CC BY
22Хомченко Ю.В., ассистент Барбанягрэ В.Д., д-р техн. наук, профессор Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА И УЛУЧШЕНИЕ КАЧЕСТВА ПРЕССОВАННЫХ АВТОКЛАВНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ВЯЖУЩЕГО МОКРОГО ПОМОЛА
Рассматривается мокрый способ производства прессованных автоклавных материалов с использованием известково-кремнеземистой вяжущей суспензии со сниженной влажностью, позволяющей использовать преимущества мокрого измельчения для повышения прочности прессованных автоклавных материалов в 1.5-2 раза.
Химическая активность и дисперсность кварцевого песка играет ключевую роль при твердении автоклавных изделий, т.к. кварцевый песок является наименее активным компонентом вяжущего. Мокрый помол кварцевого песка является наиболее эффективным для увеличения его дисперсности и растворимости, к тому же
мельницы мокрого помола более производительны [1]. В работе проводилось исследование, направленное на реализацию мокрого способа измельчения известково-кремнеземистого вяжущего для производства прессованных автоклавных материалов. Высокие технико-экономические показатели производства, возможность ис-
пользования различных сырьевых материалов и отходов промышленности обеспечивают более низкую себестоимость автоклавных материалов [2, 3], однако на сегодняшний день отсутствует технология, позволяющая использовать преимущества мокрого помола компонентов для получения прессованных автоклавных материалов из-за недопустимо высокой влажности (60-70%) образующейся суспензии, приводящей к водоотделению при прессовании сырца и браку изделий. Основной задачей работы стало кардинальное изменение процесса подготовки известково-песчаного вяжущего в технологии прессованных автоклавных материалов с заменой сухого метода его измельчения на мокрый. Одной из задач работы стал поиск путей замедления гидратации извести при условии минимальной влажности суспензии при ее измельчении.
Опираясь на принятую теорию гидратации извести [4], логичным было предположить, что основной проблемой в процессе мокрого измельчения станет ускорение процесса гидратации извести и загустевание вяжущего с потерей текучести. Однако опытные данные показали, что гидратация извести при водоизвестковом отношении (В/И = 2,67) длится 21 мин, тогда как гидратация извести без помола завершается в течение 10 мин. После помола суспензии в течение 10 мин известь прогид-ратировала только на 60%. Наличие в суспензии после 10 минутного помола негидратированного оксида кальция установлено рентгенофазовым анализом.
кие характеристики фазы оксигидрата кальция А: 4,02; 3,98; 3,80-3,75; 3,43; 2,72) предположительного состава Са0Ч2Н20 (рис. 2).
IV,
150 180 210 240 270 300 330 360
Рисунок 1. Зависимоть температуры гашения извести в стандартных условиях при В/И=2,0
Чтобы объяснить полученные данные, изучалась гидратация извести в водных суспензиях. В общем случае при гидратации извести наблюдаются последовательно следующие периоды (рис. 1): I - начальный период быстрого повышения температуры в течение 30 сек непосредственно при смешивании извести с водой; II -индукционный период, в продолжение которого температура в сфере реакции остается постоянной; III -период быстрого повышения температуры суспензии и массовой гидратации извести; IV - заключительный период плавного медленного подъема температуры до окончания гидратации. Индукционный период в смеси извести с водой связан, по-видимому, с образованием и устойчивостью оксигидрата на поверхности зерен оксида кальция. Быстрым охлаждением известковых суспензий были впервые получены рентгенометричес-
600
500-
400-
300
200
100"
16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 Угол 20
Рисунок 2. Дифрактограмма замороженной водо-известковой суспензии
Слой оксигидрата кальция, которому, очевидно, обязан индукциионный период, не только сохраняет, но значительно увеличивает свою устойчивость при увеличении водоизвесткового отношения в системе СаО-Н20 и при интенсивном помоле суспензии в шаровой мельнице.
Был обнаружен принципиально важный эффект, состоящий в том, что большая теплоемкость водной суспензии резко снижает температуру в процессе реакции гидратации и стабилизирует слой оксигидрата кальция на поверхности зерен СаО, что позволяет задерживать гидратацию извести на 30-40 мин.
Для дополнительного увеличения времени задержки гидратации оксида кальция и сохранения текучих свойств суспензии вяжущего было изучено влияние на задержку гидратации извести различных по составу минеральных и органических соединений: №а2С03, №а№03, №а0Н, №аС1, УЩР (углещелочной реагент), сахар, СаС12, №аН2Р04, №а3Р04, суперпластификатор белгородский (СБ-3), лигносульфонат технический (ЛСТ). Однако разжижение происходило на 30-40 минут, после чего суспензия нагревалась и загустевала в результате гидратации извести в вяжущем.
