PL171759B1

PL171759B1 - Mix of materials for producing a filler for light-weight concretes

Info

Publication number: PL171759B1
Application number: PL93297893A
Authority: PL
Inventors: Alfred Tramer; Lech Ociepa; Piotr Kasprzynski; Andrzej Laska; Stanislaw Kusnierz; Zdzislaw Zakrzewski; Miroslaw Sekula
Original assignee: Inst Chem Przerobki Wegla
Priority date: 1993-02-26
Filing date: 1993-02-26
Publication date: 1997-06-30
Also published as: PL297893A1

Abstract

Mieszanka do produkcji kruszywa do betonu lekkiego składająca się z 20 - 40% wagowych odpadowego mułu węglowego z procesów wzbogacaniawęgla o zawartości węgla pierwiastkowego C 25 - 50% wagowych i siarki poniżej 3% w przeliczeniu na SO3, dodatku uplastyczniającegooraz popiołu lotnego, znamiennatym, że zawierajako dodatek uplastyczniający szlam z oczyszczania osadników kopalnianych wód dołowych w ilości 40 - 80% wagowych o zawartości węgla pierwiastkowego C poniżej 10% i siarki poniżej 1% w przeliczeniu na SO3 oraz ewentualnie popiół lotny w ilości do 40% wagowych.Mixture for the production of aggregate for lightweight concrete consisting of 20 - 40% by weight of waste coal sludge from coal enrichment processes elemental C 25 - 50% by weight and sulfur below 3%, calculated as SO3, additive plasticizing and fly ash, characterized by the fact that it contains plasticizing additive sludge from the treatment of mine water sedimentation tanks in the amount of 40 - 80% by weight with a carbon content of C below 10% and sulfur below 1% by weight calculated as SO3 and optionally up to 40% by weight of fly ash.

Description

Przedmiotem wynalazku jest mieszanka do produkcji kruszywa do betonu lekkiego.The subject of the invention is a mix for the production of aggregate for lightweight concrete.

Znane są mieszanki do produkcji kruszywa stosowanego do produkcji betonu lekkiego np. glinoporytu, którego proces wytwarzania dzieli się na następujące etapy: wydobycie i transport surowca, przygotowanie masy wsadowej do spiekania, spiekanie wsadu oraz przeróbka spieku na kruszywo. Przygotowanie masy wsadowej polega na dodaniu do głównego składnika mieszanki - gliny, odpowiednich dodatków, głównie paliwa, następnie uśrednieniu masy i jej granulowaniu.There are known mixtures for the production of aggregate used in the production of lightweight concrete, e.g. aluminum porite, the production process of which is divided into the following stages: extraction and transport of raw material, preparation of the batch mass for sintering, sintering the batch and processing of the sinter into aggregate. Preparation of the input mass consists in adding appropriate additives, mainly fuel, to the main component of the mixture - clay, and then averaging the mass and granulating it.

Do produkcji glinoporytu stosowane są różne odmiany glin: gliny morenowe, gliny nawiane-lessy, mady i muły rzeczne, iły trzeciorzędowe. Jako dodatków powodujących powstanie porowatości w otrzymanych z tych surowców kruszywach w procesie wypalania wsadu najczęściej używa się trociny sosnowe, miał węglowy i torf.Different types of clays are used for the production of aluminophorite: moraine clays, loess-winding clays, river muds and silts, and tertiary clays. Pine sawdust, coal dust and peat are most often used as additives causing the formation of porosity in the aggregates obtained from these raw materials in the firing process of the charge.

W znanych z opisów patentowych i literatury sposobach wytwarzania kruszyw lekkich stosuje się również mieszaniny składające się z surowców odpadowych w głównej mierze z popiołów lotnych oraz odpadów z flotacyjnego wzbogacania węgla kamiennego bądź łupków przywęglowych jako składników uplastyczniających mieszankę wsadową i dostarczającą jej wymaganą ilość składników palnych niezbędnych w procesie spiekania.The methods of producing lightweight aggregates known from patents and literature also use mixtures consisting of waste materials, mainly from fly ash, and waste from coal flotation enrichment or coal shale as components plasticizing the batch mixture and providing it with the required amount of combustible components necessary in sintering process.

