Строительный гипс получают с применением варочных котлов, вращающихся печей и установок совмещенного помола и обжига. Наиболее распространено производство строительного гипса с применением варочных котлов.
Полная технологическая схема производства строительного гипса в гипсоварочных котлах представлена на рис. 3.2. Гипсовый камень доставляют обычно с карьеров в кусках размером от 300 до 500 мм, дробят в щековых и молотковых дробилках, а затем размалывают с одновременной сушкой в шахтных мельницах.
Источником теплоты для сушки в большинстве случаев являются отработанные дымовые газы с температурой 100—500°С. Непрерывно поступая под ротор мельницы, они уносят с собой продукт помола в шахту над мельницей, где он подсушивается. При этом имеет место саморегулирование процесса — более крупные частицы выпадают из газового потока и снова поступают в мельницу, где подвергаются повторному измельчению, а мелкие частицы уносятся дымовыми газами в пылеулавливающие устройства.
Тонкомолотый гипс поступает для тепловой обработки в гип-соварочный котел. Широко распространено производство гипса в варочных котлах периодического действия большой емкости (12—15 м3). Гипсоварочный котел представляет собой цилиндр с вогнутым внутрь сферическим днищем, изготовленный из жароупорной стали и обмурованный кирпичной кладкой. Под котлом расположена топка, сводом которой служит днище котла. Внутри котла попарно друг над другом расположены четыре жаровые металлические трубы. Продукты сгорания топлива омывают днище котла, затем, проходя по кольцевым каналам, обогревают его боковые стенки. Далее газы попадают в жаровые трубы, нагревают их, а сами охлажденными удаляются через дымовую трубу. Это обеспечивает равномерный обогрев материала и полное использование теплоты дымовыми газами. Внутри котла расположено перемешивающее устройство — вертикальный вал с прикрепленными к нему верхней и нижней мешалками.
Продолжительность дегидратации гипсового камня в гипсоварочных котлах зависит от емкости котла, тонкости измельчения сырья и т.д. В среднем она колеблется от 50 мин до 2,5 ч. В первый период температура материала поднимается примерно до 120°С, а затем, несмотря на поступление теплоты, температура материала длительное время остается постоянной. Это соответствует периоду выделения из гипса кристаллизационной воды и превращения ее в пар — наблюдается бурное кипение материала, что требует значительных затрат теплоты. Постепенное повышение температуры в конце варки свидетельствует о том, что в массе порошка становится все меньше частиц двуводного гипса, и теплота начинает расходоваться не только на дегидратацию, но и на нагрев материала. Превышение температуры 120°С недопустимо, так как в этом случае начинают изменяться свойства гипсового вяжущего за счет развития процесса дегидратации, и это может привести к второму кипению.
По окончании варки материал выгружают в бункер выдерживания для постепенного охлаждения и выравнивания состава, где он находится 20—30 мин. Выравнивание состава продукта снижает его водопотребность и обеспечивает более высокие прочностные свойства.
Posts Tagged ‘газ’
Производство строительного гипса
Суббота, сентября 19, 2009Структура и технологические свойства сырьевых шихт
Суббота, сентября 19, 2009Сырьевые шихты получают в виде сухих порошков, пластичных масс или жидких суспензий (шламов или шликеров). При значительном разнообразии их химического состава и количества присутствующей жидкой фазы сырьевые шихты имеют ряд общих признаков, определяющих в свою очередь общность их свойств и поведения в ходе дальнейшей переработки. Все они тонкодисперсные системы, близкие к коллоидным — термодинамически активным агрегативно неустойчивые, способные к саморегулированию свойств и чувствительные к внешнему воздействию. Эти системы обладают высокой поверхностной энергией.
По законам термодинамики
F= ст • 5-> min,
где F— величина силы, действующей на межфазной границе, ст — удельное поверхностное натяжение на границе фаз, S— величина межфазной поверхности.
