CC BY
15I II
technology
тематический раздел журнала «Строительные Материалы
УДК 666.32/.36
Г.И. СТОРОЖЕНКО, д-р техн. наук, директор, В.Д. ЧИВЕЛЕВ, главный конструктор, ООО «Баскей» (Новосибирск); Н.Г. ГУРОВ, ген. директор, Л.В. КОТЛЯРОВА, канд. техн. наук, зам ген. директора по науке, ЗАО «ЮжНИИстром» (Ростов-на-Дону); А.Ю. СТОЛБОУШКИН, канд. техн. наук, доцент, Сибирский государственный индустриальный университет (Новокузнецк); А.И. НИКИТИН, ген. директор, Р.Б. ГАЛИН, технический директор, ООО «СТЭП-Инвест» (Челябинск)
Опытно-промышленная апробация технологии тонкого помола минерального, техногенного и глинистого закарбонизированного сырья для производства стеновой керамики
В настоящее время карьеры глинистого сырья все более отдаляются от места производства керамического кирпича, что существенно сказывается на его стоимости. Обусловлено это тем, что эксплуатируемые месторождения истощаются, а вновь разведанные обладают такими качествами, которые требуют коренной реконструкции предприятий. Зачастую большинство заводов отказывается от эксплуатации нижних горизонтов месторождений, особенно в тех случаях, когда сырье засорено крупными карбонатными включениями.
Для вовлечения и эффективного использования минерального (опоки, диатомиты, трепелы), техногенного (шлаки и золы) и глинистого сырья с высоким содержанием карбонатных включений в производстве изделий строительной керамики и улучшения физико-механических характеристик готовой продукции необходим тонкий помол и механоактивация сырьевых материалов. Многочисленные экспериментальные работы и опыт работы предприятий показали, что в зависимости от активности карбонатных включений они должны быть измельчены до размеров 1—2 мм при содержании 0,5—3% от общей глинистой массы. При увеличении количества карбонатных включений в глинистом сырье до 0,7—4 и 2—5% размеры их должны быть уменьшены соответственно до 0,5—0,25 и 0,25—0,16 мм.
Технологическое оборудование для тонкого помола и активации широко применяется за рубежом, его главны-
ми производителями являются Германия, Франция и Италия. Следует, однако, отметить, что ведущим институтом в этой области является Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН, а первые отечественные агрегаты для тонкого измельчения и активации (дезинтеграторы Й.А. Хинта) появились еще в послевоенные годы [1].
При использовании традиционной технологии пластического формования, где основным агрегатом, способным измельчить плотные карбонатные включения, являются вальцы, перерабатывать глиномассу до размеров частиц менее 0,5 мм практически невозможно. То же самое можно сказать и о других видах крупнозернистых включений (гипсовых, опоковидных, сланцевых и т. п.). При производстве керамического кирпича из сырья, засоренного крупнозернистыми включениями, на ряде заводов использовались шахтные мельницы, однако они не получили широкого распространения из-за высоких энергетических затрат и неудовлетворительного качества помола.
Авторами были выполнены исследования эффективности метода сухого помола для различных видов сырья в производстве стеновой керамики, разработана технология и аппаратурное обеспечение, проведена опытно-промышленная проверка результатов. Эффективность использования сухого помола для производства лицевого кирпича оценивалась на примере различных видов минерального, глинистого и техногенного сырья. В работе использовались: опока Шевченковского
Таблица 1
Характеристики сырьевых материалов
Месторождение Засоренность сырья крупнозернистыми включениями Пластичность Содержание тонкодисперсных фракций
Частные остатки, %, на ситах с размером отверстий, мм Общий остаток на сите 0,5 мм Размеры фракций, мм
10 5 3 2 1 0,5 >0,06 0,06-0,01 0,01-0,005 0,005-0,001 <0,001
Шевченковское 18,4 14 7 3,2 3 0,8 46,4 14,8 23,58 23,89 7,03 18,95 26,55
Самойловское 0,12 2,86 1,46 1,12 1,86 1,03 8,45 6,9 20,11 45,74 5,25 15,65 13,25
Юмагузинское - 0,03 0,02 0,05 0,12 0,14 0,36 14,6 1,7 35,61 8,53 20,83 33,33
Таблица 2
Химический состав сырья
Наименование сырья Химический состав, % на сухое вещество
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 TiO2 K2O Na2O ППП
Опока Шевченковского месторождения 70,55 8,56 5,62 2,26 1,02 0,71 0,72 2,43 0,85 6,46
Суглинок Самойловского месторождения 55,1 8,9 5,76 8,77 5,75 0,04 0,53 1,87 2,25 10,49
Глина Юмагузинского месторождения 59,76 14,31 6,45 6,02 3 - 0,72 1,96 7,38
