Вермикулит и перлит

Размещено на http://www.allbest.ru/

План

Введение

1. Номенклатура продукции

2. Характеристика сырьевых материалов

3. Режим работы производства

4. Проектная мощность и производственная программа

5. Материальный баланс производства

6. Технологическая схема производства

7. Технологическая характеристика оборудования

7.1 Технологическая характеристика молотковой дробилки

7.2 Технологическая характеристика шахтной печи

7.3 Технологическая характеристика воздушно-эжекционного сепаратора

8. Расчет количества оборудования

9. Штатная ведомость

10. Контроль за технологическим процессом и качеством продукции

10.1 Основные задачи и методы технического контроля

10.2 Основные виды и объекты технического контроля

11. Охрана окружающей среды

12. Охрана труда

Заключение

Литература

Введение

В настоящее время, в строительстве, присутствует одна из актуальных проблем как для вновь создаваемых, так и для эксплуатируемых зданий и сооружений - это их утепление.

Применяя вспученный вермикулит, можно добиться решения этой проблемы со значительным экономическим эффектом.

Одновременно с уменьшением затрат на сохранение тепла в зданиях и сооружениях решаются такие проблемы, как их огнезащита, звукоотражение и звукопоглощение внутренних помещений, а также ряд других проблемных вопросов, которые возникают при благоустройстве.

Вспученный вермикулит является сыпучим, легким, высокопористым материалом, с характерной чешуйчатой структурой без запаха.

Материал обладает высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами, не токсичен, не подвержен гниению и препятствует распространению плесени. Уникальные его технические характеристики - это температуростойкость, огнестойкость, отражающая способность, химическая инертность.

Вермикулит является экологически чистым и биостойким продуктом. При повышенной температуре, возникающей при пожарах, не выделяет никаких газов, что является важным преимуществом по сравнению с другими известными материалами органического происхождения.

Как показывает мировая практика, вермикулит весьма успешно применяется в строительстве, в качестве несгораемого насыпного утеплителя. Обладая текучестью, он при засыпании заполняет пустоты неправильной формы. Слой вермикулитовой засыпки в 20см по теплозащите эквивалентен кирпичной стене толщиной 1,5м или бетонной стене толщиной 2м. Слой вермикулита на чердачных перекрытиях толщиной 5см снижает потери тепла на 75%, толщиной 7,5см - на 85% и толщиной 10см - на 92%.

Вермикулитовые засыпки в стеновых конструкциях применяются для защиты помещений от перегревания и охлаждения, для изоляции холодильных камер, сводов печей, для звуковой изоляции камер испытания авиационных и автомобильных двигателей, для звукопоглощения в кинозалах и киностудиях и т.п.

Наряду с вермикулитовыми засыпками, в строительстве эффективно применяются сухие строительные смеси и строительные растворы, наполнителем которых является вермикулит.

По сравнению с обычными (песчаными) строительными растворами вермикулитовые растворы вследствие высокой пористости имеют в 2-4 раза меньший объемный вес и в 4-6 раз меньший коэффициент теплопроводности и относятся к группе легких ("теплых") растворов. Слой из "теплой" цементно-вермикулитовой штукатурки толщиной 2,5см может заменить слой из цементно-песчаного раствора в 10-15см. При толщине цементно-вермикулитовой штукатурного слоя до 3см толщина кирпичной стены может быть уменьшена на 25%. Нанесение цементно-вермикулитового раствора на кирпичные стены позволяет получить экономию кирпича в размере 0,25куб.м на 1 куб.м кладки, при этом коэффициент звукопоглощения вермикулитовых штукатурок составляет 0,15-0,3, а обычной песчаной штукатурки он равен 0,015-0,02.

Из этого следует, что применение "теплых" штукатурок для облицовки поверхностей стен может дать значительный экономический эффект за счет снижения толщины стены.

Вермикулитовые штукатурные растворы применяются для внутренней и наружной отделки строительных конструкций и могут выполнять, помимо повышенных теплозащитных и звукопоглощающих функций - огнезащитные, декоративные и др. Наносятся они на конструкции обычным для штукатурных работ способами.

Широко применяемые в строительстве тонкостенные конструкции из армоцемента, железобетона, металла (своды-оболочки, плиты, фермы и т.п.) в большинстве случаев обладают недостаточной огнестойкостью.

Попеременное нагревание и охлаждение таких конструкций водой в условиях пожара приводит к резкому падению их прочности, большим деформациям, вызывает обрушение.

Как показали испытания, образцы вермикулитового раствора с объемным весом от 500 до 800 кг/куб. м, нагретые до температуры 900-1000 град. С и помещенные в воду, не растрескиваются и сохраняют достаточную прочность, в то время как образцы из ячеистых бетонов при таких же условиях полностью разрушаются.

Огнезащитная эффективность вермикулитовых растворов в 4 раза выше, чем песчаных. Предел огнестойкости покрытий и перекрытий, равный 1,5 ч, обеспечивается при толщине слоя вермикулитового раствора 8 мм. Об эффективности вермикулитовых растворов как огнезащитной изоляции свидетельствуют ниже приведенные данные.

Как было уже отмечено раньше, вермикулит обладает высокой огнестойкостью. Это его свойство нашло применение для создания вспучивающихся огнезащитных покрытий (ВОЗП) на основе вермикулита.

Наиболее перспективными являются вспучивающиеся покрытия, обладающие огнезащитными и температуростойкими свойствами при действии огня. Эти покрытия наносятся на конструкцию тонким слоем. В процессе эксплуатации они выполняют функции декоративного покрытия. В случае возникновения пожара при действии высоких температур покрытие вспучивается, значительно увеличиваясь в объеме, и образует пористые угольные слои, обладающие низкой теплопроводностью.

В результате проведенных исследований по созданию вспучивающихся огнезащитных покрытий для защиты металлических, деревянных, бетонных и др. конструкций получен целый ряд огнезащитных композиций включающих связующее, вермикулит и ряд добавок.