W opisie patentowym nr 53574 podano sposób wytwarzania lekkich kruszyw spiekanych z mieszanek składających się z odpadów poflotacyjnych z procesów wzbogacania węgli zawierających do 40% wilgoci i zawartości części palnych powyżej 15% oraz suchych popiołów lotnych.The patent specification No. 53574 describes a method of producing lightweight sintered aggregates from blends consisting of flotation waste from coal beneficiation processes with up to 40% moisture and a combustible content above 15% and dry fly ash.

W opisie zgłoszeniowym nr P. 160 542 podany jest sposób wytwarzania takich kruszyw z mieszanek zawierających oprócz odpadów poflotacyjnych z procesu wzbogacania węgla oraz popiołów lotnych także dodatek odpadów popłuczkowych o granulacji 0-5 mm. Z mieszanek takich można otrzymać po wypaleniu produkt nie wymagający dodatkowego ' kruszenia na mniejsze ziarna.Application no. P. 160 542 describes a method of producing such aggregates from mixtures containing, in addition to flotation waste from the coal enrichment process and fly ash, also the addition of washing waste with a granulation of 0-5 mm. After firing such mixtures, it is possible to obtain a product that does not require additional crushing into smaller grains.

Z opisu patentowego nr 62 248 znany jest również sposób wytwarzania kruszyw z wsadu jednoskładnikowego składającego się z odpadów popłuczkowych z płuczek magnetytowych cieczy ciężkiej. Odpady takie zawierające średnio l0% pierwiastka węgla, bezpośrednio po rozdrobnieniu i zgranulowaniu, poddawane są prażeniu na kruszywo na taśmie rusztowej.Patent description No. 62 248 also describes a method of producing aggregates from a single-component charge consisting of washing waste from magnetite washers of a heavy liquid. Such waste, containing on average 10% of the carbon element, is subjected to crushing and granulation immediately after grinding into aggregate on a grate belt.

W podobny sposób w dużej skali przemysłowej wytwarzano w kraju kruszywa spiekane Knurów, Bytom i Haldex. Surowcami do ich produkcji były łupki przywęglowe ze zwałów odpadowych o kaloryczności (zawartości części palnych) wymaganej w procesie ich spiekania na urządzeniu taśmowym.Knurów, Bytom and Haldex sintered aggregates were produced in a similar manner on a large industrial scale. The raw materials for their production were coal shale from waste heaps with calorific value (content of combustible parts) required in the sintering process on a belt device.

Niedogodnością sposobów wykorzystujących odpady poflotacyjne bądź łupki przywęglowe jako składniki nadające mieszankom wsadowym do produkcji kruszywa spiekanego wymaganej plastyczności i kaloryczności jest znaczna zawartość w tych surowcach siarki oraz części smolistych, które ograniczają ich zastosowanie ze względu na wymogi ochrony środowiska.The disadvantage of the methods using flotation waste or coal shale as components giving the batch mixes for the production of sintered aggregate the required plasticity and calorific value is the significant content of sulfur and tar in these raw materials, which limit their use due to environmental protection requirements.

171 759171 759

Celem wynalazku jest ustalenie składu mieszanki do produkcji kruszywa spiekanego bez konieczności stosowania jako surowca uplastyczniającego mieszankę wsadową rodzimych glin i iłów iecz wykorzystanie do tego celu odpadu przemysłowego o podobnych własnościach lecz pozbawionego ujemnych cech odpadów poflotacyjnych i łupków przy węglowych.The aim of the invention is to determine the composition of the mixture for the production of sintered aggregate without the need to use native clays and loams as a raw material for plasticizing the batch mixture, or to use industrial waste with similar properties but devoid of the negative features of flotation waste and coal shale.

