автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Получение керамзита с применением нефтешламовых отходов

РГВ од

На правах рукописи

ЛУПОНОСОВ Яков Алексеевич

ПОЛУЧЕНИЕ КЕРАМЗИТА С ПРИМЕНЕНИЕМ НЕФТЕШЛАМОВЫХ ОТХОДОВ

Специальность 05.23.05. - строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Самара 1998

На правах рукописи

Лупоносов Яков Алексеевич

ПОЛУЧЕНИЕ КЕРАМЗИТА С ПРИМЕНЕНИЕМ НЕФТЕШЛАМОВЫХ ОТХОДОВ

05.23.05. - строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Самара 1998

Работа выполнена в Самарской строительной академии.

государственной архитектурно-

член-корреспондент РАТН, кандидат технических наук, профессор Комиссаренко Б.С.

кандидат технических наук, заслуженный изобретатель РФ Элькошок А.А.

доктор технических наук, профессор Барков В.В.

кандидат технических наук, доцент Хлыстов А.И.

Ведущая организация Корпорация

"Волгостром" (г. Самара)

Защита состоится <Р в /У часов на

заседании диссертационного совета К.064.55.01 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Самарской государственной архитектурно-строительной академии по адресу: 443001, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 194, ауд. 0408. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Автореферат разослан п ^уЛсЛ^ 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Научный руководитель

Научный консультант

Официальные оппонента

Общая характеристика работы.

Актуальность работы. Одной из приоритетных задач современного строительного производства является преимущественное развитие производства панелей, обеспечивающих снижение метал-ло- и энергоемкости, стоимости и трудоемкости строительства, массы зданий сооружений, повышение их теплозащиты и других показателей качества, используя при этом различные отходы промышленных производств и улучшая общую экологическую обстановку.

Перспективным направлением решения поставленной задачи при производстве керамзитобетошшх изделий- с учетом новых требований Изменений №3 к СНиП 2-3-79 от 01.07.96г. по теплозащите представляется разработка технологии керамзита мелких формаций из глинистого сырья с добавлением «хека» — переработанных отходов нефтешяамовых. птпржетшй в производстве керамзита, сложилась диспропорция в выпуске мелких и крупных фракций. При потребности для производства ограждающих конструкций в керамзитовом песке- фоакции- 0-5 мм и мелком керамзите фракции 5-10 мм в количестве соответственно 20-30 и 30-40% от объема выпускаемого керамзита их общий выпуск не превышает 10%.

Керамзит, получаемый по данной технологии, выгодно отличается от традиционного следующими особенностями:

- более широкой сырьевой базой, поскольку предполагает использование некондиционных глин, и применением в качестве корректирующей добавки нефтешламовых отходов, занимающих только в Самарской области (Нефтегорский, Октябрьский районы) тысячи гектаров пригодной для сельскохозяйственного оборота земли;

- меньшей металло- и энергоемкостью, поскольку для его производства требуется минимальный набор оборудования, а нефтеш-ламовая добавка «кек», являясь горючим веществом снижает расход топлива на обжиг керамзита.

Использование керамзита мелких фракций с низкой насыпной плотностью, которую обеспечивает наличие «кека», являющегося высокоорганической добавкой, позволяет снизить среднюю плотность керамзитобетона и его теплопроводность за счет исключения из состава бетона кварцевого песка.

Получаемый керамзит позволяет изготавливать теплоизоляционные и конструктивно-теплоизоляционные бетоны в соответствии с требованиями Изменения №3 строительных норм и правил СНиП П-3-79 «Строительная теплотехника». Несмотря на очевидные преимущества использования легкого керамзита мелких фракций в бетонах, процесс создания такого

материала в настоящее время в должной степени не изучен, что сдерживает его широкое внедрение.

Поэтому детальное изучение процессов, связанных, с получением легкого керамзита мелких фракций, является актуальной задачей.

Цель работы. Изучение механизма образования полуфабриката из глинистого сырья с добавлением «кека» и керамзита на его основе, разработка технологии и оборудования для получения керамзита крупных и мелких фракций на основе нефтешла-мовых отходов.

Научная новизна. Объектом исследования являются технологии с использованием принципиально нового способа и оборудования для формирования структуры гранул из глинистого сырья с добавлением «кека», методом их теплообработки.

Впервые дано теоретическое решение задачи о связи кинетики формообразования гранул из глинистого сырья с его упруго-механическими и деформативными свойствами.