Особо эффективным противопожарным огнезащитным марериалом являются конструкционно-отделочные изделия (плиты) на основе вермикулита и неорганического связующего.

Плиты вермикулитовые неорганические ПВВ производятся в промышленных условиях методом горячего прессования полусухой массы по технологии и в соответствии с техническими условиями, разработанными нашими специалистами.

Плита вермикулитовая неорганическая огнезащитная ПВВ - это экологически чистый материал, который одновременно с высокой огнестойкостью сочетает в себе высокие показатели позвукопоглощению, теплоизоляции, а также обладает прекрасными декоративными свойствами с неограниченным сроком эксплуатации.

Изделия ПВВ представляют собой лёгкие негорючие плиты, не содержащие асбеста, волокон и органических компонентов.

Плиты ПВВ химически нейтральны, инертны, не содержат щелочных примесей, не токсичны, биостойки, не оказывают раздражающего действия на кожу. В обычных условиях эксплуатации (от -50 до 50 ^оС) и в условиях воздействия высоких температур (до 1200 ^оС) не выделяют летучих токсичных веществ, опасных для здоровья человека и окружающей среды.

Вермикулитовый материал легко обрабатывается обычными деревообрабатывающими инструментами и быстро монтируется стандартными крепёжными элементами или высокотемпературным клеем АВК.

Поверхность вермикулитовых плит легко окрашивается эмульсионной или любой другой краской, либо облицовывается декоративным пластиком или металлом.

Вермикулитовые плиты являются влагоемким материалом и при намокании незначительно теряют свою механическую прочность. После высыхания плиты ПВВ восстанавливают прежние конструкционные и противопожарные свойства.

В состав плит может входить гидрофобное вещество, благодаря которому полностью ограничивается капиллярное всасывание воды.

Плиты ПВВ являются неорганическим материалом и соответствуют противопожарным нормам, что дает возможность использовать их в строительстве, где присутствуют требования противопожарной защиты с показателем огнестойкости до 4-х часов.

1. Номенклатура продукции

Типы, размеры зерен и основные показатели вспученного вермикулита соответствуют ГОСТ 12865-67 "Вермикулит вспученный".

Вспученный вермикулит, представляет собой сыпучий зернистый материал чешуйчатого строения, получаемый в результате обжига природных гидратированных слюд.

Вермикулит в зависимости от размера зерен делится на следующие фракции:

крупный - с размером зерен от 5 до 10 мм;

средний - с размером зерен от 0,6 до 5 мм;

мелкий - с размером зерен до 0,6 мм.

Допускается поставка вермикулита в виде смеси двух фракций или нефракционированного.

Допускается наличие в крупном и среднем вермикулите зерен крупнее и мельче указанных предельных значений в количестве не более 15% по весу; наличие зерен размером свыше 20 мм не допускается.

Допускается наличие в мелкой фракции зерен размером свыше 0,6 мм в количестве не более 20% по весу.

Вермикулит в зависимости от средней плотности подразделяется на марки: 100; 150 и 200.

Допускается поставка вермикулита марок 250 и 300.

Вермикулит должен соответствовать требованиям, указанным в таблице 1.

Таблица 1 Требования, соответствующие нормам для марок вспученного вермикулита

№	Показатель	Норма для марок
		150	200
1	Средняя плотность в кг/м 3, не более	150	200
2	Коэффициент теплопроводности в ккал/м х ч х град, не более, при средней температуре: (25 +- 5)°С (325 +- 5)°С	0,060 0,135	0,065 0,140
3	Влажность в % по весу, не более	3	3

2. Характеристика сырьевых материалов

Вермикулитами ("vermiculis" - червеобразный) называют минералы из группы гидрослюд, способные вспучиваться при нагревании. Вермикулит является продуктом низкотемпературных гидротермальных процессов и последующего выветривания магнезиально-железистых слюд, флогопита и биотита. Для вермикулита характерна пластинчатая структура.

Вспученный вермикулит получают обжигом минерала вермикулита.

Требования, предъявляемые к сырью

Вермикулитовое сырье, пригодное для вспучивания, должно удовлетворять следующим требованиям:

у материала, предназначенного для засыпной изоляции, предельная крупность частиц не должна превышать 15 мм;

у применяемого для получения теплоизоляционных и звукоизоляционных штучных изделий - не более 7 - 12 мм;

невспучивающихся частиц в вермикулите должно быть не более 8 %;

сырье не должно быть загрязнено примесями других пород;

влажность вермикулита не должна быть выше 7 %.

Величина зерен продукта обжига должна быть не более 12 мм. Зерновой состав определяется просеиванием через сита 12; 5 и 1. Остаток на сите 5 мм должен быть не менее 50 %, частиц до 1 мм - не более 5 %.

Свойства вермикулита

Вермикулиты образуются в природе из слюд, являющихся широко распространенными в природе минералами. По своему генезису вермикулит - продукт низкотемпературных гидротермальных процессов и выветривания железомагнезиальных слюд, преимущественно биотитовых и флагопитовых. Строение вермикулита подобно строению слюды, причем часть ионов Si замещена в нем ионами Al, а вместо ионов К содержаться ионы Са и Mg, связанные с молекулами воды и взаимозаменяемые. В минералогии вермикулитом считают слюду с крайней степенью гидратации, в кристаллической решетке которой щелочи замещаются водой. Поэтому единой и точной химической формулы для вермикулита, как минерала, написать нельзя. Слюды отличаются очень непостоянным химическим составом. В них входит до 40 элементов.

Из изложенного следует, что вермикулит является образовавшимся из слюд минералом с высокой степенью гидратации, обладающим определенным химическим составом, кристаллическим строением, определенными оптическими свойствами, а также имеющим характерные кривые дифференциального термического анализа и обезвоживания. Однако в технике вермикулитами часто называют не только собственно вермикулит, но и гидрослюды и целый ряд других минералов, обладающих способностью вспучиваться при обжиге и образовывать продукт, близкий по свойствам к обожженному вермикулиту.

