Способ приготовления вспучивающей добавки

 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано в производстве легких заполнителей для бетона, например керамзитового гравия, аглопорита, керамдора. Изобретение решает техническую задачу повышения совместимости нефтешлама с влажной глиной, упрощения способа, снижения расхода вспучивающей добавки в глину, снижения насыпной плотности керамзитового гравия. Сущность предлагаемого способа приготовления вспучивающей добавки заключается в том, что донный нефтешлам, содержащий минеральную, органическую части и воду, смешивают с глинистым сырьем в соотношении (40...90):(10...60) соответственно, затем смесь выдерживают на открытом воздухе в течение 3...48 месяцев. 1 ил., 5 табл.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при производстве легких заполнителей для бетона, например, керамзитового гравия, аглопорита, керамдора.

Известен способ получения вспучивающей добавки "Керамзин" (авт.свид. СССР 590292, М. кл. С 04 В 21/02, Бюл. 4, 1978 г.) путем смешения дистиллята прямой перегонки нефти фракция 170...400^oС (40...55%) с дистиллятом коксования, фракция 170. . .400^oС (30...40%) и дистиллятом каталитического крекинга, фракция 170. . . 400^oC (3. ..30%). Полученная вспучивающая добавка "Керамзин" содержит органическую часть 99,7%, минеральную часть 0,1% и воду 0,2%.

"Керамзин", полученный по известному способу, представляет собой высокогидрофобную вспучивающую добавку, которая в период высокой влажности глинистого сырья (зимне-весенний, осенне-зимний сезоны) не смешивается с глиной, а насыпная плотность керамзитового гравия повышается с 450 до 550 кг/куб.м.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является способ получения вспучивающей добавки (патент РФ 2049750, С 04 В 14/12, Бюл. 34 от 10.12.75 г.), на основе донного нефтешлама, содержащего минеральную, органическую части и воду при следующем соотношении, мас.%: Минеральная часть - 55...65 Органическая часть - 20...25 Вода - Остальное Нефтешлам сгущают на ленточных фильтр-прессах, затем смешивают с глинистым сырьем в глиномешалке с последующим гранулированием, сушкой и обжигом, в результате которых происходит вспучивание и последующее затвердение смеси.

Недостатком известного способа является то, что полученная вспучивающая добавка обладает высокой гидрофобностью органической (нефтяной) части, которая не смешивается с влажной глиной и в барабанном грануляторе выжимается из глины, что обуславливает высокий расход сгущенного нефтешлама в глину (20... 30%). Кроме того, в зимне-весенний и осенне-зимний сезоны, то есть в период высокой влажности глинистого сырья насыпная плотность керамзитового гравия повышается на 100-200 кг/м³. В процессе смешивания нефтешлама с глиной в производственных помещениях выделяется неприятный гнилостный запах.

Изобретение решает техническую задачу повышения совместимости донного нефтешлама с влажной глиной, упрощения способа, снижения расхода вспучивающей добавки в глину, снижения плотности керамзитового гравия, повышения производительности печи, упрощение технологии применения донного нефтешлама в качестве вспучивающей добавки, устранения гнилостного запаха в производственных помещениях, расширения возможности использования донных нефтешламов различного состава без их сгущения.

Указанная задача решается тем, что в способе приготовления вспучивающей добавки на основе донного нефтешлама, содержащего минеральную, органическую части и воду, донный нефтешлам смешивают с глинистым сырьем в соотношениях, мас.%: (40...90):(10...60) соответственно, с последующей выдержкой на открытом воздухе в течение 3...48 месяцев.

Способ осуществляют следующим образом. Готовят площадку полигон на пластах вспучивающей глины. Донный нефтешлам с ОАО "Уфимский нефтеперерабатывающий завод" вывозят на полигон и располагают рядами. Завозят глину, раскладывают рядом с нефтешламом. Донный нефтешлам бульдозером смешивают с глиной в различных пропорциях и складируют в бурты, оставляют на определенное время для адсорбции органической части в микропорах глины.

Пример. Для приготовления вспучивающей добавки использовали глинистое сырье следующего состава, мас.%: SiO₂ - 64,2; Al₂O^- ₃ - 20,84; Fe₂O₃ - 6,22; FeO - 0,5; СaО - 1,7; MgO - 2,3; R₂O - 2,65; органические твердые вещества - 0,61. Для испытаний использованы два вида донных нефтешламов: с малым (1 г) - образец 1 с НПЗ Уфанефтехим и с большим (11 г) - образец 2 с Уфимского НПЗ содержанием нефтепродуктов (таблица 1). Характеристики органической и минеральной части приведены в таблицах 2 и 3.

Основой глин является коллоидный комплекс из различных составляющих в виде аморфного состояния. Для производства керамзита используют высоко-, и средне- и слабовспучивающие глины, которые содержат различное количество структурных элементов группы монтмориллонита [(OH)₄Si₈Al₄O₂₀]H₂O сложной структуры. При смешивании глины с нефтешламом группа Н₂O со временем заменяется на нефтяные фракции, то есть органическая часть адсорбируется в микропорах глин. Процесс адсорбции длится от 3 до 48 месяцев.

При этом на алюмосиликате происходит низкотемпературное каталитическое расщепление молекул органической части в результате чего образуется водород (Н₂) и Fе³⁺ восстанавливается в Fe²⁺ В процессе обжига внутри гранул при недостатке кислорода происходит окисление органической части донного нефтешлама в результате чего образуется газ-восстановитель (СО) и Fе³⁺ восстанавливается в Fе²⁺ по реакции:
Для ускорения процесса адсорбции глину смешивают заведомо с повышенным количеством донных нефтешламов и по истечении определенного, более короткого времени добавку "глина-донный нефтешлам" вводят в технологический процесс в качестве вспучивающей добавки в глинистое сырье для производства керамзита.

Время адсорбции органической части донного нефтешлама в микропорах глинистого сырья в основном определяется временем восстановления Fе³⁺ в Fе²⁺ (таблица 4).

Соотношение Fе²⁺: Fe³⁺ возрастает с повышением содержания нефтешлама в глине и времени контакта. Так, для нефтешлама 1 группы оптимальное его количество составляет 90% и время контакта в пределах 3...48 месяцев, при этом соотношение с 0,15 возрастает до 3,3. Для нефтешлама 2 группы оптимальное его количество составляет 40% и время контакта в пределах 3...48 месяцев, а соотношение Fе²⁺:Fе³⁺ с 1,66 увеличивается до 3,45.

Лабораторные опытные образцы керамзита приведены на чертеже. Минимальная объемная масса керамзита в "куске" достигнута для глинистого сырья с влажностью 22% при использовании в качестве вспучивающей добавки сгущенного нефтешлама 415 кг/м³, а при предлагаемой вспучивающей добавке - 330 кг/м³, то есть 415-330= 85 кг/м³. При использовании глинистого сырья с влажностью 32% получаемый керамзит с применением сгущенного нефтешлама - 500 кг/м³, а при предлагаемой - 350 кг/м³, то есть 500-350=150 кг/м³. Следовательно, получаемая по предлагаемому способу вспучивающая добавка более эффективна по сравнению с прототипом. Способ значительно проще, так как не требуется стадия сгущения нефтешлама.

Результаты испытаний полученной по предлагаемому способу добавки и по прототипу приведены в таблице 5.

Предлагаемый способ может быть реализован в производстве строительных материалов, в частности, при изготовлении легких заполнителей для бетона, например, керамзитового гравия, аглопорита и т.д.

Формула изобретения

Способ приготовления вспучивающей добавки на основе донного нефтешлама, содержащего минеральную, органическую части и воду, отличающийся тем, что донный нефтешлам смешивают с глинистым сырьем в соотношениях, маc.%: (40-90):(10-60) соответственно, с последующей выдержкой на открытом воздухе в течение 3-48 месяцев.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4