PL199964B1

PL199964B1 - Sposób wytwarzania szkła, szkło i zastosowanie tego szkła

Info

Publication number: PL199964B1
Application number: PL354995A
Authority: PL
Inventors: Martin Juul; Erling Fundal
Original assignee: Rgs90
Priority date: 1999-12-06
Filing date: 2000-12-06
Publication date: 2008-11-28
Also published as: EA004259B1; DE60021426T2; AU776548B2; AU1851201A; RS49758B; ATE299843T1; US7017371B2; DE60021426D1; EP1255703B1; EA200200541A1; CN1189409C; YU41802A; BR0016196B1; CN1413174A; DK1255703T3; BG106766A; SK285759B6; NO20022648D0; JP2003516298A; EE200200290A

Abstract

Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania szk la na bazie surowca w postaci mieszaniny kom- ponentów g lównie mineralnych, w tym odpadowych, jak równie z szk la na bazie surowca w postaci mieszaniny komponentów g lównie z zawarto scia mineraln a oraz zastosowania takiego szk la. Sposób obejmuje etap wytworzenia mieszaniny komponentów, cieplnego rozk ladu sk ladników organicznych mieszaniny i ustalenia zawarto sci wody w mieszaninie pomi edzy 20-35% wagowych, oraz operacj e topienia brykietów przy dodatkowo dodanej energii z paliwa palnego z wytworzeniem szk la zawieraj a- cego wi ecej ni z 30% wagowych komponentów mineralnych z osadu sciekowego. Szk lo wed lug wyna- lazku znajduje zastosowanie jako scierniwo do piaskowania. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania szkła na bazie surowca w postaci mieszaniny komponentów głównie mineralnych, w tym odpadowych, jak również szkła na bazie surowca w postaci mieszaniny komponentów głównie z zawartością mineralną oraz zastosowania takiego szkła.

Wiadome jest dla znawcy, że osady z komunalnych instalacji oczyszczających przyczyniają się do powstawania w bardzo zindustrializowanych krajach poważnego problemu odpadów. Osady mogą być np. wytwarzane przez chemiczne traktowanie ścieków wodnych, które w następstwie zostają odwadniane. Odwodniony osad ściekowy zazwyczaj składa się z 70-80% wody, 10-15% materiału organicznego i 10-15% składników mineralnych.

Osad ściekowy może być rozpylony jako nawóz w gospodarstwie rolnym zarówno w postaci mokrej jak i suchej. Zawartych w osadzie ściekowym np. metali ciężkich, żelaza i fosforanów glinu o niskiej rozpuszczalnoś ci nie moż na zutylizować dla upraw rolnych i istnieje zatem ryzyko, ż e substancje te przedostaną się do wody gruntowej lub zniszczą strukturę gleby.

Osuszone osady ściekowe można ewentualnie składować na bardzo dużych składowiskach odpadów. Wymagania przestrzenne dla składowisk odpadów oznaczają, że miejsca te muszą mieć charakter otwarty. Gdy osad ściekowy pozostawia się do wytrącenia, pewna ewentualna zawartość metali ciężkich i elementów śladowych zostaje wypłukana i zanieczyści otaczające środowisko.

Często stosowaną metodą składowania osadów ściekowych jest spopielenie osadu ściekowego, w wyniku czego produkuje się popiół, który następnie musi być składowany. Wspomniane powyżej metale ciężkie, żelazo oraz fosforany glinu znajdują się teraz w śladowych ilościach w popiele i popiół ten powoduje przy składowaniu takie same problemy wymywania i perkolacji, o jakich wspomniano powyżej. Trzeba dodać, że wartość opałowa osuszonego osadu ściekowego jest bardzo niska w porównaniu do wartości opałowej tradycyjnych substancji palnych. Dla przykładu należy wspomnieć, że osuszony osad ściekowy ma wartość opałową 12-13 MJ/kg, która wynosi około połowy tej wartości dla drewna. Niska wartość opałowa oznacza tym samym, że osuszony osad ściekowy tylko w nielicznych przypadkach stosuje się jako źródło energii.