Istota wynalazku polega na tym, że mieszanka składająca się z 20 - 40% wagowych odpadowego mułu węgłowego i dodatku uplastyczniającego i popiołu lotnego zawiera jako dodatek uplastyczniający szlam z oczyszczania osadników kopalnianych wód dołowych w ilości 40 - 80% wagowych o zawartości węgla pierwiastkowego C poniżej 10% i siarki ponizej 1 % w przeliczeniu na SO3 oraz ewentualnie popiół lotny w ilości do 40% wagowych. Szlam jest odpadem powstającym w procesie grawitacyjnego oczyszczania wód dołowych kopalni.The essence of the invention consists in the fact that the mixture consisting of 20 - 40% by weight of waste coal silt, plasticizing additive and fly ash contains as a plasticizing additive the sludge from the cleaning of mine sedimentation tanks in the amount of 40 - 80% by weight with a carbon content of less than 10 % and sulfur less than 1% based on SO3 and optionally fly ash in an amount up to 40% by weight. The sludge is waste produced in the process of gravity purification of the mine's underground water.

W wyniku tego procesu betonowe osadniki zapełniane są sedymentem, który jest usuwany przez odciągnięcie pompą i spłukanie wodą. Ze względu na bardzo trudny i kosztowny proces odwodnienia szlamu przez wirowanie czy filtrowanie, jest on zwykle pompowany na składowisko terenowe, gdzie ulega z czasem odwodnieniu i zagęszczeniu do zawartości wilgoci wynoszącej 25 - 35%. Szlam taki jest ciemnopopielatym osadem o charakterze bezpostaciowym składającym się głównie z minerałów ilastych. Przykładowy skład ziarnowy i chemiczny szlamu podany jest w tabeli 1. Ze względu na korzystny skład granulometryczny, chemiczny i mineralny oraz własności plastyczne, szlam okazał się dobrym surowcem do produkcji lekkiego kruszywa sztucznego. Drugim składnikiem mieszanki według wynalazku są odpadowe muły węglowe, o stosunkowo małej zawartości siarki i dużej zawartości części palnych, wytwarzane przez kopalnie węgla kamiennego w dużych ilościach. Powstają one w mokrych procesach mechanicznej przeróbki węgla, niektórych procesach wzbogacenia flotacyjnego węgli koksujących oraz wzbogacenia miałów węgli energetycznych. Strumienie odpadowe z tych procesów zawierają znaczną ilość miałkiego węgla. Odwodnione naprasach filtracyjnych lub samoistnie zagęszczone w zbiornikach lub na polach osadowych zawierają od 25 - 40% wody oraz od 25 - 50% wagowych węgla, który często jest bezpowrotnie tracony na składowiskach.As a result of this process, the concrete settling tanks are filled with sediment, which is removed by drawing it off with a pump and flushing with water. Due to the very difficult and costly process of dewatering the sludge by centrifugation or filtration, it is usually pumped to the field landfill, where it is dehydrated over time and thickened to a moisture content of 25 - 35%. Such sludge is a dark gray, amorphous sediment consisting mainly of clay minerals. An example of the grain and chemical composition of the sludge is given in Table 1. Due to the favorable grain size, chemical and mineral composition as well as plastic properties, the sludge turned out to be a good raw material for the production of lightweight artificial aggregate. The second component of the blend according to the invention is coal waste sludge, with a relatively low sulfur content and high fuel content, produced in large quantities by hard coal mines. They are produced in wet processes of mechanical coal processing, some processes of flotation enrichment of coking coals and enrichment of fine coal. Waste streams from these processes contain a significant amount of fine coal. Dehydrated filter presses or spontaneously thickened in reservoirs or in sedimentary fields contain from 25 - 40% of water and from 25 - 50% by weight of coal, which is often irretrievably lost in landfills.

