Основные термины и определения

Облицовочные керамические плитки подразделяются на плитки для внутренней облицовки, для полов и фасадные. Плитки для внутренней облицовки стен представлены на рис. 7.2 [11].

Рис. 7.2. Плитки для облицовки стен: а – квадратная; б – прямоугольная; в – карниз; г – плитка квадратная с завалом; д – фасонная с внешним закруглением; е – фасонная с внутренним закруглением; ж – фасонный карниз; з, и – утолки карнизные для внешнего и внутреннего закругления

Плитки для внутренней облицовки стен применяют в помещениях с повышенными гигиеническими требованиями, в жилых, общественных и промышленных зданиях, в санитарно-технических узлах, а также в помещениях с повышенной влажностью: в бассейнах, банях, прачечных и т. п.

Технология изготовленияплиток обычная, но имеет особенности.

Основными видами сырья, применяемого для изготовления плиток, являются огнеупорные беложгущиеся глины, каолины, кварцевый песок и другие отощающие добавки, содержание которых может достигать 50% и более. Кроме того в шликер вводятся добавки электролитов (жидкое стекло, каустическая сода), поверхностно-активные вещества (ССБ, ЛСТ и др.), отбеливающие материалы (сернокислый кобальт), в глазури вводят минеральные пигменты.

Производство плиток обычно организовано с шликерной подготовкой массы и обезвоживанием в распылительной сушилке до требуемой влажности.

Используется непрерывная технологическая линия с башенной распылительной сушилкой для получения пресс-порошка, коленорычажными прессами КРКп-125, сетчатым конвейерным радиационным сушилом, щелевой роликовой печью для скоростного обжига. Производительность линии – 250 тыс. м²/год и более. Применение распылительных сушилок упрощает технологию получения пресс-порошка, позволяет сократить объемы энерго- и трудозатрат, повысить качество изделий. Особенность изготовления плиток в том, что они обжигаются двухкратно: первый обжиг предназначен для придания изделиям прочности и удаления газов из карбонатных примесей в сырье. Второй обжиг производится после глазурования. Он призван закрепить глазурное покрытие на керамической основе и придать блеск покрытию, повысить водостойкость и гигиеничность плиток. Глазурь наносится на плитки движущимися форсунками за два прохода. Распыление глазури производится под действием сжатого воздуха, поступающего в форсунки под давлением 0,2…0,3 МПа. Возможен и третий обжиг для плиток с надглазурным узором.

Производство плиток может быть осуществлено также методом литья по технологии, изложенной для фасадной ковровой мозаики. Для обжига облицовочных плиток, изготовленных методом литья, помимо роликовых печей применяются печи с шагающим подом. Плитки обжигаются при температуре 1050°С в течение 30…45 мин. После обжига плитки наклеивают на бумагу в виде ковриков. Толщина плиток 3 мм, что позволяет экономить массу.

Плитки для полов.Форма и размеры этих плиток должны соответствовать ГОСТ 6787-90 [13]. Они даны на рис. 7.3. Допускаемые отклонения не должны превышать: по длине граней ±3 мм, по толщине плиток +1… –2 мм.

По виду лицевой поверхности плитки могут быть шероховатыми и тисненными, а по цвету – одно- и многоцветными(порфировидные и узорчатые). Цвет плиток и тон их окраски устанавливаются по утвержденным эталонам. По виду лицевой поверхности керамические плитки для полов подразделяются на I, II и III сорта. Тыльная сторона плиток должна иметь рифленую поверхность для обеспечения надежного сцепления с цементным раствором. Плитки должны иметь правильную форму, четкие грани и углы без выпуклостей, выбоин, трещин, зазубрин и щербин на кромках лицевой поверхности. Косоугольность допускается не более 0,5 мм.

