Оптимизация процесса формования полуфабриката

Значительное влияние на уменьшение высолов на лицевой поверхности изделий оказывают условия формования. Так, при других равных условиях уменьшение высолов отмечается при полусухом прессовании, а также пластическом формовании из масс с пониженной влажностью (полужесткая и жесткая экструзия). Уменьшение высолов на лицевой поверхности при формовании пустотелых изделий объясняется рассредоточением диффузии влаги через тонкостенные внутренние перегородки.

4. Оптимизация сушки

Важное значение для устранения высолов на поверхности керамических изделий имеет выбор оптимального режима сушки сырца в туннельных и керамических сушилах. Медленная сушка сырца, особенно в ее первый период, увеличивает высолы на поверхности кирпича [17]. Для ликвидации высолов при медленной сушке сырца в массу следует вводить теоретическое количество углекислого бария, необходимое для полного связывания растворимых сульфатных солей, что содержатся в глине, тогда как при быстрой сушке можно вводить лишь 50 % от теоретического количества BaCO_3.

Снижение влажности сырца, поступающего на сушку, в сочетании с ускорением процесса сушки, уменьшает высоли на его поверхности.

Отмечается вредность сушки сырца теплоносителем, содержащим серный ангидрид, особенно при высокой относительной влажности в сушилке. Это приводит к увеличению образования сульфатов на поверхности сырца и, как результат, к увеличению высолов на поверхности обожженных изделий. При необходимости рекомендуется в процессе сушки обеспечивать сравнительно низкую относительную влажность теплоносителя [23].

Высолы большей частью возникают на тех поверхностях изделий, с которыми соприкасается теплоноситель. Одинаковое распределение высолов или полное их устранение достигается равномерной сушкой сырца по всей поверхности. Для этого при садке кирпича в сушилку между отдельными изделиями следует делать интервалы.

Рекомендуется сушить сырец чистым воздухом, подогретым в калорифере или отбираемым из зоны охлаждения туннельных печей, работающих на газовом топливе. Сырец должен высушиваться в сушилах до минимальной остаточной влажности (1-3 %), с тем чтобы при его досушке в печи, газы не попали на влажный сырец.

5 .Оптимизация режима обжига и состава газовой среды

Важным вопросам десульфации изделий в процессе обжига является создание в печи температурного и газового режимов, направленных на разложение термостойких сульфатов щелочных и щелочноземельных металлов.

По сравнению с сульфидами, сульфаты диссоциируют при относительно более высоких температурах. Влияние повышенной температуры обжига на устранение высолов на поверхности керамических стенных изделий изучалось рядом исследователей. При повышении температуры обжига и увеличении длительности изотермической выдержки проходит более интенсивное спекание черепка и более интенсивное разложение сульфатных солей с частичным улетучиванием SO₂.

Рекомендуется обжигать изделия при максимально допустимой температуре, продлевать выдержку при конечной температуре для завершения реакции между сульфатами и силикатами, проводить обжиг при сильной тяге для удаления сернистых газов в случае обжига изделий серосодержащим топливом. Растворимые сульфаты взаимодействуют с глинами при температуре 980 – 1040 ^оС, в результате чего их склонность к высолам снижается. При этом для полного предотвращения высолов температура обжига изделий должна быть не ниже 1040 ^оС.

Если преждевременно образуется оплавленная пленка на поверхности изделий, высокая температура обжига может и не вызывать уменьшения содержания серы, т.к. в этом случае удаление реагентов десульфурации замедляется. Изделия на основе легкоплавких глин с малым интервалом спекания, обожженные при максимально допустимой температуре, как правило, не менее 1050 ^оС, в ряде случаев при наличии CaSO₄, который тяжело разлагается, могут характеризоваться относительно высоким содержанием серы. Снижение температуры и интенсификация разложения CaSO₄ в этом случае может быть достигнуто путем изменения состава газовой среды в печном агрегате. Заслуживает также внимания метод воздействия на сульфат кальция парами воды, а также, в некоторой степени, оксидом и диоксидом углерода. Положительное влияние паров воды проявляется при добавлении к гипсу угля.

