Szilikátipari technológiák áttekintése

Az előadások a következő témára: "Szilikátipari technológiák áttekintése"— Előadás másolata:

1 Szilikátipari technológiák áttekintése
Szilikátipari gépek Szilikátipari technológiák áttekintése

2 Szilikátipar Fő területei:. I. Kötőanyagipar. II. Tégla- és cserépipar
Szilikátipar Fő területei: I. Kötőanyagipar II. Tégla- és cserépipar III. Szilikátbázisú könnyű építőanyagok IV. Üvegipar V. Tűzállóanyag-ipar VI. Finomkerámia-ipar VII. Zománcipar

3 Szilikátipari ásványok és nyersanyagok
• Finomkerámia kaolin, illit, bentonit, allevardit, fehérre és színesre égő agyagok, kvarchomok, aplit, földpátos homok, kálitufa, ondit, mészkő, alunit • Durvakerámia agyagok, kvarchomok • Üvegipar üveghomok, földpátos homok, dolomit, mészkő, alunit, perlit, pumicit • Cement- és mészipar mészkő, márga, kovasavas kaolin, agyag • Szigetelőanyag-ipar perlit, pumicit, kovaföld • Tűzállóanyag-ipar tűzálló agyagok, kvarcit, alunit, kvarchomok

4 Természetes szilikátipari nyersanyagok Magyarországon
– Kaolinok és agyagok: kaolin, tűzálló agyagok, illit és montmorillonit, bentonit, tégla- és cserépipari agyagok – SiO2 nyersanyagok: kvarchomok, kvarcit, kvarchomokkő, kovaföldféleségek – Földpátos agyagok: aplit és rokon kőzetek, ondit, földpátos homok – Üveges szilikátok: perlit, pumicit – Magnézium-szilikátok: talkum – Trassz – Zeolitok – Karbonátos kőzetek: dolomit, mészkő – Szulfátos kőzetek: anhidrit, alunit A nyersanyagkutatás módszerei: földtani módszerek geofizikai módszerek

5 I. Kötőanyagipar Építési kötőanyagok:
1) Nem hidraulikus kötőanyagok – agyag, égetett mész, égetett gipsz 2) Nem zsugorított, gyengén hidraulikus kötőanyagok a) Gyengén hidraulikus ásványi anyagok: vulkáni tufák, puccolánok, trasszok, szantorinföld b) Mesterséges, gyengén hidraulikus kötő- és kiegészítő anyagok: mészmárgák, granulált kohósalak, porszénhamu / pernye 3) Zsugorított hidraulikus kötőanyagok – portlandcement 4) Különleges kötőanyagok a) módosított portlandcementek – fehér portlandcement, mélyfúrási cement, gyorsan szilárduló cement b) nem portlandcementek aluminátcement, duzzadócement Anyaguk: szervetlen fém-oxidok, -hidroxidok, -szilikátok, -sók

6 1. Mészipar Kötőanyagipar
Terméke: (az égetési körülmények alapján lágyan, közepesen és keményen) égetett mész Technológiai folyamatok 1) Nyersanyag-kitermelés (mészkő, dolomitos mészkő) 2) Mészégetés – kemencék (alapvető felépítés: kemencetér, -fal és –köpeny) a) szakaszos üzemű (boksa) b) folyamatos üzemű (akna-, kör- vagy forgókemence) 3) Égetett mész továbbfeldolgozása: 1. Mészhidrát-gyártás 2. Mészőrlés 4) További kezelés tárolás, rakodás, szállítás(zsákolt formában vagy tartálykocsiban) mészégetőbunkerszállítószalagmegfelelő hely szállítás: darabos mész ZÁRT járműben (reakcióképesség!)

