ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПОРИСТЫХ ГРАНУЛИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к области производства строительных материалов, а именно к оборудованию технологической линии для производства пористых гранулированных заполнителей, применяемых для строительных растворов, бетона или используемых в качестве самостоятельного засыпного теплоизолирующего материала.
Известен способ получения пеносиликатного гравия [патент RU 2291126, опубл. 10.01.2007], в котором используется технологическая линия, содержащая по ходу технологического процесса следующее оборудование: барабанная сушилка сырья в виде стеклобоя; молотковая дробилка для дробления высушенного сырья; магнитный сепаратор для отделения включений металла из дробленого сырья; мельница для размалывания в порошок дробленого сырья; накопительный бункер для накопления порошка сырья; мельница для размалывания в порошок кварца; бункер для накопления порошка кварца; мельница для размалывания в порошок порообразователя; бункер для накопления порошка порообразователя; барабанный смеситель для смешения порошков сырья, кварца и порообразователя; скоростной смеситель для получения смеси из смешанных порошков и водного раствора растворимого стекла; барабанный гранулятор для получения сырцовых гранул из смеси окатыванием; барабанная сушилка для сушки сырцовых гранул; бункер для накопления высушенных сырцовых гранул; бункер для хранения разделяющей среды; средства подачи высушенных сырцовых гранул и разделяющей среды во вращающуюся печь; вращающаяся печь для термообработки сырцовых гранул в присутствии разделяющей среды; сита для отделения готовых гранул от разделяющей среды; средства возврата отделенной разделяющей среды в бункер для хранения разделяющей среды.
Также известны другие технологические линии, также применяемые для получения гранулированного пеностекла. Например, одна из таких известных технологических линий состоит из склада стеклобоя, щековой дробилки, моечно-сушильного барабана, приемного бункера с ленточным питателем, молотковой дробилки, бункера запаса дробленого стекла, весового дозатора, участка подготовки и взвешивания добавок, планетарной мельницы, бункера для шихты, тарельчатого питателя, турболопастного предгранулятора, участка подготовки связующего и напорной емкости, тарельчатого гранулятора, тарельчатого питателя, опудривателя, электрической туннельно-конвейерной печи сушки, электрической
туннельно-конвейерной печи вспенивания, электрической туннельно-конвейерной печи отжига, обтирочного барабана, классификатора и склада готовой продукции [патент RU 2294902, опубл. 10.03.2007]. Другая подобная известная технологическая линия состоит из приемного бункера, щековой дробилки, молотковой дробилки, бункера запасов дробленки, тарельчатого питателя, дозатора воды, центробежной эллиптической мельницы проходного типа, классификатора, бункера запаса порошка, тарельчатого питателя, дозатора добавок, напорной емкости, турболопастного смесителя, гранулятора шнекового усиленного, дискового окатывателя, опудривателя, электрической индукционной печи сушки, бункера запаса высушенных гранул, электрической туннельно-шнековой печи вспенивания, электрической туннельно-шнековой печи отжига гранул, обтирочного барабана и склада готовой продукции [патент RU 2302390, опубл. 10.07.2007].
В качестве прототипа выбрана известная технологическая линия, которая подобна вышеописанной и применяется в известном способе изготовления гранулированного пеностекла из стеклобоя [патент RU 2162825, опубл. 10.02.2001], где все машины, оборудование и агрегаты (далее - оборудование) установлены последовательно и взаимосвязно, связаны в единую непрерывно действующую технологическую линию и условно подразделяются на следующие: оборудование для подготовки основного сырья, оборудование для подготовки вспомогательного сырья и материалов, оборудование для получения шихты и сырцовых гранул, оборудование для подготовки и подачи разделительного порошка, оборудование для термообработки сырцовых гранул, оборудование для финишной обработки готовых гранул. На данной и вышеописанных технологических линиях, сырье и полуфабрикаты по мере переработки транспортируют от агрегата к агрегату ленточными, скребковыми, шнековыми конвейерами, ковшовыми элеваторами и пересыпными устройствами, т.е. с помощью транспортировочных устройств.