Рис. 6.4 Плитки для полов: а – квадратная; б – прямоугольная (половина квадратной); в – треугольная; г – шестигранная; д – четырехгранная (половина шестигранной); е – пятигранная (половина шестигранной); ж – восьмигранная

Черепок плиток должен быть плотным, хорошо спекшимся. Потери массы при истирании плиток для полов не должны превышать 0,10 г/см²для помещений с повышенной истираемостью полов и 0,25 г/см²для прочих помещений. Водопоглощение плиток для полов в высушенном до постоянной массы состоянии не должно превышать 4% от их массы. Плитки предназначены: для устройства полов в помещениях, требующих повышенной чистоты в жилых, общественных и промышленных зданиях; для полов, подвергающихся значительным истирающим и химическим воздействиям; в санитарно-технических узлах, а также в помещениях с повышенной влажностью. Ими нельзя облицовывать полы жилых помещений, так как они холодные.

Технология изготовленияплиток для полов проще, чем плиток для стен.

Основным сырьем для производства этих плиток служат светложгущиеся (часов-ярская, никифоровская, николаевская, кудиновская и др.) тугоплавкие и огнеупорные глины, обладающие средней и повышенной пластичностью, хорошей связующей способностью и достаточным интервалом спекания. В качестве отощителя используется тонкомолотый шамот, кварцевый песок. Иногда отощающие добавки в плитки для полов не вводят, так как они повышают пористость и водопоглощение. Можно в шихту вводить в качестве плавней полевые шпаты, нефелиновый сиенит, пегматит (15…20%) для снижения температуры обжига. Для получения цветных плиток к беложгущимся глинам добавляют керамические не выгорающие красители – в высушенном до постоянной массы состоянии хромистый или бурый железняк, окись хрома, пиролюзит, кобальтовую фритту и др. Однако на территории нашей страны имеются такие месторождения глин, в которых содержатся все необходимые компоненты сырьевой смеси, пригодной для производства плиток для пола. Температура их спекания нахо­дится в пределах 1150…1250°, а огнеупорность – 1600…1700°С. Следует избегать применения глин, содержащих вредные примеси, особенно такие, как пирит (FeS₂), дающий «мушки» – черные точки на поверхности плиток. Интервал спекания глин должен быть не менее 80—100°С. Производство плиток осуществляют из массы, подготовленной полусухим, пластическим или шликерным способами.

Пластический способподготовки массы используется при применении чистых высокопластичных трудно фильтрующихся глин без введения добавок. Из глины после предварительного измельчения на стругаче и обработки на бегунах мокрого помола на ленточном прессе формуют валюшки, которые затем высушивают до влажности 7…9%. Затем их дробят на бегунах или дезинтеграторах, очищают магнитным сепаратором от металлических включений, просеивают и загружают в бункер, где пресс-порошок хранится в течение 10-28 чи усредняется по влажности перед прессованием. Прессование осуществляется на коленорычажных прессах, КРКп-1, гидравлических и др. Предел прочности при изгибе свежесформованной плитки должен быть не менее 1,2—1,4 МПа.

Шликерный способ подготовки массы с распылительными сушилками обеспечивает получение однотонного цвета плиток и повышает их качество. Он аналогичен производству плиток для внутренней облицовки стен.

Сушка плиток производится в ленточных сушилах с радиационным, радиационно-конвективным, инфракрасным и электрическим обогревом. Применение сушил этого типа обеспечивает быструю сушку с меньшими энергозатратами. Но они менее производительны.

Обжиг плиток для полов осуществляется однократно в таких же печах, как и для стен, но при более высоких температурах для обеспечения практически полного спекания. Глазурованные плитки обжигают двухкратно. Это позволяет повысить декоративные качества и водостойкость.

Фасадные облицовочные плиты и плиткиизготовляются глазурованными и неглазурованными. Плиты имеют размеры более 300 мм.

