СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМЗИТА
RAW MATERIAL MIXTURE FOR PRODUCTION OF EXPANDED CLAY AGGREGATE

Изобретение относится к области утилизации отходов теплоэнергетики, а также к области получения строительных материалов, в частности керамзитового гравия, и может быть использовано в промышленном, гражданском и дорожном строительстве, в том числе для применения:
- в теплоизоляционных слоях, засыпках, конструкциях;
- в составе легких бетонов в качестве пористого заполнителя;
- в составе изоляционных слоев и стяжки полов в помещениях;
- в дорожных конструкциях.
Известен стандартный состав шихты для производства керамзитового гравия, включающий легкоплавкую глину, в том числе с использованием пород на основе минерала монтмориллонита, вспучивание гранул глинистого сырья происходит при нагреве до температуры 1000-1200°С (Воробьев В.А. Строительные материалы. Учебник для инженеров-строителей).
Основные показатели керамзитового гравия главным образом зависят от состава сырьевой смеси. Качество данной продукции может быть улучшено за счет вводимых добавок в исходный состав глиняной шихты, которые, как правило, являются активаторами физико-химических процессов образования строительного материала.
Известен состав сырьевой смеси для изготовления керамзита, содержащей, масс.%: глинистое сырье 74,0-80,0%; барду винно-коньячного производства 1,5-2,5; нефелиновый шлам 10,0-15,0; известь 5,0-8,0; гипс 1,5-2,5 (RU2334708 Сырьевая смесь для изготовления керамзита). Технический результат - повышение прочности керамзита.
Наиболее близким к заявляемому техническим решением является смесь для производства керамзитового гравия, включающая, масс.%: монтмориллонитовую глину 38,0-46,0; уголь 2,0-3,0; доломит 48,0-54,0; водный раствор натриевых солей органических карбоновых кислот 1,0-2,0; технический глинозем 2,0-4,0 (RU2334727 Шихта для производства пористого заполнителя).
Недостатками вышеуказанных смесей является высокая материалоемкость получаемых изделий и температура обжига, повышающая энергоемкость производства, и высокая плотность керамзита, снижающая теплоизоляционные свойства.
Наиболее перспективным и экономически оправданным путем устранения недостатков является применение производственного отхода - шлама химводоочистки (ШХВО) теплоэлектроцентралей в качестве активного заполнителя и вспучивающей добавки в производстве керамзита.
Задача изобретения состоит в снижении материалоемкости и энергоемкости производства, в повышении теплоизоляционных свойств за счет снижения плотностных характеристик при стабильной прочности керамзита, и в увеличении объемов утилизации техногенных крупнотоннажных отходов энергетического комплекса - шламов химводоочистки ТЭЦ (ШХВО).
Задача решается тем, что в состав сырьевой смеси, содержащей, масс.%: монтмориллонитовую глину - 52-75; технический глинозем - 2-3, дополнительно вводят каолинитовую глину - 15-23, известняк - 1,0-2, шлам химводоочистки теплоэлектроцентралей - 7-20 (масс.%), по твердой фазе.
Шлам химводоочистки является минеральной массой, образующейся в процессе химической подготовки и осветления воды на предприятиях энергетического комплекса, например теплоэлектроцентралях.
В состав твердой фазы шламов входят тонкодисперсные частицы и хлопья, в т.ч. глинисто-коллоидной фракции различного минерального состава, а также органические частицы.
Например, в опытах использовался ШХВО Тюменской ТЭЦ-2, твердая фаза которого содержит следующие компоненты, мас.%:
карбонат кальция
40-80
карбонат магния
10-30
сульфат железа и другие компоненты
10-30
Химический состав ШХВО позволяет использование данного отхода для производства строительных материалов, в частности в качестве добавки, увеличивающей коэффициент вспучивания глинистого сырья с целью снижения насыпной плотности керамзитового гравия, снижения энергозатрат в процессе обжига.
Основные свойства проб ШХВО, отобранных на шламонакопителях тюменской ТЭЦ-2, приведены в таблице 1.
