Технологічний процес виробництва термолітового щебеню і піску сухим способом, страница 2

1 ЗАГАЛЬНА ЧАСТИНА

1.1 Номенклатура й основні властивості продукції, яка виробляється

Термолітовий щебінь або гравій, згідно з вимогами до їх фізико-механічних властивостей , за крупністю зерен поділяють на фракції: менше 5 мм (пісок); від 5 до 10 мм; від 10 до 20 мм. Залежно від насипної густини (кг/м³) термоліт, що отримують спіканням, класифікують за марками від 600 до 1200. Міцність термоліту при стискуванні у циліндрі повинна змінюватися від 1,5 до 7 МПа залежно від категорії (вища або перша) та виду матеріалу (щебінь або гравій). Для гравію міцність становить 2.. .7 МПа, для щебеню відповідно - 1,4.. .4 МПа. Густина зерен заповнювача - 1,0... 1,9 г/см³, а пористість становить 20.. .60% і обумовлена пористістю вихідної сировини, а також дегідратацією мінералів, що містять воду.

На відміну від відомих пористих заповнювачів, що одержані спучуванням або подрібненням та характеризуються значним підвищенням насипної густини і щільності зерен дрібних фракцій в порівнянні з більш крупними, показники насипної густини термоліту різної крупності подібні.

Втрати маси термоліту після 15 циклів навперемінного заморожування та відтавання не повинні перевищувати: 10% - для бетонів за маркою морозостійкості F 150 і 5% - для бетонів за маркою морозостійкості більше F 150.

Коефіцієнт розм'якшення термоліту не повинен бути менше 0,7.

Термолітові гравій та щебінь не повинні містити вапнякових та інших включень, що обумовлюють втрати маси при кип'ятінні заповнювача більше 5%.

Для отриманого заповнювача при визначенні стійкості проти силікатного розпаду втрата маси не повинна перевищувати 8%, а проти залізистого - відповідно 5%.

Водопоглинання для гравію обмежено 25%, для щебеню-35%.

Вологість готового продукту не повинна перевищувати 5 мас. %.

Вміст у складі термоліту водорозчинних сірчаних та сірчанокислих сполук (в розрахунку на SО₃), якщо останній використовують для виготовлення армованих бетонів, не повинен перевищувати 1 мас. %.

Більшість термолітових заповнювачів, що отримані із діатомітів, трепелів, опок та їх перехідних різновидів, відноситься до "полегшених". Такі заповнювачі рекомендовані до застосування в основному як заповнювачі для конструкційних (В10...В40) та конструкційно-теплоізоляційних бетонів.

Із "чистих" легких, високопористих діатомітів і трепелів, а також карбонатних трепелів, що мають "сухе" спікання, можна отримувати особливо легкі тепло- та термоізоляційні щебінь та пісок.

Теплоізоляційний щебінь і пісок, що одержані при температурі 1000... 1050°С із "чистих" порід, також рекомендовано для виготовлення фільтрів. Щільний термолітовий щебінь та пісок можуть бути використані для оздоблення фасадів, внутрішнього облицювання приміщень, для мозаїчних, кольорових та конструкційних бетонів.

Термолітові гравій та щебінь, що одержані при спучуванні сировини за рахунок використання лужних добавок, характеризуються марками за насипною густиною від 250 до 600 кг/м³, відповідно їх міцність при стискуванні у циліндрі становить від 0,5 до 2 МПа. Такі заповнювачі доцільно використовувати для виробництва теплоізоляційних матеріалів.

Економічна ефективність використання термоліту різного ступеня поризації пов'язана зі зменшенням середньої густини легкого бетону при підвищенні його міцності, а також із зниженням витрат при транспортуванні заповнювачів за рахунок можливості організації виробництва на базі місцевої сировини. Зазначене актуальне саме для України, оскільки вона має в наявності великі запаси кремнеземистих порід (Луганська, Донецька, Запорізька та Дніпропетровська області).