Известные технологические линии, описанные выше, являются узкоспециализированными и не могут эффективно использоваться для получения гранулированных пористых материалов из других материалов с высоким содержанием кремнезема или силикатов, например из минералов вулканического происхождения, без существенной переналадки.
3
Между тем известно использование в качестве материала пористых заполнителей минералов вулканического происхождения, например различных горных пород типа базальтов и андезитобазальтов, имеющих относительно низкую стоимость, которые также имеют высокое содержание кремнезема или силикатов. Например, известен пористый заполнитель, выбранный в качестве второго прототипа, каждая гранула которого имеет округлую форму, пористую структуру и следующие физико-механические свойства: поперечный размер - 10-20 мм, насыпная плотность - 250-280 кг/м и прочность при сжатии до
3,9 МПа, причем данные свойства главным образом определяются материалом гранулы, в качестве которого использован порошок андезитобазальта, вспученный термообработкой с щелочной добавкой NaOH в количестве 6-15% мас [а.с. SU 1435562, опубл. 07.11.1988]. Однако, технология производства пористых гранул из андезитобазальтов не проработана должным образом, при этом проработка такой технологии и создание соответствующих технологических линий могут позволить не только повышение физико-механические свойства пористых материалов на основе андезитобазальтов, но и снизить их стоимость.
Основной технической задачей, для решения которой предлагается настоящая полезная модель, является совершенствование технологической линии для производства пористых гранулированных материалов на базе сырья с высоким содержанием кремнезема или силикатов с целью расширения номенклатуры сырья, обрабатываемого на технологической линии, и, соответственно, снижения затрат на переналадку технологической линии при смене обрабатываемого сырья.
Другой технической задачей настоящей полезной модели является повышение физико-механических свойств пористых гранулированных материалов на основе андезитобазальта и снижение их стоимости за счет оптимизации технологии их производства, в частности с помощью предлагаемой технологической линии.
Предлагается технологическая линия для производства пористых гранулированных материалов, где все оборудование установлено взаимосвязно в единую непрерывно действующую технологическую линию и включает оборудование для подготовки основного сырья, оборудование для подготовки вспомогательного сырья и материалов, оборудование для получения шихты и сырцовых гранул, оборудование для подготовки и подачи разделительного порошка, оборудование для термообработки сырцовых гранул в присутствии разделительного порошка, оборудование для заключительной обработки готовых гранул, а также транспортировочные устройства для взаимосвязи между ними. Новым является то, что оборудование для подготовки основного сырья включает: бункер дробленого основного сырья с высоким содержанием кремнезема и/или силикатов, мельницу для помола дробленого основного сырья в порошок до степени от цементного клинкера до цемента; бункер порошка основного сырья. Оборудование для подготовки вспомогательного сырья и материалов включает средства для получения щелочной добавки в виде водного раствора неорганической щелочи в эффективном количестве по отношению к основному сырью. Оборудование для получения шихты и сырцовых гранул включает: мешалку для приготовления шихты путем смешивания порошка основного сырья с щелочной добавкой и раствором порообразователя, в случае необходимости использования последнего; бункер шихты; гранулятор для получения сырцовых гранул из шихты; сушильный барабан
для сушки сырцовых гранул; приемный бункер для сухих сырцовых гранул; гравиесортировку сырцовых гранул, с ситами для разделения сухих сырцовых гранул на две или более фракции; бункера для рассеянных сырцовых гранул по числу фракций рассеянных сырцовых гранул. Оборудование для термообработки сырцовых гранул включает: обжиговую печь, выполненную с возможностью обжига одной фракции рассеянных сырцовых гранул в присутствии разделительного порошка при эффективной температуре, необходимой для вспучивания гранул; бункер приемный для отжига вспученных гранул. Оборудование для заключительной обработки готовых гранул включает гравиесортировку готовых гранул для отсеивания разделительного порошка и рассеивания готовых гранул на фракции и бункер готовой продукции по числу фракций готовой продукции.