Przemysł wytwarza duże ilości produktów odpadowych, które bardzo rzadko znajdują ponowne zastosowanie i w związku z tym powstaje znaczący i wymagający znacznych nakładów finansowych problem składowania.

Dzięki ponownemu zastosowaniu powyższych produktów odpadowych, może zostać zredukowane wzrastające zapotrzebowanie na tereny pod składowiska, które przyczyniają się tym samym do zwiększania kosztów.

Istnieje zatem potrzeba, by w ekonomicznie korzystny sposób zużywać powtórnie szeroki zakres produktów odpadowych tak, aby zredukować potrzebę i wymagania dotyczące terenów składowiskowych oraz należy przy tym dążyć do eliminacji wytwarzania materiałów odpadowych zawierających substancje szkodliwe dla środowiska i niebezpieczne dla zdrowia.

Z europejskiego zgłoszenia patentowego EP 0 115 817 A1 znana jest metoda ponownego zastosowania odpadu produkcyjnego powstałego przy produkcji wełny mineralnej. Wytłaczane brykiety posiadające zawartość przynajmniej 20% wagowych odpadu z produkcji wełny mineralnej i przynajmniej 35% wagowych nieorganicznego środka wiążącego w postaci gliny wytwarza się z mieszaniny tych składników, wspomniana mieszanina posiada zawartość wody korzystnie pomiędzy 10 a 18% wagowych. Według tej metody do mieszaniny można dodawać dodatkowe odpady produkcyjne.

Pierwszym celem wynalazku jest dostarczenie znajdującego zastosowanie w technice szkła o dużej twardości i odporności na ścieranie, do którego wytwarzania stosuje się osad ściekowy oraz szeroki zakres produktów odpadowych z przemysłowej obróbki skrawaniem i procesów technologicznych, i w którym zawartość osadu ściekowego i produkty odpadowe z zawartością mineralną przestają być substancjami szkodliwym dla środowiska i niebezpiecznymi dla zdrowia i nie oddziałują na środowisko.

Drugim celem wynalazku jest dostarczenie sposobu wytwarzania takiego szkła. Sposób wytwarzania szkła według wynalazku, w którym surowiec po obróbce wstępnej prasuje się w suche brykiety, które utwardza się i następnie przetapia się, korzystnie w wielkim piecu, przy dostarczaniu tlenu, a wytop utwardza się i suszy, charakteryzuje się tym, że obróbka wstępna obejmuje etapy:

- wytworzenia mieszaniny komponentów z zawartoś cią mineralną z osadu ś ciekowego z zawartoś cią materiałów organicznych oraz z jednego lub z kilku innych produktów odpadowych z zawartością mineralną pochodzenia przemysłowego i/lub naturalnych skał,

- cieplnego rozkładu rozpuszczalnych składników organicznych mieszaniny, i

PL 199 964 B1

- ustalenia zawartości wody w mieszaninie pomiędzy 20-35% wagowych, a korzystnie pomiędzy 27-33% wagowych,

- i obejmuje operację topienia brykietów przy dodatkowo dodanej energii z paliwa palnego w ilości maksymalnie 10% wagowych ilości brykietów poddawanych topieniu, z wytworzeniem szkła zawierającego więcej niż 30% wagowych komponentów mineralnych z osadu ściekowego.

Korzystnie, brykiety mają gęstość 1,2 - 1,3 g/cm³ i utwardza się je w temperaturze pomiędzy 75°C i 110°C do zawartoś ci wody 15 - 20% wagowych.

Szkło wg wynalazku, na bazie surowca w postaci mieszaniny komponentów głównie z zawartością mineralną, gdzie wspomniane komponenty z zawartością mineralną obejmują osad ściekowy, korzystnie z instalacji oczyszczających, oraz jeden lub kilka innych produktów odpadowych z zawartością mineralną pochodzenia przemysłowego i/lub naturalne skały, charakteryzuje się tym, że zawiera więcej niż 30% wagowych komponentów mineralnych z osadu ściekowego.

