PL B1. (21) Numer zgłoszenia: (11) (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (13) B1 C04B 18/12

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia (51) Int.Cl.6 C04B 18/12 (54) Mieszanka do produkcji kruszywa do betonu lekkiego (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 18/94 (73) Uprawniony z patentu: Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, Zabrze, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 06/97 (72) Twórcy wynalazku: Alfred Tramer, Gliwice, PL Lech Ociepa, Tychy, PL Piotr Kasprzyński, Mysłowice, PL Andrzej Laska, Zabrze, PL Stanisław Kuśnierz, Zabrze, PL Zdzisław Zakrzewski, Zabrze, PL Mirosław Sekuła, Zabrze, PL (57) Mieszanka do produkcji kruszywa do betonu lekkiego składająca się z % wagowych odpadowego mułu węglowego z procesów wzbogacania węgla o zawartości węgla pierwiastkowego C 25-50% wagowych i siarki poniżej 3% w przeliczeniu na SO 3, dodatku uplastyczniającego oraz popiołu lotnego, znamienna tym, że zawiera jako dodatek uplastyczniający szlam z oczyszczania osadników kopalnianych wód dołowych w ilości 40-80% wagowych o zawartości węgla pierwiastkowego C poniżej 10% i siarki poniżej 1% w przeliczeniu na SO 3 oraz ewentualnie popiół lotny w ilości do 40% wagowych. PL B1

2 Mieszanka do produkcji kruszywa do betonu lekkiego Zastrzeżenie patentowe Mieszanka do produkcji kruszywa do betonu lekkiego składająca się z 20-40% wagowych odpadowego mułu węglowego z procesów wzbogacania węgla o zawartości węgla pierwiastkowego C 25-50% wagowych i siarki poniżej 3% w przeliczeniu na SO 3, dodatku uplastyczniającego oraz popiołu lotnego, znamienna tym, że zawiera jako dodatek uplastyczniający szlam z oczyszczania osadników kopalnianych wód dołowych w ilości 40-80% wagowych o zawartości węgla pierwiastkowego C poniżej 10% i siarki poniżej 1% w przeliczeniu na SO 3 oraz ewentualnie popiół lotny w ilości do 40% wagowych. * * * Przedmiotem wynalazku jest mieszanka do produkcji kruszywa do betonu lekkiego. Znane są mieszanki do produkcji kruszywa stosowanego do produkcji betonu lekkiego np. glinoporytu, którego proces wytwarzania dzieli się na następujące etapy: wydobycie i transport surowca, przygotowanie masy wsadowej do spiekania, spiekanie wsadu oraz przeróbka spieku na kruszywo. Przygotowanie masy wsadowej polega na dodaniu do głównego składnika mieszanki - gliny, odpowiednich dodatków, głównie paliwa, następnie uśrednieniu masy i jej granulowaniu. Do produkcji glinoporytu stosowane są różne odmiany glin: gliny morenowe, gliny nawiane-lessy, mady i muły rzeczne, iły trzeciorzędowe. Jako dodatków powodujących powstanie porowatości w otrzymanych z tych surowców kruszywach w procesie wypalania wsadu najczęściej używa się trociny sosnowe, miał węglowy i torf. W znanych z opisów patentowych i literatury sposobach wytwarzania kruszyw lekkich stosuje się również mieszaniny składające się z surowców odpadowych w głównej mierze z popiołów lotnych oraz odpadów z flotacyjnego wzbogacania węgla kamiennego bądź łupków przywęglowych jako składników uplastyczniających mieszankę wsadową i dostarczającą jej wymaganą ilość składników palnych niezbędnych w procesie spiekania. W opisie patentowym nr podano sposób wytwarzania lekkich kruszyw spiekanych z mieszanek składających się z odpadów poflotacyjnych z procesów wzbogacania węgli zawierających do 40% wilgoci i zawartości części palnych powyżej 15% oraz suchych popiołów lotnych. W opisie zgłoszeniowym nr P podany jest sposób wytwarzania takich kruszyw z mieszanek zawierających oprócz odpadów poflotacyjnych z procesu wzbogacania węgla oraz popiołów lotnych także dodatek odpadów popłuczkowych o granulacji 0-5 mm. Z mieszanek takich można otrzymać po wypaleniu produkt nie wymagający dodatkowego kruszenia na mniejsze ziarna. Z opisu patentowego nr znany jest również sposób wytwarzania kruszyw z wsadu jednoskładnikowego składającego się z odpadów popłuczkowych z płuczek magnetytowych cieczy ciężkiej. Odpady takie zawierające średnio 10% pierwiastka węgla, bezpośrednio po rozdrobnieniu i zgranulowaniu, poddawane są prażeniu na kruszywo na taśmie rusztowej. W podobny sposób w dużej skali przemysłowej wytwarzano w kraju kruszywa spiekane "Knurów", "Bytom" i "Haldex". Surowcami do ich produkcji były łupki przywęglowe ze zwałów odpadowych o kaloryczności (zawartości części palnych) wymaganej w procesie ich spiekania na urządzeniu taśmowym. Niedogodnością sposobów wykorzystujących odpady poflotacyjne bądź łupki przywęglowe jako składniki nadające mieszankom wsadowym do produkcji kruszywa spiekanego wymaganej plastyczności i kaloryczności jest znaczna zawartość w tych surowcach siarki oraz części smolistych, które ograniczają ich zastosowanie ze względu na wymogi ochrony środowiska.

