Диатомиты применение
Сырьем для производства большинства керамических теплоизоляционных материалов являются диатомиты, и трепелы. Они относятся к кремнистым горным породам. Диатомиты имеют органогенное происхождение и состоят из остатков диатомовых водорослей, или диатомей. В диатомитах иногда находятся скелеты радиолярий (морских одноклеточных микроскопических организмов с кремнистым скелетом) и иглы губок. Также минеральные примеси — глинистое вещество, зерна кварца и глауконита.
Диатомиты применение
Диатомиты отлагаются на дне морей и озер. Известны залежи Диатомитов, например в Поволжье, мощность которых достигает 25 м. Крупнейшее из эксплуатируемых месторождений диатомитов в СССР является Инзенское месторождение (Ульяновская обл.). Менее мощные месторождения диатомитов находятся в других районах Среднего Поволжья (Сингелеевское, Сызранское и др.), на Восточном Урале (Камышловское, Ирбитское, Шадринское), в Грузии, Армении, в Эстонской ССР, Ленинградской области, у побережья озер Ладожского и Онежского, на Кольском полуострове, Сахалине, Камчатке и др.
Диатомиты бывают сцементированные или рыхлые (так называемая диатомитовая земля) белого или светло-желтого цвета. Они представляют собой пористую (пористость достигает 85%) и легкую горную породу, мягкую на ощупь. Ее объемный вес 300— 900 кг/м3 (в сухом состоянии). Водопоглощение диатомитов достигает 150% (по весу).
Теплоизоляционные свойства диатомита обусловливаются его микропористой структурой. Диатомиты содержат в 1 см3 горной только прокаливанием при температуре выше 500°. Чем больше содержание кремнезема и меньше примесей, тем выше огнеупорность диатомита. Свойства диатомита зависят не только от общего содержания кремнезема. Но в основном от содержания активного кремнезема. То есть кремнезема, способного химически взаимодействовать с другими веществами.
Поэтому для оценки качества диатомита необходимо произвести не только его химический анализ. Но и микроскопическое исследование для определения количества примесей (например, глинистых веществ).
Огнеупорность диатомита
- нагревание диатомита до 600—700° содержащиеся в нем органические вещества выгорают, объем диатомита при этом не меняется, объемный вес составляет 500—700 кг/м3;
- при нагревании до 700—1000° происходит спекание диатомита: уменьшается объем и увеличивается объемный вес;
- при нагревании до 1400—1600° усадка достигает 25% от первоначального объема. А объемный вес превышает 2000 кг/м3.
Огнеупорность диатомита обычно колеблется в пределах от 1570 до 1600°. У сильно загрязненных примесями диатомитов огнеупорность снижается до 1300°. У ленинградского и грузинского диатомитов огнеупорность превышает 1600°.
В природном состоянии диатомит содержит от 10 до 75% свободной влаги. Которая удаляется при нагревании до температуры около 100°.
Трепел внешне похож на диатомит. Он представляет собой пористую, рыхлую горную породу, состоящую из мелких (0, 01— 0, 001 мм) частиц кремнезема. Известны и плотные разновидности трепелов. Цвет трепела бывает белый, желтый, бурый, темно-серый.
Предполагают, что трепелы являются измененными диатомитами или образовались биохимическим путем.
Месторождения трепелов имеются в Московской, Калужской, Смоленской, Орловской, Кировоградской, Донецкой, Хмельницкой, Оренбургской и Челябинской областях, в Молдавской ССР, в Башкирской АССР и на Дальнем Востоке.
Более плотные разновидности трепелов иногда называют опоками. Происхождение последних точно не установлено. Предполагают, что они являются измененными диатомитами и трепелами или химическими морскими осадками. Месторождения опок имеются в Среднем и Нижнем Поволжье.
Вследствие значительной пористости диатомиты и трепелы используются как материалы для тепловой изоляции.
Незначительное содержание глины (до 5%) не ухудшает качества диатомита. Так как чистый диатомит не обладает пластичностью и из него без добавок нельзя формовать изделия или изготовлять мастичную теплоизоляцию. Глина придает прочность изделиям. из диатомита и пластичность диатомитовой мастике.