7 2. Cementipar Kötőanyagipar Nyersanyagok: mészkő (CaCO3)
agyag és márga (SiO2, Al2O3), homok és lösz (SiO2), piritpörk (Fe2O3) Félkész termék: klinker (tartalma: CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3) Technológiák: a) nedves eljárás bányában: kitermelés, előkészítés, előtörés  iszapolás (agyag+mészkő)  őrlés b) félszáraz és száraz eljárások körfolyamatos malom + osztályozó-berendezés

8 Cementipar technológiai folyamatai I.
Kötőanyagipar Cementipar technológiai folyamatai I. 1.) Nyersanyag-kitermelés és –tárolás Bányászat – külfejtéses a) robbantásos – oszlopos vagy függönyrobbantás, felszedés: rakodógépek (kanalas kotró), rakodó-szállítógépek b) robbantás nélküli - hidraulikus jövesztés - szaggatókkal történő jövesztés - művelés egy kotróedényes géppel - merítéklétrás kotrógépes jövesztés - művelés marótárcsás kotrógéppel törő- és osztályozó-berendezések: pofás törő, hajító-zúzó gépek Előhomogenizálás – keverőágyak típusok: » párhuzamos hányó » soros hányó » folyamatos körtároló » szakaszos körágy felépítés: ¬ Windrow, ¬ Chevron, ¬ Strata rendszer  Szállítás – bányagyár: gépjármű, kötélpálya, szállítószalag-pálya Tárolás (10-14 napi készlet)

9 Cementipar technológiai folyamatai II.
Kötőanyagipar Cementipar technológiai folyamatai II. 2.) Nyersanyagok előkészítése 1. Szárítás 2. Nyersőrlés – malomrendszerek »légáramrendszerű szárítva őrlő malmok »szárítva őrlő, elevátoros osztályozós malom 3. Homogenizálás – homogenizálók (nedves / száraz) 4. Nyersanyagőrlemények technológiai ellenőrzése, beállítása, szabályozása 3.) Klinkerégetés Folyamatai: hőátadás, termokémiai folyamat, anyagmozgatás (forgókemence), tüzelés (tüzelőanyagok előkészítése  felhasználás) Forgókemence Kemencerendszerek

10 Cementipar technológiai folyamatai III.
Kötőanyagipar Cementipar technológiai folyamatai III. 4.) Klinker hűtése hűtődobok, bolygóhűtő, hűtőrostélyok, ferde rostélyos hűtő, aknás hűtő, kombinált hűtő 5.) Klinker további kezelése o klinker- és kiegészítő anyagok szállítása, tárolása o CEMENTŐRLÉS – körfolyamatos őrlés (+ gipszkő hozzáadása) 6.) Gyáron belüli cementszállítás és –tárolás -  szállítás: csiga, szalag, aerációs csatorna, elevátor, aerooszlop, pneumatikus csavarszivattyú -  tárolás: silók 7.) Cementkiadás: a) zsákolt cement b) ömlesztett cement (tartálykocsik)

11 II. Tégla- és cserépipar
Téglaipari építőanyagok műszaki tulajdonságai: 1- méret 2- szilárdság, alakváltozás 3- porozitás – hidrotechnikai tulajdonságok (víztartó képesség) 4- porozitás – hőtechnikai tulajdonságok 5- akusztikai jellemzők 6- kémiai tulajdonságok 7- kopás, csúszás 8- hőtágulás Minősítésük alapjául a fenti tulajdonságok szolgálnak.

12 Tégla-és cserépipar Építőanyagok: 1) Falazóelemek 4) Burkolóelemek 2) Födémelemek 5) Magas- és mélyépítési termékek 3) Tetőfedő elemek 6) Kőagyag burkolólapok Nyersanyagok: Agyagok – téglaagyagok (alumínium-hidroxid-szilikátok) agyagásványok: kaolinit, illit, montmorillonit, klorit – szemcsecsoportok: □ homokfrakció □ kőzetliszt (iszapfrakció) □ agyagfrakció – meszes / mészszegény (karbonátos ásványok 8%-nál nagyobb / kisebb arányban vannak jelen)

13 Tégla- és cserépipar technológiai folyamatai I.
1) Agyagkitermelés, szállítás, tárolás A tégla- illetve cserépgyárak agyagbányára települnek. - Agyagbánya  mély- vagy magasművelésű - Kitermelés – vedersoros kotró – kanalas kotrók (exkavátorok) – marótárcsás ~ – hidraulikus ~ - Szállítás – szállítószalag – vasút (keskenyvágányú) – billenőplatós közúti jármű - Tárolás – pihentetés, félmasszatárolás, regálozás

14 Tégla- és cserépipar technológiai folyamatai II.
2) Agyagmegmunkálás A megmunkálás célja az agyag a következő tulajdonságainak elérése: Ø formázhatóság, alaktartóság Ø kis égetési és szilárdulási érzékenység Ø kellő szilárdság 1-   Adagolás – szekrényes adagolók 2-   Aprítás – homogenizálhatóság javítása, – feltáródás elősegítése, – szennyezők hatástalanítása 3-   Szennyezések leválasztása – szűrő-keverő, agyagtisztító prés 4-   Keverés, adalékanyagok bekeverése 5-   Agyag nedvességtartalmának csökkentése 6-   Homogenizálás 7-   Massza melegítése 8-   Nedvesítés és feltárás

15 Tégla- és cserépipar technológiai folyamatai III.
3) Agyag formázása q Nedves – csigaprés, vákuum-csigaprés q Félnedves – nedves sajtolás q Levágóautomata – kaszás (egyszerre 1 darabot vág le), – többhúros (egyszerre több darab) q Nyersáru-mozgatás a) a prés és a szárító között b) szárítón kívül, belül c) kemencekocsi-rakó berendezések 4) Szárítás, szárítók Ø  száradási érzékenység meghatározás, csökkentése Ø  hőátadás, szárítási sebesség és idő Ø  üzemi szárítási körülmények – hőmérsékletesés a szárítólevegő áramlása irányában – áramló levegő eloszlása Ø  szárítórendszerek hő- és légellátás szárítási folyamat irányítása szakaszos üzemű (kamrás), folyamatos üzemű

16 Tégla- és cserépipar technológiai folyamatai IV.
5) Égetés Fizikai tulajdonságok változása Ásványok termikus átalakulása Égetett termék ásványi összetétele Égetési sebességre ható tényezők Optimális égetési görbe Tégla- és cserépipari kemencék –– alagútkemence 6) Késztermék mozgatása à egységrakomány-képzés  alátétek, paletták, kötöző- és csomagolóanyagok, csomagológépek à mozgatás – targonca vagy daru + sokujjú fogó à szállítási lánc

17 III. Szilikátbázisú könnyű építőanyagok
 Mesterséges szilikát szálasanyagok ● szilikátszálas szigetelőanyagok: üveggyapot, ásványgyapot ● nyersanyag szerint:  salakgyapot,  ásványgyapot,  kőzetgyapot,  direkt üveggyapot-gyártás,  indirekt üveggyapot-gyártás ● szálképző eljárás alapján paraméterek: finomság, - szálazási energiaigény, - szálhosszúság o mechanikai húzás o centrifugális erő o pneumatikus fúvás

18 Mesterséges szilikát szálasanyagok
Szilikátbázisú könnyű építőanyagok Mesterséges szilikát szálasanyagok Technológiai folyamatok: 1) Nyersanyag-kitermelés (vagy -beszállítás) ásványok: bazalt, diabáz, gabbró, andezit, porfirit, gránit, trachit, stb. 2) Olvasztás 3) Szálképzés 4) Feldolgozás Felhasználás:  építőipari hőszigetelés  ipari hőszigetelés  akusztikai és különleges célok

19  Szemcsés hőszigetelő anyagok és könnyűbeton-adalékok
Szilikátbázisú könnyű építőanyagok  Szemcsés hőszigetelő anyagok és könnyűbeton-adalékok 1)   Perlit és termékei Nyersanyag: 3-5% víztartalmú vulkáni üveg (perlit)  duzzasztás 2)   Könnyűbeton-adalékok Duzzasztott agyagkavics (üledékes kőzet nyersanyag)

20  Hőszigetelő építőanyagok
Szilikátbázisú könnyű építőanyagok  Hőszigetelő építőanyagok 1)   Gázbeton Nyersanyagok:  kötőanyag (mész, cement)  adalékok (homok, pernye)  pórusképző anyag (alumíniumpor)  vegyi anyagok 2)  Könnyűkerámiai falazóanyagok o Poroton téglák o Rioporit o Kőszivacs lapok (porozit) o Porszénhamu téglák o Kerámiai kötésű kovaföld idomtestek (termalit) 3)    Habüvegek î   Perlit-bázisú habüveg-granulátum (PHG) î   Dekoratív vulkánhab Előállítás: hideg eljárás, szulfátos poreljárás

21 IV. Üvegipar Üveg: termodinamikailag metastabil,
rövid távú szerkezeti rendezettség (nem kristályos!), amorf, nincs határozott olvadáspontja Üvegfajták (mesterséges üvegek) a teljesség igénye nélkül: fúvott síküveg, húzott síküveg, palacküveg, öblösüveg, zöldüveg, kristályüveg (ólomkristály), hőmérőüveg, világítástechnikai üveg, műszaki boroszilikát üvegek, stb. Üvegipari termékek gyártástechnológiája 1. Síküveg-gyártás Forcault-, Asahir-, Libbey-Owens-, Pittsburgh-eljárás, hengerelt síküveg, Float-üveg 2. Öblösüveg-gyártás 3. Üvegcső-gyártás Danner-, Vello-, Schuller-, Koroljev-, Corning, Hänlein-eljárás 4. Üvegfeszültség csökkentése – hűtőkamra, hűtőszalagok

22 Üvegipari nyersanyagok
A) Alapanyagok (>95%) az üveg szerkezetére gyakorolt hatás alapján: a) hálózatképzők: SiO2 P2O5 B2O3 b) módosítók: Al2O3 TiO2 ZrO2 B) Segédanyagok

23 Üvegipari nyersanyagok
A)    Alapanyagok  Kvarchomok: SiO2  Bórvegyületek: B2O3 - bórsav (sassolin), Na2B4O710H2O bórax, Na2B4O7 dehybor  Foszforvegyületek: H3PO4 (orto)foszforsav  Kalcium- és magnéziumvegyületek: CaCO3 mészkő (kalcit), CaMg(CO3)2 dolomit, Ca(OH)2 mészhidrát (portlandit),  Báriumvegyületek: BaCO3 witherit  Cinkvegyületek: ZnO horganyfehér (cinkit)  Ólomvegyületek: PbO  Alumíniumvegyületek: Al2O3 (földpátból, nefelinből)  Nátriumvegyületek: Na2CO3 szóda, Na2SO4 glaubersó  Kálium- és lítiumvegyületek: K2CO3 hamuzsír, Li2CO3, Li2SO4

24 Üvegipari nyersanyagok
B)    Segédanyagok ─  tisztulást segítők főbb kémiai derítők: oxidok (As2O3, Sb2O3, BaO), peroxidok, szulfátok ─  színtelenítők a) kémiai módszer (oxidálás – nitrátok, As2O3, Sb2O3 ) b) fizikai módszer (komplementer szín létrehozása) ─  színezők (oldási színezés, futtatási színezés) ─  opalizálók (kriolit, folypát/fluorit)

25 Üvegipar technológiai folyamatai I.
1)  Nyersanyag-előkészítés: · szárítás (homok, dolomit) · osztályozás (egysíkú vibrációs sziták) ·  aprítás (szóda törése) ·  zsákbontás(zsákolt szóda kibontása) ·  üvegcserép tisztítása (gyár saját selejtje, újrafeldolgozott) 2) Keverékkészítés – összetétel kiszámítása, majd keverés ─  Darabosítás (keverék darabosítása  porképződés elkerülése) ─  Keverék szállítása (kemencéhez – targonca, futómacska, szalag, pneumatikus rendszer) ─  Portalanítás ─  Vezérlés, irányítás (keverők, adagolók számítógépes irányítása) ─  Készanyag tárolása, bemérés, keverés o Silók (keverék tárolása) o Adagolók (szakaszos keveréshez) o Mérlegek o Keverőgépek

26 Üvegipar technológiai folyamatai II.
3) Üvegolvasztás Kemencék:  átfolyós kádkemence,  nyitott kádkemence üzembe helyezés és leállítás: kemence előkészítésefelfűtés előkészítésefelfűtésüzemeltetésleállás Szerkezetük:  olvasztókád (fenék + oldalkövek)  adagoló-, átfolyó- és munkakádak  kádkemencék tűztere  boltozat  olvasztást gyorsító és tisztulást segítő berendezések  keverékadagolók Anyaguk: tűzálló anyag (cirkozit, a-korund) + hőszigetelés Tüzelőberendezések: – földgáz- és olajporlasztók – hővisszanyerők Segédberendezések: tüzelésváltók, levegőellátók, hűtők

