Внедрение разжижителей ООО "Полипласт-Новомосковск" в производстве кирпича Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 691.42

С.В. МАРКОВА, директор отдела нестроительной химии, В.А. КЛЕВАКИН, ООО «Полипласт Новомосковск» (г. Новомосковск Тульской обл.);

О.В. ТУРЛОВА, старший преподаватель кафедры химической технологии керамики и огнеупоров, Уральский федеральный университет им. Первого Президента России Б.Н. Ельцина; Е.В. КЛЕВАКИНА, ООО «Полипласт УралСиб» (Екатеринбург)

Внедрение разжижителей ООО «Полипласт-Новомосковск» в производстве кирпича

При изготовлении керамического кирпича формовочные свойства глин являются особенно важными. Реологические свойства глиняных масс возможно регулировать введением технологических добавок — разжижителей (диспергантов). Шихта для изготовления керамического кирпича состоит из нескольких глин и заполнителей. Пластичность глин, которая зависит от химического и минералогического состава, сильно отличается друг от друга, вследствие чего необходим индивидуальный подбор разжижителей.

Механизм разжижающего действия можно представить следующим образом: молекулы ПАВ своими полярными активными группами адсорбируются на поверхности частиц глины, вытесняют молекулы воды с поверхности вещества и препятствуют образованию прочной псевдотвердой водной пленки. В случае полимолекулярной адсорбции возможно образование второго слоя вещества, когда неполярные части молекул обращены друг к другу, а полярные части, обращенные к воде, гидрофи-лизируют поверхность частиц. Диффузные оболочки ко-агуляционной структуры способны удерживать в своих ячейках значительное количество воды. Прочность и подвижность таких структур зависят от толщины глинистых прослоек в местах контактов, числа контактов в единице объема и физико-химических свойств глины. Так как эти явления проявляются у разных глин в разной степени, действие разжижителей оказывается избирательным. Поэтому с учетом глинистой составной, известняковой составляющей, влажности экспериментально подбирают наиболее эффективный разжижитель с учетом исходных условий и требований технологического процесса выпуска керамического кирпича.

Цель введения органоминеральной добавки на основе полиметиленбиснафталинсульфоната натрия «Литопласт М» в керамическом производстве — регулирование реологических свойств керамических масс. В серию разжижителей «Литопласт М» входит пять видов разжижителей различной органической природы и физико-химическими свойствами. Данные разжижите-ли представляют собой комплексы поверхностно-активных веществ направленного синтеза. Гибридные полимеры, формально обладающие основными признаками полиэфиркарбоксилатов последних поколений, т. е. длинной основной цепью, состоящей из нескольких типов элементарных звеньев; сульфогруппами для обеспечения высокой адсорбционной активности и снижения зависимости от свободных щелочей; боковыми цепями (полиалкиленоксидного или другого типа) для обеспечения стерического эффекта и/или придания дополнительных свойств.

Процессы воздействия на структурно-механические свойства керамического кирпича базируются на явлениях ионного обмена, которые характерны для глинистых минералов. При введении в глинистое сырье разжижи-телей на основе полиметиленбиснафталинсульфоната

натрия и комплексов неорганических модификаторов, наблюдается максимальное увеличение электрокинетического потенциала частиц, работы смачивания, наиболее полно проявляется электростатическое отталкивание между частицами, обусловленное в большей степени модификаторами, и действие структурных сил, преимущественно за счет химической структуры добавки, содержащего объемные ароматические кольца с хорошо сольватируемыми функциональными группами. Это обеспечивает агрегативную устойчивость системы при высокой концентрации дисперсной фазы.

Эффективность разжижителей и диспергирующих средств наряду с составом твердого вещества и видом применяемого сырья зависит также от других различных параметров. Это в частности:

— жесткость воды;

— форма частиц;

— гранулометрический состав;

— совместное залегание частиц.

Из наличия многообразия параметров воздействия становится очевидной необходимость изучения каждого параметра глиняной массы на желаемые реологические показатели при помощи тестов на разжижение.

Как известно, каждое месторождение глин отличается друг от друга по химическому и минералогическому составу. Также каждый кирпичный завод использует дополнительные сырьевые материалы, которые придают готовым изделиям улучшенные физико-механические свойства. Поэтому в первую очередь необходимо проводить лабораторные испытания по подбору разжижителя для каждой шихты в отдельности.

Так были проведены лабораторные исследования для одного из заводов Урала.