Korzystnie, zawartość mineralna szkła występuje w postaci tlenków, a suma wagowych zawartości procentowych tlenków mineralnych - dwutlenku krzemu SiO2, trójtlenku dwuglinowego Al2O3, trójtlenku dwużelazowego Fe2O3, tlenku wapnia CaO, tlenku magnezu MgO i pięciotlenku dwufosforowego P2O5, stanowi co najmniej 90% wagowych szkła.

Korzystnie, stosunek wagowych zawartości procentowych mineralnych tlenków - tlenku wapnia do pięciotlenku dwufosforowego, w szkle wg wynalazku określony jest przy pomocy równania % wagowy CaO > 1,33 * % wagowy P₂O₅.

Korzystnie, w szkle wg wynalazku procentowe zawartości wagowe mineralnych tlenków - tlenku wapnia, pięciotlenku dwufosforowego i tlenku magnezu pozostają w takim stosunku do procentowej zawartości wagowej dwutlenku krzemu w szkle, że relacja (% wagowy CaO -1,33*% wagowy P₂O₅) + % wagowy MgO % wagowy SiO ₂ przyjmuje wartości pomiędzy 0,15 i 0,5.

Korzystnie, stosunek procentowych zawartości wagowych mineralnych tlenków - trójtlenku dwużelazowego do trójtlenku dwuglinowego w szkle wg wynalazku wynosi pomiędzy 0,56 i 1,00, a stosunek procentowych zawartości wagowych dwutlenku krzemu do trójtlenku dwuglinowego w szkle wynosi pomiędzy 2,2 i 3,2.

₃

Korzystnie, gęstość właściwa szkła wg wynalazku przyjmuje wartości pomiędzy 2,7 i 3,1 g/cm³, korzystniej pomiędzy 2,8 i 3,0 g/cm³, a szczególnie korzystnie 2,9 g/cm³.

Korzystnie, szkło ma twardość HV100 > 600.

Przedmiotem wynalazku jest również zastosowanie szkła określonego powyżej, po uprzednim sortowaniu, do piaskowania. Gdy jeden lub wiele produktów odpadowych z zawartością mineralną i/lub naturalne skały zawierają więcej komponentów, można korzystnie je ograniczyć ilościowo przed dodaniem do mieszaniny, aż do otrzymania w ten sposób porowatej mieszaniny, którą można łatwo napowietrzyć.

Gdy do takiej mieszaniny wpuszcza się tlen, staje się ona samozapalna i zawarte w osadzie ściekowym tłuszcze, białka i rozpuszczalne węglowodany ulegają rozkładowi na wodę i CO2 w temperaturze około 60 - 70°C.

Powyższa obróbka termiczna mieszaniny komponentów z zawartością mineralną będzie w dalszej części nazywana mineralizacją. Całkowity rozpad tłuszczu, białka i rozpuszczalnych węglowodanów zazwyczaj kończy się po upływie 20 - 40 dni.

Dzięki ustaleniu odpowiedniej zawartości wody mieszaninę przeznacza się do sprasowania w brykiety, w szczególnie korzystnym przykładzie wykonania wynalazku o wymiarach ponad 60 mm.

Gdy zawartość wody w brykietach jest wyższa niż 35% wagowych, brykiety nie są ciałem stałym lub nie utrzymują jednorodnego charakteru. Przy zawartości wody poniżej 20% wagowych występuje niejednorodność, która niewłaściwie zmniejsza wytrzymałość brykietów.

Jednorodne brykiety pakuje się i najlepiej utylizuje w późniejszym procesie spalania np. w wielkim piecu.

