CZ279740B6 - Postup hašení nehašeného vápna obsaženého v popílku - Google Patents

Abstract

Provede se předhydratace popílku studenou vodou, načež se takto předhydratovaná směs zpracuje v nádobě pod tlakem nasycené nebo přehřáté páry při teplotě 130 až 250 stupňů C. Tento způsob může být použit pro všechny produkty obsahující nehašené vápno určené k vyhašení.ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu hašení nehašeného vápna obsaženého v popílku.

Dosavadní stav techniky

Popílky pocházející z elektráren se dělí do dvou základních kategorií. První kategorie těchto elektrárenských popílků zahrnuje křemíko-hlinité popílky, které mají pucolánové vlastnosti a které se používají v betonech a maltách. Druhá kategorie elektrárenských popílků zahrnuje sulfovápenaté popílky, které mají pucolánové a hydraulické vlastnosti a které by mohly být v širší míře používány jako hydraulické pojivo v betonech a maltách. Tato druhá kategorie elektrárenských popílků zejména vzniká jako vedlejší produkt při spalování směsi obsahujících v různých poměrech uhlí a lignit v práškové formě v elektrárnách. Tyto popílky obsahují významné množství sloučenin vápníku, jejichž část byla již původně obsažena v produktu spalování, přičemž další část těchto sloučenin byla k vedlejším produktům spalování přidána při desulfuračním zpracování spalin /odtud pochází jejich označení sulfovápenaté popílky/.

Nehašené vápno, které je v uvedených sloučeninách vápníku někdy velmi výrazně zastoupeno, způsobuje v maltách nebo betonech, jejichž součást tvoří, nežádoucí tendenci k rozpínání betonu a malty, což značně omezuje možnost použití elektrárenských popílků v uvedených betonech a maltách. Je známo, že je možné vyhasit vápno obsažené v popílku, aniž by se přitom zhoršila hydraulická a pucolánová kapacita ostatních složek popílku.

Rozpínání nehašeného vápna v okamžiku jeho hydratace je důsledkem jevu, označovaného jako bobtnání vápna; v důsledku tohoto jevu má hašené vápno zdánlivý objem, který je roven více než dvojnásobku původního objemu nehašeného vápna. Vzhledem k tomu, že hydratace nehašeného vápna. Vzhledem k tomu, že hydratace nehašeného vápna obsaženého v popílku probíhá velmi pomalu, může ke zjevnému rozpínání betonu nebo malty, ve kterých byl takový popílek použit, docházet až několik týdnů nebo dokonce měsíců po odliti betonu nebo malty, obsahující surový popílek, který nebyl předběžné nikterak zpracován.

Pro některé popílky /například z fluidního lože/, jejichž nehašené vápno by se vyhasilo vodou při aglomeraci popílku, může být také užitečné vyhasit toto nehašené vápno ještě před jeho použitím, aby se tím mimo jiné zabránilo uvolňování tepla odpovídajícího hašení vápna při vlastním použití popílku.

Hašení nehašeného vápna v popílku, který ho obsahuje, představuje velmi choulostivou operaci. Voda přidaná k surovému popílku totiž nesmí vyvolat hydrataci křemičitanů a hlinitanů vápenatých, které uděluji popílku pucolánové vlastnosti. Kromě tohoto se nehašené vápno, které je přítomné v popílku, pocházejícím ze spalováni paliv, hydratuje jen velmi pomalu, což je, jak se zdá, zaviněno přítomnosti uvedených křemičitanů a hlinitanů,

-1CZ 279740 B6 které se přednostně slučují s hašeným vápnem a zpomalují tak hydrataci uvnitř zrn nehašeného vápna. Je tedy zřejmé, že při hašení vápna v popílku musí být splněny dvě vzájemně si odporující podmínky: hydratovat směs dostatečně dlouho, aby se vyhasilo veškeré nehašené vápno v popílku a současně přerušit tuto hydrataci ještě před tím, než dojde ke znehodnocení hydraulických a pucolánových vlastností některých složek popílku.