По результатам лабораторных испытаний определяют, при введении какой именно добавки улучшаются физико-механические показатели образцов.

Пластические свойства глины и технологические свойства образцов из шихты на ее основе представлены в табл. 1.

Представленные результаты лабораторных испытаний показали, что:

— при введении добавок Литопласт 1М, 3М и 5М в количестве 0,3% удалось снизить водопоглощение на образцах в среднем на 2% (рис. 1);

— при введении добавок Литопласт 1М, 3М и 5М в количестве 0,3% удалось снизить открытую пористость образцов в среднем на 4,4% (с добавкой Литопласт 1М на 4,6%; с добавкой Литопласт 3М — на 5,2% и с добавкой Литопласт 5М — на 3,4%) по сравнению со стандартными образцами.

— при введении добавок Литопласт 1М, 3М и 5М в количестве 0,3% происходит увеличение предела прочности при сжатии от 1,5 до 2 раз, соответственно до 39,8, 27,2 и 34,4 МПа по сравнению со стандартными образцами 17,4 МПа (рис. 2);

Таблица 2

Таблица 1

Тип добавки Количество добавки, % Относительная влажность на границе текучести, % Относительная влажность на границе раскатывания, % Число пластичности Мотн, %

Без добавки - 31,3 18,8 12,5 32,7

Литопласт 1М 0,3 32,6 17,2 15,4 32

Литопласт 3М 0,3 32,2 15,7 16,5 32

Литопласт 4М 0,3 32,2 16,1 16,1 32

Литопласт 5М 0,3 32 16,4 15,6 32

Литопласт № 28 0,5 32,2 14,5 17,7 32

Шихта: 75 % глина + 10 % песок + 10 % дегидр. глина + 5 % каолин

Тип добавки Количество добавки, % Формовочная влажность, % Т обжига, оС Водопогло-щение, % Поткр Площадь образцов-кубиков, см2 Разрушающая нагрузка, кгс Предел прочности при сжатии, МПа

Без добавки - 18 1000 11,3 22,4 21,8 3800 17,4

Литопласт 1М 0,3 17 950 9,2 17,8 22,6 9000 39,8

Литопласт 3М 0,3 17 950 9 17,2 22,8 6200 27,2

Литопласт 4М 0,3 17 950 10,1 19,3 22,4 5500 24,5

Литопласт 5М 0,3 17 950 9,9 19 22,5 7750 34,4

Литопласт № 28 0,5 17 950 11,1 21,1 22,3 8200 36,8

Шихта Цех № 1 Тип и кол-во добавки, % Р, 1 пара' кгс/см2 Ток смесителя, А Ток пресса, А Время формования 132 шт. кирпича, с Рв головке пресса, МПа ^бруса' %

Шихта Нет 0,8 90 190 68 0,85 20,5

Шихта 0,1 %, Литопласт 3М 0,6 70 90 59 0, 68 20,9

0,6 70 120 60 0, 7

0,6 70 100 63 0, 68

0,6 50 120 60 0, 7

0,6 50 120 61 0, 7

Шихта 0,3 %, Литопласт 3М 0,8 50 190 54,5 0, 8 20,5

0,8 60 170 55,8 0, 75

0,8 50 100 60 0, 7

0,6 60 170 62 0, 74

0,6 50 100 57 0, 64

0,6 30 100 60 0, 65

— снижение температуры обжига образцов с пластифицирующими добавками Литопласт 1М, 3М и 5М способствует повышению технологических свойств изделий и сохранению служебных характеристик.

По результатам лабораторных исследований технологи завода совместно с техническими специалистами компании «Полипласт» подбирают необходимый раз-жижитель и его дозировку. Для проведения опытно-промышленных испытаний (ОПИ) «Полипласт» на безвозмездной основе предоставляет образцы в необходимом количестве, технологическое оборудование для дозирования и техническую поддержку специалистов, позволяющую грамотно провести испытания и оценить эффективность действия разжижителей на том или ином заводе.

Рассмотрим ОПИ на примере одного из заводов Свердловской области.

В настоящее время на данном предприятии водопо-глощение кирпича составляет 12—13%; марка на верхнем ряду — 150, на нижнем ряду — 100—125; морозостойкость до 50 циклов.

