СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМИЧЕСКОГО СТРОИТЕЛЬНОГО КИРПИЧА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2006 года по МПК C04B33/02 C04B33/13 

Изобретение, заявленное в качестве патента, относится к области производства керамических изделий, в частности к производству керамического строительного кирпича, на примере которого выявлены преимущества предлагаемого способа производства как в процессе подготовки технологической белковополиминеральной массы, так и в процессе технологической обработки ее в условиях производства керамического строительного кирпича.

Известные способы производства технологической полиминеральной массы и производства керамического строительного кирпича осуществляют по следующей схеме:

- Подготавливают компоненты полиминеральной сырьевой массы для приготовления полиминеральной технологической смеси, пригодной для получения кирпича-сырца.

- Формуют кирпич-сырец пластическим мягким и жестким формованием полиминеральной смеси влажностью 18.0%-23.0% и 14.0%-16.0% соответственно с применением экструдеров и других механизмов различного типа; полусухим и сухим формованием полиминеральной массы влажностью 7.0%-10.0% и 2.0%-6.0% соответственно на прессах с удельным давлением прессования от 200 кгс/кв.см до 400 кгс/кв.см.

- Укладывают кирпич-сырец на транспортные средства и отправляют их в сушильные камеры.

- Кирпич-сырец сушат, в зависимости от принятого способа производства, при температуре от 30.0°С до 250.0°С и до остаточной влажности 1.0%-2,0%.

- Сырец после сушки обжигают в печах различных конструкций при температурах от 850°С до 1100.0°С.

- Обожженный кирпич охлаждают до температуры окружающей печь среды, выгружают из печи и складируют на товарном дворе для отгрузки потребителю (1-18).

Способы производства керамического кирпича по приведенной выше схеме обладают существенными недостатками, которые, в основном, сводятся к следующему:

- Использованию дорогостоящего и, как правило, дефицитного сырья.

- Длительному технологическому циклу подготовки сырьевой массы, включающей очистку от примесей, многоступенчатый процесс перемешивания и при жестком, полусухом, сухом способе производства керамического строительного кирпича осуществляют подсушку сырьевых масс.

- Потерям до 10% готовой продукции из-за брака, образующегося в процессе производства кирпича-сырца и товарного керамического кирпича, связанного с разрушением изделий и несоответствием ГОСТ по внешнему виду и другим, в том числе метрологическим признакам, установленным на полуфабрикаты и готовую продукцию - керамический кирпич.

- Большим энергетическим затратам на сушку, обжиг и транспортировку изделий по технологической цепочке производства керамического кирпича.

Цель настоящего изобретения состоит:

- В устранении некоторых технологических операций производства керамического кирпича известными способами.

- В сокращении энергетических затрат на транспортировку изделий, сушку и обжиг.

- В устранении целого ряда оборудования за счет сокращения технологического цикла производства.

- В замене (частичной или полной) глинистого сырья и выгорающих добавок на отходы промышленного производства, образующиеся при очистке сточных вод на станциях аэрации в виде осадков активного ила и золы от его сжигания, золы-уноса, образующейся при сжигании топлива в агрегатах ТЭЦ, ТЭС, ряде других энергетических установок.

- В решении экологических проблем, связанных с загрязнением окружающей среды отходами промышленного производства станций аэрации, ТЭЦ ТЭС, БВК и т.д.

Наиболее близким описываемому способу производства керамического строительного кирпича является способ по патенту №2082692. Он отличается от известных способов тем, что для приготовления технологической смеси используют осадки активного ила очистных сооружений в количестве от 10% до 50.0% от объема сырьевой смеси. Этот способ позволяет получить белковополиминеральную технологическую смесь. Другим близким к описываемому способу производства керамического кирпича является способ по патенту №1038319, в соответствии с которым для производства керамического кирпича применяют активный ил и золу-унос в количестве от 1.0%-9.0% и 10.0%-29.5% соответственно.

Технический результат изобретения достигается тем, что в способе производства керамического кирпича, включающем смешение глинистого сырья с выгорающими добавками, золой-уносом и осадками активного ила, из процесса производства стенового материала частично или полностью исключается глинистое сырье, выгорающие добавки; исключается в ряде схем предварительная подсушка технологических исходных материалов и их смесей; исключается в ряде случаев и сам процесс сушки сформованного кирпича-сырца.