Snahu o vyřešení tohoto rozporu představuje řešení popsané ve francouzském patentovém spisu FR-A-2501-669. Je známo, že hydratace prováděná při teplotě vyšší než 120 ^CC nezhoršuje hydraulické vlastnosti křemičitanů a hlinitanů přítomných v popílku. Bylo tedy navrženo provádět hašeni vápna v popílku při této teplotě a za tlaku, aby byla při hašení k dispozici kapalná fáze, protože nehašené vápno nemá žádnou afinitu k páře v případě, kdy je popílek příliš teplý na to, aby vyvolal kondenzaci této páry. Způsob navržený v uvedeném francouzském patentovém spisu FR-A-2 501 669 má však nicméně některé nedostatky vzhledem k tomu, že je při jeho provádění nezbytné předběžně opětovně zahřát zpracovávaný popílek, že vyžaduje uzavřený reakční prostor s injektáží hydratační vody přehřáté na teplotu vyšší než 130 °C, která se nesmí odpařit předtím, než zreagovala s popílkem, a že je nezbytné použít míchací zařízení pro zajištění intimního smíšení popílku s přehřátou vodou.

Podstata vynálezu

Podle vynálezu se navrhuje ekonomičtější alternativa uvedeného způsobu zpracování popílku, při které je možné zpracovat popílek v první fázi tohoto způsobu při obyčejné teplotě, přičemž ve druhé fázi tohoto způsobu se zpracování popílku provádí při zvýšené teplotě a za tlaku za účelem dokončení hydratace vápna a inhibice reakcí, které by mohly vést ke ztrátě hydraulické kapacity popílkové směsi.

Předmětem vynálezu je způsob hašení vápna obsaženého v popílku, jehož podstata spočívá v tom, že zahrnuje první fázi, ve které se popílek zvlhči při okolní teplotě, a druhou fázi, ve které se takto hydratovaná směs zavede do nádoby pod tlakem nasycené nebo mírně přehřáté páry na teplotu 130 až 250 °C. Obě fáze mohou být popřípadě provedeny v jedné a téže nádobě. V tomto případě je důležité ujistit se o úplné hydrataci /cíl první fáze/ předtím, než se započne odpařování /v průběhu druhé fáze/.

Na rozdíl od známého stavu techniky tedy vynález navrhuje realizovat při způsobu hašeni první etapu, spočívající v předhydrataci popílku studenou vodou, o které bylo zjištěno, že zvyšuje účinnost hydratace za tepla, která tvoří druhou fázi způsobu podle vynálezu. Je nicméně vhodné stanovit optimální množství vody, které je třeba inkorporovat do popílku v první fázi způsobu. Toto množství musí být větší než množství, které je stechiometricky nezbytné k vyhašeni veškerého přítomného nehašeného vápna, což lze vypočíst při znalosti obsahu volného vápna v popílku a provedení korekce na přítomnost dalších oxidů, například oxidu hořečnatého.

Pro vyšší množství vody, než je toto nejnižší mezní množství, byly provedeny zkoušky s finálním produktem pomocí testů

-2CZ 279740 B6 definovaných normou P 15-432 Expanzní zkoušky za tepla za použití jehlových forem, nazývaných Le Chatelier, a to za účelem stanovení úlohy tohoto výchozího množství vody a jejího vlivu na finální produkt, pokud jde o hašení vápna. Jestliže tedy bylo pro určitý popílek vypočteno, že množství vody stechiometricky nezbytné k vyhašení veškerého přítomného nehašeného vápna, je rovno 8 %, potom bylo zjištěno, že optimální obsah vody je roven asi 20 % /hmotnost vody vztažená na celkovou hmotnost popílku/, což odpovídá minimálnímu rozestupu uvedených jehel /Le Chatelier/.

Tento obsah ostatně odpovídá i přechodovému pásmu pokud jde o konsistenci testovaného za studená hydratovaného popílku. Do tohoto obsahu má směs pískovitou konsistenci, která se může popřípadě projevit dočasným tuhnutím ve hmotě obecně doprovázeným bobtnáním. Při vyšším obsahu vody má směs kašovitou konsistenci, dochází k tuhnutí a k následnému bobtnání, jakož i k více nebo méně dlouhodobému zhoršení mechanických vlastností a případně k návratu k práškové konsistenci.