В системе «твердое вещество — газовая фаза» <т практически не меняется, остается один путь S-+ min, а это возможно за счет укрупнения размера частиц, агломерации их в более крупные агрегаты. Поэтому все сырьевые шихты склонны к структурообразо-ванию и обладают определенной структурой.
Сырьевые цементные шламы и глиняные шликера — полидисперсные и полиминеральные суспензии, в которых твердая фаза представлена частичками известняка, глины, кварца и других минералов, а жидкая — водой (иногда раствором электролитов — для глиняных шликеров). Размер твердых частиц колеблется в широких пределах — от тысяч нанометров до сотен микрометров и более. Крупные фракции представлены в основном непластичными минералами (кварцем, известняком, полевым шпатом), а мелкие — глинистыми минералами, аморфной кремнекислотой, гадроксидами железа, алюминия.
Структура шламов и шликеров представляется в виде пространственной сетки — каркаса, образованной молекулярным сцеплением друг с другом атомов, ионов, молекул коллоидных и дисперсных частиц. Такая система способна после разрыва связей под действием внешней приложенной силы снова восстанавливать свою структуру. Это свойство называется тиксотропностью и объясняется оно тем, что шлам структурирован. Частицы, образующие такие структуры, связаны между собой слабыми ван-дер-ваальсовыми силами через тонкие прослойки жидкой среды, которые дают возможность восстанавливать контакты в результате благоприятных соударений при броуновском движении. Такая структура, с одной стороны, обеспечивает текучесть шламов и шликеров, возможность их перемешивания (гомогенизации), а с другой — предотвращает расслаивание, способствует обеспечению их гомогенности.
Шламы и шликера имеют мицеллярное строение. Можно выделить три типа находящейся в них воды:
• прочно связанная в сольватных оболочках минеральных частиц, когда диполи воды имеют определенную устойчивую ориентацию, а толщина оболочек составляет сотни нм;
• вода, входящая в рыхлосвязанный диффузионный слой, находящийся за сольватной оболочкой, в которой степень упорядоченности диполей воды уже существенно ниже. При этом степень ориентации обратно пропорциональна расстоянию от этой поверхности;
• свободная вода — это вода, находящаяся в пространстве между частицами и не входящая ни в сольватный, ни в диффузионный слой.
В состояния покоя большинство гидратированых частиц шлама (шликера) имеет поверхности контакта, что делает систему структурированной и вязкой. Если на систему воздействовать механическим путем, то диффузные оболочки в мицеллах сжимаются за счет перевода части воды из диффузной области в разряд свободной, располагающейся в прослойках. Эти прослойки позволяют агрегатам скользить по поверхности подобных себе частиц, при этом текучесть повышается. Таким образом, для разрушения структуры шлама или шликера и увеличения его текучести требуется его интенсивная механическая обработка.
Циркуляционные аппараты
Суббота, сентября 19, 2009Циркуляционные аппараты по сравнению с проходными более компактны и экономичны. Объем сушильного агента в них может быть существенно ниже, а температура его повышена до 600—650°С. Сушка материалов производится путем подачи горячих газов в мельницу и сепаратор или только в сепаратор. При этом питание мельницы иногда осуществляется через сепаратор. Такие сепараторы используют также для классификации материалов, не требующих сушки, в частности, ими оборудуются цементные мельницы.
Воздушная сепарация позволяет повысить производительность помольного агрегата на 25—50 % за счет своевременного удаления готового продукта и снизить удельные затраты энергии на 10—20%, причем тем больше, чем выше тонкость помола.
Крупность материала, подвергаемого гидравлической классификации, в основном не превышает 5 мм. Гидравлическая классификация позволяет фракционировать сравнительно грубодис-персные смеси (например, песок) и отделять некондиционные грубые частицы в наиболее тонкодисперсных шламах и шликерах.
