ES2247395T3 - Metodo para producir escoria con propiedades hidraulicas. - Google Patents

Abstract

Método para preparar una escoria que tiene propiedades hidráulicamente ligantes a base de una mezcla que comprende piedra caliza, cenizas volantes y aditivos, que comprende las siguientes etapas: mezclar los materiales de partida, enviar la mezcla a la parte superior de un cambiador de calor cilíndrico vertical, enviar el producto encendido obtenido en la parte inferior del cambiador de calor cilíndrico vertical a un horno de fusión de modo que se obtenga un producto fundido, enfriar el producto fundido, y pulverizarlo y mezclarlo con cenizas volantes y con aditivos a fin de obtener un ligante, caracterizado porque los materiales de partida se mezclan con la deseada relación de pesos, después de lo cual la mezcla así obtenida se granula mientras se añade un combustible sólido, después de lo cual los gránulos que comprenden el combustible sólido y los materiales de partida se envían al cambiador de calor vertical.

Description

Método para producir escoria con propiedades hidráulicas.

La presente invención se refiere a un método para preparar una escoria que tiene propiedades hidráulicamente ligantes a base de una mezcla que comprende piedra caliza, cenizas volantes y aditivos, cuyos materiales de partida o materias primas se mezclan, funden y pulverizan.

Un tal método es conocido por la patente europea nº 0.393.731, uno de cuyos inventores se menciona como inventor en la presente solicitud. Según el método que se conoce de aquélla, las materias primas, que se basan en CaO, SiO_{2} y Al_{2}O_{3}, se funden en una vasija a una temperatura que oscila entre 1400ºC y 1550ºC, de modo que el resultado es una mezcla fundida de 33-52% en peso de CaO, 9-25% de Al_{2}O_{3} y 23-45% de SiO_{2}, mezcla fundida se enfría después de su colada haciéndola pasar entre los rodillos de un enfriador de rodillos (calandra) hasta que se alcanza una temperatura de 500-1000ºC, después de lo cual la masa así solidificada se rompe y después se enfría con aire, utilizándose el aire de la refrigeración calentado para un posterior calentamiento de las materias primas. En la práctica se ha puesto de manifiesto que un tal método conduce a una escoria vitrificada que presenta un alto contenido de CaO.

Por la solicitud de patente belga nº 766.032 y la Offenlegungsschrift alemana nº 2.122.027 se conoce un método para utilizar residuos de carbón y carbonato cálcico, cuya mezcla se calienta a una temperatura de unos 1300ºC y después se cuece a una temperatura de por lo menos 1500ºC, durante cuyo proceso se produce una calcinación y una sinterización. La sinterización, no obstante, es un proceso en el cual los gránulos se fusionan en sus superficies, haciendo que se unan entre sí. Esto significa que en la disposición que se ha descrito en las dos publicaciones de patentes antedichas la unión tendrá lugar en o justo por encima del lugar en que se suministra el combustible, lo cual es sumamente indeseable en la práctica, originando el enlace y el apelmazamiento de toda la masa de los materiales sólidos ya en el pre-calentador, lo cual es altamente indeseable.

En muchos países se produce todavía el cemento Pórtland tradicional, cuyo principal componente es la escoria de Pórtland que se prepara en un horno de tiro. Este proceso de producción de alto contenido de mano de obra y que apenas cumple las exigencias medioambientales (polvo) y que presenta limitaciones respecto a la calidad del clinker obtenido, no tiene muchas perspectivas por lo que se refiere a la realización de adaptaciones que conduzcan a perfeccionamientos o a una mayor producción. Ahora parece que es posible adaptar la infraestructura existente de la factoría, posibilitando ello pasar a otro proceso de producción que asimismo proporcione un ligante inorgánico para la industria de la construcción y tenga propiedades prácticamente idénticas en cuanto a resistencia y posibilidades de tratamiento como el cemento Pórtland.

El objeto de la presente invención es presentar un método para preparar una escoria que tenga propiedades hidráulicamente ligantes, en el que la sinterización en grumos del tamaño de un puño e incluso mayores de los materiales de partida que se han calentado a altas temperaturas pueda evitarse tanto como sea posible durante el curso del proceso de calcinación.

