Способ получения гранулята - наполнителя для строительных растворов, бетона или искусственных камней, из мелкодисперсной золы-уноса Российский патент 2023 года по МПК C04B18/10 C04B20/02 C04B28/26 C04B40/02 C04B111/20 

Изобретение относится к области переработки золы-уноса угольных электростанций с целью обеспечения транспортировки любым транспортным средством продукта из золы-уноса без пыления, а также для использования в качестве наполнителей для строительных растворов, бетона или искусственных камней.

Известен способ переработки дисперсных промышленных отходов золы-уноса угольных тепловых электростанций для последующего складирования и/или промышленной утилизации (О современных технологиях складирования дисперсных промышленных отходов. / Уфимцев В.М. // Горный журнал, 1997, №11-12, с. 220-227), включающий подготовку и измельчение золы-уноса, смешение измельченной массы с вяжущим, в качестве, по меньшей мере, одного из компонентов которого используют часть шлаковой составляющей указанных отходов, перемешивание размолотых твердых отходов и вяжущего при дозированной подаче воды, гранулирование и термообработку полученных сырцовых гранул до требуемой прочности по условиям складирования и перевозки.

Недостатками известного способа гранулирования золы-уноса являются дополнительные затраты на вовлечение шлаковой составляющей, имеющей размеры более 1-2 мм, требующие измельчения для увеличения удельной поверхности при наборе прочности в процессе гидратации оксида кальция, являющимся связующим компонентом и присутствующим в золе-уноса.

Известен способ утилизации пылевидных тонкодисперсных отходов производства (Сумарокова Л.С., Капустин Ф.Л., Фомина И.В. Грануляция как способ утилизации пылевидных тонкодисперсных отходов производства // Энерго- и ресурсосбережение. Энергообеспечение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: материалы Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием, 2016), включающий разработанную технологическую схему грануляции золошлаков тепловых электрических станций (ТЭС). Зола-унос, вяжущее, пыль из расходных бункеров через весовые дозирующие устройства и питатель поступают в двухвальный лопастной смеситель. После увлажнения в смесителе смесь подается на тарельчатый гранулятор. Полученные зольные гранулы транспортируются в пропарочную камеру, а из нее - на барабанный грохот для рассева. Фракционные зольные гранулы поступают на хранение в силосные емкости, из которых возможна их отгрузка потребителям.

Недостатками известного способа являются использование дополнительного оборудования, а именно двухвального лопастного смесителя с одновременной подачей водяного пара для увлажнения золы-уноса (процесса гидратации сухой золы-уноса, а не гидратированной при мокром золоулавливании и/или золоудалении), а также затраты на увлажнение и значительная длительность набора прочности по времени требуют дополнительных финансовых вложений на содержание больших площадей под навесом.

Наиболее близким является изобретение «Сырьевая смесь и способ получения безобжигового легкого заполнителя» (RU №2148043, МПК С04В 18/10, C04B 12/04, C04B 18/02, опубл. 27.04.2000 г.), где в качестве вяжущего вещества используют жидкое стекло, полученное в результате гидротермальной обработки суспензии микрокремнезема (отхода производства кристаллического кремния) с каустической содой при температуре 80-90°C и атмосферном давлении, а дополнительно в качестве порообразующей добавки - отсев кристаллического кремния. Из смеси золы-уноса ТЭС, жидкого стекла и отсева кристаллического кремния формуют гранулы и производят их термообработку при 120-150°C в течение 1 часа с предварительным подогревом до 50-60°C вяжущего и порообразующей добавки в виде отсева кристаллического кремния в виде мелкой фракции с максимальным размером частиц 4-5 мм и при определенном соотношении компонентов мас.%: зола-унос 25,7-27,6, жидкое стекло 64,5-68,9, отсев кристаллического кремния 3,5-9,8.

Недостатком известного способа является использование жидкого стекла из кремнезема высокой концентрации оксида кремния SiO₂ (до 90%), являющимся отходом при производстве кристаллического кремния, но востребованным сырьем для производства кислотоупорных изделий. Дополнительно к создаваемому продукту используется отсев кристаллического кремния с максимальным размером частиц 4-5 мм с содержанием в качестве компонента 3,5-9,8 мас.%. Таким образом, часть востребованного на рынке продукта используется для создания гранулята из золы-уноса. Кроме того, достаточно высокий расход жидкого стекла на поглощение единицы массы золы-уноса. Полученное жидкое стекло воспринимает в себя около 40% золы-уноса, т.е. 0,4 г золы-уноса/г жидкого стекла. К недостаткам известного способа дополнительно относятся энергетические затраты на формирование гранул при термообработке 120-150°C в течение 1 часа с предварительным подогревом до 50-60°C вяжущего и порообразующей добавки.

Технический результат заявляемого изобретения – упрощение технологического процесса изготовления и уменьшение затрат на получение гранулята прочного и стойкого к истиранию из мелкодисперсной золы-уноса тепловых электрических станций без термообработки.

