КОМПЛЕКСНАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕКЛОГРАНУЛЯТА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПЕНОСТЕКЛА

Полезная модель относится к отрасли производства строительных материалов, в частности, стеклогранулята, используемого в качестве исходного сырья при изготовлении пеностекла по порошковой технологии.
Не смотря на то, что пеностекло обладает уникальным комплексом физико-химических свойств, использование его и производство остаются еще крайне ограниченными. Причем ряд проблем по организации рентабельного производства пеностекла во многом обусловлен недостаточным количеством дешевого и в то же время качественного стеклобоя, что связано не только со значительным потреблением собственных отходов стекла непосредственно на предприятиях стекольной промышленности, но и с неразвитой системой централизованного сбора стеклобоя и с отсутствием в большинстве регионов предприятий по его утилизации и переработке.
Немаловажное значение при изготовлении пеностеклянных плит, блоков, гравия, а также гранулированного пеностекла имеет и химическая однородность стеклобоя, поступающего с баз вторичного сырья. Подобные отходы разнородного стеклобоя хотя и являются относительно дешевым сырьем, при использовании их трудно гарантировать постоянство химического состава и стабильное качество пеностекла, особенно выпускаемого на механизированных и автоматизированных линиях с высокой производительностью.
Поэтому при больших объемах производства для повышения качества пеностекла целесообразно в качестве исходного сырья использовать специально синтезированное стекло, сваренное в ванных печах из шихты, приготовленной на основе дешевых и недефицитных компонентов, к которым можно отнести маршалит, опоку, диатомит и другие природные материалы опал-кристобалитовой группы [1].
Известна комплексная технологическая линия производства гранулированного пеностекла из стеклобоя [2], содержащая установленные последовательно и взаимосвязанные в единую непрерывно действующую технологическую линию агрегаты по транспортированию, измельчению, грохочению, дозированию, гранулированию, вспениванию, отжигу и складированию сырьевых материалов и готовой продукции.
Недостатком этой технологической линии является получение неоднородного по химическому составу гранулированного пеностекла, что отрицательно сказывается на производстве легких бетонов, в которых в качестве наполнителя используется пеностекло. Кроме того, производимое на данной линии гранулированное пеностекло не является устойчивым к агрессивному воздействию со стороны цементного камня из-за проблем, связанных с протеканием щелочно-силикатных реакций на поверхности стекла, контактирующей с цементом. Другим недостатком данной технологии является большое количество операций по предварительной обработке стеклобоя, значительно повышающих себестоимость готовой продукции, имеющей к тому же и нестабильные физико-химические характеристики.
Наиболее близкой к предлагаемому решению по технологической сущности является линия получения стеклогранулята, содержащая весовые дозаторы сырьевых материалов, смеситель с валковым уплотнителем, гранулятор шихты, тепловой агрегат в виде обжиговой вращающейся печи, оборудование для дробления стеклогранулята и транспортно-технологические механизмы [3]. Данная линия предусматривает использование технологии спекания смеси, состоящей из кремнеземосодержащего сырья (кварцевый песок или маршалит), доломита, соды и дробленного стеклобоя. Однако, термическая обработка получаемой смеси в обжиговой печи при температуре 850-900°С хотя и позволяет частично получить стеклообразный спек, не гарантирует полного расплавления кремнезема. Наличие же остаточного кремнезема в полученном спеке резко снижает качество изготавливаемого из него пеностекла и, очевидно, требует дополнительных энергетических затрат на получение гомогенной стекловидной фазы, которую в производстве можно эффективно получить лишь в стекловаренной печи при более высоких температурах. Также недостатком линии является и то, что при составлении шихты в качестве кремнеземосодержащего сырья используется либо один кварцевый песок, либо один из материалов опал-кристобалитовой группы. Такое сочетание компонентов не способствует нормальной компактируемости шихты. А отсутствие в составе линии дозаторов микродобавок, повышающих щелочестойкость гранулированного пеностекла, также ограничивает использование стеклопеногранулята в производстве бетонных изделий. Также отсутствие дозатора сульфата снижает газонасыщенность получаемых пеностеклянных гранул, что приводит к повышению их удельного веса.
Решаемая задача - расширение функциональных возможностей технологической линии и повышение качества получаемого стеклогранулята при снижении себестоимости его производства.
Этот технический результат достигается тем, что комплексная технологическая линия изготовления стеклогранулята для производства пеностекла, состоящая из станций растаривания биг-бэгов с сырьевыми минералами, надвесовых бункеров компонентов шихты, оборудованных виброднищами, весовых дозаторов доломита и кварцевого песка с влажностью 0,5%, сборочного конвейера, смесителя шихты с валковым уплотнителем, системы ленточных конвейеров и элеваторов, подающих уплотненную шихту в расходный бункер теплового агрегата и системы ленточных конвейеров и элеваторов, транспортирующих приготовленный стеклогранулят в бункера запаса, дополнительно содержит приемный бункер диатомита с влажностью 15-30%, одновальный рыхлитель, пластинчатый питатель, ленточный конвейер подачи диатомита в надвесовой бункер, оснащенный двухвальным рыхлителем комьев, дозаторы диатомита, содосульфатной смеси и циркона, двухвинтовой шнековый питатель с уменьшающимся шагом навивки винтов, находящихся во взаимном зацеплении, и стекловаренную печь, слив стекломассы из которой осуществляется в гранулятор, выполненный в виде скребкового конвейера, погруженного в ванну с водой, причем выгрузка стеклогранулята из гранулятора осуществляестся на ленточный конвейер, подающий влажный стеклогранулят в трехступенчатый противоточный осушитель с наклонными жалюзийными решетками, на которые, сверху в процессе сушки ссыпается стеклогранулят, а снизу в противотоке поступают отходящие дымовые газы стекловаренной печи, засасываемые с помощью дымососа и сбрасываемые в атмосферу после очистки в блоке циклонов.