3 Celem wynalazku jest ustalenie składu mieszanki do produkcji kruszywa spiekanego bez konieczności stosowania jako surowca uplastyczniającego mieszankę wsadową rodzimych glin i iłów lecz wykorzystanie do tego celu odpadu przemysłowego o podobnych własnościach lecz pozbawionego ujemnych cech odpadów poflotacyjnych i łupków przy węglowych. Istota wynalazku polega na tym, że mieszanka składająca się z 20-40% wagowych odpadowego mułu węgłowego i dodatku uplastyczniającego i popiołu lotnego zawiera jako dodatek uplastyczniający szlam z oczyszczania osadników kopalnianych wód dołowych w ilości 40-80% wagowych o zawartości węgla pierwiastkowego C poniżej 10% i siarki ponizej 1% w przeliczeniu na SO 3 oraz ewentualnie popiół lotny w ilości do 40% wagowych. Szlam jest odpadem powstającym w procesie grawitacyjnego oczyszczania wód dołowych kopalni. W wyniku tego procesu betonowe osadniki zapełniane są sedymentem, który jest usuwany przez odciągnięcie pompą i spłukanie wodą. Ze względu na bardzo trudny i kosztowny proces odwodnienia szlamu przez wirowanie czy filtrowanie, jest on zwykle pompowany na składowisko terenowe, gdzie ulega z czasem odwodnieniu i zagęszczeniu do zawartości wilgoci wynoszącej 25-35%. Szlam taki jest ciemnopopielatym osadem o charakterze bezpostaciowym składającym się głównie z minerałów ilastych. Przykładowy skład ziarnowy i chemiczny szlamu podany jest w tabeli 1. Ze względu na korzystny skład granulometryczny, chemiczny i mineralny oraz własności plastyczne, szlam okazał się dobrym surowcem do produkcji lekkiego kruszywa sztucznego. Drugim składnikiem mieszanki według wynalazku są odpadowe muły węglowe, o stosunkowo małej zawartości siarki i dużej zawartości części palnych, wytwarzane przez kopalnie węgla kamiennego w dużych ilościach. Powstają one w mokrych procesach mechanicznej przeróbki węgla, niektórych procesach wzbogacenia flotacyjnego węgli koksujących oraz wzbogacenia miałów węgli energetycznych. Strumienie odpadowe z tych procesów zawierają znaczną ilość miałkiego węgla. Odwodnione na prasach filtracyjnych lub samoistnie zagęszczone w zbiornikach lub na polach osadowych zawierają od 25-40% wody oraz od 25-50% wagowych węgla, który często jest bezpowrotnie tracony na składowiskach. W wielu przypadkach może on stanowić wartościowy dodatek do mas ceramicznych gdyż posiada korzystny skład granulometryczny, chemiczny i mineralny. Nieoczekiwanie okazało się, że mieszanka składająca się ze szlamu z oczyszczania wód dołowych, mułu węglowego z procesów mechanicznego wzbogacenia węgla energetycznego oraz ewentualnie popiołu lotnego jest przydatna do otrzymywania lekkiego kruszywa sztucznego. Ciepło niezbędne do wypalenia zgranulowanego wsadu pochodzi głównie ze spalania węgla wprowadzonego do wsadu z mułem węglowym. Do rozpału wsadu w piecu tunelowym lub taśmowym urządzeniu spiekającym stosowane jest inne paliwo stałe, ciekłe lub gazowe. Ilość mułu węglowego wprowadzonego do mieszanki wsadowej zależy od jego składu chemicznego i wartości opałowej oraz sposobu i wymaganej temperatury spiekania. Skład chemiczny i mineralogiczny wytworzonej mieszanki wsadowej powinien spełniać wymagania dla surowców do produkcji materiałów ceramicznych, tak by w wyniku wypalenia produkt posiadał własności wymagane dla kruszyw do betonu lekkiego. Zaletą mieszanki według wynalazku jest możliwość w stosunkowo prosty sposób jednoczesnej utylizacji dwojakiego rodzaju odpadów kopalnianych wymagających składowania terenowego oraz wykorzystanie energii cieplnej węgla traconego w jednym z nich - odpadowym mule. Przykłady stosowania wynalazku. We wszystkich przykładach wynalazku podstawowymi surowcami do wytwarzania kruszywa był szlam z oczyszczania osadników wód dołowych kopalni oraz muł węglowy z mechanicznej przeróbki węgla energetycznego pobrane ze składowisk terenowych i podsuszone do wymaganej do procesu wilgotności wynoszącej 15-30%. Jako dodatek schudzający stosowano popiół lotny pochodzący ze spalania węgla kamiennego w ciepłowni. Skład ziarnowy i chemiczny stosowanych surowców przedstawiony jest w tabelach 1-3. Przykład I. W skali laboratoryjnej przygotowano mieszankę do otrzymania kruszywa zawierającą 60% wagowych szlamu z oczyszczania wód dołowych i 40% wagowych mułu węglowego z mechanicznej przeróbki węgla. Po podsuszeniu, rozkruszeniu i homogenizacji z mieszanki uformowano na grudkowniku talerzowym przy natrysku wodnym granule o średnicy 5-20 mm.

4 Po wysuszeniu do stałej masy w suszarce laboratoryjnej w temperaturze 383 K wsad wypalono w piecu muflowym w temperaturze 1373 K. Otrzymany produkt posiadał ciężar nasypowy 690 g/cm3 oraz własności kruszywa do betonu lekkiego oznaczone wg normy PN-86/B Przykład 13. W skali laboratoryjnej przygotowano mieszankę do otrzymywania kruszywa o składzie 40% wagowych szlamu z oczyszczania wód dołowych, 30% mułu węglowego z mechanicznej przeróbki węgla i 30% popiołu lotnego. Po podsuszeniu, rozdrobnieniu i zhomogenizowaniu mieszanki uformowano z niej na grudkowniku talerzowym przy natrysku wodnym granule o średnicy 5-20 mm. Po wysuszeniu do stałej masy w suszarce laboratoryjnej w temperaturze 383 K wsad wypalono w piecu muflowym w temperaturze 1373 K. Otrzymany produkt posiadał ciężar nasypowy 680 g/cm3 i własności wymagane dla kruszywa do betonu lekkiego. Przykład III. W warunkach przemysłowych wyprodukowano partię kruszywa z mieszanki zawierającej 70% wagowych szlamu i 30% wagowych mułu węglowego. Przygotowanie i homogenizację mieszanki przeprowadzono w ciągu technologicznym produkcji cegieł. Formowanie mieszanki wykonano metodą plastyczną przez przetłaczanie masy przez perforowaną płytę umocowaną u wylotu ustnika prasy pasmowej, cięcie na brykieciki i obtaczanie na grudkowniku talerzowym. Zgranulowany do uziarnienia o średnicy mm wsad wysuszono, a następnie wypalono w piecu tunelowym w temperaturze 1273 K. Produkt posiadał ciężar nasypowy 670 g/cm3 i własności wymagane dla kruszyw do betonu lekkiego. Tabela 1 Szlam z oczyszczania osadników wód dołowych Oznaczenie 1. Skład ziarnowy, mm Udział procentowy % wag. 0,25-0,49 0,10 0,12-0,25 0,20 0,06-0,12 0,23 poniżej 0,06 99,47 2. Skład chemiczny SiO2 53,18 Al2O3 19,25 TiO2 0,60 Fe2O3 5,31 CaO 2,79 MgO 0,69 N a p 0,48 K2O 1,92 SO3 0,42 Straty prażenia 15,36 (w tym C) (6,2 1 )

5 Tabela 2 Muł węglowy z mechanicznej przeróbki węgla Oznaczenie 1. Skład ziarnowy, mm Udział procentowy % wag. powyżej 5 3,1 5-3,15 1,5 3,15-2 0, ,9 1-1,71 2,7 0,71-0,5 5,4 poniżej 0,5 84,6 2. Skład chemiczny SiO2 33,16 Al 2O3 9,73 Fe2O3 9,73 CaO 4,3 6 MgO 2,00 Na2O 0,20 K2O 0,82 SO3 2,40 C 37,60

6 Tabela 3 Popiół lotny Oznaczenie 1. Skład ziarnowy, mm Udział procentowy % wag. powyżej 0,5-0,25-0,50 0,2 0,12-0,25 3,0 0,08-0,12 4,8 0,06-0,08 6,4 poniżej 0,06 85,6 2. Skład chemiczny SiO2 50,81 Al2O3 28,24 Fe2O3 8,86 CaO 2,13 MgO 2,39 Na2O 0,65 K2O 2,89 SO3 0,85 Straty prażenia w 900 C 3,18 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł