PL182693B1 - Sposób utylizacji odpadowych pyłów cementowych - Google Patents

Abstract

Sposób utylizacji odpadowych pyłów cementowych wytrąconych w procesie wytwarzania klinkierów portlandzkich, poddanych procesowi powtórnego wypalania, znamienny tym, że odpadowe pyły cementowe unoszone z pieców obrotowych w trakcie wypalania w nich klinkierów portlandzkich, które po wytrąceniu w elektrofiltrach wyprowadza się urządzeniami transportowymi korzystnie przenośnikami ślimakowymi i elewatorami z linii technologicznych wytwarzania klinkierów portlandzkich do urządzenia homogenizującego, korzystnie zbiornika, będącego jednocześnie urządzeniem zasypowym długiego pieca obrotowego, w którym to piecu stosunek długości do średnicy jest większy niż 30, gdzie w temperaturze około 1470 do 1570 K następuje proces klinkieryzacji, a następnie proces chłodzenia i przemiału na cement z dodatkiem w ilości 0 do 5% wagowych regulatora czasu wiązania

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób utylizacji odpadowych pyłów cementowych powstałych w procesie wytwarzania klinkierów portlandzkich.

Odpadowe pyły cementowe powstałe w procesie wytwarzania klinkierów portlandzkich wynoszone są z pieca procesowego w strumieniu gorących gazów procesowych, z którego są wytrącane w elektrofiltrach, w procesie ich oczyszczania, przed wypuszczeniem tych gazów do atmosfery. Wytrącone w elektrofiltrach pieców procesowych odpadowe pyły cementowe zasadniczo w całości zawracane są do pieca, z którego zostały wyniesione. Ten znany i stosowany w stanie techniki zamknięty obieg pyłów powoduje, że w trakcie pracy pieca obrotowego wzbogacają się one w najbardziej lotne składniki zestawu surowcowego, takie jak chlorki, siarczki i siarczany sodu i/lub potasu. Po przekroczeniu znanego progu zawartości tych związków w pyłach, ich zawracanie do procesów pieca obrotowego staje się przyczyną poważnych trudności technologicznych. Trudności te polegają na tworzeniu się tak zwanych zawiasów surowca w wymiennikach ciepła pieca obrotowego przy suchej metodzie wytwarzania klinkieru portlandzkiego, albo na tworzeniu się pierścieni siarczanowo-alkalicznych w obszarze strefy łańcuchowej długich pieców obrotowych przy wytwarzaniu klinkieru portlandzkiego metodą mokrą. Występujące trudności technologiczne powodują konieczność sukcesywnego oczyszczania wymienników ciepła pieców obrotowych wytwarzających klinkier portlandzki metodą suchą lub usuwania powstałych pierścieni z obszarów stref łańcuchowych długich pieców obrotowych. W takim przypadku następuje najczęściej usuwanie tych odpadów do. wyrobisk górniczych kopalni pracujących dla potrzeb cementowni. Również w przypadku gdy pyły nie są zawracane do powtórnego wypalania w procesie wytwarzania klinkieru w piecu obrotowym, składowanie tych pyłów odbywa się również w wyrobiskach kopalnianych.

Ten znany proces zawracania lub składowania odpadowych pyłów cementowych znacznie podraża koszty wytwarzania cementu, a także wymaga stosowania zabiegów proekologicznych związanych z bezpiecznym hałdowaniem tych pyłów. Dodatkową wadą, zawracania odpadowych pyłów cementowych z elektrofiltrów do pieca obrotowego, z którego

182 693 zostały one wyniesione, w dużej liczbie cementowni wyklucza możliwość wytwarzania poszukiwanych na rynku cementów portlandzkich niskoalkalicznych. Ponadto zawracanie odpadowych pyłów cementowych do pieców obrotowych, w których z reguły występują wysokie temperatury gazów, dochodzące do 2000 K powoduje rozkład siarczanów, chlorków i alkaliów, co w rezultacie doprowadza do podwyższonych ilości szkodliwych dla otoczenia SO2 i Cl- w gazach emitowanych do atmosfery.

