4 — скребковый транспортер; 5 — бункер-дозатор; 6 — питатель шнековый; 7 — магнитный сепаратор; 8, 9 — пульты управления; 10, 11 — шкафы управления; 12, 13, 14 — площадки обслуживания.

Читать еще:  Способы прессования силикатного кирпича

Основные технические характеристики линии

ПараметрыЗначения
Перерабатываемый материалДревесные отходы
Исходная фракция, мм-15
Выходящая фракция, мм-3
Производительность переработки не более, м 3 /ч10
Производительность подачи готовых опилок, м 3 /ч4 ÷9
Объем загрузочного склада, м 316
Твердость обрабатываемого материала по шкале Мооса, не более5
Влажность обрабатываемого материала, %, не более4
Номинальная мощность электрооборудования, кВт290

После монтажа на ООО «БалтКерамика», проведения диагностики и первых испытаний линии стало ясно, что линия соответствует заявленным параметрам.

Рис. 2.
Диагностика подшипниковых опор дробилки.

Был проведен фракционный анализ готовых опилок в которых оказалось:

  • частиц размером более 5мм — около 0,7%;
  • частиц размером более 3мм — около 6%;
  • частиц размером более 1,5мм — около 14%;
  • частиц размером более 1,25мм — около 22%;
  • частиц размером менее 1,25мм — около 57,3%.
Исходные древесные
отходы
Готовые опилкиДревесная мучка, осевшая
в системе аспирации

После настройки шнекового питателя на производительность 7 м 3 /ч был произведен пробный выпуск поризованного кирпича из шихты с опилками. Со слов обслуживающего персонала оказалась, что шихта с опилками более сухая и рассыпчатая, по сравнению с шихтой без опилок, и не прилипает к ковшам ковшевых транспортеров, необходимость чистить которые стала возникать гораздо реже.

Рис. 4.
Шихта с добавлением опилок.

В результате можно констатировать, что внедрение на кирпичных заводах технологии по производству поризованного кирпича выглядит вполне привлекательно. Особенно наглядно это видно на фоне положительных результатов на ООО «БалтКерамика». Экономический эффект будет более ощутим в тех районах, где затраты на добычу и доставку глины значительно больше затрат на приобретение и доставку древесных отходов.

Шихта для изготовления кирпича

Шихта предназначена для изготовления кирпича любой формы, размеров, с внутренними отверстиями и без них. Шихта содержит, мас.%: зола ТЭЦ, измельченный бой кирпича или измельченный отвальный шлак 0,5-10,0, опилки и/или уголь с крупностью частиц не более 5 мм 0,5-15,0, гранулированный доменный шлак 0,1-6,9, глина и/или суглинок — остальное. В качестве измельченного отвального шлака может быть использован доменный шлак и/или шлак сталеплавильного производства. Технический результат — получение кирпича с высокой прочностью при изгибе, а также утилизация промышленных отходов. Получаемый кирпич характеризуется пределом прочности при сжатии до 32 МПа, при изгибе — до 50 МПа, морозостойкостью — не менее 25 циклов. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к строительству, а именно к производству кирпичей.

Известна шихта для изготовления кирпича, содержащая следующие компоненты: опилки древесные — 12%, суглинок и/или глина — остальное (Сайбулатов С. Ж. Производство керамического кирпича. М., Стройиздат, 1989 г.).

Наиболее близким решением к предлагаемому является шихта, содержащая, об. %: опилки указанного гранулометрического состава — 4-8, гранулированный шлак металлургического производства — 7-13, отходы производства минераловатных плит — 4-8, суглинок и/или глина — остальное (RU 2 052 417 C1, кл. C 04 В 33/00, 20.01.1996).

Недостатками указанных технических решений являются получение из смеси кирпича с относительно низким пределом прочности на изгиб, неоправданно высокое содержание достаточно дорогостоящей добавки — гранулированного шлака, узкая номенклатура используемых промышленных отходов.

Задача, решаемая изобретением, направлена на устранение указанных недостатков и позволяет производить универсальную шихту на основе отходов местной промышленности, из которой получается качественный кирпич, имеющий высокий предел прочности на изгиб.

Кроме того, расширение номенклатуры используемых промышленных отходов обеспечивает утилизацию вновь образующихся, а также складированных отходов и обеспечивает оздоровление окружающей среды.

