Повна версія

Головна arrow Техніка arrow Будівельне матеріалознавство. Т 1

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

ПІДГОТОВЧІ РОБОТИ

До підготовчих робіт відноситься комплекс операцій, супутніх практично всіма технологіями. Їх основне призначення - надати сировини технологічний стан, зручне та ефективне при проходженні сировини по послідовному циклу переділів з утворенням готової продукції. На цій стадії технології важливо повніше розкрити і, по можливості, перебільшити потенційну енергію сировини з тим, щоб на наступних етапах (перемішування, формування і т.п.) вільна внутрішня і поверхнева енергії перейшли в інші її форми, сприяючи процесам новоутворень і фаз, відмінних від вихідних сировинних, а також структури - внутрішньої будови готового матеріалу (вироби).

З метою зменшення витрат зовнішніх енергоресурсів, спрощення і здешевлення підготовчих робіт вельми доцільний пошук сировини, яке заздалегідь зазнало геологічну обробку, сприятливо позначилася на спонтанної або штучної активізації його перед вживанням в технології будівельних матеріалів. У роботі В.С. Лісовика [17] показано, що величина енергетичної здатності гірських порід і породоутворюючих мінералів істотно залежить від генезису (рис. 2.1). Так, наприклад, за складом, внутрішньою будовою та зовнішнім додаванню попутно видобуваються породи як відходи гірничорудного виробництва КМА і кора вивітрювання кімберлітів алмазоносних провінції Півночі РФ значно відрізняються підвищеною активністю від традиційного, схожого за складом, сировини, використовуваного в будівельній індустрії. Відомо, що традиційні гірські породи видобувають в якості сировини шляхом, як правило, відкритої розробки порівняно дрібних кар'єрів, глибиною до 40-50 м. Тим часом попутно видобуваються породи, одержувані після збагачення руд, витягуються з глибших родовищ (450-500 м) .

Генетична класифікація гірських шмагав як сировини для виробництва будівельних матеріалів

Мал. 2.1. Генетична класифікація гірських шмагав як сировини для виробництва будівельних матеріалів

На цій глибині геологічні процеси сприяли природному технологічної активізації порід як потенційного сировини. Ця активізація виражається зазвичай в наростанні дефектності кристалічної решітки породоутворюючих мінералів, часткової аморфізації породи і її структурних зерен, які зазнають до того ж часткову або повну деструкцію зі збільшенням питомої і сумарною поверхні твердих частинок. Виявлено, що реакційна здатність глинистих частинок при деструкції їм відповідних мінералів значно підвищується внаслідок зростання невпорядкованості (ентропії) кристалічних решіток. Аналогічне явище характерне для тонкодисперсного кварцу з корродированою поверхнею. Тим часом і то. і інше явища обумовлені відповідним генезисом порід, а виробничий ефект виражається скороченням в 2-3 рази тривалості ізотермічної витримки в автоклаві при отриманні силікатної матеріалу. Зростає і міцність такого матеріалу в порівнянні з застосуванням звичайної сировини.

Залежно від різновиду сировини підготовчі операції полягають в подрібненні, помелі, распушку і інших способах перекладу сировини в тонкодисперсное стан; фракціонуванні, просіві, промиванні і інших методах очищення поверхні частинок і поділу їх на окремі групи (фракції) по гранулометричному (зерновому) складу; зволоженні або зневодненні

(Сушці) сировини; нагріванні, випалюванні і охолодженні сировини перед вживанням в сумішах; збагаченні, тобто підвищенні однорідності сировини по масі, міцності і іншими якісними показниками, що нерідко поєднується з фізико-хімічною обробкою з метою додаткового підвищення активності поверхні частинок або зміни її полярності, поверхневого натягу і т.п.

Подрібнення і помел - найбільш поширені підготовчі операції. Зменшення розмірів частинок грубозернистих сировинних матеріалів викликається необхідністю: забезпечити певну відповідність між розмірами частинок суміші і конструктивними елементами виробів; полегшити технологічні операції на стадіях приготування суміші; підвищити щільність і однорідність дробленого матеріалу; збільшити питому поверхню порошкоподібної речовини після помелу вихідного матеріалу. Відомо, що між розміром зерен у і питомою поверхнею х існує зворотна пропорційна залежність: x = aly п , де а - величина поверхні частинки, розмір якої дорівнює 1. Цю залежність можна зобразити у вигляді гіперболічної кривої в системі коопдінат Y-X (тс. 2.2).