В качестве разжижающих добавок изучались также сульфаты меди, цинка, железа, магния. Влияние оказала добавка медного купороса (Си804 • 5Н20), которая увеличила время гидратации извести до 5 часов. Задержка гидратации извести при получении известково-кремне-земистого вяжущего позволила снизить количество вводимой в состав вяжущей суспензии воды с 60 до 46%, при этом время сохранения текучих свойств вяжущего позволяет выполнить все технологические процессы (хранение, дозирование и транспортирование вяжущего) до смешения с немолотым кварцевым песком и получения силикатной смеси. Установлено, что задержка гидратации извести происходит при взаимодействии ок-сигидрата кальция на поверхности частиц оксида кальция при мокром помоле с добавлением 0,94% медного
0
0
купороса. В результате на поверхности частиц оксида кальция образуются нерастворимые соединения меди: Си4(0Н)6804 (а, А : 3,9; 2,96; 2,7; 2,54; 2,29), Си3(80Д0Н)4 (а, А : 4,86; 2,54; 2,50; 2,08), СаСи4(804)2(0Н)6 ■ 3Н20 (а,
А : 5,1; 3,74; 2,10), Са6Си3(804)3(0Н)12 ■ 2Н20 (а, А : 4,09; 3,40; 1,86), которые замедляют дальнейшую гидратацию (рис. 3). При замене медного купороса на сульфат магния, цинка или железа также образуется двуводный гипс, однако задержка гидратации извести не происходит или сокращается только до 20-30 минут. Таким образом, задержка гидратации извести не может быть достигнута заменой медного купороса на аналоги. Установлено также, что реологические свойства суспензии вяжущего дополнительно стабилизируются введением 0,18% суперпластификатора СБ-3 с сохранением требуемой текучести до 8 часов.
УплЗЙ
Рисунок. 3. Дифрактограмма известково-кремнеземистого
вяжущего с добавкой 1,83% медного купороса: С1 - СаСи4(804)(0Н)6 ■ 3Н20; С2 - Са6Си3(804)3(0Н)12- 2Н20; Си1 - Си4(0Н)6804; Си2 - Си3(804)(0Н)„
В результате исследований был реализован новый способ производства прессованных автоклавных материалов.
700п МОЙ И»-
4 т-£
г ж-
с
| ая-
л
I 1№ й
0-1-,-■-,-,-,-,-,
О 10 20 30 40 50 60 70 Вреияпомдеа, мчч -Ф-П:И=1:1сутой тй- П:И=1:1 ымрый
Рисунок 4. Зависимость удельной поверхности кварцевого песка в вяжущем от режима помола
Использование мокрого помола известково-кремне-земистого вяжущего увеличивает удельную поверхность кварцевого песка в вяжущем в 1,5-2 раза по сравнению с сухим помолом вяжущего (рис. 4), а также позволяет
избежать налипания материала на стенки мельницы и мелющие тела при помоле, имеющее место в случае сухого способа получения вяжущего после достижения удельной поверхности кварцевого песка в вяжущем выше 300 м2/кг. Мокрый помол вяжущего также позволяет более гибко регулировать процесс измельчения компонентов вяжущего, меняя время помола, загрузку мельницы материалом и мелющими телами.
Установлено, что при мокром помоле увеличивается растворимость кремнезема и происходит меха-нохимическая активация кварцевого песка. Установлено также увеличение растворимости кремнеземистого компонента, которая может превышать растворимость трепела, что, очевидно, связано с частичной аморфизацией поверхности кварца при мокром помоле (рис. 5). Методами титрования и рН-метрии установлена механохимическая активация при совместном мокром помоле кварцевого песка и извести, в результате котор ой усваивается до 5% оксида кальция еще на стадии помола.
Был определен оптимальный состав известково-крем-неземистого вяжущего, полученного по мокрому способу (табл. 1), масс. %: молотый кварцевый песок - 10,5930,51; известь негашеная - 22,00-36,99; водный раствор медного купороса (концентрации 1,80-8,09%) - 46,6157,63; СБ-3 (сверх 100%) - 0,15-0,26 (при необходимости) [5]. Оптимальный состав силикатной смеси на основе известково-кремнеземистого вяжущего находится в пределах, масс. %: кварцевый песок - 70,28-84,0, известково-кремнеземистое вяжущее - 16,00-29,72 ( в т.ч. медный купорос - 0,60-4,41% от массы вяжущего).
