PL188366B1 - Sposób wytwarzania mieszanki materiału budowlanego i urządzenie do jej wytwarzania - Google Patents

Abstract

1 . Sposób wytwarzania mieszanki m ateria- lu budow lanego z drobnosproszkow anego, syn- tetycznego nosnika siarczanu w apniow ego, np. z gipsu odpadkowego z instalacji odsiarczania gazów spalinowych, gipsu odpadkowego z mokrej pluczki gazów spalinowych lub gipsu odpadko- wego przy wytwarzaniu kwasu fosforowego, przy czym syntetyczny nosnik siarczanu wapniowego miesza sie z co najmniej utajonym hydraulicznym srodkiem w iazacym , korzystnie popiolem lot- nym, znamienny tym, ze on dodatkowo miesza sie z kalcynowanym gipsem, korzystnie z pólwodzia- nem siarczanu wapniowego i w swojej drobno- sproszkowanej postaci w ypala sie w piecu ruro- wym obrotowym. 7 Urzadzenie do wytwarzania mieszanki materialu budowlanego, znam ienne tym, ze jest utworzone z poziomo umieszczonego, cylindrycz- nego pieca do wypalania (11) ze wspólsrodko- wym, wzdluznym palnikiem (2) i szeregu rur obrotowych (3), umieszczonych wokól palnika (2) i obracalnych z rózna predkoscia, w których w ne- trzu jest umieszczony slimak przenoszacy. PL PL PL

Description

Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania mieszanki materiału budowlanego z drobnosproszkowanego, syntetycznego nośnika siarczanu wapniowego, np. gipsu odpadkowego z instalacji odsiarczania gazów spalinowych gipsu resztkowego z mokrej płuczki gazów spalinowych gipsu odpadkowego przy wytwarzaniu kwasu fosforowego, przy czym syntetyczny nośnik siarczanu wapniowego jest mieszany z co najmniej utajonym hydraulicznym środkiem wiążącym, korzystnie popiołem lotnym, oraz urządzenia do wytwarzania mieszanki materiału budowlanego.

Jako surowiec do wytwarzania, produktów gipsowych służy gips naturalny, gips chemiczny (jako produkt odpadkowy przy wytwarzaniu kwasu fosforowego) i gips REA (z odsiarczalni elektrowni węglowych). Przede wszystkim gips REA w ostatnich latach uzyskuje ciągle znaczenie, ponieważ odsiarczanie elektrowni węglowych jest bardzo mocno forsowane z powodów ekologicznych, przy czym szczególnie korzystny okazał się tak zwany proces płukania na mokro, w którym tlenek siarki przez dodanie nośników wapniowych jest przemieniany w CaSC>4 · 2H2O. Znaczne ilości gipsu przy tym odpadające są odpowiednie jakościowo do zastępowania gipsu

188 366 naturalnego. Dzięki temu unika się kosztów związanych z gromadzeniem gipsu REA i związanych z tym trudności.

Pod pojęciem „syntetyczny nośnik siarczanu wapniowego” rozumie się przede wszystkim gips chemiczny i gips REA (gips z gazów spalinowych). Gips REA przedstawia produkt końcowy odsiarczania, np. w sposobie płukania na mokro za pomocą wapienia (CaCCh) lub za pomocą wodzianu wapnia (Ca(OH)2) lub za pomocą tlenku wapnia (CaO). Taki gips REA przedstawia z reguły dwuwodzian siarczanu wapniowego (CaSO4 -211₂0), z pewnym udziałem siarczku wapniowego.

Gips z gazów spalinowych odróżnia się od gipsów naturalnych pod różnorodnymi względami. Już w stanie surowym jest on bardzo drobnokrystaliczny i przez wytwarzanie ma wielkości cząsteczek częściowo znacznie poniżej 50 pm. Także przekrój kryształów odbiega od przekroju naturalnego wodzianu siarczanu wapniowego. Poza tym adsorpcyjna wilgotność powierzchniowa gipsu z gazów spalinowych wynosi około 10% wagowych, a więc znacznie ponad wilgotność gipsu naturalnego (około 1-3% wagowych).

Wynika z tego szereg problemów, zwłaszcza w odniesieniu do suszenia i kalcynowania. Ekstremalnie drobnosproszkowany gips można zwłaszcza bezpośrednio wypalać w piecach rurowych obrotowych, ponieważ on nie jest zdolny do spływania.

