Мероприятия, что предупреждают образование высолов на разных стадиях производства кирпича

1. Подготовка керамической массы

Для вымывания и удаления водорастворимых сульфатных солей рекомендуется в отдельных случаях (например, при небольшом объеме производства лицевого кирпича) выдерживать разрихленную глину в замоченном состоянии на открытой площадке на протяжении года. При этом проходит многократное замерзание и отттаивание глины, что сопровождается диспергацией глинистых частиц. Растворимые соли вымываются и удаляются из глины талой дождевой водой. Вместе с тем отмечается, что вылеживание глин содержащих серу в виде сульфидов, прежде всего пирита технологически нецелесообразно [16]. При вылеживании на воздухе пирит постепенно окисляется до сульфата. Так, количество ионов SO₄^2- в глине, содрежащей пирит, благодаря вылеживанию в течение 9 месяцев увеличилось в 5 раз (с 0,001 до 0,005%).

Большое значение с точки зрения увеличения количества высоловв имеет жесткость технологической воды, применяемой в производстве. Временная жесткость воды обусловлена присутствием в ней растворимых бикарбонатов кальция и магния Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂.Технологическая вода с высокой постоянной жесткостью может стать источником высолов на поверхности керамических стеновых изделий, особенно при наличии значительного количества растворимых сульфатов.

Высокая временная жестокость технологической воды, поступающей на увлажнение массы, может явиться причиной высолов при наличии серы в топливе и сушке сырца газами, содержащими серный ангидрит. При этом растворенные в воде бикарбонаты кальция и магния реагируют с SO₂ или SO₃, образовывая СаSO₃ и СаSO₄. Поэтому в заводских условиях при изготовлении лицевых изделий желательна замена жесткой воды, применяемой для увлажнения массы, более мягкой, например конденсатом водяного пар, практически не содержащего бикарбонатов. Для снижения постоянной жесткости воды рекомендуется связывание содержащихся в ней растворимых сульфатов путем введения у нее бариевой суспензии или баритовой воды.

Одним из перспективных способов борьбы с высолами на поверхности керамических изделий является перевод растворимых солей в нерастворимое состояние путем введения в состав глиномассы разных примесей.

Для производства лицевого кирпича, в глиномассу эффективно вводить соединения бария. Суть действия этой примеси заключается в связывании растворимых сернокислых солей щелочных и щелочноземельных металлов, содержащихся в глине, в нерастворимую соль сернокислого бария, что устраняет диффузию водного раствора солей к поверхности сырца в процессе сушки и предотвращает появление высолов и пятен на лицевой поверхности обожженного кирпича.

В качестве соединений бария наиболее часто применяют углекислый барий ВаСО₃, реже - гидрат окиси бария Ва(ВОН)₂·8Н₂О, хлористый барий ВаСl2?2Н₂О, фтористый барий ВаF2, бикарбонат бария Ва(НСО3)2.

Углекислый барий, введенный в глиномассу, вступает во взаимодействие с растворимыми солями, например по следующей реакции:

ВаСО3 + СаSO4 = ВаSO4 + СаСО3

В результате образуются нерастворимые в воде сернокислый барий и углекислый кальций, которые устраняют высоли на поверхности сырца при его сушке.

При введении у глиномассу гидрата окиси бария, хлористого и фтористого бария происходят следующие реакции:

Ва(ОН)₂·8Н₂О + СаSO₄ = ВаSO₄ + Са(ОН)₂ + 8Н₂О

ВаСl·2Н₂О + СаSO₄ = ВаSO₄ + СаСl₂ + 2Н₂О

ВаF₂ + СаSO₄ = ВаSO₄ + СаF₂

Образованные водорастворимые хлористый и фтористый кальций разлагаются в процессе обжига при сравнительно низкой температуре и поэтому не образуют высолов на поверхности изделий. Введение в глину растворимого в воде фторида бария ускоряет реакции с сульфатами и уменьшает расходы примесей [17].

Для обеспечения необходимой интенсивности и полноты протекания химических реакций в водной среде нерастворимый в воде углекислый барий, вводимый в глиномассу, должен иметь максимально высокую дисперсность. Диспергированный карбонат бария с размером частиц 0,2 – 1 мкм эффективно связывает растворимые соли, содержащиеся в глине, ВаСО₃ с размером частиц 1-2 мкм менее эффективный, а с частичками более 2 мкм, по некоторым данным, совсем непригоден [18].

Углекислый барий можно вводить в глиномассу как в виде порошка, так и в виде суспензий с водой затворения.

В производственных условиях при введении углекислого бария в виде сухого порошка в увлажненную глиномассу не достигается его равномерное распределение по массе, что может привести к образованию местных высолов на поверхности изделий.

Более рационально вводить углекислый барий в глиномассу в виде тонкой однородной суспензии, которая готовится непрерывным перемешиванием соли бария с водой. Для стабилизации суспензии, то есть с целью устранения расслоения, в нее следует вводить минеральные и органические стабилизаторы – каолин, бентонит, декстрин.