Установлено, что в обновительной газовой среде CaSO₄ разлагается при температуре выше 920 ^оС по реакции:

CaSO₄ + CO = CaO + CO₂ ­+ SO₂­.

Взаимодействия CaSO₄ с СО начинает проявляться уже при температуре 680 – 700 ^оС и энергично протекает в области температур 750 – 850 ^оС. При этом восстановление сульфата кальция идет по реакции:

CaSO₄ + CO = CaSO₃ + CO₂ ­

с последующим разложением сульфита кальция:

CaSO₃ = CaO + SO₂ ­

При стехиометрическом отношении CaSO₄ и углерода наблюдается переход CaSO₄ в CaS:

CaSO₄ + 4C = CaS + 4CO ­

Восстановление CaSO4 твердым углеродом заметно уже при температуре 700 ^оС и наиболее интенсивно при температуре 1000 ^оС [25]. При температуре выше 850 ^оС сульфат и сульфид кальция реагируют между собой по уравнению:

3CaSO₄ + CaS = 4CaO + 4SO₂

При меньших концентрациях углерода возможное восстановление сульфата за следующими реакциями:

CaSO₄ + C = CaSO₃ + СО­

CaSO₃ = CaO + SO₂­

Разложения CaSO₄ при действии СО₂ в присутствии углерода не происходит. Объясняется это тем, что углерод восстанавливает сернокислый кальций до сернистого кальция, а последний под действием углекислого газа вновь превращается в сернокислый кальций:

CaSO₄ + 2C = CaS + 2CO₂

CaS + 2CO₂ = CaSO₄ + 2C.

Для обычного глинистого сырья введение в шихту угля и других углесодержащих примесей, что способствует разложению сульфатов и удалению сернистого газа при обжиге, является эффективным методом [17].

Создание восстановительной атмосферы в печи с целью ликвидации высолов на лицевых керамических изделиях применяется и за границей.

В целом оптимизация режима термической обработки кирпича и других керамических изделий повышением температуры обжига и регулированием состава среды в отдельных зонах печи – эффективное средство борьбы с высолами на поверхности изделий.

Выводы

1. Основными причинами возникновения высолов на поверхности глиняного кирпича являются водорастворимые сульфаты щелочных и щелочноземельных металлов, сульфид железа (пирит), которые содержатся в глинистом сырье, а также серосодержащее топливо, применяемое при сушке и обжиге изделий. Значительно реже на поверхности изделий высаливаются водорастворимые хлориды в результате их разложения при обычной температуре обжига кирпича. Встречаются также соли ванадия, также ухудшающие его декоративные свойства.

2. К наиболее распространенным растворимым солям, которые не только портят внешний вид кирпича, но и вызывают его разрушение, относятся сульфаты натрия и магния, которые легко образуют кристаллогидраты. Аналогичное действие вызывают сульфаты калия при образовании комплексных кристаллогидратов. Сульфат кальция может образовывать высолы на кирпиче, но не разрушать его при эксплуатации кладки.

3. Вредное влияние сульфида железа на образование высолов заключается в его окислении в процессе обжига, что сопровождается переходом сульфидной серы в сульфатную с образованием сульфата кальция и других растворимых сернокислых солей. Аналогичное действие оказывает серосодержащее топливо, при сгорании которого образуются сернистые газы, взаимодействующие с влажным сырцом с образованием водорастворимых сульфатов щелочных и щелочноземельных металлов.

4. Интенсивность образования высолов на обожженных керамических стеновых изделиях зависит не только от вида и количества водорастворимых солей, содержащихся в сырьевых материалах или образующихся при обжиге, но также от величины площади их кристаллизации по отношению к объему изделия, от величины и характера пористости, то есть от структуры изделий. В этом заключается сложность определения допустимого содержания в изделиях водорастворимых сернокислых солей, разрушающее действующих на черепок.