Syntetyczny nośnik siarczanu wapniowego jest dlatego przerabiany, przez co jego własności są podobne do naturalnego gipsu. Tego rodzaju sposób jest znany z opisu DE-OS nr 27 30 707. Zgodnie z tym sposobem szlam, odpadający przy odsiarczaniu gazów spalinowych, jest mechanicznie odwadniany a jego część jest poddawana obróbce cieplnej. Przy tym z dwuwodzianu tworzy się półwodzian gipsu. Obrabiana cieplnie część jest ponownie łączona z częścią nieobrobioną, przy czym półwodzian gipsu reaguje ponownie z dwuwodzianem gipsu i wiąże przy tym wodę. Otrzymany przy tym względnie suchy produkt jest brykietowany tak, że może być dalej obrabiany jak naturalny gips. Np. może być on mielony do odpowiedniej wielkości tak, że jest on zdolny do sypania i następnie palony w piecu rurowym obrotowym.

Ten sposób jest jednak nakładczy, zwłaszcza obróbka cieplna wymaga znacznego zużycia energii. Z opisu DE-AS nr 1 224 190 jest znane dodawanie do popiołów lotnych syntetycznego nośnika siarczanu wapniowego, który stanowi odpad przy wytwarzaniu kwasu fosforowego. Dodatek popiołu lotnego zmniejsza nalot, który przy gipsie z wytwarzania kwasu fosforowego powoduje nawet powstrzymanie resztek kwasu.

Dla materiałów budowlanych gips ma dzisiaj, obok zastosowania przy wytwarzaniu cementu, zasadniczo trzy zakresy zastosowania: prefabrykaty (płyty ścienne, płyty kartonowe gipsowe), gips tynkarski (dzisiaj w większości tynk maszynowy) i gips jastrychowy (dzisiaj jako jastrych płynny).

Te główne zastosowania produktów gipsu wymagają różnych własności przeróbkowych produktu końcowego, który zasadniczo jest wytwarzany przez różnorodne palenie gipsu i uzupełniany przez późniejszy dodatek środków nastawczych.

Szczególne znaczenie ma przy tym szybkość rozpuszczania i wiązania gipsu, która wynika z tak zwanej fazy gipsowej (dwuwodzian, półwodzian, bezwodnik). Prefabrykacja wymaga więc własności szybkiego rozpuszczania i szybkiego i jednolitego wiązania produktu, które przede wszystkim posiada półwodzian gipsu.

Gips tynkarski, zwłaszcza maszynowy wymaga natomiast gipsu wielofazowego, aby móc gips, gdy jest narzucony na ścianę, gdy on już jest zesztywniały i ma pewną wytrzymałość na nacisk, w ostatnim kroku roboczym nawilżyć i gładzić. Te własności są osiągane przez mieszanie z półwodzianem, który przez szybkie wiązanie powoduje wytrzymałość podłoża i bezwodzianem, który jako dłużej wiążący składnik umożliwia późniejsze nawilżenie i gładzenie.

Gips jastrychowy składa się zasadniczo z trudno rozpuszczalnego bezwodzianu, który jest pobudzany przez chemiczne dodatki, np. siarczan potasowy, wiąże bardzo powoli (aż do 24 godzin).

Własności fazowe gipsu osiąga się przez proces kalcynowania, przy czym osiągnięta temperatura materiału jest właściwa. One ponownie są zależne od temperatury w komorze spalania i czasu w niej przebywania. Od około 110° powstaje półwodzian, stabilny półwodzian zazwyczaj dopiero przy 180°C; bezwodzian HI od około 200°, a bezwodzian II powyżej około 250°.

188 366

Zadaniem wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania, w którym drobnosproszkowy, syntetyczny nośnik siarczanu wapniowego, bez fizycznej obróbki wstępnej (a więc bez brykietowania lub spiekania) może być bezpośrednio palony w piecu rurowym obrotowym.

Zadanie to zostało rozwiązane dzięki temu, ze nośnik siarczanu wapniowego dodatkowo miesza się z kalcynowanym gipsem, korzystnie z półwodzianem siarczanu wapniowego i w swojej drobnosproszkowanej postaci wypala się w piecu rurowym obrotowym.

Pod pojęciem „kalcynowany gips” rozumie się gips, który jest palony przez co najmniej 100°C, a lepiej przy co najmniej 120°C.

Przez zastosowanie gipsu kalcynowanego oddziaływuje się na efekt fizyczny i chemiczny: efektem fizycznym jest odciąganie z gipsu REA wolnej wody powierzchniowej, którą potrzebuje kalcynowany gips, w celu krystalizacji w dwuwodzian. Przy tym jest uwalniane ciepło uwodnienia, co pozytywnie oddziałuje na bilans energetyczny, jeśli natychmiast występuje palenie.

