ВВЕДЕНИЕ
Зольная пыльявляется наиболее важным из продуктов сгорания угля, составляя почти 70% от ихобщего количество. В Европе каждый год около 6 млн. тонн кремнистой зольнойпыли используется в качестве добавки к цементу, заменяя часть цемента дляпроизводства бетона. Столь большое количество объясняется более чем 50-летнимопытом использования зольной пыли в производстве бетона в некоторых европейскихстранах.
Глава 1. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЗОЛЬНОЙ ПЫЛИ
1.1 Использование зольной пыли в производстве бетона
Зольная пыльявляется наиболее важным из продуктов сгорания угля, составляя почти 70% от ихобщего количество. В Европе каждый год около 6 млн. тонн кремнистой зольнойпыли используется в качестве добавки к цементу, заменяя часть цемента дляпроизводства бетона. Столь большое количество объясняется более чем 50-летнимопытом использования зольной пыли в производстве бетона в некоторых европейскихстранах.
Техническиепреимущества, особенно в отношении обрабатываемости и долговечности, а такжедлительный опыт привели к признанию этого материала в качестве строительногосырья. Главным условием для такого признания было доступность зольной пылипостоянного качество. Чтобы удовлетворить растущий спрос но зольную пыль норынке бетона в сезон строительство, были установлены бункера для хранения исистемы обогащения. Для использования в качестве добавки к бетону зольная пыльдолжна отвечать требованиям европейского стандарта EN 450 «Зольная пыльдля бетона». Этот стандарт, впервые опубликованный в 1994 г. и исправленный в 2005 г., относится к кремнистой зольной пыли, получаемой при сжиганиипылевидного угля.
1.2 Производство и характеристики кремнистой зольной пыли
Зольная пыльполучается но электростанциях, работающих на сжигании угольной пыли. Уголь,измельченный на угольных мельницах до пылевидного состояния, подается с помощьюсжатого воздуха но пылеугольные горелки и сжигается в полностью контролируемомпроцессе при высокой температуре до 14000С (котлы с сухим золоудалением). Внекоторых странах используются также котлы с водяным золоудалением, где притемпературе сжигания, достигающей 16000С, образуются сферические частицы сбольшим количеством аморфного материала. Полученное тепло нагревает воду впароводяном тракте, и вырабатываемый пор приводит в действие турбину.
Во времясжигания меньшая часть угольной золы падает на дно печи, откуда оно удаляетсякак зольный остаток. Большая часть, примерно 90% мелкой золы, уносится дымовымигазами и проходит через катализатор DENOX до электростатического фильтра, гдеболее 99,9% золы отделяется от дымовых газов и с помощью сжатого воздуханаправляется в бункер. Топочный газ после этого пропускается через установкудесульфуризации дымовых газов (FGD), где производится гипс FGD, и поступает втрубу. Чистый' газ, уже не содержащий азота, пыли и десульфуризованный, выходитчерез трубу в атмосферу.
Дляопределения возможности использования зольной пыли в связанных с цементомприменениях определяются характеристики золы, то есть физические характеристики- гранулометрический состав, плотность и объемная плотность, иминералогический, о также химический состав.
Зольная пыльиз котлов с сухим золоудалением представляет собой чрезвычайно мелкозернистыйматериал от светло-серого до средне-серого цвета.
Его плотностьобычно находится в диапазоне между 2,0 и 2,6 кг/дм', объемная плотность — от0,7 до 1,1 кг/дм'. По минералогическому составу зольная пыль содержиталюмосиликатное стекло с вкраплениями кварца, муллита, гематита и магнетита.Кристаллическая доля составляет от 5 до 25% массы.
Похимическому составу зольная пыль содержит более 80% по массе 5Si02, АI2Оз и Fе20з. Количество СаОменьше 1 0% по массе. В отношении содержания несгоревших материалов (
1.3 Преимущества использования зольной пыли в бетоне
Использованиезольной пыли в качестве добавки к бетону оказывает реологическое и заполняющеевоздействие на свежеуложенную бетонную смесь. Кроме того, прочность идолговечность затвердевшего бетона повышаются благодаря пуццелановой реакции,ведущей к образованию более плотной структуры.
