CZ299539B6

CZ299539B6 - Smes pojiva a plniva pro výrobu pevných, ve vode stálých a nehorlavých stavebních hmot a výrobku

Info

Publication number: CZ299539B6
Application number: CZ20050211A
Authority: CZ
Inventors: Hanzlícek@Tomáš; Perná@Ivana; Steinerová@Michaela; Straka@Pavel
Original assignee: Ústav struktury a mechaniky hornin AV CR, v.v.i.
Priority date: 2005-04-06
Filing date: 2005-04-06
Publication date: 2008-08-27
Also published as: CZ2005211A3

Abstract

Smes pojiva a plniva pro výrobu pevných, ve vode stálých a nehorlavých stavebních hmot a výrobku, obsahuje ložový popel z fluidního spalování uhlí s prídavkem prírodního bentonitu, jehož prevážnou složkou je montmorillonit, v hmotnostním pomeru smesi v oblasti 9 : 1. Tato smes dále obsahuje plnivo,vybrané ze skupiny, zahrnující kremenný písek z plavení kaolinu, kamennou drt, vysokopecní strusku,ocelárskou strusku, jemný obrus slídy a prírodní lupek, pricemž merný povrch cástic této smesi bez alkalických složek je v rozsahu od 600 do 2000 m.sup.2.n.kg.sup.-1.n..

Description

Oblast techniky

Vynález se týká směsi pojivá a plniva, obsahující druhotnou surovinu a tuhnoucí při teplotě okolí a atmosférickém tlaku, pro výrobu pevných, ve vodě stálých a nehořlavých stavebních hmot a výrobků.

Dosavadní stav techniky

Nejrozšířenějšími pojivovými směsmi jsou betony a malty používané ve stavebnictví, které obsa15 hují jako pojivo nej častěji cement a/nebo vápno. Jako pojivo se mohou použít i jiné materiály. Například v patentu US 4 410 365 je popsáno pojivo na bázi mleté granulované vysokopecní strusky a alkalického aktivátoru, například hydroxidu nebo síranu sodného. Pojivo obdobného složení je rovněž popsáno například v US patentu US 4 303 912.

Elektrárny a teplárny používají pro výrobu páry nebo tepla v současné době převážně technologii fluidního spalování za atmosférického tlaku. Při něm se mleté palivo s přísadou vápence, případně dolomitu, spaluje ve fluidní vrstvě při teplotě cca 820 až 850 °C. Přitom vznikají pevné odpady ve formě ložového popela a úletového popílku. Ložový popel, který představuje popel z prostoru ohniště, je zachycován na roštu pod fluidní vrstvou, popílek se získává z úletu a zachycuje se. Ložový popel a popílek se liší jak ve fyzikálních vlastnostech, jako jsou například granulometrie, měrný povrch, hustota a sypná hmotnost, tak také v chemickém a mineralogickém složení. Zásadní rozdíl chemického a mineralogického složení spočívá v obsahu vápenatých složek. Obsah oxidu vápenatého v úletovém popílku, stanovený chemickou analýzou, je menší než 3 % hmotn. na rozdíl od ložového popela, kde obsah oxidu vápenatého je vyšší než 18 % hmotn.

Vlivem nestability spalovacího procesu i nehomogenity vlastností vstupních komponent, to znamená uhlí a odsiřovacího činidla, však chemické složení, měrná hmotnost a ostatní vlastnosti jak ložového popela, tak i úletového popílku kolísají v závislosti na lokalitě těžby. Fluidní ložový popel, který pro obsah CaCO₃, Ca(OH)₂, CaO a především anhydritu, to je bezvodého síranu vápenatého (CaSO₄), na rozdíl od úletového popílku stejného zdroje, nemůže být a není používán jako příměs do cementářských směsí resp. betonu, protože obsah shora uvedených vápenatých složek to nedovoluje.

Ložový popel i úletový popel z fluidního spalování jsou obvykle míchány a po zakropení vodou jsou zpravidla ukládány na deponiích. Jen ve velmi omezené míře jsou částečně využívány jako podklady pro zámkové dlažby nebo jako těsnící tmely.

