СПОСОБ ОБОГАЩЕНИЯ ЗОЛОШЛАКОВЫХ СМЕСЕЙ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ ВЯЖУЩИХ Российский патент 2023 года по МПК B03B9/04 

Изобретение относится к области обогащения золошлаковых смесей угольных тепловых электростанций с целью их утилизации в качестве наполнителей бетонов для производства строительных вяжущих.

Известен способ переработки золошлаковых отходов тепловых электростанций для производства строительных изделий (RU №2700609, бюл. №26, опубл. 2019.09.18), который включает термическую обработку во вращающейся печи, обеспечивающей возгонку щелочей с последующим их удалением с отходящими печными газами в систему аспирации, в диапазоне температур 1200-1600°С шлакового расплава, перемешанного с золой уноса, отбираемой непосредственно из бункеров, установленных под золоуловителями котлов электростанции, быстрое охлаждение полученной смеси воздушно-водяными струями при ее аэрогидродинамическом распылении, сушку переработанной смеси до влажности не более 1% с последующей магнитной сепарацией для отделения содержащихся в смеси оксидов железа, при этом выделенные из смеси щелочи и оксиды железа утилизируют как самостоятельные продукты, сепарирование переработанной сухой смеси на две фракции - среднего размера в пределах 40-50 мкм и не более 120 мкм и более 120 мкм, при этом фракцию не более 120 мкм при необходимости утилизируют как самостоятельный продукт, а фракцию смеси более 120 мкм подвергают тонкому сухому помолу совместно с добавками активаторов твердения типа извести или цементного клинкера с дополнительно вводимыми добавками активаторов твердения типа двуводного гипса и/или сульфата алюминия и материалами из отсевов дробления карбонатных горных пород с последующим сепарированием этой молотой смеси по замкнутому циклу путем разделения на готовую смесь с заданной тониной и крупку, которая возвращается после сепарации на помол, окончательное перемешивание всех полученных компонентов и складирование, причем количество вводимого двуводного гипса составляет 0,5-3,5% от сухой массы переработанной смеси шлакового расплава с золой уноса, а количество вводимого сульфата алюминия - 0,1-3% от сухой массы переработанной смеси шлакового расплава с золой уноса, при этом суммарное количество всех добавок составляет 1-15% от сухой массы переработанной смеси шлакового расплава с золой уноса.

К недостаткам известного способа относятся сложность технологии и высокая энергоемкость, невысокая степень обогащения золошлаковых отходов.

Известен способ переработки золошлаковых отходов из отвалов системы гидрозолоудаления тепловых электростанций с целью получения кондиционных зольных продуктов (RU №2700612, бюл.№26, опубл. 2019.09.18), включает заготовку сырья - золошлаковых смесей естественной влажности - из отработанной и осушенной секции золошлакоотвала ТЭС, при необходимости механическое обезвоживание сырья, сушку сырья, реактивацию золошлакового материала и доведение его до кондиционных свойств путём магнитной сепарации золошлаковой смеси для извлечения не менее 90% магнитных включений и складирования их для утилизации как отдельного продукта, термообработки золошлаковой смеси, возгонки щелочей с последующим их удалением отходящими печными газами, резкого охлаждения термообработанной золошлаковой смеси, выгружаемой с горячего конца печи, двухуровневой дисперсной системой, с помощью которой создаётся аэрогидродинамическое распыление золошлаковой смеси, помола совместно с известняком, негашеной известью и гашёной известью, сепарации по фракциям.

Недостатком данного изобретения является невысокая степень обогащения золошлаковых отходов, присутствие недожога в конечной смеси.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ переработки золошлаковых отходов тепловых электростанций для производства строительных изделий (RU №2515786, бюл.№14, опубл. 2014.05.20), в котором жидкий шлак или расплавленный твердый шлак переводят в способное к промышленной утилизации и/или складированию состояние путем быстрого охлаждения шлакового расплава воздушно-водяными струями при его аэрогидродинамическом распылении, а для получения вяжущего компонента переработки золы-уноса производят тонкий сухой помол необходимого количества полученного твердого гранулированного шлака при необходимости совместно с добавками активаторов твердения с последующим смешением продукта размола при интенсивном перемешивании с водой и золой-уносом при следующем соотношении компонентов: зола-унос 72-81 мас.%, шлаковое вяжущее 18-9,0 мас.%, вода - не более 10 мас.%, добавки-активаторы твердения - до 0,5 мас.%.

Недостатком данного изобретения необходимость наличия на тепловых электростанциях фильтров, улавливающих золу-унос. невысокая степень обогащения золошлаковых отходов.

Изобретение направлено на разработку способа обогащения золошлаковых смесей для производства строительных вяжущих с высокими показателями прочности; утилизацию золошлаковых смесей, образующихся при сжигании топлива на угольных теплоэлектростанциях.

Указанный технический результат достигается следующей последовательностью технологических операций. В ходе предварительной подготовки отобранное с золоотвала сырье обезвоживается и измельчается в шаровой мельнице с классификацией по фракциям более и менее 0,16 мм. Крупные частицы направляются обратно в золоотвал, а мелкая фракция поступает во флотационную установку, где удаляются частицы недожженного угля при интенсивности перемешивания 1700 об/мин в течение 5 минут. Извлеченные недожженные компоненты поступают на изготовление топливных брикетов.

Далее магнитный сепаратор ПБМ-П-25-10 воздействует на золошлаковую смесь магнитной индукцией 0,5 Тл, попутно удаляя вместе с железосодержащими частицами разные инородные примеси. Оставшаяся обработанная золошлаковая смесь обезвоживаются и высушиваются в муфельной печи при 250ºС в течение 50 мин. Химический состав обогащенной золошлаковой смеси (в составе основная часть представлена в виде алюмосиликатов) приведен в таблице 1 (мас. %).