Dzięki ustaleniu zawartości wody w brykietach w sposób opisany powyżej, wynikające z tego utwardzenie brykietów można przeprowadzić w sposób optymalny tak, że zachowują one jednorodny kształt. Utwardzanie można przeprowadzić na przykład w temperaturze pomiędzy 75°C i 110°C, dopóki zawartość wody w brykietach nie wyniesie 15 - 20% wagowych.

PL 199 964 B1

Przykładem korzystnych warunków utwardzania jest temperatura 110°C utrzymywana przez 3 godziny lub utwardzanie w temperaturze 80°C przez 6 godzin. W obydwu przypadkach otrzymuje się brykiety z nieutwardzonym środkiem i utwardzoną powłoką.

Przy pomocy takiego utwardzania można produkować niehigroskopijne brykiety, które mają twardą powierzchnię i gęstość pomiędzy 1,2 - 1,3 g/cm³.

Brykiety o właściwościach higroskopijnych posiadają dużą trwałość przechowywania. Wyjątkowo twarda powierzchnia brykietów nadaje im dużą wytrzymałość na przenoszenie mechaniczne. Dlatego też możliwe jest przechowywanie stale produkowanych brykietów i w ten sposób stałe likwidowanie materiałów odpadowych.

Brykiety przetapia się w warunkach natleniania w wielkim piecu przy stosowaniu znanych technologii, przeprowadzając przy tym całkowite przejście zawartości mineralnej wytopu do formy tlenkowej. Jako przykład znanej technologii można wspomnieć technikę Andersona znaną z opisu patentowego US 3 729 198, ale można również stosować inne formy przetapiania.

Jedynie niewielka ilość pierwiastków, takich jak siarka, cynk lub chlor, które uwalniają się jako produkty sublimacji, zostaje utracona podczas przetapiania.

Brykiety przetapia się w szkło w temperaturze pomiędzy 1400 i 1500°C, a określona struktura brykietów z nieutwardzonym środkiem i bardzo twardą powierzchnią powoduje, że reakcje spalania mają miejsce zarówno w środku, jak i na powłoce brykietów. Gdy brykiety podaje się w powyżej określonej formie i rozmiarach, reakcje spalania mają również miejsce w przestrzeni pomiędzy brykietami upakowanymi w wielkim piecu.

Nawet jeżeli wartość energetyczna brykietów w postaci nierozpuszczalnego materiału organicznego jest niższa niż wartość energetyczna tradycyjnych paliw, możliwe jest przetopienie brykietów z minimalnym udział em dodatkowego paliwa dzię ki kontrolowaniu wspomagania powietrznego z zawartością tlenu. Korzystnym paliwem jest koks, którego w korzystnym przykładzie wykonania wynalazku nie stosuje się w ilości większej niż 10% wagowych brykietów ulegających przetopieniu.

W innym korzystnym przykładzie wykonania metody wedł ug wynalazku, brykiety mają zawartość energetyczną, która wystarcza do całkowitego przetopienia brykietów bez obecności dodatkowego paliwa.

Otrzymany wytop chłodzi się, dzięki czemu tworzy się żużel, który co najmniej częściowo granuluje się sam. Żużel taki składa się w 100% ze szkła, często zabarwionego na czarno z powodu zawartości żelaza. Zgranulowany żużel można następnie rozdrobnić i rozdzielić na małe ziarna, których wielkość zależy od późniejszego przewidywanego zastosowania. Rozdzielone ziarna można, jeżeli to pożądane, poddać frakcjonowaniu do wielkości określonej frakcji szczególnie przydatnej dla dalszego stosowania.

Spełniając liczne wymagania kompozycji chemicznych dla komponentów z zawartością mineralną, które tworzą część surowców szkła, można uzyskać szkło, które posiada twardość wyższą niż 600 zmierzoną według skali twardości Vickers'a.

Zgodnie z przedmiotem wynalazku, surowiec obejmuje oprócz osadu ściekowego, na przykład z instalacji oczyszczają cych, również jeden lub kilka innych produktów odpadowych z zawartoś cią mineralną pochodzenia przemysłowego. Te produkty odpadowe mogą na przykład tworzyć część materiału odpadowego, jako jedyne dodatkowe komponenty z zawartością mineralną.

