NL1019453C2

NL1019453C2 - Werkwijze voor het bereiden van een slak met hydraulisch bindende eigenschappen.

Info

Publication number: NL1019453C2
Application number: NL1019453A
Authority: NL
Inventors: Egide Marie Mathieu Gerar Niel; Joseph Cransveld
Original assignee: A P M Consultants B V
Priority date: 2001-11-29
Filing date: 2001-11-29
Publication date: 2003-06-03
Also published as: EP1448493A1; EP1448493B1; ATE301107T1; ES2247395T3; RO122033B1; PL369466A1; CN1307119C; WO2003045870A1; AU2002349578A1; DE60205402D1; PL213023B1; CN1604883A; DE60205402T2

Description

Korte aanduiding: Werkwijze voor het bereiden van een slak met hydraulisch bindende eigenschappen.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze 5 voor het bereiden van een slak met hydraulisch bindende eigenschappen op basis van een mengsel dat kalksteen, vliegas en eventuele toevoegmiddelen omvat, waarbij deze uitgangsmaterialen of grondstoffen worden gemengd, gesmolten en gemalen.

Een dergelijke werkwijze is bekend uit het Europees octrooi 10 0 393 731 waarbij een van de onderhavige uitvinders ook als uitvinder is vermeld. Volgens de daaruit bekende werkwijze worden de grondstoffen, die zijn gebaseerd op CaO, Si02 en Al203, bij een temperatuur gelegen tussen 1400 °C en 1550 °C in een vat gesmolten zodat een smelt resulteert met een samenstelling van 33-52 gew.% CaO, 9-25 gew.% Al203 en 23 tot 45 gew.% 15 Si02, welke smelt na aftappen wordt gekoeld door deze tussen de walsen van een walskoeler (kalander) te leiden tot een temperatuur gelegen tussen 500-1000 °C is verkregen, waarna de aldus gestolde massa wordt gebroken en met lucht verder gekoeld, waarbij de daarbij verkregen, verhitte koellucht wordt gebruikt voor verdere verwarming van de 20 grondstoffen. Uit de praktijk is gebleken dat een dergelijke werkwijze leidt tot een verglaasde slak met hoog CaO-gehalte.

In vele landen wordt nog traditioneel Portiandcement gefabriceerd waarvan het hoofdbestanddeel Portiandklinker is die in een schachtoven wordt bereid. Dit arbeidsintensieve fabricageproces dat niet 25 of nauwelijks voldoet aan milieu-eisen (stof) en waarbij de verkregen klinkerkwaliteit beperkingen heeft, biedt nauwelijks uitzicht op aanpassingen die tot verbeteringen leiden of die product!everhogend werken. Het is nu mogelijk gebleken om de bestaande infrastructuur van de fabriek aan te passen zodat men op een ander fabricageproces kan 30 overstappen dat eveneens een anorganisch bindmiddel voor de bouw levert dat vrijwel dezelfde eigenschappen heeft als Porti andcement.

2

Het doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een werkwijze voor het bereiden van een slak met hydraulisch bindende eigenschappen waarbij sintering tot vuistgrote klompen van de tot hoge temperatuur verwarmde uitgangsmaterialen zoveel mogelijk dient te worden 5 voorkomen in het calcinatietraject.

Een ander doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een werkwijze voor het bereiden van een slak met hydraulisch bindende eigenschappen waarbij de uitgangsmaterialen als granules van bekende samenstelling worden toegevoerd aan een 10 verwarmingsoven, welke verwarmingsoven een onderlinge sintering van de reeds in de gewenste specifieke samenstelling toegevoerde granules voorkomt.

Nog een ander doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een werkwijze die gebruik maakt van de bestaande 15 infrastructuur van een klinkerfabricageproces met schachtoven en deze zodanig aanpast dat in plaats van klinker slak wordt geproduceerd waarbij een zo hoog mogelijke doorzet aan gebrand product voor het bereiden van slak wordt nagestreefd.