Преимуществом данной технологической линии изготовления стеклогранулята для производства пеностекла является использование дополнительных дозаторов, более дешевых сырьевых материалов. Например, частичная (примерно 50%) замена кварцевого песка с влажностью 0,5% на диатомит влажностью 15-30%, существенно улучшает процесс компактирования шихты. Кроме того, нанопористая структура диатомита, насыщенная влагой, позволяет интенсифицировать процессы теплопередачи тепла внутрь частиц диатомита и снизить температуру варки стекла. При этом снижение температуры варки является как результатом развитой внутренней поверхности пористых частиц диатомита так и результатом активной гидратации кремнезема с образованием при повышенной влажности материала золей и гелей кремниевых кислот. Частичная замена кварцевого песка на диатомит снижает температуру варки стекла на 100-150°С.
3
Другим преимуществом линии является наличие дозатора содосульфатной смеси, как более дешевого по сравнению с содой щелочесодержащего сырья. Наличие в содосульфатной смеси сульфата натрия позволяет при варке получать газонасыщенное стекло за счет выделения газа SO при диссоциации сульфата.
Также в качестве дополнительного преимущества можно выделить наличие в схеме дозатора циркона, введение которого в шихту повышает химическую стойкость стекла, используемого для производства пеностеклогранул, применяемых в качестве наполнителей легких бетонов.
Еще одним важным преимуществом предлагаемой схемы по сравнению со схемой аналога, является использование отходящих дымовых газов стекловаренной печи для сушки влажного стеклогранулята в трехступенчатом противоточном осушителе с наклонными жалюзийными решетками.
Использование же одновальных рыхлителей диатомита и двухвального шнекового питателя шихты позволяли стабилизировать процессы дозирования сырьевых компонентов и транспортирования полученной смеси в стекловаренную печь.
Процесс изготовления стеклогранулята для производства пеностекла реализуется с помощью линии (Фиг.1), включающей в себя: приемный бункер 1 диатомита влажностью 15-30% с одновальным рыхлителем 2 и пластинчатым питателем 3; ленточный конвейер 4 подачи диатомита в надвесовой бункер 5, оснащенный двухвальным рыхлителем 6; надвесовые бункера 7, 8, 9, 10 сухого кварцевого песка влажностью 0,5%, доломита, содо-сульфатной смеси и циркона, оборудованные соответственно виброднищами 11, 12, 13, 14; станции растаривания 15, 16, 17, 18 биг-бэгов 19, кран-балку 20; весовые дозаторы 21, 22, 23, 24, 25 диатомита, кварцевого песка, доломита, содо-сульфатной смеси и циркона; сборочный конвейер 26; смеситель шихты 27; двухвинтовой шнековый питатель 28; валковый уплотнитель 29; ленточный элеватор 30; ленточный конвейер 31; расходный бункер 32 стекловаренной печи 33; гранулятор 34 стекломассы; ленточный конвейер 35; трехступенчатый противоточный осушитель 36 с жалюзийными решетками 37; блок циклонов 38; дымосос 39; ленточный конвейер 40; ленточный элеватор 41; бункер 42 запаса стеклогранулята.
Комплексная технологическая линия изготовления стеклогранулята для производства пеностекла работает следующим образом. Диатомит из карьера с помощью автомобильного транспорта доставляется в цех производства стеклогранулята и выгружается в приемный бункер 1. Для разрушения комьев диатомита, имеющего влажность 15-30%, бункер 1 оснащен одновальным рыхлителем 2, а выгрузка диатомита из бункера осуществляется пластинчатым питателем 3, который наиболее эффективно работает с сыпучими и кусковыми материалами повышенной влажности. Выгружаемый из бункера 1 диатомит поступает на ленточный конвейер 4 и транспортируется в надвесовой бункер 5 диатомита, разгрузочное отверстие которого оснащенного двухвальным рыхлителем 6, стабилизирующим истечение диатомита из бункера при дозировании.
Остальные материалы (сухой кварцевый песок, доломит, содосульфатная смесь и циркон) поступают в цех в затаренном виде в биг-бэгах 19 и с помощью кран-балки 20 и станций растаривания 15, 16, 17, 18 разгружаются в соответствующие надвесовые бункера 7, 8, 9, 10, оснащенные виброднищами 11, 12, 13, 14, стимулирующими истечение материалов при их дозировании.
