Способ производства гранул вспученной глины и гранулы, полученные этим способом

1 Настоящее изобретение касается нового способа производства гранул вспученной глины, а также гранул, полученных этим способом. Вспученную глину используют уже много лет в виде легкого гранулята в строительстве и дорожных работах (СДР), в частности для облегчения бетона. Этот материал обладает многими преимуществами: он является натуральным, прочным, изолирующим, однородным,несгораемым, простым в применении, стабильным, химически инертным, негниющим и экономичным. Благодаря этим многочисленным качествам он находит также широкое применение в других областях, таких как теплоизоляция,декорирование, садоводство, гидропоника, мусоросжигание,ландшафтная архитектура,фильтрование, борьба с загрязнением окружающей среды, аквариумные сооружения и т.д. Вспученная глина была открыта еще в 1885 г., но только в 1917 г. появилась первая промышленная установка для производства этого материала, которая была разработана компанией SJ HAYDE и в которой в качестве печи для вспучивания применялась вращающаяся печь. Вспучивание осуществляют при температуре порядка 1100 С путем резкого выброса газа внутри пластической глиняной массы, вызывающего образование микропузырьков газа. Полученные пузырьки или гранулы вспученной глины имеют стекловидную оболочку и являются одновременно очень твердыми и очень легкими; их плотность составляет примерно 300-630 кг/м 3. Технология их производства существенно не изменилась со времени появления первых печей для обжига и вспучивания, это производство до сих пор осуществляют путем нагрева до высокой температуры во вращающихся печах. Тепловая энергия образуется при сжигании горючего вещества, такого как газ или жидкое топливо. Получение пузырьков или вспученных гранул осуществляют в несколько этапов: 1) подготовка глины в точных и абсолютно управляемых технических условиях (размельчение, прокатка, увлажнение) для изготовления гранул (гранулирование); 2) сушка и складирование этих гранул; 3) обжиг гранул в первой вращающейся печи; 4) подача обожженных глиняных гранул во вторую вращающуюся печь, тщательно регулируемую и доведенную до температуры 1000 С; внутри ставшей пластичной благодаря высокой температуре глиняной массы выброс газа вызывает образование ячеек и, следовательно, вспучивание глиняных гранул; 5) охлаждение последних при прохождении в охладительном туннеле. Затем эти гранулы, форма которых стала,по существу, сферической, просеиваются и за 003730 2 сыпаются в бетонные бункеры для предотвращения их загрязнения и смешивания с гранулами другого качества. Однако эта технология производства гранул вспученной глины имеет несколько недостатков: используемые инфраструктуры слишком громоздки, учитывая, что они содержат две или три печи линейного или каскадного соединения между входом сухого глиняного гранулята и выходом вспученных гранул на посту просеивания и складирования; эксплуатация и техническое обслуживание этих инфраструктур требует больших затрат, в частности, из-за того, что они содержат механические узлы, подвергающиеся воздействию высоких температур; производительность этих установок очень низкая; поскольку глина является огнеупорным материалом, то теряется большая часть энергии нагрева; кроме того, в существующих на сегодняшний день нагревательных установках нагрев материала происходит снаружи вовнутрь. Такое неправильное распределение тепловой энергии приводит к перерасходу энергии и к созданию термических напряжений внутри материала, которые могут вызвать растрескивание глиняных гранул или пузырьков, что снижает производительность; слишком большие затраты времени на разогрев печей; сложное управление. Эти печи также вредны для окружающей среды (с точки зрения звука, запаха и загрязнения воздуха) из-за плохой звукоизоляции и выбросов в атмосферу (дымы). Они представляют собой также опасность для людей (персонала и посетителей) из-за плохой звукоизоляции или нарушения теплоизоляции. Кроме того, для их работы необходимо создание запасов топлива. Следует также подчеркнуть, что в зависимости от положения гранул относительно горелок вращающихся печей их вспучивание может быть полным и неполным, поэтому коэффициент полезного действия при данной технологии не является постоянной величиной, так же, как и качество гранул вспученной глины. В документе FR-2.101.602A описан способ вспучивания вермикулита, заключающийся в его обработке электромагнитным излучением с частотой волны от 1 до 1000 МГц, в частности,для производства теплоизоляционных или футеровочных материалов. Однако слабые механические свойства вспученного вермикулита не позволяют применять его там, где требуется повышенная механическая прочность, в частности в производстве облегченного бетона для строительных работ. Кроме того, процесс вспучивания вермикулита и процесс вспучивания глины отличаются друг от друга. В случае вермикулита вспучивание происходит только за счет испарения внутрислойной воды, следстви 3 ем чего является расслаивание материала, который принимает форму гармошки или зигзагообразных полос. Совсем по-другому происходит процесс вспучивания глины: значительное повышение температуры глины вызывает выбросы газа,которые приводят к появлению миллиметровых пор внутри термопластичного материала. Эти выбросы газа являются результатом нескольких химических реакций: разложение сопутствующих минералов(сульфатов, сульфидов и т.