CS69291A2 - Light-weight building material and method of its production - Google Patents

Description

Vynález se týká lehkého stavebního materiálu a způsobujeho výroby, zvláště pak, nikoliv však výlučně, se týkázpůsobu výroby lehkého agregátu pro použití ve stavebníchmateriálech a takového agregátu.

Dosavadní stav techniky

Jsou známy četné způsoby výroby lehkých agregátů ne bá-zi jílu pro beton. Tyto způsoby zahrnují zpravidla peleti-zaci a tepelné zpracování nadouvatelných jílů.

Tepelná rbztažnost nebo nadouvatelnost jílů je bučí. při-rozenou charakteristikou jílu nebo je to vlastnost navodi-telná přísadou různých chemikálií, které nadouvóní způsobu-jí. Naleziště těchto speciálních jílů jsou vzácnější než běž-ných jílů, používaných pro výrobu cihel a chemikálie, způ-sobující nadouvání, jsou drahé. Způsoby výroby pelet nadou-váním jílu jsou poměrně drahé a vyžadují značná investičnínáklady.

Použití uhelného prachu ve směsi s jílem pro výrobustavebních materiálů je známé. Hmotnostně 4 až 6 % jílu,používaného pro výrobu cihel, tvoří často uhelný prach apoužívá se ho k napomáhání vypalování cihlářských produktů,jelikož uhlí zhoří za vytváření rovnoměrně rozptýlenéhovnitřního tepla v jílu. Jinak uhlíkaté materiály, inherent-ně obsažené v jílu, představují nedostetek a je třeba jespálit. Britský patentový spis číslo 149347 popisuje způsobpeletizace, při kterém se vypaluje takový nežádoucí uhlí-katý materiál. Přidávání uhlí k jílu za účelem předehřátí jílu při spálení uhlí- je také popsáno v britském patentovém spise číslo 1 356443, který se týká způsobu výroby lehkého staveb-ního agregátu ze použití jílu. Jíl se peletizuje a vypalu-je, uhlí však nemá funkci vytvářet vylehčení konečného ag-regátu.

Agregát se vytváří převedením suroviny do kapalnéhostavu v přítomnosti řízené atmosféry k vymezení uvolňováníplynů a kapalina se pak rozdělí do kapiček a tyto kapičkyexpanduji, při jejich uvedení do atmosféry odlišného slože-ní za způsobení expanze. Úkolem vynálezu je vyvinout jednoduchý a účinný způsobvýroby lehkého stavebního materiálu a zvláště, nikoliv všakvýlučně, lehkého agregátu.

Podstata vynálezu.

Podstata výroby lehkého stavebního materiálu spočívápodle vynálezu v tom, že se mísí práškovitý jíl s dostatečnýmmnožstvím uhelného prachu k vytvoření oblastí uhelného prachuve směsi, které představují určenou hustotu dutin, vytvoříse směs a směs se pak vypaluje v podstatě k vyhoření uhel-ného prachu a k vytvrzení jílu a k vytvoření dutin po vyho-řelém uhlí, dispergovaných v jílu tvarované. směsi.

Směs se s výhodou peletizuje před vypalováním a peletyse vypalují při teplotě dostatečné k zesklelnění nebo k ne-tavení vnějšího povrchu pelet k uzavření dutin a ke sníženíporozity pelet. Jíl může obsahovat hmotnostně 60 % oxidu křemičitého, 20 % oxidu hlinitého a 10 % oxidu železitého, přičemž obsahuhelného prachu ve směsi jako celku je hmotnostně 40 až 70%. Alespoň 60 % uhelného prachu má mít velikost částic 150až 1000 mikrometrů.

Způsob je také vhodný pro výrobu pelet, kterých se můžepoužívat jako vsázky v plynných redukčních procesech a které se mohou zahřívat v redukční atmosféře k uvolňování těkavýchsložek z uhlí. K dalšímu zahřívání pelet dochází s párou při zvýšenýchteplotách, čímž dochází ke konverzi zbylého uhlí v peletáchza vzniku oxidu uhelnatého a vodíku.

Reakcí další zbytkový uhlík v peletách s. řízením množ-stvím kyslíku vyvíjí dostatečné množství tepla k dosaženíslinovací teploty zbylého jílu v peletách.