А все потому, что вермикулит в природе образуется в процессе выветривания слюд и дальнейшей их гидратации, при которой они изменяют свой химический состав. Характер изменений, происходящих в слюдах, свидетельствует о том, что превращение слюд в вермикулит совершается в кислой среде. Этот процесс называется вермикулитизацией. Вермикулитизация в большинстве случаев не доходит од конца, и образуются гидрослюды.

Химический состав вермикулита характеризуется полным отсутствием K₂O и Na₂O.

Состав вермикулита выражается формулой:

Содержание отдельных окислов составляет, % по массе: 33 - 34 ; до 1,6 ; 6 - 18 ; 5 - 17 Fe2O3; 14 - 25 O с присутствием в ряде случаев СаО, MnO, NiO и др. Кристаллизационный, конституционной и цеолитной воды содержится 8 - 20 %. В слюдах же содержание воды составляет не более 2 %. Изменение химического состава в процессе вермикулитизации влияет на изменение свойств слюд.

Самым основным свойством вермикулита является его способность при быстром нагреве расщепляться на отдельные слюдяные пластинки, лишь частично скрепленные между собой. В результате такого расщепления зерна вермикулита сильно вспучиваются, что и приводит к образованию вспученного вермикулита.

Причиной вспучивания является энергичное взрывообразное выделение паров воды, которые, действуя перпендикулярно плоскостям спайности, раздвигают пластинки слюды и увеличивают тем самым объём зерен в 15 - 20 раз и более. Вспученный вермикулит обладает своеобразной пластинчатой пористостью, которой не обладают другие теплоизоляционные материалы.

На вспучивание оказывает влияние содержание воды в вермикулите: чем больше воды, тем сильнее происходит вспучивание.

Вода, содержащаяся в вермикулите, имеет неодинаковые и еще не окончательно установленные формы связи с основным веществом минерала.

Вспучивание вермикулита при обжиге может быть оценено одним из двух показателей:

коэффициентом вспучивания зерен, представляющим отношение толщины зерна после вспучивания к его первоначальной толщине;

объемным коэффициентом вспучивания, представляющим отношение объема вспученного материала к объему исходного сырца.

Иногда вспучиваемость характеризуют отношением средней плотности сырца и вспученного вермикулита.

Вспучиваемость вермикулита зависит от большого количества факторов. Оно тем больше, чем быстрее скорость подъема температуры. Резкий нагрев до 900 - 1000⁰ С вызывает чрезвычайно быстрое испарение воды. При медленном нагреве часть воды в виде пара входит через трещины спайности, не производя работы по вспучиванию. Вермикулит вспучивается только в направлении, перпендикулярном плоскостям спайности, причем часто его зерна приобретают зигзагообразную форму. Такой характер вспучивания объясняется тем, что зерна вермикулита, и особенно гидрослюд, имеют обычно неодинаковую степень вермикулитизации на отдельных участках, а следовательно, и способность к вспучиванию. этому явлению способствуют и механические повреждения зерен, наличие включений и т. п.

3. Режим работы производства

Таблица 2 Характеристика режима производства завода

№	Переделы производства	Количество рабочих смен	Количество рабочих смен в году
1	Добыча сырья (вермикулита) открытым (карьерным) способом подземным (шахтным) способом	1	305
		1	305
2	Транспортировка и складирование	1	305
3	Дробление (молотковая дробилка)	1	305
4	Обжиг (шахтная печь)	1	305
		1	305
5	Фракционирование	1	305
6	Отгрузка готовой продукции: Автотранспортом Железнодорожным транспортом	1	305
		1	305
7	Упаковка	1	305

4. Проектная мощность и производственная программа

Проектная мощность - показатель проектируемого предприятия по максимальному выпуску установленной продукции в натуральных единицах.

Для проектируемого предприятия коэффициент использования мощности назначается равным 1. Поэтому заданная проектная мощность корректируется по установленному оборудованию.

Производственная программа представляет собой развернутую мощность, т.е. предусматривает выпуск продукции в определенный промежуток времени. Данные расчетов указаны в таблице.

Проектная мощность

Производственная мощность - 35000 м ³ в год.

Сутки=35000/305=114,754 м ³

Смена=114,754/1=114,754 м ³

Час=114,754/8=14,345 м ³

Таблица 3 Проектная мощность цеха

№ п/п	Вид изделия	Программа выпуска, м 3.
		в год	в сутки	в смену	в час
1	Вспученный вермикулит	35000	114,754	114,754	14,345

Таблица 4 Проектная мощность цеха с учетом брака (брак - 2%)

№ п/п	Вид изделия	Программа выпуска, м 3.
		в сутки	в смену	в час
1	Вспученный вермикулит	112,459	112,459	14,058

5. Материальный баланс производства

Исходные данные:

1. годовой выпуск вспученного вермикулита проектируемого цеха - 35000 м ³/год;

2. средняя плотность сырьевых материалов - 125 кг/м ³;

3. влажность - 4 %;

Таблица 5. Технологические потери при производстве вспученного вермикулита

№ п/п	Наименование потерь	Потери в % по массе
1	Потери при транспортировке вермикулита	0,5
2	Потери вермикулита в процессе дробления	0,1
3	Потери сырья с уносом при обжиге	3
4	Потери при охлаждении	0,1
5	Потери при транспортировке	0,2
6	Потери влаги с учетом формовочной влажности сырья	12,4

Чистый расход сырья с учетом влажности:

Р 2=1000/(1-(ппп/100)=1000/(1-(4/100)=1000/0,96=1041,6 кг/т

5.2 Норма расхода сырья на тонну вспученного вермикулита:

Н = Р 2 (1+(Пт/100))=1041,6(1+(4/100))=1458,24 кг/т

5.3 Расход сырья с учетом влажности в кг на 1 м ³ вермикулита:

Х= ((Нг)/1000)=1458,24?125/1000=182,28 кг/м ³

Расход сырья в м ³ на м ³:

Х 1=(Х/г1)=182,28/125=1,46

Потребное количество сырья для обеспечения заданной производственной программы:

Рф= Х *Р=0,1823?35000=6380,5 т/год

Количество сырья карьерной влажности:

Ркв= (Рф*(100-Wк)/100)=6380,5(100-4)/100=6125,28 т/год,

Для обеспечения заданной производительности потребное количество вермикулита составит:

Роб= Р*г= 35000*0,5=17500 т/год

Необходимое количество сырья с учетом предусмотренных потерь:

С учетом потерь при сортировке вермикулита:

Рс=((17500*100)/(100-0,2))=17535,07 т/год

Потери составляют: Цс=17535,07-17500=35,07 т/год

С учетом потерь при охлаждении вермикулита:

Ро=((17500*100)/(100-0,1))=17517,52 т/год

Потери составляют: Цо=17517,52-17500=17,52 т/год

С учетом потерь при транспортировке:

Рт=((17517,52*100)/(100-0,1))=17535,06 т/год

Потери составляет: Цт=17535,06-17517,52=17,54 т/год

С учетом потерь уноса при обжиге:

Роб=((17535,06*100)/(100-3))=18077,38 т/год

Потери составляет: Цоб=18077,38-17535,06=542,32 т/год

С учетом потерь при транспортировке сырья:

Ртс=((18077,38*100)/(100-0,5))=18168,22 т/год

Потери составляет: Цтс=18168,22-18077,38=90,84 т/год

С учетом потерь при дроблении сырья

Рдр=((18168,22 *100)/(100-0,1))=18186,41 т/год

Потери составляет: Цдр=18186,41-18168,22=18,19 т/год

С учетом потерь при прокаливании:

Рпр=((18186,41 *100)/(100-12,4))=20760,74 т/год

Потери составляет: Цпр=20760,74-18186,41=2574,33 т/год

С учетом потерь карьерной влажности:

Ркв=((20760,74 *100)/(100-12,5))=23726,56 т/год

Потери составляет: Цкв=23726,56-20760,74=2965,82 т/год

6. Технологическая схема производства

Добыча и обогащение вермикулитовой породы

Технологический процесс получения вспученного вермикулита состоит из операций по добыче породы, ее обогащению, дроблению крупных платин вермикулита и обжига.

При небольших размерах добычи обогащение породы производится вблизи места добычи, а остальные операции - на месте потребления. Если объем добычи значителен, то на обогатительных предприятиях осуществляется и дробление вермикулита.

Обычно вермикулитовая порода залегает вблизи от земной поверхности в виде рыхлой дезинтегрированной массы, поэтому добыча ее производится открытым способом с помощью экскаватора. Добыча с устройством подземных выработок осуществляется очень редко, лишь на месторождениях жильного типа.

Предприятия для производства теплоизоляционных материалов должны использовать предварительно обогащенное вермикулитовое сырье.

Задачей обогащения является отделение от вермикулита зерен пустой невспучивающейся породы и слабо слабовспучивающихся слюд. Эта операция наиболее трудоемкая и дорогостоящая в производстве вспученного вермикулита. Последующие этапы переработки сырья - дробление и обжиг - осуществляются с меньшими затратами труда и средств.

В процессе обогащения породы очень часто не удается полностью отделить вермикулит от пустой породы. Частично она остается в конечном продукте обогащения - вермикулитовом концентрате. Почти полностью переходят в концентрат и плохо вспучивающиеся частицы слюд, так как их свойства близки к свойствам вермикулита. Их присутствие в конечном продукте практически не сказывается на качестве вспученного вермикулита, так как в настоящее время существуют способы переработки породы и концентрата, позволяющие полностью отделить от вермикулита не только пустую породу, но и частицы биотита и флогопита непосредственно в процессе обжига или после него.

При использовании вермикулита в непосредственной близости от места его производства целесообразно получать концентрат с содержанием пустой породы даже 50 %. Неполное отделение пустой породы позволит не только снизить стоимость концентрата, но и увеличить извлечение вермикулита из породы.

Обогащение породы может осуществляться различными способами. Выбор их определяется зерновым составом породы, содержанием вермикулита, свойствами пустой породы, требованиями, предъявляемыми к концентрату. Технологические схемы обогащения, как правило, являются многоступенчатыми, т. е. включают несколько различных последовательных операций. Это обусловлено тем, что одни методы обогащения позволяют перерабатывать только крупнозернистую породу, другие, наоборот, мелкозернистую. Кроме того, часто свойства мелких и крупных зерен пустой породы различны.

Простейшим способом обогащения является рудоразборка, заключающаяся в ручном отделении крупных пластин вермикулита с транспортера, подающего руду на обогатительную фабрику. Естественно, что этот способ не может применяться как самостоятельный.

При существенном различии в крупности вермикулита и пустой породы в исходной вермикулитосодержащей породе для обогащения может быть использовано обычное грохочение.

Выделение сравнительно крупных зерен вермикулита эффективно обеспечивается избирательным дроблением, осуществляемым чаще всего на валковых дробилках. При прохождении породы между валками, вращающимися с различной скоростью, плоские зерна вермикулита остаются без изменения и лишь в случае значительной толщины расщепляются по плоскостям спайности, хрупкая же пустая порода дробится в песок и пыль, которые в последующем отделяются с помощью грохочения. Этот способ неприемлем в случае, если пустая порода обладает четко выраженной спайностью.

Одним из самых распространенных способов обогащения является гравитационное обогащение, основанное на различии удельного веса вермикулита и пустой породы. Гравитационное обогащение может осуществляться в водной или воздушной среде, а также в суспензиях. Чаще всего применяется водная среда. При гидравлической гравитации не происходит пыления, легче удаляются мелкодисперсные частицы пустой породы, качество концентрата получается более высоким, чем при пневматическом способе. Обогащение в суспензиях дорого.

