Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

МAN-MADE DUSTING ADDITIVES TECHNOLOGY CLAY GRAVEL

Nikiforova E.M. 1 Eromasov R.G. 1 Stupko T.V. 2 Vasileva M.N. 1 Simonova N.S. 1
1 Siberian Federal University
2 Krasnoyarsk State Agricultural University
Анализ имеющегося отечественного опыта производства керамзитового гравия свидетельствует о воз-можности изменения свойств заполнителя в широких пределах за счет опудривания гранулированного полуфабриката огнеупорными порошками, вводимыми во вращающиеся печи непосредственно перед зоной вспучивания. Установлено, что известняковая мука, колошниковая пыль и «хвосты» обогащения железных руд удовлетворяют техническим требованиям к опудривающим добавкам. В основу выбора опудривающих добавок положено предположение о повышении огнеупорности поверхностных слоев гранул, опудренных огнеупорным порошком, а также выполненные расчеты кривых плавкости системы «глина – опудриватель». Исследования проведены на шихте состава, масс. %: глина 95; колошниковая пыль - 1,5; торф - 3,5. Выявлен наибольший эффект повышения температуры плавления на поверхности гранул при опудривании известняковой мукой. Выбранные опудривающие компоненты приводят к по-нижению плотности на 40–60 кг/м3 и к незначительному повышению температуры обжига.
Analysis of existing domestic production experience clay gravel indicates the possibility of changing the proper-ties of the filler in a wide range due to dusting granular semi-finished product refractory powders introduced into the rotary kiln area directly in front of swelling. Found that the limestone flour, flue dust, and "tails" of the enrichment of iron ore conform to the dusting additives. The basis of selection is dusted additives on the assump-tion that increased fire resistance of the surface layers of granules dusting additive refractory powder, and made calculations of the melting curves of the clay-dusting additive. Investigations were carried out on the batch com-position, mass. %: clay-95; flue dust-1,5; peat-3,5. Revealed the greatest effect of increasing the melting tempera-ture on the surface of the pellets at the limestone by dusting with flour. Selected components dusting lead to lower density of 40-60 kg/m3 and a slight increase in sintering temperature.
melting curves.
flatulence
dusting supplements
clay
expanded clay

Введение

Анализ имеющегося отечественного опыта производства керамзитового гравия свидетельствует о возможности изменения свойств заполнителя в широких пределах за счет опудривания гранулированного полуфабриката огнеупорными порошками, вводимыми во вращающиеся печи непосредственно перед зоной вспучивания [2–4]. Перспективным является поиск опудривающих добавок в виде техногенных продуктов промышленности, в особенности при использовании в качестве основного глинистого сырья, обедненного органо-минеральными компонентами и не обеспечивающего интенсивное газовыделение на стадии процесса вспучивания сырцовых гранул. Опудривание гранул огнеупорными порошками способствует повышению температуры плавления поверхностного слоя и получению внутри гранул расплава с оптимальными реологическими характеристиками (динамической вязкостью и поверхностным натяжением), способствуя тем самым максимальному вспучиванию гранул без их слипания и образования спеков.

Методика исследований

Рентгенофазовый анализ сырьевых материалов проведен на дифрактометре фирмы Shimadzu XRD-6000. Термический анализ выполнен на термоанализаторе STA 449C фирмы Netzch, со скоростью подъема температуры 10 град/мин.

Результаты исследований и их обсуждение

В качестве объектов для осуществления процесса опудривания исследованы известняковая мука, колошниковая пыль и хвосты обогащения железных руд. Химический состав отходов представлен в таблице 1.

Таблица 1. Химический состав отходов, масс. %

Вид отхода

Содержание оксидов

SiO2

Al2O3

+TiO2

Fe2O3

+FeO

CaO

MgO

SO3

Na2O

K2O

п.п.п

органика

Известняковая мука

1,07

2,74

53,6

0,46

0,34

0,15

41,23

Колошниковая пыль

8,50

9,40

63,60

6,39

1,47

0,70

0,60

0,18

8,90

10,50

Хвосты обогащения железной руды

48,95

6,66

13,10

17,40

12,83

1,81

0,99

0,17

0,85

Известняковая мука представлена рыхлым тонкодисперсным материалом серовато-белого цвета, частично агрегируемым в легко разрушающиеся комочки. Минералогически представлена кальцитом (d/n=0,303;0,238;0,2096 нм), арагонитом (d/n=0,340;0,198;0,270 нм), доломитом (d/n=0,288;0,179;0,2015 нм). Дифференциально-термический анализ ила выявил два эндотермических эффекта: при температуре 370 °С происходит превращение арагонита в кальцит и при температуре 915 °С наблюдается диссоциация кальцита.

Колошниковая пыль представлена рыхлой тонкозернистой породой черного цвета. Минералогически представлена магнетитом (d/n=0,253;0,148;0,161 нм), гематитом (d/n=0,269;0,251;0,169 нм), β-кварцем (d/n=0,334;0,426;0,181 нм), доломитом (d/n=0,288;0,179;0,2015 нм), кальцитом (d/n=0,303;0,2285;0,2096 нм), α- Fe (d/n=0,2027;0,143 нм). В интервале температур 370–730 °С на кривой дифференциально-термического анализа выявлен широкий экзотермический эффект с максимумом в 550 °С, соответствующим окислению магнетита. Эндотермический эффект при 730 и 850 °С связан с диссоциацией доломита и кальцита.

