PL182925B1

PL182925B1 - Mixture for agglomerating flying ashes, especially low-calcium and sulphur-free ones

Info

Publication number: PL182925B1
Application number: PL96316919A
Authority: PL
Inventors: Marian Nabożny; Zdzisław Woźniacki; Jerzy Nocoń; Jan Pasierb; Maria Dziób; Edmund Kieś
Original assignee: Nabozny Marian; Nocon Jerzy; Jan Pasierb; Wozniacki Zdzislaw
Priority date: 1996-11-08
Filing date: 1996-11-08
Publication date: 2002-04-30
Also published as: PL316919A1

Abstract

1. Mieszanka do aglomerowania popiołów lotnych, zwłaszcza niskowapniowych i niezasiarczonych, znamienna tym, że stanowi ją zestaw produktów odpadowych złożony z popiołu lotnego w ilości wagowo 70% do 85% o zawartości węgla 1,5 do 3,5%, z odpadu poflotacyjnego węgla kamiennego w ilości 10% do 20% o zawartości węgla 23 do 27%, i z żużla paleniskowego w ilości 5% do 10% o zawartości węgla 7 do 10%, przy czym zestaw tych komponentów tworzy gotowy produkt o konsystencji sypkiej substancji ziarnistej o uziarnieniu mniejszym niż 1,02 mm, o wilgotności poniżej 20%.1. Mixture for agglomerating fly ashes, especially low-calcium ones and non-sulfated, characterized in that it is a composite of waste products from fly ash in an amount of 70% to 85% by weight with a carbon content of 1.5 to 3.5%, from waste post-flotation hard coal in the amount of 10% to 20% with a carbon content of 23 to 27%, and furnace slag in an amount of 5% to 10% with a carbon content of 7 to 10%, wherein the set of these components creates a finished product with the consistency of a loose granular substance grain size less than 1.02 mm and moisture content less than 20%.

Description

Przedmiotem wynalazku jest receptura mieszanki do aglomerowania popiołów lotnych, niskowapniowych i niezasiarczonych, uchwyconych w instalacjach oczyszczania spalin, stosowana w wysokotermicznej utylizacji tych popiołów na kruszywo sztuczne dla budownictwa i drogownictwa.The subject of the invention is a mixture formulation for agglomerating low-calcium and non-sulphated fly ashes, captured in flue gas treatment installations, used in high-thermal utilization of these ashes into artificial aggregate for construction and road construction.

Przemysłowe spalanie węgla, szczególnie w elektrowniach i elektrociepłowniach, wiąże się z problemem powstawania znacznych ilości odpadów, zarówno odpadów stałych w postaci żużla paleniskowego jak i odpadów ze spalin w postaci popiołów lotnych. Popioły lotne są to stałe pozostałości po spalaniu węgla kamiennego w paleniskach pyłowych, unoszone z kotła przez spaliny i wychwytywane w elektrofiltrach. Dla kotłów opalanych pyłem węglowym udział popiołu lotnego w odpadach stałych waha się w granicach 85% do 95%, a żużla paleniskowego odpowiednio od 15% do 5%. We wszystkich rodzajach popiołów podstawowymi składnikami są glinokrzemiany, które występują w postaci krzemionki SiO2 i tlenku glinu AI2O3. Popioły lotne z palenisk pyłowych zawierają niewielkie ilości części palnych, aktualne ilości niespalonego węgla C nie przekraczają 2,5%.Industrial coal combustion, especially in power plants and combined heat and power plants, is associated with the problem of the generation of significant amounts of waste, both solid waste in the form of furnace slag and waste from flue gas in the form of fly ash. Fly ashes are solid residues after coal combustion in dust furnaces, carried from the boiler by the flue gases and collected in electrostatic precipitators. For coal-fired boilers, the share of fly ash in solid waste ranges from 85% to 95%, and furnace slag from 15% to 5%, respectively. In all types of ashes, the basic ingredients are aluminosilicates, which are in the form of SiO2 silica and Al2O3 alumina. Fly ash from pulverized furnaces contains a small amount of combustible parts, the actual amount of unburned carbon C does not exceed 2.5%.