Гравитация в водной среде для крупных фракций осуществляется в отсадочных машинах, принцип действия которых основан на различии в скорости падения зерен пустой породы и вермикулита в восходящем потоке воды.

Мелкие фракции обогащаются в потоке воды, поступающем на наклонные концентрационные столы, которые совершают неравномерные возвратно-поступательные колебания. Перед гравитационным обогащением порода обязательно рассеивается на отдельные фракции.

Весьма эффективна при обогащении вермикулита флотация, основанная на различии в физико-механических свойствах минералов, входящих в состав породы, в частности их смачиваемости. Минералы группы слюд являются сравнительно гидрофобными, поэтому в водной среде с добавками поверхностно-активных веществ, особенно при продувании воздуха через пульпу, вермикулит всплывает, а более гидрофильная пустая порода тонет.

Менее эффективны, чем перечисленные способы, электромагнитная сепарация и обогащение на вибростоле. В электромагнитном сепараторе под действием тока высокого напряжения происходит разделение руды на магнитную и немагнитную фракции.

Обогащение вибрированием осуществляется на вибростоле, располагающемся с наклоном в двух плоскостях и колеблющемся в продольном направлении со строго определенными частотой и амплитудой. В результате вермикулит перемещается вверх, а пустая порода вниз. Обогащение на вибростоле эффективно лишь для крупных фракций.

Если обогащение производится мокрым способом, то следующей технологической операцией является сушка концентрата.

Поскольку свободная вода участвует в процессе вспучивания вермикулита, сушка должна быть кратковременной и производиться при сравнительно невысокой температуре (120 - 130⁰ С) до удаления капельножидкой влаги с поверхности зерен. В процессе сушки вермикулит должен нагреваться не выше, чем до 1000 С.

Дробление

Для получения вермикулита с требуемым размером частиц сырье подвергают дроблению.

Максимальный размер зерен вермикулита, который применяется в качестве заполнителя в бетонах и растворах, а также в засыпках, не должен превышать 10 мм, так как более крупные, хорошо вспученные гранулы, как правило, имеют слабые связи между отдельными чешуйками и поэтому легко ломаются. Наличие таких зерен в составе заполнителя приводит к снижению прочности вермикулитовых изделий. Кроме того, зерна больших размеров имеют крупные поры, а это отрицательно сказывается и на теплоизоляционных свойствах изделий и засыпок.

Наибольшую ценность представляют зерна вермикулита размером 6--10 мм, так как, обладая достаточной прочностью и сравнительно небольшими порами, они дают при обжиге больший выход вспученного вермикулита по сравнению с мелкими фракциями. Их средняя плотность в 2----3 раза ниже, чем у мелких фракций. Вследствие этого дробить вермикулит следует так, чтобы выход крупных фракций был возможно больший. При механическом воздействии зерна вермикулита легко расщепляются по плоскостям спайности, образуя очень тонкие слабо вспучивающиеся чешуйки, поэтому при дроблении необходимо исключить и чрезмерное расщепление вермикулита.

Для получения заданного гранулометрического состава (-7+0,5 мм) измельченный вермикулит просеивают через вибрационное сито.

На гранулометрический состав дробленного вермикулита влияет степень его гидратации.

Вермикулит надо сортировать на месте добычи для отделения пустой породы, чтобы получить продукт обжига со средней плотностью 100 - 130 кг/м ³.

При выборе измельчающих установок надо стремиться к сохранению пластинчатой структуры вермикулита-сырца, чтобы обеспечить хорошее вспучивание его при обжиге. Этому условию отвечают дробилки ударного типа, такие как, например молотковые с ножеобразными билами, сочетающие удар с резанием.

В шаровых мельницах удается получить качественную по форме крошку, но выход крупных фракций составляет всего 47 - 49 %, а пыли 20 - 27 %. Лучшие результаты получают при дроблении в молотковых дробилках, в которых выход крупных фракций составляет 55 - 65 %, а пыли всего 6 - 13%.

Молотковые дробилки используются для крупного дробления, поэтому они отлично подходят для процесса дробления в производстве вспученного вермикулита. Также они отличаются высокой производительностью, пониженным расходом топлива и высокой степенью измельчения. Материал дробится под действием ударов быстровращающихся (с окружной скорость 30 - 55 м/сек) молотков. Дробление также происходит при ударах кусков материала, отбрасываемых молотками, о плиты. Также материал дополнительно измельчается путем удара, раздавливания и некоторого истирания на колосниковой решетке, через которую измельченный материал загружается, падая вниз. Степень измельчения - i=10 - 15.

Следует отметить, что дробленный вермикулит вспучивается хуже, чем недробленый, так как при ударном воздействии нарушается его микроструктура. Вследствие того, что толщина зерен дробленного сырца невелика, после обжига его гранулы имеют пластинчатую форму. Поэтому при выборе дробильных установок необходимо учитывать данные свойства вермикулитовых пород и выбирать наиболее оптимальные установки, удовлетворяющие необходимой степени дробления.

Обжиг

Вермикулит можно обжигать в различных печах: шахтных, вращающихся и др. с применением газообразного или жидкого топлива.

Наилучшим способом обжига вермикулита является обжиг во взвешенном состоянии. Такому условию удовлетворяют соответственно шахтные печи. Этот способ обеспечивает интенсивное нагревание зерен вермикулита и кратковременность пребывания их в зоне высоких температур.

Во взвешенном состоянии вспученный вермикулит беспрепятственно передвигается в печи, не измельчаясь, при этом легко создаются условия отделения пустой породы, оставшейся в концентрате.

Во взвешенном состоянии позволяет производить обжиг вермикулита шахтная печь конструкции ВНИПИ.