Otro objeto de la presente invención es presentar un método para preparar una escoria que tenga propiedades hidráulicamente ligantes, en el que los materiales de partida se envían a un horno de calentamiento en la forma de gránulos de una composición conocida, en que el horno de calentamiento impide la sinterización de los gránulos que han sido ya suministrados con la composición específica deseada.

Otro objeto de la presente invención es presentar un método que utiliza la infraestructura existente de un proceso de producción de clinker en que se emplea un horno de cuba y que adapta dicha infraestructura de tal manera que se produce escoria en lugar de clinker, siendo la finalidad conseguir la máxima producción de producto encendido para la preparación de la escoria.

Otro objeto de la presente invención es presentar un método y un aparato en el que no se produzca una unión de los gránulos en la superficie del mismo y en que entre los gránulos que se mueven lentamente se produzcan los llamados contactos puntuales, dando como resultado que se excluya prácticamente el indeseable apelmazamiento de la masa.

La presente invención tal como se menciona en la introducción es el objeto de la reivindicación independiente 1; los aspectos preferidos son el objeto de las reivindicaciones dependientes 2-12, caracterizados porque el método comprende las etapas siguientes:

i) mezclar los materiales de partida, a saber, la piedra caliza, las cenizas volantes y los aditivos, en la relación de pesos deseada,

ii) granular la mezcla de la etapa i) mientras se añade un combustible sólido,

iii) suministrar los gránulos de la etapa i) a la parte superior de un cambiador de calor cilíndrico vertical,

iv) suministrar el producto encendido obtenido en la parte inferior del cambiador de calor cilíndrico vertical a un horno de fusión para obtener un producto fundido,

v) enfriar el producto fundido obtenido en la etapa iv) a fin de obtener la escoria de propiedades hidráulicamente ligantes, y a continuación

vi) pulverizar la escoria obtenida en la etapa v) y mezclarla con cenizas volantes y los aditivos, preferentemente un activador, a fin de obtener un ligante.

Poniendo en práctica de esta manera el presente método se obtiene una escoria de propiedades hidráulicamente ligantes, que, después de su pulverización y mezcla con cenizas volantes y aditivos, preferentemente un activador, dé como resultado un ligante que se emplea como cemento. La presente invención resulta adecuada en especial para su empleo en la modificación de hornos de cuba en las fábricas de cemento.

Se aplica al cambiador de calor una cierta cantidad de gránulos que ya comprende un combustible sólido, por ejemplo, carbón o cenizas volantes con un alto contenido de carbono, la composición de cada uno de los gránulos está ya de acuerdo con la especificación deseada, de manera que a la salida del horno de fusión se obtiene una escoria de la composición química correcta. En realizaciones determinadas es deseable usar materiales de partida que hayan sido pulverizados según la etapa i). Como resultado de la presencia de un combustible sólido en los gránulos, tendrá lugar una intensa reacción homogénea en el gránulo, en la que los efectos de sinterización tienen lugar solamente dentro de los gránulos, de manera que apenas existirá alguna unión en la superficie de los mismos, unión externa que podría traducirse en un apelmazamiento de la masa. Como que los gránulos han sido completamente descarbonizados en el cambiador de calor cilíndrico vertical, la temperatura de la fusión no se ve localmente afectada negativamente por un proceso de descarbonización con consumo de energía. Además, los gránulos causan apenas ninguna separación en el horno de fusión. Aunque repetidamente se menciona la piedra caliza como el material de partida, será evidente para los expertos en la materia que, además de la piedra caliza, en la etapa i) del presente método se pueden utilizar residuos industriales con un elevado contenido de CaO, tales como residuos de Ca(OH)_{2} o CaO.