Для приготовления технологической смеси применяли:

- Глинистое сырье.

- Осадки активного ила общей влажностью около 65.0%, полученные с фильтров Курьяновской станции аэрации (свободная физическая влажность осадка активного ила составляла примерно 20.0%, а внутримолекулярная влага белковых веществ осадков около 45.0% соответственно).

- Золу-унос Московской ТЭЦ-22 влажностью 0.0% и 19.5%.

- Золу от сжигания осадков активного ила, полученного с фильтров Курьяновской станции аэрации в г. Москве, влажность которой составила 0.0%. Золу осадков активного ила получали сжиганием осадков активного ила при температуре 1000°С.

Химический и гранулометрический состав глинистого сырья соответствовал данным на глинистое сырье Подольского, Бутовского, Кудиновского, Гжельского месторождений. Данные по этим глинистым материалам приведены в упомянутой выше литературе, а по осадкам активного ила - в патенте №2082692 и (6, 8, 9).

Примеры производства керамического кирпича предлагаемым способом и результаты проделанной работы приведены на схемах и соответствующих им таблицах №1, №2, №3.

Эксперименты осуществляли как с применением лабораторного оборудования, так и с применением промышленных аппаратов - формовочных аппаратов, сушил и печей обжига. Исследования свойств полученных партий сырца и керамических изделий осуществляли с применением оборудования ОТК кирпичных заводов. Промышленные эксперименты осуществляли на заводских линиях производства с применением кольцевых и туннельных печей отечественного и иностранного производства. Предлагаемый способ получения белковополиминеральной технологической смеси и производства керамического строительного кирпича позволяет, как видно из нижеприведенных схем №1, №2, №3 и таблиц №1, №2, №3, достигнуть поставленных изобретением целей.

Технологическая схема №1 (См. Технологическая схема №1) позволяет на стандартном оборудовании производить керамический кирпич высоких технологических характеристик и без применения глинистого сырья. Используя такой технологический прием, получают изделия только из осадка активного ила и его золы. Абрикосовый цвет и отвечающие ГОСТ параметры полученных изделий удовлетворяют высоким требованиям потребительского спроса и санитарно-гигиеническим нормам на экологически чистый товарный продукт. Условием для проведения технологического процесса предложенным способом является требование, предъявляемое к работе сушил и печей обжига, которые должны работать под разряжением. Последнее требование обусловлено тем, что в противном случае в цехе может ощущаться неприятный запах, который выделяется при нагревании осадка активного ила.

Специфический запах осадков активного ила, возникающий в цехе кирпичного завода, аналогичен запаху в цехах станций аэрации и потому не наносит вреда работникам завода, также как и персоналу станций аэрации. Атмосфера станций аэрации с характерным, специфическим запахом исследована и по своему химическому составу и концентрации вредных веществ в атмосфере не превышает регламентных величин, установленных инструкциями СЭС.

Из данных таблицы №1 (См. Таблица №1) следует, что полученный кирпич обладает не только высокими потребительскими характеристиками, но и низким уровнем отходов на стадиях технологического передела.

Технологическая схема №2 (См. Технологическая схема №2) производства керамического кирпича отличается от названных выше аналогов тем, что позволяет получить керамический кирпич (См. Таблица №2) высоких технологических параметров без сушки отформованного прессованием полуфабриката и, следовательно, при значительном сокращении времени производства керамического кирпича, технологических и энергетических затрат.

Применение технологической схемы №3 (См. Технологическая схема №3) производства керамического кирпича позволяет получить качественный товарный продукт (См. Таблица №3), отвечающий всей гамме требований ГОСТ, кратчайшим технологическим путем с сокращением производственных и энергетических затрат. Применение влажного активного ила в производстве керамического строительного кирпича играет важную технологическую роль поскольку влажный активный ил, играющий роль пластификатора, позволяет получить поверхность кирпича гладкой, снизить уровень брака при формовании и сушке кирпича-сырца. Прочность кирпича-сырца после сушки обычно составляет 5.0-7.0 кгс/см². Наличие в сухом кирпиче-сырце сухого осадка активного ила позволяет снизить температуру обжига, расход энергии и газа на 10.0%-15.0%.