1.2 Характеристика сировини

Кремнеземисті породи включають діатоміти, трепели, опоки, спонголіти, радіолярити та Їхні перехідні різновиди. Осадові і вулканогенно-осадові кремнеземисті породи складаються переважно з опалу різного ступеня кристалізації і об'єднуються у дві групи:

-  ті, що складені взагалі з кремнеземистих скелетів мікроорганізмів (діатоміти, спонголіти, радіолярити, силікофлаге- літи);

-  ті, що складені з найдрібніших неправильних або глобулярних частинок кремнезему (опоки, трепели).

Залежно від вмісту глинистої та уламкової складових в ряду піщано-глинисто-опалових порід виділяють проміжні різновиди (глинисті діатоміти і трепели, кремнеземисті глини, опокоподібні пісковики). Серед ранніх відкладень є карбонатно-кремнеземисті та карбонатно-глинисто-кремнеземисті (мергельні) породи. Серед виділених типів промислове значення мають діатоміти, трепели, спонголіти та їхні різновиди.

Кремнеземисті породи є типовим прикладом трикомпонентних систем. В типових породах (діатомітах, опоках, трепелах) вміст кремнезему (опал-кристобаліту) може коливатися від 60 до 80%, а глинистий компонент становить від 10 до 40%. У глинистих різновидах вміст глини досягає 30...60%. Як постійні домішки в різній кількості присутні також піщано-алевролітові компоненти (кварц, глауконіт та ін.).

Кремнеземисті породи складені в основному з аморфного кремнезему у вигляді опалу різної форми і домішок різних мінералів. Залежно від віку та умов знаходження опал підлягає метаморфізації. В діатомітах він зазвичай представлений рентгеноамофним різновидом. В опоках і трепелах він частково перетворюється в низькотемпературний кристобаліт, який становить до 50% від маси.

Діатоміти можуть бути віднесені до безкарбонатних порід, а в опоках і трепелах вміст карбонату кальцію СаСО₃ може зростати, що сприяє перетворенню їх в кремнеземисту крейду або мергель. Діатоміти - легкі високопористі, тонкозернисті породи органогенної структури. Основна маса представлена залишками діатомій, що складені рентгеноаморфним опалом та крупними уламками, кількість яких в 1 см³ сягає 1,2…7,2 млн. шт. Глинисті мінерали складають15…30% породи і представлені монтморилонітом, гідрослюдами, каолінітом.

Опоки - кремнеземисті породи гелеподібної структури, які представлені переважно мікрозернистим опал-кристобалітом із вмістом глинистої речовини до 30%. Існує також мергельна опока, яка містить значну кількість глинистих і карбонатних мінералів. Хімічний склад опок включає ( мас. %): SiО₂ - 74.. .90; А1₂О₃ -6,0... 11; Fe₂О₃ - 1,44.. .4,80; СаО - 0,93.. .5,00; MgO - 0,67... 1,9. Істинна густина становить 2,3...2,4 г/см³. Середня густина звичайно вища, ніж у трепелу і змінюється від 1040 до 1840 кг/м³ .

Трепели - це легкі пористі породи, що представлені кремнеземом та глиноземом. Кремнезем (який становить 40.. .60% породи) має глобулярну будову (діаметр глобул 0,006.. .0,002 мм). Кількість глинистої складової, представленої монтморилонітом, коливається в широких межах (від 5 до 30%). Поряд з легкими безкарбонатними трепелами існують вапнякові та піщано-алевролітові їх різновиди. Піщано-алевролітові різновиди мають у своєму складі до 30% кварцу, а карбонатні - 20.. .30% кальциту. Серед трепелів розрізняють такі види: глинисті, глобулярні і карбонатні. До глинистих трепелів віднесені породи, які містять не менше 25% глинистої речовини, переважно каолініт-монтморилонітового складу; кремнеземиста речовина породи представлена частинками, що мають форму глобул, або органогенними частинками. До глобулярних трепелів відносять найбільш чисті різновиди трепелів, які складені переважно опаловими глобулами. До карбонатних трепелів відносять породи, які містять карбонати кальцію в кількості 20.. .25%: кремнеземиста речовина представлена частинками глобулярно- та лускоподібної форм.

