CZ288334B6 - Binder mixture based on crystalline ammonium aluminium sulfate suitable for building purposes and for reclaiming works and use thereof - Google Patents

Description

Pojivá směs na bázi krystalického síranu hlinitoamonného, vhodná pro stavební účely a pro rekultivační práce, a její použití

Oblast techniky

Vynález se týká pojivé směsi vyrobené z krystalické formy síranu hlinitoamonného (kamence hlinitoamonného) a z vápenné složky, zejména z produktu odsíření spalných plynů polosuchou vápennou metodou, a jejího použití ve stavebnictví a k rekultivaci starých skládek, zejména odkališť po uranové činnosti.

Dosavadní stav techniky

Kamenec hlinitoamonný (dále kamenec) je krystalická forma síranu hlinitého a amonného krystalující s 12 molekulami vody. V průmyslovém množství není tato forma běžně vyráběna vzhledem k tomu, že pro ni není praktické využití. Při sanaci ložisek podzemního vyluhování uranových rud je krystalická forma tohoto typu kamence produkována v množství mnoha tisíc tun za rok.

Jsou známy způsoby zpracování kamence na řadu materiálů následně použitelných jako druhotné suroviny pro výrobu primárního aluminia nebo využitelné v keramickém průmyslu. Nevýhodou těchto způsobů jsou vysoké investiční a provozní náklady, v důsledku kterých pak nemůže výsledný produkt konkurovat klasickým výrobkům vyráběným za použiti standardních surovin. Tyto způsoby zpracování kamence rovněž nezaručují rovnoměrný odbyt veškerého nebo alespoň podstatného množství kamence produkovaného ve velkém množství.

Jsou rovněž známy způsoby kamence na roztoky síranu hlinitého využitelné pro koagulaci vod. Rovněž tyto způsoby nezajišťují odbyt veškerého vyprodukovaného množství kamence.

Dále jsou známy postupy využívající kamenec pro výrobu hlinitoamonných cementů a cementů jiných typů. Nevýhodou těchto postupů je nutnost vysokoteplotní úpravy kamence (tedy značná energetická náročnost), při které se uvolňuje oxid siřičitý, jenž je nutno z odpadních plynů nákladnými způsoby odstraňovat. Kromě toho ani tyto postupy nezaručují operativní odběr veškerého vyprodukovaného množství kamence.

Je rovněž znám způsob zpracování kamence na rekultivační materiály dále využitelné k biologické a technické rekultivaci odkališť a jiných podobných úložišť odpadních látek. Nevýhodou tohoto způsobu je nutnost mísit kamenec s několika přídavnými složkami, což vede k vysokému nárůstu objemu výsledného materiálu použitelného k rekultivaci. Tím se zvyšují jak výrobní náklady tak i náklady na dopravu a snižuje operativnost odběru.

Podstata vynálezu

Nevýhody a nedostatky shora popsaných známých postupů nemá popisovaný vynález, jehož předmětem je pojivý materiál na bázi kamence a použití tohoto materiálu pro stavební účely a rekultivační práce.

V souladu s tím tedy vynález popisuje pojivou směs na bázi krystalického síranu hlinitoamonného, vhodnou pro stavební účely a pro rekultivační práce, vznikající smísením výchozích komponent a zráním směsi, která se připravuje tak, že se smísí 1 hmotnostní díl krystalické formy síranu hlinitoamonného s 0,5 až 3 hmotnostními díly vápenné složky, přičemž vzájemný poměr obou komponent se volí tak, že vodný výluh získané směsi má pH v rozmezí 6,5 až 8,5, a výsledná směs se nechá 1 až 150 dnů zrát.

-1 ' CZ 288334 B6 l

/ ·»

Jako vápenná složka se s výhodou používá odpadní produkt odsíření spalných plynů vápennou polosuchou metodou. K danému účelu je však možno používat i komerční formy vápenného hydrátu nebo směsi vápenného hydrátu, vápenných odprašků a jemně mleté formy vápence s vápennými produkty odsíření.

Míšení výchozích látek se provádí v zařízeních běžného typu, bez přídavku vody. Po záměsu ve směsi probíhají hydratační reakce a metamorfosa složek přítomných ve výchozích látkách, což se projevuje mírným vzestupem teploty na 35 až 40 °C a mírným únikem čpavku. Výsledná směs je jemně granulovaná a bezprašná a obsahuje alumo-vápenné zmineralizované formy typu etringitu 10 jednak obsahující složku síranů a jednak vykazující schopnost složku síranů pevně vázat. Bylo zjištěno, že výsledná pojivá směs obsahující vysoké procento vápníku neuvolňuje přítomnou složku amoniaku z kamence v rozhodujícím množství, není-li dále zavlhčena do pastovité formy.

