Аглопорит
Вспучивающееся глинистое сырье, пригодное для производства керамзита, не часто встречается. Более распространены малопластичные, тощие, запесоченные глинистые породы, суглинки, которые при обжиге не вспучиваются. Эти породы можно использовать для получения другого искусственного пористого заполнителя — аглопорита.
Сырье. Основным сырьем для производства аглопорита на действующих предприятиях являются глинистые породы. Пригодные для агломерации глинистые породы (суглинки, супеси, лесс и т. д.) имеются почти повсеместно, поэтому производство аглопо-рита из местного сырья можно организовать в различных районах, где требуется этот строительный материал.
Однако глинистыми породами сырьевая база производства аглопорита не исчерпывается. Очень широко в качестве сырья могут быть использованы различные отходы промышленности, особенно топливосодержащие. На основе технологических исследований было организовано производство аглопорита из топливных шлаков, зол, отходов добычи сланцев и угля. Использование таких отходов выгодно и перспективно. Топлива, содержащегося в них, как правило, достаточно для ведения процесса агломерации. Важно только усреднить сырье по содержанию топлива и затем, если его не хватает, добавить при подготовке шихты, а если содержится больше, чем требуется для процесса агломерации (что более вероятно), добавить к топливосодержащим отходам глинистое сырье.
По данным ВНИИСтрома и Института горючих ископаемых, первоочередным резервом для расширения сырьевой базы производства аглопорита являются отходы углеобогащения, общий выход которых составляет по стране около 80 млн. т в год. Угля в них содержится в среднем до 20%. За счет использования этого топлива себестоимость аглопорита можно снизить примерно на 30%.
Основы технологии. Аглопорит получают спеканием (агломерацией) сырья. Этот способ широко применяют в металлургической промышленности для агломерации руд. Сущность процесса состоит в следующем.
Из сырья с добавкой топлива (угля) готовят рыхлую шихту и укладывают ее на колосниковую решетку. Под решеткой в вакуум-камере отсосом воздуха вентилятором (дымососом) создают разрежение, благодаря которому происходит просос воздуха через шихту Сверху шихту поджигают. За счет горения угля в ней создается высокая температура (до 1400... 1500°С). При этом шихта спекается в пористую остеклованную массу. Процесс спекания осуществляется сравнительно быстро. Горячие газы, отсасываемые вниз, подогревают нижележащие слои шихты, и зона горения постепенно передвигается к колосниковой решетке. Верхние спекшиеся слои в это время несколько охлаждаются просасываемым воздухом. Когда зона горения топлива доходит до колосниковой решетки и процесс агломерации завершается, получают спекшийся аглопоритовый корж, который дробят на щебень и песок.
Подготовленная шихта спекается на агломерационной машине, которая представляет собой непрерывно движущийся конвейер из тележек-палет, имеющих в основании колосниковую решетку из жаропрочной стали и борта с обеих сторон. Верхняя ветвь конвейера движется по рельсам над вакуум-камерами.
Шихта загружается на колосниковую решетку слоем 200...300 мм и зажигается, проходя под горном, где за счет горения подаваемого туда жидкого или газообразного топлива создается температура примерно 1000° С. Далее, продвигаясь над вакуум-камерами, шихта благодаря прососу воздуха спекается. С машины сходит спекшийся корж.
Корж, как правило, неоднороден: внутри спекание полное, корж в изломе темного цвета (восстановительная среда определяет переход оксидов железа в закись, и это способствует лучшему спеканию), а на поверхности (избыток воздуха, окислительная среда, ниже температура обжига) образуется как называемый недожог буро-красноватого цвета с пониженными прочностью и стойкостью. Поэтому первой операцией после спекания шихты на агломерационной решетке является отделение недожога. Корж разламывается на куски специальным устройством — коржеломателем (вал с редко насаженными билами), куски падают на решетку, слабоспекшиеся частицы при этом осыпаются и возвращаются в технологический процесс как добавка к сырью, улучшающая газопроницаемость и спекание шихты.
