СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЗОЛЫ-УНОСА, ОБРАЗУЮЩЕЙСЯ ПРИ СЖИГАНИИ УГЛЕЙ, В АКТИВНУЮ МИНЕРАЛЬНУЮ ДОБАВКУ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2024 года по МПК C04B18/10 C04B18/08 B09B3/00 B09B3/38 

Область использования

Изобретение относится к области переработки отходов, в частности к переработке золы-уноса от сжигания углей с целью последующего ее использования в качестве активных минеральных добавок в производстве строительных материалов.

Уровень техники

Известен способ переработки золошлаковых отходов тепловых электростанций для производства строительных изделий (патент РФ № 2667940, класс С04В 18/10, публ. 25.09.2018) - аналог, включающий интенсивное перемешивание жидкого шлака или шлакового расплава с золой-уноса, отбираемой непосредственно из бункеров, быстрое охлаждение золошлаковой смеси воздушно-водяными струями при ее аэродинамическом распылении, сушку золошлаковой смеси до влажности менее 1%, складирование полученной смеси.

Недостатком указанного способа является большое количество технологических операций и высокое энергопотребление.

Известен способ подготовки золы-уноса от сжигания углей для использования в производстве строительных материалов (патент РФ № 2138339, кл. С04В 18/10, публ. 27.09.1999) - аналог, включающий обработку золы-уноса серной кислотой концентрацией 50-300 г/л при соотношении массы золы и объема раствора 1:4-10 при температуре 18-90°С, причем в раствор выщелачивания вводят добавку хлорида натрия с последующим перемешиванием в аппарате при температуре 40-90°С в течение 1-6 ч.

Недостатком данного способа является сложность его применения.

Известен способ переработки золошлаковых отходов тепловых электростанций для производства строительных изделий (патент РФ № 2700609, кл. С04В 18/10, публ. 18.09.2019) - прототип, включающий термическую обработку во вращающей печи при температуре 1200-1600°С, перемешивание с золой-уноса, отбираемого из бункеров, установленных под золоуловителями котлов электростанции, охлаждение полученной смеси, сушку переработанной смеси до влажности не более 1%, с последующей магнитной сепарацией, 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 двуокиси гипса и/или сульфата алюминия и материалов из отсевов дробленых карбонатных горных пород с последующим сепарированием этой молотой смеси по замкнутому циклу путем разделения на готовую смесь, окончательное перемешивание всех полученных компонентов и складирование, причем суммарное количество всех добавок составляет 1-15% от сухой массы переработанной смеси шлакового расплава с золой-уноса.

Недостатком указанного способа является сложность его применения, а также низкая энергоэффективность. Многоэтапность способа переработки, включающая в себя термическую обработку, сушку переработанной смеси, а также необходимость в совместном тонком помоле при введении добавок активаторов с последующим сепарированием в значительной степени увеличивает стоимость получаемого продукта тем самым снижая его промышленную применимость.

Известен способ переработки золошлаковых отходов тепловых электростанций для производства строительных изделий (патент РФ № 2515786, кл. С04В 18/10, публ. 20.05.2014) - аналог, в котором 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 мас.%: зола-уноса 72-81; шлаковое вяжущее 18-9,0; вода - не более 10; добавки-активаторы твердения - до 0,5.

Недостатком данного способа является наличие щелочей, являющихся вредными примесями в составе продуктов переработки ЗШО, что не позволят обеспечить их требуемые стабильные характеристики и качество.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом изобретения является создание доступного и эффективного способа переработки золы-уноса, образующейся при сжигании углей, к использованию в производстве строительных материалов в качестве активных минеральных добавок для цемента, бетона, растворов и других материалов при производстве строительных изделий, уменьшение седиментационного расслоения бетонной и растворной смеси, а также снижение усадочных деформаций бетонных изделий, полученных с использованием активной минеральной добавки приготовленной по предлагаемому изобретению, повышение прочности и трещиностойкости изделий.

Технический результат достигается тем, что в способе переработки золы-уноса, образующейся при сжигании углей, в активную минеральную добавку для производства строительных изделий, включающем перемешивание золы-уноса с добавками-активаторами твердения, складирование, золу-уноса используют влажностью не более 0,5%, в качестве добавок-активаторов твердения используют органические активаторы – поликарбоксилат, формиат и гидроксид кальция при следующем соотношении компонентов, мас.%: зола-уноса 99,375-99,936; поликарбоксилат 0,05-0,6; формиат 0,010-0,015; гидроксид кальция 0,004-0,01, все компоненты вводят в смеситель-активатор с последующим перемешиванием в течение 2-3 минут, затем в смесителе-активаторе создают избыточное давление порядка 0,8 атмосфер за счет подачи воздуха от компрессора, после чего полученную смесь перемешивают еще 5 минут, готовую активную минеральную добавку выгружают.

Подробное описание изобретения

Как известно, зола-уноса состоит в основном из стеклянных сферических частиц с вариацией содержания кальция и железа. Эти частицы обладают вяжущими свойствами и при реакции с водой, медленнее, чем портландцемент, но образуют цементный камень. Наиболее негативную роль играют зерна СаО. Эти зерна реагируют с водой со значительным увеличением объема и заметно медленнее основной массы золы, в т.ч. из-за капсулирования стеклом. Механическая обработка золы-уноса в смесителе-активаторе под воздействием избыточного давления способствует деформации и частичному разрушению стеклянных капсул, что значительно повышает гидравлическую активность золы-уноса, ускоряет процессы гидратации остаточной СаО свободной, и решает причисленные проблемы.