2
2
2
3
2
3
2
5
2
2
Линия может быть выполнена с возможностью для использования в качестве основного сырья андезитобазальтов. При этом лучше, когда андезитобазальты имеют следующий химический состав (мас.%): SiO - 55,6-60,84; TiO - 1,65-2,27; АlО - 13,97-16,26; FеO - 0,99-3,61; FeO - 3,98-6,89; CaO - 3,63-5,19; MgO - 2,11-4,22; MnO - 0,07-0,10; PO - 0,22-0,44; KO - 3,00-4,33; NaO - 2,66-3,45; ППП - 0,41-2,56.
Средства для получения водного раствора неорганической щелочи могут быть выполнены с возможностью получения водного раствора NaOH с последующим содержанием в шихте порошка основного сырья 88-89% мас. и NaOH 11-12% мас. в расчете на твердые вещества. При этом, средства для получения водного раствора щелочи могут включать бункер для сухих веществ, предназначенных для получения водного раствора щелочи с весовым дозатором, дозатор водяной и смеситель для смешивания сухих веществ и воды, загружаемых в смеситель с помощью соответствующих дозаторов.
3
Оборудование для подготовки вспомогательного сырья и материалов может дополнительно включать средства для получения водного раствора порообразователя в эффективном количестве по отношению к основному сырью, загружаемого в смеситель вместе с сухими веществами и водой, предназначенными для получения водного раствора щелочи. При этом, средства для получения водного раствора неорганической щелочи могут быть выполнены с возможностью получения водного раствора NaOH, а средства для получения водного раствора порообразователя выполнены с возможность получения порообразователя в виде водного раствора NaNO.
Лучше использовать шаровую мельницу.
Лучше использовать двухвалковую мешалку периодического действия.
Гранулятор лучше выполнять тарельчатым двухступенчатым.
Лучше, когда сушильный барабан выполнен противоточным с возможностью использования для сушка газов с температурой не более 600°С, отходящих из обжиговой печи.
Лучше, когда гравиесортировка сырцовых гранул выполнена с возможностью их рассеивания по фракциям до 3 мм, 3-10 мм и более 10 мм.
Лучше, когда обжиговая печь выполнена вращающейся.
Обжиговая печь может быть выполнена с возможностью обжига сырцовых гранул при температуре 840-880°С.
Лучше, когда бункер приемный для отжига вспученных гранул установлен под головкой обжиговой печи.
Гравиесортировка готовых гранул может быть выполнена с возможностью рассеивания готовых гранул на фракции 1-5 мм; 5-10 мм, 10-20 мм и более 20 мм.
Оборудование для подготовки и подачи разделительного порошка может включать бункер для разделительного порошка, питатель порошка и средства для возврата разделительного порошка после его отсеивания от готовых гранул на гравиесортировке готовых гранул.
2
2
2
3
2
3
2
5
2
2
3
Также заявляется пористый заполнитель, гранула которого имеет округлую форму, пористую структуру и выполнена из андезитобазальта, вспученного термообработкой с щелочной добавкой в эффективном количестве. Новым является то, гранула выполнена из андезитобазальта со следующим химическим составом (мас.%): SiO - 55,6-60,84; TiO - 1,65-2,27; АlО - 13,97-16,26; FеО - 0,99-3,61; FeO - 3,98-6,89; CaO - 3,63-5,19; MgO -2,11-4,22; MnO -0,07-0,10; PO - 0,22-0,44; KO - 3,00-4,33; NaO - 2,66-3,45; ППП - 0,41-2,56, и имеет следующие физико-механические свойства: поперечный размер - до 25 мм, насыпная плотность - 150-320 кг/м, прочность при сжатии до 4,0 МПа, потери в массе после 15-ти циклов попеременного замораживания и оттаивания составляют - менее 5%, потери после кипячения, при испытании на силикатный распад, при прокаливании - менее 2%, коэффициент размягчения составляет - не менее 0,75, водопоглощение в течение 1 часа - менее 6%, коэффициент формы зерен - менее 1,45.
Такой пористый заполнитель может быть получен на заявляемой технологической линии.