Указанный технический результат достигается тем, что в шихте, используемой для изготовления керамических кирпичей, содержащей суглинок и/или глину, выгорающий компонент, золу ТЭЦ, измельченный бой кирпича или измельченный отвальный шлак и гранулированный доменный шлак, в качестве выгорающей добавки используют древесные опилки и/или уголь с крупностью частиц не более 5 мм и при этом соотношение компонентов в шихте следующее, мас.%: Зола ТЭЦ, измельченный бой кирпича или измельченный отвальный шлак — 0,5-10,0 Опилки и/или уголь с крупностью частиц не более 5 мм — 0,5-15,0 Гранулированный доменный шлак — 0,1-6,9 Глина и/или суглинок — Остальное Измельченный отвальный шлак может быть образован как в результате доменного, так и сталеплавильного производства.

В процессе приготовления шихты могут быть использованы гранулированные доменные шлаки различного состава, например, шлак доменный, содержащий следующие оксиды, мас.%: SiO2 — 35-42; CaO — 40-46, А12О3 — 6,5-10,5, MgO — 1,2-5,5, TiО2 — 0,10-0,60, п.п.п. — остальное.

Зола ТЭЦ может быть текущего выхода и из золошлаковых отвалов.

Измельченный бой кирпича может быть изготовлен из отходов производства кирпича или из кирпича (боя), образовавшегося при разборке зданий. Максимальный размер частиц измельченного боя кирпича и отвального шлака зависит от требований по эксплуатации оборудования, применяемого на конкретном производстве.

Опилки древесины, использованные в производстве шихты, должны отвечать требованиям ТУ-313-64.

При изготовлении смеси могут быть использованы любые глины или суглинки, отвечающие требованиям ГОСТ 9169-75 и ОСТ 21-78-88.

Отвальный шлак может образовываться в результате слива в отвалы жидкого шлака доменного и/или сталеплавильного производства.

Керамический кирпич производится из предлагаемой шихты по традиционной технологии.

В таблице 1 приведены составы для изготовления керамического кирпича, а в таблице 2 — физико-механические показатели.

Испытания проводили в ОАО «Керамика» п. Ломинцево Тульской обл. (примеры 1, 2, 3) и ЗАО «Ржевстройматериалы» г. Ржев Тверской обл.

Гранулированный доменный шлак может иметь любой химический состав.

Технология приготовления шихты традиционная, применяемая на кирпичном производстве. Изготовление кирпича из шихты также производится по традиционной технологии.

Кирпич, изготовленный из предлагаемой шихты, может иметь любую форму, размеры, иметь или не иметь внутренние отверстия по желанию предприятия, использующего предлагаемую шихту.

Читать еще:  Когда совершается механическая работа кирпич лежит

Кирпич, изготовленный из предлагаемой шихты по традиционной технологии, имеет предел прочности при сжатии до 32 МПа, при изгибе до 50 МПа, морозостойкость не менее 25 циклов.

1. Шихта для изготовления кирпича, содержащая добавку, выгорающий компонент, гранулированный доменный шлак и глину и/или суглинок, отличающаяся тем, что она содержит в качестве добавки золу ТЭЦ, измельченный бой кирпича или измельченный отвальный шлак, а в качестве выгорающего компонента — опилки и/или уголь с крупностью частиц не более 5 мм при следующем содержании компонентов, мас.%: Зола ТЭЦ, измельченный бой кирпича или измельченный отвальный шлак — 0,5-10,0 Опилки и/или уголь с крупностью частиц не более 5 мм — 0,5-15,0 Гранулированный доменный шлак — 0,1-6,9
Глина и/или суглинок — Остальное
2. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что она содержит в качестве измельченного отвального шлака доменный шлак и/или шлак сталеплавильного производства.

Сырье для производства кирпича

Керамический кирпич производится из глины, добытой мелкой фракцией с постоянным составом минералов.

Необходимо, чтобы глины, используемые для производства кирпича, были чистыми, то есть без крупных каменистых включений, а также корней и других растительных остатков. Наиболее вредными являются включения известняка. Кроме того, глины должны быть пластичными, хорошо формоваться, изделия из них не должны давать при сушке трещин.