Таблица 1
Основные свойства проб ШХВО
Показатели
Проба №1
Проба №2
Объединенная проба
в жидком виде
взагустевшем виде
в жидком виде
в загустевшем виде
в жидком виде
в загустевшем виде
Объем воды/осадка, мл
100/900
-
970/30
-
520/480
-
Влажность осадка, %
-
23,8
-
24,6
-
24,1
Насыпная плотность в сухом состоянии, кг/м<sup>3</sup>
-
615
-
621
-
619
Оптимальная влажность, %
-
46,1
-
45,8
-
46,0
Максимальная плотность, г/см<sup>3</sup>
-
1,62
-
1,63
-
1,62
Наличие в исходной сырьевой смеси для изготовления керамзита шлама химводоочистки ТЭЦ позволило создать состав, удовлетворяющий ГОСТ 9757-90, и снизило стоимость продукции, так как данное сырье представляет собой многотоннажный побочный продукт промышленности теплоэнергетического комплекса и не требует больших затрат на его подготовку и транспортировку к заводу-производителю.
Технология изготовления изделий из заявляемой сырьевой смеси в лабораторных условиях заключается в следующем.
Для приготовления сырьевой смеси берут, например, 62% монтмориллонитовой глины, 20% каолинитовой глины, 1% известняка, 2% технического глинозема и 15% высушенного ШХВО. Сырьевые компоненты подвергаются помолу в лабораторных условиях, смешиваются, добавляется вода, в количестве 28 мас.% от сухих компонентов. Полученную шихту раскатывают в жгуты толщиной ~10 мм, нарезают на отдельные части размером - ~10 мм, после чего придают им форму шара. Полученные изделия обжигаются в печи при температуре 850°С. Процесс обжига проходит в следующем режиме:
- нарастание температуры в режиме 5°С/мин;
- выдержка при максимальной температуре (850°С) в течение 60 минут;
- последующее остывание печи при сбросе температуры в режиме 5°С/мин.
Заводская технология не отличается от обычной, заключается также в подготовке и обжиге сырьевой смеси, причем температура обжига при использовании добавки ШХВО составляет 850-950°С, а для обычной технологии и прототипов - 900-1200°С.
Дополнительным технологическим процессом является предварительная подготовка - обезвоживание ШХВО, состоящей из отделения жидкой фазы, уплотнения, отжима и сушки осадка.
Полученные образцы керамзитового гравия исследовались по стандартным методикам (ГОСТ 9758-86 Заполнители пористые неорганические для строительных работ. Методы испытаний.) с определением следующих характеристик: насыпная плотность, прочность при сжатии в цилиндре.
Были приготовлены известные сырьевые смеси (RU 2334727 Шихта для производства пористого заполнителя, глинистое сырье и глинозем технический) и (RU 2334708 Сырьевая смесь для изготовления керамзита) и предлагаемая сырьевая смесь согласно изобретению со средним и граничным содержанием компонентов.
Для подтверждения возможности и эффективности применения ШХВО испытывались 3 серии композиций предлагаемой смеси. В таблице 2 приведены составы сырьевых смесей.
Таблица 2
Составы сырьевой смеси
Состав №
Компоненты, мас.%
Монтмориллонитовая глина
Каолинитовая глина
Известняк
Техническийглинозем
Шлам химводоочистки
1
75
15
1
2
7
2
62
20
1
2
15
3
52
23
2
3
20
Сравнительная характеристика известных и предлагаемой сырьевой смеси приведена в таблице 3, из которой следует, что сырьевая смесь согласно изобретению (составы 1-3) позволяет в среднем в 1.3 раза понизить плотность изделий и, как следствие, улучшить теплоизоляционные качества материала по сравнению с известными сырьевыми смесями (RU 2334727, RU 2334708).
Таблица 3
Физико-механические показатели керамзита
Показатель
Предлагаемые составы
Известные смеси
1
2
3
RU 2334727
RU 2334708
Плотность ρ<sub>i</sub>, кг/м<sup>3</sup>
873
812
758
1153
1046
Прочность на сжатие, МПа
3,6
3,8
3,4
4,0
3,8
Как свидетельствуют результаты испытаний, введение ШХВО в количестве 7-20% от массы сухих компонентов сырьевой смеси, позволяют значительно снизить плотность керамзита без существенного снижения прочности на сжатие, что повышает теплоизоляционные свойства материала. Обжиг и вспучивание происходят при сниженной температуре, что снижает энергоемкость производства.