Породы с высоким содержанием глины смешивают с более чистыми диатомитами или используют в смеси с выгорающими добавками, газообразующими веществами и др.
Диатомиты и трепелы широко применяют для изготовления теплоизоляции как в чистом виде. Так и в смеси с добавками, которые являются вяжущими или армирующими материалами. Некоторые добавки применяют для повышения пористости изделий.
В качестве вяжущего применяют глину, бентонит, известь, цемент, растворимое стекло, битумы и др. В качестве армирующего материала — минеральную вату, асбест или растительные волокна. Для повышения пористости изделий в шихту вводят выгорающие добавки, пену или обожженный вермикулит.
Использование вида добавки зависит от требований, предъявляемых к изготовляемому теплоизоляционному материалу, и от свойств применяемого диатомита.
Из диатомитов и трепелов изготовляют следующие виды теплоизоляционных материалов:
- обожженные изделия;
- мастику;
- засыпку;
- легкие заполнители бетонов.
Диатомитовые изделия, получаемые способом выгорающих добавок
Производство изделий с. выгорающими добавками состоит из следующих технологических операций: подготовки исходных материалов, составления шихты, смешивания, формования, сушки, обжига, оправки.
К исходным материалам относятся диатомит «ли трепел, связующие и выгорающие добавки. Если диатомит или трепел содержит в виде примесей значительные количества глины. То связующие добавки не применяются. В качестве выгорающих добавок обычно употребляют древесные опилки, иногда торф. Желательно применять опилки твердых лиственных пород размером не более 8 мм. Опилки являются не только выгорающими, но и отощающими добавками. С увеличением количества вводимой в массу воды, которая испаряется при сушке, повышается качество изделий. Обычно в шихту вводят 25—35% опилок (по весу).
Наиболее ‘простым является производство диатомитовых изделий с выгорающими добавками без введения в шихту связующих.
Состав шихты зависит от требований, предъявляемых к готовым изделиям, и свойств диатомита и его добавок. Например, из инзенского диатомита без применения связующей добавки обожженные изделия с объемным весом 500 кг/м3 и пределом прочности при сжатии около 6 кг/см2 получают в случае, если объемное соотношение диатомита и древесных опилок 1:1. Расход опилок на 1000 шт. кирпича нормального размера составляет около 3 м3.
Дозировку компонентов шихты производят обычно объемную. Для дозировки диатомита и древесных опилок или диатомита, древесных опилок и глины применяют ящичный питатель. Он представляет собой пластинчатый транспортер, над которым смонтирован прямоугольный ящик. Последний разделен вертикальными шиберами на две или три ячейки (для диатомита, древесных опилок и глины). У выходного отверстия ящика над пластинчатым транспортером установлен вал с билами, которые разбивают комья породы.
Диатомит и древесные опилки или диатомит, опилки и глину сначала перемешивают в сухом виде. А затем вместе с водой в горизонтальных лопастных одновальных или двухвальных мешалках. Иногда массу, прошедшую через мешалки, направляют в гладкие вальцы. Зазор между которыми около 6 мм для разминания оставшихся комков диатомита и глины. Затем массу обрабатывают на бегунах. При этом она уплотняется (катки бегунов выдавливают из нее воздух), дополнительно измельчается диатомит или трепел. Улучшается сцепление их частиц с опилками, что повышает качество изделий. Затем масса поступает для формования на ленточный пресс. Влажность массы при формовании достигает 50%.
Сформованный кирпич
Ленточный пресс состоит из приемной воронки, закрепленной на фундаментной плите, цилиндра пресса, головки, мундштука, шнекового вала с лопастями. Поступающая в приемную воронку масса захватывается лопастями шнекового вала, проталкивается в цилиндр и выдавливается через прессовую головку и мундштук в виде бесконечной ленты. Которую разрезают на отдельные кирпичи. Производительность такого процесса достигает 5000 шт. кирпича в час.
