FI102891B - Menetelmä kipsin käsittelemiseksi - Google Patents

Description

109891

Menetelmä kipsin käsittelemiseksi I U L o 7

Keksintö kohdistuu menetelmään kipsin käsittelemiseksi, jossa mene-5 telmässä kidevedellinen kipsi muutetaan sideaineeksi dehydraatiolla.

Kalsiumsulfaatilla CaS04 on useita erilaisia esiintymismuotoja. Luonnossa sitä on mm. kidevedettömänä anhydriittinä. Teollisten prosessien ja lämpövoimalaitosten jätekipsi (ns. sulfokipsi) sisältää tavallisissa olo-10 suhteissa yhtä kalsiumsulfaattimoolia kohti kaksi moolia kidevettä. Sideaineen tuottamiseksi tällaisesta kalsiumsulfaatin dihydraatista on tarpeen poistaa 1,5 vesimolekyyliä jollain menetelmällä, jolloin saadaan hemihydraattia CaSO · VMiO. Tätä kipsihemihydraattia käytetään laajasti itsenäisenä sideaineena tai komponenttina muita sideaineita sisäl-15 tävissä koostumuksissa rakennusmateriaaliteollisuudessa, kuten rakentamiseen käytettävien elementtien, esim. kipsilevyjen valmistuksessa.

Tunnetuilla menetelmillä uuneissa tavallisessa dehydraatiossa saatava CaS04· ΛΑH20:n muodostuu pääasiassa kalsiumhydraatin beta-modifi-20 kaatiosta. Lujuutta vaativien rakenteiden, esim. rakennuslevyjen, valmistamiseen on parempi käyttää alfa-hemihydraattia. Sitä ei suorastaan synny missään jätekipsiä tuottavassa prosessissa, vaan sitä täytyy valmistaa dihydraattimuodosta sopivalla kuivausprosessilla. Alalla tunnetaan monia patentoituja menetelmiä. Miltei kaikissa käytetään auto-25 klaavia, paineastiaa, jossa lämpötila voidaan nostaa selvästi veden normaalia kiehumispistettä korkeammaksi.

:·. Saksalaiset yritykset Sicowa GmbH u. Co. KG ja ProMineral GmbH

ovat kehittäneet prosessin, jossa kuivaus tapahtuu kylläisten kloridi-30 liuosten avulla eli kysymyksessä on eräänlainen osmoosi. Menettelyyn liittyy tuotteen pesu ja kuivaus, jotka lisäävät kustannuksia ja tuottavat jätevettä (lähde: Second International Conference on FGD and Chemical Gypsum, Toronto, May 12—15, 1991).

: 35 Eri menetelmiä alfa-hemihydraattikipsin valmistamiseksi eri raaka-ai neista on patenttikirjallisuudessa esitetty julkaisuissa GB-2 011 363, DE-1 646 434 ja DE-1 796 242. Kaikissa tunnetuissa menetelmissä käytetään erityisiä käsittelyliuoksia ja korkeita lämpötiloja.

2 102891

Keksinnön tarkoituksena on esittää prosessi, jossa ei tarvita autoklaa-vikäsittelyä tai erikoisliuoksia. Tämän tarkoituksen toteuttamiseksi keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiassa tunnusomaista se, että 5 kipsin dehydraatio tapahtuu poistamalla aluksi siitä vettä kuivausaineen avulla matalassa lämpötilassa, minkä jälkeen käsitelty kipsi kuivataan lämpökäsittelyllä korkeammassa lämpötilassa.

Raaka-aineena käytetty kipsi on erityisesti sulfokipsiä, t.s. kaasumais-10 ten rikkiyhdisteiden poistossa syntynyttä kipsiä.

Menetelmän ensimmäisessä vaiheessa voidaan käyttää partikkelimuodossa olevia kuivausaineita, jotka sekoitetaan kipsin kanssa. Ortopii-happo on yksi tällainen kuivausaine.

15

Edullisen menetelmävaihtoehdon mukaan käytetty, vettä imenyt kuivausaine, kuten ortopiihappo, regeneroidaan kuivaamalla ja kierrätetään prosessissa.