Технический результат достигается тем, что способ получения гранулята – наполнителя для строительных растворов, бетона или искусственных камней, из мелкодисперсной золы-уноса, включающий формирование в тарельчатом грануляторе гранул из золы-уноса с использованием жидкого стекла и процесс набора их прочности, согласно заявленному изобретению, используют натриевое жидкое стекло плотностью 1,36-1,5 г/см³, формирование гранул производят в указанном грануляторе, где во вращающуюся массу золы-уноса дозируют натриевое жидкое стекло, разбавленное водой, при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанное натриевое жидкое стекло 50, вода 50, что обеспечивает поглощение 2,88 г золы-уноса 1 г натриевого жидкого стекла за 1 сут, гранулы формируют сферической формы диаметром от 6 до 20 мм, а процесс набора прочности осуществляют при температуре 22°С.

Изобретение поясняется таблицами, где в табл. 1 приведены результаты дисперсионного анализа фракционного состава золовых отходов, в табл. 2 представлен химический состав золы КемГРЭС, в табл. 3 представлены характеристики жидкого натриевого стекла, в табл. 4 представлен результат исследования с использованием связующего - жидкого натриевого стекла, в табл. 5 показаны результаты измерений, масса поглощенной золы-уноса.

Способ осуществляется следующим образом.

Используемую золу с ГРЭС, ТЭС, например, КемГРЭС, после сухого улавливания в электрофильтрах подвергали гранулометрическому анализу. Результаты представлены в таблицах 1, 2.

Применено связующее для формирования гранул золы-уноса - жидкое натриевое стекло, характеристики которого представлены в таблице 3.

Формирование гранул производят в тарельчатом грануляторе, где во вращающуюся массу золы-уноса дозируется жидкое натриевое стекло, разбавленное водой. Формируются гранулы сферической формы диаметром от 6 до 20 мм. Процесс набора прочности происходит в помещении при температуре 22°С.

Гранулы, получаемые при использовании связующего жидкого натриевого стекла, различаются процентным отношением связующее/вода: 95/5, 90/10, 85/15, 80/20, 70/30, 50/50. Также образцы разделены, исходя из времени, которое будет затрачено на их набор прочности. Заданы интервалы в сутках: 1, 2, 3, 5, 7, 14, 20, 30.

При транспортировке важными характеристиками гранул являются прочность и стойкость к истиранию. Поэтому все образцы прошли испытание на разрушение при сжатии прессом и на истирание при вращении в барабане с продольными перегородками. Для проведения испытания применяют стальной барабан закрытого типа. Электродвигатель, вращающий барабан, работает от сети напряжением 220 В; частотой 50 Гц; частота вращения барабана составляет 25±1 мин^-1. На внутренней поверхности по всей длине барабана под углом 90° к стенке, крепятся четыре угловых профиля размером. Угловые профили устанавливаются так, чтобы полки направлены к центру барабана, а полки в направлении, обратном его вращению. Загрузку и выгрузку барабана производят через закрывающуюся плоскую крышку с уплотнением.

При испытании на прочность сила сдавливания фиксировалась манометром в единицах кгс/см², формула (1).

где F - сила давления, кг⋅с; S - площадь поверхности поперечного сечения матрицы (пуансона), см².

Результаты проведения экспериментального исследования представляют зависимости прочности (кгс/см²) и истирания (%) от времени набора прочности образцов. Расчёт истирания проводился согласно ГОСТ 8929-2020 по формуле (2).

где m - масса пробы загруженной в барабан, г;

m₁ - масса золы, оставшейся на сите с отверстиями диаметром 1,5 мм (согласно ГОСТ менее 10 мм).

Результаты исследования с использованием связующего - жидкого стекла представлены в таблице 5.

Также характеристикой является количество золы-уноса, которое может поглотить 1 грамм связующего, г, рассчитанное по формуле 3.

G_н - начальная масса золы-уноса, г;

G_к - конечная масса золы-уноса, г;

G_связ - вес связующего, г.

Результат измерений приведен в таблице 5.

Полученные результаты представляют собой набор прочности гранулята, достаточной для его транспортировки: 1 сутки (4 кгс/см²), истирание 1 сутки (73,2 %).

Таким образом, гранулирование золы-уноса, образующейся на тепловых электростанциях, позволит снизить потери при транспортировке материала.

Таблица 1 - Результаты дисперсионного анализа фракционного состава золовых отходов КемГРЭС Размеры частиц, мкм 0-50 50-63 63-80 80-100 100-160 160-200 >200 Фракционный состав, % 66,02 10,38 8,31 7,45 6,27 0,34 1,23

Таблица 2 - Химический состав золы КемГРЭС Элемент/соединение Содержание, % (мас.) С 13,34/13,34 О 41,98/- Na/Na₂O 0,51/0,68 Mg/MgO 0,76/1,27 Al/Al₂O₃ 10,73/20,28 Si/SiO₂ 24,82/53,09 P/P₂O₅ 0,3/0,69 S/SO₃ 0,16/0,4 K/K₂O 1,8/2,16 Ca/CaO 1,89/2,65 Ti/TiO₂ 0,58/0,96 Fe/Fe₂O₃ 3,13/4,48

