СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМЗИТА Российский патент 1998 года по МПК C04B14/12 

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано при получении керамзита.

Известен способ получения керамзита путем выдерживания дробленой глины при 300-400^oC 15-20 мин и дальнейшей обработки парами нефтепродукта в количестве 1,2-1,5 мас.%, гранулирования, сушки и обжига [1].

Недостатком данного способа является низкая прочность керамзита. Так при обработке глины парами мазута в количестве 1,2 мас.% при 350^oC получают керамзит с насыпной плотностью 200 кг/м³ и прочностью 0,48 МПа.

Известен способ производства керамзита путем дробления глинистого сырья, рассева его на фракции 0 - 5 мм и 5 - 15 мм, смешения фракции 0 - 5 мм с добавкой - дизельным топливом, смешения с фракцией 5 - 15 мм, гранулирования смеси и обжига в печи.

Недостатком данного способа является высокая насыпная плотность керамзита. Так при добавлении 1 мас.% дизельного топлива к фракции глины 0 - 5 мм получали керамзит с насыпной плотностью 480 кг/м³ и прочностью 1,5 МПа.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения керамзита путем добавки в глинистое сырье нефтешлама, гранулирования смеси, сушки и обжига. [3].

Недостатком данного способа является высокая насыпная плотность керамзита 366-390 кг/м³ и при этом его низкая прочность 1,24-1,3 МПа.

Предлагаемый способ получения керамзита включает дробление глинистой породы, добавление в нее 6-10 мас.% нефтешлама, нагретого до 80-95^oC и содержащего 3-30 мас.% воды, и добавление воды для получения упругой, хорошо перемешиваемой глинистой массы, количество которой определяют по формуле
A=X - (Y + 0,01 C•g),
где
X - оптимальное количество воды, содержащейся в глинистом замесе, 16 - 20 мас.%,
Y - количество воды в глинистом сырье, мас.%.,
C - количество добавляемого нефтешлама; мас.%.,
g - количество воды в нефтешламе, мас.%.

Данный способ позволяет получать керамзит с низкой насыпной плотностью и высокой прочностью.

Нефтешлам используют как вспучивающий агент. Он является отходом нефтеперерабатывающих производств, собранным при очистке сточных технологических и канализационных вод, и представляет собой вязкую жидкость плотностью 0,86-0,97 г/см³ и содержит воду, механические примеси и горючие фракции. В состав горючих фракций в основном входят асфальтены, карбены и карбоиды, бензольные и спиртобензольные смолы. При нагревании нефтешлам сильно пенится, что увеличивает его поверхность и позволяет тонкой пленкой распределяться по поверхности глина и проникать в ее поры.

При обжиге гранул вспучивание глины происходит как за счет выгорания органической части нефтешлама, так и за счет паров воды, которые являются как порообразователем, так и катализатором происходящих при вспучивании сырцовых гранул процессов.

При быстром обжиге полное выгорание углерода с выделением газообразных продуктов окисления в виде оксида или диоксида углерода (порообразователи) может наступить лишь после завершения процесса обезвоживания и возможности свободного доступа кислорода к частицам материала.

Для обеспечения благоприятной восстановительной атмосферы внутри зерен материала кривая обжига должна устанавливаться таким образом, чтобы окончательное окисление (выгорание) коксового остатка органических веществ передвигалось в область температуры начала вспучивания, что удается достичь за счет поступления сырцовых гранул в печь обжига с вполне определенной влажностью. Наиболее оптимальной влажностью является содержание воды в глинистом замесе 16-20 мас.%.

Способ осуществляли в условиях керамзитового завода Энемского комбината нерудных строительных материалов треста "Краснодарпромстройматериалы". В качестве глинистого сырья использовали глину нижнего горизонта Афипского месторождения Краснодарского края, состоящую на 55-60% из гидрослюды с монтмориллонитом и каолинитом и примесей, представленной на 35-40% кварцем с полевым шпатом, а также железистой органикой (около 5%) и карбонатом (менее 1%).

Способ осуществляли следующим образом.

Глинистое сырье поступало на рыхление, введение в него нагретого до 80-95^oC нефтешлама, содержащего 3-30 мас.% воды, и расчетного количества воды, замешивание и формование сырцовых гранул, которые сушили при 200^oC, обжигали и охлаждали.