Podstata vynálezu

Podstata vynálezu spočívá v tom, že směs pojivá a plniva pro výrobu pevných, ve vodě stálých a nehořlavých stavebních výrobků, obsahuje ložový popel z fluidního spalování uhlí s přídavkem přírodního bentonitu, jehož převážnou složkou je montmorillonit, v hmotnostním poměru směsi v oblasti 9:1, kde tato směs dále obsahuje plnivo, vybrané ze skupiny, zahrnující křemenný písek z plavení kaolinu, kamennou drť, vysokopecní strusku, ocelářskou strusku, jemný obrus slí50 dy a přírodní lupek, přičemž měrný povrch částic této směsi bez alkalických složek je v rozsahu od 600 do 2000 m² kg'¹. Ložový popel z fluidního spalování uhlí může být s přídavkem popílku z fluidního spalování uhlí, zachyceného na textilních filtrech. Plnidlo ve směsi může obsahovat 48 % hmotn. křemenného písku z plavení kaolinu, vztaženo na celkový obsah směsi, případně 40 % hmotn. kamenné drti, vztaženo na celkový obsah směsi. Alternativně může obsahovat 30 % hmotn. vysokopecní strusky, vztaženo na celkový obsah směsi, případně 20 % hmotn. ocelářské

-1 CZ 299539 B6 strusky, vztaženo na celkový obsah směsi. V jiném případě může plnidlo obsahovat 4 až 8 % hmotn. jemného obrusu slídy, vztaženo na celkový obsah směsi, případně do 25 % hmotn. přírodního lupku, vztaženo na celkový obsah směsi.

Majoritním podílem ložového popela z fluidního spalování hnědého a černého uhlí je vedle křemene anhydrit ve své ve vodě rozpustné formě [y-CaSOJ. Tepelným rozkladem karbonátů se veškerá síra z uhlí váže na aktivní oxid vápenatý za vzniku anhydritu a tím je prakticky eliminován negativní vliv síry a oxidů síry na životní prostředí. Ve směsi s přírodním bentonitem, jehož převážnou složkou je montmorillonit, poskytuje pevné, ve vodě stálé a nehořlavé materiály, ío vhodné i pro stavební výroby, které mají pevnost v tlaku prostém více než 10 MPa. Směs podle tohoto vynálezu z větší části obsahuje ložový popel fluidního spalování aje bez přídavku cementu nebo vápna. Tuhne při teplotě okolí a atmosférickém tlaku.

Tvorba pevných, ve vodě nerozpustných látek je způsobena na počátku reakce iontovou výměnou

Na⁺ za Ca²⁺ v mřížkovém prostoru trojvrstvého minerálu - monmorillonitu působením vody jako prekurzoru výměnné reakce. Jemný podíl montmorillonitu ( s měrným povrchem ne menším než 1800 m² kg'¹) vyplňuje prostor mezi zrny umletého fluidního popela a působí jako pojivo a současně dochází působením vody k výměně iontů Na⁺ za Ca⁺², přičemž dochází k výraznému přiblížení trojvrstvé struktury montmorillonitu tím, že vápenatý iont vytváří tenčí hydratační dvoj20 vrstvu ve struktuře montmorillonitu. Voda jako prekurzor reakce zabezpečuje spolu s podílem jílového minerálu plasticitu směsi, potřebnou pro získání tvaru hmoty, dále hydratuje jílovou složku a současně se zúčastňuje iontové výměny mezi částicemi popela a montmorillonitu. Při mechanickém zpracování ve vodě se velmi jemné částice, mikrobloky montmorillonitu, lehce rozštěpují do elementárních vrstev, čemuž dopomáhají hydrofilní Na-kationty. Struktury mine25 rálů skupiny montmorillonitu se podle V.A. Frank-Kamenského skládají ze třech vrstev, dvě tetraedrické Si-O- sítě uzavírají mezi sebou jednu oktaedrickou (Al, Mg) - O- vrstvu. Mezi trojvrstvým silikátu jsou umístěny výměnné hydratované kationy Na⁺, Ca²⁺ a Mg²⁺ doplňované molekulami vody. Neutralizace náboje vrstev montmorillonitu je dána kationy umístěnými mezi vrstvami a ukazuje se jako důvod kationtové sorpce. Čím je vyšší valence iontu, tím vyšší je jeho schopnost zaměnitelnosti a tím nesnadněji se dostává z výměnných pozic.

Výhodou řešení podle vynálezu je, že směs neobsahuje žádné aktivující alkalické složky jako je tomu v případě geopolymemí směsi a není třeba teplotně iniciovat přechod kaolinitických jílových minerálů na meta-kaolinitické podíly. Využívá se přirozených vlastností trojvrstvých jílo35 vých minerálů schopných výměny iontů s popílky, které takové ionty poskytují při současné hydrataci jílových minerálů. Pevné látky vznikají při teplotě okolí a za atmosférického tlaku. Výraznou výhodou představuje vznik pevných látek bez jakéhokoliv přídavku cementu nebo vápna.

Z hlediska dosahovaných mechanických vlastností produktu je výhodné, když ložový popel z fluidního spalování obsahuje od 28,2 do 44,7 % hmotn. oxidu křemičitého, od 18,32 do 26,1 % hmotn. oxidu hlinitého, od 11,0 do 34,6 % hmotn. oxidu vápenatého, do 0,72 % hmotn. oxidu hořečnatého, od 2,52 do 4,11 % hmotn. oxidu titaničitého, od 3,77 do 5,6 % hmotn. oxidu železitého, do 0,51 % hmotn. oxidu sodného.

Ze stejného důvodu je rovněž výhodné, když úletový popílek obsahuje od 45,2 do 46,3 % hmotn. oxidu křemičitého, od 30,3 do 32,8 % hmotn. oxidu hlinitého, od 2,2 do 2,0 % hmotn. oxidu vápenatého, od 0,62 do 0,83 % hmotn. oxidu hořečnatého, od 3,52 do 7,26 % hmotn. oxidu titaničitého, od 7,4 do 8,0 % hmotn. oxidu železitého, méně než 1,0 % hmotn. oxidu sodného, od 4,66 do 0,55 % hmotn. oxidu draselného.

Způsob výroby shora uvedené směsi obsahující druhotnou surovinu spočívá vtom, že ložový popel z fluidního spalování uhlí a Na-montmorillonit se samostatně nebo ve vzájemné směsi melou na měrný povrch 600 až 2000 m²/kg, načež se do směsi mletých látek zamísí voda, takže se hydratuje Na-montmorillonit a dochází k iontové výměně iontů sodíku Na⁺ a vápníku Ca²⁺ mezi ložovým popelem (případně s přídavkem úletového popílku z fluidního spalování) a Na-2CZ 299539 B6 montmorillonitem. Nakonec se takto vzniklá tekutá směs aplikuje do formy nebo na podkladní vrstvu, nebo se pomocí mechanických prostředků tvaruje. Před mletím nebo po mletí jednotlivých složek uvedené směsi se může přimísit vhodné anorganické nebo organické plnivo, barvivo, ztužovací nebo ztekucovací přísada.

Směs podle tohoto vynálezu může být použita pro výrobu stavebních hmot a stavebních výrobků, například protipožárních příček a obkladů, ostění uvnitř tunelů, ale také pro výrobu keramických výrobků.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Ke směsi stávající z fluidního ložového popela (FBA) a popílku (FA) zachyceného na textilních filtrech se přidal přírodní bentonit, takže hmotnostní poměr bentonitu a směsi popelů činil 1:9. Složky směsi ložového popela a popílku měly následující molámí poměry SiO₂: A1₂O₃ 1 : 0,452, SiO₂: CaO 1 : 0,1363, Na₂O : CaO 1 : 14,745 a CaO : H₂O 1: 27,42. Směs ložového popela, popílku a bentonitu se mlela na měrný povrch 600 až 2000 m²/kg. Zpracovatelná směs se připravila vmícháním 35 % hmotn. vody, vztaženo na směs ložového popela, popílku a bentonitu.

Příklad 2

K fluidnímu lóžovému popelu, jehož složky měly následující molámí poměry SiO₂: A1₂O₃1 : 0,3087, SiO₂: CaO 1 : 0,4250 a Na₂O : CaO 1 : 46,386 a CaO : H₂O 1: 11,566, se přidal bentonit. Hmotnostní poměr ložového popela a bentonitu činil 9:1. Ktéto směsi se jako plnivo přidalo 48 % hmotn. křemenného písku z plavení kaolinu, vztaženo na celkový obsah směsi. Potom se směs mlela na měrný povrch 600 až 2000 m²/kg. Zpracovatelná směs se připraví vmícháním 33 % hmotn. vody, vztaženo na celkovou suchou hmotu.

Příklad 3

K fluidnímu lóžovému popelu, jehož složky měly následující molámí poměry SiO₂: A1₂O₃1 : 0,3235, SiO₂: CaO 1 : 0,4755, Na₂O : CaO 1 : 47,7802 a CaO : H₂O 1: 8,4624, se přidal bentonit. Hmotnostní poměr ložového popela a bentonitu činil 9:1. K této směsi se jako plnivo přidalo 40 % hmotn. kamenné drti, vztaženo na celkový obsah směsi. Potom se směs mlela na měr40 ný povrch 600 až 2000 m²/kg. Během míchání se do směsi vpravilo 33 % hmotn. vody.