В качестве добавок, способствующих повышению скорости спекания глинистого сырья и, следовательно, повышению производительности агломерационных машин, а также улучшению качества аглопорита, используют древесные опилки, лигнин (отход гидролиза древесины), золу и другие отходы промышленности.
После отделения недожога (возврата) аглопорит охлаждают до температуры 80... 120°С, дробят и сортируют на щебень и песок.
При использовании в качестве основного сырья отходов углеобогащения в технологическую схему вносятся изменения, касающиеся подготовки исходных материалов. Отходы углеобогащения измельчают дроблением в две стадии с промежуточным грохочением, получая зерна размером не более 2,5 мм. Глину добавляют в виде сухого компонента (крупность - до 3 мм) или глиняного шликера. Последующие технологические операции аналогичны приведенным на схеме.
Для производства аглопорита выпускается комплект основного технологического оборудования с агломерационными машинами СМС-117 и СМ-961 (длина 40 м, ширина 1,5 м).
Требуемые пределы прочности аглопоритового щебня (табл. 1.2), определяемые при сдавливании в цилиндре, значительно меньшие, чем для керамзитового гравия. Однако нельзя
считать аглопорит менее прочным заполнителем, чем керамзит, поскольку дело здесь не только в прочности, но и в форме зерен. Как уже указывалось выше, при испытании в цилиндре получаются не абсолютные, а относительные, значительно заниженные показатели прочности, причем степень занижения зависит от формы зерен испытуемого заполнителя. При равной прочности зерен для сдавливания рыхло насыпанного остроугольного аглопоритового щебня в стальном цилиндре требуется меньшая нагрузка, чем для керамзитового гравия. Как установлено С. М. Ицковичем, действительная прочность аглопорита в бетоне примерно в 25 ...30 раз превышает показатели прочности при стандартном испытании в цилиндре, что и учитывается в ГОСТ 9757—83 при установлении марки аглопоритового щебня по прочности исходя из результатов его стандартного испытания.
Прочность керамического материала, заполняющего межпоровое пространство аглопорита и керамзита (оплавленной массы, состоящей из стекловидной фазы с кристаллическими включениями), примерно одинакова. Поэтому при равной плотности зерен прочность аглопорита и керамзита в бетоне близка.
Межзерновая пустотность аглопоритового щебня составляет 50...60%, (для высшей категории качества — не более 50%), следовательно, плотность зерен в 2 раза и более превышает насыпную плотность щебня.
Пористость зерен аглопоритового щебня находится в пределах 40...60%.
Коэффициент формы зерен в среднем не должен превышать 2,5 (для высшей категории качества — 2).
Аглопорит отличается сравнительно высокой однородностью по
насыпной плотности и прочности, что создает предпосылки для его [эффективного применения в бетоне.
Для аглопоритового песка нормируется зерновой состав. Потеря массы пробы при прокаливании песка допускается до 5%.
Аглопоритовый гравий. Помимо описанной технологии производства аглопоритового щебня и песка разработана (М. П. Элинзон, С. Г. Васильков и др.) и освоена промышленностью технология, позволяющая получать аглопорит в виде гравия.
Основным сырьем для получения такого аглопорита служат золы тепловых электростанций, содержащие 4... 15% остатков топлива.
В отличие от описанной выше технологии в данном случае стремятся получить шихту в виде отдельных шариков преимущественно одной фракции (10... 20 мм), для чего используют тарельчатые грануляторы. Состав шихты: 85... 90% золы и 10... 15% глинистой породы. Глинистая порода вводится в золу в виде водной суспензии — шликера. Она обеспечивает связность шихты, облегчает грануляцию и повышает прочность сырцовых гранул (чтобы они не разрушились при транспортировке и укладке до спекания).
На колосниковую решетку агломерационной машины укладывают сначала слой готового аглопоритового гравия — постель (для предохранения металла машины от действия высоких температур), затем сырцовые гранулы слоем 200... 250 мм. В секционном горне большей протяженности, чем в машинах для спекания шихты на щебень и песок, сжигают газообразное топливо.