27 Üvegipar technológiai folyamatai III.
4) Üveg feldolgozása o  csiszolás, gravírozás, fényezés (öblösüveg, síküveg) o  maratás, homokfúvás, jégvirágozás, festés o  épületek és járművek üvegelemei (hőszigetelő üvegek) o  tükörkészítés (ezüstözés, fémgőzölés) o  üvegcső-feldolgozás (ampullagyártás, hőpalack-gyártás)

28 V. Tűzállóanyag-ipar 1.) Tűzállóanyagok csoportosítása
I. Szilika gyártmányok ○ szilika ○ szilikagyártmány + adalékanyag ○ kvarcüveggyártmány II. Alumínium-szilikát ∆ korund ∆ mullit-korund ∆ mullit ∆ samott-mullit ∆ samott ∆ kvarcsamott III. Bázikus gyártmányok □ magnezit □ dolomit □ magnezit-króm □ kromit □ forsterit IV. Karbonát-gyártmányok V.   Szilícium-karbid gyártmányok VI. Cirkónium-oxid gyártmányok VII.Különleges (oxidos és nem oxidos) gyártmányok

29 Tűzállóanyag-ipar 2.)    Tűzállóanyag-ipari nyersanyagok 1] Tűzálló agyagok és kaolinok 2] Al2O3-ásványok  bauxit  vízmentes alumínium-szilikátok (kianit, andaluzit, szillimanit)   timföld, elektrokorund  dolomit, magnezit  krómérc  magnézium-szilikátok  cirkon (ZrSiO4)

30 Tűzállóanyag-ipar 3.)  Tűzállóanyag-ipari termékek (gyártástechnológia szerint) I. 1. Bázikus tűzállóanyagok – magnezittégla – krómérc-tartalmú bázikus téglák – kromittégla – forsterittégla – dolomittégla – mésztégla 2. Szilikatermékek – szilikatégla – szilikahabarcs 3. Alumínium-szilikátos tűzállóanyagok – samott és félsavanyú termékek 4. Nagy Al2O3-tartalmú tűzállóanyagok 5. Szilícium-karbid- és karbonáttartalmú ~ – SiC tűzállóanyagok – CO32--tartalmú tűzállóanyagok

31 Tűzállóanyag-ipar 3.)  Tűzállóanyag-ipari termékek (gyártástechnológia szerint) II. 6. Különleges tűzállóanyagok – cirkontartalmú ~ – oxidkerámiai ~ – nem oxidos ~ 7. Olvasztott tűzállóanyagok 8. Tűzálló hőszigetelő anyagok a) formázott (kiégő adalékos, habosításos, gázfejlesztéses, elgőzölgő-adalékos, AlF3-os eljárások) b) nem formázott (betonok, masszák, védőrétegek) 9. Tűzálló betonok, döngölő- és felszórómasszák, habarcsok o  tűzálló betonok o  ~ döngölőmasszák o  ~ felszórómasszák o  ~ habarcsok

32 Tűzállóanyag-ipar 4.)  Tűzállóanyagok felhasználása o       vaskohászatban o       színesfém-kohászatban o       cementiparban o       üvegiparban o       tégla- és cserépiparban o       finomkerámia-iparban

33 VI. Finomkerámia-ipar Termékek a) építési kerámiák – falburkoló csempe
– padlóburkoló lap (mázas / mázatlan) – egészségügyi (szaniter) b) külső burkolólapok (mázas / mázatlan) c)  háztartási kerámiák – porcelán díszmű – porcelán edény – fajansz edény – majolika d) műszaki kerámiák ○ nagyfeszültségű porcelán szigetelők ○ kisfeszültségű porcelán szigetelők ○ őrlőtestek ○ ellenállástestek ○ csiszoló-, köszörülő- és vágószerszámok ○ elektronikai kerámiák ○ építési segédeszközök

34 Finomkerámia-ipari nyersanyagok
1)      Képlékeny nyersanyagok a) kaolinok b) agyagok (tűzálló, ball clay, színesre égő agyag, bentonit) 2)      Földpátok – Na: albit (Ab) NaAlSi3O8 – Ca: anortit (An) CaAl2Si2O8 – K: ortoklász (Or) KAlSi3O8 – lítium: petalit, bárium: celzián – földpátpótlók 3)      Szilícium-dioxidos ásványok – kvarc, hegyikristály, homokkő, kvarcit, kvarchomok – kalcedon, flint – kovaföld, diatomaföld 4)      Egyéb nyersanyagok a-Al2O3 (korund), illetve talk, pirofillit, wollastonit

35 Finomkerámia-ipar technológiai folyamatai I.
1) Alapanyag-előkészítés 1.- Aprítás (hengeres törő, görgőjárat, dombmalom, rezgőmalom, gyöngymalom (attritor) ) 2.- Keverés és homogenizálás (síklapátos keverő, propellerkeverő, dobkeverő, tányéros keverő) 3.- Szűrés-préselés (kamrás szűrőprés, dugattyús membránszivattyú) 4.- Szárítás – porlasztásos szárítás (porlasztó-szárító (atomizer), fúvókás ~, zagyszivattyú, …) 2)  Masszagyártás 1. Iszap előállítása 2. Iszap víztelenítése

36 Finomkerámia-ipar technológiai folyamatai II.
3)  Nyersgyártás és formázás 1] Képlékeny kerámiamassza alakítása –        vákuum-csigaprés –        korongoló-berendezések –        faragógépek –        nedves sajtolás 2] Félszáraz massza alakítása –        sajtológépek –        mechanikus sajtolók –        izosztatikus sajtolás 3] Finomkerámiai öntés – szaniteröntő 4] Mázolás és dekorálás –        merítőmázolás –        ráfolyatásos mázolás –        mázletisztítás –        dekorálás Finomkerámia-ipar

37 Finomkerámia-ipar technológiai folyamatai III.
4)  Hőkezelés ◘ Kemencetípusok– szakaszos üzemű –  folyamatos üzemű –  ellenállásfűtésű villamos kemence –  frittégető kemence Kemencék anyaga: tűzálló- és szigetelőanyag, vasalás és fém alkatrészek Tüzelés: gázégők, olajégők, gázáramoltatók ◘ Égetésszabályozás – komplex szabályozás: hőmérséklet, gáznyomás, gázmennyiség ◘ Biztonsági berendezések – lángőrök

38 Finomkerámia-ipar Mázak, dekoráció – mázak összetétele: alkáli-alumínium-szilikát –  tulajdonságaik: viszkozitás, hőtágulás (lineáris), kristályosodás, kémiai ellenállás, viselkedés az égetés során – mázreceptek: nyersmázak, frittelt mázak, fedőmázak, mattmázak, sómáz, kristályos mázak, színes mázak Alakadás – gipszformák –gipsz módosulatai – műanyagokkal kevert, helyettesített formák Különleges finomkerámiai eljárások: * finom porok előállítása kerámiai célra * fóliaöntés * forró sajtolás * fröccsöntés

39 Finomkerámia-ipar (Kiegészítés) Műszaki kerámia gyártmányok I. A)  Hőtechnikai és egyéb műszaki kerámiai gyártmányok 1) Hőtechnikai kerámiák – mullit-alapú, cordierit-alapú, szteatit-alapú 2) Vegyipari műszaki kerámiák –        edények, tálak, kádak, reaktorok –        töltelékanyagok –        töltelék idomtestek –        katalizátorok és -hordozók –        őrlő- és béléstestek –        szűrő- és diafragma-kerámiák 3) Textilipari műszaki kerámiák 4) Fém- és gépipari ~ 5) Energiaipari ~ î         atomreaktor-kerámiák î         villamosenergia-ipari kerámiák

40 Finomkerámia-ipar Műszaki kerámia gyártmányok II. A)  Hőtechnikai és egyéb műszaki kerámiai gyártmányok II. 6) Egyéb ipari kerámiák 7) Műszaki üvegkerámiák (vitrokerámiák) B)  Elektronikai kerámiák 1.      Dielektrikumok 2.      Nagyfrekvenciás szigetelők 3.      Félvezetők 4.      Piezokerámiai anyagok 5.      Mágneses anyagok

41 Szilikátipari kézikönyv
Felhasznált irodalom: Tamás Ferenc – Szilikátipari kézikönyv Összeállította: Török Nóra (Anyagmérnök BSC III)