Сформованный кирпич (сырец) направляют на сушку в проти- воточные туннельные сушилки. В них вагонетки с сырцом движутся навстречу дымовым тазам или нагретому воздуху. Которые имеют начальную температуру 100—160 и конечную 40—50°. Продолжительность сушки при оптимальном режиме составляет около 12 ч. Вследствие высокой влажности сырца при сушке одного опилочно-диатомитового кирпича испаряется около 2 кг воды вместо 1 кг воды у обыкновенного глиняного кирпича. Влажность сырца в результате сушки снижается до 10—20%, при этом он приобретает прочность, достаточную для загрузки; в печь. Усадка изделий, например, из инзенского диатомита с древесными опилками после сушки составляет 4—5%.
После сушки изделия отправляют на обжиг. В процессе которого происходит расплавление легкоплавких компонентов, содержащихся в диатомитах и трепелах. При этом отдельные частицы спекаются Друг с другом. В результате химического взаимодействия компонентов, которое происходит в твердой и жидкой фазе, возникают новообразования. Обжиг следует вести до такой температуры. При которой образуется жидкая фаза в количестве, необходимом для скрепления отдельных частиц диатомита или трепела. При этом изделия приобретают соответствующую пористость и прочность. Обычно обжиг производится при температуре 800—900°.
Необходимое для обжига тепло выделяется в результате сгорания древесных опилок или других выгорающих добавок. Продолжительность обжига 16— 20 ч. Топливо затрачивается только на розжиг печи. А далее происходит процесс самообжига, т. е. обжига за счет тепла от сгорания запрессованного в изделия топлива. Количество опилок, необходимое для образования высокой пористости теплоизоляционного материала. Превышает их количество, которое необходимо для обжига изделий. Поэтому в результате сгорания опилок в печи образуется избыток тепла.
Обжигают изделия в туннельных или кольцевых печах. Более совершенными являются туннельные печи (рис. 32). Длина печи 78 м, в том числе зона подогрева составляет 30, 25 м, зона обжига— 18 м, зона охлаждения — 24, 25 м. В начале и в конце печи устроены камеры для шлюзования вагонеток, подаваемых в печь и выходящих из печи. Заслонки с подъемными механизмами позволяют разобщить внутренний объем печи и окружающую атмосферу в период подачи и выталкивания вагонеток. Что обеспечивает соблюдение заданного теплового режима обжига изделий. Вагонетки заталкивают в печь толкателем и удаляют из нее при помощи выталкивателя. В печи имеются две топки, которые используют для розжига в начале работы. Дымовые газы из этих топок поступают в зону обжига и обеспечивают начало горения запрессованных в изделия опилок. Дымовые газы удаляют в конце зоны охлаждения при помощи дымососа.
Туннельная печь выполнена из сборного жароупорного железобетона. Ее производительность составляет 30 тыс. шт диатомитового кирпича в сутки. На некоторых заводах процессы сушки и обжига совмещены в одном агрегате —. в печи. Что позволяет сократить продолжительность производственного цикла. Процесс обжига диатомитовых изделий проходит в четыре стадии: досушка, дегидратация, выгорание органических добавок, спекание. В период досушки удаляется влага, оставшаяся в сырце после сушки. В этот период температура должна подниматься медленно во избежание разрушения сырца парами выделяющейся влаги. Дегидратация диатомита (потеря химически связанной воды) происходит. при температуре выше 500°, выгорание органических добавок — при температуре выше 600°. С повышением температуры обжига увеличивается степень спекания и объемный вес диатомитовых изделий, ухудшаются их теплоизоляционные свойства.
Объем тридимита
В изделиях из необогащенных диатомитов при обжиге (при 1000—1100°) аморфный кремнезем диатомита частично кристаллизуется в кристобалит или тридимит. Наличие кристобалита в диатомитовых изделиях значительно снижает их термостойкость. В процессе службы диатомитовых теплоизоляционных изделий. Когда происходит их попеременное нагревание и охлаждение, объем кристобалита резко изменяется. Что приводит к возникновению напряжений, которые способны вызвать растрескивание и разрушение диатомитовых изделий.
