Способ изготовления пористо-пустотелых керамических изделий для биологической глубокой очистки сточных вод

 

Сущность изобретения: из глины пластическим формованием изготавливают гранулы диаметром 8-12 мм, укладывают гранулы в форму пластом высотой 60-80 мм, определяют температуру начала вспу.чивания глины, температуру интервала вспучивания и температуру твердения пиропластического состояния исходной глины с последующими нагревом, вспучиванием и спеканием. При этом нагрев до температуры начала вспучивания осуществляют со скоростью 40- 60°С/мин с изотермической выдержкой при Изобретение относится к способам изготовления керамических изделий для биологической очистки сточных вод, которые могут быть использованы в качестве загрузки биофильтров очистных сооружений, применяемых в различных отраслях народного хозяйства. Известен способ изготовлен пористопустотелых керамических изделий, включающий изготовление гранул из глинистого ней в течение 10-15 мин, вторую изотермическую выдержку проводят в интервале температуры вспучивания 1140-1150°С в течение 15-50 мин, а спекание вспученных гранул осуществляют направленно от поверхности изделия к центру с обеспечением минимального перепада температур в центре слоя гранул и на поверхности, третью изотермическую выдержку осуществляют при температуре твердения пиропластического состояния в течение 30-60 мин и после затвердения расплава охлаждают изделия за 10-15 мин до 800-1000°С и осуществляют при ней четвертую изотермическую выдержку в течение 40-60 мин, а затем снижают температуру до 70-80°С за 60-180 мин с использованием воздуха и паров воды для усиленноготеплоотбора. Кроме того, пустоты в изделии и по его периферии создают при помощи специальных приспособлений в форме. Характеристики изделий: объемная плотность 190-200 кг/м , пористость 84-86%, размер пор до 20 мм, пустотность 55-60%, предел прочности на сжатие 0,7- 0,75 МПа, устойчивы к воздействию микроорганизмов и агрессивных сред. 1 з.п.ф-лы, 2 табл., 3 ил. сырья, загрузку их в форму, термообработку и охлаждение. Материал Зитан получают путем спекания недовспученных гранул в специальных жаростойких формах при термообработке их в компаундной камере, температура в которой поддерживается с помощью огневых устройств. При этом осуществляется двухсторонняя направленная циркуляция потока теплоносителя с температурой 1200°С. В результатеэтойтермообсл С ел 00 Ч ел 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ. СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4935914/33 (22) 15.05.91 (46) 07.08.92. Бюл. М 29 (76) П.А,Иващенко, Ю,И.Матвеев и В,И.Ракоца (56) Рекламный проспект ZYTAN, Buro

MosKal. Dobrynlnskaia uP, Quartler 170, 3bs.

Авторское свидетельство СССР

N 773021,,.кл,,С 04 В 33/00, С 04 В 33/32, 1979, (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРИСТОПУСТОТЕЛЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ

ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ГЛУБОКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД (57) Сущность изобретения: из глины пластическим формованием изготавливают гранулы диаметром 8-12 мм, укладывают гранулы в форму пластом высотой 60-80 мм, определяют температуру начала вспучивания глины, температуру интервала вспучивания и темпе-.

- ратуру твердения пиропластического состояния исходной глины с последующими нагревом, вспучиванием и спеканием. При этом нагрев до температуры начала вспучивания осуществляют со скоростью 40-..

60 С/мин с изотермической выдержкой при

Изобретение относится к способам изготовления керамических изделий для биологической очистки сточных вод, которые могут быть использованы в качестве загрузки биофильтров очистных сооружений, применяемых в различных отраслях народного хозяйства.

Известен способ изготовлен пористопустотелых керамических иэделий, включа- ющий изготовление гранул иэ глинистого

„.,!Ж„„1753945 АЗ (я)5 С 04 В 38/00, 33/32

2 ней в течение 10-15 мин, вторую изотермическую выдержку проводят в интервале температуры вспучивания 1140 — 1150 С в течение 15 — 50 мин, а спекание вспученных гранул осуществляют направленно от поверхности изделия к центру с обеспечением минимального перепада температур в центре слоя гранул и на поверхности, третью изотермическую выдержку осуществляют и ри температуре твердения пиропластического состояния в течение 30-60 мин и после затвердения расплава охлаждают изделия эа 10 — 15 мин до 800 — 1000 С и осуществляют при ней четвертую изотермическую выдержку в течение 40-60 мин. а затем снижают температуру до 70-80 С за 60-180 мин с использованием воздуха и паров воды для усилен ного теплоотбора. Кроме того, пустоты в иэделии и по его периферии создают при помощи специальных приспособлений в форме. Характеристики изделий: объемная плотность 190 †2 кг/м, пористость

