Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 13
Способы производства керамзита. Физико-химические основы вспучивания глинистого сырья 13
Црименение добавок и опудривание в производстве керамзита 25
Производство пористого песка 27
Сырье для производства керамзита по сухому способу 31
1.5. Производство пористых заполнителей за рубежом... 34
Выводы по главе 1 36
2. МЕТОДИК/1 ИССЛЕДОВАНИЙ. 39
Методики определения физико-химических свойств сырья и керамзита 39
Методика подготовки камнеподобных глинистых
пород к вспучиванию 42
2.3. Методики, разработанные в ходе выполнения
работы 42
2.3.1. Методика определения вспучиваемости
камнеподобных глинистых пород 42
2.3.2. Прибор для определения объема тел непра
вильной геометрической формы 44
Методика определения вспучиваемости отходов камнеподобных глинистых пород.... 46
Методика определения оптимальной температуры термоподготовки крупных фракций камнеподобных глинистых пород.... 47
Лабораторное оборудование, разработанное в процессе выполнения исследований 48
Определение прочности керамзита при сжатии
в цилиндре 53
Выводы по главе 2 53
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ
СВОЙСТВ СЫРЬЯ И ДОБАВОК 55
3.1. Выбор сырья и добавок 55
стр.
Физико-химические свойства отходов 55
Дериватографический анализ 58
Рентгенографический анализ 63
Определение вязкости 63
Дилатометрические характеристики камнеподобных глинистых пород 66
Добавки 69
Сульфитно-дрожжевая бражка 69
Отход ацетиленового производства
(карбидный ил) 71
Выводы по главе 3 73
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ
КЕРАМЗИТА 76
Физико-химические превращения сырья в процессе термоподготовки и обжига 76
Кинетика окисления органических примесей в камнеподобных глинистых породах 86
Количественная оценка степени окисления оксидов железа 92
Влияние режима термоподготовки на изменение гранулометрического состава полуфабриката 93
Исследование вспучиваемости просыпи вращающихся печей 95
Исследование гранулируемости отходов от
дробления 99
Пластичность отходов аргиллитов 99
Математическое планирование эксперимента... 99
4.7. Повышение прочности и водостойкости сырцовых
гранул III
Зависимость параметров вспучивания гранул полусухого и пластического способов получения от температуры обжига 112
Разработка способа производства керамзита с пониженной плотностью 115
4.10. Определение режима вспучивания глинистых
сланцев отвалов горных работ 128
4.11. Исследование технологических параметров
получения керамзитового песка из отходов
аргиллитов Южно-Хасынского месторождения 134
стр. 4. II. I. Определение режима вспучивания отходов
аргиллитов 135
Вспучивание отходов во вращающейся печи.. 141
Вспучивание аргиллитов в печах кипящего
слоя 145
4. II.4. Активность пористых песков 145
4.II.5. Влияние вида и гранулометрического состава пористого песка на основные
свойства легкого бетона 147
4.12. Безотходная технологическая схема переработки
камнеподобных глинистых пород 153
Выводы по главе 4 156
5. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ
ПОКАЗАТЕЛИ 159
Испытание глинистых сланцев отвалов в производственных условиях 159
Использование просыпи вращающихся печей в производстве керамзита 160
Расчет экономической эффективности внедрения разработок в производство 164
Расчет экономической эффективности использования сланцев отвалов 164
Экономическая эффективность использования просыпи для производства керамзита 168
Расчет экономической эффективности использования отходов от дробления аргиллитов 169
Расчет экономической эффективности от внедрения ТУ-І23-479-І23-73 170
Выводы по главе 5 170
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 172
ЛИТЕРАТУРА 175
ПРИЛОЖЕНИЯ 191
5.
Введение к работе
Основными направлениями экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года, утвержден -ными ХХУІ съездом КПСС [ij , предусмотрено развитие производства изделий, обеспечивающих снижение металлоемкости, стоимости и трудоемкости строительства, массы зданий, сооружений и повышение их теплозащиты, увеличение производства эффективных тепло- и звукоизоляционных материалов.
Намечено развивать производство строительных материалов с использованием отходов горнодобывающих отраслей промышленности.
Перспективным материалом для массового заводского производства деталей и конструкций жилых, общественных и промышленных зданий является легкий бетон на пористых заполнителях. По данным научно-исследовательского института экономики строительства применение легких бетонов позволяет снизить массу конструкций на 0,8 т, расход стали на 5-8 кг, трудозатраты на 0,3-0,5 чел.--дня в расчете на I м3 бетона.
За счет применения легких бетонов транспортные расходы сокращаются в среднем на 25$.