Результати хімічного аналізу кремнеземистих порід свідчать, що вміст SiО₂ коливається від 51,2 до 96,8% і найчастіше знаходиться у межах 70...90%, але в деяких породах вміст SiО₂ зменшується до 31,6%. Кількість А1₂О₃ становить близько 3...7%, а у глинистих різновидів - 9...20%. Вміст Fe₂О₃ становить звичайно 2.. .4%, у карбонатних різновидів – менше 2%, у глинистих - до 8%. Кількість СаО дорівнює зазвичай 0,5... 1,5% у карбонатних і до 10... 15% у мергельних різновидів. Наявність MgO у більшості порід становить менше 1% і лише в деяких випадках досягає 8...9 %. Вміст SО₃, ТіО₂, Na₂О, К₂О, Р₂О₅ не перевищує 2%. Втрати маси при прожарюванні залежать в основному від наявності Карбонатів кальцію і магнію і для кремнеземисто-карбонатних і кремне- земисто-мергельних різновидів не перевищують 25%, а для некарбонатних - коливаються в межах 3...5%.

Аналіз процесів спікання кремнеземистих порід, які мають місце при виробництві термоліту передбачає розгляд останніх як силікатної системи із вмістом оксиду кремнію переважно у вигляді тугоплавкого опалу з температурою плавлення 1660°С із домішками невеликої кількості легкоплавких оксидів (А1₂О₃, Fe₂О₃, CaO, MgO, Na₂О та ін.). Процеси спікання порід залежно від їх складу мають наступні особливості:

Кремнеземисті породи, які містять переважно опал, кристобаліт та халцедон, характеризуються твердофазним "сухим" спіканням. При температурі 1300°С породи не спікаються, тому що вони більш тугоплавкі, але поліморфні об'ємні зміни, що відбуваються, призводять до руйнування структури порід.

Кремнеземисті породи з незначною кількістю домішок відрізняються більш складним процесом спікання: поряд з твердофазним "сухим" спіканням при випалюванні відбувається утворення мікроскопічних легкоплавких евтектик, які пом'якшують жорсткість структури. Зростання кількості останніх сприяє руйнуванню структури вихідної породи.

Змішані (кремнеземисто-глинисті) породи містять поряд з опалом значні домішки глинистих мінерйлів. Під час випалювання відбувається спікання порід завдяки утворенню рідкої фази. Ці породи мають невисоку температуру плавлення і часто великий інтервал випалення.

У глинисто-кремнеземистих порід з переважаючою кількістю глинистих мінералів при спіканні утворюється значна кількість рідкої фази. Температурний інтервал випалювання короткий, при підвищенні температури до температури плавлення, породи спучуються і поризуються.

Кремнеземисто-карбонатні породи внаслідок вмісту підвищеної кількості кремнезему SО₂ є тугоплавкими і тому процес їх спікання проходить переважно в "сухому" вигляді. Можливість виникнення рідкої фази під час спікання підвищується при зростанні температури до 1250°С і вище.

Таким чином, існує загальна закономірність протікання процесів спікання кремнеземистих порід, яка обумовлена присутністю домішок різних мінералів поряд з опалом. З підвищенням вмісту останніх знижується температура плавлення, підвищується рівень спікання порід, частка "сухого" спікання зменшується, а "рідкофазного" зростає. Причому у порід, що відносяться до 3, 4, 5 груп з підвищенням температури випалювання спочатку виникає "сухе" спікання, а потім "рідкофазне". З підвищенням кількості рідкої фази в породах, що спікаються, зменшується ступінь руйнування структури, пов'язаний з поліморфними об'ємними перетвореннями. Керування процесом спікання кремнеземистих порід дозволяє отримати широку гаму матеріалів: термолітові заповнювачі для бетонів, склокерам, кремнеситали . Слід зауважити, що процеси, що відбуваються при випалюванні кремнеземистих порід, відрізняються від аналогічних процесів при випалюванні глинистих і перлітових порід. Опал, халцедон та кварц, які складають основну масу кремнеземистих порід, не здатні до спучування, і тому використання цих порід для виробництва легких заповнювачів вимагає застосування добавок для регулювання процесів утворення пористих матеріалів при випалюванні.

Для виробництва термоліту доцільно використовувати кремнеземисті породи з домішками глнистої речовини, яка сприяє утворенню легкоплавких евтектик під час спікання.

Вимоги до сировини для виробництва тремоліту наведені в таблиці 1.   