Далее по команде системы управления (не показана) дозаторы 21, 22, 23, 24, 25 диатомита, кварцевого песка, доломита, содо-сульфатной смеси и циркона отвешивают заданные дозы материалов, поступающих из надвесовых бункеров. Взвешенные материалы поочередно разгружаются на сборочный конвейер 26 и транспортируются в смеситель 27, где перемешиваются. После совместного перемешивания полученная шихта выгружается из смесителя и с помощью двухвинтового шнекового питателя 28, состоящего из двух шнеков с уменьшенным шагом навивки винтов, подается в валковый уплотнитель 29. Наличие в шнековом питателе двух винтов, находящихся во взаимном замещении, позволяет производить их взаимную очистку от налипающей на лопасти шихты. А уменьшающий шаг навивки винтов приводят к тому, что во время движения рыхлой шихты от загрузочного отверстия к разгрузочному патрубку шихты частично уплотняется и из нее вытесняется воздух.
Предварительно уплотненная шихта из питателя 28 поступает в валковый уплотнитель 29, в котором под давлением валков часть влаги, сосредоточенной внутри пор частиц диатомита, а также золи и гели, образовавшиеся в результате гидратации кремнезема, выдавливаются на поверхность диатомита и прочно связывают между собой частицы компактированной шихты.
Следует отметить и то, что сочетание в составе шихты кремнеземосодержащего сырья на основе кварцевого песка и диатомита позволяют не только получить плотность шихты равную примерно 0,7-0,8 т/м3, но и достигнуть более плотной упаковки разнородных по размеру частиц песка, диатомита и других компонентов при компактировании шихты на валковом прессе. Это в свою очередь повышает прочность частиц скомпактированной шихты, увеличивает ее насыпную плотность и улучшает ее процессы хранения и транспортирования. Также при разнородных по размеру частиц кремнеземосодержащего сырья (размер частиц диатомита в несколько раз меньше зерен кварцевого песка) снижается требуемое давление прессования и уменьшаются энергетические затраты при повышении плотности уплотнения шихты.
Скомпактированная шихта после валкового уплотнителя 29 с помощью ленточного элеватора 30 и ленточного конвейера 31 подается в расходный бункер 32, из которого шихта загружается в стекловаренную печь 33, в которой варится стекло.
В процессе варки стекло активно насыщается микропузырьками, состоящими из паров воды, испаряющейся из внутренних пор диатомей, и газа SO3, образующегося при диссоциации сульфата, входящего в состав содосульфатной смеси. Наличие большого количества микропузырьков при дальнейшей технологии производства пеностекла способствует лучшей вспениваемости стекла и снижению его удельной плотности.
По окончании варки (процесс варки стекла осуществляется непрерывно) стекломасса из стекловаренной печи 33 по выработочному каналу сливается в гранулятор 34 стекломассы, выполненный в виде цепного скребкового конвейера, погруженного в ванну с оборотной водой.
От резкого перепада температур при контакте с более холодной водой струя стекла разрушается и превращается в мелкие (3-5 мм) гранулы. Далее из гранулятора 34 влажные гранулы стекла выгружаются на ленточный конвейер 35, транспортирующий стеклогранулят к трехступенчатому противоточному осушителю 36. В осушителе 36 гранулы стекла под действием силы тяжести двигаются вниз по жалюзийным решеткам 37, интенсивно продуваемым восходящим потоком дымовых газов, отбираемых дымососом 39 из стекловаренной печи. Подобное противоточное трехступенчание движение влажного стеклогранулята и горячих дымовых газов, имеющих температуру 300-400°С, способствует эффективному конвективному теплообмену и существенно снижает удельный расход теплоносителя.
Отработанный сушильный агент с температурой 105-115°С попадает в блок циклонов 38, где очищается от мелкодисперсной пыли и далее с помощью дымососа 39 сбрасывается в атмосферу. А высушенный материал с нижнего обреза последней решетки через разгрузочное окно поступает на ленточный конвейер 40 и с помощью ленточного элеватора 41 загружается в бункер 42 запаса стеклогранулята, из которого он с помощью автотранспорта может отгружаться потребителям в качестве исходного дешевого и высококачественного сырья для производства пеностекла.
Таким образом, использование данного оборудования, объединенного взаимопоследовательными связями в комплексную технологическую линию, позволяет производить высококачественный стеклогранулят со стабильными физико-химическими свойствами, который можно использовать для производства высококачественного (в том числе химостойкого) пеностекла. Кроме того линия содержит минимальное количество технологического оборудования и позволяет утилизировать в технологических целях тепло отходящих дымовых газов стекловаренной печи.
Источники информации:
1. Бобкова Н.М., Баранцева С.Е., Трусова Е.Е. Пеностекло на основе отходов промышленного производства // Стекло мира. 2006. №4, с.90;
2. Свидетельство на патентную модель №10169, Кл. C03C 11/00, опубл. 16.06.1999 г.
3. Казьмина О.В. Физико-химические закономерности получения пеностекло-кристалических материалов на основе кремнеземистого и алюмосиликатного сырья // Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Томск. 2010 г. С.33.