Jako pierwsza alternatywa dla powyższej mieszaniny, surowiec może być mieszaniną składającą się z osadu ściekowego, komponentów zawierających składniki mineralne i naturalne skały. Inną alternatywą surowca może być mieszanina składająca się z osadu ściekowego i naturalnych skał.

Aby można było zaspokoić wymagania chemicznego składu szkła, niezbędna jest wiedza o składzie chemicznym wszystkich składowych komponentów z zawartością mineralną.

Wiedzę taką można posiąść korzystnie i bez ponoszenia dużych wydatków dzięki analizie komponentów z zawartością mineralną przy wykorzystaniu fluorescencji rentgenowskiej.

Mieszanie różnych komponentów z zawartością mineralną można zatem oprzeć na wynikach takich analiz w taki sposób, by dzięki środkom opisanej powyżej metody można było produkować szkło, w którym więcej niż 30% wagowych komponentów nieorganicznych pochodzi z osadu ś ciekowego.

Przykładami produktów odpadowych z zawartością mineralną są:

Resztki samochodowe: lekka frakcja po rozdrobnieniu samochodów

Zgorzelina walcownicza: utlenione zgorzeliny z walcowania stali

Piasek formierski: przerobiony w odlewni piasek formierski i piasek bentonitowy

PL 199 964 B1

Krzemian glinu:

Korund:

Ognioodporne cegły MgO:

Cegły szamotowe:

Popiół z PCV:

Odpady papierowe:

Granat: przerobiony piasek z piaskowania w typie granatu, (almandyn, krzemian Al, Fe oraz Mg) przerobiony piasek z piaskowania przerobiony piasek z piaskowania głównie w postaci szkł a z dolnego ż u ż lu z elektrowni ognioodporne stopione metale lub prasowane brykiety wytwarzane głównie z mineralnych peryklazów (MgO) materiały ognioodporne wytwarzane z silimanitu krzemianowo-glinowego i kaolinu wraz z niewielką ilością kwarcu

Wypełniacze z pirolitycznego PVC i obejmujące mieszaniny TiO2, CaCO3, kaolinu (Al2SiO4(OH)) i talku (MgSiO4(OH))

Materiał odpadowy po produkcji papieru, obejmujący włókna drzewne i wypełniacze papieru z zawartością mineralną, takie jak wapno, kaolin i talk

Powyższe produkty odpadowe mogą obejmować więcej komponentów, które muszą zostać usunięte w postaci mniejszych ziaren przed doprowadzeniem do mineralizacji.

Skład chemiczny szkła można obliczyć na podstawie wiedzy o składzie chemicznym każdego z komponentów z zawartością mineralną, będących częściami składowymi szk ła, które korzystnie spełniają liczne wymagania chemiczne, dzięki czemu szkło jest twarde, a jego szkodliwy dla środowiska i zdrowia skład mineralny czyni się nieszkodliwym dla środowiska.

Skład mineralny szkła jest w czasie przetopienia zmieniany do postaci tlenkowej i procent wagowy utworzonych mineralnych tlenków SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO i P2O5 wspólnie tworzy przynajmniej 90% wagowych szkła, a w szczególnie korzystnym przykładzie wykonania wynalazku wspomniane mineralne tlenki tworzą wspólnie przynajmniej 95% wagowych szkła.

Do otrzymania szkła posiadającego powyższy skład chemiczny o twardości większej niż 600 w skali twardoś ci Vickersa, a przy tym, w którym niebezpieczna dla ś rodowiska i zdrowia zawartość mineralna nie wpływa na środowisko, stosunek CaO/P2O5 dla szkła musi ponadto spełniać równanie:

% wagowy CaO > 1,33 * % wagowy P₂O₅ i wyrażenie (% wagowy CaO - 1,33 * % wagowyP₂O₅)+% wagowy MgO % wagowy SiO ₂ zwane dalej zasadowością (Bi, musi przyjmować wartości pomiędzy 0,15 i 0,50 w przypadkach, w których (% wagowy CaO - 1,33 * % wagowych P2O5) > 0.