Таблиця 1 - Вимоги до сировини для виробництва тремоліту

2 ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА

2.1Обґрунтування і вибір способу виробництва

Залежно від макроструктури кремнеземистої породи (пухкої або щільної) технологічний процес виробництва термоліту передбачає наступні основні етапи: для пухкої породи - пластичний, для щільної - сухий або порошковий способи підготовки сирцю; сушіння; випалювання та охолодження заповнювача; фракціонування та складування готового продукту.

Термолітовий пісок одержують подрібненням термоліто- вого щебеню або гравію, а також при випалюванні дрібних фракцій подрібнених кремнеземистих порід.

При виготовленні термолітового гравію виконують аналогічні операції, але також передбачають операції приготування шихти та її грануляції, підсушування гранул перед випалюванням. В деяких технологіях сушіння може бути поєднане з випалюванням.

Сировина для виготовлення термолітового гравію подається зі складу вихідної породи. В тому випадку, коли кар'єрна вологість сировини перевищує формувальну, необхідним є підсушування породи.

Підготовки сировини пластичним способом передбачає подвійну обробку породи на вальцях тонкого помелу, що обумовлено необхідністю подрібнення щільних включень, які присутні в пухкій сировині. В разі використання непластич- ної кремнеземистої породи, або породи, що погано формується, до шихти необхідно додавати добавки-пластифікатори (глину, лігносульфонати, СДБ та ін.).

При виробництві термолітового щебеню і піску сухим способом (рис. 1) необхідне виконання наступних операцій: добування кремнеземистих порід в кар'єрі; транспортування їх до місця переробки; подрібнення порід; розсівання дрібняку на щебінь та пісок (тільки в разі використання окремого випалювання); випалювання щебеню та піску (окреме або сумісне при відсутності злипання зерен); охолодження та складування готового продукту.

Технологічний процес одержання термолітового щебеню сухим способом є найбільш простим і застосовується для каменеподібних трепелів та щільних опок. Порошкоподібний спосіб виробництва термолітового щебеню рекомендовано для піщаних різновидів опок. При порошковому способі підготовки сирцю повністю руйнують природну структуру такої сировини для забезпечення морозостійкості випаленого термолітового гравію.

Температурний режим випалювання термолітового щебеню залежить від складу сировини, що використовується.

Для глинистих діатомітів, які містять легкоплавкі компоненти, процес повного спікання структури закінчується при випалюванні у печі довжиною 12 м-за 12...20 хв. За означений час перебування у печі матеріал підсушується, підігрівається, випалюється і охолоджується до температури 700.. .800°С. Фактично процес випалювання при спіканні тер молітового щебеню триває 10...15 хв. Для випалювання таких порід рекомендовано застосовувати короткі обертові печі.

При випалюванні трепелу з незначною кількістю легкоплавких компонентів процеси випалювання в обертовій печі довжиною 22 м закінчуються за 30...35 хв.

Процес спікання щебеню зазвичай триває 10... 13 хв, але отриманий заповнювач має невисоку міцність. Для завершення процесу спікання температуру його випалювання підвищують до 1260°С.

Отримання термоліту найбільшої міцності досягається продовженням часу випалювання до 60 хв, причому температура термічної обробки не повинна перевищувати 1240°С.

Враховуючи зазначене, слід відмітити, що для випалювання порід з незначною кількістю легкоплавких компонентів, рекомендовано використовувати довгі печі (40...50 м) .

Термоліти, що отримані з використанням деяких кремнеземистих порід (піщаних опок), відносять до пористих матеріалів, оскільки процеси спікання й усадки лише частково зменшують природну пористість породи осадового походження в умовах початку утворення склоподібної фази. Якщо спікання заповнювача довести до визначеної межі, можливе отримання скловидного, майже безпористого матеріалу. Дослідження процесів спікання вказують на можливість регулювання пористості, насипної густини та міцності породи, що випалюється. При термічній обробці кремнеземистих порід їх процес спікання відбувається при порівняно низькій температурі (близько 800°С). Явище утворення скловидної фази практично відбувається при температурі у межах 1020... 1300°С. В деяких випадках інтервал між температурами спікання та плавлення становить не більше 50...70°С.