Изобретение относится к способуобработки зольной пыли и шлама очистки сточных вод, способу получения легкогозаполнителя и легкому шарообразному пористому заполнителю.
Зольная пыль является побочнымпродуктом, полученным при сжигании угля и особенно пылевидного битуминозногоугля. Углесжигающие электростанции обычно производят очень большое количество зольнойпыли, которую необходимо удалить приемлемым для окружающей среды способом. Впроцессе обработки зольной пыли типичным приемом является нагрев смеси зольнойпыли, и этот нагрев часто осуществляется во вращающейся обжиговой печи.
Шламы сточных вод являются побочнымпродуктом очистки сточных вод. Шлам представляет собой твердые плотные частицыосадка, накопленные и затем отделенные от струи жидкости в течение различныхэтапов процесса очистки сточных вод. Шлам может быть от первичного илиповторного осаждения или активным илом. Шлам может быть в виде необработанногоканализационного ила, вываренного шлама или обезвоженного шлама. Характеристикишлама очень зависят от стадии обработки, из которой их извлекают, а также оттого проведена ли такая обработка, как вываривание. Однако общейхарактеристикой шлама является то, что он содержит значительное количествоорганического вещества.
Шлам обычно уничтожают сжиганием споследующим захоронением инертной золы в почве, образованием лагун и насыпей,разбрасыванием по почве как удобрение или для кондиционирования грунта исбрасыванием в океан, там где это возможно. Экономичное и безвредное дляокружающей среды избавление как от зольной пыли, так и от шлама сточных водпредставляет значительную проблему.
Полученная масса спекалась напроницаемом поле для образования твердого ячеистого брикета, который было быудобно использовать как заполнитель для бетона. Другой способ избавления отшлама очистки сточных вод был предложен Бебстером (Webster et all) и др., впат. США N 4028130, от 07.06.77, в котором вываренный шлам сточных водсмешивался с известью, зольной пылью и любым щелочноземельным металлом,сульфатами или грунтом для образования застывающей на воздухе структуры,которую можно разместить на открытом атмосфере участке, и которая черезнекоторое время вулканизируется, чтобы работать как земляная насыпь или какматериал для фундамента (подошвы) дорог.
Патент США N 3600476 раскрываетспособ производства легковесных заполнителей, которые по существу образуютокатыши из смеси зольной пыли и шлама сточных вод. В этом патенте нераскрывается обработка агломерированной смеси пропусканием через печь,используя параллельный поток горячего газа.
Наиболее близким способом являетсяспособ обработки зольной пыли и шлама очистки сточных вод, включающийсмешивание зольной пыли и шлама очистки сточных вод, агломерирование смеси,нагрев агломерированной смесь во вращающейся обжиговой печи с получениемшарообразного продукта и охлаждение полученного продукта (ЕВ 2142006).
Основной задачей, решаемойизобретением, является создание легковесного легкого заполнителя, образованногоиз обработанных и нагретых зольной пыли и шлама очистки сточных вод.
В смесь зольной пыли и шлама очисткисточных вод дополнительно вводят связующее в количестве до 20 мас.% (на сухое).
Агломерированная смесь переднагреванием ее во вращающейся печи может быть высушена до содержания влагименее 5 мас.%.
Сформулированная задача решаетсятакже за счет того, что в способе обработки зольной пыли и шлама очистки сточныхвод, агломерирование смеси, нагрев агломерированной смеси во вращающейсяобжиговой смеси с образованием пористого шарообразного продукта и извлечениеего из печи, при смешивании используют шлам очистки сточных вод с высокойтеплотворной способностью для замены более половины топлива, расходуемого нанагрев агломерированной смеси во вращающейся обжиговой печи до температуры нижетемпературы плавления смеси.
Сформулированная задача решаетсятакже за счет того, что в способе получения легкого заполнителя, включающемсмешивание зольной пыли и шлама очистки сточных вод, агломерирование смесиокомковыванием, нагрев окомкованной смеси во вращающейся обжиговой смеси иохлаждение, зольную пыль и шлам очистки сточных вод смешивают в количествах от35 до 99 мас.% и от 1 до 65 мас.% (на сухое), соответственно, и нагревосуществляют при пропускании окомкованной смеси через обжиговую печьпараллельно потоку горячих газов в печи.
В смесь зольной пыли и шлама очисткисточных вод дополнительно может быть введено связующее в количестве до 20 мас.%(на сухое).
Агломерированную смесь перед нагревомее во вращающейся обжиговой печи, сушат до содержания влаги менее 5 мас.%.
Окатыши перед сушкой могут бытьпокрыты порошком.
Температура во вращающейся обжиговойпечи может равняться 800 — 1200oC.
Тепло отходящих газов утилизируют присушке шлама перед смешиванием и при сушке окатышей. Тепло, удаляемое изокатышей в процессе охлаждения, используют для сушки окатышей.
Получаемый заявленным способом легкийзаполнитель характеризуется плотностью 700 — 900 кг/м3.
Полученный окомкованный шаровидныйпродукт после охлаждения может быть использован как легковесный заполнитель длябетона, каменной кладки или в целях изоляции, может использоваться для другихкоммерческих целей, или же от него можно избавиться любым безвредным дляокружающей среды и экономичным способом.
В зависимости от количества шлама всмеси сжигание органической части шлама обеспечит существенный вклад в общуютепловую энергию, необходимую для печи и для других стадий процесса. Шлам такжеприводит к значительной потере веса агломерируемой смеси за счет образованияпор в заполнителе после улетучивания или сгорания органической части шлама вобжиговой печи.
Дополнительное снижение плотностизаполнителя обеспечивается за счет разбухания гранул вследствие удерживаниявнутри гранул заполнителя газов от сгорания летучих органических веществ,связанного углерода и реакций кальцинации.
Смесь может содержать от 35 до 99%зольной пыли в сухом весе. Предпочтительнее, чтобы смесь содержала от 65 до 95%зольной пыли в сухом весе и от 5 до 35% шлама в сухом весе.
Важнейшими характеристиками обработкивнутри вращающейся обжиговой печи являются параллельное движение окатышей игаза, размещение основной горелки на загрузочном конце печи, совершенно ровныйтемпературный профиль вдоль всей длины печи, максимум температур газа порядка800-1200oC в зонах сжигания и спекания в печи, и состав и скоростьтечения газа через печь, которые обеспечивают достаточную температуру, кислороди время выдержки для полного выгорания углерода и летучих органическихкомпонентов.
Высокая тепловая энергия отходящих изпечи газов позволяет использовать их для сушки агломерируемой смеси пыли ишлама или сушки шлама, предшествующей смешиванию его с зольной пылью.
Упомянутые выше и другие цели ипреимущества изобретения поясняются дальнейшим подробным описаниемпредпочтительного способа выполнения изобретения.
Зольная пыль может изменяться посоставу в зависимости от источника ее получения, а также может меняться и вслучае получения ее из одного и того же источника в зависимости отспецифических условий работы, практикуемых на силовой установке. Типичнаязольная пыль, используемая в настоящем изобретении, представляет собой пыль,получаемую на нескольких углесжигающих электростанциях среднего Запада. Потерина обзоливание типичной зольной пыли составляют 0-20% и зольные пыли такоготипа могут успешно использоваться. Однако, когда есть несколько источниковзольной пыли, целесообразнее смешивать зольную пыль от различных источников дляполучения конечной смеси, имеющей потери на обзоливание порядка 5-10%.Химический состав золы в той же зольной пыли представлен в табл. 2. Шламочистки сточных вод также широко меняется по составу и характеристикам. Такжеочень сильно меняется влажность в зависимости от уровня обработки на средствахобслуживания сточных вод. Примерами типичного шлама также являются шламы,полученные на средствах обслуживания сточных вод на верхнем среднем Западе.Перед смешиванием с зольной пылью влажность шлама должна быть уменьшена дотакого уровня, чтобы влажность смеси пыли и шлама была пригодной дляагломерации. В зависимости от исходной влажности такой, шлам досушиваютобщепринятыми и широко известными способами механической и термической сушкишлама.
Исходный высушенный шлам затем можеттребовать снижения крупности для разрушения любых твердых комков,образовавшихся в процессе сушки и способствования равномерному рассредоточениюв смеси с зольной пылью.
Зольная пыль и шлам смешиваются научастке приготовления материала 10, который может включать дозированное илинепрерывное смешивание. Влажность смешиваемых пыли и шлама должна быть порядка5-25% для облегчения смешивания и последующей агломерации смеси. Пыль и шламсмешивают в соотношении около 35-99% пыли в сухом весе и около 1 — 65% шлама всухом весе. Внутри эти пределов предпочтительным соотношением является около65-95% пыли в сухом весе и около 5-35% шлама в сухом весе. Как свойственноагломерации, может быть необходимым и желательным добавлять такое связующее какбентонит для способствования образованию смешанных частиц. Такое связующее недолжно превышать порядка 20% от общего сухого веса полученной смеси ипредпочтительно не должно превышать 5%.
В зависимости от когезионнойспособности и целостности необработанной агломерируемой смеси в связующем можетне возникнуть необходимости.
Смесь смешиваемых пыли и шлама сосвязующим или без него подается в первый агломератор 12, агломерирующий смесь внебольшие окатыши с диаметром порядка 1/8 — 3/4 дюйма (0,3175 — 1,905 см). Сырые окатыши, полученные в первом агломераторе. 12, подаются во второй агломерате 14, вкотором сырые окатыши могут быть покрыты кроющим материалом для предотвращенияспекания их друг с другом в процессе тепловой обработки во вращающейсяобжиговой печи. Предпочтительно покрытие из зольной пыли с низкими потерями наобзоливание. Альтернативно в качестве покрытия могут использоваться доломит,известняк, портландцемент и другие материалы. В зависимости от тенденцииспекания окатышей в обжиговой печи в покрытии может не быть необходимости.
Сырые окатыши с покрытием или безнего затем сушат в сушилке 16, с подвижными решетками. Сырые окатыши высушиваютдо влажности менее 5%. Высушенные окатыши затем вводят во вращающуюся обжиговуюпечь 18. Высушенные окатыши поступают в тот же конец печи 18, через которыйснаружи через горелки 20 вводят топливо и воздух, либо воздух вводят черезвоздушные фурмы 22. Окатыши будут медленно перемещаться через наклоннуювращающуюся обжиговую печь в том же направлении, в котором через печь движетсяпоток горячих газов (т.е. в параллельном с потоком газов направлении),максимальная температура в печи должна быть в пределах 800-120oC, итемпературный профиль по всей длине обжиговой печи должен быть относительноровным (или плоским). Окатыши в печи затвердеют. Окатыши пройдут полноепрокаливание и будут подвергнуты в различной степени пиролизу и спеканию. Нанаружной поверхности окатышей будет образовываться оболочка, задерживающаягазы, образующиеся внутри окатышей, в результате чего окатыши раздуваются. Этоформирует пористую внутреннюю часть (внутренность). Полученный продукт являетсяшаровидным материалом с низкой плотностью, но с твердой и пористой структурой.
Обожженный продукт поступает в охладитель24, который может охлаждаться водой или воздухом, для снижения температурыпродукта до температуры, при которой затем он может транспортироваться иштабелироваться. Тепло из охладителя 24 может быть уловлено и использовано дляразличных технологических приемов, включая сушку сырых окатышей в сушилке сподвижными решетками.
Добавка шлама существенно увеличиваеткалорийность смеси в печи и значительно снижает количество внешнего топлива,такого как природный газ, который требуется для зажигания печи. В приведеннойниже таблице 5 приведено сравнительное содержание топлива в типичной смесизольной пыли и шлама сточных вод в соотношении 65% и 35% соответственно всравнении со 100% зольной пылью. Как будет показано, количество топлива в видеприродного газа, которое необходимо добавить в печь для получения той же самойскорости продукта в коротких тоннах в час (короткая тонна = 907,18 кг) снижается до примерно 85% за счет использования смеси пыли и шлама в сравнении с полностьюпылью. Кроме того отходящие из печи газы обладают значительной колорийностью, иэта тепловая энергия может использоваться для сушки шлама, предшествующейсмешиванию, для сушки свежих окатышей и для утилизации энергии и других целей.Охладитель и/или отходящие из печи газы могут быть поданы в сушилку сподвижными решетками в качестве источника тепла для процесса сушки.Неиспользованные газы проходят газоочистку и выходят через выводную трубу 26.
На опытной установке проведеныиспытания различных смесей зольной пыли и шлама сточных вод, включаясравнительные тесты с пылью без шлама. Параметры работы печи также изменялись.Зольная пыль, использованная в каждой смеси, сама была смесью зольных пылей изразличных источников. Соотношения различных компонентов в смесях пылей быливыбраны с целью достижения определенного процентного содержания потерь наобзоливание. В тестах 1 и 2 процентное содержание потерь на обзоливаниесоставило 10 и 12,8% соответственно. Для всех тестов с 3 по 18 процентноесодержание потерь на обзоливание в дозирующем смесителе 30, который придаетинтенсивное аксиальное и радиальное движение материалу вибратором с высокойскоростью смешения.
Смесь поступала в лотковыйокомкователь 32 с диаметром 101 см и глубиной 16,5 см, вращающийся со скоростью порядка 15 — 20 об/мин под углом 45o — 50o кгоризонтали. Сырые шарики из первого лоткового окомкователя 32 поступали вовторой лотковый окомкователь 34 с аналогичными характеристиками, и сухиепокрывающие материалы, если это необходимо, подавались во второй лотковыйокомкователь. Пробы агломерированного материала со стадии окомкованиясобирались и анализировались на влажность, насыпную плотность, количество 45,7 см шариков во фракции, прочность на сжатие в сухом и влажном состоянии и калибр для определениякачества полученных сырых шариков. Параметры сырых шариков полученных вразличных опытах, приведены в табл. 8.
Сырые окатыши поступали в решетчатуюсушилку 36, утилизирующую текущий вниз к плотным частицам теплообменника потокгаза. Нагрузочное поперечное сечение сырых окатышей 27,9 см в ширину, 15,2 см в глубину с длиной активной сушки 1,22 м и скоростью решетки менялась от 2,54 до 10,1 см/мин. Температура сушки поддерживалась в зоне 150-200oC.Технологический поток газа регулировался для поддержания влажности в осушаемыхшариках ниже 5%.
Высушенные окатыши поступали вовращающуюся обжиговую печь 38 с внутренним диаметром 57,8 см и длиной 3,96 м. Подача осуществлялась в том же направлении, что и зажигание во вращающейсяпечи, так чтобы поток технологического газа перемещался в одном направлении спотоком твердых частиц. В загрузочном конце печи входящие из сушилки окатышисначала сушились и подогревались, некоторые органические составляющиеиспарялись, и начиналось удаление горючих веществ. В следующей зоне испарялисьоставшиеся органические вещества, обжигались негорючие вещества в окатышах, иполностью завершалась головка слоя. В последней греющей зоне плотные твердыечастицы и газ в течение определенного времени обеспечивают высокие температуры,гарантирующие полный обжиг и последующее затвердевание окатышей.
Две горелки для природного газа 40 идве воздушные фурмы 42 размещены на загрузочном конце. Вторая горелка неиспользовалась во всех опытах. Печь работала со скоростью 2-3,9 об/мин дляобеспечения времени выдержки порядка 30 — 60 мин. Уклон печи составлял 1,04см/м. В таблице 7 представлены скорость работы печи, расход природного газа итемпературы в четырех точках от Т-1 до Т-4 по длине печи.
В таблице 8 представлены значениятеплотворной способности смесей, используемых в каждом опыте и насыпнаяплотность шариков и полученного шарообразного продукта.
Шарообразный продукт из печипередавался во вращающийся холодильник 44, внутренний диаметр которого равен 38,1 см и длина равна 3,66 м.
Вращающийся холодильник с косвеннымохлаждением охлаждал плотные частицы до температуры ниже 65oC.Косвенное охлаждение являлось результатом прохождения тепла через стенки кожухак постоянно увлажняемой наружной поверхности. Уклон холодильника такжесоставлял 1,04 см/м и его скорость поддерживалась постоянной и равной 6 об/миндля обеспечения времени выдержки около 30 мин. Полученный гранулированныйпродукт анализировался на насыпную плотность и результаты этих опытов приведеныв таблице 8.
