Технологическая схема по производству вспученного вермикулита

описание.doc

ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПО ПРОИЗВОДСТВУ ВСПУЧЕННОГО ВЕРМИКУЛИТА
Технология производства вспученного вермикулита включает дробление исходной породы (до 1-2 мм при производстве песка и до 5-10 мм при производстве щебня) и сортировку. Перед обжигом сырье в ряде случаев рекомендуется подвергать предварительной термической обработке в сушильном барабане или малой вращающейся печи при температуре 250-45оС в течение нескольких минут. При этом удаляется свободная и слабосвязанная вода в дальнейшем зерна породы могут при обжиге выдержать более высокую температуру не растрескиваясь. Остаточной трудноудаляемой воды в зернах вполне достаточно для бурного вспучивания при температуре до 1250оС и увеличивается в объеме в 15-20 раз и более.
Для получения вспученного вермикулита используют вертикальные (шахтные) и вращающиеся печи а также печи кипящего слоя. Выбор конструкции печи определяется размером обжигаемых зерен требуемыми свойствами заполнителя и запланированной производительностью.
При производстве вспученного вермикулитового песка применяются шахтные печи. Печь представляет собой вертикальный футерованный изнутри цилиндр с конической нижней частью. Поток горячих газов от сжигания топлива направляется снизу вверх. Поскольку площадь сечения конической части печи с подъемом увеличивается скорость газового потока уменьшается. Через загрузочные отверстия в верхнюю цилиндрическую часть печи подается дробленая вермикулитовая порода и свободно падает вниз пока в конической части не подхватывается восходящим потоком горячих газов. Зерна породы витая в горячей газовой струе вспучиваются. При этом парусность их резко увеличивается и они увлекаются газовым потоком вверх выносятся из печи и затем осаждаются в циклонах.