Таблица 3 - Характеристики жидкого стекла Плотность, г/см³ 1,36-1,5 Силикатный модуль 2,6-3,0 Содержание окиси натрия, % 8,7-13,3 Содержание двуокиси кремния, % 24,1-35,0

Таблица 4 - Результаты исследования образцов на прочность и истирание Прочность, кгс/см² Содержание жидкое стекло/вода, % 1 сут 2 сут 3 сут 5 сут 7 сут 14 сут 20 сут 30 сут 95/5 15 17 25 34 37 43 54 57 90/10 10 10 22 30 32 36 41 40 85/15 9 10 20 22 22 29 38 38 80/20 6,5 7 15 18 20 25 31 30 70/30 6 7 9 11 13 18 23 23,5 50/50 4 4 7 8 11 14 19 19 Истирание, % Содержание жидкое стекло/вода, % 1 сут 2 сут 3 сут 5 сут 7 сут 14 сут 20 сут 30 сут 95/5 88,3 94,5 94,9 94,9 95,01 95,2 95,8 95,8 90/10 86,9 90,7 92,9 93,0 93,1 93,7 93,3 93,0 85/15 87,8 92,6 93,3 93,5 93,6 94,0 94,4 95,1 80/20 85,4 88,5 91,1 91,4 91,6 92,3 93,4 93,9 70/30 79,7 82,1 84,2 87,8 89,5 90,0 89,9 90,1 50/50 73,2 76,3 80,4 83,9 86,6 87,8 88,1 88,0

Таблица 5 - Результат измерений, масса поглощенной золы-уноса жидким стеклом Вариант исследования №1 Зола уноса, г 400 Жидкое стекло, г 95 Вода, г 5 Связующее, г 100 Остаток золы-уноса, г 97 Гранулы, г 402 Поглощение золы-уноса на 1 г жидкого стекла 3,03 Вариант исследования №2 Зола уноса, г 400 Жидкое стекло, г 90 Вода, г 10 Связующее, г 100 Остаток золы-уноса, г 118 Гранулы, г 379 Поглощение золы-уноса на 1 г жидкого стекла 2,82 Вариант исследования №3 Зола уноса, г 400 Жидкое стекло, г 85 Вода, г 15 Связующее, г 100 Остаток золы-уноса, г 104 Гранулы, г 395 Поглощение золы-уноса на 1 г жидкого стекла 2,96 Вариант исследования №4 Зола уноса, г 400 Жидкое стекло, г 80 Вода, г 20 Связующее, г 100 Остаток золы-уноса, г 97 Гранулы, г 395 Поглощение золы-уноса на 1 г жидкого стекла 3,03 Вариант исследования №5 Зола уноса, г 400 Жидкое стекло, г 70 Вода, г 30 Связующее, г 100 Остаток золы-уноса, г 121 Гранулы, г 377 Поглощение золы-уноса на 1 г жидкого стекла 2,75 Вариант исследования №6 Зола уноса, г 400 Жидкое стекло, г 50 Вода, г 50 Связующее, г 100 Остаток золы-уноса, г 112 Гранулы, г 379 Поглощение золы-уноса на 1 г жидкого стекла 2,88

Изобретение относится к области переработки золы-уноса угольных электростанций с целью обеспечения транспортировки любым транспортным средством продукта из золы-уноса без пыления, а также для использования в качестве наполнителей для строительных растворов, бетона или искусственных камней. Способ получения гранулята – наполнителя для строительных растворов, бетона или искусственных камней, из мелкодисперсной золы-уноса включает формирование в тарельчатом грануляторе гранул из золы-уноса с использованием жидкого стекла и процесс набора их прочности. При этом используют натриевое жидкое стекло плотностью 1,36-1,5 г/см³. Формирование гранул производят в указанном грануляторе, где во вращающуюся массу золы-уноса дозируют натриевое жидкое стекло, разбавленное водой, при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанное натриевое жидкое стекло 50, вода 50, что обеспечивает поглощение 2,88 г золы-уноса 1 г натриевого жидкого стекла за 1 сут. Гранулы формируют сферической формы диаметром от 6 до 20 мм. Процесс набора прочности осуществляют при температуре 22°С. Технический результат – упрощение технологического процесса изготовления и уменьшение затрат на получение гранулята прочного и стойкого к истиранию из мелкодисперсной золы-уноса тепловых электрических станций без термообработки. 5 табл.

Способ получения гранулята – наполнителя для строительных растворов, бетона или искусственных камней, из мелкодисперсной золы-уноса, включающий формирование в тарельчатом грануляторе гранул из золы-уноса с использованием жидкого стекла и процесс набора их прочности, отличающийся тем, что используют натриевое жидкое стекло плотностью 1,36-1,5 г/см³, формирование гранул производят в указанном грануляторе, где во вращающуюся массу золы-уноса дозируют натриевое жидкое стекло, разбавленное водой, при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанное натриевое жидкое стекло 50, вода 50, что обеспечивает поглощение 2,88 г золы-уноса 1 г натриевого жидкого стекла за 1 сут, гранулы формируют сферической формы диаметром от 6 до 20 мм, а процесс набора прочности осуществляют при температуре 22°С.