Vynález se také týká stavebních materiálů, vyrobenýchshora uvedeným způsobem.

Vynález je dále popsán pomocí příkladu praktického pro-vedení a pomocí výkresu, na kterém je schéma výrobního postupu. Toto následující příkladné provedení však neznamená nijaké omezení vynálezu. Příklady provedení vynálezu Příklad 1 Běžná cihlářská hlína, obsahující přibližně hmotnostně60 % oxidu křemičitého, 20 % oxidu hlinitého a· 10;'% oxiduželezitého, se smísí s jemným uhelným prachem, jehož ales-poň 60 % částic má velikost 150 až 1000 mikrometrů. Tentouhelný prach tvoří hmotnostně 70 % směsi. Směs se pakzvlhčí a peletizuje se a pak se pelety nechají vyschnoutna slunci. Pak se pelety vypalují v peci, ve které se za-pálí a potom hoří jako palivo.

Pelety, získané tímto způsobem, jsou tvrdé a lehké,přičemž v nich uhelný prach v podstatě vyhořel. Zkoušenípelet dokládá, že uhelný prach tvoří jen malé oblasti nebokapsy ve směsi, přičemž vyhořením zanechává dutiny, kterévylehčují materiál a které jsou vyplněny bud plynnými zplo-dinami hoření nebo vzduchem, nebo popelem z vyhořelého uh-lí nebo směsí všech těchto produktů hoření.

Pelety se pak dále vypalují k dosažení zeskelnění povr- 4 chu, přičemž dochází k netavení povrchu & k jeho utěsnění,čímž se sníží porozita povrchu pelet, tři přimíchání do ce-mentové směsi, vytvarování směsi a ponechání vytvrdit v prů-běhu doby, se získají lehké cihly nebo tvárnice, které vy-kazuji velmi dobré pevnostní vlastnosti. Hustota konečné pe-letizované směsi je přibližně 420 kg/πΡ. Pelety se vsak prosvůj vysoký obsah uhlí mohou také spalovat jakožto surovinapři procesech pro získání produktů zplyňování uhlí.

Použití pelet při tomto způsobu umožňuje spalovat pe-lety jakožto vedlejší produkty při dalších procesech, jek jetaké znázorněno na obr.

Jak je patrno z obrázku, začíná proces odděleným mletímuhlí a jílu na vhodnou velikost částic v mlýnech j_. Velikostčástic uhlí určuje velikost dutin v peletách. Zpravidla sedbá toho, aby hmotnostně 70 % uhelných částic mělo průměr1000 mikrometrů. Jemně rozptýlené uhlí a hlína se pak zavá-dějí do mísiče 2. Ί mísiči 2. se uhelné částice a částice hlíny dokonalepromísí a zvhčí se malým množstvím vody, načež se zavedoudo extruderu 3.. Ze zvlhčené směsi se pak vytlačují pelety,které mají válečkovitý tvar, přičemž se průměr válečku rov-ná délce válečku. Pelety jsou tímto způsobem predtvarované,čímž se urychlí jejich peletizace v peletizátoru 4, do kte-rého se zavádějí z extruderu 3.. Při peletizaci působí hlína jakožto pojidlo uhelnýchčástic. V peletizéru 4 se válečkovité výtlečky převalují zavzniku kulatých pelet. Je možno vyrábět pelety různé veli-kosti od 6 do 30 mm v průměru.

Po případě se do směsi může přidávat vápno ve formě prášku, když se počítá s atmosferickým znečištěním. Tímto způso-bem se totiž zabraňuje vytváření korozivních, síru obsahu-jících plynů, je.dich reakcí s vápenem v posledních stupníchprocesu, kdy se na pelety působí vysokými teplotami v re-dukční atmosféře. Vápno také snižuje přilnavost jednotli- - 5 - vých pelet. Z peletizéru 4, se pelety ze směsi uhlí a hlíny zavádějído sušáku 2» kde se suší při teplotě 100 °C. Tím peletyztvrdnou, jelikož se uplatní pojidlové schopnosti hlíny. Při sušeni se také z pelet odstraní nadbytek vody. Voda to-tiž vede k vytváření páry v peletách při vyšších teplotáchpři následném zpracování, přičemž pára způsobuje lámání pe-let. Pelety se pak zavádějí do řady šachtových nebo rotačníchpeci nebo do peci s fluidizovenou vrstvou.