Таким образом, в предлагаемом изобретении обеспечивается более полная гидратация СаО свободной при затворении водой предварительно механохимически активированной золы-уноса, что в свою очередь предотвращает неравномерность изменения объема при твердении, а, следовательно, деструктивные явления (трещинообразование) в поздние сроки эксплуатации изделия.

Кроме того, введение в состав органических и неорганических активаторов способствует увеличению подвижности бетонных и растворных смесей, изготовленных с применением активной минеральной добавки, приготовленной по предлагаемому изобретению, без перерасхода цемента и при сохранении низкого водовяжущего отношения. При этом способствует снижению усадочных деформаций в изделии, повышению прочности и трещиностойкости изделий.

Введение в бетонную смесь активной минеральной добавки, изготовленной по предлагаемому изобретению способствует сокращению расхода цемента и увеличению растворной составляющей за счет низкой средней плотности золы-уноса по сравнению с портландцементом и появлению эффекта наполнения. Таким образом, замена части портландцемента по массе активной минеральной добавкой приводит к повышению подвижности бетонной смеси. Эффект наполнения проявляется в отсутствии водоотделения в свежеприготовленной бетонной смеси, а в готовом бетонном изделии повышаются прочность, трещиностойкость, снижаются усадочные деформации.

Примеры осуществления способа

Пример 1.

Золу-уноса влажностью не более 0,5% в количестве 99,375 мас.% засыпают в смеситель-активатор герметичного исполнения, затем добавляют органические активаторы в количестве, мас.%: поликарбоксилат - 0,6; формиат - 0,015; гидроксид кальция - 0,01, перемешивают в течение 2 минут с последующим созданием в смесителе-активаторе избыточного давления порядка 0,8 атмосфер за счет подачи воздуха от компрессора, после чего полученную смесь перемешивают еще 5 минут. Готовую активную минеральную добавку (АМД) выгружают из смесителя-активатора и отправляют на склад готовой продукции.

Пример 2.

Золу-уноса влажностью не более 0,5% в количестве 99,936 мас.% засыпают в смеситель-активатор герметичного исполнения, затем добавляют органические активаторы в количестве, мас.%: поликарбоксилат - 0,05; формиат - 0,010; гидроксид кальция - 0,004, перемешивают в течение 3 минут с последующим созданием в смесителе-активаторе избыточного давления порядка 0,8 атмосфер за счет подачи воздуха от компрессора, после чего смесь перемешивают еще 5 минут. Далее готовую активную минеральную добавку (АМД) выгружают из смесителя-активатора и отправляют на склад готовой продукции.

Примеры применения активной минеральной добавки (АМД) приготовленной по предлагаемому изобретению:

1. Изготовление бетона класса В25

Исследуемые составы бетона В25

2. Изготовление керамзитобетона класса В15

Исследуемые составы керамзитобетона В15 для производства наружных стеновых панелей. Дата испытания 28.01.2022 г.

Изобретение относится к области переработки отходов, в частности к переработке золы-уноса от сжигания углей с целью последующего ее использования в качестве активной минеральной добавки в производстве строительных материалов. Способ включает введение в смеситель-активатор золы-уноса влажностью не более 0,5%, органических активаторов - поликарбоксилата, формиата и гидроксида кальция, и их перемешивание в течение 2-3 минут. Затем в смесителе-активаторе создают избыточное давление порядка 0,8 атмосфер за счет подачи воздуха от компрессора. Осуществляют перемешивание полученной смеси в течение 5 минут. Готовую активную минеральную добавку выгружают и складируют. Компоненты используют при следующем соотношении, мас.%: зола-уноса 99,375-99,936, поликарбоксилат 0,05-0,6, формиат 0,010-0,015, гидроксид кальция 0,004-0,01. Технический результат - повышение эффективности способа переработки золы-уноса, уменьшение седиментационного расслоения бетонной и растворной смеси, снижение усадочных деформаций, повышение прочности и трещиностойкости бетонных изделий. 4 табл., 2 пр.

Способ переработки золы-уноса, образующейся при сжигании углей, в активную минеральную добавку для производства строительных изделий, включающий перемешивание золы-уноса с добавками-активаторами твердения, складирование, отличающийся тем, что золу-уноса используют влажностью не более 0,5%, в качестве добавок-активаторов твердения используют органические активаторы - поликарбоксилат, формиат и гидроксид кальция, при следующем соотношении компонентов, мас.%: зола-уноса 99,375-99,936; поликарбоксилат 0,05-0,6; формиат 0,010-0,015; гидроксид кальция 0,004-0,01, все компоненты вводят в смеситель-активатор с последующим перемешиванием в течение 2-3 минут, затем в смесителе-активаторе создают избыточное давление порядка 0,8 атмосфер за счет подачи воздуха от компрессора, после чего полученную смесь перемешивают еще 5 минут, готовую активную минеральную добавку выгружают.