Después de la pulverización, la escoria se mezcla finalmente con una cantidad prácticamente idéntica de cenizas volantes a fin de obtener un ligante como producto final. El presente método ofrece varias ventajas comparado con los procesos de producción de clinker según el anterior estado de la técnica. Dado que la escoria es de alta calidad, pueden agregarse cenizas volantes sin tratar en una proporción de hasta el mismo peso que la escoria (relación escoria : ceniza = 50 : 50). Como resultado de ello, los costes de producción y los costes de la energía para el presente producto final se reducen a un nivel inferior al del cemento Pórtland común. Además de esto, se consigue una importante reducción en la utilización de la piedra caliza por unidad del producto final. Esto conduce a una emisión de CO_{2} fuertemente reducida (una disminución de más del 50%). Otra ventaja es el hecho de que el producto final puede formarse a partir de las cenizas volantes del carbón como materia prima alternativa en una proporción de hasta un 70%.

El término aditivos se entiende que incluye agentes como los ligantes, rellenos y correctores, los cuales se considera que son agentes que, como resultado de su composición química o mineralógica, corrigen una mezcla, en particular una mezcla de piedra caliza y cenizas volantes, a fin de obtener la composición y resistencia óptima prevista en los gránulos. Así, se añade un agente corrector a las materias primas, piedra caliza y cenizas volantes, en la etapa i) del presente método a fin de obtener la deseada composición química o mineralógica de los gránulos.

Preferentemente, los gases calientes del horno de fusión se envían al cambiador de calor cilíndrico vertical, gases calientes que se desplazan a través del cambiador de calor a contracorriente con el paquete de gránulos que se mueven en la dirección descendente. Un tal gas caliente secará, calentará, descarbonizará y encenderá los componentes que se hallan presentes en los gránulos. Desde un punto de vista de rendimiento, es deseable obtener los gases calientes de los gases de desecho del horno de fusión en su totalidad o en parte. Debe comprenderse que el cambiador de calor puede también calentarse por medio de otras fuentes de energía, como el carbón, combustibles usuales o gas natural.

En el presente método es de especial importancia que la temperatura en el cambiador de calor cilíndrico vertical se controle de modo que se evite el sinterizado de los gránulos suministrados de acuerdo con la etapa iii) y se obtenga una completa descarbonización. Un tal ajuste de la temperatura efectuará un mínimo ligazón cerámico en los granos durante su estancia y desplazamiento a través del cambiador de calor, tras lo cual los gránulos son llevados al horno de fusión, donde reaccionan en la manera que es conocida en sí.

Además, la temperatura en la parte inferior del cambiador de calor cilíndrico vertical es preferentemente de unos 1100-1300ºC y la temperatura del horno de fusión es preferentemente de unos 1400-1550ºC.

En principio, pueden distinguirse dos flujos parciales en el cambiador de calor cilíndrico vertical, a saber, el de los gránulos introducidos en el lado superior y los gases calientes del horno de fusión introducidos en la parte inferior. Debido a las altas temperaturas de los gases procedentes del horno de fusión, el paquete de gránulos que se desplaza lentamente a través del cambiador de calor cilíndrico vertical será calentado por los gases calientes introducidos a contracorriente allí. Con el fin de mantener el flujo de gases calientes en dirección ascendente a través del cambiador de calor cilíndrico vertical, se instala preferentemente un ventilador de tiro en la parte superior del cambiador de calor. Una ventaja adicional del paquete de gránulos que se mueve en dirección descendente a través del cambiador de calor cilíndrico vertical es el hecho de que dicho paquete funciona como un colector de polvo. Cualquier substancia residual fina puede recogerse en el lado superior del cambiador de calor por instalaciones eliminadoras de polvo convencionales.

En una realización especial es deseable usar un horno de cuba como cambiador de calor cilíndrico vertical y un horno de fusión para la preparación de lana de roca o de lana de vidrio como el horno de fusión.

Según el presente método, la piedra caliza, las cenizas volantes y los aditivos se hallan ya presentes en una proporción deseada en los gránulos que se han formado, lo cual tiene un efecto positivo en los procesos químicos y físicos que tienen lugar en el cambiador de calor cilíndrico vertical y el horno de fusión.