Для выделения в песках фракций с размером менее 0,15 мм и обезвоживания их до транспортабельного состояния используют механические классификаторы. Их принцип действия основан на различной скорости падения частиц в горизонтальном потоке пульпы. В наклонном корыте находится перемешивающее устройство, перемещающее песок вверх. Более мелкие зерна взмучиваются и смываются водой в нижнюю часть корыта.
Для классификации цементных шламов широкое применение нашли дуговые грохоты (рис. 2.11), имеющие вогнутую рабочую поверхность просева. Шлам поступает на сито по касательной под напором 0,15—0,17 МПа и движется с большой скоростью, что обеспечивает интенсивность классификации. Дуговой грохот отличается высокой удельной производительностью, отсутствием движущихся частей. На современном этапе это наиболее совершенный аппарат для классификации шламов, обладающий самой высокой точностью разделения.
Классификация измельченных материалов
Суббота, сентября 19, 2009Классификация — разделение твердых зернистых материалов на фракции ( классы ) по крупности кусков и зерен. Эта операция, с одной стороны, снижает расход энергии на измельчение, а с другой, позволяет получить продукт заданной дисперсности, не содержащий некондиционных фракций. Особенно велика значимость классификации в керамической технологии, где многие изделия получают на основе многофракционных сырьевых смесей со строго определенным соотношением размеров зерен.
Существует два основных вида классификации: механическая (разделение на ситах ) и гидравлическая, основанная на различной скорости осаждения зерен разной крупности в водной или воздушной средах.
Процесс разделения сыпучих материалов на классы по крупности путем просеивания через сита называется грохочением. Грохочение производится на грохотах, рабочий элемент которых — колосниковая решетка, состоящая из отдельных колосников, листовая штампованная решетка (при отверстиях более 3 мм) либо проволочное сито (отверстия менее 3 мм). Материал, подлежащий классификации, перемещается по поверхности решета. Если необходимо получить несколько фракций материала, он последовательно пропускается через набор сит.
При рассеве на каждом сите образуются два продукта: верхний (не прошедший через сито) и нижний (прошедший через сито).
Существует три основных схемы рассева: 1) с последовательным выделением фракций от крупных к мелким; 2) то же, от мелких к крупным; 3) комбинированный. При использовании первой схемы крупность кусков уменьшается и, следовательно, уменьшается износ полотен сит, повышается точность рассева. Однако удаление мелких фракций на последних ступенях рассева значительно увеличивает пыление. Применение второй схемы исключает этот недостаток, но увеличивает износ полотен и понижает точность рассева.
Грохочение достаточно крупных зерен применяется при подготовке фракционированного известняка для обжига в шахтных печах, а также при многостадийном дроблении твердых материалов для отделения кондиционных фракций. Грохочение на проволочных ситах широко используется в стекольной технологии и на керамических заводах.
Сита могут быть вращающимися (барабанными или призматическими), плоскими качающимися и вибрационными. На стекольных заводах часто применяют для одновременной сушки и классификации песка барабанный многогранный грохот (сито-бурат). Такой грохот представляет собой призму, грани которой являются металлическими сетками. Песок подается внутрь вращающегося бурата и просеивается через сетки. Не прошедшие через сетки зерна удаляются с другого конца бурата.
На эффективность рассева влияют влажность материала, угол наклона сит к горизонту, толщина слоя материала, лежащего на сите, форма и расположение отверстий, амплитуда колебаний сит и др. Труднее просеиваются пластинчатые зерна. С повышением влажности эффективность грохочения вначале уменьшается, а затем снова возрастает. Применяют следующие виды грохочения:
• предварительное, при котором из исходной массы выделяется негабаритный материал, либо материал, не требующий дробления;
• контрольное, применяемое для контроля крупности готового продукта и выделения отходов. Зерна, крупнее заданного размера, возвращаются на повторное дробление;
• окончательное — для разделения продукта на товарные фракции.