Залежність питомої поверхні X від розміру часток У подрібненої сировини

Мал. 2.2. Залежність питомої поверхні X від розміру часток У подрібненої сировини

Зі зменшенням розміру кожної частки загальна поверхня подрібненої речовини збільшується, тоді як обсяг частки при додаванні уламків залишається постійним. Швидко збільшується з подрібненням поверхню володіє особливим запасом поверхневої енергії, яка в подальшому витрачається при змішуванні декількох компонентів в загальну суміш, при формуванні виробів з суміші з протіканням реакцій по поверхнях розділу.

Після деякої межі тонкощі помелу потенційна енергія поверхні може зрости в такій мірі, що нерідко відбувається мимовільне (спонтанне) агрегування (злипання) частинок зі зменшенням питомої поверхні і збільшенням грудкуваті і неоднорідності вихідного продукту. Раціональний межа тонкощі помелу встановлюють дослідним шляхом. Він може бути підвищений застосуванням під час помелу додаткових так званих поверхнево-активних речовин, здатних створювати на поверхні плівки, екранувати частки і запобігати їх агрегування. Крім того, при високій дисперсності помелу є небезпека втрати активності порошкоподібного матеріалу в період його зберігання в зв'язку з поглинанням сторонніх речовин (пилу,

вологи, газів і ін.) з навколишнього середовища. Доводиться враховувати і те, що зі збільшенням ступеня подрібнення значно зростають механічна робота і витрата енергії на подрібнення. З цієї причини дуже корисно орієнтуватися на породи різного генезису (див. Рис. 2.1).

Операцію подрібнення нерідко поєднують з поділом продукту помелу по крупності частинок просеиванием або сепарацією. Ця операція називається поділом сировини по фракціям.

Інший операцією є промивання зернистих фракційних матеріалів - піску, дробленого каменю (щебеню), гравію - з метою зменшення кількості пилу і глини в суміші. Матеріали промивають чистою водою або з додаванням хімічних речовин. Але є і сухі способи очищення зернистих сировинних матеріалів, що оберігає їх від змерзання в зимовий період робіт, наприклад, колориметрические, рентгеносепараціонние і ін.

Нерідко вихідні сировинні матеріали піддають так званому збагачення, тобто підвищенню однорідності по міцності, щільності і т.п. В основі збагачення лежать фізичні закони. Залежно від прийнятого способу вони можуть бути законами гравітації, сепарації, флотації, пружності і ін. Ефективність способу оцінюють за ступенем збагачення, кількості (виходу) збагаченого продукту і його якості.

Вельми важлива роль в підготовчий період відводиться потужній термічній обробці на сировинний матеріал, щоб його просушити, нагріти до необхідної температури і навіть піддати короткочасному випалу з метою, наприклад, часткової або повної його дегідратації, аморфизации, укрупнення частинок для зниження пластичності (наприклад, глини).

Процес сушіння призначають з урахуванням особливостей вихідної сировини як багатокомпонентної системи, що складається з речовини, що складають сировинний матеріал, вологи, повітря і водяної пари. Якщо сировинний матеріал піддати впливу теплового агента (нагрітого повітря, продуктів згорання і ін.) Або спеціальних джерел нагріву (лампові випромінювачі, ТЕН, парові регістри і ін.), То з поверхні волога випаровується, а всередині переміщається до поверхні випаровування за рахунок капілярних сил , градієнтів вологості і температури. Загальна влагосодержание сировинного матеріалу зменшується пропорційно тривалості сушіння, тобто за лінійним законом (рис. 2.3, відрізок б - в). Температура поверхні матеріалу в цьому інтервалі залишається постійною і дорівнює температурі адіабатичного насичення повітря. Температура в центральних шарах матеріалу продовжує підвищуватися і досягає температури адіабатичного насичення пізніше, в точці д. До точок б і г зменшення вмісту вологи йде не за прямим закону. Динаміка сушильного процесу показана на рис. 2.4. Після висушування матеріал нагрівають до необхідної температури.

Мал. 2.3. зміна влагосодсржанія

Мал. 2.4. Графік швидкості сушки:

матеріалу в процесі сушіння / - період наростаючого прогріву

матеріалу ( d p -б); 2 - період постійної швидкості сушіння (б-в); 3 - період падаючої швидкості сушки (в- г)

Нерідко обидві операції поєднують в одному тепловому агрегаті, наприклад, в сушильному барабані або на колосникових решітці.