Таблица 1

SiO₂ Al₂O₃ CaO MgO K₂O Fe₂O₃ Na₂O Остальное 57,86 24,92 10,91 2,04 1,48 1,35 0,32 1,12

Таким образом, заявленный технический результат изобретения, обеспечивается следующей совокупностью существенных признаков.

Измельчение золошлаковой смеси в шаровой мельнице с классификацией по фракциям более и менее 0,16 мм позволяет осуществить дезинтеграцию конгломератов, слежавшихся на золоотвале, а также удалить инородный мусор.

Применение флотации позволяет избавиться от недожженных частиц угля.

Использование магнитной сепарации позволяет очистить золошлаковую смесь от железосодержащих частиц и инородных примесей.

Применение термической обработки позволяет обезводить и высушить обогащенную золошлаковую смесь.

В таблице 2 приведены результаты физико-механических исследований вяжущих с различным уровнем замещения портландцементного клинкера полученной обогащенной золошлаковой смесью.

Для подтверждения технического результата изобретения, были проведены физико- механические испытания вяжущих, полученных на основе клинкера, гипса и золошлаковой смеси, обогащенной по предлагаемому способу и в качестве контрольного образца было приготовлено вяжущее в котором была использована золошлаковая смесь, обогащенная по способу, описанному в патенте RU №2515786.

Таким образом, предлагаемый способ имеет следующие преимущества по сравнению с известным:

- в отличие от применения дефицитной активной золы-унос, производится обогащение многотоннажной низкоактивной гидроудаленной золошлаковой смеси;

- физико-механические свойства вяжущего с применением полученной обогащенной золошлаковой смеси показывают высокие значения во всех возрастах твердения;

- стоимость готовой продукции снижается за счет разработанной технологии производства, а также за счет использования в производстве отходов (золы-уноса); кроме того, утилизация отходов при производстве строительных материалов будет способствовать улучшению экологической обстановки.

Таблица 2

Физико-механические свойства вяжущего с заменой части клинкера золошлаковой смесью, мас. %

Номер состава
вяжущего Обогащенная золошлаковая смесь% Клинкер, % Гипс, % Предел прочности при сжатии, МПа (процент прироста) Предел прочности при изгибе, МПа (процент прироста) _./ R_из./R_cж., 2 сут. _./ R_из./R_cж., 7 сут. R_из/R_cж., 28 сут. на 2 сут. на 7 сут. на 28 сут. на 2 сут. на 7 сут. на 28 сут. 1 15 81 4 20,7 (+25%) 31,3 (+34%) 56,7 (+24%) 2,0
(+70%) 4,1
(+79 %) 7,9 (+58%) 0,36 0,10 0,25 0,13 0,14 2 25 71,5 3,5 22,0 (+33%) 31,6 (+35%) 59,2 (+29%) 2,1
(+75%) 4,1
(+79%) 8,3 (+66%) 0,37 0,10 0,25 0,13 0,14 3 35 62 3 25,0 (+51%) 34,2 (+46%) 67,7 (+47%) 2,2
(+83%) 4,1
(+79%) 8,7 (+74%) 0,37 0,09 0,25 0,12 0,13 4 45 52,5 2,5 22,5 (+36%) 32,4 (+38%) 61,2 (+33%) 2,1
(+75%) 3,9
(+70%) 8,0 (+60%) 0,37 0,09 0,26 0,12 0,13 5 55 43 2 21,1 (+28%) 31,7 (+35%) 56,1 (+22%) 2,0
(+70%) 3,8
(+65%) 7,3 (+46%) 0,38 0,09 0,27 0,12 0,13 6 65 33,5 1,5 18,9 (+14%) 25,9 (+11%) 51,6 (+12%) 1,9 (+62%) 3,1
+35%) 6,2 (+24%) 0,37 0,10 0,31 0,12 0,12 контрольный* 35 62 3 16,6 23,4 45,9 1,2 2,3 5,0 0,36 0,07 0,24 0,10 0,11

*- в качестве контрольного состава, для сравнения был выбран состав вяжущего, в котором была использована золошлаковая смесь, обогащенная по способу, описанному в патенте RU №2515786.

Предложенное изобретение относится к области обогащения золошлаковых смесей угольных тепловых электростанций с целью их утилизации в качестве наполнителей бетонов для производства строительных вяжущих. Способ обогащения золошлаковых смесей тепловых электростанций для производства строительных вяжущих включает измельчение золошлаковых смесей в шаровой мельнице до фракции менее 0,16 мм, флотацию при интенсивности перемешивания 1700 об/мин в течение 5 минут, магнитную сепарацию в ПБМ-П-25-10 при воздействии на золошлаковую смесь магнитной индукцией 0,5 Тл, обезвоживание и сушку в муфельной печи при 250°С в течение 50 мин. Технический результат – утилизация золошлаковой смеси для улучшения экологической обстановки, а также получение золошлаковой смеси для производства строительных вяжущих с высокими показателями прочности. 2 табл.

Способ обогащения золошлаковых смесей тепловых электростанций для производства строительных вяжущих, включающий измельчение золошлаковых смесей в шаровой мельнице до фракции менее 0,16 мм, флотацию при интенсивности перемешивания 1700 об/мин в течение 5 минут, магнитную сепарацию в ПБМ-П-25-10 при воздействии на золошлаковую смесь магнитной индукцией 0,5 Тл, и сушку в муфельной печи при 250°С в течение 50 мин.