Эффективность грохочения резко снижается с уменьшением размера частиц. Для тонкодисперсных продуктов используют методы разделения по фракциям, основанные на различии в скорости падения частиц в воздушной или жидкой средах.
Разделение материалов в газовых средах называют воздушной сепарацией, а в жидких — гидравлической классификацией.
Шахтная и струйная мельницы
Суббота, сентября 19, 2009Шахтная мельница состоит из размольной камеры и быстро вращающегося ротора с дисками, на которых шарнирно укреплены молотки. Над мельницей расположена прямоугольная металлическая шахта высотой 9—14 м. На высоте 1 м от размольной камеры находится течка, через которую в мельницу поступает предварительно раздробленное сырье. Попадая во вращающийся ротор, оно измельчается. Источником теплоты для сушки в большинстве случаев являются отработанные дымовые газы с температурой 380-500°С и выше. Непрерывно поступая под ротор мельницы, они уносят с собой продукт помола в шахту, где он подсушивается. В результате этого более крупные частицы выпадают из газового потока и снова поступают в мельницу, где подвергаются повторному помолу, мелкие же частицы уносятся с дымовыми газами в пылеулавливающие устройства. При уменьшении скорости газового потока в шахте помол становится более тонким, при увеличении — более грубым.
Струйные мельницы применяют для сверхтонкого измельчения материала в основном в керамике, в последние годы проводятся работы по внедрению их в цементное производство. В струйной мельнице измельчение происходит без участия мелющих тел. Материал захватывается струей сжатого воздуха или перегретого пара, проходящей с большой скоростью. На пути движения взвешенных частиц устанавливают перегородки, увеличивающие число ударов частиц, т.е. измельчение происходит в результате соударений частиц друг с другом, либо удара их о перегородки. За внешней простотой устройства струйных мельниц скрывается сложное компрессорное хозяйство или котельное отделение для подготовки газа или пара. Энергетическое хозяйство струйных мельниц усложняет систему, удорожает активацию измельчением и увеличивает эксплуатационные расходы. Однако струйные мельницы обладают одним неоспоримым преимуществом — работа в них осуществляется во встречных потоках, активация происходит почти без износа рабочих органов и не сопровождается загрязнением размалываемого материала (например, отсутствует намол железа). Основным преимуществом струйных мельниц является более высокая удельная энергонапряженность, что позволяет не только существенно снизить их массу и габариты, но создает благоприятные условия для химической активации размалываемых материалов. Бесшумность работы и отсутствие пылевыделения в рабочем помещении улучшают экологические условия работы.
Сырье, перерабатываемое в силикатной промышленности, разнообразно не'только по составу, физическим свойствам, но и по своей естественной влажности, что обуславливает выбор различных способов его измельчения. Существуют два основных варианта измельчения — сухое и в водной среде.
Сухое измельчение применяется для продуктов обжига (цементный клинкер, известь, шамот и пр.), а также в тех случаях, когда сырьевая шихта должна представлять собой сухой порошок (стекольные, керамические, цементные сырьевые шихты). Оно может производиться во всех рассмотренных выше типах измельчителей. Однако, каждый измельчитель имеет свои ограничения по влажности перерабатываемого сырья: шаровая мельница — Wuq более 0,5% (при более высокой влажности мельница замазывается); дезинтегратор — Whq более 13%. Поскольку природное сырье, как правило, имеет более высокую влажность, в каждом конкретном случае должен быть решен вопрос о целесообразности предварительной сушки исходного сырья в отдельном аппарате либо о совмещении процессов сушки и помола, например в шахтной, аэро-бильной или шаровой мельницах. В последнем случае упрощается технологическая схема, сушка идет наиболее интенсивно. Как правило, аппараты совмещенного помола и сушки могут использоваться, если влажность сырья не превышает 10 %. При более высокой влажности необходима предварительная сушка сырья, что усложняет технологическую схему.