Пустотность керамического кирпича после обжига превышает 40.0%, но, вероятно, за счет уплотнения внешних и внутренних стенок пустот кирпича позволяет держать высокую марочность и на глинах различных месторождений.

Таблица №1Результаты определения качества керамического кирпича, полученного с применением технологической белковополиминеральной смеси: осадка активного ила (ОАИ) влажностью 65.0%, золы осадка активного ила (ЗОАИ) влажностью 0.0%, глинистого сырья влажностью 20.0% Наименование компонентов технологической смесиСодержание компонентов технологической полиминеральной смеси, об.%/ кг/кирпич1 влажность 15.0%2 влажность 21.0%3 влажность 15.0%4 влажность 21.0%1231231231231Осадок активного ила (ОАИ)23.08/0.67323.1/0.67423.07/0.67332.3/0.9333.0/0.9532.09/0.9217.9/0.63218.3/0.64618.5/0.65321.7/0.76923.9/0.84623.05/0.7822Зола осадка активного ила (ЗОАИ)76.9/2.24676.9/2.24576.9/2.24667.7/1.84367.0/1.92268.0/1.95265.18/2.30566.1/2.33866.6/2.35543.9/1.55344.9/1.72746.9/1.6573Глинистое сырье (Подольское месторождение)------16.9/0.6015.6/0.52514.9/0.52734.4/1.21327.3/0.96330.07/1.0634Прочность кирпича на сжатие, кгс/кв.см2502502752502502802602502702502652805Прочность кирпича на изгиб, кгс/кв.см9393948390959085958595956Отходы - брак при сушке и обжиге, %3/13/12/13/13/12/13/13/13/13/13/12/1Данные по основным параметрам ведения технологического процессаи качественным характеристикам изделий-кирпича:Сушка: Кирпич влажностью 15.0% сушат при температуре от 30°С до 250°ССушка: Кирпич влажностью 21.0% сушат при температуре от 30°С до 100°СОбжиг: Кирпич-сырец обжигают при 850°С - 1100°С.Данные о состоянии внешнего вида и данные о технологических параметрах полученных образцов кирпича:Поверхности постелей и граней ровные, без трещин. По внешнему видуи метрологическим показателям кирпич, полученный в результате экспериментов,соответствует показателям на: кирпич лицевой ГОСТ 530-95 марки М-250. Цвет кирпича - абрикосовый.Усадка кирпича при сушке составила 3.0%, при обжиге - 1.0%.Брак при сушке и обжиге составляет 3.0% и 1.0% соответственно.Водопоглощение составило 8.5%. Морозостойкость составила более 50.Коэффициент теплопроводности для каждого из образцов был равен 0.260 вт/м*град.

ТАБЛИЦА №2Результаты определения качества керамического кирпича, полученного с применением белковополиминеральной технологической смеси осадка активного ила влажностью 65.0% и золы от сжигания активного ила (ЗОАИ) влажностью 0.0% с применением сухого прессования№Наименование компонентов технологической смесиСодержание компонентов технологической белковополиминеральной смеси, об.%, кг/кирпич12влажность 6.5%влажность 2.0%1231231Осадок активного ила (ОАИ)9.9/0.28510.0/0.29110.1/0.2933.1/0.0883,48/0.13.1/0.092Зола осадка активного ила (ЗОАИ) *90.1/2.58590.0/2.57990.0/2.57796.9/2.78296.5/2.77096.8/2.7803Прочность кирпича на сжатие, кгс/кв.см2503002803203003004Прочность кирпича на изгиб, кгс/кв.см83102931061021015Отходы-брак при сушке/обжиге, %2/03/02/02/01/02/0Данные по основным параметрам ведения технологического процессаи качественным характеристикам изделий-кирпича:Сушка: Кирпич влажностью 6.5% сушат при температуре от 30°С до 250°С.Сушка: Кирпич влажностью 2.0% сушке не подвергают.Обжиг: Кирпич-сырец обжигают при 850°С - 1050°С.Данные о состоянии внешнего вида и данные о технологических параметрах полученных образцов кирпича:Поверхности постелей, граней, тычков ровные, без трещин. По внешнему видуи метрологическим показателям кирпич, полученный в результате экспериментов,соответствует показателям на кирпич лицевой ГОСТ 530-95 марки М-250. Цвет кирпича - абрикосовый.Усадка кирпича при сушке составила 2.0%, при обжиге - 1.0%.Брак при сушке и обжиге составляет 1.0% - 3.0% и 0.0% - 1.0% соответственно.Водопоглощение составило 8%. Морозостойкость составила более 30.Коэффициент теплопроводности для каждого из образцов был равен 0.257 вт/м*град.* Зола осадка активного ила (ЗОАИ) получена сжиганием осадка активного илаКурьяновской станции аэрации во вращающейся печи при температуре 1000°С