Работу разделили на два этапа:

Первый этап. Формование производилось в цехе № 1. При введении в шихту 0,3% Литопласт 3М (с=40%, р=1,21 г/см3) было сформовано 67 вагонеток по 264 шт на каждой, итого 7688 шт. кирпича. При введении в шихту 0,1% Литопласт 3М было сформовано 34 вагонетки по 264 шт. на каждой, итого 8976. Подача добавки осуществлялась на дальнем плече перед вальцами.

Второй этап. Формование производилось в цехе № 2. При введении в шихту 0,3% Литопласт 1М (с=40%

¡■Л ®

май 2012

91

12

10

1 8

ф EÎ g 6

о ш

0

0

3M

5M

£

Тип добавки

Рис. 1. Зависимость водопоглощения образцов из шихты с добавками Литопласт М: 0 - без добавки; 1М - образцы с добавкой Литопласт 1М; 3М - образцы с добавкой Литопласт 3М; 5М - образцы с добавкой Литопласт 5М; добавки вводились в количестве 0,3%

45

40 -

35 -30 -

25 -20 -

15 -10 -

5

Тип добавки

Рис. 2. Зависимость механической прочности образцов из шихты с добавками от типа Литопласт М: 0 - без добавки; 1М - образцы с добавкой Литопласт 1М; 3М - образцы с добавкой Литопласт 3М; 5М -образцы с добавкой Литопласт 5М; добавки вводились в количестве 0,3%

Таблица 3

2

0

Шихта Цех № 2 Тип и кол-во добавки, % Ток пресса, А Время формования 132 шт. кирпича, с Рв головке пресса, МПа ^^бруса, %

Шихта нет 200 55 0,8 19,7

Шихта 0,1%, Литопласт 1М 190 55 0,75 19,5

197 0,7

197 0,75

190 0,75

197 0,7

190 0,75

Шихта 0,3%, Литопласт 1М 190 55 0,75 19,5

197 0,7

197 0,75

190 0,75

197 0,7

190 0,75

р=1,21 г/см3) на дальнем плече было сформовано 103 вагонетки по 264 шт. на каждой, итого 27192 шт. кирпича . При введении в шихту 0,3% Литопласт 1М непосредственно в вакуум-пресс было сформовано 37 вагонеток по 264 шт. на каждой, итого 9768. С концентрацией 0,1% Литопласт 1М при подаче в вакуум-пресс сформовано 30 вагонеток по 264 шт. на каждой, итого 7920.

Время сушки составляет 52 ч при температуре 62оС (цех № 1); 48—50 ч при температуре 70оС (цех № 2). Обжиг производится в кольцевой печи при температуре 980—990оС в течение 52 ч.

Состав шихты: глина, песок, опил, зола. Параметры при формовании в цехе № 1 приведены в табл. 2.

В результате выпуска опытной партии кирпича с добавкой Литопласт 3М в цехе № 1 установлено:

— формование 132 шт. стало более быстрым, время сократилось с 68 до 60 с при добавлении 0,1% Литопласт 3М, с 68 до 55 с при добавлении 0,3% Литопласт 3М;

— уменьшение давления в головке пресса с 0,85 до 0,65 МПа и силы тока с 90 до 50 А в связи с увеличением пластичности бруса и снижением силы трения в мундштуке при протягивании массы;

— у изделий грани стали более четкими. Брус стал более мягким, но влажность его практически не изменилась. Параметры при формовании в цехе № 2 приведены в

табл. 3.

В результате выпуска опытной партии кирпича с добавкой Литопласт 1М в цехе № 2 установлено:

— время формования 132 шт. при добавлении 0,1 и 0,3 % Литопласт 1М не изменилось;

— уменьшение давления в головке пресса с 0,8 до 0,7 МПа и силы тока с 200 до 190 А в связи с увеличением пластичности бруса и снижением силы трения в мундштуке при протягивании массы;

— у изделий грани стали более четкими, брус — более пластичным, но влажность его практически не изменилась.

В результате вышеизложенного можно сделать вывод, что ввод разжижителей серии Литопласт М компании «Полипласт» в производстве керамического кирпича, за счет улучшения реологических свойств шихты приводит:

1. к повышению прочностных характеристик, морозостойкости и улучшению внешнего вида готовой продукции;

2. к сокращению износа основного технологического оборудования;

3. к увеличению производительности технологического оборудования;

4. к сокращению энергозатрат в процессе производства.

Ключевые слова: керамический кирпич, Литопласт М, пластичность, механическая прочность, реологические свойства, глина, шихта.