Получены теплоизоляционные и конструктивно- теплоизоляционные бетоны, отвечающие повышенным требованиям к теплозащите ограждающих конструкций зданий, принятым в Изменении^ СНиПП-3-79 «Строительная теплотехника».

Дается методика расчета и конструирования аппарата для гранулирования глинистого сырья путем создания дискретного поля сдвиговых напряжений направленной, деформацией элементарных частиц в слое материала. Предлагаются некоторые аспекты определения зерновых характеристик керамзита и теоретические исследования его разделения по крупности.

Практическая значимость работы. Разработана новая технология мелкого керамзитового гравия с использованием неф-тешламовых отходов с любым видом глинистого сырья; обоснованы возможность и целесообразность с помощью разработанной технологии утилизировать отходы нефтедобывающей промышленности, решить вопросы экологии. Показано, что применение нового строительного материала позволяет обеспечить новые требования СНиП по теплопроводности, предъявляемые к керам-зитобетону. Разработка выполнена на уровне, достаточном для тиражирования во всех нефтедобывающих регионах России.

Получены легкие бетоны - теплоизоляционные и конструктивно-теплоизоляционные, отвечающие повышенным требованиям к теплозащите ограждающих конструкций зданий, принятым в изменении №3 СНиП П-3-79 «Строительная теплотехника».

На защиту выносятся:

- результаты теоретических и экспериментальных исследований по изучению структурообразования керамзитового гравия, полученного из глинистого сырья с добавлением «кека»;

- технологические параметры производства и физико-механические характеристики мелкого керамзитового гравия и керамзитобетона на его основе;

- результаты производственной апробации и внедрения разработанной технологии;

- экономическая целесообразность;

практические рекомендации по результатам исследования.

Внедрение результатов работы. Результаты выполненных исследований использованы при разработке- проекта «Завод для производства мелкого керамзитового гравия мощностью 30000 кубических метров в год» в г. Новотроицке Оренбургской области (Учреждение ЮК 25/5).

По разработанной технологией. АО «Легкий керамзит» (г.Самара), совместно с АО «ЛукОйл-Волга» и СИ «Каг-Эко-Ойл» (г.Нефтегорск) изготовлена опытная партия керамзита в объеме-10000 кубометров.

Апробация работы. Результаты проведенных исследований докладывались на 1У-0Й региональной тематической конференции «Новые технологии в нефтегазовой отрасли и проблемы экологии» (12-13 марта 1997' г., г. Самара) и 55-й научно-технической конференции «Исследования в области архитектуры, строительства и охраны окружающей среды» (13-17 апреля 1997г., г. Самара).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 5 печатных работ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов; списка использованной литературы, включающего 142 наименования. Работа изложена на 141 странице машинописного текста, содержит 17 рисунков, 32 таблицы, 2 приложения.

Содержание работы.

В первой главе дан обзор и анализ данных научно-технической литературы по влиянию свойств керамзитового гравия на свойства керамзитобетона и технологических факторов, включая корректирующие добавки, на качество керамзитового гравия. Дана оценка показателям изменчивости прочности и насыпной плотности керамзитового гравия.

Повышение качества готовой продукции выдвигается в число самых актуальных проблем промышленного производства. Строительство должно быть обеспечено легким, прочным материалом. Керамзитовый гравий является наиболее приемлемым материалом, но при условии значительного снижения насыпной плотности и одновременном повышении прочности. При этом использование легких бетонов в ответственных конструкциях возможно только при определенной гарантии их прочности и высокого уровня их однородности.

В отечественной и зарубежной литературе имеется значительное количество разработок, в которых доказано, что между свойствами легких бетонов и пористых заполнителей имеются функциональные зависимости, представляющие собой функции прочности керамзитового гравия, раствора и объемной концентрации керамзита в бетоне.

В нашей стране развитие науки в области легких бетонов принадлежит Ахвердову И.Н., Бабкову В.В., Баженову Ю.М., Бужевичу Г.А., Грызлову B.C., Довжику В.Г., Ицковичу С.М., Комисеаренко Б.С., Комохову П.Г., Петрову В.П., Рыбьеэу И.А., Спиваку Н.Я., Симонову М.З., Соломатову В.И. и др.

Кроме прочности и насыпной плотности керамзитового гравия на прочностные, деформативные и другие характеристики легких бетонов оказывает влияние гранулометрический состав, крупность зерен, форма и характер поверхности, межзерновая пус-тотность, водопоглощение и т.д. Изучению роли этих характеристик керамзита на свойства легких бетонов посвящены работы

A.И.Атапина, ПЛетерсена, С.М.Ицковича и др.