W wielu przypadkach może on stanowić wartościowy dodatek do mas ceramicznych gdyż posiada korzystny skład granulometryczny, chemiczny i mineralny.In many cases, it can be a valuable addition to ceramic masses because it has a favorable grain, chemical and mineral composition.

Nieoczekiwanie okazało się, że mieszanka składająca się ze szlamu z oczyszczania wód dołowych, mułu węglowego z procesów mechanicznego wzbogacenia węgla energetycznego oraz ewentualnie popiołu lotnego jest przydatna do otrzymywania lekkiego kruszywa sztucznego. Ciepło niezbędne do wypalenia zgranulowanego wsadu pochodzi głównie ze spalania węgla wprowadzonego do wsadu z mułem węglowym.Surprisingly, it turned out that a mixture consisting of sludge from underground water treatment, coal sludge from mechanical enrichment processes of steam coal and possibly fly ash is suitable for the production of lightweight artificial aggregate. The heat necessary to burn the granulated charge comes mainly from the combustion of coal introduced into the charge with coal sludge.

Do rozpału wsadu w piecu tunelowym lub taśmowym urządzeniu spiekającym stosowane jest inne paliwo stałe, ciekłe lub gazowe. Ilość mułu węglowego wprowadzonego do mieszanki wsadowej zależy od jego składu chemicznego i wartości opałowej oraz sposobu i wymaganej temperatury spiekania. Skład chemiczny i mineralogiczny wytworzonej mieszanki wsadowej powinien spełniać wymagania dla surowców do produkcji materiałów ceramicznych, tak by w wyniku wypalenia produkt posiadał własności wymagane dla kruszyw do betonu lekkiego.Another solid, liquid or gaseous fuel is used to fire the charge in a tunnel kiln or belt sintering device. The amount of coal sludge introduced to the feed mixture depends on its chemical composition and calorific value, as well as the method and the required sintering temperature. The chemical and mineralogical composition of the produced batch mixture should meet the requirements for raw materials for the production of ceramic materials, so that, as a result of burning, the product has the properties required for aggregates for lightweight concrete.

Zaletą mieszanki według wynalazku jest możliwość w stosunkowo prosty sposób jednoczesnej utylizacji dwojakiego rodzaju odpadów kopalnianych wymagających składowania terenowego oraz wykorzystanie energii cieplnej węgla traconego w jednym z nich - odpadowym mule.The advantage of the mixture according to the invention is the possibility, in a relatively simple way, of simultaneous utilization of two types of mine wastes requiring field disposal and the use of thermal energy of the carbon lost in one of them - waste silt.

Przykłady stosowania wynalazku.Examples of the use of the invention.

We wszystkich przykładach wynalazku podstawowymi surowcami do wytwarzania kruszywa był szlam z oczyszczania osadników wód dołowych kopalni oraz muł węglowy z mechanicznej przeróbki węgla energetycznego pobrane ze składowisk terenowych i podsuszone do wymaganej do procesu wilgotności wynoszącej 15 - 30%. Jako dodatek schudzający stosowano popiół lotny pochodzący ze spalania węgla kamiennego w ciepłowni.In all the examples of the invention, the basic raw materials for the production of aggregate were sludge from the treatment of underground mine water sedimentation tanks and coal sludge from mechanical processing of steam coal, taken from landfills and dried to the humidity required for the process, amounting to 15 - 30%. Fly ash from the combustion of hard coal in the heating plant was used as a slimming additive.

Skład ziarnowy i chemiczny stosowanych surowców przedstawiony jest w tabelach 1-3.The grain and chemical composition of the raw materials used is presented in Tables 1-3.