Печь представляет собой вертикальную металлическую трубу, футерованную изнутри огнеупорным и теплоизоляционным кирпичом. Внутренние размеры шахтных печей составляют 60 - 90 см, высота их колеблется от 3,5 до 6 м и более. Встречаются печи высотой 13,5 м. Производительность печей до 11 м 3 обожженного материала в час.

Подача сырья производится через загрузочную воронку, расположенную в верхней части печи. Падая вниз, вермикулит попадает в восходящий поток горячих газов, движущихся со сравнительно небольшой скоростью и образующихся вследствие сгорания мазута или природного газа в расположенных в нижней части печи форсунке высокого давления или горелке низкого давления. Вспучившийся вермикулит преодолевает сопротивление газовоздушного потока, падает на наклонный под печи и скатывается в бункер готовой продукции. Мелкие частицы выносятся потоком газов и улавливаются в циклоне.

Крупные фракции загружаются с более высоких уровней, чем мелкие, что обеспечивает длительное пребывание их в печи. В вертикальных печах целесообразно изготовлять приспособления для разделения частиц по размерам. вспученный вермикулит дробление обжиг

Существенным недостатком таких печей является то, что в них не осуществляется отделение пустой породы. Поэтому главным их назначением является применение для получения обожженной вермикулитовой руды, содержащей, кроме вермикулита, и пустую породу. Для этого на различной высоте стенок печи устраивают загрузочные отверстия. В хорошо оборудованных установках, во избежание измельчения обожженного вермикулита, его транспортируют пневматическим способом.

Физико-механические процессы, протекающие при вспучивании

В процессе нагревания вермикулита установлено пять эндотермических эффектов.

Первый эффект обнаруживается при 150 - 250⁰С, причем на термограммах вермикулита этот эффект, связанный с удалением свободной воды, значительно интенсивнее, чем у слюд, и наблюдается при меньшей температуре. Из сильногидратированных слюдистых минералов свободная вода может быть удалена длительной сушкой при 105 - 110⁰ С, и первый эндотермический эффект в этом случае будет отсутсвовать.

Второй появляется у вермикулита при 260 - 300⁰ С. Он обусловлен выделением воды, связанной с обменными ионами.

Третий вызван выделением цеолитной воды и наблюдается в интервале 400 - 7000 С.

Четвертый и пятый эндотермические эффекты при 760 - 780⁰ С и 810 - 840⁰ С присущи всем слюдистым материалам, включая вермикулит и связаны с удалением гидроксильных групп.

Вспучивание зерен вермикулита происходит за счет воздействия водяного пара, образующегося в результате дегидратации этого минерала при нагревании. Водяной пар под значительным давлением раздвигает листочки слюды. При нагревании зерна расщепляются на тончайшие слюдяные пластинки, частично скрепленные между собой. Наряду с воздействие водяного пара в структурной решетке вермикулита при нагревании возникают внутренние изменения вследствие удаления цеолитной и гидратной воды, что приводит к короблению частиц и раскрытию листочков слюды.

На вспучивание зерен вермикулита оказывают влияние структура, химический состав и влажность сырья, степень и характер гидратации слюды, т. е. порядок расположения гидратированных вермикулитовых слоев, размер зерен, режим обжига (максимальная температура, скорость и продолжительность нагрева) и усадка при охлаждении.

Так например, при длительном нагревании вермикулита при 700 - 8000 С и более высокой температуре прочность зерен уменьшается, что, в свою очередь, может приводить к увеличению средней плотности.

Вспучивание зерен вермикулита характеризуется коэффициентом вспучивания единицы объема

kоб=Vвсп/V,

т. е. отношением вспученного вермикулита к объему его перед вспучиванием. Для вермикулита данный коэффициент обычно равен kоб=5,9 - 6,4. Также вспучивание характеризуется коэффициентом вспучивания вермикулита, т. е. отношением средней плотности вермикулита-сырца к средней плотности вспученного вермикулита:

K=г/гвсп.

Реже для характеристики используется коэффициент вспучивания зерен вермикулита, равный отношению толщины зерна после вспучивания к первоначальной толщине; данный коэффициент равен kз=15 - 40.

Качество вспученного вермикулита определяется не только степенью и характером гидратации сырья. Оно зависит также от принятых методов и режимов вспучивания. Наиболее высокой степени вспучивания вермикулита достигают при медленном прогреве сырья до 100⁰ С с последующим резким нагревом до высокой температуры, при этом уменьшается продолжительность вспучивания в трубчатых печах и повышается их производительность.

Степень вспучивания также находится в прямой зависимости от толщины пластинок и диаметра вермикулита. Толщина отрицательно влияет на степень вспучивания, т. е. толстые пластинки дают худшие показатели вспучивания. Это объясняется тем, что чем толще частицы кристалла, тем медленнее прогревается пластинка, тем меньше "взрывная" способность пара и его воздействие на расположенные поблизости слои.

Следовательно, можно сделать вывод, что на режим обжига и подбор оптимальных температур напрямую зависит от размеров, формы, толщины и т. п. вермикулитового сырья. Тогда, для определения рационального режима обжига для вермикулита различного гранулометрического состава можно воспользоваться таблицей 7.

Наилучшие результаты в условиях обжига получены при температуре 9000 С и продолжительности обжига 2-3 мин. Дальнейшее повышение температуры нецелесообразно: вермикулит становится более хрупким, измельчаются зерна и повышается средняя плотность.

Следовательно, при конструировании печей для обжига вермикулита должны быть учтены следующие требования:

1. необходимость быстрого воздействия температуры 900 - 1100⁰ С на вермикулит;

2. резкое охлаждение термовермикулита после обжига, чтобы предотвратить дальнейшее удаление химически связанной воды, которое вызывает повышенную хрупкость тончайших чешуек вермикулита.