Podle příkladného provedení se počítá s šachtovou pecí 6. Pelety se nejdříve předehřívají v předehřívací peci 6a.kde je teplota 600 °C. V další peci 6b dochází ke spalováníuhlí, ze které se plynné uhlovodíky zavádějí do kondenzá-toru 10 a používá se jich pak jakožto paliva nebo jakožtochemické suroviny o sobě známými způsoby. Do kondenzátoru .. 10 se zavádí voda a odvádějí se z něho kapalné uhlovodíky aamoniak. Voda se přivádí potrubím 10a a produkty se z kon-denzátoru 10 odvádění potrubím 1 Ob. Potřebná tepelná ener-gie se do pece 6b zavádí prostřednictvím horkého plynu/přibližně 100 °C/, hlavně prostřednictvím vodíku a oxidu u-helnetého, získaných zplyňováním uhlí ve zplyňovací peci 6c.

Ve zplyňovací peci 6b se předehřáté pelety podrobujízplynování. Do pece se zavádějí pára a vzduch, které rea-gují s částí obsaženého uhlí v peletách ze vzniku směsi vodí-ku e oxidu uhelnatého v souhlase s reakcí vodního plynu,která je dobře známe z výroby plynných paliv z uhlí. Tatoendotermická reakce vyžaduje přídavnou tepelnou energii,která se produkuje v peci reakcí zbylého obs8hu uhlí v pe-letách s omezeným množstvím kyslíku, které se řídi ke zvý-šení teploty pelet ne přibližně 1100 °C, čímž se zajistí,že se nepřestoupí teplota zeskelnění nebo netavení hlíny. V tomto kritickém stupni procesu částice uhlí v pele- tách zcela vyhoří, přičemž vzniknou dutiny vyplněné po- - 6 - pelem ε vzduchem, rovnoměrně rozptýlené v jílových peletách.Tyto dutiny v jílu jsou zodpovědný zs sníženi hustoty peleta ze vytvoření vhodně porézních hlinitých pelet pro použitik výrobě lehkých agregátů. Vysoké teploty vedou ke slinutíhlíny v peletách a k dosažení vysoké tvrdosti.

Porézní pelety se pak .ochladí a může se jich použít provýrobu lehkých agregátů.

Za určitých okolností však může být porozita pelet nevýhodou a je žádoucí uzavřít a utěsnit povrch pelet. Může býttaké žádoucí vytvrdit ještě dále pelety zvýšením slinovacíteploty, čímž se řídí zeskelnění nebo roztavení hlíny.

Porézní pelety se k tomuto účelu zavádějí do pece 7,s fluidizovanou vrstvou nebo do /neznázorněné/ rotační pece,kde se pečlivě řízená teplota zvýší nad teplotu zeskelně-ní hlíny, přičemž se však pelety ponechávají při takovéteplotě jen po dobu dostatečně dlouhou ke zeskelnění povr-chu pelet. Hliněný povrch pelet se přitom nataví a utěsnídutiny na povrchu pelet. Pelety jsou pak neporézní v důs-ledku tenké zeskelněné vrstvičky, která peletu obaluje. K předcházejí přilnavosti pelet, když jejich povrchzeskleňuje, se může zavádět jemný vápenný prášek, kterýpovrch pelet tence pokrývá.

Potřebná tepelná energie pro pec 7. s fluidizovanou vrstvou nebo pro /neznázorněnou/ rotační pec se získá z horké-ho plynného paliva, zvláště z vodíku a oxidu uhelnatého,které se vytvářejí ve zplyňovací peci 6c.

Pelety se pak ochladí v šachtové peci 8 a odváděnéteplo se zavádí do výměníku 2 tepla pro výrobu horkéhovzduchu, který se z výměníku 9 jtepla zavádí do sušáku 5.a generuje se v měn pára potřebná pro zplynování. Do vý-měníku 2 tepla se také zavádí odpadní plyn z pece 7. s flui-dizovanou vrstvou nebo z /neznázorněné/ rotační pece.