Изучению процессов, формирующих качество керамзита, посвящены исследования ГЬП.Будникова, С.П.Онацкого, И.А.Гервидса, М.Г.Лундиной, Н.И.Володиной, Д.И.Резникова,

B.В.Еременко и др. Повышению однородности керамзитового гравия - С.Ф.Бугрина, С.М.Ицковича, Х.Р.Гринштейна, И.А.Иванова, Г.М.Погребинского и др. Исследованию влияния различных добавок на свойства керамзита - Арбузовой Т.Б., Емельянова А.Н., Кореньковой С.Ф., Новопашина A.A., Чума-ченко Н.Г. и др. Разработано и внедрено различное оборудование для классификации и разделения по насыпной плотности и размеру зерен. Существенный вклад в этой области принадлежит Эльконюку A.A.

В настоящей работе впервые делается попытка по использованию нефтешламовых отходов - «кека» в качестве корректирующей добавки в глину при производстве керамзита, являющейся

универсальным вспучивающим компонентом-добавкой органо-минерального характера.

Во второй главе приведены характеристики сырьевых материалов и дано описание методов исследования. При проведении технологических исследований использовалось различное (11 месторождений) глинистое сырье, характеризуемое различной вспучиваемостью как в естественном составе, так и с добавками. Основными глинообразующими субстанциями во всех исследованных видах сырья являются монтмориллонит ((1=13,72;

14,2А), гидрослюды (<1=1,99; 2,33 4,96; 7,11; 10,0А); гидрослюды + каолинит ((1=2,55; 3,52; 5,02; 7011А). В составе глинистого сырья обнаружены кварц (6...27%), полевые шпаты (1... 14%), карбонаты (1...2%) и оксиды железа (5... 10%). В отдельных видах сырья отмечены незначительные количества гипса (до 1%). Для всех видов глинистого сырья характерна полиминеральность (3-5 ингредиентов), число пластичности изменяется от 14,7 до 40,8, а по дисперсности - средне- и тонкодисперсное.

Для получения представительной пробы «кека» использовался «застарелый» нефтешлам, из которого по методу «Каг-Эко-Ойл» удаляли нефть на 100-тонном гидравлическом прессе при удельном давлении 350 кгс/ка.смг с применением многослойных фильтрующих прокладок.

Качественные и количественные характеристики сырьевых материалов определялись методами комплексного физико-химического анализа, включающего химический, дериватогра-фический, рентгенофазовый и оптический. Компонентный состав представленной пробы «кека» определялся на приборе Дина-Старка по методике института «Гипровостокнефть».

Химический анализ и оценка физических свойств проводились по ГОСТ 5382-73 и ГОСТ 2642.0-81 ...2642.12-81. Дериватогра-фические исследования выполнялись на многофункциональном дериватографе О=1500Д с одновременной регистрацией 4 температурных кривых (нагрева, дифференциальной температурной, гравиметрической и дифференциальной гравиметрической). Рентгенофазовые исследования проводились на аппарате УРС -50ИМ, Си-Кв излучении. Оптическая микроскопия сырьевых материалов и образцов керамзита выполнена с помощью поляризационного микроскопа МИН-8 в проходящем и отраженном свете (в иммерсиях и шлифы). Микроструктура гранул керамзита исследовалась с помощью РЬугольных реплик на электронном микроскопе УЭМВ-100К.

Для обработки данных использовались методы математической статистики и непосредственно расчеты выполнены на Г!К ШМ 486 PC/AT.

Получение полуфабриката мелких фракций производилось с помощью разработанного автором устройства, в основе которого заложен принцип направленной деформации частицы (гранулы).

В третьей главе изложены физико-химические основы получения керамзитового гравия мелких фракций из глинистого сырья с добавкой «кека». Приведем результаты исследований влияния условий формования гранул полуфабриката на структуру и свойства керамзитового гравия, обожженных при оптимальной температуре. Формование гранул производилось методом экструзии формованных масс и гранулированием порошков. Формование методом экструзии моделировалось на установке, позволяющей за счет смены формующих фильер производить формование гранул различного диаметра от 4 до 16мм. При гранулировании порошков на лабораторном грануляторе отбор гранул для исследований проводился после достижения устойчивого режима гранулирования, устанавливаемого по постоянным характеристикам зернового состава полуфабриката. Для исследования отбирались гранулы с размерами от 4 до 16мм-. Дта сравнения результатов исследований производилось традиционное пластическое формование гранул цилиндрической формы (d=h=4...1ÓMM) с подпрессовкой на ручном прессе. В качестве основных критериев оценки свойет» керамзита использованы величины кажущейся плотности и предела прочности при раскалывании гранул.

Исследованиями микроструктуры керамзитового гравия установлено, что в гранулах, отформованных на грануляторе, отсутствуют крупные поры и трещины, а в сформованных методами экструзии и пластического прессования - обнаружены крупные поры размером более 200 мм, главной причиной появления которых явились формовочные дефекты, неоднородности пластической деформации массы, свилеобразование. Таким образом, для получения качественного мелкого полуфабриката необходимо обеспечивать для каждой гранулы и по всему объему равномерную плотность гранул.

При обжиге гранул, полученных гранулированием, получается более легкий керамзит, хотя снижение средней легкости гранул не превышает 10% по сравнению с одноименными показателями гранул, полученных экструзией и пластическим прессованием. При этом существенно изменение прочности гранул (см. рис. 1). При одинаковом диаметре гранул (6 мм) полуфабриката

полученного гранулированием экструзиеи и пластическим прессованием, и обожженного при Тот =1220°С прочность гранул керамзита 1 способа формования соответственно на 42 и 125% выше, чем у полученных экструзией и пластическим прессованием. Такая функциональная зависимость сохраняется во всем исследованном интервале <1=4... 16мм. При этом отмечено некоторое уменьшение значений прочности при увеличении диаметра фанул. Формование на грануляторе позволяет получать не только мелкий, но и бездефектный полуфабрикат, а также использовать пластичное и камнеподобное, неплаетичное сырье в достаточно широком диапазоне влажности сырья или сырьевых шихт.

Для получения керамзита фракций 0...10мм используют грануляторы бара-банно-тарельчатого типа с интенсивным" воздействием рабочего органа на сырьевой материал. Грануляция в общих объемах основана на создании местных разрушений кусков материала в слое при направленном воздействии рабочего органа на них. В сечениях наибольшего напряжения происходит расслоение материала из-за слабых связей в направлении, перпендикугяярном к деформации. Для этих сред касательные напряжения записываются в виде уравнения:

&

Т =Тк + Ь —0)

яр

Рис 1. Зависимость прочности гранул керамттовоте-гравиает размер» гранул полуфабриката:

1 - экструзионное формование, Тов1=1040',С;

2 - пластическое прессование, Т„бЖ= 1220°С;

3 - формование гранулированием, ТЛх=1220°С;

4 - формование гранулированием Тоб^КМОЧТ:

5 - пластическое прессование. Тобж=1040°С;

6 - экструзионное формование. Та„=!220Т

где Тк - предел текучести; Ь - коэффициент динамической вязкости;

—--скорость деформации среды.

сП

Из уравнения (1) следует, что с повышением скорости деформации вырастают напряжения сдвига и, соответственно, деструкция материала.

Используя этот принцип в барабанных грануляторах с рабочим органом интенсивного действия, в материале создается дискретное поле сдвиговых напряжений в пространственной сетке с определенным шагом, достигаемым взаимным вращением двух параллельно расположенных валов с лопастями и барабана. Высокие местные напряжения достигаются встречным вихревым движением в среде материала, создается поле напряжений сдвига в виде сплошной сетки, что и обеспечивает грануляцию. Оптимизация процесса грануляции возможна при правильном определении величины скорости вращения лопастных валов. Для этого рассмотрим теорию разрушения материала при допущении, что кусок материала имеет форму шара (шар упругий).

Изменение упругого сопротивления в шаре по времени может быть найдено из выражения:

т—-Р (2)

где х - величина сжатия шара, равная смещению его центра инерции;

р - сила динамического взаимодействия между шаром и

плитой при ударе; т - масса шара.

Выполнив некоторые преобразования и используя формулу Герца, уравнение (2) принимает вид у

с • (3)

т

Интегрирование уравнения (3) дает

=' (4)

2 т 5

Максимум сближения хтах имеет место при -Т/-0. Решение уравнения (4) относительно хтах дает

' (5)

5 а

Так как т = -лг3—, поэтому 3 8

5 V

-я~—ч г?'; 4 £ Ь )

Так как — , то можно выразить в виде

А

и

При ОТ=0,25, *,_ = 1,685-^^

Максимальная сила давления имеет место при хтах, т.е. в момент полного останова тела. Выполнив необходимые преобразования, получим >

Р~ = 3.1&т| (6)

■Г

л?!.;

На основании равенства (7) находим, что

о, = -г=- = Е го-2

и откуда находим величину разрушающей скорости

ТТ.

(7)

Опытами установлено, что максимальный предел прочности глинистого материала равен 100кгс/см2, а его истинная плотность ^=2,62 г/см3.

Произведя подстановки, получаем

V,

{vJ Е/г

Подставляя соответствующие значения в формулу а„, получаем, что величина разрушающей скорости составит 22м/с.

При изучении механизма формирования мелких фракций практический интерес представляет химико-минералогический состав, пластичность глинистого сырья. Поэтому в исследованиях использовано глинистое сырье различных месторождений, отличающееся по вышеуказанным характеристикам. Влажность сырья и время гранулирования подбиралось экспериментально соответственно условиям гранулирования, при которых обеспечивался наибольший выход

мелких фракций полуфабриката (0...5 и 5... 10мм). Подготовка сырья осуществлялась по пластическому и порошковому способам. По первому способу сухое с карьерной структурой глинистое сырье предварительно увлажнялось и далее поступало в лабораторный гранулятор, по второму - сухое сырье измельчалось ь порошок с размером частиц не более 1мм, который затем увлажнялся и после этой операции уже формовочная масса поступала на гранулирование.

Установлено, что формовочная влажность существенно влияет на фракционный состав полуфабриката. С увеличением влажности массы увеличивается выход крупной фракции 10...20мм. Аналогичное влияние оказывает и продолжительность гранулирования. При этом изменение фракционного состава невелико, т.к. при гранулировании глинистого сырья и барабанном грануляторе содержание фракции 10...20мм и среднем не превышает 10%. На рис.2 показана зависимость величины формовочной влажности от пластичности глинистого сырья.

Чем выше пластичность глинистого сырья, тем больше величина оптимальной формовочной влажности.

Влияние минералогического состава оценивалось по содержанию каждой минеральной составляющей сырья. Установлено, что с увеличением в сырье содержания монтмориллонита уменьшается выход полуфабриката фракции 0...5мм и увеличивается выход фракции 5... 10мм. Противоположный "эффект наблюдается при увеличении содержания в сырье гидрослюд, каолинита и хлорита. Примеси в сырье - кварц, полевой шпат в тонкодисперсном состоянии увеличиваю! содержание мелкой фракции 0...5мм и уменьшают

5... 10мм в готовом полуфабрикате.

2

-- - --S '■С г- х"

I ä й>

Рис. 2. Зависимость оптимальной (1) и средней (2) влажности глинистого сырья от его пластичности.

1 - непластичное сырье, ¡1 - умеренно пластичное.

III - среднепластичное,

IV - высокоаластнчное сырье

Исследования по подбору оптимального состава сырьевой шихты, содержащей в качестве добавки "кек", проведены на глинах Смышляевского месторождения и "Ветлянка". Первая глина - хорошо вспучивающееся сырье (Ккп=4...5) и вторая - в естественном составе не вспучивается. Содержание добавки в шихтах на основе обеих глин составляло 1, 20, 30, 40 и 50%. Результаты исследований по подбору режимов гранулирования, термоподготовки приведены в табл. I.

Ч'абшщи I

Результаты исследований глинистого сырья с добавкой "кека"

Месторождения глинистого сырья

Наименования Смышляевское "Ветлянка"

показателей Содержание "кека" в шихте, % по массе

1 20 30 40 50 1 20 30 40 50

Фракционный состав полуфабриката,

% по массе

Свыше 20 мм 2,0 ¡,5 1.3 3,8 2,2

10 ... 20 мм 12,0 13,0 9,0 10,0 12,0 9,7 5,1 8,5 7,7 11,0

5 .. !0 мм 58,0 44,5 38,0 40,0 41,0 59,0 78,0 77,9 81,5 74,8

0 . 5 мм 28,0 41,0 51,7 48,2 44,8 51,3 16,9 13,6 10,8 14,2

Формовочная

влажность

% по массе 24,0 24,0 24,0 24,0 24,0 21,С 21,0 21.0 2I.0I21.0!

Средняя плотность керамзита, кнг/м3 350 360 375 380 410 550 570 575 589 600

Плотность керамзита, МПа 1,12 1,15 1,20 1,47 1,58 2,40 2,50 2,70 2,80 2,93

Оптимальный состав шихты, обеспечивающий наибольший выход мелких фракций независимо от вида глинистого сырья, содержит 20-30% кека при 90-95% фракций 0...5 и 5... 10мм.