Dzięki temu, a także przez dodatek popiołu lotnego materiał jest zdolny do sypania i może być palony w piecu rurowym obrotowym.

Chemicznie tak oddziaływuje dodatek kalcynowanego gipsu, który jeszcze przed procesem kalcynowania za pomocą wolnej wody z gipsu REA jest dwuwodzianem, że powstaje inna struktura krystaliczna. Zwłaszcza struktura monokryształowa syntetycznego nośnika siarczanu wapniowego jest przeprowadzana w strukturę z kryształami stałymi, co powoduje, że ilość wsypywanego polanego produktu jest według DIN obniżona o 10-15%. Materiał przy dodatku wody jest pastowaty i elastyczny w przeróbce. Minerały, znajdujące się w popiele lotnym przy procesie wiązania mają większy wzrost wytrzymałości wobec czystego gipsu.

Jest celowe, gdy popiół lotny pochodzi ze spalania węgla brunatnego. Gliniany i tlenek zelaza, które znajdują się w popiołach lotnych z węgla brunatnego, przy paleniu nośnika siarczanu wapiennego oddziaływują jako katalizator, który powoduje zmniejszenie temperatury spalania, która jest potrzebna do osiągnięcia każdej z faz (półwodzian, bezwodzian III, łatwo rozpuszczalny bezwodzian II i trudno rozpuszczalny bezwodzian II). Dzięki temu stabilny półwodzian powstaje już przy średniej temperaturze wylotowej materiału 140°C, bezwodzian III w dużych ilościach przy 180°C, bezwodzian II w dużych ilościach w 230-290°, a bezwodzian dla jastrychu płynnego pomiędzy 300° a 450°C. Osiągalne zmniejszenie temperatury wynosi więc częściowo ponad 20%. Ten efekt ma bardzo korzystny wpływ na bilans energetyczny.

Popioły lotne są bez obróbki wstępnej utajonego hydraulicznego środka wiążącego. Przez zmieszanie z wilgotnym nośnikiem siarczanu wapniowego i następnie wspólnym ogrzewaniem są przez gorącą parę (z wody z gipsu uwolnionej i wody z gipsu związanej krystalicznie) od 150°C aktywowane różnymi utajonymi hydraulicznymi minerałami, a ich szybkość rozpuszczania podwyższa się. Dzięki temu i przez rozpuszczenie CaO i uwodnienie bezwodnika, znajdującego się w popiole powstaje ciepło egzotermiczne, które zmniejsza zapotrzebowanie energii w procesie.

Korzystnie ilości częściowe mieszaniny wypala się przy różnych temperaturach i/lub różnych czasokresach, a otrzymane wypalane ilości częściowe miesza się.

Jak już wspomniano dla niektórych zastosowań (np. przy gipsie tynkarskim) konieczny jest wodzian mieszany. Ponieważ w sposobie według wynalazku wielkość ziaren jest nadzwyczaj mała zachodzi zawsze najwyzszej jednorodności palenie (przy dużych cząsteczkach zachodzi zewnętrzne silniejsze palenie od wewnętrznego tak, że przy odpowiednim doborze temperatury i czasu przebywania osiąga się automatycznie wodzian mieszany). Dlatego do palenia wodzianów mieszanych według wynalazku dzieli się mieszaninę, różnie wypala (np. na półwodzian z jednej strony i bezwodzian z drugiej strony), a następnie ponownie miesza się.

Jest celowe, gdy jako kalcynowany gips stosuje się część produktu ze sposobu. W ten sposób nie jest konieczne zależne palenie dla domieszanego półwodzianu siarczanu wapniowego, a jedynie część produktu końcowego musi być zawrócona do produktu wyjściowego. Popiół lotny, zawarty w produkcie końcowym powinien być oczywiście uwzględniony przy domieszaniu popiołu lotnego.

Szczególnie korzystne wyniki osiąga się, gdy domiesza się 10-50% wagowych, zwłaszcza około 25% wagowych popiołu lotnego, w odniesieniu do mieszaniny względnie gdy

188 366 domiesza się 5-20% wagowych, zwłaszcza około 15% wagowych kalcynowanego gipsu, w odniesieniu do mieszaniny.

Urządzenie według wynalazku charakteryzuje się tym, że jest utworzone z poziomo umieszczonego, cylindrycznego pieca do wypalania ze współśrodkowym, wzdłużnym palnikiem i szeregu rur obrotowych, umieszczonych wokół palnika i obracalnych z różną prędkością, w których wnętrzu jest umieszczony ślimak przenoszący za pomocą urządzenia otrzymuje się nadzwyczaj racjonalny rodzaj palenia wielofazowego, ponieważ na cały piec rurowy obrotowy jest potrzebny tylko jeden palnik. Poprzez różne prędkości napędu osiąga się różne czasy przebywania, przez co w pojedynczych rurowych obrotowych można wywoływać palenie o różnej intensywności.