Объем тридимита меньше изменяется при нагревании и охлаждении, чем объем кристобалита. Для того чтобы аморфный кремнезем диатомита переходил в тридимит. А не в кристобалит, рекомендуется добавлять в шихту 1—3% извести, которая способствует тридимитизации кремнезема. Изделия из обогащенных диатомитов с добавкой извести и глины обжигают при температуре 1370°. Указанные изделия можно использовать при температуре до 1350°. Их объемный вес — 650—700 кг/ж3, предел прочности при сжатии составляет 15—30 кГ/см2. Диатомитовые изделия должны быть защищены от прямого воздействия пламени и пламенных газов слоем огнеупорной футеровки.
Изделия из рядовых диатомитов с выгорающими добавками, обожженные при температуре около 1000°, могут использоваться при 900°; они относятся к высокотемпературным теплоизоляционным материалам.
Диатомитовые изделия, полученные способом выгорающих добавок, используются для теплоизоляции стекловаренных, мартеновских, нагревательных и других промышленных печей, тепловых сетей, топок паровых котлов и др.
К эффективным высокотемпературным теплоизоляционным материалам относят пенодиатоммтовые и пенотрепельные изделия. Их производство складывается из следующих технологических операций: сушка диатомита или трепела, помол, смешивание с водой, получение шликера (сметанообразной массы), приготовление устойчивой пены, смешивание шликера с пеной и получение пеномассы, формование изделий, их сушка и обжиг.
Склад готовой продукции
Для приготовления диатомитового шликера, пены и для их смешивания применяют трехбарабанную мешалку. Шликер из молотого диатомита приготовляют в одном из двух верхних барабанов. В этот шликер вводят древесные опилки в количестве до 3% от веса диатомита. Древесные опилки являются отощающей добавкой, они уменьшают усадку изделий до обжига. Содержание воды в шликере достигает 55—60%. Продолжительность перемешивания—- 10—15 мин.
В барабан сначала вливают воду, а потом при работающей мешалке одновременно подают воду и диатомит. Во втором верхнем барабане приготовляют пену. В этот барабан заливают смолосапониновый или казеиноканифольный пенообразователь. Пену взбивают 7—8 мин. Пена не должна разрушаться (оседать) в течение 30 мин с момента ее приготовления. В третьем (нижнем) барабане пену смешивают со шликером, в результате чего получают пено-массу. В барабан сначала подают пену, , а потом шликер. Соотношение между количеством пены и шликера устанавливают в зависимости от объемного веса изготавливаемых изделий. Шликер и пену смешивают в течение 4—5 мин. Для изделий с меньшим объемным весом следует брать большее количество пены.
Пена должна быть стойкой, что необходимо для сохранения ячеистой структуры изделий до обжига. И иметь мелкие пузырьки, по возможности одинаковых размеров. При соблюдении этих условий пенодиатомитовые изделия приобретают мелкую равномерную пористость и могут быть использованы для теплоизоляции поверхностей, нагретых до высокой температуры.
Изделия формуют разливкой пено-массы в металлические формы, находящиеся на формовочной машине. Во избежание прилипания пеномассы к стенкам формы последние смазывают отработанным машинным маслом, раствором парафина в керосине или нефтью. В размерах форм необходимо учитывать значительную величину воздушной и огневой усадки. Например, величина усадки изделий из инзенского диатомита составляет около 8% по длине, 6% по ширине и 15% по толщине.
Пенодиатомитовые изделия сушат в туннельных и камерных сушилках. Изделия просушивают в формах, так что испарение влаги происходит только с той плоскости изделия, которая не закрыта формой. Для уменьшения усадки изделий и ускорения их сушки в пенодиато-митовую массу вводят древесные опилки (отощающая добавка). После того как пенодиатомитовые изделия приобретут необходимую прочность и твердость, их вынимают из формы. Влажность изделий составляет при этом 15—20%.