2 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ.doc

2 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ
Вермикулитами ( от лат. vermiculis – червеобразный) называют минералы из группы гидрослюд способные вспучиваться при нагревании.Вермикулит является продуктом низкотемпературных гидротермальных процессов и последующего выветривиния магнезиальных и магнезиально – железных слюд флогопита и биотита. Для вермикулита характерна пластинчатая структура. Вспученный вермикулит (зонолит) получают обжигом минерала вермикулита. Вермикулитовое сырье пригодное для вспучивания должно удовлетворять следующим требованиям:
-у материала предназначенного для засыпной изоляции предельная крупность частиц не должна превышать 15 мм;
-у материала применяемого для получения теплоизоляциооных и звукоизоляционных штучных изделий предельная крупность частиц не должна превышать – 7 – 12 мм;
-невспучивающихся частиц в вермикулите должно быть не более 8 %;
-сырье не должно быть загрязнено примесями других пород;
-влажностьвермикулита не должнабыть выше 7 %.
Сырьем для производства термовермикулита (вспученного вермикулита) является минерал вермикулит представляющий собой сложный высокогидратизированный алюмосиликат магния отличающийся непостоянством химического состава. Он образовался в результате выветривания или гидротермальных применений ферромагнезиальных слюд: флогопита и биотита.
Сохранив внешний чешуйчатый вид слюды вермикулит отличается от биотита и флогопита малой эластичностьюта пластинок и пониженной их твердостью (1 – 15 по шкале твердости Мооса) удельная масса его 205 – 271 а температура плавления 1300 0С.
Вермикулит относится к водным алюмосиликатам сложного химического состава содержащим как и другие гидрослюды цеолитную воду. Кроме того вода в вермикулите содержиться частично между чешуйками материала (межпакетная) а частично в кристаллах (кристаллизационная).
Химический состав вермикулита зависит от состава исходной слюды флогопита:K2O·6MgO·Ai2O3·6SiO2·2H2O
и биотита:K2O·6(MgFeO)·Ai2O3·6SiO2·2H2O
а также от степени изменения слюды в месторождении под действием гидротермальных и других процессов.
При гидротации слюды изменяется ее состав: уменьшается количество FeO K2O Na2O TiO2 MnO Al2O3несколько возрастает содержание SeO2 Te2O3 MgO а главным образом цеолитной воды.
Так как превращение биотита и флогопита в вермикулит происходит постепенно то как правило отдельные образцы вермикулита добытого из различных участков одной и той же залежи имеют разную степень гидратации и колеблющийся химический состав. Высшая температура плавления вермикулита (~1400 0С) позволяет применять его для устройства тепловой изоляции агрегатов работающих при температуре до 1000 – 1100 0С.
Замечательным свойством вермикулита является способностьего частиц вспучиваться – превращаться при нагревании в червеобразные гранулы. Незначительное увеличение объема вермикулита начинается при нагревании до 160 - 200 0С а максимальное вспучивание происходит при 700 - 1100 0С при этом размер частиц увеличевается в 20 – 25 раз. Вспучивается вермикулит вследствии того что содержащаяся в нем вода преврещается в пар расслаивает частицы вермикулита по плоскостям спайности на отдельные пластины – чешуйки.
Тончайшие прослойки воздуха между отдельными пластинами вспученного вермикулита обуславливают малый объемный (насыпной) вес равный 60 – 110 кгм3 что зависит от гранулометрического состава исходного природного вермикулита и от загрязнения его соответствующими породами. Объемный вес вспученного вермикулита с увелиением величины частиц как правило возрастает. Объемный насыпной вес вспученного вермикулита зависит от зернового состава степени вермикулитизации сырца от температуры непродолжительности обжига формы зерен наличия пустой породы.
Зависимость объемного насыпного веса вспученного вермикулита от его зернового состава приведена на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 Зависимость объемного насыпного веса вспученного вермикулита и породы обожженных в промышленных печах от размера зерен
— барчинский гидробиотит; 2 — барчинская порода; 3 — булдымский вермикулит; 4 — инаглинский вермикулит; 5 — ковдорский вермикулит; 6 — ковдорский гидрофлогопит; 7 — кокшаровский гидробиотит; 8 — потанинский гидробиотит
Крупнозернистый вермикулит обладает меньшим объемным насыпным весом чем мелкозернистый так как он лучше вспучивается при обжиге и имеет большую пористость чем мелкий.
По значению объемного насыпного веса вспученный вермикулит делят на марки: 100 150. 200. 250 и 300.
От величены объемного веса зависит теплопроводность вермикулита.
Слюды являются алюмосиликатами слоистой структуры обладающими весьма совершенной спайностью в одной плоскости. Основной их структурной единицей являются непрерывные слои кремнекислородных тетраэдров состава SiO2. Каждая пара таких слоев связывается в общий плоский пакет бруситовыми из Mg(ОH)2 или гидраргиллитовыми из А1(ОН)3 слоями.
Состав слюд выражается формулой.
Различные значения п т и р а также наличие в кристаллической решетке слюд различных катионов R2+ и R3+ обусловливают все их многообразие. Состав
флогопита и биотита выражается следующими формулами:
Под действием выветривания слюды гидротируются и изменяют свой химический состав. Количество FeO К2О Na2О МnО и даже Al2O3 уменьшается. Особенно много теряется щелочей и закисного железа содержание которого уменьшается в 3—7 раз. Частично оно переходит в окисное. Увеличивается содержание К2О MgO и часть Fe2O3 если не происходит ее выноса. Характер изменений происходящих в слюдах свидетельствует о том что превращение слюд в вермикулит совершается в кислой среде. Этот процесс называют вермикулитизацией так как в результате образуется новый минерал — вермикулит. Вермикулитизация в большинстве случаев не доходит до конца и образуются гидрослюды занимающие по своим свойствам промежуточное положение между слюдами и вермикулитом. Химический состав гидрослюд выражается формулами:
Химический состав вермикулита характеризуется полным отсутствием К2О и Na2O. Впервые химическая формула вермикулита была предложена J. W. Gruner
Об изменении химического состава слюд в процессе вермикулизации можно судить по данным таблицы 2.2.
При вермикулитизации ионы калия соединяющие пакеты из SiO2 и Mg(ОН)2 частично или полностью замещаются ионам и Mg2+. Это приводит к увеличению размеров элементарной ячейки по оси с появлению деформаций в структуре способствует и переход Fe2+ в Fe3+. Между силикатными пакетами появляются прослойки воды состоящие из двух молекулярных слоев.
Как установлено при вермикулитизации возникает смешанно-слоистая структура характерная тем что вермикулитовые пакеты чередуются с неизмененными слюдяными.
Параметры кристаллической решетки
Показатели преломления
Угол оптических осей
Предел прочности при сжатии в кгссм3
Модуль упругости в кгссм3:
Удельное объемное сопротивление в Омсм
Электрическая прочность в кВмм
Из молекулярно – железистых слюд в особую группу выделяют гидрослюды содержащие в своем составе цеолитовую воду. К таким слюдам относят вермикулит который по химическому составу соответствует гидратированному биотиту или флогопиту глауконит соответствующий по составу гидратированному лепидомелану.
Состав вермикулита выражают формулой:
(MgCa)y(AiFeMg)z(SiAiFe)4O10(OH)2(H2O)x
y – число обменных ионов(y=022 036);
z – число обменных ионов в октаэдрических положениях (х 3).
Содержание отдельных оксидов составляет % по массе:
S A - Fe2O3 – 5 7; - FeO – 1 9; - MgO – 19 25
-TiO2 – до 16 с присутствием в ряде случаев CaO MnO NiO и других. Кристаллизационной 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.
Между коэффициентом гидратации и коэффициентом вспучивания не наблюдается прямой зависимости так как значительную роль играет расположение слоев вермикулита и гидратированных слюд: при регулярном переслаивании вермикулитовых и слюдяных слоев параметр кривых вспучивания при нагревании и охлаждении практически одинаков. Для гидрослюд с переслаиванием вермикулитовых слоев со слюдяными характер кривых иной: температуры максимума вспучивания первых – 300 0С а вторых около 800 0С.
Зерна вермикулита имеют кубообразную форму а зерна гидрослюд – пластинчатую. Форма зерен вспученного материала характеризуется пластинчатостью (отношением полусуммы крайних размеров зерна по плоскости спайности к высоте зерна).
Вермикулит и гидрослюда с регулярным переслаиванием вермикулитовых и слюдяных слоев имеют ячеисто – пластинчатое мелкопористое строение шероховатую поверхность и кубообразную форму зерен.
Гидрослюда с нерегулярным переслаиванием слоев вермикулита и слюд вспучиваются в виде гармони (рисунок 2.3) из непрочно связанных вспученных подушечек с пластинчатым строением или кубообразных раздвижных пластинок. Такие зерна имеют твердую гладкую и стекловидную поверхность форма же зерен – в виде распавшихся линз и пластинок.