Con el fin de obtener un ligante con excelentes propiedades hidráulicamente ligantes, se prefiere agregar un activador, por ejemplo, una substancia que presente una reacción alcalina, como el NaOH,
Ca(OH)_{2} y similares, como un aditivo en la etapa vi). Otro aditivo apropiado para ser agregado en la etapa vi) es la puzolana seca natural que se haya pulverizado hasta la dimensión del cemento.

Los gránulos que se han de producir según el presente método en particular varían sólo en ligera medida con relación a su diámetro de grano, prefiriéndose con un diámetro, por ejemplo, de 1-2 cm, gránulos que pueden obtenerse por la posible adición a los materiales de partida, a saber, la piedra caliza, las cenizas volantes y los aditivos, de un componente que sea un conducto hacia la cohesión física entre los componentes de los materiales de partida pulverizados. El uso de gránulos es en particular ventajoso con el fin de impedir una variación indeseable en la proporción ajustada de los elementos con la entrada en el horno de fusión.

Aunque aquí se mencionan repetidamente las cenizas volantes procedentes de plantas encendidas con carbón, también es posible usar otras substancias de desechos, tales como residuos de incineradoras, otros tipos de cenizas volantes, arena de hierro purificada, barros de depuradoras, lodos de plantas depuradoras de aguas residuales, amiantos, escorias metálicas, material de dragados y otras substancias que contengan impurezas. En la preparación de la presente escoria de propiedades hidráulicamente ligantes es además importante que el material fundido no cristalice, sino que se mantenga en estado vítreo, porque la cristalización conduciría a un producto final no utilizable.

Claims (12)

1. Método para preparar una escoria que tiene propiedades hidráulicamente ligantes a base de una mezcla que comprende piedra caliza, cenizas volantes y aditivos, que comprende las siguientes etapas: mezclar los materiales de partida, enviar la mezcla a la parte superior de un cambiador de calor cilíndrico vertical, enviar el producto encendido obtenido en la parte inferior del cambiador de calor cilíndrico vertical a un horno de fusión de modo que se obtenga un producto fundido, enfriar el producto fundido, y pulverizarlo y mezclarlo con cenizas volantes y con aditivos a fin de obtener un ligante, caracterizado porque los materiales de partida se mezclan con la deseada relación de pesos, después de lo cual la mezcla así obtenida se granula mientras se añade un combustible sólido, después de lo cual los gránulos que comprenden el combustible sólido y los materiales de partida se envían al cambiador de calor vertical.

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque los gases calientes procedentes del horno de fusión se envían a la parte inferior del cambiador de calor cilíndrico vertical, cuyos gases calientes se mueven a través del cambiador de calor a contracorriente respecto al paquete de gránulos que se mueven en dirección descendente.

3. Método según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la temperatura en el cambiador de calor cilíndrico vertical se controla de modo que se impide la sinterización conjunta de los gránulos suministrados y se consigue una descarbonización completa.

4. Método según una o más de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la temperatura del horno de fusión es superior a la temperatura del cambiador de calor cilíndrico vertical.

5. Método según la reivindicación 4, caracterizado porque la temperatura del lado inferior del cambiador de calor cilíndrico vertical es aproximadamente 1100-1300ºC y la temperatura del horno de fusión es aproximadamente 1400-1550ºC.

6. Método según una o más de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se emplea un horno de cuba como el citado cambiador de calor cilíndrico vertical.

7. Método según una o más de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se emplea un horno de fusión para la preparación de lana de roca o lana de vidrio como horno de fusión.

8. Método según una o más de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se utilizan materiales de partida pulverizados.

9. Método según una o más de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el aditivo usado en la mezcla con la escoria comprende un activador.

10. Método según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el aditivo usado en la mezcla de los materiales de partida comprende un agente corrector.

11. Método según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el aditivo utilizado en la mezcla con la escoria es la puzolana natural seca, que ha sido pulverizado hasta la dimensión del cemento.

12. Método según una o más de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los gránulos varían sólo en una ligera medida respecto a su diámetro de grano, siendo este diámetro en particular de 1-2 cm.