Керамический кирпич, пластического формования с добавлением угля

      Кремнезем находится в глинах в связанном (в составе глинообразующих минералов) и в свободном (песок, шлюф) состояниях. Повышенное содержание свободного кремнезема указывает на наличие большого количества песка в глинистом сырье, повышенную прочность черепка и меньшую механическую прочность. Такое сырье мало или совсем непригодно для изготовления изделий сложного профиля.

      Для глин с повышенным содержанием глинозема  требуется более высокая температура  обжига, при значительном интервале  между началом спекания и плавления, что облегчает процесс обжига изделий, так как уменьшается  возможность деформации изделий.  Пониженное содержание глинозема снижает  прочность изделия.

      Оксиды  железа встречаются в виде окисных  соединений (гематит, гидроксиды), закись-окисных (магнетит, глауконит), закисных (сидерит, анкирит, пирит) и другие. Они являются сильными плавнями, способствующими уменьшению температурного интервала спекания глины и делают ее короткоплавкой. Изменяя среду в печи от окислительной до восстановительной, можно в большей степени выявить действие железистых соединений как плавней. Эти соединения придают окраску изделиям после обжига от светло-кремовой до вишнево-красной в зависимости от содержания их в глине.

      Оксиды  кальция входят в состав глинистых  материалов в виде известняков, доломитов, сульфатов. Будучи равномерно распределенными  в глине и находясь в тонкодисперсном  состоянии, оксиды кальция уменьшают  связывающую способность и понижают температуру плавления глины, делая  ее короткоплавкой и затрудняя обжиг изделия из-за возможности подваров. При содержании в глине около 10 % CaCO₃ она имеет интервал спекания 30-40⁰С. Интервал плавления глины может быть в таких случаях увеличен добавлением кварцевого песка.

      При температуре обжига изделий до 1000⁰С действие известняка проявляется в изменении пористости и прочности изделий и меньше как плавня. В результате диссоциации оксида углерода пористость  черепка изделия повышается при одновременном снижении прочности. Значительное содержание оксида кальция способствует осветлению изделий.

Оксиды  магния как плавень действуют  аналогично СаО, только меньше влияют на интервал спекания.

      Оксиды  щелочных металлов (Na₂O,K₂O) являются сильными плавнями, способствуют повышению усадки, понижению температура образования расплава, уплотнению черепка изделий и повышению его прочности.

Наличие в глинистом сырье растворимых  солей (до1,5%) сульфатов и хлоридов натрия, магния, кальция, железа вызывает выцветы на поверхности изделий, что не только портит внешний вид, но и способствует разрушению поверхностного слоя изделий.

      К глинистой части относят фракции  размерам менее 5 мкм, что придает  сырью повышенную сопротивляемость размоканию в воде, высокую пластичность и чувствительность к сушке, увеличивает  воздушную и общую усадку. Для предотвращения нежелательных свойств вводят песок, шамот. Повышенное содержание пылевидных фракций в глинах повышают их чувствительность к сушке и обжигу, снижает прочность изделья. 

1.3 Добавки

Для улучшения  природных свойств глиняного сырья — уменьшения общей усадки, чувствительности к сушке и обжигу, улучшения формовочных свойств, широко применяют добавки.

Добавки, используемые при производстве кирпича  и керамических камней, по назначению можно разделить на: 
отощающие—песок, шамот, дегидратированная глина, уносы керамзитового производства и другие минеральные не выгорающие добавки; 
отощающие и выгорающие полностью или частично — опилки, торф, лигнин, лузга, многозольные угли, шлаки, золы ТЭЦ, углесодержащие отходы обогатительных фабрик и др.; 
выгорающие добавки в виде высококалорийного топлива — антрацит, кокс и другие, вводимые в шихту для улучшения обжига изделий; 
обогащающие и пластифицирующие добавки — высокопластичные жирные глины, бентонит, сульфитно-спиртовая барда (ССБ) и др.

Отощающие добавки

Песок. В качестве отощителя следует применять кварцевый песок. Пески карбонатных пород или засоренные карбонатом не допускаются.