Składy mineralogiczne popiołu lotnego uchwyconego w spalinach kształtują się różnie i tak w przypadku popiołu klasyfikowanego według BN-79/6722-09 jako krzemianowy, zawartość jego podstawowych składników wynosi: krzemionki S1O2 powyżej 40%, tlenku glinu AI2O3 poniżej 30%, tlenku wapnia CaO do 10% i zawartości związków siarki w przeliczeniu na SO3 poniżej 3%, natomiast dla popiołów glinowych zawartość podstawowych składników wynosi: krzemionki S1O2 powyżej 40%, tlenku glinu AI2O3 od 30%, tlenku wapnia CaO do 10% i zawartości związków siarki w przeliczeniu na SO;, poniżej 3%o.The mineralogical compositions of fly ash captured in the flue gas are different, and so in the case of ash classified according to BN-79 / 6722-09 as silicate, the content of its basic components is: S1O2 silica above 40%, Al2O3 alumina below 30%, calcium oxide CaO to 10% and the content of sulfur compounds converted to SO3 below 3%, while for alumina ashes, the content of basic components is: silica S1O2 above 40%, alumina Al2O3 from 30%, calcium oxide CaO up to 10% and the content of sulfur compounds calculated as SO ;, less than 3% o.

Popioły te zaliczane do grupy niskowapniowych w składzie mineralogicznym zawierają głównie szkliwo glinokrzemianowe o zróżnicowanych w trakcie chłodzenia fazach krystalicznych jak silimanit, mulit i kwarc. Tlenki żelaza występują najczęściej w postaci hematytu lub magnetytu.These ashes, included in the low-calcium group, in their mineralogical composition mainly contain aluminosilicate glaze with different crystalline phases during cooling, such as silimanite, mullite and quartz. Iron oxides are most often in the form of hematite or magnetite.

Przykładowo skład popiołu krzemianowego, np. z Elektrowni Kozienice, wyrażony w procentach wagowych wynosi: S1O2 50,8%; AI2O3 23,9%; Fe2O3 8,6%; CaO 3,6%; MgO 2,8%,For example, the composition of silicate ash, for example from Kozienice Power Plant, expressed as a percentage by weight is: S1O2 50.8%; Al2O3 23.9%; Fe2O3 8.6%; CaO 3.6%; MgO 2.8%,

182 925182 925

SO3 0,8%; Na₂O 2,0%; K₂O 4,0%, CaO wolne 0,1%; straty prażenia 2,9%, a skład popiołu klasyfikowanego jako glinowy, np. z Elektrowni Turów, wynosi: SiO₂ 50,4%; Al₂O3, 32,3%; Fe₂O3 7,2%; CaO 1,3%; MgO 1,1%; SO3 0,4%; Na₂O 0,9%; K₂O 2,5%; straty prażenia 2,0%.SO3 0.8%; Na ₂ O 2.0%; K ₂ O 4.0%, CaO free 0.1%; ignition loss 2.9%, and the composition of ash classified as aluminum, eg from the Turów Power Plant, is: SiO ₂ 50.4%; Al ₂ O3, 32.3%; Fe ₂ O3 7.2%; CaO 1.3%; MgO 1.1%; SO3 0.4%; Na ₂ O 0.9%; K ₂ O 2.5%; ignition loss 2.0%.

