СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМЗИТА
CRUDE MIXTURE FOR PRODUCING EXPANDED CLAY

Изобретение относится к составам сырьевых смесей для изготовления керамзита и может быть использовано в промышленности строительных материалов.
2
2
10
10
Известна сырьевая смесь для изготовления керамзита (патент РФ №2188173, С04В 14/12, 2002 г.), содержащая глину и обработанный осадок сточных вод станций аэрации с активным илом при их соотношениях, мас.%: глина 75-80; осадок 20-25, используют глину с содержанием SiO своб. - 13,8 мас.% и осадок с удельным сопротивлением фильтрации 8,3·10-14,3·10см/г, влажностью 40,5-62,5% с содержанием в нем СаО более 12 мас.%, SiO своб. 15,45-15,5 мас.% и органических примесей 59,8-67,0 мас.%.
Недостатками данной сырьевой смеси являются низкая прочность получаемого из этой смеси керамзита, высокая насыпная плотность, дополнительная операция обработки осадка сточных вод и требования к его составу.
Известен способ получения керамзита (патент РФ №2397963, С04В 14/12, С04В 20/06, 2008 г.), включающий перемешивание глинистого сырья, обезвреженного нефтесодержащего шлама в виде сыпучих закапсулированных гранул, измельченного отработанного силикагеля и воды при следующем массовом соотношении компонентов: глинистое сырье 96-97; обезвреженный нефтесодержащий шлам 2,8-3,2; отработанный силикагель 0,2-0,8. На втором этапе добавляют воду для получения смеси с содержанием воды 18-20%.
Недостатками этого способа являются низкая прочность и высокая насыпная плотность получаемого керамзита.
Наиболее близким по технической сущности является способ получения керамзита (патент РФ №2112758, С04В 14/12, 1996 г.) путем дробления глинистой породы, добавления в нее 6-10 мас.% нефтешлама, предварительно нагретого до 80-95°С, содержащего 3-30 мас.% воды, и дополнительного количества воды, которое определяют по формуле: А=Х-(Y+0.01·C·g).
Недостатками этого способа являются низкая прочность, высокая насыпная плотность получаемого керамзита, необходимость предварительного нагрева нефтешлама и высокая температура обжига.
Задачей изобретения является разработка сырьевой смеси для получения керамзита с высокими техническими характеристиками при снижении температуры обжига.
Техническим результатом изобретения является получение керамзита с высокой прочностью и низкой насыпной плотностью из предложенной сырьевой смеси при уменьшении температуры обжига сырья.
Технический результат достигается тем, что сырьевая смесь для получения керамзита, состоящая из глины, добавки и воды, в качестве добавки содержит водно-углеводородную эмульсию с очистных сооружений нефтеперерабатывающих заводов, которая на 30-70 мас.% состоит из воды, при следующем соотношении компонентов, % масс.:
водно-углеводородная эмульсия
15,0-23,5
глина
остальное
3
В предлагаемой сырьевой смеси в качестве добавки предложено использовать водно-углеводородную эмульсию с очистных сооружений нефтеперерабатывающих заводов (ВУЭ), которая является вспучивающим агентом. Сточные воды нефтеперерабатывающих заводов, поступая на очистные сооружения, создают различные формы загрязнения: плавающую на воде нефтяную пленку, эмульгированные в воде нефтепродукты и осевшие на дно тяжелые фракции. ВУЭ (эмульгированные в воде нефтепродукты) представляет собой жидкую эмульсию с плотностью 0,98-1,1 г/см, которая содержит 25-75% углеводородов, 3-5% механических примесей, воду и микропримеси таких тяжелых металлов, как свинец (0,014%), хром (0,011%), алюминий (0,46%). Углеводороды в эмульсии представлены такими группами, как парафины, нафтены, ароматические и смолы. При приготовлении керамзита из сырьевой смеси предложенного состава происходит распределение добавки по всей массе благодаря ее эмульгированной форме, флокуляция глинистых частиц молекулами углеводородов, что улучшает продвижение влаги при сушке из внутренних слоев гранул к поверхности. ВУЭ обеспечивает высокую вспучиваемость и пористость гранул из-за большого выделения газов и паров. Кроме того, такие микропримеси тяжелых металлов, как свинец и хром, повышают прочностные свойства керамзита, а наличие алюминия в ВУЭ, который работает как «плавень», обеспечивает нарастание вязкости при избыточном газообразовании. Это стабилизирует макроструктуру гранул керамзита и улучшает его эксплуатационные свойства.