Необходимо  использовать крупнозернистые пески. Мелкозернистые почти не уменьшают усадку и чувствительность изделия в сушке и в то же время снижают прочность изделия. 
Наиболее подходящий для отощения зерновой состав песка — от 1,5 до 0,15 мм. 
Шамот. Шамот получают из обожженных отходов керамических изделий. Он является более эффективным отощителем, чем кварцевый песок. Шамот сильнее снижает усадку глины, чем многие другие отощители, менее других снижает прочность кирпича. Поэтому, когда необходимо обеспечить достаточную прочность кирпича, применяют шамот. 
В шихту вводят обычно 10—15% шамота. Если это количество увеличивают, то уменьшается формуемость глин, обладающих недостаточной пластичностью. Однако при вакуумироваиии глиняной массы и формовании кирпича на вакуумных прессах количество шамота в шихте может быть увеличено до 25% и более. 
Шамот легко поддается измельчению до требуемого зернового состава, который должен быть в интервале 1,5–0,15 мм. Если шамота, получаемого из отходов, недостаточно для требуемого отощения глины, то его вводят в сочетании с другими видами отощающих и выгорающих добавок (шлаков, опилок).

Выгорающие  добавки

К этой группе относятся различные виды твердого топлива, в частности уголь, коксовая мелочь и др. Их вводят в состав шихты до 5% по объему, т. е. до 60—80% от общей потребности топлива на обжиг изделий. Назначение их — интенсифицировать процесс обжига, улучшить спекаемость массы и тем самым повысить прочность изделий. Выгорающие добавки предпочтительно вводить в пылевидном состоянии.

Каменный уголь — осадочная порода, представляющая собой продукт глубокого разложения остатков растений (древовидных папоротников, хвощей и плаунов, а также первых голосеменных растений). Большинство залежей каменного угля было образовано в палеозое, преимущественно в каменноугольном периоде, примерно 300-350 миллионов лет тому назад.

По химическому  составу каменный уголь представляет собой смесь высокомолекулярных ароматических соединений с высокой  массовой долей углерода, а также  воды и летучих веществ с небольшими количествами минеральных примесей.Таковые примеси при сжигании угля образуют золу. Ископаемые угли отличаются друг от друга соотношением слагающих их компонентов, что определяет их теплоту сгорания. Ряд органических соединений, входящих в состав каменного угля, обладает канцерогенными свойствами.

Для образования угля необходимо обильное накопление растительной массы. В древних торфяных болотах, начиная с девонского периода, накапливалось органическое вещество, из которого без доступа кислорода формировались ископаемые угли. Большинство промышленных месторождений ископаемого угля относится к этому периоду, хотя существуют и более молодые месторождения. Возраст самых древних углей оценивается примерно в 350 миллионов лет.

Уголь образуется в условиях, когда гниющий растительный материал накапливается быстрее, чем  происходит его бактериальное разложение. Идеальная обстановка для этого  создается в болотах, где стоячая  вода, обеденная кислородом, препятствует жизнедеятельности бактерий и тем  самым предохраняет растительную массу  от полного разрушения. На определенной стадии процесса выделяемые в ходе его кислоты предотвращают дальнейшую деятельность бактерий. Так возникает торф — исходный продукт для образования угля. Если затем происходит его захоронение под другими наносами, то торф испытывает сжатие и, теряя воду и газы, преобразуется в уголь.

Под давлением  толщи осадков мощностью в 1 километр из 20-метрового слоя торфа получается пласт бурого угля толщиной 4 метра. Если глубина погребения растительного  материала достигает 3 километров, то такой же слой торфа превратится  в пласт каменного угля толщиной 2 метра. На большей глубине, порядка 6 километров, и при более высокой  температуре 20-метровый слой торфа  становится пластом антрацита толщиной в 1,5 метра.

Способ добычи угля зависит от глубины его залегания. Разработка ведется открытым способом, если глубина залегания угольного  пласта не превышает 100 метров. Нередки  и такие случаи, когда при все большем углублении угольного карьера далее выгодно вести разработку угольного месторождения подземным способом. Для извлечения угля с больших глубин используются шахты. Самые глубокие шахты на территории Российской Федерации добывают уголь с уровня чуть более 1200 метров.