Toto množství určuje možnost nebo nemožnost provedení skladování mezi oběmi fázemi způsobu podle vynálezu, protože ovlivňuje dobu počátku tuhnutí ve hmotě uvedené směsi. Při skladování bude nezbytné opatrně volit podmínky tohoto skladování, aby se omezilo riziko zhoršení pucolánové kapacity směsi, přičemž je třeba také vzít v úvahu samospotřebu volného vápna přítomného ve směsi, což by mohlo vést ke snížení hydraulické kapacity vyhašeného popílku.

V uvedené první, tzv. předhydratační fázi způsobu podle vynálezu může být výhodné přidat ke směsi urychlovač tuhnutí. Výhodně se přidá asi 2 % hmot. chloridu vápenatého, vztaženo na hmotnost popílku. Při studiu vlivu množství přidaného urychlovače tuhnutí byly zhotoveny zkušební vzorky směsi, které byly potom podrobeny shora uvedenému testu, přičemž bylo při zachování všech ostatních stejných podmínek zjištěno, že právě vzorky s uvedeným množstvím přísady vykazovaly minimální expanzi za tepla. Zavedení chloridu vápenatého do směsi však vyžaduje nové stanovení optimálního obsahu předhydratační vody. Nicméně přitom bude vhodné vzít v úvahu finální určení takto zpracovaného popílku, protože chlór může být kontraindikován v rezultujícím betonu.

Při provádění způsobu podle vynálezu bude třeba počítat, a to jak v případě, kdy se k předhydratační vodě přidá uvedená přísada nebo v případě, kdy se tato přísada k předhydratační vodě nepřidá, se silnou exotermní reakcí doprovázenou výrazným bobtnáním a s uvolňováním páry v době následující po uvedené první f ázi.

Pokud jde o druhou fázi způsobu podle vynálezu, bylo pro ní především stanoveno teplotní rozmezí 130 až 250 ’C, a to z následujících důvodů:

- zkoušky prokázaly, že při teplotě nižší než 120 °C je nebezpečí spočívající v tom, že přítomné hlinitany a křemičitany budou atakovány přebytečnou vodou a že popílek ztratí svojí pucolánovou kapacitu;

-3CZ 279740 B6

- teplota směrem nahoru je teoreticky omezena teplotou 400 °C, při které se volné vápno rozkládá na nehašené vápno a vodu;

- bylo zjištěno, že hašení vápna v popílku probíhá nejrychleji při teplotě 220 °C.

Uvedená druhá fáze způsobu podle vynálezu se může provádět v přítomnosti vodní páry za atmosférického tlaku nebo za zvýšeného tlaku /například za tlaku 0,1 až 2,5 MPa/. Tlak páry vyvíjené z přebytečné vody může být zvýšen dodatečným vstřikováním páry před nebo po dosažení rovnovážného bodu tlaku pozorovaného v přítomnosti pouze hydratační vody.

průběhu této druhé fáze fáze hydratace za popílku. Voda, fáze ztrácí studená která by kondenzací popílek vodu dodanou a nespotřebovanou pro mohla být zavedena do nebo stékáním má na že vytváří aglomeJe tedy třeba zpracovatelské zařízeV v průběhu první hašeni vápna v popílku v průběhu druhé finální produkt nepříznivý vliv, v tom smyslu, ráty, které zůstávají vlhké.

ní opatřit prvky schopnými zajistit regulaci tlaku a prvky schopnými zabránit stékání kondenzátu do popílku a také zabránit jeho tvorbě. V tomto ohledu lze spíše než tepelnou izolaci použit dvojitý vyhřívaný plášť zpracovatelské nádoby.

