СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ВЯЖУЩИХ И ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ, С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТОПЛИВОСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ Российский патент 1997 года по МПК C04B18/04 

Область использования энергетика, экология и строительные материалы, а именно производство строительных материалов из топливосодержащих отходов.

Известен способ переработки шлаков и зол тепловых электростанций (ТЭС), а также отходов углеобогащения в пористые заполнители, который заключается в приготовлении из этих материалов сырцовых гранул и обжига их во вращающейся печи со специальным тепловым режимом [1]
Недостатком способа является неприменимость способа при значительном содержании топлива в сырье. Кроме того, переменное содержание топлива в отходах не позволяет поддерживать необходимый тепловой режим сушки сырья, сушки гранул и обжига.

Наиболее близкий к предлагаемому является способ производства вяжущего материала из пустых пород угледобычи [2] который предполагает использование содержащегося в сырье топлива для обжига в шахтной печи и введение добавки известняка для регулирования химического состава и свойств получаемого вяжущего материала, который затем известными методами перерабатывается в пробужденные бетоны.

Недостатком способа является невысокое качество получаемого вяжущего вследствие периодичности введения добавки и плохого смешивания компонентов непосредственно в шахтной печи. Способ не нашел широкого применения также вследствие того, что переменное содержание топлива в в топливосодержащем отходе от нескольких процентов до 30-40% которое может изменяться в течении одних суток не позволяет осуществить устойчивую работу печи и получить стандартный по качеству продукт.

Изобретение направлено на переработку топливосодержащих отходов зол ТЭС, отходов углеобогащения, попутных пород при угледобыче и т.п. в строительные материалы. Все эти материалы имеют сильно выраженное переменное содержание топлива, что затрудняет их переработку. Между тем применение их в качестве сырья позволяет производить целый спектр строительных материалов с минимальным, а часто и с нулевым расходом дополнительного топлива.

Задача решается с помощью следующего способа.

Предварительно топливосодержащий отход смешивают с минимальными нетопливосодержащими сырьевыми компонентами для регулирования химического состава строительного материала и регулирования химического состава топлива в сырьевой смеси, затем сырьевую смесь гранулируют и обжигают в шахтной печи, снабженной горелками, с помощью которых поддерживают заданный температурный режим с учетом содержания топлива в сырьевой смеси.

Таким образом, способ позволяет использовать для производства строительных материалов топливосодержащее сырье с переменным содержанием топлива. Эксперименты показали, что предложенный способ имеет также два дополнительных преимущества. Первое заключается в том, что подача в печь одновременно основной части топлива совместно с сырьевой смесью и дополнительно через топливные горелки позволяет реализовать необычные, более благоприятные для процесса обжига температурные профили в печи. Например, появляется возможность создать зоны в, которых материал движется в печи при практически постоянной температуре, или создать условия для быстрого нагрева (температурный удар), необходимого для получения легких заполнителей. Второе заключается в большей устойчивости режима обжига в печи, которая не достигается обычными методами если регулирование производится только составом сырьевой смеси и скоростями подачи сырья и воздуха в печь.

В зависимости от состава топливосодержащего отхода по предложенному способу можно производить различные строительные материалы. Карбонатные золы и отходы позволяют производить известьсодержащие вяжущие и цемент, глиноземистые отощитель или пористые заполнители.

Предлагаемый способ удовлетворяет критерию "новизна", так как он включает операции, отличающие его от прототипа.

Предлагаемый способ удовлетворяет критерию "технический уровень", так как в известных технических решениях не найдено операций, демонстрирующих свойства, характерные для предложенного способа возможность использования сырья с переменным составом топлива, возможность производить различные строительные материалы в зависимости от состава топливосодержащего отхода, устойчивые и особенно благоприятный температурный режим обжига и вследствие этого повышенное качество продукции.

Примеры реализации способа.

Использование в примерах сырьевые материалы приведены в таблице.

П р и м е р 1. Получение пористого заполнителя из золы-уноса.

В качестве сырья была использована зола-унос ТЭЦ-22, работающей на углях Кузнецкого и Донецкого угольных бассейнов. Содержание топлива в золе составляло 10-18% (в пересчете на сухую золу) со значительными колебаниями. Сырьевая смесь готовилась введением в золу колчедановых огарков до содержания Fe₂O₃ 18% (железосодержащая добавка) и глины до содержания топлива 4-6% Смесь измельчалась до удельной поверхности 200 м²/кг, увлажнялась и гранулировалась. Гранулированное сырье подавалось в шахтную печь. В верхней части печи поддерживалась температура ≈ 300^oC. Установленные в золе обжига горелки поддерживали температуру обжига 1100^oC. Обжиг материала происходит в основном за счет топлива, содержащегося в золе. Расход топлива, содержащегося в золе. Расход топлива через горелки составлял не более 10% от общего. Полученный продукт представлял собой пористый заполнитель вспучинные гранулы насыпной плотностью около 800 кг/м² и прочностью 10 МПа.

П р и м е р 2. Получение пористого заполнителя из золо-шлаковой смеси. Использовалась золо-шлаковая смесь гидроудаления ТЭЦ-22 (Московская обл). Содержание несгоревшего топлива в смеси составляло 6-10% Сырьевая смесь готовилась введением в смесь глины до содержания топлива 4-5% и колчедановых огарков (до содержания Fe₂O₃ 18%). Сырьевая смесь измельчалась, гранулировалась и обжигалась в шахтной печи как в примере 1. Расход топлива через горелки составлял 15% от общего.

П р и м е р 3. Получение пористого заполнителя из отходов углеобогащения. Использовались отходы углеобогащения тощего угля Кузнецкого угольного бассейна. Содержание топлива в сырье достигало 30% Отходы смешивались с глиной до содержания топлива 6-7% Далее, как в примере 1. Расход топлива через горелки составлял менее 5%
П р и м е р 4. Получение отощителя из отходов углеобогащения. Использовались отходы углеобогащения газового угля Кузнецкого угольного бассейна. Эти отходы состоят в основном из глинистых минералов. Однако они не могут быть использованы в качестве сырья в производстве керамических изделий (например, кирпича) без ввода отощителя из-за больших усадочных явлений при сушке и обжиге, а также, вследствие колеблющегося и высокого содержания топлива. Содержание топлива составляло ≈ 10% Отходы фракции 50-200 мм пропускали через щековую дробилку с максимальной выходной щелью 50-60 мм. Отсеянную фракцию менее 6 мм измельчали и гранулировали. Затем сырье загружали в печь, обжиг производили при температуре 900-1100^oC. Топливные горелки использовались в основном для розжига печи и при резком падении содержания топлива в отходах. Расход топлива через топливные горелки близок к нулю.

П р и м е р 5. Получение известьсодержащего вяжущего (гидравлической извести) из золы ТЭС. Использовались золы Красноярской ТЭС, работающей на Канско-Ачинских углях. Содержание топлива в золе составляло 12% Сырьевая смесь готовилась введением известняка (≈ 1: 1 по массе) так, чтобы содержание топлива составляло 6-7% а гидравлический модуль:

находился в диапазоне 1,7-1,9.

Сырьевая смесь измельчалась, гранулировалась и загружалась в печь. Температура обжига поддерживалась в диапазоне 1150-1250^oC. Расход топлива через горелки составлял до 15% от общего.

П р и м е р 6. Получение вяжущих материалов. Аналогично примеру 5 на основе зол ТЭС получали другие вяжущие материалы железистые, белитовые или алитовые цементные клинкеры. Сырьевые смеси готовились введением в золу карбонатных, глинистых и железистых добавок. Соотношение сырьевых компонентов для получения цементных клинкеров определяли по коэффициенту насыщения кремнезема известью (КН), силикатному (СМ) и глинистому (ГМ) модулям, определяемым по формулам:


Значения КН изменяли в пределах 0,8-0,92, СМ 1,7-3,5 ГМ 1,0-2,5. (Нижние пределы значения коэффициентов насыщения относятся к белитовым и железистым клинкерам, а верхние к алитовым цементным клинкерам). Обжиг производился в оптимальных интервалах температур 1200-1500^oC для железистого, 1250-1350^oC для белитового и 1350-1450^oC для алитового клинкеров.

Сущность изобретения: в способе производства строительных материалов, преимущественно, вяжущих и заполнителей, с использованием топливосодержащих отходов путем обжига в шахтной печи топливосодержащего отхода и нетопливосодержащих сырьевых компонентов, предварительно топливосодержащий отход смешивают с минеральными нетопливосодержащими сырьевыми компонентами для регулирования химического состава строительного материала и регулирования содержания топлива в сырьевой смеси, затем сырьевую смесь гранулируют, а обжиг осуществляют в шахтной печи, снабженной горелками, с помощью которых поддерживают заданный температурный режим с учетом содержания топлива в сырьевой смеси. Способ позволяет использовать сырье с переменным составом топлива, производить различные строительные материалы в зависимости от состава топливосодержащего отхода, реализовать устойчивый и особенно благоприятный температурный режим обжига и вследствие этого повысить качество продукции. 4 з. п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ производства строительных материалов, преимущественно вяжущих и заполнителей, с использованием топливосодержащих отходов путем обжига в шахтной печи топливосодержащего отхода и нетопливосодержащих сырьевых компонентов, отличающийся тем, что предварительно топливосодержащий отход смешивают с минеральными нетопливосодержащими сырьевыми компонентами для регулирования химического состава строительного материала и регулирования содержания топлива в сырьевой смеси, затем сырьевую смесь гранулируют, а обжиг осуществляют в шахтной печи, снабженной горелками, с помощью которых поддерживают заданный температурный режим с учетом содержания топлива в сырьевой смеси. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в производстве пористого заполнителя в процессе обжига поддерживают в верхней части печи температуру 200 600^oС, а в нижней части печи температуру 900 1200^oС. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве минерального нетопливосодержащего сырьевого компонента используют глину в количестве, обеспечивающем содержание в заполнителе оксида алюминия 5 35% или железосодержащую добавку в количестве, обеспечивающем содержание в заполнителе оксида железа 2 18%
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в производстве гидравлической извести в качестве минерального нетопливосодержащего сырьевого компонента используют известняк до гидравлического модуля 1,6 1,9, а обжиг проводят при температуре 1100 1300^oС. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в производстве алитового, белитового или железистого клинкеров в качестве минеральных нетопливосодержащих компонентов используют карбонатные, глинистые и железистые добавки, а обжиг проводят при температуре 1200 1500^oС.