Příklad 4

K fluidnímu lóžovému popelu, jehož složky měly následující molámí poměry SiO₂: A1₂O₃1 : 0,3389, SiO₂: CaO 1 : 0,5278, Na₂O : CaO 1 : 49,0027 a CaO : H₂O 1: 6,9696, se přidal bentonit. Hmotnostní poměr ložového popela a bentonitu činil 9:1. K této směsi se jako plnivo přidalo 30 % hmotn. vysokopecní strusky, vztaženo na celkový obsah směsi. Potom se směs mlela na měrný povrch 600 až 2000 m²/kg. Během míchání se do směsi vpravilo 33 % hmotn. vody.

Příklad 5

K fluidnímu lóžovému popelu, jehož složky měly následující molámí poměry SiO₂: A1₂O₃

1 : 0,3 5 47, SiO₂: CaO 1 : 0,581, Na₂O : CaO 1 : 50,090 a CaO : H₂O 1: 5,9952, se přidal přírodní

-3 CZ 299539 B6 bentonit. Hmotnostní poměr ložového popela a bentonitu činil 9:1. Ktéto směsi se jako plnivo přidalo 20 % hmotn. ocelářské strusky, vztaženo na celkový obsah směsi. Potom se směs mlela na měrný povrch 600 až 2000 m²/kg. Během míchání se do směsi vpravilo 33 % hmotn. vody.

Jako plnivo lze však například i použít 4 až 5 % hmotn. jemného obrusu slídy, nebo do 25 % hmotn. přírodního lupku.

Směsi podle příkladů 1 až 5 byly aplikovány do dřevěných a plastových forem pro stavební tvarovku a změřeny jejich mechanické vlastnosti. Všechny směsi tuhly za 16 až 24 hodin za teploty ío okolí a za atmosférického tlaku. Při tuhnutí při teplotě 20 °C činilo smrštění směsi méně než 2 % obj. Při tuhnutí při teplotě 850 °C činilo smrštění směsi 3,8 % obj. Pojivové směsi po dostatečném zbavení záměsové vody, to je po 30 dnech od jejich výroby, byly tvarově stabilní, nehořlavé, nerozpustné ve vodě a nevydávaly žádné zplodiny po vystaveni přímému ohni. Pevnost v tlaku přesahovala ve všech případech 10 MPa.

Průmyslová využitelnost

Směs pojivá a plniva podle tohoto vynálezu je využitelná pro výrobu pevných, ve vodě stálých a 20 nehořlavých stavebních hmot a výrobků, například protipožárních příček a obkladů, ostění uvnitř tunelů, ale také pro výrobu keramických výrobků.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Směs pojivá a plniva pro výrobu pevných, ve vodě stálých a nehořlavých stavebních hmot a 30 výrobků, vyznačující se tím, že obsahuje ložový popel z fluidního spalování uhlí s přídavkem přírodního bentonitu, jehož převážnou složkou je montmorillonit, v hmotnostním poměru tohoto ložového popela a bentonitu v oblasti 9:1, kde tato směs dále obsahuje plnivo vybrané ze skupiny zahrnující křemenný písek z plavení kaolinu, kamennou drť, vysokopecní strusku, ocelářskou strusku, jemný obrus slídy a přírodní lupek, přičemž měrný povrch částic této

35 směsi bez alkalických složek je v rozsahu od 600 do 2000 m² kg'¹.

2. Směs pojivá a plniva podle nároku 1,vyznačující se tím, že ložový popel z fluidního spalování uhlí je s přídavkem popílku z fluidního spalování uhlí, zachyceného na textilních filtrech.

3. Směs pojivá a plniva podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že jako plnidlo obsahuje 48 % hmotn. křemenného písku z plavení kaolinu, vztaženo na celkový obsah směsi.

4. Směs pojivá a plniva podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že jako plnidlo 45 obsahuje 40 % hmotn. kamenné drti, vztaženo na celkový obsah směsi.

5. Směs pojivá a plniva podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že jako plnidlo obsahuje 30 % hmotn. vysokopecní strusky, vztaženo na celkový obsah směsi.

50

6. Směs pojivá a plniva podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že jako plnidlo obsahuje 20 % hmotn. ocelářské strusky, vztaženo na celkový obsah směsi.

-4CZ 299539 B6

7. Směs pojivá a plniva podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že jako plnidlo obsahuje 4 až 8 % hmotn. jemného obrusu slídy, vztaženo na celkový obsah směsi.

5 8. Směs pojivá a plniva podle nároku 1 nebo 2, vy z n a č uj í c í se t í m , že jako plnidlo obsahuje do 25 % hmotn. přírodního lupku, vztaženo na celkový obsah směsi.

Konec dokumentu