В зависимости от конструкции, способов изготовления и крепления плиты подразделяются на закладные, устанавливаемые одновременно с кладкой стен, и прислонные, устанавливаемые на растворе после возведения и осадки стен. Толщина стенок не менее 15 мм. По назначению они подразделяются на: а) предназначенные для облицовки плоских поверхностей стен; б)для облицовки наружных углов, откосов, проемов, углов пилястр; в) перемычечные – для облицовки перемычек над окнами и дверными проемами; г) прокладочные – для перевязки с рядовыми плитами. Ассортимент, размеры фасадных плит, требования к ним должны соответствовать ГОСТ 13996-93 [16]. Длина их находится в пределах от 290 до 494, высота – от 215 до 290 и толщина – от 35 до 65 мм. Допускаемые отклонения от размеров плит по длине ±5 мм,по высоте и толщине ±3 мм. Косоугольность и коробление поверхности не должны быть более ± 3 мм. Лицевая поверхность у плит может быть гладкой или рельефной: рустованной, профилированной и т. п. Обычно они не глазуруются. На поверхности не должно быть вмятин, выцветов и пятен, видимых с расстояния 10 м. По прочности при сжатии и изгибе плиты изго­товляют следующие виды марок: при пластическом прессовании – 150, при полусухом – 100 и 75. Требование к морозостойкости по договоренности завода-поставщика и потребителя может быть повышено на 35…50 циклов. Плиты керамические фасадные предназначены для облицовки фасадов зданий одновременно с кладкой стен из мелкоштучных изделий.

Сырьем для изготовления плит являются беложгущиеся или цветные глины с добавлением шамота, а иногда и красителей. Подготовку массы производят по полусухому способу: грубое измельчение, сушка, тонкий помол, просев, смешение сухой массы, смешение с увлажнением массы. Такая подготовка позволяет более тщательно измельчить глину, исключить возможность образования «дутика», повысить качество глины.

Формование изделий производится пластическим и полусухим прессованием, затем – сушка и обжиг, как правило, в туннельных печах. Водопоглощение после обжига должно быть в пределах 6..12%, поэтому температура обжига – 1100…1200°С в зависимости от огнеупорности глины.

Ковровая керамика. Этот вид фасадной облицовочной керамики, глазурованной и неглазурованной, представляет собой мелкоразмерные тонкостенные плитки различного цвета, наклеиваемые на бумажную основу для применения в виде ковров. Размеры и свойства этих плиток, а также требования к ним не рекомендованы ГОСТами. Водопоглощение плиток должно быть от 6 до 12%, морозостойкость не менее 25 циклов, масса 1м² – 6…8 кг. Лицевая поверхность должна быть гладкой, трещины и расслоения не допускаются; зазубрины и щербины на кромках лицевой поверхности допускаются в количестве не более двух штук длиной до 2 мми глубиной до 1 мм;«мушки», пузырьки и выплавки допускаются только отдельные, редко разбросанные диаметром до 1,5 мм,видимые на расстоянии не более 1,5 м,цветные переливы глазурованных плиток допускаются; стрела прогиба плиток должна быть не более 0,5 мм.

Ковровая мозаика предназначена для облицовки крупных блоков и панелей, стен вестибюлей и лестничных клеток жилых и общественных зданий. Она расширяет архитектурно-художественные качества облицовки.

Исходными материалами для изготовления ковровой мозаики являются тугоплавкие и огнеупорные глины. Они должны быть пластичными, с невысокой чувствительностью к сушке и не засоренные посторонними включениями. Плитки светлой окраски изготовляют из часов-ярской или дружковской глины, желтого цвета – из николаевской, красного – из никифоровской и т. п. В большинстве случаев при изготовлении плиток ковровой мозаики в керамическую массу отощитель не вводится, а если имеется в этом необходимость, то в небольшом количестве вводят шамот. При изготовлении цветных плиток в массу добавляют тонко измельченные минеральные красители в виде шликеров. Изделия изготовляют методом полусухого прессования по следующей технологии: глину сушат в сушильном барабане, измельчают в дезинтегра­торе, роторных, молотковых, центробежных и других мельницах, просеива­ют через сито с отверстием в 1 мм. Полученный порошок должен иметь влажность 6… 9%. Он должен вылежаться в течение суток в силосах. После вылеживания из полученной массы на коленорычажных или гидравлических прессах в многогнездных формах прессуют плитки под давлением до 25 МПа.

Сушка и обжиг плиток производятся в капселях преимущественно в туннельных сушилках и печах. Наряду с этим используются и конвейерные сушилки. Изделия перемещаются на ленточных или люлечных конвейерах непрерывно и с постоянной и регулируемой скоростью. Влажность после сушки должна быть не более 2%. Затем изделие обжигают. Для политого обжига используются многоканальные печи с однорядной укладкой на керамические подставки. Длительность политого обжига 3…12 ч. После обжига плитки с помощью мучного клейстера или синтетического водосмываемого клея наклеивают по шаблону на специальную оберточную, так называемую крафт-бумагу, придавая полученному ковру какой-либо рисунок или без рисунка. Потребителю выдают изделия, высушенные до влажности 0,5—1% [17].

