PL240098B1

PL240098B1 - Sposób wytwarzania kruszywa syntetycznego z ubocznych produktów wydobycia i z ubocznych produktów spalania i kruszywo syntetyczne

Info

Publication number: PL240098B1
Application number: PL431114A
Authority: PL
Inventors: Jerzy Korol; Grzegorz Skotniczny; Andrzej Szymkiewicz
Original assignee: Kopalnia Wapienia Czatkowice Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority date: 2019-09-10
Filing date: 2019-09-10
Publication date: 2022-02-14
Also published as: PL431114A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób wytwarzania kruszywa syntetycznego z ubocznych produktów wydobycia i z ubocznych produktów spalania glinę, zwłaszcza popłuczynową w ilości od 20% masowych do 60% masowych, muł węglowy w ilości od 20% masowych do 60% masowych, oraz popiół lotny fluidalny w ilości od 10% masowych do 20% masowych, miesza się do momentu uzyskania mieszaniny o bardzo wysokim stopniu homogeniczności, uzyskaną w ten sposób mieszaninę granuluje się do momentu uzyskania granulatów o zróżnicowanym uziarnieniu i spieka do momentu uzyskania kruszywa. Zgłoszenie obejmuje także kruszywo syntetyczne z ubocznych produktów wydobycia i z ubocznych produktów spalania charakteryzujące się tym, że składa się z gliny, zwłaszcza popłuczynowej w ilości od 20% masowych do 60% masowych, mułu węglowego w ilości od 20% masowych do 60% masowych, oraz popiołu lotnego fluidalnego w ilości od 10% masowych do 20% masowych.

Description

PL 240 098 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kruszywa syntetycznego z ubocznych produktów wydobycia i z ubocznych produktów spalania i kruszywo syntetyczne z ubocznych produktów wydobycia i z ubocznych produktów spalania, do zastosowań technicznych.

Z opisu patentowego US4741782A znany jest sposób wytwarzania kruszyw lekkich polegający na zmieszaniu popiołów lotnych ze spoiwem i wypełniaczem. Wagowo mieszanina obejmuje min. 60% popiołów lotnych, 1-25% spoiwa, 1-10% wypełniacza. Mieszanina jest granulowana w dedykowanym granulatorze w obecności wody i chemicznego katalizatora procesu.

Z opisu patentowego PL166419 znany jest sposób wytwarzania kruszyw lekkich z popiołów lotnych z dodatkiem spoiwa mineralnego, który charakteryzuje się tym, że stosuje się 80-90% wagowych popiołów i 10-20% wagowych spoiwa mieszanego, składającego się z cementu, wapna palonego i gipsu, korzystnie w proporcji wag. 3:2:1, przy czym część popiołów w ilości korzystnie 13-20% wagowych miele się na sucho ze spoiwem, a następnie z uzyskanej mieszanki formuje się granulki z dodatkiem wody.

Znany jest ze zgłoszenia patentowego nr PL342459 sposób termicznej utylizacji komunalnych osadów ściekowych w technologii produkcji ceramiki budowlanej - kruszywa lekkiego typu keramzyt. W technologii tej do ustabilizowanych osadów ściekowych dodaje się naturalnego surowca - gliny plastycznej, urabia do uzyskania jednorodnej masy formuje wyrób i po wysuszeniu wypala w wysokiej temperaturze. Z jednorodnej masy formuje się granulat i po wysuszeniu wypala uzyskując kruszywo lekkie.

Z opisu patentowego PL208428 znany jest sposób wytwarzania kruszyw lekkich oraz paliw popirolitycznych, energii cieplnej, elektrycznej, na bazie odpadów energetycznych i kopalin, gdzie odpady energetyczne rozdrobnione, korzystnie sproszkowane, zmieszane z kopalinami korzystnie z iłami, albo glinkami, albo glinkami pęczniejącymi, albo osadami ścieków granuluje się i podsusza gazami powstałymi w procesie spiekania i po przejściu przez wymiennik ciepła i odpylacz, a następnie ogrzany i osuszony granulat wprowadza się do pirolizatora poddając procesowi pirolizy, otrzymując lekki granulat popirolityczny, który poddawany jest spiekaniu do kruszywa lekkiego.

Ze zgłoszenia wynalazku PL346476 znany jest sposób wytwarzania lekkiego kruszywa budowlanego z odpadów przywęglowych zmieszanych z osadami poflotacyjnymi lub osadami z oczyszczalni ścieków, granulowanych i podsuszanych, a następnie poddawanych wypalaniu w piecu fluidalnym i dopalaniu w piecu szybowym. Sposób polega na wykonaniu następujących operacji:

a) przygotowania mieszanki wyjściowej złożonej z osadu poflotacyjnego w ilości powyżej 65% wagowych, zmielonego odpadu popłuczkowego oraz ewentualnie składników uzupełniających: drobnoziarnistych odpadów przemysłowych i miału węglowego, w ilościach tak dobranych, by w przeliczeniu na stan powietrzno-suchy mieszanka wyjściowa zawierała 25 do 35% pierwiastka węgla, a jej wilgotność względna wynosiła od 15% do 22%,

b) grudkowania mieszanki w niekształtne cząstki o wielkości od 4 mm do 8 mm, z jednoczesnym powlekaniem ich powierzchni suchym odpadem popłuczkowym,

c) kształtowania z grudek granul surowych w granulatorze talerzowym z nastawą średnicy granul w zakresie od 4 mm do 8 mm tak, by pojedyncza granula miała masę od 0,3 g do 1,5 g, z jednoczesnym dodawaniem zmielonego odpadu popłuczkowego w ilości do 10% masy mieszanki wyjściowej, d) podsuszenia granulatu na przenośniku do wilgotności mniejszej od 5%, e) wypalania granul surowych w palenisku fluidalnym,

f) okresowego sprawdzania w granulach zawartości koksika, którego powinno być od 2% do 4% i w sytuacji wystąpienia odchyłki, dokonania odpowiedniej korekty czasu wypalania,

g) dopalania, spiekania i chłodzenia granul w piecu szybowym z nadmuchem powietrza zapewniającym uzyskanie w strefie spiekania temperatury w zakresie od 1100 do 1200°C.

Główne składniki gliny wykorzystanej do wytworzenia kruszyw mineralnych stanowią tlenki SiO 2 i AI2O3, których sumaryczna ilość wynosi 80% masowych. W składzie gliny obecny jest również F e2O3 w ilości nie przekraczającej 6% masowych oraz tlenki alkaliczne K2O2 i Na2O, a także MgO, CaO, których sumaryczna zawartość w glinie nie przekracza 4% masowych (wg. badań XRD - rentgenowska analiza fazowa). Tlenki te, w procesach spiekania odpowiedzialne są za tworzenie fazy ciekłej.

Ustabilizowane komunalne osady ściekowe stanowią odpad, który ze względu na wartość opałową suchej masy powyżej 6 MJ/kg nie może być składowany. Osady ściekowe charakteryzują się wysoką zawartością substancji organicznych i składników mineralnych, w szczególności osady ściekowe z obszarów nie objętych działalnością przemysłową i o rozdzielczej kanalizacji.

PL 240 098 B1

Popiół lotny zastosowany do wytworzenia lekkich kruszyw syntetycznych jest jednym z ubocznych produktów spalania węgla na cele energetyczne. Zawiera on w swoim składzie głównie krzemionkę SiO2 oraz AI2O3, które stanowią około 70% masowych. W skład popiołu lotnego wchodzą również: MgO, CaO, Fe2O3, których sumaryczna ilość nie przekracza 15% masowych.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania kruszywa syntetycznego pozwalającego na wykorzystanie przy jego produkcji, mułów węglowych zawierających w swoim składzie substancje organiczne oraz wodę, gliny popłuczynowej z procesu wydobycia przeróbki kamienia wapiennego oraz popiołu lotnego z kotłów fluidalnych ze spalania węgla w energetyce zawodowej.

Cel ten realizuje sposób wytwarzania kruszywa syntetycznego z ubocznych produktów wydobycia i z ubocznych produktów spalania według wynalazku, którego istotą jest to, że glinę, zwłaszcza popłuczynową w ilości od 20% masowych do 60% masowych, muł węglowy w ilości od 20% masowych do 60% masowych, oraz popiół lotny fluidalny w ilości od 10% masowych do 20% masowych, miesza się do momentu uzyskania mieszaniny o bardzo wysokim stopniu homogeniczności, uzyskaną w ten sposób mieszaninę granuluje się do momentu uzyskania granulatów o zróżnicowanym uzia rnieniu i spieka do momentu uzyskania kruszywa.

