CC BY
18УДК 666.317
В.А. КЛЕВАКИН, главный инженер,
ОАО «Ревдинский кирпичный завод» (г. Ревда, Свердловская обл.)
Применение добавок-разжижителей органической природы в керамическом производстве
С июня 2011 г. на ОАО «Ревдинский кирпичный завод» (ОАО «РКЗ») применяются органические добавки в производстве керамического кирпича.
В серию Литопласт-М входит пять видов разжижите-лей различной органической природы и с физико-химическими свойствами, эффективность действия которых зависит от минералогического состава сырьевого шлама. Данные разжижители представляют собой комплексы поверхностно-активных веществ направленного синтеза: за счет химического модифицирования полиме-тиленнафталинсульфонатов (ПНС) направленно изменяется структура полимеров. Гибридные полимеры формально обладают основными признаками полиэфир-карбоксилатов последних поколений, т. е. длинной основной цепью, состоящей из нескольких типов элементарных звеньев: сульфогрупп для обеспечения высокой адсорбционной активности и снижения зависимости от свободных щелочей и боковых цепей (полиалкиле-ноксидного или другого типа) для обеспечения стериче-ского эффекта и/или придания дополнительных свойств.
Процессы воздействия на структурно-механические свойства керамического кирпича базируются на явлениях ионного обмена, которые характерны для глинистых минералов.
Способ действия разжижителей и диспергирующих средств основывается на определенном составе, который призван обеспечивать оптимальный ионный обмен с разжижаемой массой. Благодаря этому ионному обмену достигается компенсация заряда, когда между керамическими частицами более не действует сила притяжения.
Эффективность разжижителей и диспергирующих средств наряду с составом твердого вещества и видом применяемого сырья зависит также от других параметров, в частности от: жесткости воды; формы частиц; гранулометрического состава; совместного залегания частиц.
Многообразие параметров воздействия обусловливает необходимость отдельного выставления каждого состава глиняной массы на желаемые реологические показатели при помощи тестов на разжижение.
Как известно, глинистое сырье способно к обменным реакциям и сорбции воды, а также характеризуется
а
электрокинетическими явлениями. В коллоидной системе, состоящей из твердой фазы, взвешенной в жидкости, поверхностно-активные вещества разжижителей адсорбируются преимущественно на поверхности отдельных частиц.
При введении в глинистое сырье разжижителей на основе фурфурольных олигомеров и триполифосфата натрия (ТПНФ) наблюдается максимальное увеличение электрокинетического потенциала частиц, работы смачивания; наиболее полно проявляется электростатическое отталкивание между частицами; действие структурных сил, преимущественно за счет химической структуры добавки, содержащей объемные ароматические кольца с хорошо сольватируемыми функциональными группами. Это обеспечивает агрегативную устойчивость системы при высокой концентрации дисперсной фазы.
Цель введения в керамическом производстве новой эффективной комплексной органоминеральной добавкой Литопалст-М на основе фтороглюцинфурфурольного модификатора — регулирование реотехнологических свойств керамических масс. Для реализации поставленной цели был проведен ряд исследований на базе основных производственных цехов Ревдинского кирпичного завода.
Получены следующие результаты:
— установлена зависимость между составом комплексной добавки и ее эффективностью в качестве раз-жижителя;
— исследовано влияние химической добавки Литопласт-М на формирование адсорбционного слоя, изменение электрокинетических свойств, а также на процессы формования и агрегативную устойчивость керамических масс;
— исследовано влияние комплексных добавок на физико-механические свойства отформованного полуфабриката и готовых изделий;
— произведена оценка технико-экономической эффективности применения комплексных добавок в керамическом производстве.
На ОАО «РКЗ» добавка Литопласт-М вводилась на стадии переработки глинистого сырья в цехах № 1 и 2 по производству кирпича.
Ящичные подаватели
Вальцы грубого помола СМ-1198
Вальцы тонкого помола СМ-1096
2-вальная г/мешалка СМК-1238
Ленточный вакуумный пресс СМК-325
б
Ящичные подаватели
Дезинтегратор
Дырчатые вальцы
Рис. 1. Введение добавки в сырьевую шихту: а - при производстве полнотелого кирпича (цех № 1); б - при производстве пустотелого кирпича и крупноформатных блоков (цех № 2)
научно-технический и производственный журнал
Рис. 2. Структура рядового кирпича (увеличение 1000 крат): а - без добавки; б - с добавкой Литопласт-М
Минерал Химическая формула минерала Влияние на свойства керамики
Гематит a-Fe2O3 Интенсивность красного цвета
Кварц P-SiO2 Повышенная марочность
Стеклофаза R2O ■ R2O3 ■ nSiO2 Повышенная марочность
Анортит CaO ■ Al2O3 ■ 2SiO2 Минимальный объемный вес
Диопсид CaO ■ MgO ■ 2SiO2 Высокая морозостойкость
На рис. 1 показана технологическая схема производства кирпича в цехах и указаны места подачи добавки.
Как видно из схем, подача добавки в цехе № 2 осуществлялась двумя способами: на увлажняющей глиномешалке до шихтозапасника; на фильтрующей глиномешалке до вальцов тонкого помола.
Изменение схемы подачи объясняется тем, что жизнеспособность добавки Литопласт-М до конца еще не изучена и при вылеживании глины более 5 дней в ших-тозапаснике наблюдалось снижение разжижающей способности, которая связана с ослаблением ионных связей. При подаче Литопласт-М в цехе № 2 перед тонкими вальцами и в цехе № 1 после дозировки состава шихты происходит ее однородное распределение по глиняной массе. Подача добавки в обоих цехах осуществлялась через насос-дозатор Spring с распылительной системой.
Результаты испытаний с добавкой Литопласт-М в цехе № 1.
Добавка использовалась при производстве полнотелого одинарного кирпича. Цель использования: ускорение технологического процесса производства кирпича.
Результаты:
Скорость бруса увеличилась с 19 с до 14 с.
Испытания по прочности, МПа: кирпич без добавки, — среднее значение 17,6—18,7; с добавкой — 21,8.
Испытания на морозостойкость — 50 циклов.
В настоящее время принято решение о переходе на работу с Литопласт-М на длительный срок для более детального изучения воздействия добавки на физико-механические характеристики готовой продукции в цехе № 1.
Результаты испытаний с добавкой Литопласт-М в цехе № 2.
Добавка вводилась при формовании следующих видов продукции.
В количестве 0,1%:
кирпич лицевой пустотелый одинарный «Сахара».
В количестве 0,3%:
кирпич лицевой пустотелый одинарный «Белый город»;
кирпич лицевой пустотелый утолщенный «Белый город»;
кирпич лицевой пустотелый утолщенный «Красный»;
кирпич рядовой пустотелый утолщенный;
камень крупноформатный 8,3 НФ;
камень крупноформатный 14,3 НФ.
При формовании крупноформатного камня отмечается повышение пластических свойств массы, что улучшает внешний вид готовой продукции. Испытание камня 8,3 НФ показало прочность при сжатии 15 МПа.
При испытании кирпича с добавкой отмечались пиковые значения по марочности, достигающие 20 МПа, средние значения по марке находились в пределах 15-17,5 МПа.
Для выяснения влияния добавки на структуру кирпича были проведены исследования минералогического и химического состава керамического камня.
Как видно на рис. 2 произошло изменение распределения минералогических фаз. По проведенному ДТА-анализу обоих образцов обнаружены следующие минералы: кварц, анортит, гематит, но их процентное соотношение изменилось, что связано с введением добавки.
Именно варьирование содержания минералогических фаз в готовой продукции посредством введения различных добавок в состав шихты может позволить специалистам ОАО «РКЗ» добиться возможности прогнозировать заданные физико-механические параметры готовой продукции (см. таблицу).
Экономический эффект от введения добавки в керамическое производство оценивался при расчете трех факторов:
— снижение энергозатрат;
— снижение расхода газа;
— увеличение объемов выпуска.
При введении добавки зафиксировано снижение энергозатрат на 8,5—10,5%, уменьшение расхода газа на 7,8—9,5% и увеличение производительности от 6,5 до 11% в зависимости от вида продукции.
При введении добавки Литопласт-М в количестве 0,1% при суммарном выпуске 60 млн шт. усл. кирпича в год срок окупаемости мероприятия составляет 3,6 месяца.
В настоящее время на предприятии проводятся расширенные исследования влияния добавок на физико-механические свойства керамического кирпича.
Ключевые слова: керамические материалы, кирпич, органические добавки, разжижители.
научно-технический и производственный журнал