Во всех случаях для тщательного перемешивания суспензии углекислого бария с глиномассой желательно вводить и в начале технологической линии со следующим прохождением всего комплекса глиноперерабатывающих машин и промежуточного шихтозапасника для вылеживания массы. Менее эффективно орошение суспензией углекислого бария поверхности глиняного бруса, выходящего из мундштука ленточного пресса [19].

Наряду с широким распространением метода введения у глиномассу соединений бария, в последнее время применяется введение в шихту добавок, реагирующих в процессе обжига с катионами сернокислых солей с образованием легкоплавких, нерастворимых новообразований. Позитивный эффект достигается также за счет введения в массу легкоплавких флюсов, что способствуют образованию эвтектических легкоплавких расплавов, связывающих катионы сернокислых солей Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺.Рекомендуется применять флюс, компонентами которого являются недефицитные песок, мел, известь, природный сульфат натрия или сода, железный купорос или пиритные огарки. Перед введением в шихту флюс подвергают тонкому помолу в шаровой мельнице.

При добавлении у глиномасу тонкомолотого активированного кремнезема с высокой реакционной способностью сульфаты связываются в нерастворимые силикаты в результате химического взаимодействия, которое проходит в соответствии со следующими реакциями:

CaSO₄ + SiO₂ = CaSiO₃ + SO₃

MgSO₄ + SiO₂ = MgSiO₃ + SO₃

С целью устранения высолов на кирпиче рекомендуется вводить в состав глиномассы 10-20 % трепела или диатомита, являющихся природными гидратами кремнезема [20]. Содержание SiO₂ в этих породах составляет 70-95 %, а количество гидратной воды - 3-8 %. Кремнезем находится в аморфном состоянии, что активизирует его реакционную способность. Добавление в состав массы трепела или диатомита повышает пористость обожженных изделий. Если повышение пористости нежелательно, количество добавки не должно превышать 10 % и ее помол должен быть достаточно тонким - до полного прохождения через сито 0,25 мм.

Отмечается позитивное влияние на уменьшение высолов на поверхности керамических изделий добавки каолина, глинозема, окислов железа и углерода, которые интенсифицируют разложение сульфатов щелочных и щелочноземельных металлов при обжиге. Введение в шихту углерода в виде угля или других органических примесей, выгорание которых способствует интенсификации процесса разложения растворимых сульфатных солей благодаря созданию восстановительной среды внутри сырца в процессе его обжига – наиболее эффективно при использовании пластического глинистого сырья.

Особенный интерес представляет добавка в глиномассу хлористого аммония NH₄Cl, которая оказывает позитивное влияние на снижение температуры диссоциации и окисления сульфида. Механизм реакции, проходящей при этом заключается в том, что NH₄Cl реагирует с пиритом при температуре около 350 ^оС с выделением легколетучих веществ FeCl₃ и H₂S [21]. Введение 1 % NH₄Cl в глинистую породу углеобогащения с высоким содержанием сульфидной серы при других равных условиях резко снижает ее содержание в обожженных изделиях. Так, в изделиях, обожженных при температуре 450 ^оС в течение 5 часов, присутствие сульфидной серы не отмечалось.

Таким образом, введение 1 % NH₄Cl в глиномассу способствует низкотемпературному окислению пирита, обеспечивая эффективное удаление серных продуктов до температуре интенсивного связывания их компонентами шихты. Добавка NH₄Cl в глине, содержащую сульфиды, снижает температуру диссоциации сульфидов и способствует их окислению в короткий период времени, однако хлористый аммоний вызывает коррозию оборудования и поэтому мало применяется в промышленности. В связи с этим предлагается вводить в глину бикарбонат аммония NH₄HCO₃ или нитрат аммония NH₄NO₃, а также их смесь. Для одновременной ликвидации сульфидных выцветов в виде черных, серых, коричневых и красных пятен и высолов сульфатных солей на поверхности изделий в качестве наилучшей добавки рекомендуется смесь нитрата аммония с аммиаком NH₃.

Хороший эффект в отношении устранения налетов солей на поверхности обожженного кирпича дает введение в массу 0,01 – 2 % аммиака и бикарбоната или нитрата аммония 0,01 -1 %, а также комплексной добавки аммиака и бикарбоната аммонию в сочетании с 0,05 - 2 % разных составляющий, например аммиака, бикарбоната, нитрата, сульфата, хлорида или фосфата аммонию.

Для устранения выцветов на поверхности кирпича рекомендуется также добавка, содержащая 0,5-1 % от массы сухой глины четырехнатриевого пирофосфата Na₄P₂O₇ или 0,5-1 % натриевого триполифосфата Na₅P₃O₁₀ [22]. Все добавки предлагается вводить в глину с водой затворения. Отмечается, что вышеупомянутые добавки не только улучшают внешний вид кирпича, но и почти в два раза увеличивают ее прочность.