De onderhavige uitvinding zoals vermeld in de aanhef wordt 20 gekenmerkt doordat de werkwijze de volgende stappen omvat: i) het volgens de gewenste gewichtsverhouding mengen van de uitgangsmaterialen kalksteen, vliegas en eventuele toevoegmiddelen, ii) het granuleren van het mengsel afkomstig van stap i), iii) het toevoeren van de granules afkomstig van stap ii) 25 aan de bovenzijde van een cilindrische verticale warmtewisselaar, iv) het gebrande product afkomstig uit de onderzijde van de cilindrische verticale warmtewisselaar toevoeren aan een smeltoven ter verkrijging van een gesmolten product, v) het afschrikken van het gesmolten product afkomstig 30 van stap iv) ter verkrijging van de slak met hydraulisch bindende eigenschappen en vervolgens ♦ 3 vi) het malen van de slak afkomstig van stap v) en mengen met vliegas en eventuele toevoegmiddelen, bij voorkeur een activator, ter verkrijging van een bindmiddel.

Door het aldus uitvoeren van de onderhavige werkwijze wordt 5 een slak met hydraulisch bindende eigenschappen verkregen die na malen en mengen met vliegas en eventuele toevoegmiddelen, bij voorkeur een activator, een bindmiddel oplevert dat als cement wordt toegepast. Aan de warmtewisselaar wordt een hoeveelheid granules toegevoerd die over een samenstelling beschikken die reeds aan de gewenste specificatie voldoet, 10 zodat aan de uitgang van de smeltoven een slak met de juiste chemische samenstelling wordt verkregen. Doordat de granules in de cilindrische verticale warmtewisselaar volledig zijn gedecarbonateerd, wordt de temperatuur van de smelt plaatselijk niet nadelig beïnvloed door een energieverslindende decarbonatatie. Bovendien veroorzaken de granules 15 nagenoeg geen ontmenging in de smeltoven. Hoewel in de onderhavige beschrijvingsinleiding steeds wordt gesproken van kalksteen, is het voor een deskundige op dit gebied duidelijk dat naast kalksteen ook industrieel afval met een hoog CaO-gehalte, zoals resten Ca(0H)2 of CaO, kan worden toegepast in stap i) van de onderhavige werkwijze.

20 Aldus wordt de fijngemalen slak uiteindelijk met een nagenoeg zelfde gewichtshoeveelheid vliegas tot het eindproduct bindmiddel gemengd. De onderhavige werkwijze kent ten opzichte van de volgens de stand van de techniek bekende klinkerfabricageprocessen vele voordelen. Omdat de slak van hoge kwaliteit is, kan tot haar eigen 25 gewicht aan onbewerkte vliegas worden toegevoegd (slak:vliegas = 50:50). Hierdoor dalen de fabricagekosten en energiekosten tot onder deze van gangbare Portiandcement. Daarnaast is per eenheid eindproduct sprake van een aanmerkelijke reductie van het gebruik van kalksteen. Dit leidt tot een sterk gereduceerde C02 uitstoot (reductie is meer dan 50%). Een ander 30 voordeel is dat het eindproduct tot 70% uit de alternatieve grondstof kolenvliegas kan worden gefabriceerd.

4

Onder toevoegmiddelen moeten middelen worden verstaan zoals bindmiddelen, vulmiddelen en correctiemiddelen, welke laatstgenoemde middelen worden beschouwd als middelen die door hun chemische samenstelling een mengsel, in het bijzonder van kalksteen en vliegas, 5 corrigeren om de beoogde optimale samenstelling in de granules te bereiken. Aldus wordt in stap i) van de onderhavige werkwijze voor het bereiken van de gewenste chemische samenstelling in de granules een correctiemiddel aan de grondstoffen kalksteen en vliegas toegevoegd.

