СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМЗИТА
METHOD OF PREPARING EXPANDED CLAY

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано при получении керамзита.
Известна сырьевая смесь для получения легкого заполнителя, включающая слабовспучивающееся сырье и нефтяной шлам с электрообессоливающей установки нефтеперерабатывающего завода и дополнительно отработанный цеолит из процесса очистки газов от углеводородов, водорода и оксидов углерода при следующем соотношении компонентов: слабовспучивающееся глинистое сырье - 94-98 мас.%, нефтяной шлам - 1-3 мас.%, отработанный цеолит - 1-3% (Патент РФ №2055030).
3
Недостатком данного изобретения являются, с одной стороны, высокие температуры обжига сырья до 1200°С, что ведет к повышенным энергозатратам. С другой стороны, при обжиге сырья при более низкой температуре (от 1100°С) получают керамзит с высокой объемной массой до 0,88 г/см. Кроме того, при получении сырьевой смеси нефтешлам, содержащий до 98,8% углеводородов, вводится в смесь необезвреженным, делая небезопасным процесс смешения компонентов.
Наиболее близким является способ получения керамзита, заключающийся в добавлении в глинистое сырье предварительно нагретого до 80-95°С нефтешлама, содержащего 3-30 мас.% воды, в количестве 6-10 мас.% гранулировании смеси, сушке и обжиге, при этом количество воды, добавляемое к глинистой массе, определяется в зависимости от количества воды в глинистом сырье и нефтешламе и от количества добавляемого нефтешлама (Патент РФ №2112758).
Недостатками данного способа является необходимость дополнительных исследований добавляемого нефтешлама (определение количества содержащейся воды) для точного определения вводимой в замес воды по предложенной формуле, высокие температуры обжига сырья до 1200°С, необходимые для достижения характеристик керамзита по ГОСТ, что ведет к дополнительным энергозатратам, а также предварительный нагрев нефтешлама для введения в смесь приводит к загрязнению воздуха рабочей зоны в процессе смешения компонентов и делает процесс небезопасным для окружающей среды.
Задачей предлагаемого изобретения является создание безопасного способа получения керамзита с меньшей насыпной плотностью при сохранении прочности и снижение температуры обжига.
Техническим результатом является увеличение коэффициента вспучивания сырья, придание прочности керамзиту и уменьшение температуры обжига сырья.
Технический результат достигается предложенным способом получения керамзита, включающим перемешивание глинистого сырья, добавки и воды, гранулирование полученной смеси, сушку и обжиг. В качестве добавки используют обезвреженный нефтесодержащий шлам в виде сыпучих закапсулированных гранул и предварительно измельченный отработанный силикагель. Перемешивание осуществляют в два этапа, на первом этапе перемешивают глинистое сырье и добавку при следующем соотношении компонентов: глинистое сырье 96-97 мас.%, обезвреженный нефтесодержащий шлам 2,8-3,2 мас.%; отработанный силикагель 0,2-0,8 мас.%; на втором этапе добавляют воду, в количестве, необходимом для получения смеси с содержанием воды 18-20%.
Обезвреженный нефтесодержащий шлам, полученный известными способами с использованием реагентов на основе оксида кальция (например, Патент РФ №2160758, Патент РФ №2266258 и т.д.), используют в качестве комплексной органо-минеральной добавки, способной улучшить вспучиваемость глины, следствием чего является снижение насыпной плотности керамзита (результат действия органической составляющей), а также снизить температуру обжига сырьевой смеси (минеральная составляющая) и, следовательно, увеличить производительность печей. За счет наличия в обезвреженном нефтесодержащем шламе органических компонентов в гранулах создается восстановительная среда, необходимая для реакций восстановления окислов железа в глине при их взаимодействии с органическими примесями, что приводит к газовыделениям. Поддерживать восстановительную среду внутри пор глинистого материала очень важно, поскольку при окислительной среде в печи (при большом избытке воздуха) органические примеси могут преждевременно сгореть. Выгорание последних задерживается из-за обильного выделения паров воды и газов, препятствующих доступу кислорода к частицам. Следовательно, органические компоненты, с одной стороны, усиливают поризацию керамзита, а с другой - интенсифицируют процессы, происходящие при вспучивании сырцовых гранул, в частности переход глиномассы в пиропластическое состояние.
Введение обезвреженного нефтесодержащего шлама позволяет осуществлять безопасный процесс замеса глинистой массы, исключая испарение углеводородов из нефтесодержащего шлама и загрязнение воздуха рабочей зоны.