Тема 8. КЕРАМЗИТ

Материалы керамзитовой структуры – это новая группа керамических строительных материалов. При производстве других изделий в обжиге достигают плотного спекания керамики, повышающего прочность, а керамзит получают вспучиванием при обжиге глиняной массы для повышения пористости. Вспучивание – это увеличение материала в объеме за счет образования внутренних, чаще замкнутых, пор. На изломе вспученный материал имеет структуру застывшей пены. Керамзит разделяют на: гравий, щебень, песок и изделия на их основе. Наибольшее развитие получило производство керамзитового гравия, который обычно именуется просто керамзитом. Керамзитовый гравий был запатентован Стефаном Хейдом (США, 1918 г.) и известен за рубежом под названием хайдита. В СССР опытные работы по его получению были начаты в 20-х годах XIX в. Е.В. Костырко, а в послевоенные годы продолжены С. П. Онацким [33]. Опытное производство керамзита было организовано в нашей стране в 1939 г., но промышленное производство начато в 1950-х годах, в 1965 г. было выпущено 6,3, а в 1970 г. – 13 млн м³.

Керамзитовый гравий применяется как заполнитель легких бетонов, имеющий более высокие теплозащитные свойства, что дает возможность уменьшить толщину и массу наружных стен, а это ведет к снижению потерь тепла в окружающую среду и индустриализации строительства. Каждые 10% уменьшения массы конструкции снижают ее стоимость на 3%. Таким образом, переход от тяжелых бетонов с плотностью до 2400 кг/м³к легким бетонам плотностью 1200…1400 кг/м³(до 1800 кг/м³) является существенным источником снижения себестоимости строительства. Этим объясняется большой объем выпуска и применения керамзита в нашей стране. В нашей области керамзит и на его основе – керамзитобетонные стеновые панели, более легкие и теплоизоляционные, чем шлакопемзовые, выпускает Елецкий керамзитовый комбинат. Недостаток керамзита – повышенные энергозатраты на обжиг и насыпная плотность (до 800 кг/м³). Поэтому ведутся работы по производству трепельного гравия, имеющего насыпную плотность 300…400 кг/м³. Запасы трепельных глин имеются в нашей и в Тамбовской области. Применение такого гравия позволит получать бетоны с плотностью не выше 900 кг/м³ и выйти на мировой уровень по теплоизоляции ограждающих конструкций.

Свойства керамзита регламентированы ГОСТ9579-90 [12]. Основными являются плотность зерен, насыпная плотность, коэффициент формы, морозостойкость, прочность. Плотность зерен (в куске), кг/м³, определяют по отношению массы высушенного при 110°С образца к его объему вместе с порами и пустотами. По насыпной плотности по ГОСТ 9579-90 различают 12 марок керамзита, а по прочности – два класса (таблица 8.1).