84-86%, размер пор до 20 мм, пустотность

55 — 60%, предел прочности на сжатие 0,70,75 МПа, устойчивы-к воздействию микроорганизмов и агрессивных сред. 1 з.п.ф-лы, 2 табл., 3 ил, Ql сырья, загрузку их в форму, термообработку и охлаждение Материал ."Зитан" получаЮт,)чл путем спекания недовспученных гранул в (1 специальных жаростойких формах при термообработке их в компаундной камере, тем-. пература в которой поддерживается с помощью огневых устройств. При этом осуществляется двухсторонняя направленная циркуляция потока теплоносителя с температурой 1200 С. В результате этой термооб1753945

10

30

40

55 сти поры и при использовании полученных ми керамических изделий в очистных сооруже- по работки в гранулах заканчивается процесс вспучивания, межгранульное пространство в закрытых формах изделий заполняется расплавом и образуется пористое монолитное тело, поддающееся распиловке, Таким образом, высокотемпературный обжиг осуществляется в две стадии в отдельных тепловых агрегатах.

Технология производства материала

"Зитан" требует; необходимость строго контроля химического составл исходной шихты и прочие требования к полуфабрикату по гранулометрическому составу и форме зерен; высокие энергоэатраты вследствие того, что высокотемпературный обжиг осуществляется в две стадии в отдельных тепловых агрегатах; использование высокотемпературных вентиляторов, имеющих небольшой срок службы; для создания материала с открытыми порами появляется необходимость в его распиловке, что значительно усложняет технологический процесс; сложное аппаратурное оформление технологического процесса, что приводит к

его удорожанию.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ изготовления пористых крупноразмерных керамических изделий, включающий приготовление пластическим формованием гранул из глины диаметром 8 — 12 мм, послойную укладку пластом гранул высотой

60-80 мм в форму, определение температуры начала вспучивания и интервала температуры вспучивания исходной глины, термообработку пласта путем нагрева, вспучивания и спекания с последующим охлаждением до 800-1000"С и дальнейшим снижением температуры до 70 — 80"С, при этом термообработку проводят с тремя изотермическими выдержками, первую из которых проводят при температуре начала вспучивания в течение 10 — 15 мин, Недостатком указанного способа является ro, что полученное по нему керамическое изделие обладает малой пористостью (20-50%), размер пор при этом составляет от нескольких микрон до 1-2 мм, Наличие угольной пыли повышает температуру интервала вспучивания сырья и делает его нестабильным, прочность изделий не превышает 0,25-0,46 МПа. Процесс очень сложен, требует увеличения энергозатрат и неуправляем по контролю за стеклообразованием, особенно на двух последних стадиях обжига, Образованная стеклообразная масса обязательно закупорит в верхней чаниях потребуется дополнительная операция, а именно распиловка изделий на части.

Цель изобретения — сокращение энергозатрат и упрощение аппаратурного оформления при исключении пережога и растрескивания материала, повышение механической прочности и устойчивости к воздействию микроорганизмов и агрессивных сред, Указанная цель достигается тем, что в способе изготовления пористо-пустотелых керамических изделий для биологической глубокой очистки сточных вод, включающем приготовление пластическим формованием гранул из глины диаметром 8-12 мм, послойную укладку пластом гранул высотой

60-80 мм в форму, определение температуры начала вспучивания и интервала температуры вспучивания исходной глины, термообработку пласта путем нагрева, вспучивания и спекания с последующим охлаждением до температуры 800-1000 С и . дальнейшим снижение температуры до 7080 С, при этом термообработку проводят с тремя изотермическими выдержками, первую из которых проводят при температуре начала вспучивания в течение 10 — 15 мин, дополнительно определяют температуру пиропластического состояния исходной глины, нагрев до температуры вспучивания осуществляют со скоростью 40-60 С/мин, вторую иэотермическую выдержку проводят в интервале вспучивания 1140 — 1150 С в течение 15 — 50 мин, при этом спекание вспученных гранул осуществляют направленно от поверхности изделия к центру с обеспечением минимального перепада температур в центре гранул и на поверхности, третью иэотермическую выдержку осуществляют при температуре твердения пиропластического состояния в течение 30-60 мин и после затвердения расплава охлаждают изделия до 800-1000 C за 10-15 мин и при этой температуре проводят дополнительную четвертую изотермическуfo выдержку в течение 40 — 60 мин и снижение температуры до 70-80 С проводят в течение 60-180 мин с использованием воздуха и паров воды для усиленного теплоотбора. Кроме того, пустоты в иэделии и по его периферии создают при помощи специальных приспособлений в форме.

Введение в предлагаемом способе изготовления пористо-пустотелых иэделий для биологической глубокой очистки сточных вод таких операций как определение температуры твердения пиропластического материала и осуществление третьей изотерческой выдержки в течение 30 — 60 мин, а сле затвердения расплава замедленное

1753945 охлаждение с температуры 1140-1150 С до

800 — 1000"С за 10-15 мин и при этой температуре проведение четвертой изотермической выдержки в течение 40-60 мин и дальнейшее ускоренное охлаждение до 7080 С в течение 60 — 180 мин.с использованием воздуха и паров воды для усиленного теплоотбора не позволит осуществить кальматацию (закупорку) пор изделия, Это позволит создать пористо-пустотелые керамические изделия с общей пористостью 77-91% с развитой поверхностью пор размерами до 20 мм с пустотностью до 5560% с размерами сквозных отверстий 40 — 60

MM. Энергозатраты за счет одностадийного спекания изделий резко сократятся, аппаратурное оформление упростится.

На фиг.1 изображена схема технологического процесса для изготовления пористо-пустотелых керамических изделий для биологической глубокой очистки сточных вод; на фиг.2 — график обжига керамических изделий из софринского месторождения глинистого сырья; на фиг,3 — график обжига керамических изделий из ушинского месторождения глинистого сырья.

Схема технологического процесса для изготовления пористопустотелых керамических иэделий для биологической глубокой очистки сточных вод включает цех 1 подготовки гранул 2 из глинистого сырья, соединенный ленточным транспортером 3 с постом 4 дозировки, состоящим из расходного бункера 5, загрузочного вибролотка 6 и дозаторов 7, входящих в функциональную связь с постом 8 загрузки гранул 2 в формы

9, Пост 8 загрузки обжиговой линии 10. на которой установлены вагонетки 11 с формами 9, соединен с туннельной печью 12, включающей зоны термоподготовки 13, обжига 14, закалки 15 и охлаждения 16, Зона

16 охлаждения печи 12 связана с постом 17 разгрузки изделий на поддоны, который с одной стороны монорельсом 18соединен со складом 19 готовой продукции и транспортером 20 с постом 21 подготовки форм 9 к работе и резервных форм. Пост 21 подготовки 21 обратной связью 22 соединен с постом

8 загрузки.

Способ изготовления пористо-пустотелых керамических иэделий для биологической глубокой очистки сточных вод осуществляют следующим образом.

Глинистое сырье из карьера поступает в цех 1, где пластическим формованием изготавливают гранул ы 2 диаметром QT 8 до 16 мм и сушат до 2-4% влажности. Гранулы 2 по ленточному транспортеру 3 передают на пост 4 дозировки и загрузки гранул в формы, где они вначале попадают в расходный бункер 5 и при помощи вибролотка 6 поступают в дозаторы 7. Отдозированные гранулы в доэаторах 7 до фракций 8, 10 и 12 мм перемещают на пост 8 загрузки, где их по5 слойно укладывают в формы 9 высотой 60—

80 мм. Из поста 8 загрузки формы 9 поступают на обжиговую линию 10 в вагонетки 11, а затем в туннельнун> печь 12 в зону 13 термоподготовки, где осуществляют

10 подготовку гранул 2 к обжигу, при.этом предварительно методом термомеханического анализа (TMA) определяют температуру начала вспучивания и интервала температуры вспучивания глинистого

15 сырья, а также ступенчатый режим термообработки слоя гранул 2. Термоподготовку проводят при 250--300 С, скорость нагрева до этой температуры составляет 5 — 6 мин, Затем слой из гранул 2 в формах 9 и вагонет20 ке 11 поступает в зону 14 обжига, где нагревают его до нижней границы начала вспучивания со скоростью 40 — 60 С в мин, ниже границы начала вспучивания гранул осуществляют первую изотермическую вы25 дер>кку до выравнивания температуры по высоте слоя в течеййе 10-15 мин. Затем производят поризацию гранул, поднимая температуру за 6 — 1.0 мин до середины интервала вспучивания (1140 — 1150 С), кото30 рая является оптимальной для амарфизации глинистого сырья и вспучивания гранул, и осуществляют вторую изотермическую выдержку при этой температуре в течение 15 — 50 мин, спекая вспучивание гра35 нулы при этом направленно от поверхности изделия к центру с обеспечением минимального перепада температур в центре слоя гранул и на поверхности за счет заполнения межгранульного пространства; Этот про40 цесс проводят без образования ниэковязкого расплава, так как поры в это время обьединяются в крупные и изолированные.

С помощью высокотемпературного тер- момеханического анализа определяют тем45 пературу твердения пиропластического материала, снижают в зоне 14 обжига температуру до температуры твердения пиропластического материала и при ней производят третью иэотермическую выдер50 жку до выравнивания температуры по всему обьему изделия в течение 30-60 мин. Затем материал перемещают в зону "15 закалки печи 12 и при 800 — 1000 С осуществляют четвертую изотермическую выдержку дб вы55 равнивания температуры-по всему обьему изделия в течение 40 — 60 мин, Дальнейшее охлаждение изделия осуществляют в зоне

16 охлаждения печи 12 до температуры 7080 С в течение 60 — 180 мин с использованием воздуха и паров воды для усиленного

1753945 теплоотбора. Сквозные пустоты в изделии и по его периферии в вертикальной плоскости создают при помощи специальных приспособлений (не показаны) в форме 9.

Из холодной части 16 печи 12 формы 9 с готовым изделием при помощи захватов тельфера (не показаны) снимают с вагонеток 11 и устанавливают на пост 17 разгрузки, а вагонетки 11 возвращают на обжиговую линию 10 печи 12, Снятые формы 9 с готовыми изделиями распалубливают на посту 17 разгрузки изделий, освобожденные изделия устанавливают нэ складской поддон (не показан) и по мере его заполнения no монорельсу 18 отправляют на склад

19 готовой продукции, где изделия формируют в индустриальную систему для биологической глубокой очистки сточных вод.

Распалубленные формы 9 по транспортеру

20 поступ чют на пост 21 подготовки отработанных и резервных форм 9, которые по обратной связи перемещают на пост 8 загрузки гранул 2 в форму 9. Цикл повторяют.

В качестве носителя тепла в туннельной печи используют лучеиспускание раскаленных нагревательных элементов электрическогО типа, а также вследствие конвекции горячих газов, но можно использовать также и газовые горелки, Контроль, поддерживание и регулировка температуры в зоне 13 термообработки и зоне 14 обжига обеспечивают специальной автоматизированной системой (не показана).

Из глин софринского и ушинского месторождений (известным способом) готовят сырцевые гранулы диаметрами 8, 10 и 12 мм. При меньших размерах затруднен прогрев в середине слоя, при использовании гранул более 12 мм получают крупнозернистую структуру. Гранулы сушат до 2-4% влажности и затем укладывают послойно в форму с образованием общего слоя высотой

60 — 80 мм, Методом ТМА предварительно определяют температуру начала вспучивания и интервала температуры вспучивания исходного глинистого сырья, а также с помощью высокотемпературного термомеханического анализатора определяют температуру твердения пиропластического полученного материала, Термообработку слоя гранул в форме по предлагаемому и известному способам осуществляют по режимам, приведенным в табл.1, В табл.2 приведены технические характеристики и энергозатраты полученных пористо-пустотелых керамических изделий для биологической очистки сточных вод, Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа изготовления пористо-пустотелых керамических иэделий для биологической глубокой очисткИ сточных вод по сравнению с известным заключается в том, что в 1,8-2,0 раза сокращаются энергозатраты, упрощается аппарэтурное оформление технологического процесса за счет исключения из него операции распиловки изделий, в

1.5 — 1,8 раза повышается прочность на сжатие, улучшается устойчивость к воздействию микроорганизмов и агрессивных сред, Формула изобретения

10

50 мин, при этом спекание вспученных гранул осуществляют направленно от поверхности изделия к центру с обеспечением минимального перепада температур в центре слоя гранул и на поверхности, третью изотер45 мическую выдержку осуществляют при температуре твердения пиропластического состояния в течение 30-60 мин и после затвердевания расплава охла>квают изделия до температуры 800-1000 С за 10-15 мин и при этой температуре проводят дополнительную

50 четвертую. изотермическую выдержку в течеwe 40 — 60 мин, а снижение температуры до

70-80 С проводят в течение 60-180 мин с использованием воздуха и паров воды для усиленного теплоотбора.

2. Способ по и 1, отличающийся тем, что пустоты в изделии и по его периферии создают при помощи специальных приспособлений в форме.

1. Способ изготовления пористо-пустотелых керамических изделий для биологической глубокой очистки сточных вод, включающий приготовление пластическим

15 формованием гранул из глины диаметром

8 — 12 мм, послойную укладку пластом гранул высотой 60-80 мм в форму, определение температуры начала вспучивания и интервала температуры вспучивания исходной гли20 ны. тейрмообработку пласта путем нагрева, вспучивания и спекания с последующим охла>кдением до температуры 800-1000 С и дальнейшим снижением температуры до

70 — 80 С, при этом термообработку прово25 дят с тремя изотермическими выдержками, первую из которых проводят при температуре начала вспучивания в течение 10 — 15 мин, о т л и ч, э ю шийся тем, что, с целью сокращения энергозатрат и упрощения an30 паратурного оформления при исключении пережога и растрескивания материала, повышения механической прочности и устойчивости к воздействию микроорганизмов и агрессивных сред, дополнительно опреде35 ляют темпелатуру твердения пиропластического состояния исходной глины, нагрев до температуры, начала вспучивания осуществляют со скоростью 40 — 60 С/мин, вторую изотермическую выдержку проводят в интервале

40 вспучивания 1140-1150 С в течение 151753945

Таблица !

Врена охлакдемнл, нин

Терно бработка

Тенпеоатура твердв«мл пластннеского маTcриала, С

Температура вспунн° анин С

Врымвр

Нестороидемие

Глннивтего смрьл

Зона тернообрвботкм ро температуры

70-80 с

Зона аакапки

До температуры еоо1ОВО С

Зона обннга

Иаиало Интервал

acnyv»- аспуниванмл ванна

Нагюе- Време, ванне, нмн С

Третьи

° ыдерикав нни

Оклакде»

Hkc до тенпературы, C

Парван Второе Вторал выдерм- нагое- выпер»ка, ванне, нв.

С нин осевое нагреванне, f150 Ло 50 1190

250- 30

270 30

1100 12

11ОО 11ОО-117О

1180 1160-1200

2 Уеннско»

1135 32 10

850 - 210!

190 90

1080 15

1160 15

1135

1200 10

Нв учнтыааатсл

Иа- -Нстерское

° е стныд

Таблииа 2

Иврамичвские изделия ло примеру

Объемная плотность °

КГ/Мз .

Пористость

Размер пор, мм

Энергозатраты, КВт.ч

Размер отверстий, мм н н

84

200

До 20 60 50

Ло 20 55 50

0,75 Устойчив Устойчив 135

0,70 Устойчив Устойчив 135

0,46 Не иссле" Устойчив 200 довался

2 190

Известный 600

50 Ло 2,0

ФИ8. 1

1 Соооинское 1120 1120-1180 1190

Пустотность T

Предел прочнос» ти на сжатие, МПа

Четвергам еыдерика прн 600

1000 С

50 120

ЬО 60

300

Устойчивость к воздействию микроор« агрессивганизмов ных сред

»1

1753945

Q ю м(е ф

Зд

Ю н

OIA

4À ф ч» д

Составитель Л.Гостева

Техред М,Моргентал Корректор С.Лисина

Редактор Н.Яцола

Заказ 2777 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Ф

° «а

ЯФ фМ4

Ы, ) а ч

С3