Przykład I.W skali laboratoryjnej przygotowano mieszankę do otrzymania kruszywa zawierającą 60% wagowych szlamu z oczyszczania wód dołowych i 40% wagowych mułu węglowego z mechanicznej przeróbki węgla. Po podsuszeniu, rozkruszeniu i homogenizacji z mieszanki uformowano na grudkowniku talerzowym przy natrysku wodnym granule o średnicy 5-20 mm.Example 1 In a laboratory scale, a mixture was prepared to obtain aggregate containing 60% by weight of sludge from pit water treatment and 40% by weight of coal sludge from mechanical processing of coal. After drying, crushing and homogenization of the mixture, granules with a diameter of 5-20 mm were formed on a disc pelletizer with water spraying.

Po wysuszeniu do stałej masy w suszarce laboratoryjnej w temperaturze 383°K wsad wypalono w piecu muflowym w temperaturze 1373°K. Otrzymany produkt posiadał ciężar nasypowy 690 g/cm³ oraz własności kruszywa do betonu lekkiego oznaczone wg normy PN-86/B-23006.After drying to constant weight in a drying oven at 383 ° K, the charge was fired in a muffle furnace at 1373 ° K. The obtained product had a bulk density of 690 g / cm ³ and the properties of aggregate for lightweight concrete determined in accordance with PN-86 / B-23006.

Przykład U. W skali laboratoryjnej przygotowano mieszankę do otrzymywania kruszywa o składzie 40% wagowych szlamu z oczyszczania wód dołowych, 30% mułu węglowego z mechanicznej przeróbki węgla i 30% popiołu lotnego.Example U. On a laboratory scale, a mixture was prepared for the preparation of aggregate with the composition of 40% by weight of sludge from underground water treatment, 30% of coal sludge from mechanical processing of coal and 30% of fly ash.

Po podsuszeniu, rozdrobnieniu i zhomogenizowaniu mieszanki uformowano z niej na grudkowniku talerzowym przy natrysku wodnym granule o średnicy 5-20 mm.After drying, grinding and homogenizing the mixture, granules with a diameter of 5-20 mm were formed from it on a disc pelletizer with water spraying.

Po wysuszeniu do stałej masy w suszarce laboratoryjnej w temperaturze 383°K wsad wypalono w piecu muflowym w temperaturze 1373°K. Otrzymany produkt posiadał ciężar nasypowy 680 g/cm3 i własności wymagane dla kruszywa do betonu lekkiego.After drying to constant weight in a drying oven at 383 ° K, the charge was fired in a muffle furnace at 1373 ° K. The product obtained had a bulk density of 680 g / cm3 and the properties required for lightweight concrete aggregate.

Przykład III. W warunkach przemysłowych wyprodukowano partię kruszywa z mieszanki zawierającej 70% wagowych szlamu i 30% wagowych mułu węglowego.Example III. Under industrial conditions, an aggregate batch was produced from a blend of 70 wt% sludge and 30 wt% coal sludge.

Przygotowanie i homogenizację mieszanki przeprowadzono w ciągu technologicznym produkcji cegieł. Formowanie mieszanki wykonano metodą plastyczną przez przetłaczanie masy przez perforowaną płytę umocowaną u wylotu ustnika prasy pasmowej, cięcie na brykieciki i obtaczanie na grudkowniku talerzowym.Preparation and homogenization of the mixture was carried out in the technological process of brick production. The mixture was formed using a plastic method by forcing the mass through a perforated plate fixed at the mouth of the strip press, cutting into briquettes and rolling on a disc pelletizer.

Zgranulowany do uziarnienia o średnicy 10-20 mm wsad wysuszono, a następnie wypalono w piecu tunelowym w temperaturze 1273°K. Produkt posiadał ciężar nasypowy 670 g/cm3 i własności wymagane dla kruszyw do betonu lekkiego.The charge, granulated to a grain size of 10-20 mm, was dried and then fired in a tunnel kiln at a temperature of 1273 ° K. The product had a bulk density of 670 g / cm3 and the properties required for lightweight concrete aggregates.