Celý popsaný proces je nejen autotermálni, ale může ta- ké nadbytečnou energii ve formě páry nebo horkého plynu do - - 7 - dávat venkovnímu živé telí.

Jek je patrno z obr, jsou jednotlivé stupně výrobníhoprocesu tepelně propojeny. Tak z kondenzátoru 10 se pára za-vádí zplyňovací peci 6c potrubím 11. ze které se pak plynjakožto palivo odvádí potrubím 12 a potrubím 13 se pak vedebuá do pece 6b nebo ďo pece 2. s fluidizovahou vrstvou potru-bím JJ?. Z. pece 7 s fluidizovenou vrstvou se horký plyn zavádí do výměníku 2 tepla potrubím 16. Z peci 6b se plynné uh-lovodíky zavádějí do kondenzátoru 10 potrubím 17« Z výmění-ku tepla £ se horhý vzduch odvádí do sušáku potrubím 18.

Aby se případně ve výměníku 2 tepla mohla vyvíjet pára, zavádí se do něho potrubím 19 voda. '^ato pára se pak potrubím 20může zavádět do potrubí 11 a do zplyňovací pece 6 c. Do pele tizátoru 4;vse případně potrubím 21 zavádí vápno. Potrubím 22se do zplyňovací pece 6c zavádí vzduch. Účinné využívání produktů spalování uhlí snižuje provozní náklady při výrobě lehkého agregátu, a tyto produkty spa-lování jsou ve skutečnosti vedlejším produktem procesu. Přivýrobě nenákladného lehkého agregátu podle vynálezu nejsoutaké žádné problémy s popelem a s jeho nutným skládkováním.

Průmyslové využitelnost

Nenákladný, energeticky výhodný a bezodpadový způsob výroby lehkého stavebního materiáou a agregátů, kterých lzepoužívat pro lehčené stavební hmoty.

Claims (9)

1. 8 PATENTOVÉ NÁROKY Μ» SS*·1’ G9Jl

   1. Způsob výroby lehkého stavebního materiálu, vyznačenýtím, že se misí hliněný prášek a dostatečné množství uhel-ného prachu k vytvořeni oblastí uhelného prachu ve směsi v souhlase s požadovaným množstvím dutin, směs se tvaruje,vypaluje se v. podstatě k vyhořeni uhelného prachu a k vy-tvrzení hlíny za vzniku dutinek po spáleném uhlí rozptýlenýchve hlíně tvarované směsi.
2. 2. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že se směs před vy-palováním tvaruje na pelety.
3. 3. Způsob podle bodu 1 a 2, vyznačený tím, že se peletyvypalují při teplotě dostatečné ke zesklovatění nebo k neta-vení vnějšího povrchu pelet k uzavření dutin a ke snížení po-rozity pelet.
4. 4. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že ses uhelným pra- i chem mísí hlína obsahující hmotnostně 60 % oxidu křemičitého,20 % oxidu hlinitého a 10 % oxidu železitého.
5. 5. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že uhelného prachu ve směsi jako celku je hmotnostně 40 až 70 %. 6. ·· Způsob podle bodu 2, vyznačený tím, že hmbtnostně 60 % uhelného prachu má velikost částic 150 až 1000 mftkrometrů.
6. 7. Způsob podle bodu 3, vyznačený tím, že se pelet pou-žívá jakožto vsázky v procesech redukce plynem, přičemž sezahřívají v redukční atmosféře za uvolňování těkavých složek z uhlí.
7. 8. Způsob podle bodu j, vyznačený tím, že se pelety udr-žují na zvýšené teplotě v přítomnosti páry, čímž dochází kekonverzi zbylého uhlí v peletách na oxid uhelnatý a vodík.
8. 9. Způsob podle bodu 8, vyznačený tím, že se dále ne-chává reagovat zbytkový uhlík v peletách s řízeným množstvímkyslíku k vyvinutí dostatečného tepla pro slinutí hliněnýchpelet.
9. 10. Stavební materiál přepravitelný způsobem podle bodu1 až 9.