Het verdient de voorkeur dat de hete gassen afkomstig van 10 de smeltoven worden toegevoerd aan de cilindrische verticale warmtewisselaar, waarbij de hete gassen zich in tegenstroom met het in benedenwaartse richting bewegende pakket van granules door de warmtewisselaar verplaatsen. Een dergelijke hete gasstroom zorgt voor het drogen, verwarmen en decarbonateren van de in de granules aanwezige 15 bestanddelen. Vanuit het oogpunt van efficiency is het gewenst dat de hete gassen gedeeltelijk of geheel worden geleverd door de afgassen van de smeltoven. Het moet duidelijk zijn dat de warmtewisselaar ook met andere energiebronnen kan worden verwarmd, zoals steenkool, gebruikelijke brandstoffen of aardgas.

20 In de onderhavige werkwijze is het met name van belang dat de temperatuur in de cilindrische verticale warmtewisselaar zodanig wordt gestuurd dat onderlinge sintering van de volgens stap iii) toegevoerde granules wordt voorkomen en dat de decarbonatatie volledig zal zijn. Een dergelijke temperatuurinstelling leidt ertoe dat de granules tijdens hun 25 verblijf en verplaatsing door de warmtewisselaar in lichte mate keramisch worden gebonden waarna zij vervolgens naar de smeltoven worden geleid en aldaar volgens een op zich bekende wijze reageren.

Het verdient verder de voorkeur dat de temperatuur aan de onderzijde van de cilindrische verticale warmtewisselaar ongeveer 30 1100-1300 °C bedraagt en dat de temperatuur van de smeltoven ongeveer 1400-1550 °C bedraagt.

5

In de cilindrische verticale warmtewisselaar zijn in principe twee deelstromen te onderscheiden, namelijk de aan de bovenzijde toegevoerde granules en de aan de onderzijde toegevoerde hete gassen afkomstig van de smeltoven. Ten gevolge van de hoge temperaturen van de 5 gassen afkomstig van de smeltoven zal het zich langzaam door de cilindrische verticale warmtewisselaar verplaatsende pakket van granules worden verwarmd door de hiermee in tegenstroom toegevoerde hete gassen. Om de stroming van de hete gassen in opwaartse richting door de cilindrische verticale warmtewisselaar te bevorderen verdient het de 10 voorkeur om aan de bovenzijde van de cilindrische verticale warmtewisselaar een trekventilator te plaatsen. Een bijkomend voordeel van het zich in benedenwaartse richting door de cilindrische verticale warmtewisselaar verplaatsende pakket van granules is dat dit pakket als stofvanger fungeert. Eventuele fijne reststoffen kunnen aan de bovenzijde 15 van de warmtewisselaar door conventionele ontstoffingsinstallaties worden opgevangen.

In een bijzondere uitvoeringsvorm is het gewenst dat als cilindrische verticale warmtewisselaar een schachtoven wordt toegepast.

Doordat volgens de onderhavige werkwijze reeds in de 20 gevormde granules een gewenste verhouding tussen kalksteen, vliegas en eventuele toevoegmiddelen tot stand is gebracht, zullen de chemische en fysische processen, die zich afspel en in de cilindrische verticale warmtewisselaar en de smeltoven, gunstig worden beïnvloed.

Ter verkrijging van een bindmiddel met voortreffelijk 25 hydraulisch bindende eigenschappen verdient het de voorkeur dat in stap vi) als toevoegmiddel een activator wordt toegevoegd, bijvoorbeeld een alkalisch reagerende stof, zoals NaOH, Ca(0H)2 en dergelijke.