Предлагаемое техническое решение поясняется чертежом, где на одной фигуре представлена блок-схема технологической линии для производства пористых гранулированных материалов, в частности для производства гранул пористого заполнителя из андезитобазальта со свойствами в соответствии с заявляемым техническим решением, как будет подробно пояснено ниже на примере.
Полезная модель поясняется на примере разработанной технологической линии и технологии производства пористого гранулированного заполнителя, поробазальта, с использованием этой линии.
В состав технологической линии входит следующее оборудование: бункер дробленого основного сырья 1; питатель 2; шаровая мельница 3; элеватор 4; бункер порошка основного сырья 5; дозатор 6; мешалка двухвалковая периодического действия 7; бункер шихты 8; транспортер-питатель шихты в гранулятор 9; гранулятор тарельчатый двухступенчатый 10; сушильный барабан 11; приемный бункер сухих, горячих гранул 12; элеватор 13; гравиесортировка сырцовых гранул 14; бункера для сырцовых гранул 15, три штуки; ленточный транспортер-питатель 16; обжиговая печь 17; бункер приемный для отжига вспученных гранул 18; ленточный транспортер 19; элеватор 20; гравиесортировка готовых гранул 21; бункера готовой продукции 22, по числу фракций готовой продукции; водопровод 23; дозатор водяной 24; турбулентный смеситель 25; бункер для щелочной добавки 26; весовой дозатор 27; дозатор водяной 28; весы 29; бак для приготовления порообразователя 30; дозатор жидкостный 31; бункер разделительного порошка 32; питатель разделительного порошка 33.
Поробазальт - это искусственный пористый гранулированный заполнитель, получаемый в результате термообработки гранул, приготовленных путем гранулирования сырьевой смеси, содержащей андезитобазальт с добавкой гидроксида натрия и, при необходимости производства более легкого заполнителя, дополнительно нитрата натрия.
В качестве основных сырьевых материалов в технологии используются андезитобазальты Барановского месторождения Приморского края.
2
3
2
3
2
3
2
5
2
2
3
3
3
Состав породы андезитобазальтов Барановского месторождения: плагиоклаз - 40%, стекло - 30%, пироксены - 30%, магнетит - 1-3%, изредка апатит. Андезитобазальты имеют следующий химический состав (мас.%): SiO - 55,6-60,84; TiO - 1,65-2,27; АlО - 13,97-16,26; FeO - 0,99-3,61; FeO - 3,98-6,89; CaO - 3,63-5,19; MgO - 2,11-4,22; MnO - 0,07-0,10; PO - 0,22-0,44; КО - 3,00-4,33; NaO - 2,66-3,45; ППП - 0,41-2,56. Плотность породы в среднем по месторождению - 2,39 г/см. Колебания естественной влажности пород - от 1,60 до 9,12%, в среднем по месторождению - 3,21%. Истинная плотность колеблется от 2,66 до 2,84 г/см; средняя по месторождению - 2,78 г/см. Водопоглощение - от 0,38 до 3,55%; среднее по месторождению - 1,49%. Пористость - от 3,75 до 29,95%.
3
Вспомогательными сырьем и материалами являются гидроксид натрия (NaOH), используемый в качестве щелочной добавки, нитрат натрия (NaNO), который может использоваться в качестве дополнительного порообразователя, и разделительный порошок.
В качестве разделительного порошка используется зола Владивостокского мусоросжигательного завода с долей несгоревших горючих веществ 7-15% мас. Также для этих целей может применяться известняковая мука, цемент, мелкий речной кварцевый песок или зола ТЭЦ сухого отбора с долей несгоревшего угля 4-10% мас., не спекающиеся в агломерате при температуре до 1000°С. Дополнительно могут использоваться сухая растертая глина, мел, а также любые другие подходящие порошкообразные материалы. Лучше, когда используется крупность фракций порошкообразного материала до 0,63 мм.