Таблица 8.1. Свойства керамзита

Показателем прочности керамзита является сопротивление сжатию порции керамзита, насыпанной в стальной цилиндр, при сдавливании ее поршнем на глубину 20 мм.По размерам зерен различают три фракции: 5…10, 10…20 и 20…40 мм. Керамзит с крупностью зерен менее 5 ммотносится к керамзитовому песку. Марка по морозостойкости керамзита должна быть не ниже F15 с потерей массы не более 8%. Потеря массы после 4-часового кипячения не должна превышать 5%, а отпускная влажность не должна составлять более 20 %. Большое влияние на качество керамзита как заполнителя бетона оказывает коэффициент формы зерен, т. е. отношение максимального размера зерна к минимальному. По ГОСТ она должна быть не более 1,5. Содержание в гравии расколотых зерен не должно превышать по массе 15%. Методы испытаний ке­рамзитового гравия регламентированы ГОСТ 9758. Большое значение имеет однородность свойств керамзита. От­дельные чрезмерно легкие и наименее прочные зерна в партии керамзита, не уменьшая существенно его плотности, могут явиться в бетоне начальными очагами разрушения. Тяжелые зерна, не увеличивая общую прочность бетона, обра­зуют «мостики холода», ухудшая его теплозащитные свойства. Качество готовой продукции на предприятии оценивают по коэффициенту однородности керамзита. Основы теории вспучивания глин изучают закономерности процесса вспучивания глиняных гранул. Они состоят в следующем. Во время нагревания глиняной гранулы (рис. 8.1) при достижении определенной температуры глиняная оболочка поры начнет размягчаться, спекаться, затем она уплотняется и становится газонепроницаемой, переходит в пиропластическое состояниие, т. е. становится способной к пластическим деформациям без разрыва сплошности. Если в этот момент внутри шарика начнут выделяться газы, то, не имея выхода через обо­лочку, они будут создавать во внутренней полости шарика избыточное давление, под действием которого размягченная оболочка будет расширяться. Так происходит вспучивание элементарной ячейки глины, которое приводит к вспучиванию гранулы. Следует учитывать и неравномерность прогрева: на поверхности нагрев происходит быстрее, чем в центре. Поэтому поверхность гранулы еще до того, как вся ее масса приобретет пиропластическое состояние, покрывается плотной спекшейся газонепроницаемой оболочкой, предотвращающей утечку газов из гранулы. Условием, обеспечивающим вспучивание глин при нагревании, является совмещение во времени пиропластического состояния глины с интенсивным газовыделением внутри гранул. Но каждый из этих факторов в отдельности не обеспечивает процесса вспучивания, необходимо, чтобы они действовали одновременно. Если же в этом температурном интервале интенсивность газовыделения опережает

Рис. 8.1. Интервал вспучивания глин

фильтрацию газов через поры гранулы, то внутреннее избыточное давление разрывает гранулу, так как, будучи в хрупком состоянии, она не способна к пластическим деформациям. Таким образом, глина, в которой по времени совпадает хрупкое состояние с интенсивным газовыделением, вспучиться не может. Не произойдет вспучивания и в том случае, если максимум газовыделения сдвигается в область слишком высоких температур. Тогда глина становится вязко-текучей с малой прочностью перегородок пор. Газы в порах под избыточным давлением разрывают их стенки и удаляются, не производя работы вспучивания. Опти­мальные условия для вспучивания достигаются, когда максимум интен­сивности газовыделения находится в температурном интервале размягчения глины. Для осуществления вспучивания глины она должна обладать газотворной способностью, иметь пиропластическое состояние, и эти факторы должны совпадать по времени. Изучение этих факторов и условий их совместного действия составляет теорию вспучивания глины.

Факторы газотворной способности глины в настоящее время имеют два вида толкований. По первому источники газотворной способности глины – это реакции разложения и восстановления оксидов железа при их взаимодействии с органическими примесями или добавками в глине [33, 36]:

6Fe₂O₃ = 4Fe₃O₄ + O₂;

2Fe₃O₄ = 6FeO + О₂;

Fe₂O₃ + С =2FeO + СО;

Fe₂O₃ + СО = 2FeO + СО₂.

Этот взгляд подтверждается тем, что глины, содержащие значительное количество железистых и органических примесей, хорошо вспучиваются. Добавка в глину железистых примесей (например, пиритных огарков), а также органических веществ (уголь, соляровое масло, мазут, торф) увеличивает вспучиваемость глины. Однако указанные восстановительные реакции развиваются при температурах 750…900°С, которые существенно ниже темпе­ратур спекания глин (1150…1250°С), и протекают с очень большой скоростью [32]. При этом иногда вспучиваются глины, и не содержащие железистых примесей. Поэтому по второй гипотезе считается, что газообразная фаза при обжиге глин образуется за счет дегидратации слюдистых минералов, которые присутствуют в глинах в качестве примесей и распадаются, выделяя водяные пары при температурах, близких к температуре вспучивания глин. Железистым оксидам в этой гипотезе отводится вспомогательная роль – их присутствие облегчает и ускоряет распад слюдистых минералов.