Popioły można wykorzystać m.in. do produkcji kruszyw budowlanych. Ze względu na pogłębiający się deficyt kruszyw mineralnych, szczególnie naturalnych, jako kruszywo do zapraw i betonów stosuje się kruszywo sztuczne wytwarzane z odpadów przemysłowych z zastosowaniem różnych form obróbki termicznej do jego utwardzenia. Właściwości kruszyw otrzymywanych na drodze obróbki termicznej z popiołów lotnych, zależą od technologii ich wytwarzania takich jak spiekanie, autoklawizowanie, naparzanie. Różnią się one zwłaszcza wytrzymałością na ściskanie. Kruszywa uzyskiwane drogą spiekania mają z kolei różne właściwości zależne od zastosowanego w technologii pieca np. szybowego lub rusztowego. Przy wytwarzaniu kruszywa metodą spiekania wymagane są dodatki do surowej mieszanki ułatwiające jej aglomerowanie tj. granulowanie i spiekanie.The ashes can be used, among others for the production of construction aggregates. Due to the increasing deficit of mineral aggregates, especially natural ones, artificial aggregate produced from industrial waste with the use of various forms of thermal treatment to harden it is used as aggregate for mortars and concretes. The properties of aggregates obtained by thermal treatment from fly ash depend on the technology of their production, such as sintering, autoclaving, infusion. They differ in particular in the compressive strength. Aggregates obtained by sintering, in turn, have different properties depending on the furnace used in the technology, e.g. a shaft or grate furnace. When producing aggregate by sintering, additives to the raw mix are required to facilitate its agglomeration, i.e. granulation and sintering.

Znane są kruszywa sztuczne wytwarzane w wysokich temperaturach, które produkowane są na bazie niezasiarczonych popiołów lotnych i glin pęczniejących.Artificial aggregates produced at high temperatures, which are produced on the basis of non-sulphated fly ash and swelling clays, are known.

Przykładowo kruszywo, którego technologia znana jest powszechnie pod nazwą LYTAG (Poradnik ceramiczny wyd. Arkady W-wa 1963 str.600), wytwarzane jest z mieszaniny zawierającej 90-96% pyłu lotnego, 1,3-1,5% bentonitu (rodzaj gliny) i 2,5-5 % pyłu węgłowego. Mieszanina ta po zgranulowaniu wypalana jest w temperaturze około 1200°C (1473K) w piecu rusztowym na taśmie spiekalniczej. Otrzymany z tej mieszanki produkt ma porowatość około 40% i gęstość nasypową około 825 kg/nF. Kształt kruszywa zbliżony jest do formy kulistej, a uziarnienie jego mieści się w granicach ziarna grubego według PN-78/B-01101, najczęściej około 12 mm. Metoda ta charakteryzuje się małym udziałem frakcji drobnej tj. poniżej 4 mm. Zabieg natomiast rozdrabniania frakcji grubszych pozwala otrzymywać frakcję drobną, której ziarna mają kształt nieregularny.For example, aggregate, the technology of which is commonly known under the name LYTAG (Ceramic Handbook published by Arkady W-wa 1963, p. 600), is produced from a mixture containing 90-96% fly dust, 1.3-1.5% bentonite (a type of clay ) and 2.5-5% of coal dust. After granulation, this mixture is fired at a temperature of about 1200 ° C (1473K) in a grate furnace on a sinter belt. The product obtained from this blend has a porosity of about 40% and a bulk density of about 825 kg / nF. The shape of the aggregate is similar to a spherical form, and its grain size is within the limits of coarse grain according to PN-78 / B-01101, most often around 12 mm. This method is characterized by a small proportion of the fine fraction, ie less than 4 mm. On the other hand, the procedure of grinding coarser fractions allows to obtain a fine fraction, the grains of which are irregular in shape.

Celem wynalazku jest opracowanie mieszanki złożonej wyłącznie z surowców odpadowych, której głównym składnikiem jest niskowapniowy i niezasiarczony popiół lotny, którą możnaby aglomerować w wysokich temperaturach, w piecu rusztowym lub szybowym. Spiekanie byłoby szczególnie korzystne gdyby składniki mieszanki zawierały w sobie części palne, które stanowiąc surowiec energetyczny w procesie wypalania węgla z wsadu, pozwalałyby eliminować pył węglowy - surowiec naturalny - ze składu mieszanki. Mieszanka ma gwarantować osiąganie przewidywanych i pożądanych właściwości końcowego produktu, zapewniając dużą wydajność procesu i jego opłacalność pod względem energetycznym jak i ekologicznym.The object of the invention is to provide a mixture composed solely of waste materials, the main component of which is low-calcium and non-sulfurized fly ash, which could be agglomerated at high temperatures in a grate or shaft furnace. Sintering would be particularly advantageous if the components of the mixture contained combustible parts, which, being an energy raw material in the process of burning coal from the charge, would allow the elimination of coal dust - a natural raw material - from the composition of the mixture. The mixture is to guarantee the achievement of the anticipated and desired properties of the final product, ensuring high process efficiency and its profitability in terms of energy and ecology.