Полученному керамзиту определяли насыпную плотность, прочность при сдавливании в цилиндре и визуальную характеристику по ГОСТ 9758-86 и 9759-83.

Пример 1. Глинистое сырье с места складирования автопогрузчиком и автосамосвалом транспортировали в приемный бункер емкостью 14 м³. Из бункера была отобрана проба на влажность, которая составила 4 мас.%. Далее сырье поступало в двухвальный глинорыхлитель. Переработка сырья осуществлялась вальцами грубого помола с камневыделением и вальцами тонкого помола. Из вальцов сырье транспортировалось в двухвальный смеситель, где происходило его перемешивание с вспененным при температуре 90^oC нефтешламом, содержащим 15 мас.% воды, и расчетным количеством воды. Количество добавленного нефтешлама составило 8 мас.% по отношению к исходной глине. Расчетное количество воды определили по формуле
A = 18 - (4 + 0,01•8•15) = 12,8 мас.%
по отношению к исходной глине.

Формование сырцовых гранул осуществлялось на дырчатых вальцах с диаметром формующих отверстий 14-16 м. Сформованные сырцовые гранулы имели шероховатую поверхность и плотную структуру. Сформованные сырцовые гранулы окатывались и подсушивались в течение 30 мин в сушильном барабане дымовыми газами, отходящими от печи обжига, при 200^oC.

Гранулы полуфабриката после сушки были окатанными, с тонкой корочкой. Готовый полуфабрикат накапливался в бункере запаса, а затем весовым дозатором непрерывного действия подавался во вращающуюся печь барабанного типа на обжиг. Обжиг происходил с равномерным подъемом материала по футеровке печи при температуре внутри слоя гранул 1200^oC в течение 6 мин. Охлаждался керамзитовый гравий в аэрожелобе.

Характеристика керамзита представлена в таблице.

Пример 2. Способ осуществляли по примеру 1 с той разницей, что нефтешлам нагревали до 80^oC и добавляли к глине в количестве 6 мас.%, оптимальное количество воды в глинистом замесе составило 16 мас.%, а количество воды, которое необходимо добавить в замес, рассчитали по формуле
A = 16(4 + 0,01•6•15) = 11,1 мас.%
Характеристика керамзита представлена в таблице.

Пример 3. Способ осуществляли по примеру 1 с той разницей, что нефтешлам нагревали до 95^oC и добавляли к глине в количестве 10 мас.%, оптимальное количество воды в глинистом замесе составило 20 мас.%, а количество воды, которое необходимо добавить в замес, рассчитывали по формуле
A = 20-(4 + 0,01•10•15) = 14,5 мас.%
Характеристика керамзита представлена в таблице.

Пример 4. Способ осуществляли по примеру 1 с той разницей, что нефтешлам содержал 3 мас.% воды, а количество воды, которое необходимо добавить в замес, рассчитывали по формуле:
A = 18-(4 + 0,01•8•3) = 13,76 мас.%
Характеристика керамзита представлена в таблице.

Пример 5. Способ осуществляли по примеру 1 с той разницей, что нефтешлам содержал 30 мас.% воды, а количество воды, которое необходимо добавить в замес, рассчитывали по формуле:
A = 18-(4 + 0,01•8•30) = 11,6 мас.%
Характеристика керамзита представлена в таблице.

Пример 6 (сравнительный). Способ осуществляли по примеру 1 с той разницей, что нефтешлам нагревали до 75^oC.

Характеристика керамзита представлена в таблице.

Пример 7 (сравнительный). Способ осуществляли по примеру с той разницей, что нефтешлам нагревали до 100^oC.

Характеристика керамзита представлена в таблице.

Пример 8 (сравнительный). Способ осуществляли по примеру 1 с той разницей, что нефтешлам содержал 2 мас.% воды. Количество воды, которое необходимо добавить в замес, составило:
A = 18-(4 + 0,01•8•2) = 13,84 мас.%
Характеристика керамзита представлена в таблице.

Пример 9 (сравнительный). Способ осуществляли по примеру 1 с той разницей, что нефтешлам содержал 32 мас.% воды. Количество воды, которое необходимо добавить в замес, составило:
A = 18-(4 + 0,01•8•32) = 11,44 мас.%
Характеристика керамзита представлена в таблице.