Korzystnie mieszanie i granulację prowadzi się w trakcie jednej operacji technologicznej, w intensywnym mieszalniku przeciwbieżnym zaopatrzonym w mieszadło o budowie umożliwiającej dezintegrację i rozdrobnienie zaglomerowanych surowców, najlepiej w mieszadło łopatkowe.

Korzystnie mieszanie prowadzi się w przeciwbieżnym trybie pracy misy i mieszadła intensywnego mieszalnika.

Korzystnie mieszanie prowadzi się z prędkością liniową mieszadła 30 m/s i prędkością obrotową misy 200 obrotów/min.

Korzystnie granulację prowadzi się w przeciwbieżnym trybie pracy misy i mieszadła intensywnego mieszalnika.

Korzystnie granulację prowadzi się przy prędkości liniowej mieszadła 10 m/s, prędkości obrotowej misy 150 obrotów/min i wilgotności mieszaniny na poziomie 20% masowych wody.

Korzystnie granulację prowadzi się do momentu uzyskania granulatów, najlepiej o uziarnieniu od 4 mm do 20 mm.

Korzystnie spiekanie granulatu prowadzi się w temperaturze od 900°C do 1300°C, najlepiej w1150°C.

Korzystnie spiekanie granulatu prowadzi się w piecu rurowym, w atmosferze powietrza.

Korzystnie w piecu rurowym prędkość przemieszczenia się granul wynosi od 0,5 m/min do 2 m/min, najlepiej 0,8 m/min.

W wyniku sposobu według wynalazku otrzymano nowe kruszywo syntetyczne z ubocznych produktów wydobycia i z ubocznych produktów spalania, którego istotą jest to, że składa się z gliny, zwłaszcza popłuczynowej w ilości od 20% masowych do 60% masowych, mułu węglowego w ilości od 20% masowych do 60% masowych, oraz popiołu lotnego fluidalnego w ilości od 10% masowych do 20% masowych.

Korzystnie kruszywo syntetyczne ma postać granul, najlepiej o uziarnieniu od 4 mm do 20 mm.

Zaletą wynalazku jest to, że pozwala na wykorzystanie ubocznych produktów wydobycia jak muły węglowe, których stosowanie jako opału w domowych kotłach jest zabronione, a w energetyce zawodowej jest systematycznie ograniczane. Muły węglowe, działają w procesie spiekania granulowanych kruszyw, jak środek porotwórczy. Woda pochodząca z mułów węglowych, w procesie mieszania gliny, zwłaszcza gliny popłuczynowej z pozostałymi komponentami i granulacji, działa jako plastyf ikator dla gliny. Przeprowadzenie procesu mieszania i granulacji w intensywnym mieszalniku, umożliwiło nadanie mieszaninie postaci zwartych i wytrzymałych granul, w wyniku czego otrzymano zagęszczony i jednocześnie zbrylony materiał w postaci kompozytu syntetycznego o pożądanym kształcie i wymiarach oraz wysokich parametrach wytrzymałościowych. Zaletą rozwiązania jest także to, że mieszanie (w trakcie którego następuje także rozdrabnianie i homogenizacja) i granulację, można prowadzić w jednej maszynie tj. w intensywnym mieszalniku, co czyni proces bardziej ekonomicznym.

Wynalazek ujawniono w poniższych przykładach realizacji.

Przykład realizacji I

Pierwszy etap wytwarzania kruszywa syntetycznego z ubocznych produktów wydobycia i z ubocznych produktów spalania polega na wytworzeniu jednorodnej mieszaniny gliny, zwłaszcza popłuczynowej, mułu węglowego oraz popiołu lotnego fluidalnego.

PL 240 098 Β1

Jednorodną mieszaninę uzyskuje się poprzez mieszanie (w trakcie którego następuje także rozdrabnianie i homogenizacja), które jest jednym z procesów, decydującym o jakości uzyskanego produktu finalnego.

Stosuje się glinę, zwłaszcza popłuczynową, w ilości od 20% masowych do 60% masowych, muł węglowy w ilości od 20% masowych do 60% masowych oraz popiół lotny fluidalny w ilości od 10% masowych do 20% masowych.

W celu uzyskania jednorodnej mieszaniny mułu węglowego, gliny, zwłaszcza popłuczynowej i popiołu, mieszanie prowadzi się w energooszczędnym, intensywnym mieszalniku przeciwbieżnym stosując prędkość liniową mieszadła 30 m/s, prędkość obrotową misy 200 obrotów/min. W wyniku mieszania, z substancji drobnoziarnistych uzyskuje się mieszaninę o bardzo wysokim stopniu homogeniczności.

Podczas procesu mieszania, mieszalnik zaopatrzony jest w mieszadło łopatkowe o budowie umożliwiającej dezintegrację i rozdrobnienie zaglomerowanych surowców.

Opisany powyżej mieszalnik, pracujący w trybie przeciwbieżnym przy zachowaniu szczególnych warunków procesu, jakimi są prędkość liniowa mieszadła 30 m/s, prędkość obrotowa misy 200 obrotów/min i odpowiedniego poziomu wilgotności mieszaniny na poziomie 20% masowych wody, pozwala na wytworzenie, z ujednorodnionej w procesie mieszania mieszaniny gliny, zwłaszcza popłuczynowej, mułu węglowego i popiołu lotnego fluidalnego, zwartych granul.

W efekcie granulacji, uzyskuje się granulaty o zróżnicowanym uziarnieniu, przy czym najkorzystniejsze jest uziarnienie od 4 mm do 20 mm. Przykładowy udział poszczególnych frakcji uzyskanych granulatów przedstawiono na wykresie pokazującym zawartość poszczególnych frakcji ziarnowych w granulatach oraz krzywych kumulacyjnych uziarnienia (Wykres 1 i Wykres 2).

Uziarnienie granulatu, mm

Wykres 2. Krzywa kumulacyjna uziarnienia granulatu

Wykres 1. Zawartość poszczególnych frakcji ziarnowych granulatu

Granulaty poddaje się następnie procesowi spiekania w atmosferze powietrza, przykładowo w piecu rurowym, w temperaturze od 900°C do 1300°C, korzystnie w 1150°C. W piecu rurowym prędkość przemieszczenia się granul wynosi od 0,5 m/min do 2 m/min, najlepiej 0,8 m/min.

W efekcie spiekania surowych granul, uzyskuje się kruszywo, które zawiera glinę, zwłaszcza popłuczynową w ilości od 20% masowych do 60% masowych, muł węglowy w ilości od 20% masowych do 60% masowych, oraz popiół lotny fluidalny w ilości od 10% masowych do 20% masowych.

Spieczony materiał w postaci kruszywa, poddano badaniom wytrzymałościowym i strukturalnym. Kruszywo o uziarnieniu od 6 mm do 10 mm zostało poddane badaniom wytrzymałościowym, polegającym na jednoosiowym ściskaniu granulatów w stalowym cylindrze na maszynie wytrzymałościowej o maksymalnej sile 10 kN. Oznaczono dla niego odporność na miażdżenie w oparciu o normę PN-EN 13055-1. Badania te wykazały, że kruszywo syntetyczne otrzymane sposobem według wynalazku charakteryzuje się wartością odporności na miażdżenie, od 5,9 MPa do 7,5 MPa, wartość ta przewyższa wartości odporności na miażdżenie kruszyw komercyjnych, których wytrzymałość na miażdżenie wynosi odpowiednio: Liapor - 0,7-10 MPa; Arlita - 0,98 MPa; Lytag - 0,43 MPa; LEGA i Ardelite - 0,09 MPa; Geokeramzyt Matrix - 0,8 MPa; LECĄ Gniew - 0,7-4,0 MPa.

Przykład realizacji II

Według sposobu opisanego w przykładzie realizacji I, uzyskano kruszywo syntetyczne z ubocznych produktów wydobycia i z ubocznych produktów spalania, do wytworzenia którego zastosowano: 20% masowych gliny, 60% masowych mułu węglowego i 20% masowych popiołu lotnego fluidalnego. Kruszywo uzyskane w ten sposób, charakteryzuje się następującymi parametrami:

Claims

PL 240 098 B1

- gęstość nasypowa: 813,6 kg/m³

- odporność na miażdżenie: 5,9 MPa.

Przykład realizacji III

Według sposobu opisanego w przykładzie realizacji I, uzyskano kruszywo syntetyczne z ubocznych produktów wydobycia i z ubocznych produktów spalania, do wytworzenia którego zastosowano: 45% masowych gliny; 45% mułu węglowego i 10% masowych popiołu lotnego fluidalnego. Kruszywo uzyskane w ten sposób, charakteryzuje się następującymi parametrami: - gęstość nasypowa: 845,5 kg/m³- odporność na miażdżenie: 6,03 MPa.

Przykład realizacji IV

Według sposobu opisanego w przykładzie realizacji I, uzyskano kruszywo syntetyczne z ubocznych produktów wydobycia i z ubocznych produktów spalania, do wytworzenia którego zastosowano: 60% masowych gliny, 20% masowych mułu węglowego i 20% masowych popiołu lotnego fluidalnego. Kruszywo lekkie uzyskane w ten sposób, charakteryzuje się następującymi parametrami: - gęstość nasypowa: 868,9 kg/m³- odporność na miażdżenie: 7,5 MPa.

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania kruszywa syntetycznego z ubocznych produktów wydobycia i z ubocznych produktów spalania, znamienny tym, że glinę, zwłaszcza popłuczynową w ilości od 20% masowych do 60% masowych, muł węglowy w ilości od 20% masowych do 60% masowych, oraz popiół lotny fluidalny w ilości od 10% masowych do 20% masowych, miesza się do momentu uzyskania mieszaniny o bardzo wysokim stopniu homogeniczności, uzyskaną w ten sposób mieszaninę granuluje się do momentu uzyskania granulatów o zróżnicowanym uziarnieniu i spieka do momentu uzyskania kruszywa.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mieszanie i granulację prowadzi się w trakcie jednej operacji technologicznej, w intensywnym mieszalniku przeciwbieżnym zaopatrzonym w mieszadło o budowie umożliwiającej dezintegrację i rozdrobnienie zaglomerowanych surowców, najlepiej w mieszadło łopatkowe.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że mieszanie prowadzi się w przeciwbieżnym trybie pracy misy i mieszadła intensywnego mieszalnika.
4. Sposób według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, że mieszanie prowadzi się z prędkością liniową mieszadła wynoszącą 30 m/s i prędkością obrotową misy 200 obrotów/min.
5. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że granulację prowadzi się w przeciwbieżnym trybie pracy misy i mieszadła intensywnego mieszalnika.
6. Sposób według zastrz. 2 albo 5, znamienny tym, że granulację prowadzi się przy prędkości liniowej mieszadła wynoszącej 10 m/s, prędkości obrotowej misy 150 obrotów/min i wilgotności mieszaniny na poziomie 20% masowych wody.
7. Sposób według zastrz. 2 albo 5, znamienny tym, że granulację prowadzi się do momentu uzyskania granulatów, najlepiej o uziarnieniu od 4 mm do 20 mm.
8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że spiekanie granulatu prowadzi się w temperaturze od 900°C do 1300°C, najlepiej w 1150°C.
9. Sposób według zastrz. 1 albo 8, znamienny tym, że spiekanie granulatu prowadzi się w piecu rurowym, w atmosferze powietrza.
10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że w piecu rurowym prędkość przemieszczenia się granul wynosi od 0,5 m/min do 2 m/min, najlepiej 0,8 m/min.
11. Kruszywo syntetyczne z ubocznych produktów wydobycia i z ubocznych produktów spalania, znamienne tym, że składa się z gliny, zwłaszcza popłuczynowej w ilości od 20% masowych do 60% masowych, mułu węglowego w ilości od 20% masowych do 60% masowych, oraz popiołu lotnego fluidalnego w ilości od 10% masowych do 20% masowych.
12. Kruszywo według zastrz. 11, znamienne tym, że ma postać granulatu, najlepiej o uziarnieniu od 4 mm do 20 mm.