Istota rozwiązania według wynalazku, charakteryzuje się tym, że mieszanka stanowi zestaw produktów odpadowych złożony z popiołu lotnego w ilości wagowo 70% do 85%) o zawartości węgla 1,5 do 3,5%, z odpadu poflotacyjnego węgla kamiennego w ilości 10% do 20% o zawartości węgla 23 do 27%, i z żużla paleniskowego w ilości 5% do 10% o zawartości węgla 7 do 10%, przy czym zestaw tych komponentów tworzy gotowy produkt o konsystencji sypkiej substancji ziarnistej o uziarnieniu mniejszym niż 1,02 mm o wilgotności poniżej 20%.The essence of the solution according to the invention is characterized by the fact that the mixture is a set of waste products consisting of fly ash in the amount of 70% to 85% by weight) with a carbon content of 1.5 to 3.5%, from coal flotation waste in the amount of 10% to 20% with a carbon content of 23 to 27%, and furnace slag in the amount of 5% to 10% with a carbon content of 7 to 10%, the set of these components creating a finished product with the consistency of a loose granular substance with a grain size smaller than 1.02 mm with humidity below 20%.

Skład granulometryczny żużla stanowi frakcja gruba 0,8 do 1,02 mm oraz frakcja drobna do 0,8 mm, przy czym zawartość frakcji grubej w żużlu wynosi do 30%. Uziarnienie pozostałych składników stanowi frakcja proszkowa do 0,2 mm.The grain size composition of the slag is the coarse fraction 0.8 to 1.02 mm and the fine fraction up to 0.8 mm, while the coarse fraction in the slag is up to 30%. The grain size of the remaining components is a powder fraction up to 0.2 mm.

Sumaryczna ilość węgla w mieszance ze wszystkich jej komponentów, w przeliczeniu na czysty pierwiastek C wynosi 5% do 7 %.The total amount of carbon in the mixture from all its components, based on the pure element C, is 5% to 7%.

W zależności od właściwości utylizowanego popiołu, głównie składu chemicznego, tworzy się mieszankę o różnych udziałach poszczególnych komponentów, dobierając tak jej skład, by suma węgla C ze wszystkich składników wynosiła około 7%, celem zabezpieczenia odpowiedniego zapotrzebowania energetycznego w procesie spiekania. Własności kruszywa mogą być modyfikowane za pośrednictwem zmieniania proporcji składników w mieszance.Depending on the properties of the recycled ash, mainly the chemical composition, a mixture is created with different proportions of individual components, selecting its composition so that the sum of carbon C of all components is about 7%, in order to secure the appropriate energy demand in the sintering process. The properties of the aggregate can be modified by changing the proportion of ingredients in the mix.

Odpad poflotacyjny węgla kamiennego zawiera znaczne ilości frakcji energetycznych i formacji ilastych. Odpad ten zagospodarowuje się w kierunku odzysku frakcji energetycznych np. według opisów patentowych nr 162 107 i nr 136 695, co wydaje się być zbyt drogim sposobem jego utylizacji. Analiza odpadu przykładowo z kopalni „Pniówek” wykazała zawartość SiO2 38%; AI2O3 21%, Fe2O3 4,8%; CaO 4,3%; MgO 2,1%, SO3 0,2% i straty prażę4Hard coal flotation waste contains significant amounts of energetic fractions and clay formations. This waste is utilized for the recovery of energy fractions, e.g. according to patents No. 162 107 and No. 136 695, which seems to be an excessively expensive method of its disposal. The analysis of the waste, for example from the "Pniówek" mine, showed SiO2 content of 38%; Al2O3 21%, Fe2O3 4.8%; CaO 4.3%; MgO 2.1%, SO3 0.2% and ignition losses4