Bylo rovněž zjištěno, že pro výrobu pojivé směsi podle vynálezu je možno s výhodou použít 15 i nerafínovanou formu kamence při zachování kvality výsledné směsi, což výrazně snižuje provozní náklady na jeho produkci.

Předmětem vynálezu je rovněž použití shora uvedené pojivé směsi pro stavební účely a rekultivační práce, které se provádí tak, že se granulovaná sypká směs zavlhčí vodou, čímž 20 dojde kjejímu zatuhnutí, které umožňuje výše zmíněné použití pojivé směsi podle vynálezu.

Toto zatuhnutí není provázeno zvýšením teploty a vzniká při něm stavební či rekultivační materiál o vysokém stupni pevnosti v tlaku. Zatuhnutý materiál vykazuje vysoký stupeň vodovzdomosti a velmi nízkou vodopropustnost. Rovněž bylo zjištěno, že připraví-li se směs kamence a vápenaté složky shora popsaným postupem a nechá-li se tato směs vyzrát 30 až 25 100 dnů při teplotě místnosti, neuvolňuje se z výsledného materiálu ve významnějším množství složka amoniaku ani po následném zavlhčení vodou. Vyluhovací testy pak dokládají i nevýznamné vyluhování složky amoniaku ze zatuhlé formy.

K zavlhčování směsi je možno s výhodou použít i vodu s obsahem složky síranů, popřípadě 30 odpadní solné vody z rekultivovaných objektů, které by jinak bylo nutno s vysokými náklady likvidovat jinými způsoby.

Pro výrobu jak stavebních tak rekultivačních materiálů je možno používat buď samotnou pojivou směs podle vynálezu nebo tuto směs mísit s dalšími materiály jako jsou popílek k čištění 35 spalných plynů, čistírenské kaly, koagulační kaly, písek, škvára a podobné stavební materiály nebo jejich směsi.

Pro účely výroby stavebních hmot se zvláště osvědčují popílek z čištění spalných plynů, písek, škvára, recyklovaný stavební materiál atd., které se k pojivé směsi přidávají v poměru 1 díl pojivé 40 směsi k 0,5 až 5 dílům shora uvedeného aditiva nebo směsi těchto aditiv. Poměry složek a typ aditiva se řídí konečnou aplikací a lze je měnit v širokém rozmezí libovolně.

Pro účely výroby rekultivačních materiálů se pak zvlášť osvědčují popílek ze spalování pevných paliv, kaly z čištění komunálních vod, koagulační kaly, drcené a recyklované kamenivo, písek 45 a škvára, které se s výhodou používají v hmotnostním poměru 30 % pojivé směsi k 70 % shora uvedených materiálů, které se aplikují buď samostatně nebo ve formě libovolné směsi podle účelu použití výsledného materiálu.

Materiály vyrobené za použití pojivé směsi podle vynálezu mají mimo přednosti uvedené výše 50 i nízkou objemovou hmotnost, což je zvlášť výhodné pro jejich aplikaci k rekultivacím starých ekologických zátěží, zejména pro rekultivaci odkališť.

Vynález ilustrují následující příklady provedení, jimiž se však rozsah vynálezu v žádném směru neomezuje.

-2CZ 288334 B6

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Do míchačky na beton se předloží 11 kg krystalické formy kamence o složení NH₄A1(SO₄)₂.12 H₂O a za míchání se postupně přidává produkt z vápenné polosuché metody odsíření spalných plynů o složení (v hmotnostních %):

CA(OH)2	6,0-15,0
CaCO3	10,0-16,0
CaSO4. 1,5 H2O	3,0-4,0
CaSO3. 1,5 H2O	35,0-45

Tento produkt se přidává tak dlouho, až vzorek vodného výluhu směsi odebrané ze záměsového zařízení vykazuje pH 7,4. Celkem se přidá 22 kg produktu odsíření; doba míchání činí 35 minut. Získá se celkem 33 kg granulované bezprašné sypké směsi. Při míchání se směs zahřívá na teplotu 35 °C, přičemž z míchacího zařízení mírně uniká čpavek, který se odsává vzduchotechnickým zařízením.

Získaná směs se uskladní tak, aby nebyla zvlhčována dešti. Ze směsi po dobu skladování jemně čpí čpavek, po 14 dnech je únik čpavku již neznatelný. Směs se skladuje 70 dnů a po této době se 1 kg směsi smísí s 307 ml technologické odpadní vody po uranové činnosti obsahující 10 g/1 Na₂SO₄, 0,410 g/1 NH₃ a 0,4 g/1 Mn za vzniku produktu pastovité konzistence, který po 72 hodinách zatuhne do pevné formy nerozpustné ve vodě, a to ani v technologické vodě z kalojemu po uranové činnosti. Při přípravě zavlhlé směsi nebyl pozorován žádný znatelný únik čpavku. Po 60denním tuhnutí vykazuje výsledný materiál pevnost v tlaku 4,2 MPa.