20 Keksintöä selostetaan seuraavassa viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää alfa-hemihydraatin valmistusmenetelmää kaaviona, 25 kuvat 2—4 esittävät kolmesta eri lähteestä saadulla sulfokipsillä tehty jen valmistuskokeiden tuloksia, ja « · • ·· kuvat 5—8 esittävät mikroskooppikuvia valmistuskokeilla saaduista kipsikiteistä.

30 • · ·

Savukaasujen puhdistuksen yhteydessä muodostuu kaasumaisten rikin * oksidien ja kalsiumyhdisteiden välisessä reaktiossa kipsiä, jota käyte- tään raaka-aineena keksinnön mukaisessa käsittelymenetelmässä. Sulfokipsin muodostumisreaktio on seuraava: SO2 + CaC03 + —> CaS03 · I&H2O + CO2 2CaS03 · y2H20 + 02 + 3H20 -> 2CaS04 · 2H20 35 102891

Sulfokipsin käsittelymenetelmä käsittää seuraavat kaksi vaihetta: I Vaihe, kalsiumsulfaatin dehvdraatio kuivakäsittelvllä 5 Sekoitetaan kalsiumsulfaatti ortopiihapon, mSi02 · nH20, kanssa painosuhteessa 1:1. Pidetään 20°C:n lämpötilassa suljetussa astiassa 24 tuntia. Tässä "pehmeässä" vaiheessa ortopiihappo "imee" kaiken vapaan ja fysikaalisesti sitoutuneen veden dihydraatista. Sekoituksen lämpötila kohoaa 40°C:een. Tällöin muodostuvat kalsiumsulfaatin he-10 mihydraatin oc-modifikaation ensimmäiset kiteet. Tässä vaiheessa tapahtuu myös muutoksia sitoutuneessa vedessä.

Välivaihe 15 Seulotaan sulfokipsi mSi02 · nH20 :sta seulalla, jonka reikäkoko on 0,25 mm. Ortopiihappo kuivataan, ja näin regeneroidulla ortopiihapolla käsitellään uusi erä sulfokipsiä. Sulfokipsi lähetetään jatkodehydra-tointiin.

20 II Vaihe, lämpökäsittely

Uunissa, t = 175°C, kolmen tunnin aikana tapahtuu sulfokipsin jatkode-hydratointi. Tällöin poistuu kemiallisesti sitoutunut vesi, syntyy kalsium-sulfaatin hemihydraatti, joka muodostuu pääasiassa a-modifikaatiosta. 25 I- vaiheessa ei seosta lämmitetä, vaan aineiden sekoitus keskenään : ·.. voidaan tehdä suhteellisen matalassa lämpötilassa (alle 30°C), kuten 18...25°C huoneenlämpötilassa. Seoksen lämpötilan nousu johtuu vain dehydraatioreaktiosta.

30 • · * II- vaiheen, lämpökäsittelyvaiheen lämpötila voi olla myös alempi tai vii-pymäaika lyhyempi kuin edellä on esitetty. Jos lämpötilaa lasketaan, viipymäaika on vastaavasti pitempi, 100°C:ssa n. 24 h ja 140°C:ssa n. 12—14 h. 175°C:ssa riittää myös V2 h kuivaus, mutta parhaat ominai- 35 suudet saadaan, jos käsittelyaika on pitempi, n. 3 h. Kapasiteetin kan-. : naita nopea kuivaus korkeassa lämpötilassa (yli 170°C) on edullinen.

4 102891

Saatu tuote, jossa kalsiumsulfaatin hemihydraatin α-modifikaation pitoisuus on suurempi kuin tavallisessa dehydraatiomenetelmässä saadun, soveltuu sideaineeksi moniin rakennusmateriaaleihin rakennusteollisuudessa, ja sitä voidaan käyttää lisäaineena tai rakennusmateriaalin, 5 kuten kipsilevyn perusrakenneaineena.

Keksintöä havainnollistetaan seuraavassa esimerkissä, joka ei ole keksintöä rajoittava.

10 Sulfokipsin käsittelytekniikan esimerkki:

Raaka-aineena oli kolmesta eri savukaasujen puhdistuslaitoksesta saatu sulfokipsi, joka sertifikaattien mukaan sisälsi n. 10 % kosteutta.