При снижении насыпной плотности керамзита важно обеспечить необходимую прочность, т.к. увеличение размеров пор обусловливает резкое снижение прочности гранул, поскольку при этом не только уменьшается толщина стенок пор, но и усиливается концентрация напряжений. На прочность хрупких пористых материалов помимо объема и размера пор большое влияние оказывают равномерность их распределения в грануле, фазовый состав твердой части керамзита, структура и состав стекловидной составляющей твердой фазы и т.д. Прочность стекловидной составляющей возрастает при насыщении расплава ионами Аl и Si, следовательно, прочность керамзита возрастает при введении в сырьевую смесь добавок с повышенным содержанием оксида кремния. Поэтому добавка отработанного силикагеля - отхода газовой промышленности на стадии осушки природного газа, основной частью которого является оксид кремния, способствует на основании вышеизложенного увеличению прочности готовой продукции. При этом гранулированный отработанный силикагель диаметром 3-5 мм предварительно измельчен до мелкодисперсного состояния для достижения однородности приготовляемой глинистой массы.
Пример 1. Образцы готовили следующим образом: к глинистому сырью в количестве 96 г (96 мас.%) добавляли обезвреженный нефтешлам в количестве 3,2 г (3,2 мас.%) и предварительно измельченный отработанный силикагель в количестве 0,8 г (0,8 мас.%), тщательно перемешивали (первый этап перемешивания). На втором этапе перемешивания добавляли воду в количестве 14,5 мл при непрерывном перемешивании до получения массы с формовочной влажностью 18-20%.
Подготовленную массу выдерживали в течение 24 часов, после чего из нее формировали сырцовые гранулы цилиндрической формы. Перед обжигом гранулы подвергались быстрой термоподготовке при температуре 200°С в течение 20 мин.
Вспучивание гранул наблюдалось при температуре 1080°С по сравнению с температурой вспучивания исходной глины 1160°С. Обжиг проводили в течение 7 мин.
Для полученного керамзита определяли важнейшие технические характеристики - насыпную плотность и прочность по ГОСТ 9758-86 и ГОСТ 9759-83. Данные приведены в таблице.
Пример 2. Способ осуществляли по примеру 1 с той разницей, что к глинистому сырью в количестве 96,5 г (96,5 мас.%) добавляли обезвреженный нефтешлам в количестве 3,1 г (3,1 мас.%), предварительно измельченный отработанный силикагель в количестве 0,4 г (0,4 мас.%) и воду в количестве 14,5 мл. Обжиг проводился при температуре 1090°С. Характеристика керамзита представлена в таблице.
Пример 3. Способ осуществляли по примеру 1 с той разницей, что к глинистому сырью в количестве 97 г (97 мас.%) добавляли обезвреженный нефтешлам в количестве 2,8 г (2,8 мас.%), предварительно измельченный отработанный силикагель в количестве 0,2 г (0,2 мас.%) и воду в количестве 15 мл. Обжиг проводился при температуре 1070°С.
Характеристика керамзита
представлена в таблице.
Пример 4. Способ осуществляли по примеру 1 с той разницей, что к глинистому сырью в количестве 96,5 г (96,5 мас.%) добавляли обезвреженный нефтешлам в количестве 2,9 г (2,9 мас.%), предварительно измельченный отработанный силикагель в количестве 0,6 г (0,6 мас.%) и воду в количестве 14,5 мл. Обжиг проводился при температуре 1070°С. Характеристика керамзита представлена в таблице.
Пример 5. (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. Сформованные сырцовые гранулы окатывались и подсушивались в течение 30 мин в сушильном барабане дымовыми газами, отходящими от печи обжига, при 200°С. Обжиг происходил при температуре 1200°С в течение 6 мин. Характеристика керамзита представлена в таблице.
Таблица
Характеристика керамзита
Пример №
Температура обжига, °С
Объемная масса керамзита, г/см<sup>3</sup>
Прочность керамзита, мПа
1
1080
0,273
1,52
2
1100
0,277
1,53
3
1050
0,272
1,52
4
1080
0,293
1,54
5 прот.
1200
0,340
1,52
3
Как видно из представленных данных, предложенный способ позволяет получать керамзит с низкой насыпной плотностью 0,273-0,293 г/см и прочностью 1,52-1,54 МПа (примеры 1-4).
Таким образом, можно сделать вывод о предпочтительности применения заявляемого способа, поскольку поставленная техническая задача имеет более эффективное решение по сравнению с известными способами получения керамзита: способ получения керамзита является безопасным и позволяется производить керамзит с низкой насыпной плотностью и высокой прочностью при более низких температурах обжига, снизив при этом его себестоимость и увеличив производительность печей.