Jeżeli stosuje się wiele rur obrotowych - np. dwanaście, to jest celowe, gdy szereg, przykładowo trzy rury obrotowe mają wspólny napęd. Jest to wystarczające do palenia różnych faz gipsu i oszczędza mechaniczny nakład wobec oddzielnego napędu dla każdej rury obrotowej.

Ponadto jest korzystne, gdy urządzenie na co najmniej jednej stronie czołowej posiada dysze powietrzne. W ten sposób w piecu mogą być uzyskiwane strefy o różnych temperaturach tak, że istnieje dalsza możliwość wpływania na proces spalania.

Urządzenie według wynalazku jest uwidocznione w przykładzie wykonania na rysunku przedstawiającym widok od czoła urządzenia.

Urządzenie według wynalazku, w postaci kalcynatora stanowi piec do wypalania 1 o średnicy 2,75 m i długości 9 m, w którym jest umieszczonych po okręgu dwanaście poziomych rur obrotowych 3. Rury obrotowe 3 mają średnicę 350 mm, długość 9,6 m i grubość ścian 10 mm. W rurach obrotowych 3 na całej długości jest zamontowany ślimak przenoszący, który obraca się z nimi. Każde trzy rury obrotowe 3 są napędzane silnikiem przekładniowym regulowanym bezstopniowo (1-10 obr./min.). Ślimak przenoszący na każdej w rurze obrotowej 3 ma skok 125 mm tak, ze materiał znajdujący się w rurze obrotowej 3 na każde 8 obrotów porusza się o 1 m do przodu. W celu napełnienia rury obrotowej 3, na stronie czołowej pieca do wypalania 1 jest umieszczona komora 4 o szerokości 2,75 m, głębokości 0,4 m i wysokości 4 m. Ta komora 4 jest od góry zasypywana mieszaniną, wytwarzaną w mieszalniku przepływowym. Rury obrotowe 3 wchodzą około 30 mm w tą komorę 4 i są tak ukształtowane na obwodzie, że one za pomocą łap przyjmują materiał do ślimaka przenoszącego. Na końcu rur obrotowych 3 jest zabudowana taka sama komora 4. Rury obrotowe 3 na końcu są zaopatrzone w szczeliny, z których wypalony materiał opada do dołu, podczas gdy opary wychodzą do góry. W środku pieca do wypalania 1 znajduje się otwór o średnicy około 700 mm, który przechodzi przez komorę 4 i w którym od zewnątrz jest osadzony palnik 2. Piec do wypalania 1 jest zaopatrzony w 10 cm wykładzinę szamotową 5.

Palnik ma wydajność 1,7 MW. Dzięki temu jest osiągnięta temperatura około 420°C w górnej części pieca do wypalania 1 i około 340°C w jego dolnej części.

Piec do wypalania 1 posiada na stronie czołowej dysze powietrza 6, które około 5 cm wystają do jego wnętrza. Przez odpowiednią regulację doprowadzonej ilości powietrza można wpływać na rozdział temperatury we wnętrzu pieca.

Przykład

Surowiec: Gips REA (dwuwodzian), jaki uzyskuje się przy odsiarczaniu spalin, z 8-10% wolnego H2O, ma następujący chemiczny skład: SiO2-0,65%; Al2O3-0,4%; Fe2O3-0,22%; CaO-40,84%; Mg-nie stwierdzono; K2O-0,04%; Na2O-0,08%; F-0,17%; SCT-nie stwierdzono, SO3-54,46%; TitU-nie stwierdzono; Pb-nie stwierdzono; Zn-0,002%; Cu-0,009%; Cl-0,035%; C (wolne)-0,13%; pH=6,5.

Popiół filtracyjny jest popiołem filtracyjnym z węgla brunatnego i ma następujący skład chemiczny: SiO2-35-70%; Af>O3-8-25%; Fe2O3-3-8%; CaO-15-35%; CaO (wolne)-4-10%; MgO-0,1-2%; K2O-0-05%; Na2O-0-0,3%; SO3-0,5-10%; CaSO? 11-4-8%.

Kalcynowany gips, w tym przypadku półwodzian, jest uzyskiwany z procesu kalcynowania.

Zużycie surowca/h: 7,2 t gips REA (dwuwodzian)-60%;

t popiołu filtracyjnego z węgla kamiennego (25%);

1,8 t półwodzian (15%).