Технология производства поробазальта с использованием вышеописанной технологической линии включает следующие основные технологические операции: подготовку андезитобазальтового щебня в складе; помол щебня; приготовление раствора каустической соды и азотнокислого натрия; гранулирование шихты, изготовление сырцовых гранул; сушка гранул; рассев сухих гранул на фракции; обжиг гранул; отжиг (охлаждение) вспученных гранул; рассев готового продукта на фракции.
Подготовка андезитобазальтового щебня в складе заключено в следующем: доставка щебня в склад автосамосвалами; складирование в бурты для естественной сушки; переваловка буртов грейфером; загрузка подсушенного щебня в бункер дробленого основного сырья 1, влажность щебня не должна быть более 3%.
Помол андезитобазальтового щебня включает следующие операции: дозирование щебня питателем 2; помол щебня по сухому способу в шаровой мельнице 3; транспортировка порошка андезитобазальта элеватором 4 в бункер порошка основного сырья 5. Тонкость помола должна быть с остатком после просеивания на сите 0,08 мм не более 15%. Производительность шаровой мельницы 3 должна быть не менее 3 т/час при круглосуточной работе. Коэффициент размолоспособности по отношению к цементному клинкеру принимается равным 1.
Приготовление насыщенного раствора каустической соды включает следующие операции: доставку соды на склад и складирование; подготовку к растворению; непосредственное растворение.
Каустическая сода поставляется в мешках по 25 и 50 кг. Мешки с содой укладываются на эстакаду у бункера для щелочной добавки 26, в количестве, необходимом для обеспечения смены работы цеха. Затем вручную из мешков соду высыпают в бункер для щелочной добавки 26, откуда при помощи весового дозатора 27 в расчетном количестве подают в турбулентный смеситель 25 и одновременно подают через дозатор водяной 24 нужное количество воды из водопровода 23 и включают механизм перемешивания. Время растворения не должно превышать 2 мин. В случае применения дополнительного введения раствора азотнокислого натрия, его необходимо вводить после растворения NaOH.
3
3
Раствор NaNO, в случае необходимости использования порообразователя, готовят аналогично раствору NaOH с некоторой разницей. Ввиду малого его расхода, не требуется особого бункера. Твердый NaNO из мешков высыпают после взвешивания необходимого количества на весах 29 в бак для приготовления порообразователя 30, снабженный механической мешалкой, куда из водопровода 23 через дозатор водяной 28 подают воду.
3
Приготовление шихты состоит из следующих операций: дозирование порошка андезитобазальта из бункера порошка основного сырья 5 дозатором 6 в мешалку двухвалковую периодического действия 7 с одновременной подачей раствора NaOH (с раствором NaNO, в случае необходимости); перемешивание шихты с разгрузкой в бункер шихты 8; дозированная подача шихты транспортером-питателем шихты 9 в гранулятор тарельчатый двухступенчатый 10.
3
Производительность мешалки двухвалковой периодического действия 7 должна быть не менее 2,5 т/час по сухому порошку при круглосуточной работе. Оптимальный состав шихты в расчете на твердые вещества: порошок андезитобазальта - 88-89% мас.; NaOH - 11-12% мас.; NaNO - 0-1% мас.
Приготовление сырцовых гранул включает: грануляцию шихты; подачу сырых гранул в сушильный барабан.
Сырцовые гранулы изготавливают в грануляторе тарельчатом двухступенчатом 10, который должен быть снабжен устройствами для очистки днища и борта тарели, системой плавной регулировки скорости вращения и угла наклона тарели. Кроме того, для стабильной работы, он должен иметь систему подачи на тарель воды в распыленном состоянии. Производительность гранулятора 10 должна быть не менее 3 т/час сырцовых гранул. Основная масса гранул должна иметь размер 3-8 мм. Влажность гранул после грануляции должна составлять 14-18%.
3
Сушка сырцовых гранул осуществляется в сушильном барабане 11 с противоточной схемой. Сушка осуществляется отходящими из обжиговой печи 17 газами. Температура газов, поступающих в сушильный барабан 11 не должна превышать 600°С. Остаточная влажность после сушки не должна превышать 5%. Насыпная плотность подсушенных гранул, в зависимости от крупности, составляет - 965-1210 кг/м. Производительность сушильного барабана 11 должна быть не менее 2,5 т/час по сухим гранулам. Из сушильного барабана 11 горячие гранулы поступают в приемный бункер сухих, горячих гранул 12, из которого подаются на элеватор 13 для подачи в гравиесортировку сырцовых гранул 14.