Provozní tlak bude důležitým parametrem zařízeni použitého pro provádění způsobu podle vynálezu. Volba tohoto tlaku bude důsledkem ekonomického kompromisu mezi investičními náklady /tlaková nádoba a parní generátor/ a délkou /dobou trvání/ hasicího cyklu v průběhu druhé fáze, a to pro předem stanovený stupeň vyhašení popílku. Tak je možné při přechodu z režimu zahrnujícího páru přehřátou na 130 °C při atmosférickém tlaku na režim zahrnující nasycenou páru o tlaku 0,5 MPa zkrátit dobu druhé fáze ze 16 hodin na 1 hodinu.

Při způsobu podle vynálezu se druhá fáze může provádět bez míchání popílku; nicméně toto míchání popílku se doporučuje s ohledem dosažení homogenity reakčního prostředí a účinného odpařování přebytečné vody. S ohledem na výrazné bobtnání je třeba vhodně volit obsah a mechanickou odolnost zpracovatelské nádoby. Míchání popílku je také výhodné vzhledem k jemnému rozdružení popílku bez nutnosti jeho mechanického mletí. Po ukončení uvedené druhé fáze způsobu podle vynálezu je popílek ve stavu vhodném pro pneumatický transport, při kterém je možné využít i přetlaku panujícího ve zpracovatelské nádobě.

Základní výhody způsobu podle vynálezu spočívají především v možnosti snížení doby hydratace popílku. Toto snížení má významný dopad na výrobní náklady. Navíc se tohoto zrychlení hydratace popílku nedosáhne na úkor hydraulických vlastností vyhašených popílků.

Zbytková vlhkost popílku je obecně nižší než 0,5 %, což zaručuje, že nedojde k pokračování hydratace v průběhu skladování popílku před jeho vlastním použitím. Popílek získaný způsobem podle vynálezu je v práškovém, snadno manipulovatelném stavu. Předhydratace za studená společně s přesným stanovením množství

-4CZ 279740 B6 vody nezbytné k vyhašení vápna obsaženého v popílku má za následek úplné zachování pucolánových vlastností popílku.

Konečně způsob podle vynálezu umožňuje omezení rizika karbonizace produktu jak v první, tak i ve druhé fázi uvedeného zpracováni /reaktivita popílku za studená je malá a za tepla se popílek nachází pod ochrannou atmosférou vodní páry/.

Popílek, jehož obsah nehašeného vápna, byl vyhašen způsobem podle vynálezu, byl zabudován do některých malt jako náhražka portlandského cementu. Z takto získaných malt byla zhotovena zkušební tělesa, která byla potom podrobena kompresním testům. Při těchto testech bylo zjištěno, že u zkušebních těles, u kterých bylo alespoň 10 % portlandského cementu nahraženo popílkem vyhašeným způsobem podle vynálezu, bylo dosaženo podstatného zlepšeni pevnosti v tlaku.

Průmyslová využitelnost

Způsob podle vynálezu může být použit k účinnému hašeni vápna obsaženého zejména v elektrárenských popílcích.

Claims (7)

1. Způsob hašení nehašeného vápna obsaženého v popílku, v yznačující se tím, že zahrnuje první zvlhčovači fázi popílku při okolní teplotě, následovanou druhou fází spočívající ve zpracování takto hydratované směsi v nádobě pod tlakem nasycené nebo mírně přehřáté páry při teplotě 130 až 250 °C.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se optimální množství vody použité v první fázi stanoví podrobením popílku vyhašeného způsobem podle vynálezu normalizovanému testu s jehlovou formou Le Chatelier.

3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že množství vody použité v první fázi je hmot, rovné 20 % hmot, použitého popílku.

4. Způsob podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že voda použitá v první fázi obsahuje alespoň jeden urychlovač tuhnutí.

5. Způsob podle nároku 4, vyznačující se tím, že urychlovač tuhnuti obsahuje chlorid vápenatý.

6. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že chlorid vápenatý je obsažen v množství rovném 2 % hmot, vztaženo na hmotnost použitého popílku.

7. Způsob podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že se druhá fáze provádí za tlaku 0,1 až 2,5 MPa.