Tabela 1Table 1

Szlam z oczyszczania osadników wód dołowychSludge from the treatment of underground water sedimentation tanks

Oznaczenie Mark Udział procentowy % wag. | Percentage wt.% | 1. Skład ziarnowy, mm 0,25 - 0,49 0,12 - 0,25 0,06 - 0,12 poniżej 0,06 1. Grain size, mm 0.25 - 0.49 0.12 - 0.25 0.06 - 0.12 less than 0.06 0,10 0,20 0,23 99,47 0.10 0.20 0.23 99.47 2. Skład chemiczny SiO₂ Al^Oj TiO₂ Fe2O₃ CaO MgO Nap κρ SO₃ Straty prażenia (w tym C)2. Chemical composition SiO ₂ Al ^ Oj TiO ₂ Fe2O ₃ CaO MgO Nap κρ SO ₃ Loss on ignition (including C) 53,18 19,25 0,60 5,31 2,79 Q69 0,48 1,92 0,42 15,36 (621) 53.18 19.25 0.60 5.31 2.79 Q69 0.48 1.92 0.42 15.36 (621)

171 759171 759

Tabela 2Table 2

Muł węglowy z mechanicznej przeróbki węglaCoal muck from mechanical processing of coal

Oznaczenie Mark Udział procentowy % wag. Percentage% wt. 1. Skład ziarnowy, mm 1. Grain size, mm powyżej 5 over 5 3,1 3.1 5 - 3,15 5 - 3.15 1,5 1.5 3,15 - 2 3.15 - 2 0,8 0.8 2-1 2-1 1,9 1.9 1 -1.,71 1 -1., 71 2,7 2.7 0,71 - 0,5 0.71 - 0.5 5,4 5.4 poniżej 0,5 less than 0.5 84,6 84.6 2. Skład chemiczny 2. Chemical composition SiO₂ SiO ₂ 33,16 33.16 ^A2^O3 ^A 2 ^O 3 9,73 9.73 FejOa FejOa 9,73 9.73 CaO CaO 436 436 MgO MgO 2,00 2.00 Na,O Na, o 0,20 0.20 KO KO 0,82 0.82 SO₃ SO ₃ 2,40 2.40 C C. 37,60 37.60

Tabela 3 Popiół lotnyTable 3 Fly ash

Oznaczenie Mark Udział procentowy % wag. Percentage% wt. 1. Skład ziarnowy, mm 1. Grain size, mm powyżej 0,5 more than 0.5 - - 0,25 - 0,50 0.25 - 0.50 0,2 0.2 0,12 - 0,25 0.12 - 0.25 3,0 3.0 0,08 - 0,12 0.08 - 0.12 4,8 4.8 0,06 - 0,08 0.06 - 0.08 6,4 6.4 poniżej 0,06 less than 0.06 85,6 85.6 2. Skład chemiczny 2. Chemical composition SiO₂ SiO ₂ 50,81 50.81 AljOj AljOj 28,24 28.24 F&jOj F & jOj 8,86 8.86 CaO CaO 2,13 2.13 MgO MgO 2,39 2.39 NtyO NtyO 0,65 0.65 ^O ^ O 2,89 2.89 SO₃ SO ₃ 0,85 0.85 Straty prażenia w 900°C Loss on ignition at 900 ° C 3,18 3.18

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 złPublishing Department of the UP RP. Circulation of 90 copies. Price PLN 2.00

Claims

Patent claim

Mixture for the production of aggregate for lightweight concrete consisting of 20 - 40% by weight of waste coal sludge from coal enrichment processes with C 25 - 50% by weight of elemental carbon and less than 3% sulfur in terms of SO3, plasticizing additive and fly ash, characterized by that it contains, as a plasticizing additive, the sludge from the treatment of mine water sedimentation tanks in an amount of 40-80% by weight with a C elemental carbon content of less than 10% and a sulfur content of less than 1% in terms of SO3, and possibly up to 40% by weight of fly ash.