В угленосных отложениях наряду с углем содержатся многие виды георесурсов, обладающих потребительской значимостью. К ним относятся вмещающие породы как сырье для стройиндустрии, подземные воды, метан угольных пластов, редкие и рассеянные элементы, в том числе ценные металлы и их соединения. Например, некоторые угли обогащены германием. 
 

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА 

2.1 Описание технологического  оборудования применяемого  на заводе 

1. Ящичный питатель (подаватель)

Ящичные подаватели (рис. 1) предназначены для дозирования, равномерной и непрерывной подачи компонентов шихты, а также для предварительного дробления больших кусков глины на заводах пластического и полусухого формования. 

Рис. 1. Ящичный питатель (подаватель)

1-пластинчатая  цепь; 2-стальные пластины; 3-храповой  механизм; 4-ящик; 5-перегородки; 6-билы 

2) Валковые дробилки (вальцы)

     Валковые  дробилки широко применяют в промышленности строительных материалов для предварительного измельчения пластичных, глиняных материалов, для дробления пород средней и большой прочности, применяемых в качестве щебня при изготовлении железобетонных изделий, для вторичного дробления твердых и хрупких пород.

     В зависимости от физико-механических свойств дробимого материала и технологического назначения продукта дробления используют валки с разной рабочей поверхностью: гладкой, рифленой, зубчатой или ребристой.

     Гладкие вальцы для предварительного дробления

Для предварительного измельчения влажной глины и  других материалов средней прочности (известняк, песчаник, шлаки, бой кирпича и черепицы). Для вторичного дробления пород средней и большой прочности. Степень измельчения до 4—6 для каменистых пород и до 8—10 для влажных глин 
 
 

     Гладкие вальцы для окончательного мелкого дробления

Для окончательного измельчения глин после предварительного дробления (после вальцов предварительного дробления), а также для вторичного дробления материалов средней прочности. Степень измельчения до 10—15 для влажных глин и 8—10 для каменистых пород

     Гладкие вальцы представлены на рис. 2. Материал в них измельчается между двумя валками, вращающимися навстречу друг другу: при дроблении твердых материалов они вращаются с одинаковой скоростью, а при дроблении влажной глины - с различной скоростью. Техническая характеристика дробилок с гладкими валками.

Рис. 2. Валковая дробилка с гладкими валками

1-валки; 2-рама; 3-пружина, удерживающая подшипники  подвижного валка 

3) Дозаторы

  Дозаторы  служат для непрерывной или порционной (цикличной) подачи материалов в заданных по объему или весу количествах на цементных, бетонных, керамических, стекольных и других заводах строительных материалов. По способу дозирования питатели и дозаторы подразделяют на объемные и весовые.

  Дозировка по объему не является вполне точной, но вследствие того, что эти дозаторы просты по конструкции, их широко используют в тех случаях, когда допустимо отклонение в пределах 2—5%.

  В промышленности строительных материалов применяют следующие конструкции  питателей и дозаторов:

  питатели: тарельчатые (дисковые), пластинчатые (ленточные), барабанные; шне-ковые;

  дозаторы: объемные цикличного и непрерывного действия; весовые цикличного и непрерывного действия. 

Тарельчатые питатели (дозаторы)

Тарельчатые (дисковые) питатели (рис. 3) применяют  для пылевидных, зернистых и кусковых (до 150 мм) материалов при непрерывной подаче материала в машины, а также для объемной дозировки порошкообразных материалов.

Рис. 3. Тарельчатый питатель (стационарный)

а – с регулированием подачи материала поворотом скребка: 1-горизонтальный диск; 2-скребок; 3-винтовой механизм для поворота скребка; б- с регулированием подачи материала подъемом или опусканием обоймы: 1-горизонтальный диск; 2-скребок; 3-подвижная обойма; 4-маховичек с винтом подъема и опускания регулировочной подвижной обоймы