Нагрівання матеріалу, випарювання з нього вологи або розчинника, який опинився в ньому, а також подальше охолодження і інші теплові процеси протікають відповідно до законів тепловіддачі. Основне рівняння теплопередачі встановлює залежність між тепловим потоком Q і поверхнею F теплообміну: Q = kFAlc рт, де до - коефіцієнт теплопередачі, що визначає середню швидкість передачі теплоти по поверхні теплообміну; Д / ср - середня різниця температур між теплоносіями, що визначає середню рушійну силу процесу теплопередачі, або температурний напір, ° С; т - тривалість процесу теплопередачі. З рівняння видно, що кількість теплоти, що передається від більш нагрітого теплоносія до більш холодного, пропорційно поверхні теплообміну F, середнього температурного напору Д / ср і часу передачі.

Передача теплоти на відстань здійснюється трьома способами: теплопровідністю, конвекцією і випромінюванням. В основі цих способів теплопередачі знаходяться відповідно закони Фур'є, Ньютона та Стефана-Больцмана. В реальних умовах теплота найчастіше передається комбінованим способом, проте переважаючим в ньому залишається все ж один із зазначених вище способів.

При необхідності нагрівання матеріалу (сировини) може бути доведено до випалу в пічних агрегатах по заздалегідь розрахованому режиму відповідно температурної кривої. Однак випал в підготовчий період потрібно іноді лише для зниження зайвої пластичності сировини, наприклад, глин, при відсутності поблизу піщаних кар'єрів.

На стадії підготовчих робіт виробляють нерідко також фізико-хімічну або хімічну обробку сировинних матеріалів. Вона підвищує активність підготовлених компонентів суміші, полегшує і прискорює основну технологічну операцію, сприяє отриманню ІБК більш щільного і міцного, кращого за іншими якісними характеристиками. Така обробка полягає, зазвичай, в додаванні в суміш спеціальних речовин, що мають різні або комплексні функції, - ущільнюють, минерализующие, пороутворюючих, гідрофобізірующіс, коагулюють (електроліти) і т.п. Вона може бути поєднана з механічною обробкою, наприклад, шляхом помелу сировини в суміші з добавкою. Тоді свежеобразующаяся поверхню подрібнюють частинок поглинає додатковий речовина (добавку) з утворенням на поверхні молекулярних (плівок) або нових хімічних сполук, підвищуючи активність порошкоподібного матеріалу.

Деякі сировинні компоненти знаходяться в рідкому стані і вступають у взаємодію з твердими компонентами суміші. Тому, щоб посилити їх індивідуальні особливості, подібно твердим їх піддають нагріванню, рафінування, електромагнітного впливу, збагачення з введенням додаткових речовин, наприклад, поверхнево-активних інгібіторів, електролітів і ін.

Підготовлені сировинні матеріали транспортують до місць тимчасового накопичення для подальших операцій (дозування, перемішування). При прогресивної технології транспортування є не тільки переміщенням (вертикальним, горизонтальним або похилим), але використовується так само як додатковий фактор, що позитивно впливає на структурообразовательний процес. З цією метою передбачаються не тільки конструктивно-технологічні заходи щодо захисту в дорозі від охолодження - нагрітого, від зволоження - просушеного, від забруднення - промитого, від перемішування - фракционированного матеріалів, а й подальша активізація їх за допомогою відповідних агентів (теплових, адсорбирующихся з повітряної середовища, вібраційно-пульсуючих і ін.).

У ємностях (бункерах, силосах і ін.) Тимчасового накопичення та зберігання підготовлених сипучих матеріалів можливі затори при їх переміщенні з утворенням стійких склепінь. Мимовільне припинення закінчення цих матеріалів призводить до порушення загального ритму роботи заводу, дефектносгі дозування, зниження однорідності і якості суміші. Для боротьби з утворенням склепінь в товщі сипучого матеріалу використовують спеціальні пристрої (сводообрушітелі). Вони, однак, не завжди бувають ефективними, особливо при зберіганні дрібнофракційних сумішей. В даний час встановлено аналітичні залежності, які пов'язують характеристики дрібнофракційних сипучого матеріалу і ємності з основними параметрами процесу витікання, що

дозволяє розраховувати геометрію бункера з заданими формою випускного отвору і швидкістю витікання. Можливість утворення зводу сипучого матеріалу враховують на стадії проектування системи "бункер-дозатор" [25].

На якість суміші виготовляється будівельного матеріалу може сильно впливати точність дозування. Якщо під впливом зовнішніх або внутрішніх причин порушується точність дозування (автоматичного отвешивания або об'ємного відмірювання) або ритмічність переміщення віддозованих компонентів до змішувальному апарату, то в процесі перемішування можливе зниження якості одержуваної суміші (маси) і готового матеріалу (вироби).

 
<<   ЗМІСТ   >>