Полученный керамзит может применяться для получения -конструкционных и конструкционно-теплоизоляционных бетонов, применяемых в качестве наружных слоев трехслойных ограждающих конструкций.

С помощью "кека" возможно и получение легкого керамзита (188 кг/м3) на основе которого возможно получение беспесчаных керамзитобетонов, удовлетворяющих по своим тцплофизичсскпм свойствам требованиям изменения №3 СН иП 11-3-79 "Строительная теплотехника".

В четвертой главе изложены физико-технические основы заводской технологии и технологические параметры получения такого керамзита из глинистого сырья с добавкой "кека". Технология мелкого керамзита предусматривает пластическую

переработку увлажненного глинистого сырья, смешивание его с "кеком", формование полуфабриката, обжиг полуфабриката, охлаждение керамзитового гравия, фракционирование и складирование по фракциям керамзитового гравия. В комплект механизмов для переработки входят измельчитель глины лопастной двухвальный смеситель. При прохождении между лопастями измельчителя, комья глины размером до 500мм в поперечнике измельчаются и истираются до 50мм не более. Смешивание глинистого сырья и "кека" производится в лопастном двухвапьном смесителе. Далее сырьевая смесь поступает в сушильный барабан, работающий на отходящих от вращающейся печи дымовых газах. На выходе из сушильного барабана влажность сырьевой смеси снижается на 5...7%. Подготовленная таким образом сырьевая смесь поступает в барабанный гранулятор, где формируется полуфабрикат мелких фракций 0-8мм с одновременным окатыванием. Полученный полуфабрикат направляется в механизированный бункер запаса, установленый непосредственно перед вращающейся печью обжига.

При определении режимов теплообработки

предусматривалось решить конкретные задачи химико-технологического характера,' установленные по данным дериватографического анализа.

Испытания проводились по двум способам подготовки: сухой - глинистое сырье предварительно высушивалось и затем измельчалось до размера-частиц 1,25мм; пластический - из формовочной массы с влажностью 19% подготавливались гранулы диаметром З...5мм. Обжиг производился при 750 и 800°С и времени выдержки при указанных температурах 20 и 30 минут. При завершении обжига и охлаждения проводился термический анализ. Установлено, что дегидратация начинается при 110...120°С потерей межслоевой (молекулярной) воды и протекает в интервале температур 435...760°С. ' Практически полная дегидратация, оцениваемая величиной потерь массы после обжига 1...2%, достигается при 800°С и времени выдержки примерно 20 минут. При повышении требований к степени завершения дегидратации (до 1%) время обжига можно принять 30 минут. Результаты приведенных исследований использованы для расчета основных параметров печи обжига.

Подбор режимов охлаждения керамзитового гравия мелких фракций выполнены по режимам кристаллизации и закалки. При охлаждении гранул в режиме закалки предел прочности их при раскалывании был равен в среднем 17,2 кгс/см2. Некоторое

повышение прочности гранул при раскалывании наблюдается при двухстадийной кристаллизации (2,3%) по отношению к режиму закалки. В реальных производственных условиях эту величину повышения прочности зафиксировать невозможно.

На основании математического анализа качества рассева, времени нахождения материала на сите и количественного содержания фракций в исходном продукте были рассчитаны геометрические размеры, технологические параметры и производительность гравиесортировки, на основании которых разработаны технические условия на изготовление, и организован серийный выпуск гравиесортировки ГСК-15.

В пятой главе приведены результаты производственной апробации технологии керамзита мелких фракций и технико-экономической эффективности. Апробация технологии проведена на АО "Легкий керамзит" на глинистом сырье Смышляевского, Кряжского (Самарская обл.), ЮжноОренбургского (Оренбургская обл.) и Сельди некого (Ульяновская обл.) месторождений. Аналогично лабораторным испытаниям заводская апробация первоначально проводилась на глинистом сырье без добавления "кека". Установлено хорошее совпадение лабораторных и заводских испытаний и высокий процент выхода полуфабриката мелких фракций, составляющий 67...90%. Обжиг полуфабриката» производился в 16-метровой вращающейся печи. Количество- мелких фракций в керамзите, полученном в результате заводских испытаний, составляло от 75 до 94%. По своим качественным характеристикам керамзит соответствовал требованиям ГОСТ 9757-90. Достигнутая при испытаниях производительность составила 12... 15м3/час, энергоемкость 1,7...2,0 квт/м3, металлоемкость 0,3 т-час/м3.