Истина, скорее всего, находится на стыке двух гипотез, поскольку ни одна из них не учитывает влияние фактора времени и интенсивности теп­лообмена. В образовании газов, совершающих работу вспучивания, участвуют оба фактора. Благодаря наличию в толще обжигаемой гранулы температурного перепада спекшаяся газонепроницаемая наружная оболочка может возникнуть на ее поверхности прежде, чем центр гранулы прогреется до температуры начала восстановительных реакций. А когда центр гранулы прогреется до этой температуры, пары и газы восстановительных реакций, не имея выхода наружу, накапливаются в порах гранулы и вспучивают ее [36].

Факторами пиропластического состояния являются температура и интервал вспучивания, вязкость расплава и коэффициент вспучивания.

Пиропластическое состояние глины наступает при накоплении в ней достаточного количества жидкой фазы – силикатного расплава. Интенсивность этого накопления зависит от химического состава: она возрастает с увеличением содержания щелочей в глине и резко убывает с ростом количества свободного кварца. В связи с этим при химическом анализе глин для производства керамзита нужно фиксировать содержание свободных кремнезема и железа, которые обусловливают более растянутый интервал спекания глины и, как следствие, повышение ее вспучиваемости.

На этот процесс влияет и вид газовой среды: восстановительная среда резко интенсифицирует процесс. Это связано с переводом Fe₂O₃ в FeO в такой среде по приведенным выше реакциям. Важно иметь в виду, что процесс восстановления окисного железа в закисное сопровождается повышением молекулярной концентрации реагирующих оксидов: из одной молекулы Fe₂O₃ образуется 2FeO, и это интенсифицирует процесс перехода глины из хрупкого в пиропластическое состояние. Наиболее интенсивно он протекает в присутствии органических веществ. В глинах атомы железа могут входить в состав гидроокисей и в кристаллические решетки глинистых минералов. Влияние их на вспучиваемость глины не одинаково: наиболее благоприятно влияют оксиды, входящие в состав гидроокисей [33].

Интервал вспучивания – это разность между предельной температурой нагрева глины t_пли тем­пературой начала вспучивания глины t_всп:

t = t_пл – t_всп.(8.1)

Температурой начала вспучивания считают температуру, при которой плотность зерен гранул равна 0,95 г/см³. Предельной температурой обжига керамзита называют температуру начала оплавления поверхности гранул [32]. Интервал вспучивания глин для керамзита должен быть не менее 50°. Оптимальной для вспучивания является температура, при которой вязкость глины понижается до h = (5…8)·10⁷пз. Температуре начала вспучивания соответствует вязкость h = 10⁹ пз.

Коэффициент вспучивания – это отношение объема вспученной гранулы к ее объему после сушки (до вспучивания). Его можно подсчитать по формуле:

К_всп = [р_з^г (1 – 0,01П_п) / р_з^к], (8.2)

где р_з^г и р₃^к – плотность зерен сухой гранулы и керамзита, г/см³; П_п – потери при прокаливании (п.п.п.), %.

На вспучиваемость глин влияет минералогический состав: наихудшей вспучиваемостью обладают каолинитовые глины; гидрослюдистые глины вспучиваются лучше, чем монтмориллонитовые, хотя бывает и наоборот.

Коэффициент выхода – это насыпной объем керамзитового гравия, полученного из 1 м³сухих глиняных гранул. Он определяется по формуле:

К_вых= [р₀^г (1 – 0,01П_п) / р₀^к], (8.3)

где р₀^г и р₀^к - насыпные плотности сухих и вспученных глиняных гранул, г/см³.

Связь между коэффициентами вспучивания и выхода определяется:

К_вых = { К_всп (1 – 0,01П_п) [(100 – V_п^к) / (100 – V_п^г) · К_ндК_но] )}, (8.4)

где V_п^к и V_п^г— объем межзерновых пустот соответственно глиняных гранул и керамзита, %; К_нд — коэффициент неоднородности диаметра гранул, т. е. отношение насыпной массы смеси всех фракций керамзита к таковой для фракции 20…40 мм; К_нд= 1,2…1,3; К_но— коэффициент неравномерности обжига, учитывающий изменение из-за этого плотности керамзита; К_но=1,35.