Příklad 2

Postupuje se analogickým způsobem jako v příkladu 1 s tím, že se z 20 kg bezprašné suché směsi ze použití 6,01 solné odpadní technologické vody z kalojemu po uranové činnosti vyrobí zvlhčený materiál, z něhož se část vytvaruje do formy zkušební kostky o rozměrech 138,3 mm x 144,5 mm x 150 mm. Po tuhnutí trvajícím 61 den se kostka podrobí standardnímu testu na pevnost v tlaku. Podle tohoto testu vykazuje kostka průměrnou pevnost v tlaku 4,0 MPa. Objemová hmotnost materiálu činí podle provedeného měření 1180 kg/m³.

Příklad 3

Analogickým způsobem jako v příkladu 1 se vyrobí zvlhčený rekultivační materiál, který se nechá 100 dnů tuhnout. Po této době se výsledný zatuhlý materiál podrobí standardnímu vyluhovacímu testu. Ve výluhu bylo nalezeno 0,llgNH₃/l, 1,3 g SOVÍ a 0,2mgAl/l. pH výluhu je 7,2. Bylo zjištěno, že získaný materiál ani po následujících 130 dnech vyluhování nejeví známky rozpadání v důsledku účinků solné odpadní vody z kalojemu po uranové činnosti, která obsahuje 15 gNa₂SO₄/l.

V CZ 288334 B6 i

/ *3

Příklad 4

Postupem tohoto příkladu 1 bylo vyrobeno celkem 51 směsi. Tato směs byla uložena na volném prostranství a po dobu 100 dnů byla vystavena vlivu povětrnostních podmínek. Po této době bylo 5 zjištěno, že směs nezatuhla, pouze účinkem dešťů a povětrnostních podmínek se vytvořil na povrchu inkrust, který zabraňoval vymývání složek. Znatelný únik čpavku nebyl pozorován, pouze v prvních 20 dnech byl zaznamenán velmi mírný zápach po amoniaku. Po 100 dnech byla směs převezena do prostoru kalojemu po uranové činnosti, který byl rekultivován za použití solidifikovaného popílku, a pomocí čelního nakladače byla promíchána s 5 t solidifikovatelného ío popílku s obsahem 24 % vlhkosti, přičemž do záměsu byly přidány 3 m³ solné vody z kalojemu s obsahem 15 g Na₂SO₄/l. Vzniklá plastická směs byla uložena na vrstvu technické rekultivace nad hladinou technické vody v kalojemu, kde za 75 hodin zatuhla do pojezdové pevnosti. Po 75 hodinách byl odebrán vzorek pro standardní vyluhovací test NV č. 513/92 Sb. Výsledky vyluhovacího testu splňovaly hodnoty pro zařazení výluhu do třídy nižší H.b, což vyhovuje pro 15 použití tohoto materiálu pro rekultivaci objektů odkališť po uranové činnosti.

Průmyslová využitelnost

Pojivá směs podle vynálezu umožňuje zpracování odpadního kamence, popřípadě za použití dalších odpadních materiálů a odpadní vody, přičemž ji lze použít k stavebním účelům a k rekultivačním práčem.

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   30 1. Pojivá směs na bázi krystalického síranu hlinitoamonného, vhodná pro stavební účely a pro rekultivační práce, vznikající smísením výchozích komponent a zráním směsi, která je připravitelná smísením 1 hmotnostního dílu krystalické formy síranu hlinitoamonného s 0,5 až 3 hmotnostními díly vápenné složky, přičemž vzájemný poměr obou komponent se volí tak, že vodný výluh získané směsi má pH v rozmezí 6,5 až 8,5, a následujícím zráním výsledné směsi po 35 dobu 1 až 150 dnů.
2. 2. Pojivá směs podle nároku 1, kde se jako vápenná složka k míšení použije produkt z odsíření spalných plynů vápennou polosuchou metodou.

   40
3. 3. Pojivá směs podle nároku 1, kde se jako vápenná složka k míšení použije produkt z odsíření spalných plynů vápennou polosuchou metodou, hydrát vápenatý, odprašek z cementáren a vápenek, odpadní nebo komerční forma jemně mletého vápence nebo směs těchto materiálů.
4. 4. Použití pojivé směsi podle nároku 1, popřípadě v kombinaci spiskem, škvárou nebo 45 recyklovanými stavebními materiály, po zvlhčení 10 až 30 % hmotnostními vody jako pojivá pro stavební účely.
5. 5. Použití pojivé směsi podle nároku 1, popřípadě v kombinaci s popílkem, kaly a/nebo drceným kamenivem, po zvlhčení 10 až 30 % vody k přípravě betonové směsi.