Сухой помол происходит особенно трудно. По мере роста удельной поверхности порошка возрастает и его поверхностная энергия, следовательно, усиливается процесс агломерации. Для успешной работы мельниц сухого помола необходимо осуществлять аспирацию — вентилировать мельничное пространство, просасывая через него воздух. Большие объемы холодного воздуха охлаждают футеровку корпуса, мелющие тела и сам материал. Кроме того, воздушный поток, проходя через мельницу, увлекает мельчайшие частицы, которые отделяются в пылеочистительных устройствах. Тем самым повышается эффективность помола и предотвращается агломерация мелких частиц. Благодаря аспирации производительность мельницы повышается на 20—25%, уменьшается пылевыде-ление, улучшаются санитарно-гигиенические условия труда.
Шлаки
Суббота, сентября 19, 2009Сталеплавильные шлаки образуются в результате окисления примесей неметаллической части шихты — кремния, углерода, серы и фосфора и растворения последних в плавне. В составе этих шлаков содержится 30—35% соединений магния, железа и марганца, 15—30% Si02 , 8—10% Al2Ov модуль основности находится в пределах 1,2—1,4.
Шлаки электротермофосфорного производства образуются при электротермической обработке фосфоритов и апатитов, обычно их гранулируют. Они примерно на 90% состоят из оксидов кальция и кремнезема и относятся к основным шлакам. В качестве примесей содержат оксиды магния, алюминия, железа и сульфиды этих металлов. Гранулированные шлаки должны содержать не менее 38% Si02 , не менее 43% (CaO+MgO) и не более 2,5% Р2Оу
Шлам нефелиновый используют в составе портландцементнои сырьевой смеси. Это отход комплексной переработки апатито-нефелиновых пород в глинозем, соду, поташ. Его химический состав (% по массе): Si02-26-30, А12Ог -2,2-6,5, Fe203 - 2,1-5,5, СаО — 52—59, MgO — 2—2,5, Na20 — 1—2,5. Поскольку этот шлам прошел частичную термическую обработку, то он состоит в основном из двухкальциевого силиката, входящего в состав портландцемента и способного к гидравлическому твердению.
Топливные золы и шлаки используют в стекольных и керамических шихтах и для получения вяжущих материалов. Они образуются при сжигании топлива при температуре 1400—1600°С. Термическое воздействие на неорганическую (минеральную) часть топлива приводит к образованию твердых конгломератов различных соединений. Мелкие и легкие частицы с удельной поверхностью 1500-3000 см2/г, содержащиеся в количестве около 90%, уносятся из топки газами (зола—унос), а более крупные оседают на пол топки и спекаются в кусковые шлаки. По химическому составу зола состоит на 85—90% из оксидов кремния, алюминия, железа, кальция и магния.
Из побочных продуктов химической промышленности наибольшее применение получил фосфогипс для изготовления гипсовых вяжущих и как добавка к цементу для регулирования сроков схватывания. Фосфогипс является отходом производства фосфорной кислоты и фосфатных удобрений из природных фосфоритов. На 80—98% он состоит из CaS04-2H20, примесями являются Р205 и соединения фтора. Фосфогипс отличается высокой влажностью (до 25%) и очень высокой дисперсностью (размер частиц от 1 до 150 микрон).
Метаморфические горные породы
Суббота, сентября 19, 2009Метаморфические горные породы возникают в результате метаморфизма магматических, осадочных, иногда метаморфических пород под влиянием высокой температуры, большого давления и воздействия газовых и жидких растворов, вьщеляющихся из магматических очагов. Для метаморфических пород характерна преимущественно полнокристаллическая структура со сланцевой, полосчатой, реже массивной текстурой. В них содержатся минералы, свойственные магматическим и осадочным породам, а также возникает ряд специфичных минералов: при низкотемпературном метаморфизме — серпентин, тальк, хлориты, при высокотемпературном — дистен, силлиманит, ставролит и т.д.