Для підвищення ступеня спікання заповнювача і зниження температури плавлення до шихти вводять домішки карбонату натрію Na₂CО₃, сульфату натрію Na₂SО₄, хлористого натрію NaCl, їдкого натрію та калію NaOH, КОН, карбонату калію К₂СО₃ , рідкого скла Nа₂О-nSi0₂-mH₂0 в кількості 2.. .8% (інколи 10%). При додаванні домішок в кількості, що перевищує 10%, більшість порід при випалюванні спучується.

Дослідженнями  показана можливість отримання спученого термоліту з кремнеземистих порід при використанні шихти наступного складу, мас. %: порошок із кремнеземистих порід - 83...92; NaOH або КОН - 8... 17; вода - 33...З8 (понад 100%).

Для кожного виду породи кількість лужної добавки підбирають експериментально, а також визначають температуру спучування.

В основу технології отримання термоліту може бути покладений також і порошковий спосіб, який складається із приготування порошку, формування гранул, їх спучування при випалюванні та охолодження.

В разі використання як сировини для приготування гра нул карбонатної опоки, її підсушують і подрібнюють в кульовому млині. Як реагент, що сприяє спученню, до порошкової маси додають рідку добавку NaOH у вигляді розчину 45%-ю концентрацією і густиною 1,48 г/см³. Перед використанням розчин розбавляють у посудині з лопатевою мішалкою до густини змішують у шнековому змішувачі та тарілчастому грануляторі при вологості суміші 33...35%. За допомогою останнього отримують сирцеві гранули.

При взаємодії водного розчину NaOH з порошком породи утворюється рідке скло, яке є не тільки реагентом спучування, але й в'яжучою речовиною. Це дає змогу при нетривалому зберіганні або підсушуванні отримувати міцні гранули сирцю.

Після формування гранули подаються транспортером до сушильного барабана, де температура на вході становить 60°С, а на виході - 100... 120°С. Підсушування гранул необхідне для виключення можливості їх злипання при транспортуванні та випалюванні. Гранули з більшою вологістю спучуються інтенсивніше, ніж сухі, і тому операцію підсушування можна виконувати на стрічковому транспортері за допомогою теплого повітря або місцевого підігріву.

Підсушені гранули подають в обертову піч довжиною 20 м з прямоструминним випалюванням; максимальна температура у зоні спучування становить 830...850°С. Загальний час перебування щебеню у печі - 15 хв, але спучування гранул відбувається на початку випалювання приблизно за 4...5 хв. Зниження ефекту спучування, що має місце, пов'язане з обкатуванням та співударянням гранул.

У цій роботі розглядається сухий спосіб виробництва термолітового щебеню і піску. Недоліком є те, що цей спосіб має малу сировинну базу. Перевагами є те, що цей спосіб є найбільш простим, дешевим та застосовується для каменеподібних трепелів та щільних опок.

2.2 Технологічна схема виробництва, опис технологічних процесів

кар’єр

                                                                     транспорт

склад сировини

грейферний кран

приймальний бункер

пластинчастий живильник

щокова дробарка

стрічковий  транспортер

валкова дробарка

                                                                       грохот

стрічкові конвеєри

      склад фракціонованої сировини транспортери

витратний бункер

тарілчастий живильник

випалювальна обертова піч

холодильний барабан

ківшовий елеватор

                                                                         грохот

силоси готової продукції

Рисунок 1 - Технологічна схема виробництва термолітового щебеню і піску.

В даній курсовій роботі розглянемо технологічну схему типового заводу з виробництва термолітового щебеню та піску(рис.1) сухим способом, продуктивністю 120 тис. м³/рік. Підприємство складається з чотирьох відділень: склад сировини, дробильно-сортувальне відділення, відділення випалу й охолодження, сортувальне відділення та складу готової продукції.