Пример 10 (сравнительный). Способ осуществляли по примеру 1 с той разницей, что оптимальное количество воды, содержащейся в глинистом замесе, составляло 15 мас.%. Количество воды, которое надо добавить в замес, равно:
A = 15-(4 + 0,01•8•15) = 9,8 мас.%
Характеристика керамзита представлена в таблице.

Пример 11 (сравнительный). Способ осуществляли по примеру 1 с той разницей, что оптимальное количество воды, содержащейся в глинистом замесе, составило 21 мас.%. Количество воды, которое надо добавить в замес, равно:
A = 21-(4 + 0,01•8•15) = 15,8 мас.%
Характеристика керамзита представлена в таблице.

Пример 12 (по прототипу). Керамзит получают из сырья и на оборудовании, описанном в примере 1, но нефтешлам, содержащий 3 мас.% воды, не нагревают и добавляют к глине в количестве 8 мас.%. Кроме этого, в замес добавляют 18 мас.% воды для получения эластичного сырца-полуфабриката. Сушка и обжиг сырца проводят в условиях примера 1.

Характеристика керамзита представлена в таблице.

Как видно из представленных данных, предложенный способ позволяет получать керамзит с низкой насыпной плотностью 330-345 кг/м³ и высокой прочностью 1,49-1,52 МПа (примеры 1-5).

При нагреве нефтешлама ниже заявленного (пример 6) насыпная плотность керамзита увеличивается, а поры на изломе только мелкие и средние. При увеличении нагрева нефтешлама выше 95^oC (пример 7) качество керамзита не улучшается, а в аппарате, где нагревают нефтешлам, появляется избыточное давление (0,1 ати), что требует дополнительного оборудования аппарата согласно требованиям техники безопасности.

При содержании воды в нефтешламе менее 3 мас.% (пример 8) наблюдается низкое вспенивание нефтешлама, адгезия его к глине падает и качество полученного керамзита снижается, а в случае увеличения воды в нефтешламе выше заявленного (пример 9) наблюдается мощный выход паров воды из центра гранулы при обжиге и внутри гранулы появляется пустота.

Очень большое значение при получении керамзита имеет оптимальное количество воды в глинистом замесе. Избыток влаги в сырцовых гранулах (пример 11) снижает эффект поризации, приводит к появлению трещин на поверхности, ухудшает структуру керамзита, повышает насыпную плотность.

Недостаток влаги в сырце (пример 10) приводит к растрескиванию гранул в процессе обжига, преждевременному выгоранию органических веществ, в результате чего имеет место высокий выход мелких, плохо вспученных фракций керамзита.

Использование: при производстве строительных материалов и может быть использован при получении керамзита. Сущность изобретения: способ получения керамзита осуществляют путем дробления глинистой породы, добавления в нее 6 - 10 мас.% нефтешлама, предварительно подогретого до 80 - 95^oC, содержащего 3 - 30 мас.% воды и дополнительного количества воды, которое определяют по формуле: А = Х - (Y + 0,01•C•g), где Х - оптимальное количество воды, содержащейся в глинистом замесе, и равно 16 -20 мас.%; Y - количество воды и в глинистой породе, мас.%; С - количество добавленного нефтешлама, мас.%; g - количество воды в нефтешламе, мас.%, последующего формования гранул, сушки, обжига и охлаждения. Способ позволяет получить керамзит с низкой насыпной плотностью и высокой прочностью. 1 табл.

Способ получения керамзита путем добавки в глинистое сырье нефтешлама, гранулирования смеси, сушки и обжига, отличающийся тем, что нефтешлам, содержащий 3 - 30 мас.% воды, добавляют в количестве 6 - 10 мас.% с предварительным нагревом его до 80 - 95^oC, количество воды, добавляемое к глинистой массе определяют по формуле
A=X-(Y+0,01•C•g),
где X - оптимальное количество воды, содержащейся в глинистом замесе, мас.%;
Y - количество воды в глинистом сырье, мас.%;
C - количество добавляемого нефтешлама, мас.%;
g - количество воды в нефтешламе, мас.%;
а оптимальное количество воды в глинистом замесе составляет 16 - 20 мас. %.