д.); сгорание органических веществ (углерод,влагосодержащие кислоты, углеводородные примеси и т.д.); крекинг этих органических веществ; кислотно-восстановительная реакция во время взаимодействия между этими органическими веществами и оксидами железа. Полученные гранулы обладают высокой прочностью. Задачей настоящего изобретения является,в частности, устранение вышеупомянутых недостатков способов и установок, применяемых в настоящее время для производства гранул вспученной глины. В соответствии с изобретением эта задача решается благодаря нижеописанному способу,согласно которому вспучивание глиняных гранул осуществляют, подвергая глиняные гранулы нагреву электромагнитным излучением. В данном способе вспучивания используется принцип нагрева диэлектрических веществ при помощи микроволнового излучения. Этот принцип основан на взаимодействии между веществом и излучением, возникающем благодаря электромагнитному полю сверхвысокой частоты(микроволны). В сжиженном виде вещество (в данном случае глина) состоит из атомов и молекул, называемых кластерами. При воздействии электрического поля эти кластеры приводятся в относительное движение, интенсивность которого зависит от их проницаемости. Это движение создает трение между кластерами,которое является причиной внутреннего нагревания вещества. При воздействии на глиняные пузырьки или гранулы микроволновое излучение вызывает их быстрое и однородное нагревание, при этом, поскольку электромагнитная волна нагревает непосредственно внутренний объем гранул,следствием этого нагревания, в первую очередь,становится испарение воды, а затем образование выбросов газа, которые, в свою очередь, являются причиной образования ячеек и вспучивания глины. Способ в соответствии с настоящим изобретением можно реализовать при помощи очень простых установок, содержащих, главным образом, генератор электромагнитной энергии сверхвысокой частоты (магнетрон), аппликатор и волновод. 4 Кроме того, эти установки можно легко приспособить для последовательного или одновременного осуществления при помощи микроволнового излучения: сушки глиняных гранул или пузырьков и их нагрев и вспучивание. Способ в соответствии с настоящим изобретением обладает несколькими преимуществами: необходимые для применения способа инфраструктуры могут быть весьма облегченными; габариты применяемого для этого оборудования значительно меньше габаритов нынешних сушильных установок с вращающимися печами,использующими жидкое или газообразное топливо; кроме того, поскольку источником тепла является возбуждение атомов и молекул глины,тем самым обеспечиваются оптимальные условия эксплуатации и технического обслуживания; производительность, обеспечиваемая данным способом, значительно выше производительности, достигаемой при применении способов нагрева с помощью жидкого, газообразного или твердого топлива; большая часть мощности поглощается материалом (глиняными гранулами), тем самым значительно сокращаются потери тепла; глина нагревается в своей массе, что позволяет свести к минимуму термические напряжения в материале и опасность растрескивания гранул вспученной глины таким образом, что процент брака оказывается весьма ничтожным; разогрев такой микроволновой печи происходит очень быстро, а вспучивание получается непосредственным, отсюда отсутствие инертности (практически немедленное использование энергии); этапы сушки, обжига и вспучивания могут быть сгруппированы в одну фазу, что обеспечивает выигрыш во времени и пространстве. Являющийся объектом настоящего изобретения способ имеет дополнительные преимущества, связанные с использованием микроволнового излучения: отсутствие загрязнения окружающей среды с точки зрения звука и чистоты (ни шума, ни дыма); повышенная безопасность (отсутствие горячих стенок); возможность точного управления параметрами нагрева и вспучивания и простота регулирования печи; высокий коэффициент полезного действия(от 55 до 60%); повышенная производительность, обеспечиваемая диффузией нагрева; эффективность расходования энергии; высокая экономичность. Способ обеспечивает большую гибкость в применении и возможность эффективного регулирования технических процессов при помощи электрических средств, обеспечивающих быст 5 рые и точные автоматизированные операции и регулирование. Задачи, отличительные признаки и преимущества способа в соответствии с настоящим изобретением будут более понятны из нижеследующего описания и прилагаемых чертежей, где фиг. 1 - блок-схема производства гранул