5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ.doc

5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОИЗВОДСТВА МЕРОПРИЯТИЯ ПО ОХРАНЕ ТРУДА И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Технико-экономическая эффективность проектных решений оценивают на основании расчета следующих основных показателей:
- удельный расход сырья устанавливают в результате расчета качественно-количественной смены или материального баланса предприятия;
-трудоемкотсь выработки единицы продукции определяют как частное от деления годового количества человеко-часов отработанными производственными рабочими на годовой выпуск годовой продукции;
-энерговооруженность определяют суммарной мощностью электродвигателей технологического и транспортного оборудования приходящейся на одного производственного рабочего;
-съём продукции с 1 м3 производственной площади характеризует компоновочные решения с точки зрения использования площадей производственных помещений или территории промышленных площадок для установок размещаемых на открытом воздухе.
Охрана труда на стадии проектирования состоит в разработке мероприятий обеспечивающих создание надлежащих санитарно-гигиенических и безопастных условий труда производственного персонала. В круг этих мероприятий входят решения касающиеся аспирации и обезпыливания шумопонижения нормализации температурно-влажностного режима предотвращение опасных и вредных воздействий производственных факторов.
Охрана окружающей среды предусматривает мероприятия направленные на недопущение ухудшения окружающей среды от работы проектированного предприятия. Сюда входит:
-очистка шламосодержащего стока;
- осветление вод и организация оборотного водообеспечения;
рекультивация земель по завершении разработки карьеров и другие решения вытекающие из специфики данного производства.очистка отходящих газов печей и других агрегатов от пыли и иных вредных веществ.

СОДЕРЖАНИЕ.doc

НОМЕНКЛАТУРА ВЫПУСКАЕМОЙ ПРОДУКЦИИ
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ
ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБА ПРОИЗВОДСТВА
Добыча и обогащение вермикулитовой породы
Дробление вермикулита
Технологическая схема производства продукции
Технико-экономическая эффективность производства мероприятия по охране труда и окружающей среды
Список использованной литературы

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.doc

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Технология производства изоляционных строительных материалов и изделий: Методические указания. – Белгород: изд-во БелГТАСМ 2002. – 20 с.
Вермикулит. Производство и применение: Сборник научных статей (УралНИИ Стромпроект). – Челябинск 1988. – 157 с.
Вермикулит. Свойства. Технология вспучивания. Комплексные ограждающие конструкции и изделия Под общ. Ред. А.А. Марченко и Г.В. Гемммерлинга. – М.: Стройиздат 1968. – 213 с.
Дубеницкий К.Н. Вермикулит К.Н. Дубеницкий А.П. Пожнин.– М.: Стройиздат 1971. – 116 с.
Ицкович С.М. Технология заполнителей бетона: Учебное пособие
С.С. Ицкович Ю.М. Баженов Л.Д. Чумаков. – М.: Высшая школа 1990. – 102 с.
Справочник по производству искусственных пористых заполнителей Под ред.В.В. Исидорович. – М.: Стройиздат 1966. – 160 с.
Справочник по производству теплоизоляционных материалов. – М.: Стройиздат 1975. – 260 с.