Объем производства пористых заполнителей в СССР постоянно растет. В 1962 г. было произведено 40 млн. м3 пористых заполнителей. Из них 27,5 млн. м3 керамзита, 0,86 млн.м3 аглопорита, 0,77 млн.м3 шунгизита, 2,0 млн.м3 вспученного перлита, 1,89 млн. м3 шлаковой пемзы. Искусственные пористые заполнители в общем объеме производства составляют 82,5$, а в объеме искусственных пористых заполнителей керамзит занимает 82,8$.
6.
За 10-ю пятилетку объем производства пористых заполнителей возрос на 12,6%, введено 13,6 млн. м3 новых мощностей [2 J.
В табл. I приведены данные НИИКерамзита по потребности и степени ее удовлетворения в пористых заполнителях по СССР и Северо-Кавказскому району.
Таблица I
Степень удовлетворения потребности строительства в
пористых заполнителях (млн. м3)
Показатели ! Годы
Потребность в пори- 41,7 77,1 97,2 124,3 138,8
стых заполнителях по
СССР
Потребность в искус- 35 65 82 105 117
ственных пористых
заполнителях
Планируемый объем 31,7 60,5 79,9 104,0 115,0 производства искусственных пористых заполнителей
Степень удовлетво- 90,6 90,3 99,8 99,0 98,2 рения потребности,%
Потребность в пори- 2,9 3,5 4,3 5,5 7,0 стых заполнителях по Северо-Кавказскому району
Планируемый объем 1,7 2,2 3,4 5,0 7,0 производства заполнителей по Северо-Кав -казскому району
Степень удовлетворения
потребности, % 60,3 63,1 78,1 90,9 100
Из данных таблицы видно, что потребность в пористых заполнителях в нашей стране удовлетворяется не полностью. По Северо-Кавказ -
7.
скому району потребность в пористых заполнителях планируется удовлетворить лишь к 2000 году.
Во многих регионах страны производство керамзита осуществляется по сухому способу, при котором перерабатывается камнеподоб-ное сырье - глинистые сланцы, аргиллиты, сухарные глины,шунгиты.
При дроблении таких пород образуется 20-30$ отходов в виде материала с размером зерен < 5 мм.
В настоящее время в СССР по сухому способу работают 42 предприятия, которые перерабатывают около 3,4 млн.м3 камнеподобных пород в год, при этом образуется 0,68-1,0 млн.м3 отходов, из них 0,56-0,84 млн.м3 отходов глинистых сланцев и аргиллитов [3 J . Только на Замчаловской дробильно-сортировочной фабрике в Ростовской области при производстве 120 тыс. м3 в год фракционированного аргиллита отходы составляют 50 тыс. м3, а в отвалах их накоплено более 500 тыс.м3.
Кроме отходов при дроблении сырья, при обжиге полуфабриката камнеподобных пород во вращающихся печах, образуется просыпь сырья, которая накапливается в значительных объемах, загрязняя окружающую среду. Увеличиваются затраты сырья на производство керамзита, повышается его себестоимость.
Актуальность данной работы заключается в том, что она направлена на разработку технологии использования отходов дробления камнеподобных глинистых пород, просыпи, создание безотходной технологии производства керамзита из камнеподобных глинистых пород.
Настоящая работа выполнялась в соответствии с комплексной программой "Стройиндустрия", разработанной Главсевкавстроем и Новочеркасским политехническим институтом, по договорам творческого содружества: с НИИКерамзитом (г.фгйбышев), трестом "Стройконструк-
8.
ция" (г. Ростов-на-Дону), КСМ-4 (г. Новочеркасск) и связана с целевой комплексной программой Госстроя СССР 0.Ц.03І, подпрограмма 0.35.03.Ц.
Целью работы являлось разработка оптимальных технологических режимов переработки отходов камнеподобных глинистых пород, просыпи вращающихся печей и разработка безотходной технологии производства керамзита из камнеподобных глинистых пород.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ
1. Теоретически обоснована и практически подтверждена воз-
использования
можность "просыпи" вращающихся печей, а также отходов дробления
камнеподобных глинистых пород и глинистых сланцев отвалов горных работ для производства керамзита.
При этом показано, что при увеличении скорости нагрева сырья процессы окисления органических примесей и выделения химически связанной воды сдвигаются в сторону более высоких температур, что позволяет снизить плотность керамзита.
Определены значения температуры и изменения массы при переходе оксида двухвалентного железа в оксид трехвалентного железа. Экспериментально подтверждено, что окисление оксида двух -валентного железа протекает в две стадии: окисление 5^до SjC/y и окисление
Установлено, что окисление органических примесей в камнеподобных глинистых породах происходит замедленно, в более широком интервале температур, чем у рыхлых глинистых пород.