De in de onderhavige werkwijze te vervaardigen granules bezitten in het bijzonder een geringe spreiding in korrel diameter, 30 waarbij een diameter van bijvoorbeeld 1-2 cm de voorkeur verdient, welke granules kunnen worden verkregen door het eventueel aan de

Cu

l i> : M

i 6 uitgangsmaterialen, te weten kalksteen, vliegas en eventuele toevoegmiddelen, toevoegen van een bestanddeel dat de onderlinge fysieke samenhang van de fijngemalen uitgangsmateriaal bestanddelen bevordert. De toepassing van granules is met name gunstig om een ongewenste spreiding 5 in de ingestelde elementenverhouding bij intrede in de smeltoven te voorkomen.

Hoewel in de onderhavige beschrijvingsinleiding steeds wordt gesproken van vliegas, afkomstig van met (steen)kool gestookte installaties, kunnen ook andere reststoffen, zoals afvalverbrandings-10 residuen, andere vliegassen, gereinigd staalgrit. rioolslib, zuiveringsslib, asbest, metallische slakken, baggerspecie en andere verontreinigingen bevattende stoffen worden genoemd. Voor de bereiding van de onderhavige slak met hydraulisch bindende eigenschappen is het verder van belang dat de smelt bij afkoeling niet mag kristalliseren maar 15 in de glasachtige staat dient te blijven, omdat kristallisatie leidt tot een niet-bruikbaar eindproduct.

Claims

1. Werkwijze voor het bereiden van een slak met hydraulisch bindende eigenschappen op basis van een mengsel dat kalksteen, vliegas en 5 eventuele toevoegmiddelen omvat, waarbij deze uitgangsmaterialen worden gemengd, gesmolten en gemalen, met het kenmerk, dat de werkwijze de volgende stappen omvat: i) het volgens de gewenste gewichtsverhouding mengen van de uitgangsmaterialen kalksteen, vliegas en eventuele toevoegmiddelen, 10 ii) het granuleren van het mengsel afkomstig van stap i), iii) het toevoeren van de granules afkomstig van stap ii) aan de bovenzijde van een cilindrische verticale warmtewisselaar, iv) het gebrande product afkomstig uit de onderzijde van de cilindrische verticale warmtewisselaar toevoeren aan een smeltoven ter 15 verkrijging van een gesmolten product, v) het afschrikken van het gesmolten product afkomstig van stap iv) ter verkrijging van de slak met hydraulisch bindende eigenschappen en vervolgens vi) het malen van de slak afkomstig van stap v) en 20 mengen met vliegas en eventuele toevoegmiddelen ter verkrijging van een bindmiddel.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de hete gassen afkomstig van de smeltoven worden toegevoerd aan de onderzijde van de cilindrische verticale warmtewisselaar, waarbij de hete gassen zich in 25 tegenstroom met het in benedenwaartse richting bewegende pakket van granules door de warmtewisselaar verplaatsen.

3. Werkwijze volgens een of meer van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de temperatuur in de cilindrische verticale warmtewisselaar zodanig wordt gestuurd dat sintering van de 30 volgens stap iii) toegevoerde granules onderling wordt voorkomen en dat de decarbonatatie volledig is.

4. Werkwijze volgens een of meer van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de temperatuur van de smeltoven hoger is dan de temperatuur van de cilindrische verticale warmtewisselaar.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de 5 temperatuur van de cilindrische verticale warmtewisselaar aan de onderzijde ongeveer 1100-1300 °C bedraagt en dat de temperatuur van de smeltoven ongeveer 1400-1550 °C bedraagt.

6. Werkwijze volgens een of meer van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat als cilindrische verticale 10 warmtewisselaar een schachtoven wordt toegepast.

7. Werkwijze volgens een of meer van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat in stap vi) het toevoegmiddel een activator omvat.

8. Werkwijze volgens een of meer van de voorafgaande 15 conclusies, met het kenmerk, dat in stap i) het toevoegmiddel een correctiemiddel omvat.

9. Werkwijze volgens een of meer van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de granules afkomstig van stap ii) een geringe spreiding in korrel diameter bezitten, in het bijzonder een 20 diameter van 1-2 cm. - -J