182 925 nia 24,4%. Ze względu na skład mineralogiczny i uziarnienie, które stanowią najdrobniejsze frakcje skały płonnej i węgla, odpad ten wykazuje własności wiążące glin, stanowiąc lepiszcze mieszanki, jak również stanowi znakomity surowiec palny przydatny podczas spiekania.182,925 is 24.4%. Due to the mineralogical composition and grain size, which are the smallest fractions of gangue and coal, this waste shows aluminum binding properties, being a binder of the mixture, and is also an excellent combustible raw material useful during sintering.

Żużel paleniskowy z komory spalania kotła ma skład zbliżony do popiołu lotnego, ma postać gruboziarnistą złożoną z cząstek skoksowanych i szklistych, a także niespalonego węgla. Odpad żużlowy przykładowo z Elektrociepłowni Gdańsk posiada zawartość części palnych około 0,9%). Żużel stanowi dodatek poprawiający granulację, gdyż grubsze ziarna w mieszance stanowią zarodniki granulek.The furnace slag from the boiler combustion chamber has a composition similar to that of fly ash, it has a coarse-grained form composed of coke and glassy particles, as well as unburned coal. The slag waste, for example from the Gdańsk Heat and Power Plant, has a flammable content of about 0.9%). The slag is an additive that improves the granulation, because the coarser grains in the mixture are the spores of the granules.

Zaletą wynalazku jest to, że pozwala on utylizować popioły lotne będące uciążliwym i szkodliwym odpadem dla środowiska, poprzez przetwarzanie go w użyteczny produkt dla budownictwa i drogownictwa. Użyte komponenty do sporządzenia mieszanki są również odpadem z innych procesów technologicznych, co pozwala wyeliminować surowce naturalne, zwłaszcza gliny, powszechnie stosowane w metodzie spiekania popiołów.The advantage of the invention is that it allows to utilize fly ash, which is a nuisance and harmful waste for the environment, by processing it into a useful product for construction and road construction. The components used to prepare the mixture are also waste from other technological processes, which allows the elimination of natural resources, especially clay, commonly used in the ash sintering method.

Bardzo istotną zaletą mieszanki według wynalazku jest to, że zawartość węgla w mieszance eliminuje dodawanie pyłu węglowego, a wypalanie węgla będącego w mieszance pozwala nadać własności porowate spiekanemu kruszywu.A very significant advantage of the mix according to the invention is that the carbon content in the mix eliminates the addition of coal dust, and the burning of the carbon in the mix allows to impart porous properties to the sintered aggregate.

Aglomerat stanowić może gotowy produkt w postaci lekkiego kruszywa do betonu, lub w stanie tylko granulowanym może być półfabrykatem popiołu dla cementowni wykorzystującej go jako dodatek doziarniający po przemieleniu. Możliwość zagospodarowania popiołu w postaci spieczonego aglomeratu w budownictwie i drogownictwie ma tą dodatkową zaletę, że ułatwiony i bezpieczny jest jego transport, przeładunek oraz składowanie, co również stanowiło istotną barierę zastosowań.The agglomerate may be a ready product in the form of light aggregate for concrete, or in the only granular state it may be an ash semi-finished product for a cement plant using it as a granulating additive after grinding. The possibility of managing ash in the form of a sintered agglomerate in construction and road construction has the additional advantage that its transport, handling and storage are easier and safe, which also constituted a significant barrier to applications.