Рисунок1.dwg

Технологическая схема производства вермикулитового песка обжигом в вертикальной печи
Экспликация: 1 - элеватор ленточный для сырья; 2 - питатель тарельчатый; 3 - конвейер ленточный передвижной; 4 - элеватор ленточный; 5 - затвор шиберный реечный; 6 - питатель дисковый; 7 - печь термоподготовки СМТ-178; 8 - вентилятор дутьевой; 9 - печь вспучивания вертикальная (шахтная) СМТ-177; 10
- циклоны; 12 - затвор-питатель; 13 - бункер готового продукта; 14 - питатель ячейковый; 15 - затвор челюстной."

4 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА ПРОДУКЦИИ.doc

4 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА
Технологический процесс получения вспученного вермикулита состоит из операций по добыче породы ее обогощению дроблению крупных пластин вермикулита и обжига.
Обогащение производиться гравитационным способом который основан на различии удельного веса вермикулита и пустой породы.
Гидравлическое обогащение осуществляется в водной или воздушной среде. При гидравлической гравитации не происходит пыление легче удаляются мелкодисперсные частицы пустой породы. Гравитация в водной среде осуществляется в отсадочных машинах (для крупных фракций) 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.
Дробление производится на молотковых дробилках СМД-15. Хорошие результаты могут быть получены при использовании молотковых дробилок с режущими ножеобразными билами. Их применение позволяет уменьшить степень измельчения увеличить толщину зерен дробимого вермикулита снизить удельную работу дробления.
Для грохочения используется грохот ГИЛ-61. Наилучшим способом обжига вермикулита является обжиг в трубчатых печах. Этот способ обеспечивает интенсивное нагревание зерен вермикулита и каратковременное прибывание их в зоне высоких температур.
Технологическая схема поизводства вермикулита представлена на рисунке 4.1.
Рисунок 4.1 – Технологическая схема производства вспученного вермикулита
В этой схеме может производиться обжиг только обогащенного вермикулита содержащего не более 5-6% примесей посторонних пород.
Вспучивание (обжиг) обогащенных вермикулитовых руд производят в шахтных печах Теплопроекта наклонных печах НЗЛ (рисунок 4.1 а) в длинноканальной прямоточной трубчатой печи в автоматизированном агрегате — комбайне УралНИИпроекта а также в печах конструкции НИИСМИ (рисунок 4.1 б). Можно использовать для обжига вермикулитовых руд шахтные печи обычно применяемые при обжиге перлита.
Печь конструкции НИИСМИ (рисунок 4.1 б) имеет высоту 5050 мм и внутренний диаметр 600 мм. Температура в зоне вспучивания вермикулита.

ВВЕДЕНИЕ.doc

Немногие из известных человеку минералов вызывают такой разносторонний интерес как вермикулит. Строительство энергетика промышленность сельское хозяйство транспорт—это далеко не все отрасли народного хозяйства где вермикулит находит практическое применение. Его использование позволяет экономить топливо способствует уменьшению веса зданий и улучшению тепловлажностного режима помещений удешевляет строительство.
В настоящее время создается новая отрасль отечественной промышленности по производству вспученного вермикулита и разнообразных изделий на его основе. Одним из высококачественных современных теплоизоляционных материалов для тепловой изоляции строительных конструкций и промышленного оборудования является вспученный вермикулит. На его основе изготавливаются разнообразные теплоизоляционные изделия теплоизоляционные и теплоизоляционно-конструкционные бетоны строительные растворы.
Основным направлением использования вспученного вермикулита в строительстве является применение его в качестве теплоизоляционного материала в том числе в рыхлом виде в виде штучных изделий вермикулитовых бетонов и растворов. Высокая пористости малый объемный вес и низкий коэффициент теплопроводности а также минеральный состав обеспечивающий высокую огнестойкость и биостойкость ставят его на одно из первых мест среди других теплоизоляционных материалов.
Широкое применение вспученный вермикулит находит и в промышленной теплоизоляции благодаря высокой температуростойкости как самого вермикулита так и изделий на его основе. Вермикулитовые штукатурки нанесенные на легкосгораемые материалы и конструкции с успехом выполняют огнезащитные функции превращая такие материалы из сгораемых в трудносгораемые а также значительно увеличивают предел огнестойкости несгораемых конструкций. Так например тонкостенные армоцементные плиты и своды-оболочки как известно без специальных огнезащитных покрытий имеют недостаточную огнестойкость. Огнезащитный слой из вермикулитового раствора увеличивает их предел огнестойкости до 10 раз.
Использование вермикулита в производстве древесноволокнистых древесностружечных плит и фанеры помимо повышения степени их огнестойкости обеспечивает им биостойкость и красивый внешний вид. Наряду с высокими теплозащитными свойствами вспученный вермикулит обладает также и высокой звукопоглощающей способностью. Блеск золотистых чешуек вспученного вермикулита придает высокий декоративный эффект таким отделочным материалам как декоративные штукатурки облицовочные плитки (керамические пластмассовые и др.).
Представляет большой практический интерес и весьма перспективно применение вермикулита в сельском хозяйстве для улучшения структуры состава и ионообменной способности почв (физико-химическая мелиорация почвы) а также в качестве среды для выращивания растений без почв (гидропоника). При этом тяжелые глинистые почвы и пустынные пески могут превращаться в плодородные почвы.
Благодаря своей стерильности и теплоизоляционным свойствам вспученный вермикулит является прекрасной засыпкой для упаковки растительных материалов.
Следует упомянуть также о применении вспученного вермикулита для посыпки рулонных кровельных материалов как пигмента и наполнителя пластмасс и резины в технологии очистки питьевых и сточных вод (в том числе и радиоактивных) для сушки газов и воздуха очистки и осветления масел и бензина замены графита как смазочного материала для антикоррозионной защиты металлов для формовочных земель в литейном производстве в атомной и радиационной технике.

1 НОМЕНКЛАТУРА ВЫПУСКАЕМОЙ ПРОДУКЦИИ.doc

1 НОМЕНКЛАТУРА ВЫПУСКАЕМОЙ ПРОДУКЦИИ
Вспученный вермикулит – сыпучий зернистый материал чешуйчатого строения получаемый в результате обжига природных гидратированных слюд.
Вспученный вермикулит можно использовать при изготовлении теплоизоляционных засыпок в строительных конструкциях легких теплоизоляционных бетонов огнезащитных теплоизоляционных и звукопоглощающих штукатурных растворов а так же аккустических плит.
По средней плотности вспученный вермикулит имеет следующие марки: 100 150 и 200. Плотность их соответственно: 85 125 и 195 кгм3 при размере зерен: 15 - 10 5 - 3 и 3 - 1 мм соответственно. Следовательно средняя насыпная плотность вспученного вермикулита уменьшается с увеличением диаметра и толщены зерен вермикулита – сырца. Она понижается при повышении продолжительности обжига однако при этом увеличевается крупность вспученных зерен.
Вспученный вермикулит по размерам зерен делятся на три фракции:
- крупную – 10 - 15 мм;
- среднюю – 5 –06 мм;
- мелкую - менее 06 мм.
Строение зерен вермикулита анизотропное. Их прочность выше в направлении паралельном плоскостям спайности.
Вспученный вермикулит обладает упругостью: частично восстанавливает размеры зерен после снятия нагрузки и характеризуется высоким высоким водопоглощением.
Теплопроводность вспученного вермикулита уплотненного под удельной нагрузкой 001 МПа при средней температуре +25 0С не должна превышать для крупного – 0098 для среднего – 0116 для мелкого – 014 ВтмК.
Изделия из вермикулита и различных связующих предназначены для тепловой изоляции строительных конструкций и промышленного оборудования. Они выпускаются в виде плит сегментов и полуцилиндров. В зависимости от используемого связующего температура применения вермикулитовых изделий равна: 600С – для битумных 900 – 1100 0С – для керамических до 1000 0С- изделий на ПЦ.
Таблица 1.1 – Основные технические свойства вспученного вермикулита
Объемная насыпная масса кгм3
Коэффициент теплопроводности Втм0С не более при средней температуре:
Влажность % по массе не более
Величина зерен продукта обжига должна быть не более 12 мм. Зерновой состав определяется просеиванием через сита с диаметром 12; 5 и 1 мм. Причем остаток на сите с диаметром 5 мм должен быть не менее 50 % а частиц до 1 мм – не более 5 %.

3 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБА ПРОИЗВОДСТВА.doc

3 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБА ПРОИЗВОДСТВА
1 Добыча и обогащение вермикулитовой породы
Технологический процесс получения вспученного вермикулита состоит из операций по добыче породы ее обогащению дроблению крупных пластин 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 Потребителю в таком случае направляется фракционированный продукт обогащения.
Обычно вермикулитовая порода залегает вблизи от земной поверхности в виде рыхлой дезинтегрированной массы поэтому добыча ее производится открытым способом с помощью экскаваторов. Добыча с устройством подземных выработок осуществляется очень редко лишь на месторождениях жильного типа.
Задачей обогащения является отделение от вермикулита зерен пустой невспучивающейся породы и слабо вспучивающихся частиц слюды. Эта операция наиболее трудоемкая и дорогостоящая в производстве вспученного вермикулита. Последующие этапы переработки сырья - дробление и обжиг - осуществляются с меньшими затратами труда и средств.
Применяющимися в настоящее время способами обогащения породы 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. Это обстоятельство в конечном итоге может практически не отразиться на качестве вспученного вермикулита так как к настоящему времени разработаны 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 позволяет 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 обогащений 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.
Ковдорский концентрат содержит 5—15% пустой породы. Извлечение вермикулита из породы сравнительно невелико и составляет около 40%. Основным недостатком существующей схемы является то что в отвал направляется фракции менее 1 мм содержащая более 20% вермикулита от общего его количества в породе. В технологический схеме обогащения предусматривается заменить отсадку фракций менее 3 мм обогащением в винтовом сепараторе с доводкой на концентрационных столах.
2 Дробление вермикулита
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 5—10 ммтак как обладая достаточной прочностью и сравнительно небольшими порами они дают при обжиге больший выход вспученного вермикулита сравнению с мелкими фракциями. Их объемный насыпной вес в 2—3 раза ниже чем у мелких фракций. Кроме того на месторождениях типа Ковдорского представленных дезинтегрированной смесью вермикулита и пустой породы количество крупных фракций сравнительно невелико. Вследствие этого дробить вермикулит следует так чтобы выход крупных фракций был возможно больший. При механическом воздействии зерна вермикулита легко раскрепляются по плоскостям спайности образуя очень тонкие слабо вспучивающиеся чешуйки поэтому при дроблении необходимо исключить и чрезмерное расщепление вермикулита.
Вермикулит по своей структуре и свойствам существенно отличается от других природных каменных материалов дробление которых с успехом может вестись на молотковых щековых валковых и других видах дробилок. Способность вермикулита расщепляться на тонкие пластинки и в ряде случаев довольно высокая вязкость не позволяет использовать существующие дробильные установки для его измельчения. Физические свойства вермикулита а также указанные выше требования к дробленому материалу требуют чтобы измельчение вермикулита производилось не ударным или раздавливающим воздействием а резанием или одновременно действующими резанием и ударом.
Проведенные в исследования по измельчению вермикулита позволили установить что хорошие результаты могут быть получены при использовании молотковых дробилок с режущими ножеобразными билами. Иx применение позволяет уменьшить степень измельчения увеличить толщину зерен дробленого вермикулита снизить удельную работу дробления. Лучшие результаты получаются в том случае когда направление вращения бил совпадает с направлением острых выступов рифлений камеры дробления.
Производительность дробилки в значительной степени зависит от физико-механических свойств вермикулита и крупности исходного сырца. Хрупкий флогопитовый вермикулит измельчается легче чем довольно вязкий биотитовый. Еще хуже дробится гидрослюда. Уменьшение размера зерен исходного сырца при одинаковой степени загрузки дробилки приводит к повышению ее производительности.
Значительно повысить производительность дробилки и выход крупных фракций позволяет увеличение диаметра отверстий разгрузочной решетки до 20 мм. Правда примерно 35% всего материала требует повторного дробления но этот недостаток полностью компенсируется увеличением производительности более чем в 2 раза при расчете на весь продукт дробления и в 15 раза при расчете на фракцию менее 10 мм. Выход вермикулита фракции 5—10 мм увеличивается в продукте дробления размером менее 10 мм с 40 до 60%.
Существенное влияние на выход крупных фракций и толщину зерен измельчаемого материала оказывает скорость вращения ротора дробилки. При высокой скорости происходит переизмельчение материала вследствие того что сильный воздушный поток создаваемый вращающимися билами препятствует попаданию зерен на разгрузочную решетку и они длительное время подвергаются измельчающему действию бил. Производительность дробилки при этом снижается по сравнению с оптимальной (более низкой) скоростью вращения ротора. При небольшой скорости кинетическая энергия удара мала и процесс дробления протекает ненормально (с резкими толчками). Оптимальные результаты получаются при угловой скорости вращения ротора 840 обмин или окружной линейной скорости около 18 мсек. При этой скорости кинетическая энергия удара остается достаточно высокой для измельчения зерен вермикулита и в то же время в дробилке не создается сильного потока воздуха.
Степень измельчения понижается если разгрузочная решетка занимает значительную часть камеры дробления (до половины ее площади). С этой же целью целесообразно применение не острых дробящих выступов на внутренней поверхности камеры дробления а волнообразных которые обеспечивали бы лишь отбрасывание пластин вермикулита от стенок камеры на билы.
Следует отметить что дробленый вермикулит вспучивается хуже чем недробленый так как при ударном воздействии нарушается его микроструктура. Вследствие того что толщина зерен дробленого сырца обычно невелика после обжига его гранулы имеют пластинчатую форму. Можно предположить что более эффективными будут установки работающие не по принципу сочетания удара с резанием а измельчающие вермикулит лишь режущим воздействием.
Наилучшим способом обжига вермикулита является обжиг во взвешенном состоянии в шахтных или в трубчатых печах. 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 для отделения пустой породы оставшейся в концентрате.
Во взвешенном состоянии позволяет производить обжиг вермикулита шахтная печь конструкции ВНИПИ Теплопроект (рисунок 3.3.1).
Печь представляет собой вертикальную металлическую трубу футерованную изнутри огнеупорным и теплоизоляционным кирпичом. 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. Техническая характеристика печи приведена в таблице 3.3.1.
Существуют шахтные печи загрузка сырья в которых может осуществляться с различных уровней в зависимости от размера обжигаемых зерен. Крупные фракции загружаются с более высоких уровней чем мелкие что обеспечивает длительное пребывание их в печи. Существуют и печи большей производительности. В США например используются печи обеспечивающие получение до 9 м3 вспученного вермикулита в 1 ч.
Существенным недостатком печей этого типа является то что в них не обеспечивается отделение пустой породы. Поэтому главным их назначением является применение для получения обожженной вермикулитовой руды содержащей кроме вермикулита и пустую породу. Такой материал как будет показано ниже может применяться для получения конструктивно-теплоизоляционных бетонов. Эти печи можно применять и для обжига вермикулита не содержащего пустой породы.
Таблица 3.3.1 – Техническая характеристика шахтной печи. Теплопроект для обжига вермикулита
Характеристика печи работающей
Расход воздуха в м3ч
Внутренний диаметр шахты в мм
Давление воздуха в мм. вод. ст.
Температура в зоне обжига в оС
Температура отходящих газов в оС
Давление топлива в мм. вод. ст.
Скорость газовоздушной потока в мс
Производительность по вспученному вермикулиту в м3ч
Поскольку даже тщательно обогащенная вермикулитовая порода почти всегда содержит некоторое количество пустой породы в Ленинграде и Челябинске были проведены исследования по разработке технологических приемов обеспечивающих дополнительное обогащение вспученного вермикулита. Основное направление работ было создание технологии предусматривающей обогащение непосредственно в процессе обжига без создания каких бы то ни было дополнительных устройств. Технология разработанная в Челябинске предусматривает обогащение вспученного вермикулита после обжига с помощью воздушной сепарации.
Одной из печей позволяющих производить отделение пустой породы от вермикулита при обжиге является шахтная печь конструкции НИИСМИ предназначенна для обжига перлита (рисунок 3.3.2 таблица 3.3.2).
Насыпной вес обожженного продукта довольно высок (200—350 кгм3) в этом случае целесообразно предварительно отсеивать мелкую фракцию сырья (менее 03 мм).
Таблица 3.3.3 – Характеристики сырья и работы шахтной печи конструкции НИИСМИ АсиА по обжигу вермикулитового концентрата и породы различных месторождений
Печь может работать на сырье с любым содержанием пустой породы. Однако при большом ее количестве производительность печи падает: так для ковдорского концентрата при увеличении содержания пустой породы с 35 до 40% производительность печи снижается с 26 до 15 м3ч.
Приведенные выше значения производительности печи по вермикулиту справедливы для шахтной печи обеспечивающей получение 5000 м 2 перлита в год.
Существуют шахтные печи в 3—4 раза большей мощности. При их использовании производительность по вермикулиту можно также резко увеличить.
Совмещение процесса обжига и обогащения имеет место и в наклонной трубчатой печи построенной на Невском машиностроительном заводе им. В. И. Ленина (НЗЛ) В Ленинграде. Схема печи представлена на рисунке 3.3.3 а таблица технических характеристик печи 3.3.4.
Сырье из бункера питателем подается в загрузочную воронку и попадает в горячий газовоздушный поток создаваемый форсункой основной камеры сгорания и вентилятором.
Пустая порода преодолевает сопротивление газовоздушного потока и под действием собственной силы тяжести движется вниз по восходящей ветви печи ссыпаясь в приемный бункер. Мелкие зерна вермикулита вспучиваются и уносятся газовоздушным потоком в нисходящую ветвь печи откуда попадают в бункер готовой продукции. Крупные зерна вермикулита прогреваются несколько медленнее мелких поэтому после выхода из загрузочной воронки они некоторое время движутся вниз по восходящей ветви печи однако при вспучивании они приобретают значительно большую парусность и под действием газовоздущного потока выносятся в нисходящую ветвь печи а затем в приемный бункер. Чтобы газовоздушная струя не препятствовала продвижению пустой породы она направляется в боковую стенку трубы. Включение в работу второй камеры сгорания целесообразно для повышения температуры в нисходящей ветви печи лишь в том случае если на обжиг поступает очень влажный вермикулит.