188 366

W nim ogółem jest zawarte około 2100 kg wolnego i krystalicznie związanego H₂O.

Wilgotny gips REA jest ciągle dozowany na taśmę przenośnika i doprowadzany do mieszalnika przelotowego. Do mieszalnika ciągle jest dozowany popiół filtracyjny i półwodzian. Po procesie mieszania, mieszanina jest doprowadzana do kalcynatora i kalcynowana.

Materiał jest wprowadzany do komory 4 rur obrotowych 3 i przez ślimak przenoszący znajdujący się w rurze obrotowej 3, jest transportowany do przodu. Prędkość transportu materiału i dzięki temu czas przebywania materiału w strefie palenia jest zależny od ilości obrotów rury obrotowej 3. Przy długości rury obrotowej 3 9 m i skoku ślimaka 125 mm osiąga się 72 zwoje. Np. przy 6 obr./min. materiał przechodzi w 12 min., a przy 4 obr./min. w 18 minut. Dzięki różnym czasom przebywania w strefie palenia powstają różne temperatury materiału. Ponieważ zawsze trzy rury obrotowe 3 kalcynatora są napędzane jednym silnikiem, regulowanym bezstopniowo, można poprzez różne nastawienie ilości obrotów silnika wypalać gips z różnymi, wysokimi temperaturami. Ten efekt jest wzmocniony dzięki temu, ze rury obrotowe 3, w których znajdują się ślimaki, są w piecu do wypalania 1 umieszczone kołowo wokół palnika 2 i dlatego w rurze obrotowej 3, znajdującej się na górze panuje temperatura 420°C, a w rurze obrotowej 3 znajdującej się na dole temperatura 340°C. Gipsy wychodzące na końcu z rur obrotowych 3 mieszają się i przez wspólny ślimak przenoszący, w którym obraca się tylko łopata a nie rura, są wynoszone.

Ilość obrotów rur obrotowych 3 w piecu do wypalania 1 i temperatura można tak zmieniać, ze w tym samym urządzeniu jest wypalany czysty półwodzian, gips wielofazowy lub tylko bezwodzian.

Na tonę jest potrzebne 544 MI energii cieplnej i 10 KW energii elektrycznej (włącznie z magazynowaniem w silosie).

Opisany sposób w urządzeniu według wynalazku może być ciągle przeprowadzany. Jest umożliwiona w pojedynczym procesie palenia przeróbka gipsu REA w gips jedno lub wielofazowy, bez uprzedniej nakładczej przeróbki surowca, przy wykorzystaniu naturalnych własności gipsu rEa i popiołu filtracyjnego z węgla brunatnego.

Claims (9)

1. Sposób wytwarzania mieszanki materiału budowlanego z drobnosproszkowanego, syntetycznego nośnika siarczanu wapniowego, np. z gipsu odpadkowego z instalacji odsiarczania gazów spalinowych, gipsu odpadkowego z mokrej płuczki gazów spalinowych lub gipsu odpadkowego przy wytwarzaniu kwasu fosforowego, przy czym syntetyczny nośnik siarczanu wapniowego miesza się z co najmniej utajonym hydraulicznym środkiem wiążącym, korzystnie popiołem lotnym, znamienny tym, że on dodatkowo miesza się z kalcynowanym gipsem, korzystnie z półwodzianem siarczanu wapniowego i w swojej drobnosproszkowanej postaci wypala się w piecu rurowym obrotowym.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się popiół lotny ze spalania węgla brunatnego.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ilości częściowe mieszanki wypala się w różnych temperaturach i/lub różnych czasokresach, a otrzymane wypalone ilości częściowo miesza się.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako kalcynowany gips stosuje się częściowo produkt sposobu.

5. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, ze domieszkowuje się 10-50% wagowych, zwłaszcza około 25% wagowych popiołu lotnego, w odniesieniu do mieszanki.

6. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że domieszkowuje się 5-20% wagowych, zwłaszcza około 15% wagowych kalcynowanego gipsu, w odniesieniu do mieszaniny.

7. Urządzenie do wytwarzania mieszanki materiału budowlanego, znamienne tym, że jest utworzone z poziomo umieszczonego, cylindrycznego pieca do wypalania (11) ze współśrodkowym, wzdłużnym palnikiem (2) i szeregu rur obrotowych (3), umieszczonych wokół palnika (2) i obracalnych z różną prędkością, w których wnętrzu jest umieszczony ślimak przenoszący.

8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że szereg przykładowo trzy rury obrotowe (3) mają wspólny napęd.

9. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że na co najmniej stronie czołowej posiada dysze powietrzne (6).