«Хвосты» обогащения железных руд представлены мелкозернистым порошком. Минералогически данный отход состоит из авгита (d/n=0,2998; 0,323; 0,251 нм), кордиерита (d/n=0,300; 0,334; 0,829 нм), каолинита (d/n=0,744; 0,357; 0,1487 нм). На термограмме зафиксирован едва заметный эффект в области температур 600 °С, связанный с удалением химически связанной воды из каолинита.

В соответствии с данными таблицы 1 и 2 известняковая мука, колошниковая пыль и «хвосты» обогащения железных руд удовлетворяют техническим требованиям к опудривающим добавкам. Исключение представляют отходы обогащения железной руды, требующие дополнительного измельчения до фракции менее 1 мм и предварительного подсушивания.

Технологические исследования влияния исследованных отходов на процесс вспучивания проведены на глинистом сырье Гороблагодатского месторождения (Свердловская область), относящемся к группе средневспучивающегося сырья с довольно длительным интервалом вспучивания (90°), из которого в лабораторных условиях можно получить керамзит с кажущейся плотностью в куске 0,4–0,9 г/см3 и коэффициентом вспучивания 2–4 [1].

В основу выбора опудривающих добавок положено предположение о повышении огнеупорности поверхностных слоев гранул, опудренных огнеупорным порошком, а также выполненные расчеты кривых плавкости системы «глина – опудриватель». В расчетах использованы изотермы плавкости трехкомпонентных систем CaO–Al2O3–SiO2 и FeO–Al2O3–SiO2 [5]. Результаты расчета кривых плавкости смесей «глина – опудриватель» приведены на рисунке 1.

Рисунок 1. Кривые плавкости системы «глина – опудриватель»: 1 – известковая мука; 2 – хвосты обогащения; 3 – колошниковая пыль.

Из рисунка 1 следует, что в поверхностных граничных слоях между глиной и опудривателем происходит рост температуры от глины к опудривателю. Наибольший эффект наблюдается при опудривании гранул известняковой мукой. Температура плавления на поверхности может достигать 2500 °С. Эффективны также с точки зрения повышения температуры плавления на поверхности опудривателя колошниковая пыль и «хвосты» обогащения железных руд [3]. Основные характеристики и технические требования к опудривающим добавкам представлены в таблице 2.

Таблица 2. Основные характеристики и технические требования к опудривающим добавкам

Наименование показателей

Наименование добавок

Известняковая мука

Колошниковая пыль

«Хвосты» обогащения железных руд

Норма

Тонкость помола, прохождение в % по массе через сетку

1

02

014

0063

 

 

 

99,82

99,27

96,67

78,52

 

 

 

99,68

93,06

74,02

59,63

 

 

 

87,44

45,77

24,52

19,40

 

 

 

Не менее 100

Не менее 95

Не менее 70

Не менее 50

Огнеупорность, °С

Более 1380

Более 1380

1320

Не менее 1380

Массовая доля щелочных соединений в пересчете на оксиды

Na2O +K2O, %

0,5

0,78

1,16

Не более 3

Массовая доля соединений серы в пересчете на SO3, %

0,46

0,70

1,81

Не более 5

Массовая доля воды, %

1,37

-

60–70

Не более 5

Исследования проведены на шихте состава, масс. %: глина – 95; колошниковая пыль – 1,5; торф – 3,5 на образцах-цилиндрах диаметром и высотой 16 мм путем ручного нанесения на поверхность отформованных гранул огнеупорного порошка перед их подачей в печь для термоподготовки [1]. Результаты исследования качественных показателей керамзитового гравия в зависимости от типа опудривателя приведены на рисунке 2. Представленные зависимости свидетельствуют об эффективности выбранного опудривающего компонента, что приводит к понижению плотности на 0,04–0,06 г/см3 и к незначительному повышению температуры обжига.

Рисунок 2. Зависимость плотности керамзитового гравия от вида опудривателя и от температуры обжига: 1 – заводская шихта, опудренная известняковой мукой; 2 – заводская шихта; 3 – заводская шихта, опудренная колошниковой пылью; 4 – заводская шихта, опудренная хвостами обогащения железных руд

Следует отметить, что обожженные гранулы, опудренные известняковой мукой, имеют рваную поверхность вследствие растрескивания в зоне обжига, в то время как керамзит из гранул, опудренных хвостами обогащения, имеет округлую форму и ровную поверхность.

Заключение

Опудривание гранул огнеупорными порошками способствует повышению температуры плавления поверхностного слоя и получению внутри гранул расплава с оптимальными реологическими характеристиками. В поверхностных граничных слоях между глиной и опудривателем происходит рост температуры от глины к опудривателю. Наибольший эффект наблюдается при опудривании гранул известняковой мукой. Температура плавления на поверхности может достигать 2500 °С. Эффективны также с точки зрения повышения температуры плавления на поверхности опудривателя колошниковая пыль и «хвосты» обогащения железных руд.

Рецензенты:

Патрушев Валерий Васильевич, д.т.н., ведущий научный сотрудник, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт химии и химической технологии» СО РАН, г. Красноярск.

Голоунин Александр Васильевич, д.х.н., профессор, ведущий научный сотрудник, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт химии и химической технологии» СО РАН, г. Красноярск.