Таблица 6. Влияние температуры и продолжительности обжига на среднюю плотность вермикулита

Продолжительность обжига	Средняя плотность вермикулита в кг/м 3 при температуре в град.
	300	400	500	600	700	800	900	1000	1100
1	405	295	275	240	225	190	175	189	188
2	331	282	268	242	212	136	162	184	180
3	303	262	273	231	214	183	158	170	180
4	302	271	255	219	195	182	158	169	177
5	334	295	245	220	195	182	150	168	180
10	342	276	225	215	198	180	153	170	208
15	330	275	226	215	183	181	156	181	200
20	296	266	224	202	179	178	168	186	210

После процесса обжига уже вспученный вермикулит с пода печи самотеком ссыпается в приемную воронку и пневмотранспортирующим устройством передается в камеры готовой продукции.

7. Технологическая характеристика оборудования

7.1 Технологическая характеристика молотковой дробилки

Молотковая дробилка используется для первичного дробления пород неабразивных хрупких, мягких и средней прочности с естественной влажностью не более 8-10%. Она применяется также для вторичного дробления материала размером 100-200 мм до 20 мм и мельче.

В молотковых дробилках материал измельчается за счет удара быстровращающихся молотков по кускам материала, ударов кусков друг о друга и о броневые плиты, на которые материал отбрасывается.

Устройство и принцип работы

На рисунке показана схема однороторной молотковой дробилки. Вал дробилки, получающий вращение через муфту (2) от электродвигателя (1), посажен на подшипники скольжения. На валу собран ротор из дисков 3, на которых шарнирно подвешены молотки (била) (4) .

Расположенная в нижней части дробилки колосниковая решетка состоит из двух частей: передней (5) и задней (6), каждая из которых представляет собой набор колосников (7) трапецеидального сечения, закрепленных в двух тягах (8).

Корпус дробилки состоит из двух частей, скрепленных болтами. В верхней части корпуса находится загрузочное отверстие для материала. Стенки корпуса офутерованы плитами, предохраняющими стенки от истирания и также участвующими в дроблении материала.

Поступивший в камеру дробления материал подвергается быстро чередующимся ударам молотков вращающегося ротора, измельчается и проваливается через отверстия колосниковых решеток. Затем материал поступает на конвейер или в бункер.

Схема строения молотковой дробилки представлена на рис. 1

Рис. 1 1 - подшипники скольжения; 2 - муфта; 3 - ротор; 4 - молотки (била); 5, 6 - передняя и задняя часть колосниковой решетки; 7 - набор колосников; 8 - тяги.

Таблица 7 Технические характеристики

Параметр	Значение
Размер загружаемого материала	200 мм
Ширина загрузочной щели	13 мм
Мощность двигателя	55 кВт
Частота вращения ротора	1000 об/мин
Размеры ротора	400 мм
Диаметр ротора	800 мм
Длина ротора	600 мм
Габаритные размеры дробилки	5000 мм
Длина дробилки	2460 мм
Ширина дробилки	1350 мм
Высота дробилки	1310 мм

7.2 Технологическая характеристика шахтной печи

Шахтная печь, печь с вытянутым вверх рабочим пространством круглого, эллиптического или прямоугольного поперечного сечения, предназначенная для плавки и обжига кусковых материалов. Тепло, необходимое для протекания процессов плавки и обжига, получают путём сжигания топлива непосредственно в шахтной печи или в выносной топке с подачей горячих продуктов горения в печь. Для шахтных печей характерны такие умеренные скорости газообразных продуктов горения, при которых основная масса кусковых материалов (шихты) не увлекается восходящим потоком газов и, в отличие от печи кипящего слоя, сохраняет аэродинамическую стабильность. Наличие противоточного движения шихты (сверху вниз) и фильтрующихся через шихту газов (снизу вверх), а также непосредственный контакт между шихтой и горячими газами обусловливают хороший теплообмен и получение отходящих газов с низкой температурой. Благодаря этому шахтные печи характеризуются высоким тепловым кпд и относительно большой производительностью.

Таблица 8 Технические характеристики

Показатели	Характеристика печи, работающей
	на мазуте	на газе
Высота шахты в мм	6600	6600
Внутренний диаметр шахты в мм	800	800
Температура в зоне обжига в 0С	1100	1100
Температура отходящих газов в 0С	700	700
Скорость газовоздушного потока в м/сек	0,26	0,28
Расход воздуха в м 3/ч	500	530
Давление воздуха в мм вод. ст.	200	200
Расход топлива в 1 ч в кг	40	50
Давление топлива в мм вод. ст.	10000	150
Производительность по вспученному вермикулиту в м 3/ч	3	3



На рис. 2 показана схема и принцип работы шахтной печи конструкции ВНИПИ

Рис. 2 1 - загрузочное устройство; 2 - отвод газов; 3 - фурма; 4 - выносной горн: 5 - шлаковое окно; 6 - штейновый шпур; 7 - внутренний горн.

7.3 Технологическая характеристика воздушно-эжекционного сепаратора

Двухступенчатый сепаратор состоит из первой ступени воздушно-эжекционной и второй - электростатической.

Установленный в технологическую линию, он одновременно служит для охлаждения, транспортирования и обогащения вспученного вермикулита.

Необходимыми условиями эффективного обогащения вермикулита являются:

1. создание эжекционного подсоса воздуха в загрузочной горловине питателя и выходном отверстии;

2. непрерывная равномерная подача питателем вспученного продукта по всей ширине воздуховода;

3. установка дна воздуховода строго горизонтально в любом сечении по его длине.