Таким образом, совокупность существенных признаков, изложенных в формуле изобретения, позволяет достичь желаемого технического результата, а именно, повысить прочность керамзита при снижении его плотности и температуры обжига сырья.
Керамзит из предлагаемой сырьевой смеси получают следующим образом.
К ВУЭ добавляют такое количество воды, которое обеспечит влажность в замесе, равную 18-20%. Полученную водную смесь вводят в размолотую глину и тщательно перемешивают. Из этого замеса формуют сырцовые гранулы, сушат, обжигают и охлаждают.
Данные, свидетельствующие о целесообразности выбора заявляемых интервалов компонентов состава сырьевой смеси, представлены в нижеприведенных примерах.
Опыты проводили в лабораторных условиях. Для сушки гранул использовали электрический сушильный шкаф, а для обжига - камерную муфельную печь.
В качестве глинистого сырья использовали глину нижнего горизонта Афинского месторождения Краснодарского края, состоящую на 55-60% из гидрослюды, представленной на 35-40% кварцем с полевым шпатом, с монтмориллонитом, каолинитом и примесями, а также железистой органикой (около 5%) и карбонатом (менее 1%). Высушенную глину дробили и просеивали через сито с размером отверстий 1 мм. В качестве ВУЭ использовали эмульгированный продукт с очистных сооружений Краснодарского НПЗ. Подготовленную сырьевую массу выдерживали в течение 24 часов и формовали сырцовые гранулы цилиндрической формы диаметром 15 мм и высотой - 20 мм, которые сушили при 200°С в течение 20-30 минут, обжигали 10 минут при температуре 1030-1040°С, помещали в термошкаф на 20 минут при температуре 250°С, а затем охлаждали при комнатной температуре. Готовому керамзиту определяли насыпную плотность по ГОСТ 9758-86 и предел прочности по ГОСТ 9759-83.
Пример №1
Образцы готовили следующим образом: к 17 г ВУЭ, содержащего 50 мас.% воды, добавляли 9,5 г воды. Полученную водную смесь вводили в 73,5 г размолотой и просеянной глины, тщательно перемешивали и выдерживали в эксикаторе при комнатной температуре 24 часа. Из полученной сырьевой смеси формовали гранулы, которые сушили в течение 25 минут при температуре 200°С и обжигали 10 минут в муфельной печи при температуре 1035°С. После завершения обжига, вспученные гранулы помещают на 20 минут в термошкаф при температуре 250°С, а затем охлаждают при комнатной температуре.
Физико-механические показатели керамзита представлены в таблице.
Пример №2
Образцы готовили по примеру №1 с той разницей, что к 17 г ВУЭ, содержащего 70 мас.% воды, добавляли 6,1 г воды. Полученную водную смесь вводили в 76,9 г размолотой и просеянной глины, сушку гранул осуществляли в течение 30 минут, а обжиг проводили при температуре 1040°С.
Физико-механические показатели керамзита представлены в таблице.
Пример №3
Образцы готовили по примеру №1 с той разницей, что к 17 г ВУЭ, содержащего 30 мас.% воды, добавляли 12,9 г воды. Полученную водную смесь вводили в 70,1 г размолотой и просеянной глины, сушку гранул осуществляли в течение 20 минут, а обжиг проводили при температуре 1030°С.
Физико-механические показатели керамзита представлены в таблице.
Пример №4
Образцы готовили по примеру №1 с той разницей, что к 15 г ВУЭ, содержащего 70 мас.% воды, добавляли 7,5 г воды. Полученную водную смесь вводили в 77,5 г размолотой и просеянной глины, а обжиг проводили при температуре 1030°С.
Физико-механические показатели керамзита представлены в таблице.
Пример №5
Образцы готовили по примеру №1 с той разницей, что к 23,5 г ВУЭ, содержащего 70 мас.% воды, добавляли 1,55 г воды. Полученную водную смесь вводили в 74,95 г размолотой и просеянной глины, а обжиг проводили при температуре 1030°С.
Физико-механические показатели керамзита представлены в таблице.
Пример №6
Образцы готовили по примеру №1 с той разницей, что к 15 г ВУЭ, содержащего 30 мас.% воды, добавляли 13,5 г воды. Полученную водную смесь вводили в 71,5 г размолотой и просеянной глины, а обжиг проводили при температуре 1030°С.
Физико-механические показатели керамзита представлены в таблице.