Для розробки кремнеземистих гірських порід в кар’єрі використовують  екскаватори, скрепери та інші машини (рис. 2). Найбільш широко використовують одноковшові екскаватори з прямою лопатою (висота черпання становить 6…30 м, радіус – 6…40 м). Єкскаватори – драглайни відрізняються тим, що мають ковші совкового типу, які підвішені до стріли на канатах. Драглайн може працювати на верхньому майдані кар’єру, бо він черпає нижче своєї стоянки. Також застосовують багатоківшовий екскаватор у вигляді конвеєра з черпаками, що безперервно рухаються вздовж схилу. Крім ланцюгових для пошарової розробки грунту глини використовують роторні багатоковшові екскаватори, робочим органом яких є роторне колесо з черпаками. Що обертається на кінці стріли. Основним видом кар’єрного транспорту є автосамоскиди і автотягачі з причепами. Використовують також самоскиди-тролейвози, трактори  з саморозвантажувальними причепами.

За допомогою  автосамоскидів сировина транспортується на склад . Мостовим грейфером сировину рівномірно розміщують по площі складу і за допомогою грейферного крану подають на виробництво.

Спочатку породу подають до пластинчатого живильника потім за допомогою стрічкових конвеєрів доставляється до щокової дробарки де відбувається подрібнення породи.

Після подрібнення відбувається розсівання дрібняку на щебінь та пісок (тільки в разі окремого випалювання). Це відбувавається у грохоті. Фракція яка залишається на ситі відправляється за допомогою стрічкового конвеєра у валкову дробарку, а звідти знову до грохоту. Потрібна фракція термоліту по стрічковим конвеєрам потрапляє до складу фракційованої сировини.

По стрічковим транспортерам фракційована сировина потрапляє до витратного бункеру, а звідти в обертову піч(рис.3 ).

Рисунок 3- Однобарабанна обертова піч: 1- пилоосаджувальна камера; 2- живильна труба; 3- корпус печі; 4- роликоопора; 5- зубчаста вінцева шестерня; 6- привід; 7- бандаж; 8- відкатна головка печі; 9- пальник (форсунка); 10- дуттьовий вентилятор  

Температурний режим випалювання термолітового щебеню залежить від складу сировини, що використовується.

Для глинистих діатомітів, які містять легкоплавкі компоненти, процес повного спікання структури закінчується при випалюванні у печі довжиною 12 м-за 12...20 хв. За означений час перебування у печі матеріал підсушується, підігрівається, випалюється і охолоджується до температури 700.. .800°С. Фактично процес випалювання при спіканні тер молітового щебеню триває 10...15 хв. Для випалювання таких порід рекомендовано застосовувати короткі обертові печі.

При випалюванні трепелу з незначною кількістю легкоплавких компонентів процеси випалювання в обертовій печі довжиною 22 м закінчуються за 30...35 хв.

Процес спікання щебеню зазвичай триває 10... 13 хв, але отриманий заповнювач має невисоку міцність. Для завершення процесу спікання температуру його випалювання підвищують до 1260°С.

Отримання термоліту найбільшої міцності досягається продовженням часу випалювання до 60 хв, причому температура термічної обробки не повинна перевищувати 1240°С.

Враховуючи зазначене, слід відмітити, що для випалювання порід з незначною кількістю легкоплавких компонентів, рекомендовано використовувати довгі печі (40...50 м) .

Термоліти, що отримані з використанням деяких кремнеземистих порід (піщаних опок), відносять до пористих матеріалів, оскільки процеси спікання й усадки лише частково зменшують природну пористість породи осадового походження в умовах початку утворення склоподібної фази. Якщо спікання заповнювача довести до визначеної межі, можливе отримання скловидного, майже безпористого матеріалу. Дослідження процесів спікання вказують на можливість регулювання пористості, насипної густини та міцності породи, що випалюється. При термічній обробці кремнеземистих порід їх процес спікання відбувається при порівняно низькій температурі (близько 800°С). Явище утворення скловидної фази практично відбувається при температурі у межах 1020... 1300°С. В деяких випадках інтервал між температурами спікання та плавлення становить не більше 50...70°С.

Після спікання відбувається охолодження, транспортування та складування готової продукції в силосних складах.

ВИСНОВКИ

Під час виконання курсового проекту був детально вивчивчений технологічний процес виробництва заданого заповнювачу,було розраховано параметри виробництва і вибране основне технологічне обладнання, за допомогою   технічної, довідкової і нормативної літератури. При виконанні курсового проекту було обрано сучасні технологічні схеми виробництва, передбачено використання ефективного обладнання.

ЛІТЕРАТУРА