Aby otrzymać równowagę proporcji pomiędzy dwutlenkiem krzemu, trójtlenkiem dwuglinowym i trójtlenkiem dwużelazowym, skład chemiczny szkła musi również spełniać wymaganie, aby współczynnik krzemianowy

SiO2 ^Al2^O3 wynosił pomiędzy 2,2 i 3,2, i współczynnik żelazowy ^Mf ^Fe2^O2

AI2O3 wynosił pomiędzy 0,56 i 1,00.

Gdy zostają spełnione wymagania składu chemicznego, szkło ma określoną gęstość wynoszącą pomiędzy 2,7 i 3,1 g/cm³, korzystnie pomiędzy 2,8 i 3,0 g/cm³, a szczególnie korzystnie 2,9 g/cm³.

Gdy zostają spełnione wymagania dotyczące tlenków mineralnych, otrzymane szkło obejmuje głównie mineralne tlenki wymienione w poniższej Tabeli 1. Szkło będzie również posiadało minimalną zawartość mikroelementów. Zawartość takich mikroelementów wskazano w Tabeli 2. Mikroelementy te mogą być toksyczne lub kancerogenne, lecz pozostają bez wpływu na środowisko, gdy szkło wytwarza się sposobem według wynalazku.

PL 199 964 B1

T a b e l a 1

Tlenek mineralny	Zawartość w szkle
SiO2	35-50% wag.
AI2O3	15-25% wag.
Fe2O3	5-15% wag.
CaO	5-20% wag.
MgO	1-10% wag.
MnO₂	<% wag.
TiO2	<3% wag.
P2O5	1-10% wag.
K2O	<2% wag.
Na2O	<2% wag.
Inne	<5% wag..

T a b e l a 2

Mikroelementy	Zawartość w szkle
Sb	< 0,007% wag.
Pb	< 0,020% wag.	Mikroelementy
Cd	< 0,009% wag.	toksyczne
Sn	< 0,043% wag.
As	< 0,009% wag.
Be Cr	< 0,007% wag. < 0,001% wag.	Mikroelementy
Co	< 0,007% wag.	kancerogenne
Ni	< 0,022% wag.

Szkło, które spełnia powyższe wymagania ze względu na skład chemiczny co do zawartości mineralnych tlenków, i które wytwarza się sposobem według wynalazku, może zostać w szczególnie korzystny sposób stosowane jako ścierniwo wykorzystywane do piaskowania.

Zgranulowany żużel może ewentualnie być odlewany i stosowany do wytwarzania wełny żużlowej.

Szkło według wynalazku może, w przypadkach, gdy nie znalazło zastosowania, zostać ponownie zastosowane jako produkt odpadowy z zawartością mineralną do wytwarzania szkła według wynalazku.

Sposobem według wynalazku wytwarza się szkło, z którego zawarte w nim substancje szkodliwe dla środowiska i zdrowia nie będą wypłukiwane. Dlatego też szkło można zastosować jako wypełniacz o wielu zastosowaniach, na przykład do cegieł i asfaltu.

Można również znaleźć wiele innych form zastosowania szkła według wynalazku i ponownego zastosowania produktów odpadowych z zawartością mineralną, które znacząco pozwalają na ograniczenie kosztów surowców. Oprócz tego można poważnie zredukować ciągle zwiększające się ilości produktów odpadowych i zapotrzebowanie terenów na ich składowanie.