Пример №7
Образцы готовили по примеру №1 с той разницей, что к 23,5 г ВУЭ, содержащего 30 мас.% воды, добавляли 11,0 г воды. Полученную водную смесь вводили в 65,5 г глины, а обжиг проводили при температуре 1035°С.
Физико-механические показатели керамзита представлены в таблице.
Пример №8 (сравнительный)
Образцы готовили по примеру №1 с той разницей, что к 16 г ВУЭ, содержащего 50 мас.% воды, добавляли 10,0 г воды. Полученную водную смесь вводили в 74,0 г размолотой и просеянной глины, а обжиг проводили при температуре 1035°С.
Физико-механические показатели керамзита представлены в таблице.
Пример №9 (сравнительный)
Образцы готовили по примеру №1 с той разницей, что к 24 г ВУЭ, содержащего 50 мас.% воды, добавляли 6,0 г воды. Полученную водную смесь вводили в 70,0 г размолотой и просеянной глины, а обжиг проводили при температуре 1035°С.
Физико-механические показатели керамзита представлены в таблице.
Пример №10 (сравнительный)
Образцы готовили по примеру №1 с той разницей, что к 17 г ВУЭ, содержащего 25 мас.% воды, добавляли 13,75 г воды. Полученную водную смесь вводили в 69,25 г размолотой и просеянной глины, а обжиг проводили при температуре 1035°С.
Физико-механические показатели керамзита представлены в таблице.
Пример №11 (сравнительный)
Образцы готовили по примеру №1 с той разницей, что к 17 г ВУЭ, содержащего 75 мас.% воды, добавляли 5,25 г воды. Полученную водную смесь вводили в 77,75 г размолотой и просеянной глины, а обжиг проводили при температуре 1035°С.
Физико-механические показатели керамзита представлены в таблице.
Пример №12 (по прототипу)
К глинистому сырью добавляли, вспененный при температуре 90°С нефтешлам, содержащий 15 мас.% воды, в количестве 8 мас.% по отношению к исходной глине, и расчетное количество воды - 12,8 мас % по отношению к исходной глине. Сформированные сырцовые гранулы окатывали и подсушивали в течение 30 минут в сушильном барабане дымовыми газами, отходящими от печи обжига, при 200°С. Обжиг проводили при температуре 1200°С в течение 6 минут.
Физико-механические показатели керамзита представлены в таблице.
Как видно из представленных данных проведенных опытов, предложенная сырьевая смесь позволяет получать керамзит (пр. №1-7) с высокими физико-механическими характеристиками при сниженной температуре обжига. Насыпная плотность снижается на 44,6% по сравнению с прототипом, а его прочность увеличивается на 69,6% по сравнению с прототипом.
Однако эти показатели достижимы только при соблюдении заявленного количества добавляемого ВУЭ и воды в нем. Так, например, при снижении или увеличении количества добавляемого ВУЭ (пр. №8, 9) насыпная плотность керамзита возрастает, а его прочность снижается. Подобные физико-механические характеристики получаемого керамзита наблюдаются при уменьшении количества воды в ВУЭ ниже заявленного (пр. №10). В случае увеличения количества воды в ВУЭ выше заявленного (пр. №11) наблюдается растрескивание и разрушение гранул керамзита.
Таким образом, предлагаемая сырьевая смесь имеет ряд преимуществ, позволяющих:
- получать керамзит высокого качества;
- утилизировать сточные воды, содержащие углеводороды в эмульгированном состоянии, для отделения которых требуются большие затраты;
- экономить дефицитную воду, используя сточные воды;
- снизить энергозатраты и себестоимость керамзита за счет снижения температуры обжига и использования добавки, являющейся отходом производства;
- улучшить экологию окружающей среды.
Таблица
Результаты опытов
Пример №
Условия получения керамзита
Характеристика керамзита
Количество ВУЭ, мас.%
Количество воды, мас.%
Температура обжига, °С
Насыпная плотность, г/см<sup>3</sup>
Прочность, МПа
1
17
50
1035
0,189
2,58
2
17
70
1040
0,187
2,57
3
17
30
1030
0,190
2,61
4
15
70
1030
0,187
2,56
5
23,5
70
1030
0,186
2,57
6
15
30
1030
0,191
2,58
7
23,5
30
1035
0,188
2,58
8 ср.
16
50
1035
0,305
1,71
9 ср.
24,0
50
1035
0,281
1,51
10 ср.
17
25
1035
0,388
1,54
11 ср.
17
75
1035
Растрескивание и разрушение гранул
12 пр.
8 мас.% нефтешлама, содержащего 15 мас.% воды
1200
0,340
1,52