Анализ формулы (8.4) показывает, что коэффициент выхода всегда ниже коэффициента вспучивания, поэтому насыпную плотность керамзита в производственных условиях оценивают по коэффициенту вспучивания.

Добавки в глину в производстве керамзитавводятся в слабовспучивающиеся глины в количествах, мас.%: пыль железной руды или пиритных огарков – 2…4, глина охристая или огнеупорная – 10…20, опилки – 2...4, каменный уголь (молотый) – 1…2, торф или ССБ – 2…4, масло соляровое или мазут – 1…3. Огнеупорная глина расширяет интервал вспучивания, опилки и ССБ повышают трещиностойкость гранул, остальные повышают вспучиваемость.

Технология производства керамзитового гравия состоит из карьерных работ, обработки глины, формования и сушки гранул, обжига, охлаждения и сортировки керамзита. Карьерные работы в производстве керамзита не имеют особой специфики, но усреднение состава глины вылеживанием важнее, чем для стеновой керамики.

По способу обработки глины и формования гранул различают три способа производства керамзита: сухой, пластический и шликерный.

При сухом способе глиняные гранулы не формуются, а образуются при дроблении с рассевом карьерной глины. По этому способу получают керамзит из камнеподобных, сланцевых, хрупких глин, трудно размокающих в воде. При дроблении такие глины дают крошку с небольшим выходом мелочи – до 15%. Если глины обладают спайностью и при дроблении много плоских зерен, то для производства керамзита они непригодны, так как они практически не вспучиваются. Кроме того, такие глины не должны содержать включений известняка, ибо при этом способе удалить их невозможно. Типичная для сухого способа схема подготовки гранул такова: сушка ® дробление ® рассев ® ®обжиг ® охлаждение ® складирование.

Гранулы подсушивают лишь при карьерной влажности глины более 8%. При рассеве дробленой глины ее надо разделять на фракции и каждую фракцию обжигать в отдельной печи, так как чем она мельче, тем ниже должна быть температура обжига во избежание пережога. Сухой способ наиболее экономичен по капитальным, энерго- и эксплуатационным затратам. Возможность приме­нения сухого способа ограничена, так как месторождения камнеподобных высоковспучивающихся глин встречаются редко, а повышать их вспучиваемость введением добавок невозможно.

По пластическому способу гранулы формуют из пластичной глиняной массы. Его целесообразно применять для глин с рыхлой и плотной структурой, намокающих в воде, когда их карьерная влажность ниже нормальной формовочной влажности. Со­держание каменистых включений в глине не должно превышать 10%, а включения известняка должны быть не крупнее 1 мм. Схема подготовки гранул при этом способе такова: дезинтеграторные вальцы ® двухвальная глиномялка ® формующие дырчатые вальцы ® сушильный барабан ® вращающаяся печь ® склад.

На многих действующих заводах установлены только дырча­тые вальцы, которые одновременно являются и перерабатываю­щими, и формующими. Однако практика показала, что в этом случае гранулы получаются недостаточно плотными, что снижает их прочность. Можно применять в каче­стве формовочной машины ленточный пресс, но в этом случае при наличии в глине включений перфорированная решетка пресса часто засоряется. Дырчатые вальцы являются машиной более компактной и легкой: их можно монтировать на этажерках и перекрытиях, а для ленточных прессов необходим массивный фундамент. Недостатки дырчатых вальцов – длину гранул невозможно регулировать, гранулы имеют большой коэффициент формы, понижающий прочность керамзита. Ленточные прессы дают возможность получать гранулы заданной длины, т. е. регулировать коэффициент формы керамзита. Однако ГОСТ 9579 не регламентирует величину этого коэффициента, и многие предприятия продолжают формовать гранулы на дырчатых вальцах.

Иногда происходит повышенная вспучиваемость гранул при их загрузке в печь непосредственно с формовочной машины без предварительной сушки. Но такая технология применима только при высокой вспучиваемости и трещиностойкости глин в сушке. При этом если гранулы в печи и разрушатся, то их осколки все равно вспучиваются, давая легкий керамзит. Осколки гранул из средне- и слабовспучивающихся глин почти не вспучиваются и утяжеляют керамзит. Отсутствие предварительной сушки гранул неудобно еще и потому, что формовочное отделение должно работать в три смены, а перебои в работе формовочного оборудования сразу вызывают нарушения в работе печи.