Przykład:Example:

Dla otrzymania 100 kg mieszanki do mieszalnika dozuje się:To obtain 100 kg of the mixture, the following is dosed into the mixer:

- 80 kg popiołu lotnego krzemianowego o frakcji proszkowej do 0,2 mm, o zawartości węgla 3% i o wilgotności około 2%,- 80 kg of silicate fly ash with a powder fraction up to 0.2 mm, with a carbon content of 3% and a moisture content of about 2%,

- 13 kg odpadu poflotacyjnego węgla kamiennego o frakcji proszkowej do 0,2 mm, o zawartości węgla 24% i o wilgotności około7%,- 13 kg of coal flotation waste with a powder fraction up to 0.2 mm, with a carbon content of 24% and a moisture content of about 7%,

- 7 kg żużla paleniskowego o składzie granulometrycznym złożonym z 5 kg frakcji sitowej grubej od 0,8 do 1,02 mm oraz 2 kg frakcji sitowej drobnej do 0,8 mm, o sumarycznej zawartości węgla z obu frakcji 1% i o wilgotności około 8%.- 7 kg of furnace slag with a granulometric composition consisting of 5 kg of a coarse sieve fraction from 0.8 to 1.02 mm and 2 kg of a fine sieve fraction up to 0.8 mm, with a total carbon content of both fractions of 1% and a moisture content of about 8% .

Po dokładnym wymieszaniu mieszanka ma konsystencje sypkiej substancji ziarnistej o uziarnieniu mniejszym niż 1,02 mm, o uśrednionej zawartości pierwiastka węgla około 7% i o wilgotności około 4%.After thorough mixing, the mix has the consistency of a loose granular substance with a grain size less than 1.02 mm, with an average carbon content of about 7% and a moisture content of about 4%.

Otrzymaną mieszankę poddaje się granulacji na granulatorze talerzowym. W trakcie procesu granulowania mieszanki dodaje się systematycznie około 4,5 kg rozpylonej wody. Granulat o średnicy 4 do 15 mm podaje się podsuszaniu, a uzyskane granulki spieka się w agregacie spiekalniczym.The obtained mixture is granulated on a disc granulator. During the granulation process of the mixture, approximately 4.5 kg of water spray are systematically added. Granules with a diameter of 4 to 15 mm are fed to pre-drying, and the obtained granules are sintered in a sintering unit.

Kruszywo otrzymane charakteryzuje się następującymi cechami.The obtained aggregate is characterized by the following features.

- wielkość granul 4-15 mm- granule size 4-15 mm

- wytrzymałość na ściskanie około 800 N/granulę- compressive strength approx. 800 N / granule

- gęstość nasypowa około 700 kg/m³ (granule około 8 mm)- bulk density of about 700 kg / m ³ (about 8 mm granules)

- nasiąkliwość wodą około 20%.- water absorption approx. 20%.

Produkt o takich właściwościach może być stosowany jako lekkie kruszywo sztuczne w budownictwie i drogownictwie.The product with such properties can be used as a lightweight artificial aggregate in construction and road construction.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.Publishing Department of the UP RP. Circulation of 50 copies. Price PLN 2.00.

Claims

Patent claims

1. Mixture for agglomerating fly ash, especially low-calcium and non-sulphated, characterized in that it is a set of waste products composed of fly ash in an amount by weight of 70% to 85% with a carbon content of 1.5 to 3.5%, from coal flotation waste stone in the amount of 10% to 20% with a carbon content of 23 to 27%, and furnace slag in the amount of 5% to 10% with a carbon content of 7 to 10%, the combination of these components creates a finished product with the consistency of a loose granular substance with a smaller grain size than 1.02 mm, with a humidity of less than 20%.

2. A mixture according to claim The slag according to claim 1, characterized in that the slag has a particle size distribution consisting of a coarse fraction of 0.8 to 1.02 mm and a fine fraction of up to 0.8, the slag content of the coarse fraction being up to 30%.

3. A mixture according to claim 3. The method of claim 1, characterized in that the ash graining is a powder fraction up to 0.2 mm.

4. A mixture according to claim 3. The flotation waste is a powder fraction up to 0.2 mm.

5. A mixture according to claim 1 The composition of claim 1, wherein the total amount of carbon, based on the pure element of all the components of the mixture, is 5% to 7%.