15 Kullekin sulfokipsierälle suoritettiin seuraava käsittely.

Otettiin 5 kg sulfokipsiä ja 5 kg teollisesti tuotettua ortopiihappoa. Nämä komponentit sekoitettiin keskenään astiassa 3—5 minuutin ajan. Tämän jälkeen astia suljettiin tiiviisti ja se jätettiin huoneenlämpötilaan 20 24 tunniksi. Tämän ajan kuluttua sulfokipsi seulottiin ortopiihaposta 0,25 mm aukoilla varustetulia seulalla. Näin saatu sulfokipsi vietiin lämpökäsittelyyn uuniin 175°C lämpötilaan 3 tunnin ajaksi. Samalla regeneroitiin ortopiihappo sen uutta käyttöä varten.

• I « \’·! 25 Vertailukokeessa suoritettiin sulfokipsierälle lämpökäsittely 175°C:ssa ilman esikäsittelyä ortopiihapolla.

< · • · • ··

Tulokset on esitetty kuvissa 2—4, jotka kuvaavat kolmella eri erällä saatujen kipsien ominaisuuksia. Käyrä A kuvaa vertailukokeessa saa-..... 30 dun kipsin partikkelikokojakaumaa ja käyrä B keksinnön mukaisella käsittelymenetelmällä saadun kipsin partlkkelikokojakaumaa. Keksin-*\ ‘ non mukaisella menetelmällä saadulle kipsille on ominaista suurempi a -hemihydraattipartikkelien määrä, mikä näkyy suurempina partikkeleina. : -: Kuvista 2—4 lasketut ominaispinnat ovat seuraavat: 35

Kuva 2: A:4370cm2/g, B:2092cm2/g

Kuva 3: A:6259cm2/g, B:1815cm2/g

Kuva 4: A: 5111 cm2/g, B: 1911 cm2/g.

102891 5

Pienet ominaispinnat ovat tyypillisiä juuri a-hemihydraattimuodolle.

Kuvan 2 mukaisen erän partikkelien mikroskooppikuvat on esitetty ku-5 vissa 5—8. Kuvissa 5 ja 6 on esitetty käyrän A mukaisesta näytteestä suurennoksella 5000 otetut kuvat, ja kuvassa 7 on käyrän B mukaisesta näytteestä otettu kuva samalla suurennoksella, ja kuvassa 8 on samasta näytteestä otettu kuva suurennoksella 3500. Alfa-hemihydraatti-muodolle tyypillinen kidemuoto on hyvin nähtävissä näistä kuvista.

10

Keksintö ei ole rajoittunut vain ortopiihapon käyttöön ensimmäisessä vaiheessa, vaan siinä voivat tulla kysymykseen muutkin kuivausaineet, jotka voidaan sekoittaa ortopiihapon tavoin jauhemaisen kipsin kanssa.

15 •' · • · ·

Ml • · · • · f « · • · · • « r • t • · • < · • u · • · « *

Claims (5)

102891

1. Menetelmä kipsin käsittelemiseksi, jossa menetelmässä kidevedellinen kipsi muutetaan sideaineeksi dehydraatiolla, tunnettu siitä, että 5 kipsin dehydraatio tapahtuu poistamalla aluksi siitä vettä kuivausaineen avulla matalassa lämpötilassa, minkä jälkeen käsitelty kipsi kuivataan lämpökäsittelyllä korkeammassa lämpötilassa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 10 kipsi ja kuivausaine sekoitetaan keskenään alle 30°C:n lämpötilassa, edullisesti huoneenlämpötilassa (18...25°C).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuivausaine erotetaan kipsistä käsittelyn jälkeen. 15

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että erotettu kuivausaine regeneroidaan ja käytetään uuden kipsierän käsittelyyn.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnet tu siitä, että kuivausaineena käytetään ortopiihappoa. I 4 4 I · I I 4 « 4 « « • · • ·· Ml • · · • · · « · • · · • tr • < ·· < • 1 » • 4» · • s • · ( 4 4 14 I 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 Patentkrav: 102891