5. Большое значение для устранения высолов имеет оптимизация всех этапов производства кирпича, начиная с подготовки сырьевых материалов и заканчивая процессом обжига. Для снижения засоленнсти глинистого сырья применяют хранение разрихленной замоченной глины на открытой площадке в течение года. Технологическая вода, применяемая для увлажнения массы, должна быть мягкой, например конденсатом водяного пар. При формировании следует стремиться к максимальному снижению формовочной влажности. Важное значение для устранения высолов имеет также оптимальный режим сушки лицевых изделий. Рекомендуется сушить сырец подогретым чистым воздухом, или воздухом, который отбирается из зоны охлаждения туннельных печей. Конденсация влаги на изделии в процессе сушки недопустима. Режим обжига керамических стеновых изделий должен обеспечивать максимально возможную их десульфурацию (удаление сульфатной и сульфидной серы) и, как следствие, резкое снижение содержания водорастворимых солей в обожженных изделиях. Для этого необходимым является создание в печи температурного и газового режимов, обеспечивающих разложение сульфатов щелочных и щелочноземельных металлов, прежде всего сульфата кальция. С этой целью рекомендуется обжигать изделия при максимально допустимой температуре, продлевать изотермическую выдержку при конечной температуре обжига, проводить обжиг при мощной тяге для удаления серных газов. Для снижения максимальной температуры обжига и интенсификации разложения сульфата кальция целесообразным имеется создание восстановительной среды путем подачи водяного пар в печь на участке высоких температур.

6. Для производства лицевого кирпича из умеренно засоленных глин самым распространенным является введение у глиномасу соединений бария. Суть этого метода заключается в связывании растворимых сернокислых солей щелочных и щелочноземельных металлов, содержащихся в глине, в нерастворимую соль сернокислого бария. Это устраняет диффузию водного раствора солей к поверхности сырца в процессе сушки и, как следствие, ликвидирует высолы и пятна на поверхности обожженного кирпича. В качестве соединений бария для введения в глиномассу, наиболее часто применяют углекислый барий ВаСО₃, реже – гидрат окиси бария Ва(ОН)₂·8Н₂О_, хлористый барий ВаCl₂·2Н₂О, фтористый барий ВаF₂, бикарбонат бария Ва(НСО₃)₂. Для эффективного и равномерного перемешивания суспензии ВаСО₃ с глиномассой целесообразно вводить ее в начале технологической линии со следующим прохождением всего комплекса глиноперерабатывающего оборудования и промежуточного хранения в шихтозапаснике для вылеживания массы.

7. При использовании высококарбонатных глинистых пород целесообразно введение у глиномассу добавок, способствующих образованию во время обжига локальных легкоплавких эвтектических расплавов, таких как фтористый натрий NaF, хлорное железо FeCl · 6H₂O, хлориды натрия и кальция, в присутствии которых увеличивается содержание жидкой фазы, в состав которой могут переходить катионы диссоциированных водорастворимых солей с образованием нерастворимых силикатов и других новообразований.

8. Одним из способов борьбы с высолами на керамических стеновых изделиях является нанесение водонепроницаемых пленок на лицевую поверхность свежеотформованного сырца. Этот метод следует применять только для малозасоленных глин, т.к. в противоположном случае соли, остающиеся в изделиях после сушки и обжига, со временем будут мигрировать на поверхность изделий и портить внешний вид стен зданий. Для нанесения пленок используются пленкообразующие вещества, представляющие собой растворы твердой синтетической смолы или битума в легколетучем растворителе. За границей широко применяется метод покрытия обожженных керамических изделий водоотталкивающими пленочными материалами. Наиболее часто используется пропитка поверхности лицевого кирпича силиконом. При пропитке изделий силиконом стенки пор покрываются тонкой пленкой, которая исключает капиллярный подсос воды, но сохраняет проницаемость для воздуха и паров.

9. Известным способом борьбы с высолами является удаление их путем механической очистки и химической обработки. Применяется также выщелачивание обожженных изделий в проточной воде, обработка их поверхности содовым раствором, соляной кислотой, раствором мылонафта и другими реагентами, а также комбинируемая очистка металлическими щетками и химическая обработка стенной кладки. Однако эти методы трудоемкие и являются лишь полумерой, т.к. не обеспечивают полного удаления солей из изделий.

10. Осуществление приведенного комплекса мероприятий по предотвращению образованию высолов на глиняном кирпиче и других керамических стенных изделиях позволит улучшить внешний вид и качество кирпича, расширить сырьевую базу и увеличить выпуск лицевых изделий, отвечающих современным архитектурно-декоративным требованиям.