Таблица 9 Технические характеристики

Показатели	Значение
Производительность в м 3/ч	8 - 10
Расход воздуха в м 3/ч	6000 - 8000
Скорость воздуха в м/сек	8 - 10
Угол наклона	450
Размеры сита: ширина в мм длина в мм	1100 600
Размеры отверстий сита в мм	1,2
Число об/мин приводного вала	600
Расстояние между электродами в мм	90 - 120
Мощность электродвигателей в кВт	7,5

8. Расчет количества оборудования

Расчет числа единиц оборудования:

действительный фонд времени работы оборудования в плановом году, час

Действительный фонд времени работы оборудования в плановом году:

количество дней в году календарное;

количество выходных дней в году;

количество праздничных дней в году, не совпадающих с выходными;

продолжительность и количество в день рабочих смен;

с учетом регламентированных перерывов;

= 2

коэффициент потерь времени на проведение планово-предупредительного ремонта оборудования (3%)

Шахтная печь:

0,448 ед.?1 ед.

Молотковая дробилка:

Грохот трехситовый:

Мешкозашивочная установка:

9. Штатная ведомость

Таблица Штатная ведомость завода

№ п/п	Наименование профессий или видов работ.	Количество работающих	Длительность смены	Количество чел. часов в сут. в год
		1-я смена
1.	Машинист	2	8	16
2	Обжигальщик	4	8	32
3	Дежурный слесарь	2	8	16
4	Монтер	2	8	16
5	Рабочий	24	8	192
6	Начальник цеха	1	8	8
7	Старший мастер	1	8	8
8	Сменный мастер	1	8	8
9	Уборщица	2	8	16
Итого: 20 человек

10. Контроль за технологическим процессом и качеством продукции

10.1 Основные задачи и методы технического контроля

Технический контроль - это проверка соответствия объекта (материала, изделия или процесса) установленным требованием, что относится к системе государственных испытаний, а значит, подчиняется правилам стандартизации и сертификации.

Стандартизация - деятельность, направленная на достижение оптимальной степени упорядочения в определенной области посредством установления положений для всеобщего и многократного использования реально существующих или потенциальных задач.

Результатом этой деятельности является разработка нормативных документов.

В зависимости от специфики объекта стандартизации и содержание установленных к нему требований различают стандарты основополагающие, на продукцию или услуги, а также стандарты на процессы, на методы контроля (испытаний, измерений, анализа).

Сертификация - подтверждение соответствия товара обязательным нормативным требованиям, которое сопровождается выдачей сертификата соответствия.

Любой контроль можно свести к осуществлению двух этапов:

получение первичной информации о фактическом состоянии объекта, о признаках и показателях его свойств;

сопоставление первичной информации с заранее принятыми требованиями, нормами, критериями, обнаружение соответствия или расхождений фактических и требуемых данных, что дает вторичную информацию.

Вторичная информация используется для выработки соответствующих

управляющих воздействий, совершенствование производства, повышения качества продукции и т.п.

Основными задачами системы контроля являются:

определение качества поступающих на завод материалов;

установление состава и свойств потоков материалов в процессе производства;

слежение за параметрами технологического процесса по всем производственным переделам;

контроль качества и сертификация (паспортизация) продукции;

анализ и обобщение результатов контроля по всем переделам с целью совершенствования технологического процесса.

10.2 Основные виды и объекты технического контроля

Таблица 11 Характеристика основных видов и объектов ОТК

Цех	Этапы производственного процесса	Объект контроля	Основной вид контроля
Карьер	Заготовка сырья и исходных материалов	Вермикулитовая порода	Определение внешнего вида, химического состава, засоренности посторонними примесями, определение зернового состава, определение влажности
Подготовительный	Обогащение породы	Валковые дробилки	Размеры мундштука и кернов; проверяется величина зазора вальцов грубого и тонкого помола.
Дробильный	Дробление и фракционирование вермикулитового сырья	Молотковая дробилка	Правильность и периодичность загрузки и выгрузки сырья; срок дробления; определение оптимального гранулометрического состава
Обжиговый	Загрузка и обжиг	Обжиг	Поверка температурного режима; пользования газовыми горелками; анализ газов; длительность цикла.
Склад готовой продукции	Складирование и хранение	Бункера готовой продукции	От партии вспученного вермикулита отбирается проба для оценки качества, марки, водопоглощения и морозостойкости; контроль выдачи готовой продукции.

11. Охрана окружающей среды

Охрана окружающей среды является важным мероприятием в настоящее время, в особенности этому фактору должно уделяться большее внимание предприятиям и заводам, которые в большей мере влияют на ее состояние. Существуют два основных направления природоохранной деятельности

предприятий. Первое - очистка вредных выбросов. Второе направление - устранение самих причин загрязнения, что требует разработки малоотходных, а в перспективе и безотходных технологий производства, которые позволяли бы комплексно использовать исходное сырье и утилизировать максимум вредных для биосферы веществ.

Для очистки применяют различные конструкции аппаратов. По способу улавливания пыли их подразделяют на аппараты механической (сухой и мокрой) и электрической очистки газов.

Предельно допустимые нормы выброса загрязняющих веществ напрямую связаны с процессом производства цемента и поэтому являются объектом технического регулирования.

Для уменьшения выбросов NO, при производстве изделий рекомендуется применение следующих методов:

Инжекция воды в топливо или непосредственно в факел. Может использоваться для всех видов печей. Эффективность снижения концентрации NOх - до 50% (до 400 мг/нм 3).

Применение специальных двухпоточных горелок. Может использоваться для всех видов печей. Эффективность снижения концентрации NOх - до 30% (до 600-1000 мг/нм ³).

Многостадийное сжигание топлива (в печи, в кальцинаторе и в циклонном теплообменнике). Может использоваться только для печей с циклонным теплообменником и кальцинатором. Эффективность снижения концентрации NO, - до 10-50% (< 500-1000 мг/нм ³).

Сжигание альтернативного топлива (шин, твердых отходов) в средней части вращающейся печи. Может использоваться для длинных печей мокрого способа производства. Эффективность снижения концентрации NOх - до 20-40%.

Использование минерализаторов при обжиге клинкера. Может использоваться для всех видов печей. Эффективность снижения концентрации NOх - до 10-15

Селективное некаталитическое восстановление NOх (введение в газы с температурой 800-100⁰ °С вос...