Подготовка гранул к обжигу заключается в следующем: подсушенные сырцовые гранулы подаются из элеватора 13 в гравиесортировку сырцовых гранул 14, откуда рассеянные
ситами сырцовые гранулы распределяются по бункерам сырцовых гранул 15 по фракциям до 3 мм, 3-10 мм и более 10 мм.
3
Обжиг сырцовых гранул проводится во обжиговой печи 17 по фракциям, куда сырцовые гранулы подаются ленточным транспортером-питателем 16, на который одновременно из бункера разделительного порошка 32 через питатель разделительного порошка 33 подается отдозированный разделительный порошок в соотношении: сырцовые гранулы - порошок, как 2:1 по объему. В качестве обжиговой печи 17 используется вращающаяся печь. Время обжига составляет 12-15 минут. Коэффициент загрузки печи составляет 5-6% в зависимости от крупности сырцовых гранул. Температура в зоне обжига составляет 840-880°С. Для установления оптимального режима вспучивания в конструкции обжиговой печи 17 должно быть предусмотрено устройство для регулирования скорости вращения. Коэффициент выхода готового продукта составляет 2,8-3,2 в зависимости от размера гранул. Обжиговая печь 17 должна быть оборудована двухступенчатой системой очистки газов от пыли. Из обжиговой печи 17 вспученные гранулы в смеси с разделительным порошком поступают в бункер приемный для отжига вспученных гранул 18, который установлен под головкой обжиговой печи 17. Бункер 18 должен быть изнутри футерован кирпичом. Объем его должен быть не менее часовой производительности печи, то есть не менее 7 м. Бункер 18 предназначен для медленного охлаждения, т.е отжига гранул. Из бункера 18 ленточным транспортером 19 охлажденные гранулы подаются к элеватору 20, который транспортирует их в гравиосортировку готовых гранул 21, установленную под бункерами готовой продукции 22.
В гравиосортировке готовых гранул 21 сначала отсеивается разделительный порошок через сито с размером ячеек 1 мм и далее гранулы на фракции 1-5 мм; 5-10 мм, 10-20 мм и более 20 мм. Отсеянный разделительный порошок может возвращаться в бункер разделительного порошка 32.
3
3
3
Полученный гранулированный пористый заполнитель, поробазальт, имеет следующие марки по насыпной плотности: 200 - от 150 до 210 кг/м; 250 - от 210 до 265 кг/м; 300 - от 265 до 320 кг/м. Прочность при сдавливании в цилиндре (по методике ГОСТ 9758-90), не менее: марка 200 - 0,3 МПа; марка 250 - 0,4 МПа; марка 300 - 0,5 МПа; при этом полученный поробазальт обладает реальной прочностью при сжатии до 4 МПа, обычно 1,5-2,5 МПа. Потери в массе после 15-ти циклов попеременного замораживания и оттаивания составляют менее 5%; потери после кипячения, при испытании на силикатный распад, при прокаливании - менее 2%. Коэффициент размягчения составляет не менее 0,75, водопоглощение в течение 1 часа - менее 6%; коэффициент формы зерен - менее 1,45.
Приведенная выше в примере технология производства поробазальта с использованием заявляемой технологической линии может также с успехом применяться для производства следующих материалов: керамзит (по сухому способу); вспученный перлит; вермикулит; зольный гравий; гранулированное пеностекло на основе перлита, цеолита, боя стекла; а также для обжига известняка и золошлаковых смесей.
Следует отметить, что приведенный пример использован только для целей иллюстрации возможности осуществления изобретения. Он не предназначен для ограничения объема правовой охраны, представленного в формуле изобретения, при этом специалист в данной области техники относительно просто способен осуществить и другие пути осуществления изобретения в рамках формулы.