Приведенный режим применим для обжига сырья фракций 06—10 мм при любом содержании пустой породы. Ее отделение происходит полностью. Однако чем больше содержание пусто породы тем ниже производительность печи.
Распространенным типом печи для обжига вермикулита является горизонтальная трубчатая печь впервые предложенная американской фирмой «Шондлер». В этой печи вермикулит вспучивается также в течение нескольких секунд в струе раскаленных газов с температурой 1000—1100° С. Продолжительность обжига регулируется интенсивностью дутья и углом наклонатрубы.
В УралНИИСтромпроекте по этому принципу была создана аналогичная трубчатая печь а затем и сушильно - песчаной агрегат позволяющий осуществлять не только обжиг но и предварительной сушку вермикулита. Этот агрегат был впоследствии усовершенствован во ВНИПИ Теплопроект (рисунок 3.3.4).
Основными частями сушильно-печного агрегата являются сушильный барабан трубчатая печь и циклон. Сырье загружается в бункер и барабанным питателем подается во вращающийся сушильный барабан. Вермикулит подвергающийся сушке медленно продвигается из одного конца барабана в другой. Его движению способствуют наклон барабана и специальные винтообразные полки внутри него.
Сушка осуществляется отходящей от печи газовоздушной смесью разбавленной по пути следования от циклона воздухом из всасывающего воздухопровода.
Сырец высушенный до влажности около 5% и нагретый до 100 °С поступает в бункер и при помощи барабанного питателя непрерывно загружается в печь где попадает в горячий газовоздушный поток. Необходимая для обжига температура поддерживается сжиганием жидкого топлива распыляемого форсункой. Движение вспученного вермикулита в печи осуществляется за счет подачи подогретого воздуха из циклона через воздухопровод и отсоса газовоздушной смеси через сушильный барабан. Как печь так и барабан работают под вакуумом который создается вентилятором установленным в вытяжной трубе.
Этот агрегат предназначен для обжига вермикулита не содержащего пустой породы. Если в сырье додержится пустая порода то ее отделение может производиться воздушной сепарацией в специальном устройстве (рисунок 3.3.5). Обожженный продукт из пени подается барабанным питателем в течку сепаратора. Воздух нагнетаемый вентилятором подхватывает зерна вспученного вермикулита и уносит их через расширяющийся патрубок в трубопровод откуда они поступают в бункер готовой продукции. Пустая порода преодолевает сопротивление воздушного потока и падает вниз в приемный бункер. Сепаратор не обеспечивает отделения пустой породы крупностью менее 06 мм. Из данных таблицы 3.3.6 видно что по своим показателям сушильно-печной агрегат близок к шахтной печи конструкции НИИСМИ АСиА.
Таблица 3.3.6 – Характеристика сырья и работы сушильно песчаного агрегата конструкции ВНИПИ Теплопроект – УралНИИСтромпроект по обжигу вермикулитового конценрата и породы различных месторождений
Каждая из рассмотренных выше печей обладает определенными достоинствами и недостатками. Выбор той или иной печи для производства вспученного вермикулита должен определяться видом используемого сырья и требованиями предъявляемыми к вспученному продукту.
Сопоставив все технические характеристики печей мы можем проанализировать каждую и сделать выбор.
Сушильно-печной агрегат и шахтную печь конструкции НИИСМИ АСиА следует использовать при обжиге вермикулитового концентрата и породы с целью получения вспученного вермикулита без пустой породы. Сырье обжигаемое в этих печах должно содержать возможно меньше мелкой фракции (до 03-06 мм).
Достоинствами первой из указанных печей являются значительная производительность и сравнительно лучше шахтной печи (объемный коэффициент вспучивания в ней получается большим). Транспортировка вспученного вермикулита в шахтной печи и в системе ее пневмотранспорта происходит в более благоприятных условиях. В результате вермикулит меньше измельчается. Производительность шахтных печей может быть не меньше чём у сушильно-печного агрегата. Но данная печь нам не подходит из-за своей требовательности к сырью.
Шахтную печь конструкции ВНИПИ Теплопроект и вращающиеся печи следует применять для получения обожженной вермикулитовой руды. Качество продукта получающегося в шахтных печах выше чем во вращающихся но последние проще по конструкции
Наклонную трубчатую печь целесообразно использовать для обжига мелкозернистого концентрата и породы также с целью получения вспученного вермикулита без пустой породы. Печь невелика по размерам это экономит место в цехе. Степень вспучивания вермикулита в ней та же что и в предыдущих. Недостатком ее является небольшая производительность.
Достоинством данной печи по сравнению с другими является то что она обеспечивает отделение пустой породы и в сырье крупностью менее 06 мм для чего необходимо обжигать фракцию менее 06 мм отдельно и снижать скорость газовоздушного потока. При обжиге нефракционированното сырья примерно 50% пустой породы мелкой фракции не отделяется от вспученного вермикулита. Качество вспучивания вермикулита в данной печи такое же что и во всех остальных позволяющих производить обжиг во взвешенном состоянии.
По техническим характеристикам эта печь удовлетворяет всеми показателями кроме производительности а так как нам надо 140 тыс.м3год то мы выберем эту печь.