Znany jest z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych nr 4 584 022 system utylizacji odpadowych pyłów cementowych z cementowni wytwarzających klinkier portlandzki, polegający na dodaniu do pyłów wytrąconych z gorących gazów w elektrofiltrach około 3 do 9% wagowych węgla oraz określonej ilości wody, dla umożliwienia granulacji tych pyłów do granul o wielkości około 4 do 14 mesh, a następnie granule te poddaje się procesowi spiekania w reaktorze fluidyzacyjnym. Powstały tym sposobem klinkier portlandzki jest prawie całkowicie pozbawiony zanieczyszczeń alkalicznych, które w procesie wypalania niemal w całości przechodzą do fazy gazowej. Gazy procesowe opuszczające piec fluidyzacyjny są wzbogacone w alkalia i w siarkę. Gazy te poddaje się intensywnemu oczyszczaniu zarówno z alkalii jak i z siarki przed wypuszczeniem ich do atmosfery. Powstałe z procesu oczyszczania gazów procesowych stałe odpady są zużywane jako dodatek dla korekcji zestawu surowcowego przeznaczonego do produkcji klinkieru cementowego.

Wadą tego sposobu jest konieczność stosowania dodatkowej skomplikowanej i czasochłonnej technologii, polegającej na uciążliwym procesie homogenizowania dodawanego węgla z odpadowym pyłem cementowym oraz na dodatkowym procesie granulowania i spiekania w piecu fluidyzacyjnym, co wymaga dodatkowych, kosztownych urządzeń.

Znany jest również z polskiego opisu patentowego nr 166 663 materiał budowlany, który zawiera niemniej niż 95% wagowych odpadowego pyłu cementowego powstałego przy mokrej metodzie produkcji klinkierów portlandzkich.

Jednakże zastosowanie powstałego tym sposobem materiału może być wykorzystane jedynie jako surowiec do produkcji różnego rodzaju elementów budowlanych nie wymagających większych wytrzymałości. Powstały tym sposobem materiał budowlany nie nadaje się do wytwarzania elementów konstrukcyjnych oraz nie może być użyty jako spoiwo cementowe.

Te niedogodności wynikające z istniejącego stanu techniki rozwiązuje niniejszy wynalazek.

Sposób utylizacji odpadowych pyłów cementowych według wynalazku, polega na wyprowadzeniu wytrąconych ze strumienia gorących gazów procesowych odpadowych pyłów cementowych powstałych w piecach obrotowych w trakcie procesu wytwarzania klinkieru portlandzkiego, najczęściej do zasobników, korzystnie z ich ciągłym mieszaniem. Następnie poddaje się je procesowi wypalania i klinkieryzacji korzystnie w temperaturze około 1470 do 1570 K. W wyniku wypalania w tych temperaturach odpadowych pyłów cementowych, powstaje aktywny klinkier, którego podstawowym składnikiem jest krzemian dwuwapniowy. Klinkier ten poddaje się procesowi chłodzenia w chłodniku obrotowym, planetarnym lub korzystnie w chłodniku rusztowym. Odpadowe pyły cementowe wytrącane są ze strumienia gazów procesowych w elektrofiltrach pieców obrotowych wytwarzających klinkier portlandzki. Z linii technologicznej wytwarzania klinkierów portlandzkich wyprowadza się je przy pomocy poziomych i pionowych urządzeń transportowych, korzystnie takich jak przenośniki ślimakowe, elewatory i wprowadza się je do zbiornika, korzystnie wyposażonego w urządzenia homogenizujące, z którego w zależności od lokalizacji względem urządzenia spiekającego, pyły odpadowe transportowane są pneumatycznie np. przy użyciu pomp Fullera lub systemów przenośników ślimakowych i elewatorów do urządzenia dozującego, którym może być np. waga schencka lub podawacze ślimakowe. Zbiornik ten, wyposażony w urządzenia dozujące, może stanowić jednocześnie buforowe urządzenie zasypowe długiego pieca obrotowego. Sam proces klinkieryzacji prowadzi się w specjalnie do tego celu przeznaczonym długim piecu obrotowym, w którym stosunek jego długości do średnicy (1/d) jest większy od 30, korzystnie w temperaturze około 1470 do 1570 K, co sprawia, że zawarte w wypalanych odpadowych pyłach cementowych chlorki, siarczki i siarczany sodu i/lub potasu pozostają w klinkierze. Otrzymany tym sposobem aktywny klinkier o zwiększonej zawartości

182 693 krzemianu dwuwapniowego zostaje poddany procesowi chłodzenia w urządzeniach stosowanych do tego celu, tj. chłodnikach obrotowych, planetarnych lub korzystnie rusztowych.

Schłodzony klinkier zostaje poddany procesowi przemiału, do którego w razie konieczności można dodać ogólnie stosowane w przemyśle cementowym regulatory czasu wiązania cementu w ilości 0 do 5% wagowych, korzystnie gips dwuwodny.

Klinkier o zwiększonej zawartości krzemianu dwuwapniowego, otrzymany sposobem według wynalazku zawiera około 3 do 6 % wagowych siarczanu potasu (K2SO4) oraz około 0,5 do 1,5 % wagowych siarczanu sodu (Na2SO4). Zawarty w tym klinkierze wytworzonym sposobem według wynalazku siarczan potasu skutecznie spełnia rolę intensyfikatora procesu wiązania i twardnienia cementu, którego podstawowym składnikiem jest krzemian dwuwapniowy, zwłaszcza w jego początkowym okresie wiązania.

Tempo przyrostu wytrzymałości tak otrzymanego cementu jest porównywalne lub szybsze niż tempo przyrostu wytrzymałości cementów portlandzkich.

Podstawowym składnikiem klinkieru wytworzonego sposobem według wynalazku jest krzemian dwuwapniowy w ilości około 45 do 60% wagowych i krzemian trójwapniowy w ilości około 10 do 25% wagowych. Suma zawartości glinianu trójwapniowego i żelazo glinianu wapnia wynosi około 10 do 30% wagowych.

Tę nieoczekiwaną wysoką aktywność cementu wytworzonego z klinkieru otrzymanego sposobem według wynalazku, uzyskuje się przy module nasycenia wapnem (MN) mniejszym od 0,78 i przy stosunku masowych udziałów krzemianu dwuwapniowego (C2S) do krzemianu tr<5j'wa^i^^<^^,wego (C3S) w klinkierze większym jak 3:1, korzystnie w przybliżeniu równym jak 4:1 i przy sumarycznej zawartości glinianu trójwapniowego i żelazoglinianu wapnia wynoszącej powyżej 20% wagowych.

Zaletą sposobu utylizacji odpadowych pyłów cementowych według wynalazku jest możliwość wytwarzania pełnowartościowego aktywnego klinkieru, którego podstawowym, składnikiem jest krzemian dwuwapniowy, o własnościach zbliżonych do własności klinkieru portlandzkiego, a w niektórych przypadkach nawet je przewyższających, co jednocześnie wpływa na uniknięcie negatywnych skutków zawracania tych pyłów do procesu wytwarzania klinkierów portlandzkich, przy jednoczesnym zmniejszeniu o około 30 do 50% ilości tych pyłów unoszonych z gazami procesowymi. Jednakże podstawową zaletą utylizacji odpadowych pyłów cementowych sposobem według wynalazku jest możliwość uzyskania z bezużytecznego odpadu wysoko aktywnego klinkieru zawierającego zwiększoną ilość krzemianu dwuwapniowego, którego aktywność, zwłaszcza w pierwszej fazie twardnienia zaczynu cementowego wyprodukowanego z tego klinkieru, przejawiająca się krótszym czasem wiązania niż typowych cementów portlandzkich z możliwościąjego swobodnego regulowania w zależności od potrzeb oraz takim samym, a nawet nieco większym przyrostem początkowych wytrzymałości, zwłaszcza na ściskanie, niż w typowych cementach portlandzkich. Dodatkową zaletą jest znaczna czystość gazów poprocesowych opuszczająca piece obrotowe produkujące klinkiery portlandzkie, ponieważ w procesie klinkieryzacji zawarte w zestawie surowcowym chlorki, siarczki i siarczany sodu i/lub potasu nie przechodzą do fazy gazowej i nie opuszczają pieca procesowego, przez co nie zanieczyszczają atmosfery, lecz pozostają w klinkierze otrzymanym z odpadowych pyłów cementowych.

Przykład

W jednej z cementowni wytwarzającej klinkier portlandzki metodą mokrą której wyposażenie stanowi 6 długich pieców obrotowych, sposobem według wynalazku wytwarzano klinkier o zwiększonej zawartości krzemianu dwuwapniowego. Z każdego z tych pieców jest wyłapywane przez elektrofiltry około 4 Mg/h odpadowych pyłów cementowych. Jednostkowe zużycie ciepła w procesie wypalania klinkieru portlandzkiego w tych piecach wynosi 6300 KJ/kg klinkieru. Jeden z tych pieców o średnńcy 2,9 m i długości 90,0 m przeznaczono do wytwarzania klinkieru sposobem według wynalazku. W piecu tym w temperaturze około 1500 K wypalano wszystkie zatrzymane w elektrofiltrach pozostałych 5 pieców pyły poprodukcyjne. Pyły te spod elektrofiltrów transportowane były układem przenośników ślimakowych i elewatorów do zbiornika homogenizacyjnego. Po homogenizacji pyły zawierały średnio 20,15% wagowych SiO2, 2,87% wagowych Fe2O3, 6,82% wagowych ALO3, 57,95% wa182 693 gowych CaO, 6,02% wagowych SO3, 3,80% wagowych K2O i 0,57% wagowych Na2O, przy stratach prażenia wynoszących 23,47% wagowych. Odbiór pyłów ze zbiornika homogenizacyjnego odbywał się przy pomocy podawaczy celkowych, dozujących pyły do układu przenośników ślimakowych i elewatora, do długiego pieca obrotowego, do którego były dozowane przy pomocy podawacza ślimakowego. Po procesie spiekania w piecu obrotowym, otrzymany klinkier po zmieleniu na cement z dodatkiem 3% wagowych gipsu dwuwodnego, posiadał następujące własności:

Tabela

Wielkości porównywalne:	Cement Portlandzki	Cement Belitowy według stanu techniki	Cement uzyskany sposobem według wynalazku
Czas wiązania: (godz., minuty) - początek	1h 55'	2h 30' - 4h 30'	2h 00' - 2h 25'
- koniec	3h 25'	3h 30' - 5h 50'	3h 00' - 3h 15'
Wytrzymałość na ściskanie (MPa) - 1 dzień	10,8	3,0 do 5,2	8,3 do 10,3
- 3 dzień	25,3	9,2 do 13,0	16,0 do 20,0
- 7 dzień	34,8	13,2 do 17,2	28,0 do 34,0
- 28 dzień	44,6	25,0 do 35,0	39,2 do 42,0
Moduł nasycenia wapnem MN	0,93	0,78 do 0,82	0,72 do 0,78
Zawartość krzemianu dwuwapniowego (% wagowy)	14,0	40,0 do 46,0	52,7 do 56,6
Jednostkowe zużycie ciepła (KJ/kg klink.)	6 300	ok. 5 050	3 150

182 693

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz Cena 2,00 zł.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób utylizacji odpadowych pyłów cementowych wytrąconych w procesie wytwarzania klinkierów portlandzkich, poddanych procesowi powtórnego wypalania, znamienny tym, że odpadowe pyły cementowe unoszone z pieców obrotowych w trakcie wypalania w nich klinkierów portlandzkich, które po wytrąceniu w elektrofiltrach wyprowadza się urządzeniami tr^i^i^j^ort^towymi korzystnie przenośnikami ślimakowymi i elewatorami z linii technologicznych wytwarzania klinkierów portlandzkich do urządzenia homogenizującego, korzystnie zbiornika, będącego jednocześnie urządzeniem zasypowym długiego pieca obrotowego, w którym to piecu stosunek długości do średnicy jest większy niż 30, gdzie w temperaturze około 1470 do 1570 K następuje proces klinkieryzacji, a następnie proces chłodzenia i przemiału na cement z dodatkiem w ilości 0 do 5% wagowych regulatora czasu wiązania.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do procesu przemielania klinkieru o zwiększonej zwartości krzemianu dwuwapniowego na cement jako regulator czasu wiązania dodaje się gips dwuwodny.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że odpadowe pyły cementowe wyprowadzane są z linii technologicznej wytwarzania klinkierów portlandzkich pneumatycznie, korzystnie przy użyciu pomp Fullera.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wytworzony aktywny klinkier jest poddawany procesowi chłodzenia, korzystnie w chłodniku rusztowym.