Установлена последовательность процессов выделения химически связанной воды и окисления органических примесей. В камнеподобных глинистых породах Донбасса процесс окисления органических примесей предшествует процессу выделения химически связанной воды.
9.
Это не соответствует данным А.В. Шлыкова, установленным для рыхлых глинистых пород.
Для аргиллитов Южно-Хасынского месторождения Магаданской области сохраняется закономерность, при которой после выделения химически связанной воды идет процесс окисления органических примесей.
5. Для снижения насыпной плотности керамзита из полуфабри
ката и отходов разработан способ опудривания сырья с использова
нием также отходов целлюлозно-бумажной промышленности и ацетиле
нового производства. Способ защищен авторским свидетельством
№ 893954.
Для увеличения сохранности сырцовых гранул в процессе их переработки и хранения разработан способ повышения их прочности и водостойкости за счет введения в сырьевую массу лигносульфона-тов.
С применением метода математического планирования эксперимента определены оптимальные значения: крупности порошка отходов; времени грануляции; количество и плотность раствора СДБ.
Определены параметры термоподготовки и вспучивания отходов дробления камнеподобных глинистых пород, "просыпи" и глини -стых сланцев отвалов горных пород.
Разработана методика определения вспучиваемости камнеподобных глинистых пород и прибор для определения объема образцов сырья и керамзита.
10. Экономический эффект от внедрения разработок составляет 460 тыс. руб. в год.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ
Разработана безотходная технология производства керамзита
ю.
из камнеподобных глинистых пород.
Разработан способ повышения вспучиваемости гранул из отходов дробления и полуфабриката камнеподобных глинистых пород за счет расширения температурного интервала вспучивания при опудри-вании их тугоплавким порошком - карбидным илом.
Разработан состав сырьевой смеси для получения гранул повышенной прочности и водостойкости.
В результате внедрения безотходной технологии решаются вопросы рационального использования сырьевых ресурсов и охраны окружающей среды. За счет полного использования сырья высвобождаются площади земель, пригодных для сельского хозяйства.
НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:
I. Теоретические предпосылки и результаты исследований процессов структурообразования и окислительно-восстановительных реакций в отходах камнеподобных глинистых пород при их термоподготовке.
Z. Установленная последовательность процессов выделения химически связанной воды и окисления органических примесей для камнеподобных глинистых пород.
Способ повышения вспучиваемости камнеподобных глинистых пород с использованием для опудривания отходов целлюлозно-бумажной промышленности и ацетиленового производства.
Методика определения вспучиваемости камнеподобных глинистых пород.
Технологические параметры получения сырцовых гранул из отходов камнеподобных глинистых пород.
Технологические параметры термообработки гранул из отходов камнеподобных глинистых пород, просыпи и сланцев отвалов горных работ.
II.
7. Безотходная технология производства керамзита из камне-подобных глинистых пород.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ
Результаты исследований докладывались на координационном совещании в НЙЙКерамзите в 1982,1983 гг., научно-технической конференции по снижению сметной стоимости и повышению качества строительства (г.Магадан) 1978 г., седьмого и восьмого Северо--Кавказских региональных совещаниях по рекуперации химических продуктов - отходов промышленных предприятий и борьбе с загрязнением окружающей среды, 1981,1982 гг. (г.Ростов н/Д).
Керамзит из отходов фракционированного аргиллита демонстрировался на выставках НПИ - городу в 1981,1982 гг., на областной выставке в 1982 г., на ВДНХ СССР в 1962,1963 гг. (Приложение I).
ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
Внедрены разработанные технологические параметры переработки глинистых сланцев отвалов горных работ. На этом сырье работает керамзитовая установка комбината "Индигирзолото" (пос.Уеть--Нера Якутской АССР). Экономический эффект 200 тыс. руб. в год (Приложение 2).
Внедрена технология переработки просыпи вращающихся печей на Ростовском заводе легких заполнителей. Экономический эффект 70 тыс. руб. в год (Цриложение 3).
Внедрены параметры термоподготовки и обжига аргиллитов Южно-Хасынского месторождения на Магаданском заводе строительных материалов. Экономический эффект 196 тыс. руб. в год (Приложе -ние 4). Объем работы.
Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов,
12.
списка литературы и приложений. Общий объем работы ІЯ0 стр., в том числе стр. текста 126 , рисунков 57 , таблиц 36
Данная диссертационная работа выполнена в лаборатории теплоизоляционных материалов кафедры "Машины и аппараты химических производств" Новочеркасского политехнического института имени С.Орджоникидзе и на кафедре органических строительных материалов Московского инженерно-строительного института им. В.В.Куйбышева. В руководстве от лаборатории теплоизоляционных материалов принимал участие старший научный сотрудник, кандидат технических наук Пономарев Юрий Екельянович.
ІЗ.