W podanych poniżej przykładach składu mieszanin surowcowych ilość odpadów przemysłowych i odpadów ze składowisk wynosi więcej niż 95% wagowych. Skład chemiczny wszystkich typów odpadów jest znany i oznaczony przy pomocy fluorescencji rentgenowskiej. W opisie termin „popiół z osadu ściekowego” stosuje się do suchego, poddanego obróbce termicznej, odwodnionego osadu ściekowego. Inne komponenty z zawartością mineralną wymieniono z zastosowaniem powyższych oznaczeń:

P r z y k ł a d 1 (skala laboratoryjna)

Surowiec składa się z mieszaniny 34,4% wagowych popiołu z osadu ściekowego i 13,8% wagowych drobin, które spopielono i dodano 23,8% wagowych piasku odlewniczego, 4,0% wagowych ognioodpornych cegieł MgO, 5,6% wagowych przerobionego Al2O3 i 18,4% wagowych kredy. Mieszaninę miele się na drobne części mniejsze niż 0,2 mm i podgrzewa w platynowym tyglu lub w piecu laboratoryjnym do temperatury 1450°C przez 6 godzin. Wynikiem jest wytop, który granuluje się po schłodzeniu w wodzie. Mikroskop polaryzacyjny pokazuje, że wytop stanowi czarne szkło o gęstości 3,0 g/cm³i posiada skł ad chemiczny przedstawiony w poniż szej tabeli 3:

PL 199 964 B1

T a b e l a 3

Minerał	% wagowy całkowitej masy szkła
SiO2	43,4
AI2O3	14,5
Fe2O3	9,2
CaO	18,1
MgO	5,4
MnO₂	0,1
TiO2	0,6
P2O5	7,3
K2O	0,9
Na2O	1,0
SrO	0,3
SO3	0,03
Inne	-
Σ	100,8% wagowego

Otrzymane w ten sposób szkło ma zasadowość Bi = 0,32, współczynnik żelazowy Mf = 0,63 i współ czynnik krzemowy Ms = 1,85 i tym samym speł nia wymagania skł adu chemicznego.

Szkło poddano ługowaniu przy odpowiednio pH 4 i pH 7. Ługowanie przeprowadzono stosując 100 l wody na kilogram szkła przez 3 godziny według normalnie zastosowanej standardowej metody opracowanej przez „Vandkvalitetsinstitut” (Instytut Jakości Wody) w Danii, po czym próbki z obu ługowań umieszczono i analizowano przy pomocy fotometrii absorpcji atomowej i w piecu grafitowym. Otrzymano następujące wyniki ługowania:

T a b e l a 4

Minerał	Wyługowane stężenie w ppm	% pierwotnej zawartości mineralnej
Cr	< 0,1	< 0,02
Cd	0,02	1
Ni	0,8	0,4
Pb	0,06	0,03
Sb	0,08	0,15
Be	< 0,04	< 4
Co	4,2	14
Sn	0,18	0,18
Mo	0,4	0,43
Cu	72	0,36

Z tabeli 4 wynika, że tylko bardzo mała część oryginalnego składu pierwiastków uległa wyługowaniu.

P r z y k ł a d 2 (skala półprzemysłowa)

Surowiec składa się z mieszaniny 33% wagowych popiołu osadu ściekowego, 10% wagowych piasku odlewniczego, 6% wagowych ciężkiej zawiesiny stalowej, 4,0% wagowych zużytych ognioodpornych cegieł MgO, 11% wagowych zużytego granatu, 20% wagowych zmineralizowanego osadu ściekowego, 8% wagowych zużytego Al2O3 oraz 8% wagowych kamienia wapiennego. Mieszaninę kruszy się do wielkości ziaren mniejszych niż 3 mm i przetapia całkowicie w opalanym gazem sterowanym obrotowo piecu w temperaturze 1490°C. Wynikiem jest wytop, który granuluje się poprzez szybkie ochłodzenie w wodzie. Otrzymane szkło suszy się, miele i przesiewa na frakcje o wielkości ziaren 0,4 - 1,4 mm. Przesiane frakcje sprawdza się jako ścierniwo w piaskowaniu odpowiednio stali 18/8 i stali 37. Odpowiednie testy przeprowadza się piaskowaniem korundem (HV100 = 1800) i krzemianem glinu (HV100 = 600). Wyniki przeprowadzonych testów porównano przedstawiając je na Fig. 1 i Fig. 2.