М 0 10 20 30 АО 50 ВО 70 Время ппнола, мин
Рисунок 5. Зависимость рН суспензии от времени помола
По сравнению с принятой на сегодняшний день технологией сухого помола удалось получить следующие преимущества на стадии помола:
- повышение степени измельчения кварцевого песка в 1,5-2,0 раза;
- устранение агрегации измельчаемого продукта, что исключает эффект налипания м атериала на корпус мель -ницы;
- практически неограниченное повышение дисперсности кварцевого песка посредством увеличения продолжительности помола;
Таблица 1
Составы и свойства купоросных известково-кремнеземистых вяжущих
Состав вяжущего, % Концентрация Время сохранения
№ Водный медного текучего состояния (час),
состава Известь Песок раствор купороса при растекаемости >60
негашеная кварцевый медного купороса в р-ре, % мм
1 36,99 12,33 50,68 2,68 Более 3х часов
2 36,15 12,05 51,8 6,97 Более 3х часов
3 31,78 10,59 57,63 8,09 Более 3х часов
4 35,55 11,85 52,6 9,9 Нет текучести, <60 мм
5 25,68 25,68 48,64 1,95 Более 3х часов
6 27,97 27,97 44,06 2,35 Нет текучести, <60 мм
7 25,27 25,27 49,46 5,12 Более 3х часов
8 24,98 24,98 50,04 7,27 Более 3х часов
9 24,91 24,91 50,18 8,79 Нет текучести, <60 мм
10 22,88 30,51 46,61 1,80 215 мин
11 19,88 26,50 53,62 1,12 12 мин
12 22,56 30,07 47,37 4,77 Более 3х часов
13 22,00 29,32 48,68 6,64 Более 3х часов
- механоактивация кремнеземистого компонента и усвоение до 5% активного Са0.
На ОАО " Стройматериалы" были проведены опытно-промышленные испытания изделий силикатного кирпича размером 250х120х88 мм из силикатной смеси на основе вяжущего мокрого помола, которые формовались, подвергались гидротермальной обработке и испытывались на прочность в заводских условиях. Результатами лаб ор аторных исследов аний и данных опытно-промышленных испытаний были установлены следующие преимущества материалов на основе вяжущего мокрого помола по сравнению с материалами принятого сухого способа производства:
- снижение активности силикатной смеси с 6,2 до 3,9% без потери прочности изделий и уменьшение расхода извести на 37%;
- повышение прочности изделий на 1% активности исходной смеси с 3,6 МПа до 5,9 МПа;
- при активности смеси 6,5-7% возможно получение высокомарочного силикатного кирпича М350 и М400;
- снижение давления пара с 0,8 до 0,4 МПа и уменьшение расхода пара без снижения качества продукции;
- сокращение длительности изотермического цикла автоклавирования с 6 до 4 часов и увеличение выпуска продукции.
Расчеты показали, что применение мокрого способа приготовления прессованных автоклавных изделий позволит за счет экономии 37% извести увеличить рентабельность производства силикатного кирпича с 12,55% до 17,80%, а за счет повышения марки изделий с М200 до М350 рентабельность производства увеличивается с 12,55% до 31,52%, общая прибыль отреализации продукции при этом возрастает с 71967000 руб. до 191742000 руб.
при выпуске предприятием 100 млн.шт. кирпича в год.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Хавкин, Л.М. Технология силикатного кирпича/ Л.М. Хав-кин.- М.: Стройиздат.- 1982. - 384 с. -ISBN
2. Баженов, П.И. Технология автоклавных материалов/П.И. Баженов. - М.: Стройиздат.- 1978. - 367с. -ISBN
3. Лесовик, В.С. Повышение эффективности производства строительных материалов с учетом генезиса горных пород/В.С.Лесовик; научное издание.-М.: Изд-во АСВ.-2006.-526 с. -ISBN
4. Бойнтон, Р. Химия и технология извести/ Р. Бойнтон.; Сокр. пер. с англ.; научн. редактор Б.Н. Виноградов. -М.: Стройиздат, 1972. - 239с.
5. Пат. 2303013 Российская Федерация, МПК C04B 28/20, C04B 111/20. Известково-кремнеземистое вяжущее, способ приготовления известково-кремнеземистого вяжущего и способ приготовления силикатной смеси на основе известково-кремнеземистого вяжущего для прессованных изделий автоклавного твердения/ Барбанягрэ В.Д., Хом-ченко Ю.В.; заявитель и патентообладатель БГТУ им. В.Г. Шухова.-№ 2006128544/03; заявл. 04.08.06; опубл. 20.07.07.