Заводские испытания при использовании добавки "кека" проводились на глинистом сырье месторождений "Ветлянка" и Смышляевском. Величина добавки "кека", вводимого в сырьевые шихты составила для глины месторождений: "Ветлянка" - 20% и Смышляевского- - 1 и 30%. Отдозированные компоненты смешивались в двухвальном смесителе, сырьевая шихта гранулировалась в барабанном грануляторе. Гранулы полуфабриката подсушивались в сушильном барабане 1,6 х 8 м. Обжиг гранул производился во вращающейся печи 2,2 х 16 м, охлаждение керамзита - в аэрожолобе-холодильнике. Керамзитовый гравий из глины месторождения "Ветлянка" имел следующие физико-механические характеристики: насыпная плотность - 430 кг/м3, прочность при сдавливании в цилиндре 1,54 МПа, гранулометрический состав: фракция 0...5 мм - 16% и

5... 10 мм - 84%, и соответствовал требованиям ГОСТ 9757-90 Керамзитовый гравий из глинистого сырья Смышляевского месторождения при добавлении 1% "кека" имел насыпную плотность на 55-60 кг меньше, чем без добавок; при 30% влажного "кека" - насыпная плотность не имела тенденции к снижению, однако, при этом расход топлива уменьшался на 1012%; и 30% сухого - насыпная плотность снизилась на 10-20 кг.

Из керамзита, полученного в результате заводских испытаний из глин месторождений "Ветлянка" и Смышляевского с добавкой "кека", была подготовлена усредненная проба пористого заполнителя и проведены ее испытания в бетоне. Для испытаний использовался шлакопортландцемент марки 400 Жигулевского комбината строительных материалов. Подбор состава бетона и испытания его показали возможность получения бетона марки М75 (класса В5) при средней плотности бетона до 1200 кг/м3, который может быть использован в конструкционно-теплоизоляционных и конструкционных бетонах и монолитном домостроении; оптимальное количество "кека" для каждого вида глинистого сырья устанавливается индивидуально.

С целью дальнейшего снижения теплопроводности бетона были проведены испытания по получению беспесочного керамзитобетона слитной поризованной структуры. На полученном при заводской апробации керамзитовом гравии с насыпной плотностью 188 кг/м3 получен такой керамзитобетон со следующими характеристиками: средняя плотность сухого бетона 700...750 кг/м3, теплопроводность 0,15...0,16 Вт/м-град и прочность после пропаривания 62-68 кгс/см2. При этом расход материалов на 1 м3 бетона составил: цемента 300 - 350 кг; керамзита 1200л; воды - 160 - 350 л; добавки ПО-6К - 1,5% от массы цемента. Теплотехнические расчеты показали, что однослойные тепловые панели толщиной 35...40 см на этом керамзитобетоне будут удовлетворять новым требованиям по теплозащите (постановление Госстроя РФ №18-19 от 25.03.94 г.).

На основании выполненных научных исследований, с участием автора настоящей работы, разработан проект завода по производству керамзита мелких фракций из глнистого сырья с добавкой "кека" (й без добавки) производительностью 30 тыс. м3 в год. В 1997 году в г. Новотроицке Оренбургской области (учреждение ЮК 25/5) построен и пущен в эксплуатацию завод производительностью 30 тыс. м3 в год. Органо-минеральная добавка - "кек" доставляется с нефтеперерабатывающих заводов г. Орска Оренбургской области.

Экономическая эффективность капитальных вложений характеризуется следующими показателями: срок окупаемости -4,5 года, рентабельность - 70% (к себестоимости) и 22,2% (к фондам). Чистая прибыль от внедрения разработки в производство составляет 765,9 тыс. руб. для предприятия производительностью 30 тыс. м3 заполнителя в год.

Основные выводы.

1 .Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено, что гранулирование полуфабриката мелких фракций происходит за счет создания дискретного поля сдвиговых напряжений направленной деформацией элементарных частиц в слое материала. Получение керамзита мелких фракций поволило существенно расширить сферу его использования, улучшило теплофизические свойства бетона на его основе.

2. Экспериментально установлено влияние на фракционный состав полуфабриката пластичности и минералогического состава глинистого сырья. С увеличением пластичности количество мелких фракций (5...Ш мм) уменьшается. Этот же эффект наблюдается при увеличении содержания монтмориллонита в сырье. При увеличении содержания гидрослюды, каолинита, хлорита, свободного кварца увеличивается выход фракции-0...5 мм.