Для силикатной технологии наиболее распространены и представляют промышленный интерес следующие метаморфические породы.
Глинистые сланцы — породы, соответствующие начальным стадиям метаморфизма осадочных глинистых пород. Кристаллические сланцы— полукристаллические метаморфические породы, возникшие при перекристаллизации( в твердом состоянии) как осадочных пород (парасланцы), так и магматических (ортосланцы). Хлоритовые сланцы— в значительной степени состоят из чешуек хлорита и некоторого количества кварца. Тальковые сланцы — мягкие, жирные на ошупь породы из талька с примесью кварца, хлорита и слюд. Роговообманковые сланцы включают роговую обманку и полевые шпаты. Гнейсы возникают при более высокой степени метаморфизма осадочных (парагнейсы) и магматических (ортогнейсы) пород. Их текстуры разнообразны: сланцевые, полосчатые, очковая, массивная. Кварциты формируются при перекристаллизации песков и песчаников. Железистые кварциты иногда образуют крупные месторождения железных руд. Роговики— контактно-метаморфические породы, имеющие плотное мелкозернистое сложение, образуются при перекристаллизации песча-но-глинистых, реже других пород при контакте с интрузиями (глубинными магматическими породами). Мраморы образуются при перекристаллизации известняков; состоят из зерен кальцита, реже — доломита.
Основы петрографии
Суббота, сентября 19, 2009Петрография— наука о горных породах. Она изучает минеральный и химический состав, происхождение (генезис) горных пород, условия их залегания и взаимоотношения с другими породами, а также изменение с течением геологического времени. Горные породы, слагающие земную кору, представляют собой минеральные агрегаты, т.е. состоят из определенного сочетания минералов. Известно около 1000 различных видов горных пород. Они могут быть мономинеральными (каолиновые глины, кварцевые пески и др.) и полиминеральными (граниты, нефелиновые сиениты и др.). Минеральный состав каждой горной породы одинаков и имеет определенные породообразующие составляющие. Химический состав породы зависит от того, из каких минералов она состоит.
Каждая горная порода образуется в определенных геологических условиях. В зависимости от происхождения все горные породы разделяют на три группы: магматические, осадочные и метаморфические.
Магматические горные породы образуются при остывании сложного силикатного расплава, или магмы, в недрах земли (глубинные породы) или на ее поверхности (излившиеся). Осадочные горные породы — результат накопления и преобразования продуктов разрушения ранее возникших горных пород, а также накопления остатков организмов и продуктов их жизнедеятельности.
Метаморфические горные породы обязаны своим происхождением изменению магматических или осадочных пород, преимущественно в глубоких частях земной коры под действием высокой температуры, давления и химических агентов (растворов и газов). При метаморфизации породы изменяется её структура, текстура, минеральный, а часто и химический состав. Метаморфизм может быть общим (региональным), когда он охватывает большие площади, и местным (или контактным) — в зонах соприкосновения горной породы с магмой. На долю магматических и метаморфических пород приходится около 95 масс%., а на долю осадочных — только 5 масс%. Тем не менее именно осадочные породы покрывают земную поверхность (около 75% ее площади).
Горные породы различают между собой по внешним признакам: структуре, текстуре, минеральному составу, цвету, твердости и другим физико-механическим свойствам.
Структуру (строение) горной породы определяют ее состояние (кристаллическое, аморфное), взаимное расположение породообразующих минералов, их размеры, форму и др.
Среди магматических пород выделяют структуры кристаллические, стекловатые, порфировые (стекловатая масса, в которой рассеяны крупные кристаллы породообразующих минералов). Структуры пород осадочного происхождения характеризуются величиной обломков, или зерен, слагающих породу: грубообло-мочные (щебень), среднеобломочные (пески), тонкообломочные (глины) и др. Метаморфические горные породы сложены часто листоватами, пластинчатыми и чешуйчатыми минералами, поэтому основным внешним признаком служит не структура, а текстура горной породы.