Наиболее подходящими для производства строительного кирпича являются глины средней пластичности (жирности). Кирпич из слишком жирных глин сохнет с трудом, имеет трещины и коробится. При использовании очень тощих глин кирпич получается с низкой прочностью и морозоустойчивостью. Для получения пластичного глиняного теста к ней добавляют воду. При этом для придания глине нормальной густоты количество воды должно быть оптимальным: если ее слишком много, получается жидкое глиняное тесто, из которого нельзя сформовать изделий, при малом количестве воды масса не приобретает нужной связности, будет рассыпаться. Нормальная густота – такое состояние глиняного теста, при котором оно легко формуется, но не прилипает к рукам.

Жирные, очень пластичные глины приобретают нормальную густоту при добавлении 30-40% воды, глины средней пластичности — при 20-30% и малопластичные глины — при 15-20% воды.

Качество глины можно определить на глаз по срезу. Высокопластичные глины имеют блестящий жирный срез, в состоянии нормальной густоты прилипают к ножу. Если поверхность среза матовая, ровная, без шероховатости, то это говорит о меньшей пластичности. Такие глины при производстве рабочего кирпича требуют добавки отощителя.

При небольшой пластичности срез бывает матовый, слегка шероховатый. Подобные глины и суглинки пригодны для производства кирпича без добавки отощителя. Для определения пластичности образцу глины придают нормальную густоту и из полученного теста делают шарики диаметром 4-5 см, жгутики длиною 15-20 см и толщиною 2 см. Шарики кладут на гладкую доску и сверху медленно надавливают дощечкой, пока они не сплющатся до половины толщины. Если на смятом шарике не появится трещин, значит глина пластична, если трещины появятся — глина малопластична. Шарики из очень тощей глины разваливаются на куски.

Жгутики обвивают вокруг деревянной палки диаметром около 3 см. Пластичные глины при этом не дают трещин и надрывов, тощие глины трескаются и распадаются. О пластичности глины свидетельствует также усадка образцов при сушке. Чем глина пластичнее, тем больше воды требует она для получения теста нормальной густоты и тем больше усадка ее при сушке (усушка).

Для определения усушки из глиняного теста нормальной густоты нарезают образцы небольшого размера. На свежесформованном изделии наносят черту. Затем образцы высушивают, измеряют нанесенную ранее черту и определяют так называемую линейную усадку, которая равна отношению разницы длины черт к длине черты свежесформованного кирпича.

Глины, усадка которых более 10%, — высокопластичны, от 8 до 10% — выше средней пластичности, от б до 8%’ — средней пластичности и меньше 5% — тощие. Глины, имеющие 6-8% усушки являются наиболее пригодными. При большей усушке в глину нужно добавлять отощители. В качестве отощителей применяется песок с крупностью зерен 0,5-2 мм, просеянные или дробленые шлаки с крупностью не более 3 мм, а также опилки.

Наличие в глине каменистых включений определяют методом просеивания подсушенной глины или отмучиванием в воде пробы глины. Нежелательны включения размером более 3-4 мм. Наиболее вредны включения известняка. Для того чтобы выяснить, есть ли во включениях известняк, на остаток, полученный после просеивания или отмучивания, льют по каплям разбавленную соляную кислоту (10% раствор). Известняк вступает в реакцию с кислотой и растворяется в ней.

Глины, содержащие включения известняка, нельзя использовать для производства кирпича, поскольку при обжиге известняк превращается в известь, которая гасится под действием влаги воздуха, увеличивается в объеме и приводит к разрушению изделия.

Глину, намеченную для производства, необходимо подвергнуть испытанию, изготовив из нее пробные кирпичи. Для этого, выкопав на месте предполагаемой добычи глины шурф глубиною на всю толщу залегания глины, делают по высоте стенки шурфа борозду, собирая всю глину из борозды, и тщательно перемешивают ее. Затем, определив пластичность глины, устанавливают необходимость добавки отощителя. Добавив, если нужно, отощитель, глину замачивают, тщательно перемешивают и формуют из нее вручную несколько кирпичей, которые высушивают в помещении и обжигают на ближайшем кирпичном заводе.

Обожженный кирпич в итоге должен быть правильной формы, без трещин, при постукивании металлическим предметом издавать чистый звук, не размокать в воде. Полные испытания нужно производить в лаборатории завода.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector