СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕГКОГО ЗАПОЛНИТЕЛЯ Российский патент 1997 года по МПК C04B18/30 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к производству легких пористых заполнителей для бетона, получаемых из неселектированных твердых и жидких бытовых, промышленных и энергетических отходов.

Известен способ производства легкого заполнителя из бытовых отходов, включающий их обжиг в установке псевдоожиженного слоя, измельчение, смешивание с пылью, образующейся при обжиге отходов, введение связующего из группы; бетонит, глина или жидкое стекло; формование гранул и их обжиг [1]
В известном способе керамика, песчаник и другие кристаллические продукты, содержащиеся в отходах, не успевают полностью перейти в расплав при обжиге в псевдоожиженном слое. Твердая фаза пористого заполнителя из такого продукта сжигания отходов насыщена кристаллическими включениями, которые утяжеляют заполнитель. Соединения тяжелых металлов /Zn, Ni, Cr, Cd, Pb, Ti и др. /, присутствующие в отходах, при обжиге в кипящем слое не переходят в расплав, а остаются в продуктах обжига в виде свободных оксидов, которые при определенных условиях переходят в водные растворы, понижая химическую стойкость заполнителя и, главное, загрязняя окружающую среду (водный бассейн) весьма опасными токсичными веществами.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения легкого заполнителя, включающий смешивание шлака от сжигания твердых бытовых отходов, шлака теплоэлектростанций от сжигания каменного угля и глины, их совместный помол, формование гранул с одновременной пропиткой их отходами анодного и гальвано-химического производства, подсушку гранул и их обжиг во вращающейся печи при 940 950^oC [2]
В известном способе отходы гальванического производства, содержащие оксиды тяжелых металлов, вводят в свежеформованные гранулы путем их пропитки растворами гальваноотходов. Последующий обжиг гранул, который ведут при 940
950^oC во вращающихся печах, не обеспечивает полный период оксидов тяжелых металлов в расплав, поскольку только часть материала гранул переходит в жидкое состояние, другая часть остается в твердом состоянии. Поэтому определенная часть оксидов тяжелых металлов остается в свободном (неостеклованном) состоянии и при воздействии воды на гранулы переходит в водные растворы. Химическая стойкость заполнителей при этом также оказывается невысокой.

Достигаемым техническим результатом является увеличение химической стойкости заполнителя.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения легкого заполнителя из неселектированных отходов, включающем их термообработку до получения шлака, его помол, введение связующего и вспучивающей добавки, формование гранул, их сушку и обжиг во вращающейся печи, термообработку отходов ведут до плавления их составляющих, в расплав дополнительно вводят корректирующие добавки, обеспечивающие содержание в шлаке оксидов в следующем соотношении, мас. оксид кремния 55 65; оксид алюминия 10 22; оксиды железа 3 6; оксиды щелочных металлов 3 7; оксиды щелочноземельных металлов 3 7; оксиды тяжелых металлов 0,1 5, а связующее и вспучивающую добавку вводят при помоле шлака или при формировании гранул в количестве, мас. вспучивающая добавка 0,5 1,5; связующее 1,5 15; начальную термообработку отходов ведут при 600 800^oC в течение 5 10 мин, а плавление осуществляют при 1300 1600^oC в течение 20 40 мин с барботажем воздухом. В качестве корректирующих добавок, обеспечивающих содержание в шлаке оксидов, вводят кремнийсодержащие материалы из группы: кварцевый песок, супесь, опока, трепел, диатомит; алюминийсодержащие материалы из группы: глина, суглинок, боксит, зола ТХС, и железосодержащие материалы из группы: колошниковая пыль или пиритные огарки. В качестве вспучивающих добавок вводят жидкие или твердые органосодержащие материалы из группы: уголь, нефтешламы, отработанные масла, а в качестве связующего высокопластичные глины или раствор жидкого стекла. Желательно плавление вести в восстановительной среде, а охлаждение осуществлять со скоростью 500 600^oC в мин. Кроме того, с целью уменьшения расхода топлива дымовые газы от вращающейся печи можно направлять в сушильный барабан и затем в плавильный агрегат. Помимо экономии топлива такое решение позволяет уменьшить образование оксидов азота в плавильном агрегате.

Сравнительный анализ показал, что предложенное техническое решение по сравнению с известными соответствует критериям охраноспособности, поскольку совокупность заявленных признаков, отраженная в формуле изобретения, не была обнаружена в данной и смежной областях науки и техники для решения поставленной задачи. Необходимо также отметить, что достигаемый результат может быть реализован лишь всей совокупностью предлагаемых признаков, т.к. указанный результат не является простым суммированием свойств отдельных признаков, поскольку не проявляется при использовании любого из них в отдельности в известных решениях.

Корректирование содержания оксидов в расплаве отходов до заявленных пределов обеспечивает получение химически стойкой алюмосиликатной стекломассы, в которой оксиды алюминия и кремния частично замещены оксидами тяжелых металлов. Для получения жидкой фазы в гранулах, необходимой для их вспучивания при 100 1200^oC, часть оксидов кремния и алюминия замещены на оксиды железа. Введение вспучивающей добавки в количестве 0,5 1,5% обеспечивает образование газовой фазы и вспучивание жидкой фазы гранул при 1000 - 1200^oC. Образование газов происходит за счет взаимодействия органических веществ с оксидами железа. Уменьшение или увеличение содержания органических и железистых компонентов от заявленных пределов приводит соответственно к недостаточному вспучиванию гранул или к получению в них каверн. Введение связующего в количестве 1,5 15% необходимо для формирования гранул из непластичного порошка стекломассы. Сухие вспучивающие добавки и связующее вводят в процессе помола стекломассы, а влажные при подготовке шихты к гранулированию, например, в глиномешалке, и непосредственно при формовании гранул. Место ввода корректирующих добавок, обеспечивающих содержание в шлаке оксидов, также зависит от влажности добавок. Влажные добавки целесообразнее вводить в сушильный барабан, а сухие в плавильный агрегат. Термообработка отходов при 600 800^o в течение 5 10 мин и плавление при 1300 - 1600^oC в течение 20 40 мин обеспечивает получение однородного расплава предлагаемого химического состава. Температурные и временные пределы режимов обусловлены граничными значениями содержания оксидов в расплаве. Барботирование расплава воздухом интенсифицирует процесс плавления. Исследования показали, что оптимальной средой для плавления отходов является восстановительная, а оптимальной скоростью охлаждения 500 600^oC в имн. Дымовые газы из вращающейся печи подавляют образование токсичных оксидов газа в плавильном агрегате. Подача дымовых газов из плавильного агрегата во вращающуюся печь способствует утилизации тепла.

Пример. Подсушенные в сушильном барабане бытовые отходы, содержащие оксиды тяжелых металлов, подавали в плавильный агрегат для получения расплава. В плавильном агрегате поддерживали восстановительную среду. Для корректировки содержания оксидов в расплав вводили опоку, золу и колошниковую пыль. Полученный расплав сливали в ванну с холодной водой, что обеспечивало скорость охлаждения 500^oC в мин. Шлак мололи в шаровой мельнице до тонины 2500 см²/г. Вместе со шлаком в мельнице размалывали каменный уголь. Из порошка шлака на тарельчатом грануляторе формовали гранулы, подавая на гранулятор раствор жидкого стекла плотностью 1,15 г/см³ Полученные гранулы подсушивали в сушильном барабане и обжигали во вращающейся печи. Часть дымовых газов из вращающейся печи направляли в сушильный барабан, а затем в плавильный агрегат, вторую часть непосредственно в плавильный агрегат. Подачу дымовых газов в плавильный агрегат осуществляли с помощью дымососа. Для сравнений легкий заполнитель получали по прототипу, где соединения тяжелых металлов вводили в гранулы путем пропитки их отходами анодного и гальванохимических производств.

Качество заполнителя оценивали по его кислотостойкости, щелочестойкости, стойкости в воде, содержанию в водной вытяжке из заполнителя тяжелых металлов, прочности и плотности. Кислотостойкость, щелочестойкость и стойкость в воде оценивали коэффициентами, которые представляли собой отношение массы заполнителя, обработанного соответственно кислотой, щелочью или водой к массе заполнителя до обработки, выраженное в процентах. Испытания проводили на фракции 0,5 1 мм измельченного заполнителя. Применяли 1-н раствор серной кислоты, 1-н раствор гидроокиси калия и дистиллированную воду. Образцы кипятили в агрессивных средах в течение одного ч.

Миграцию тяжелых металлов из заполнителя в воду проводили в соответствии с "Методическими указаниями по санитарно-гигиенической оценке полимерных и других строительных материалов, предназначенных для применения в строительстве жилых и общественных зданий". Заполнитель заливался дистиллированной водой и выдерживался в ней в течение 10 дн. По истечении указанного срока проводилось исследование указанных вытяжек. Показатели свойств заполнителей приведены в таблице.

Использование: промышленность строительных материалов, а именно, производство легких пористых заполнителей для бетона, получаемых из неселектированных твердых и жидких бытовых промышленных и энергетических отходов. Сущность изобретения: в способе получения легкого заполнителя из неселектированных отходов, термообработку отходов ведут до плавления их составляющих, а в расплав дополнительно вводят корректирующие добавки, обеспечивающие содержание в шлаке оксидов в следующем соотношении, мас.%: оксид кремния 55 - 65; оксид алюминия 10-22; оксиды железа 3 - 6; оксиды щелочных металлов 3- 7; оксиды щелочеземельных металлов 3 - 7; оксиды тяжелых металлов 0,1 - 5. Охлажденный шлак измельчают. Для формования гранул и их вспучивания вводят при помоле шлака или при формовании гранул связующее и вспучивающую добавку в количестве соответственно, мас.%: 1,5 - 15 и 0,5 - 1,5. Начальную обработку отходов ведут при 600 - 800^oC в 5 - 10 мин, а плавление осуществляют при 1300 - 1600^oC в течение 20 - 40 мин с барботажем воздухом. Характеристика заполнителя: плотность 295 - 350 кг/м³, прочность 3 - 5 кгс/см², кислотостойкость 97,5 - 98%, щелочестойкость 82 - 90%, стойкость в воде 99,9%. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения легкого заполнителя из неселектированных отходов, включающий их термообработку до получения шлака, его помол, введение связующего и вспучивающей добавки, формование гранул, их сушку и обжиг во вращающейся печи, отличающийся тем, что термообработку отходов ведут до плавления их составляющих, в расплав дополнительно вводят корректирующие добавки, обеспечивающие содержание в шлаке оксидов в следующем соотношении, мас.

Оксид
кремния 55 65
алюминия 10 22
железа 3 6
Оксиды
щелочных металлов 3 7
щелочноземельных металлов 3 7
тяжелых металлов 0,1 5,
а связующее и вспучивающую добавку вводят при помоле шлака или при формовании гранул в количестве, мас.

Связующее 1,5 15
Вспучивающая добавка 0,5 1,5,
начальную термообработку отходов ведут при 600 800^oС в течение 5 - 10 мин, а плавление осуществляют при 1300 1600^oС в течение 20 40 мин с барботажем воздухом.