Доменный гранулированный шлак ММЗ 36,59 12,12 1,4 38,57 7,91 2,2 0,8 - 1 - -
научно-технический и производственный журнал
48 май 2012
jVJ ®
тематический раздел журнала «Строительные Материалы»
И ЯЛйД 1
1есЬпо!оду
Рис. 1. Общий вид опытно-промышленной технологической линии по помолу глинистого сырья (а) с трехроторной вихревой мельницей-сушилкой (б): поля тангенциальной компоненты скорости частиц (в) и объемной концентрации материала (г) в мельнице при помоле
месторождения (Ростовская область), содержащая до 46% плотных включений, сцементированной гипсом опоки, карбонатов и др., глинистое сырье Самойловского и Юмагузинского месторождений (Республика Башкортостан), содержащих соответственно более 8% плотных среднеактивных и 0,2% активных карбонатных включений размером 0,5—15 мм, а также доменный гранулированный шлак Магнитогорского металлургического завода (ММЗ). Качественные характеристики сырья представлены в табл. 1—2.
Экспериментальные работы, проведенные специалистами ЗАО «ЮжНИИстром», показали, что только
при измельчении исследуемых видов сырья до класса -0,25+0 мм могут быть получены керамические изделия, обладающие высокими эксплуатационными и декоративными свойствами и не снижающие прочности после замачивания (табл. 3). Для улучшения реологических и керамических свойств суглинков Самой-ловского месторождения в работе использовали добавки юмагузинской глины и доменного гранулированного шлака ММЗ. Для предотвращения вредного влияния карбонатных включений при получении лицевого кирпича юмагузинскую глину также измельчали до класса -0,25+0 мм. Исследования показали, что шлаки в про-
Таблица 3
Влияние дисперсности сырья на качество керамических изделии
Состав шихты, % по массе Тонина помола, мм Предел прочности, МПа Качество поверхности
Опока Юмагу-зинская глина Опилки Шлак металлургический при изгибе сухих балочек образцов, обожженных при1000оС
при сжатии при изгибе
- 66 4 30 <1 2,3 11,9 5,5 Многочисленные выплавки светло-серого цвета высотой до 1,2 мм
- 66 4 30 <0,25 1,9 19,5 7,8 Незначительная шероховатость
- 76 4 20 <0,25 5,4 20,5 8,8
- 81 4 15 <0,25 5,4 20,8 8,9 Однотонный цвет, без дефектов
- 81 4 15 <0,5 5,2 18 7 Многочисленные посечки и белые вкрапления
100 - - - <2 1,8 34,7 12,6 Многочисленные посечки и белые вкрапления до 2 мм
100 - - - <0,25 4,7 47,8 14,2 Однотонный цвет, без дефектов
¡■Л ®
научно-технический и производственный журнал
май 2012
49
1есЬпо!оду
тематический раздел журнала «Строительные Материалы»
100 90 -80 -70 60 -50 40 30 20 10 0
] - гранулометрический состав исходного материала 1 - гранулометрический состав материала после помола
_ 47,5
п
1,5
0,2
0,1
1 0,5 0,25 0,1 Размер отверстий сит, мм
Рис. 2. Распределение фракций доменного гранулированного шлака Магнитогорского металлургического завода до и после сухого помола в измельчительно-сепарационной установке УСП-С-04.55М
100 -
90 ~ | 80 -
70 - Ш 60 -50 -40 -
30 - 24,1 20 | 10
0
] - гранулометрический состав
исходного материала ] - гранулометрический состав материала после помола
19,8
12,8 0
0,25
97,9
13,7
0,1 0,0
0,1
0,08 <0,08
Размер отверстий сит, мм
Рис. 3. Распределение фракций глины Юмагузинского месторождения до и после сухого помола в измельчительно-сепарационной установке УСП-С-04.55М
Таблица 4
Качественные характеристики глины и шлака после сушки и помола
5
2
Наименование проб Частные остатки, %, на ситах с размером отверстий, мм Насыпная плотность, кг/м3 Влажность, %
5 2 1 0,5 0,25 0,1 0,08 <0,08
Шлак ММЗ исходный 47,5 1,5 0,2 0,1 30,6 15 4,9 0,2 1510 7,35
Шлак ММЗ после помола - - - 0,1 3,4 9,4 4,3 82,8 839 2,56
Глина юмагузинская исходная 24,1 19,8 13,8 15,8 12,8 13,7 0,1 - 1350 14,6
Глина юмагузинская - - - - 2 97,9 0,1 - 987 3,54
цессе обжига способствуют повышению прочности черепка, но для устранения на поверхности изделий выплавок и снижения содержания шлака в шихте необходимо его измельчение. Установлено, что измельчение шлака до класса -0,1+0 мм способствует не только улучшению качества поверхности керамических изделий, но и позволяет осветлить керамический камень при снижении его количества в шихте в два раза и достижении одинаковых прочностных показателей по сравнению со шлаком, используемым на предприятии. В табл. 3 представлены результаты влияния зернового состава шлака на прочность сухих и обожженных образцов.
Полузаводские испытания эффективности сухого помола минерального и техногенного сырья проводились совместно со специалистами предприятия «СТЭП-Инвест» на опытно-промышленной установке фирмы «Баскей». В состав опытной технологической линии входят теплогенератор мощностью 0,5 МВт, измельчитель-но-сепарационная установка УСП-С-04.55М производительностью 4 т/ч, рукавный фильтр, вентиляционное, подающее и дозирующее оборудование. Общий вид технологической линии показан на рис. 1.
Опытно-заводские испытания проходили следующим образом. Исходное сырье из расходного бункера ленточным питателем с заданной производительностью подавалось в приемный бункер установки УСП-С-04.55М, откуда шнековым питателем загружалось в трехроторную вихревую мельницу, куда поступал теплоноситель от теплогенератора, работающего на дизельном топливе. Для разрушения природной структуры и тонкого помола минерального и техногенного сырья в вихревой камере установлены три ротора с изменяющейся скоростью вращения, от 1000 до 3000 мин-1 (рис. 1, б). Сырье, попадая в мельницу, подвергалось сушке и помолу за счет свободного удара бил трехротор-ной мельницы в вихревом потоке теплоносителя и пневмотранспортом подавалось в аспирационную систему, состоящую из последовательно соединенных пы-леосадительных аппаратов. В конце технологической линии установлен дымосос, который обеспечивал требуемый расход теплоносителя для сушки и пневмотранспорта сырья.
В результате полузаводских испытаний по сушке и помолу юмагузинской глины и доменного гранулированного шлака ММЗ были получены представительные технологические пробы тонкодисперсных порошков, исследования которых проводились в лаборатории ЗАО «ЮжНИИстром». Эффективность сухого помола в установке, функционально обеспечивающей прием материала, дозирование его при подаче в мельницу, сушку, помол и разделение продуктов на классы, представлена на рис. 2—3 и в табл. 4. Благодаря высокой дисперсности глинистого сырья и металлургического шлака в лабораторных и заводских условиях были получены керамические изделия, обладающие высокой прочностью (М150), морозостойкостью (Б50) и выразительной цветовой гаммой. Кроме того, количество добавки металлургического шлака в шихте, необходимое для спекания черепка, снизилось в два раза.
Таким образом, проведенные исследования и опытно-промышленные испытания показали практическую целесообразность тонкого помола некондиционного сырья, засоренного крупнозернистыми включениями, для производства керамического кирпича высокого качества, как по декоративным, так и по физико-механическим характеристикам. Главной целью дальнейшей работы авторов в деле внедрения в повседневную практику производства керамических изделий технологии тонкого измельчения и активации минерального сырья является повышение надежности оборудования и обеспечение гарантируемых сроков и ресурсов его работы.
Ключевые слова: опока, глины и суглинки с высоким содержанием карбонатных включений, тонкий помол, измельчительно-сепарационная установка, опытно-промышленные испытания.
Литература
1. Вареных Н.М., Веригин А.Н., Джангирян В.Г., Ишу-тин А.Г. Химико-технологические агрегаты механической обработки дисперсных материалов. Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский государственный университет, 2002. 482 с.
50
научно-технический и производственный журнал
май 2012