3. Функционально содержание фракций 5...10 и 0...5 мм в полуфабрикате в зависимости от плотности глинистого сырья изменяется по нормальному закону (экепененте). Содержание этих же фракций в полуфабрикате» но в зависимости от преобладающего количества глинистого минерала (монтмориллонита, гадрослюды, каолинита, хлорита) изменяется прямолинейно.

4. Установлена зависимость чистоты рассева, оцениваемая но засоренности частиц высшего класса (диаметр частиц больше размера отверстий сита) частицами низшего класса ( диаметр частиц меньше размера отверстий сита) от времени нахождения материала на сите с учетом процентного содержания фракций зысшего и низшего классов в исходном продукте. Предложен математический аппарат, позволяющий найти искомую зависимость, связывающую- засоренность фракции полуфабриката со временем нахождения этой фракции на сите.

5. Доказана целесообразность использования в качестве корректирующей добавки в глинистое сырье "кеха" - отхода

переработки застарелых нефтешламов. Установлено, что использование "кека" 10...20% по массе приводит к снижению насыпной плотности на 55-60 кг и экономит топлива до 12%.

6. В производстве керамзита мелких' фракций при использовании "кека" может быть применено глинистое сырье с содержанием АЮз+Т¡0: менее 10%; РеЮз + РеО менее 2,5% и М{*0 более 4% по массе, невспучивающееся в естественном составе.

7. Разработана технология керамзита мелких фракций с применением «кека». Технология ориентирована на использование практически любого глинистого сырья, имеющегося во всех регионах СНГ. Определены основные технологические параметры производства - подготовка гранул полуфабриката, термообработка в коротких вращающихся печах при Ю50...1100°С. По этой технологии можно получить керамзит марок 150-400. Для практической реализации технологии разработан проект завода по производству керамзитового гравия мелких фракций производительностью 30 тыс. м3 в год.

8. Заводские испытания подтвердили результаты лабораторных исследований, работоспособность специального оборудования и всей технологии в целом. Испытания проведены на заводе АО «Легкий керамзит» (г. Самара) и заводе керамзитового гравия г. Димитровград. Полученный керамзит полностью удовлетворяет требованиям ГОСТ 9757-90 «Гравий, щебень и песок искусственные пористые».

9. Физико-механические испытания показали, что керамзит мелких фракций по ряду свойств превосходит керамзит, полученный по традиционной схеме, обладая более низкой насыпной плотностью и теплопроводностью соответственно на 20...30 и 15...20%. На базе полученного керамзита возможно изготовление конструктивно-теплоизоляционного бетона с плотностью 700750 кг/м3 и удовлетворяющего требованиям изменения №3 СНиП П-3-79 «Строительная теплотехника», введенным с июля 1996 г.

10. Чистая прибыль от внедрения разработки в производство составляет для предприятия производительностью 30 тыс. м3 заполнителя, в год 765,9 тыс. рублей при годовой рентабельности капитальных вложений 22,2%.

.Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях:

1,. Попов В.П., Белкин В.А., Загорулько Н.И., Колпаков В.М., Лупоносов Я.А. Внедрение конструкционного керамзитобетона для выпуска изделий жилых домов на ДСК АО С ПК «Димитров-градстрой»/Строй-ннфо. -1995,- №2 -е. 55-57.

2. Попов В.П., Белкин В.А., Лупоносов Я.А. Внедрение конструкционного керамзитобетона на Дмитровском ДСК // Совершенствование технологии современного стрпоительства и отраслей газового хозяйства: Труды Самарского филиала секции "Строительство" РИА. - Самара, 1994. - Вып. 1.-е. 24-28.

3. Комиссаренко B.C., Чикноворьян А.Г., Лупоносов Я.А. Опыт производства керамзита с применением нефтешламовых отходов и керамзитобетона на его основе // Современные технологии строительства и систем транспортирования газа: Труды Самарского филиала секции "Строительство" РИА. - Самара, 1994 - Выи 1 - с 24-28.

4. Комиссаренко B.C., Чикноворьян А.Г., Лупоносов Я.А.

, Управление качеством продукции стройиндустрии: Учебное пособие.

СамГАСА. - Самара, 1997. 328 с.

5. Эльконюк A.A., Лупоносов Я.А. Получение керамзита и керамзитобетона на его основе с применением нефтешламовых отходов // Исследования в области архитектуры, строительства и охраны окружающей среды: Тезисы докладов 55-ой научно-технической конференции (апрель 1998 г.). СамГАСА. - Самара, 1997. с. 86-87.