Способ производства керамического строительного кирпича включает получение сырьевой смеси смешиванием глинистого сырья, осадка активного ила, формование полученной сырьевой смеси, сушку сформованного кирпича-сырца и его обжиг. При получении сырьевой смеси используют глинистое сырье влажностью (18,0-21,0)%, осадок активного ила общей влажностью 65,0% и дополнительно золу от сжигания осадка активного ила влажностью 0,0%, при смешивании которых получают однородную технологическую сырьевую смесь влажностью (15,0-21,0)%. Охарактеризованы варианты способа производства керамического кирпича. Технический результат: улучшение технологии производства, снижение расхода энергоресурсов, снижение загрязнения окружающей среды, улучшение теплоизоляционных свойств получаемого керамического кирпича. 6 н.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл.

1. Способ производства керамического строительного кирпича, включающий получение сырьевой смеси смешиванием глинистого сырья, осадка активного ила, формование полученной сырьевой смеси, сушку сформованного кирпича-сырца и его обжиг, отличающийся тем, что при получении сырьевой смеси используют глинистое сырье влажностью (18,0-21,0)%, осадок активного ила общей влажностью 65,0% и дополнительно золу от сжигания осадка активного ила влажностью 0,0%, при смешивании которых получают однородную технологическую сырьевую смесь влажностью (15,0-21,0)%.2. Способ производства керамического строительного кирпича путем получения сырьевой смеси, включающей осадок активного ила, формования полученной сырьевой смеси, сушки сформованного кирпича-сырца и его обжига, отличающийся тем, что при получении сырьевой смеси используют осадок активного ила общей влажностью 65,0% и дополнительно золу от сжигания осадка активного ила влажностью 0,0%, при смешивании которых получают однородную технологическую сырьевую смесь влажностью (15,0-21,0)%.3. Способ производства керамического строительного кирпича путем получения сырьевой смеси, включающей осадок активного ила, формования полученной сырьевой смеси, сушки сформованного кирпича-сырца и его обжига, отличающийся тем, что при получении сырьевой смеси используют осадок активного ила общей влажностью 65,0% и дополнительно золу от сжигания осадка активного ила влажностью 0,0%, при смешивании которых получают однородную технологическую сырьевую смесь влажностью 6,5%, а формование осуществляют прессованием.4. Способ производства керамического строительного кирпича путем получения сырьевой смеси, включающей осадок активного ила, формования полученной сырьевой смеси, сушки сформованного кирпича-сырца и его обжига, отличающийся тем, что при получении сырьевой смеси используют осадок активного ила общей влажностью 65,0% и дополнительно золу от сжигания осадка активного ила влажностью 0,0%, при смешивании которых получают однородную технологическую сырьевую смесь влажностью 2%, а формование осуществляют прессованием.5. Способ производства керамического строительного кирпича путем получения сырьевой смеси, включающей осадок активного ила, формования полученной сырьевой смеси, сушки сформованного кирпича-сырца и его обжига, отличающийся тем, что при получении сырьевой смеси используют осадок активного ила общей влажностью 65,0% и дополнительно золу-унос ТЭЦ влажностью 0,0%, при смешивании которых получают однородную технологическую сырьевую смесь влажностью (15,0-21,0)%.6. Способ производства керамического строительного кирпича путем получения сырьевой смеси, включающей осадок активного ила, формования полученной сырьевой смеси, сушки сформованного кирпича-сырца и его обжига, отличающийся тем, что при получении сырьевой смеси используют осадок активного ила общей влажностью 65,0% и дополнительно золу-унос ТЭЦ влажностью 0,0%, при смешивании которых получают однородную технологическую сырьевую смесь влажностью 2%.