Пластический способ является более сложным и дорогим, чем сухой, но зато допускает использование глин более распространенных и загрязненных.

Шликерный способ применяется, если карьерная влажность глины выше формовочной и при необходимости введения в состав массы добавок, а также для глин, трудно перерабатываемых пластическим способом. В этом случае применяют больше перерабатывающих машин или совмещают роспуск глины в воде с мокрым помолом в шаровых мельницах. Для ускорения помола и снижения влажности шликера вводят электролиты: соду и жидкое стекло. Добавки, повышающие вспучиваемость и пластичность глин, равномерно распределяются в шликере и улучшают свойства керамзита. После помола шликер хранится в глиноболтушках с пропеллерными мешалками с числом оборотов 5,5 в минуту для предотвращения его оседания. Для этого можно применять и барботаж воздуха под давлением через центральную перфорированную трубку. Преимуществами этого способа являются: устранение формования гранул (они формуются из шликера при вращении), размораживания (оно происходит в воде при помоле), вредного влияния каменистых и карбонатных включений (они размалываются). Керамзит получается более легким и теплоизоляционным. Недостатки: увеличение энергозатрат на сушку и снижение на 30% производительности печей. Керамзит получается мелкозернистым.

Режим нагрева глинытакже влияет на вспучиваемость, так как он создает определенную интенсивность теплообмена [26]. Перепад температур, возникающий в грануле, зависит от интенсивности теплообмена и оказывает решающее влияние на вспучиваемость глины. Если перепады температур внутри гранулы очень малы, вспучивания не происходит, так как при газовыделении оболочка остается по­ристой, и газы свободно покидают грану­лу, не вспучивая ее. Только при оптимальной интенсивности теплообмена, когда температуры поверхности и центра гранулы совпадают, гранула вспучивается. В момент начала газовыделения оболочка является уже спекшейся и не пропускает газы, которые вспучивают гранулу. Таким образом, варьируя интенсивность теплообмена, можно повышать вспучиваемость глины.

Производство керамзитового песка.Его получают дроблением керамзитового гравия с последующим рассевом.

Более дешевым и качественным является керамзитовый песок, по­лученный в печах кипящего слоя. Его зерна имеют такую же структуру, как и гранулы керамзитового гравия: снаружи они покрыты спекшейся плотной оболочкой, а внутри пористые. Рекомендуемый зерновой состав песка дан в таблице 8.2.

Таблица 8.2. Зерновой состав керамзитового песка

Насыпная плотность песка – 600…700 кг/м³, прочность при сдавливании в цилиндре – 6,5…7,0 МПа. На рис. 8.2 приведена схема технологического процесса по­лучения керамзитового песка в печах кипящего слоя.

Глину подают в ящичный подаватель 1, из которого она поступает в вальцы грубого помола 2. Дробленую глину направляют в су­шильный барабан 3, где она подсушивается до влажно­сти 7…9% и одновременно измельчается подвешенными в нем цепями. Подсушенную и измельченную глину подвергают про­севу на грохоте 4. «Проход» через сито направляют в расход­ный бункер 5, а «отказ» возвращают в сушильный барабан для досушки и домола. Иногда в глину добавляют уголь, ко­торый хранится в расходном бункере 6. Глину и уголь тарель­чатыми питателями 7 подают в печь термоподготов­ки 8. Здесь она подогревается и самотеком попадает в реактор обжига (вспучивания) 9. Сюда через нижнюю (подовую) решет­ку поступают горячие газы из мазутной или газовой топки. Вспученный керамзитовый песок самотеком направляется в хо­лодильник 10, также работающий по принципу кипящего слоя.

Рис. 8.2. Схема получения керамзитового песка в печах кипящего слоя

Тяга в реакторах обеспечивается воздуходувкой, создающей разрежение. Охлажденный песок через пересыпное устройство 11 пневмотранспортом подают в расходный бункер 12. Мощность таких установок достигает 100 тыс. м³керамзитового песка в год.