Полученный на опытной установкепродукт удовлетворяет стандарту А ТМ для легковесных заполнителей бетона (маркаСЗЗ0), для легковесных заполнителей блоков кирпичной кладки (марка С331) илегковесных заполнителей бетонной изоляции (марка С332). Эти стандартыобеспечивают максимальную насыпную плотность порядка 880-112,2 кг/м3,в зависимости от степени распределения заполнителя в смеси.
Глава 2. ПОЛУЧЕНИЕПУЦЦОЛАНА ИЗ ЗОЛЬНОЙ ПЫЛИ
Процесс,разработанный В. Дж. Хёрстом используется длямокрой переработки зольной пыли с получением из нее ряда продуктов, имеющихбольшую стоимость, чем исходная зольная пыль, в том числе углеродногоконцентрата, фракции сферических пористых частиц, концентрата железа, пуццоланаповышенной прочности и инертного минерального наполнителя.
Схемапроцесса приведена на рис. 1. Электростатическую зольную пыль, в мокром илисухом виде, подают на сито 2, гдезадерживаются и удаляются частицы более крупные чем 50 меш. Здесь, в частности,происходит удаление больших кусков углерода и других агломерированных частиц.Минерал, проходящий через сито размером 50 меш, подается в глиномялку 5, в которую добавляют воду до получений содержания твердоговещества 55 % или выше. Далее материал проходит через серию кондиционирующихили смесительных резервуаров 7а—7г. К суспензии врезервуаре 7о добавляют керосин в количестве 0,9 кг на тонну зольной пыли, чтооблегчает отделение углерода на следующей стадии пенной флотации.
Зольная пыльконтактирует с керосином в резервуарах 7а—7г в общейсложности в течение 30 мин или более. Добавление пенообразователей в последнийиз резервуаров 7г позволяет улучшить выделение углеродаиз смеси. Пенообразователь можно добавлять в количестве 150 г на тонну зольнойпыли.
Кондиционированныйматериал, содержащий керосин и частицы пенообразователя, подается в параллельносоединенные флотаторы 9а, где частицыуглерода всплывают и отделяются. Отделение проводят обычным методом пеннойфлотации с использованием воздуха. В флотаторы добавляют воду для получениясодержания твердого вещества не более 25 %. В первом всплыве, который можетсоставлять =;2,5 % от общей массы сырья, выделяется 75—80 % всего имеющегосяуглерода. Получаемый продукт может быть использован в виде сажи. Для получениятоварного продукта можно проводить сушку или фильтрование, измельчение ибрикетирование.
Далееудаление угля проводят во флотаторах 96, которыепоследовательно соединены с 9а. При этомотделяется второй всплыв, который может составлять 4 %, от массы сырья. Этафракция отбрасывается либо подвергается дальнейшей переработке. В процесседальнейшего пенообразования частицы углеродного концентрата становятся всеболее мелкими, а содержание углерода снижается.
Придобавлении на стадии подготовки к флотации диспергирующего агента гексаметафосфатанатрия достигается более четкое отделение углерода. Однако некоторые другиеобычные диспергирующие агенты оказывают обратное, действие на процесс отделенияуглерода. Так, например, для этой цели нельзя применять «Орзан S», посколькуон также является депрессором углерода.
Углерод,удаляемый из зольной пыли, в основном представляет собой пористый материал,который легко размалывается. При измельчении до величины частиц менее 1 мкм его можно использоватьв качестве наполнителя и армирующего материала для резины.
Во флотаторах 9 происходит удаление основной части углерода, содержащегося в зольнойпыли, что позволяет получать пуццолан повышенной прочности либо промышленныйнаполнитель, которые почти не содержат углерода (
/>
При просеивании отделенного материала через сито 20 размером 200 меш ~20 % исходного вещества удаляется в виде углерода20—25 %-ной чистоты. Фракцию —200 меш из второго всплыва, которая проходитчерез сито 20, сноваконцентрируют, добавляя керосин, и измельчают в шаровой мельнице 22 с получением частиц очень малых размеров, в результате чеговысвобождается захваченный углерод и после дополнительной обработки вофлотаторах 27 и 29 получается обогащенная углеродом фракция, которую смешивают сконцентратом, получаемым во флотаторах первой ступени. Указанная фракциясоставляет 0,5 % массы исходного сырья и содержит с~75 % С.
Данную фракцию отделяют во флотаторе 27, а всплыв из флотатора 29 направляют для дальнейшей обработки либо отбрасывают. Таким образомпосле флотации во флотаторах 9а и 96 получаютостаточный материал с низким содержанием углерода и углеродный концентрат,являющийся продажным продуктом, количество которого составляет ~3 % от массысырья.
Остаток, получаемый во флотаторе 9а, направляют в аппарат 31, в котором всплывают и отделяются сферические пористые частицы,являющиеся, после удаления углерода, наиболее легким компонентом зольной пыли.После отстаивания суспензии зольной пыли пористые частицы сгребают споверхности, после чего подвергают фильтрации и сушке. Их количество составляет0,3 % от общего количества сырья; для более полного отделения можно провестиповторное перемешивание и отстаивание. Отделяемый продукт находит применение вкачестве звукоизолирующего материала и легкого балластного материала. Сушкуможно проводить в микроволновой печи.
Сферические пористые частицы важно удалить из продукта, особенно вслучае получения пуццолана повышенной прочности, поскольку эти частицынеустойчивы и легко разрушаются, что приводит к уменьшению прочностиполучаемого материала.
После удаления пористых частиц часть материала из аппарата 31 подают в шаровую мельницу 32, где происходит его дальнейшее измельчение. При этом консистенцияматериала контролируется таким образом, чтобы весь продукт, выходящий изаппарата 31 содержал ~50 %твердого вещества. Этот продукт направляют в последовательно соединенныекондиционеры 34 и 34а. В кондиционер 34 также подают остаток из второго флотатора 29. В случае необходимости сюда же можно добавить подходящий диспергирующийагент; особенно целесообразно это в том случае, если конечный продуктподвергается сушке распылением. Однако диспергирующий агент можно и недобавлять.
Материал, выходящий из кондиционера 34а, подают в мокрый магнитный сепаратор, называемый также феррофильтр 25. Для отделения можно использовать несколько магнитных фильтров.Конструкция подходящего магнитного сепаратора описана в патенте США 2 074085.
При первом прохождении через магнитный сепаратор отделяется магнитнаяфракция с содержанием 50—80 % Fe203,составляющая ~12 % от общего количества зольной пыли. Отделяемый продукт свысоким содержанием железа брикетируют или направляют в плазменную дуговую печьдля получения железных отливок. Он также может быть использован при разделениив тяжелых средах.
Немагнитную фракцию после первого феррофильтра обычно направляют вовторой феррофильтр 36, где удаляется вторая магнитная фракция, составляющая 19 % от общегоколичества сырья. Если конечный продукт не должен содержать очень малыхколичеств железа, то нет необходимости во втором феррофильтре. На схеме этомуслучаю соответствует пунктирная линия 38, показывающая, что 83 % отделенного продукта подают непосредственно всортировочный аппарат 43 и шаровую мельницу 48. Получаемый при этом материал может быть использован в качественаполнителя.
Однако, для того чтобы получить пуццолан повышенной прочности,желательно использовать второй феррофильтр 36, в котором происходит удаление еще 20 % продукта с низким содержаниемжелеза. Только после этого немагнитную фракцию направляют в сортировочныйаппарат 43 и в шаровую мельницу 48. При этом получаемый пуццолан подвергается дальнейшему измельчению. Наэтой стадии может быть добавлен диспергирующий агент (например, 0,018—0,025 %лигносульфоната кальция).
Материал, выходящий из аппарата 43, направляют в концентратор 44, в котором происходит удаление воды и содержание твердых веществ вматериале увеличивается до 40—50 %. Далее его смешивают в кондиционерах 47 и 49 с известью,подаваемой в количестве 2,2 кг на тонну твердого вещества. После кондиционера 49 продукт снова подвергают фильтрованию и сушке. В результате получаютпуццолан повышенной прочности.
Пуццолан содержит
Глава 3. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕСЧАНИСТОГО ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА
Для компенсации сниженияпрочности увеличивают дисперсность цемента и микронаполнителя до 3500-4000см2/г, что связано со значительными затратами, [1].
Наиболее близким кпредлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому эффектуявляется способ приготовления пуццоланового портландцемента. Однородность смеси,состоящей из портландцементного клинкера, при принятой дозировке гипса иактивных минеральных добавок получают путем совместного тонкого измельчениялибо тщательным смешением тех же материалов, измельченных отдельно с удельнойповерхностью 2500-3000 см2/г. После этого подают воду и окончательноперемешивают смесь. Добавки в присутствии воды связываются с известью,выделяющейся при гидратации портландцементной составляющей, и образуютустойчивые нерастворимые соединения. Полученное тесто укладывают в формы,которым в начальный период твердения цемента для нормального роста прочностинеобходимо обеспечить высокую влажность среды, [2].
Основными недостаткамисвойств пуццоланового портландцемента, изготовленного с помощью известногоспособа, являются высокая усадка при твердении в воздушно-сухих условиях, азначит и низкие трещиностойкость и прочность; низкая морозостойкость; малаяскорость твердения в нормальных условиях; дефицитность активных минеральныхдобавок.
Цель достигается тем, чтов известном способе приготовления пуццоланового портландцемента, включающемсмешение портландцемента, активной кремнеземистой добавки с удельнойповерхностью 2200-3200 см2/г и воды, в качестве активной минеральной добавкииспользуют отход производства алюмосиликатного катализатора крекинга нефти вколичестве 8-12% от массы пуццоланового портландцемента. Сопоставительныйанализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способотличается от известного тем, что, с целью увеличения прочности, трещиностойкостии морозостойкости при снижении затрат на его производства, в качестве активнойминеральной добавки используют отход производства алюмосиликатного катализаторакрекинга нефти в количестве 8-12% от массы пуццоланового портландцемента.
Наиболее крупномасштабнымпроизводством катализаторов нефтепереработки и нефтехимии являютсякатализаторные производства для процесса каталитического крекинга (40 тыс.т,/год катализаторов различных марок), имеющие большой выброс вторичных продуктови отходов (до 1 т на 1 т товарного продукта), что приводит к экологическимпроблемам. Указанные отходы содержат в своем составе кремнезем, которыйсвязывается с гидроксидом кальция, выделяющимся при гидратации портландцемента,образуя низкоосновные гидросиликаты кальция, обуславливающие высокую прочностьгидравлического вяжущего. Таким образом заявляемый состав соответствуеткритерию изобретения «Новизна». Известны технические решения [1],[2], в которых дисперсность инертной добавки в составе смешанного цементасущественно не влияет на прочность растворов и бетонов нормального твердения.Вместе с тем частицы микронаполнителя принимают участие в формированиимикроструктуры цементного камня [1]. Зерна предварительно измельченнойкатализаторной крошки при формировании структуры цементного камня, являясьцентрами кристаллизации продуктов гидратации, способствует его интенсивномузатвердеванию. Сравнительно высокая морозостойкость полученного цементаобъясняется тем, что измельченная катализаторная крошка, имеющая сильноразвитую поровую структуру, активно влияет на влагосодержание цементного теста.На начальном этапе твердения зерна измельченной катализаторной крошки подвлиянием градиента влажности поглощают избыток влаги из цементного теста, чтоспособствует формированию плотной и непроницаемой структуры цементного камня.При проведении патентных исследований не были выявлены признаки, сходные сновыми признаками предлагаемого способа, что способствует о существенныхотличиях предлагаемого способа от известных технических решений.
Измельченная до величиныудельной поверхности 2200-3200 см2/г катализаторная крошка смешивается спортландцементом и водой в растворосмесителе в течение 2-3 мин, после чегосмесь укладывают в формы.
Ввиду высокойморозостойкости полученный предлагаемым способом пуццолановый портландцементможно применять для бетонных и железобетонных конструкций, для подземных иподводных сооружений. Эксплуатационные характеристики цементов определялись постандартным методикам.
Экономическаяэффективность предлагаемого способа заключается в том, что увеличение прочностипуццоланового портландецента позволяет снизить расход цемента.