вспученной глины, представляющая первый вариант реализации способа в соответствии с настоящим изобретением; фиг. 2 - блок-схема производства гранул вспученной глины, представляющая второй вариант реализации способа в соответствии с настоящим изобретением; фиг. 3 - схематическое изображение установки для производства гранул вспученной глины в соответствии с настоящим изобретением. Со ссылками на указанные чертежи будут описаны предпочтительные примеры осуществления способа производства гранул вспученной глины в соответствии с настоящим изобретением, ни в коем случае не являющиеся ограничительными. Для производства гранул вспученной глины исходным материалом является чистая глина, добываемая в глиняных карьерах или являющаяся результатом переработки глины путем обогащения грязи при промывании карьера или от других областей промышленности. Из предшествующего уровня техники известно гранулирование глины путем размельчения,прокатки или экструдирования, после этого глиняные гранулы проходят через вышеупомянутую характерную стадию способа в соответствии с настоящим изобретением для получения гранул вспученной глины, имеющих гранулометрические параметры от 0 до 25 мм для плотности от 300 до 630 кг/м 3. В случае необходимости глину доводят до пластичного состояния, добавляя в нее небольшое количество воды перед прокаткой или экструдированием, а в предпочтительном варианте в глину добавляют также небольшое количество углеводорода, такого как топливо, перед гранулированием и особенно перед началом этапа нагрева, предназначенного для вспучивания материала, при этом все эти добавления осуществляют любым известным способом и при помощи любого известного оборудования. До обработки микроволновым излучением глиняные гранулы или пузырьки имеют влажность, например, от 10 до 50%. В соответствии с первым примером применения способа в соответствии с настоящим изобретением (фиг. 1) после гранулирования и сушки,осуществляемых известными способами, глину загружают в микроволновую печь, в которой глиняные гранулы подвергают воздействию микроволнового излучения, вызывающего нагрев и вспучивание глины. На выходе микроволновой печи гранулы или пузырьки вспученной глины 6 охлаждают при прохождении через охладительный туннель или на открытом воздухе. После этого они проходят через операции просеивания и складирования, выполняемые известными способами. В соответствии со вторым примером выполнения способа в соответствии с настоящим изобретением (фиг. 2) после гранулирования глину загружают в микроволновую печь, в которой глиняные гранулы подвергают воздействию микроволнового излучения, которое обеспечивает одновременно сушку, нагрев и вспучивание глины. Например, применяемое микроволновое излучение может быть излучением с частотой порядка 2450 МГц и длиной волны порядка 0,1 мм, что позволяет получать температуру порядка 1850 С. Микроволновая установка, применяемая для реализации способа в соответствии с настоящим изобретением, содержит (фиг. 3), что известно из уровня техники, один или несколько генераторов или источников микроволнового излучения (магнетрон) С, преобразующих электрическую энергию сети в энергию микроволнового излучения, аппликатор Е, обеспечивающий непрерывный нагрев или нагрев при прохождении глиняных гранул через микроволны,и один или несколько волноводов D, направляющих микроволновую энергию от генератора или генераторов С к аппликатору Е. Аппликатор Е содержит микроволновый туннель, оборудованный с двух своих противоположных концов шлюзовыми камерами, непроницаемыми для микроволн и позволяющими соответственно вход глиняных гранул (ссылка А) и выход гранул вспученной глины (ссылка В). ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ производства гранул вспученной глины, отличающийся тем, что вспучивание глиняных гранул осуществляют путем нагрева последних посредством микроволнового излучения. 2. Способ производства гранул вспученной глины по п.1, отличающийся тем, что глиняные гранулы подвергают сушке до обработки микроволновым излучением, обеспечивающим их вспучивание. 3. Способ производства гранул вспученной глины по п.1, отличающийся тем, что глиняные гранулы последовательно или одновременно сушат и нагревают воздействием микроволнового излучения, обеспечивающего одновременно их сушку и вспучивание. 4. Способ производства гранул вспученной глины по п.2, отличающийся тем, что вспучивание глиняных гранул осуществляют непрерывно в аппликаторе (Е), содержащем микроволновой туннель. 5. Способ производства гранул вспученной глины по п.3, отличающийся тем, что сушку и вспучивание глиняных гранул осуществляют непрерывно в аппликаторе (Е), содержащем микроволновой туннель. 6. Способ производства гранул вспученной глины по одному из пп.1-5, отличающийся тем, 8 что в глину перед ее гранулированием добавляют незначительное количество углеводорода. 7. Гранулы вспученной глины, отличающиеся тем, что их производят при помощи способа по любому из пп.1-6.