Figura 1 przedstawia wyniki piaskowania stali 18/8, w którym ścierniwem jest odpowiednio szkło wytworzone w przykładzie 2, krzemian glinu i korund, oraz

PL 199 964 B1

Figura 2 przedstawia wyniki piaskowania stali 37, w którym ścierniwem jest odpowiednio szkło wytworzone w przykładzie 2, krzemian glinu i korund.

Figury pokazują, że w przypadku piaskowania szkło według wynalazku jest znacznie lepsze niż krzemian glinu i korund zarówno dla stali 18/8 jak i stali 37 niezależnie od kąta nadmuchu. Szkło jest tak dobre jak krzemian glinu do piaskowania stali 18/8. Najlepsze wyniki otrzymano jednakże przy kątach nadmuchu około 50° (sinus 50° = 0,77). Szkło okazało się znacznie lepsze niż krzemian glinu do piaskowania stali 37 przy wszystkich testowanych kątach nadmuchu.

P r z y k ł a d 3 (skala przemysłowa)

Zmieszano i zbrykietowano 75,5% wagowych zmineralizowanego osadu ściekowego, ziarna o najwię kszej ś rednicy nie wię kszej niż 4mm, 1,8% wagowych ciężkiej zawiesiny stalowej, 11,5% wagowych dolomitu, 7,3 zużytego Al2O3 oraz 4% wagowych kamienia wapiennego. Zawartość wody w brykietach wynosiła 32% wagowych i brykiety posiadały wartość opałową 9,5 MJ/kg. Brykiety utwardzono w piecu w temperaturze 110°C do średniej zawartości wody wynoszącej 20% wagowych. Brykiety przetopiono w wielkim piecu z doprowadzeniem tlenu w temperaturze 1490°C częściowo przy dostarczaniu koksu w ilości 28% wagowych i częściowo przy dostarczaniu koksu w ilości 10% wagowych. Wytop oziębiono w wodzie. Po oksydacji w temperaturze 500°C analiza wykazała, że brykiety posiadały skład podany w Tabeli 5:

T a b e l a 5

	Zawartość w % wag. w dostarczonym zmineralizowanym produkcie końcowym	Zawartość w % wag. w zmineralizowanym produkcie końcowym przy stopieniu z 28% koksu	Zawartość w % wag. w zmineralizowanym produkcie końcowym przy stopieniu z 10% koksu
SiO2	41,6	46,2	40,2
A12O3	15,2	16,9	15,3
Fe2O3	12,4	4,5	7,2
CaO	14,9	22,2	21,2
MgO	4,3	6,4	6,9
MnO2	0,2	0,2	0,2
TO2	0,9	1,0	0,8
P2O5	6,5	1,3	3,7
K2O	1,6	0,9	1,5
^Scałkowita	1,0	-	-
C	6,0	-	-
Bi	0,25	0,58	0,57
Ms	1,5	2,15	1,78
Mf	0,81	0,26	0,47

Z Tabeli 5 wynika, że gdy stosuje się koks w iloś ci 28% wagowych, żelazo i fosfor zostają przetopione. Tabela ta stanowi również dowód na to, że połączenie wartości opałowej koksu i własnej wartości opałowej brykietów wystarcza do przetopienia brykietów.

P r z y k ł a d 4 (skala przemysłowa, test twardości i własności higroskopijne)

Zmieszano i mineralizowano przez 40 dni 70,0% wagowych zmineralizowanego osadu ściekowego, 7,0% wagowych piasku odlewniczego, 1,4% wagowych piasku oliwinowego, 6,2% wagowych drewna rozgniecionego do wielkości 20 mm, 8,7% wagowych uzdatnionych ziarnistych pozostałości, 0,9% wagowych zużytego granatu i 5,5% wagowych kamienia wapiennego. Zawartość wody w brykietach malała podczas mineralizacji z 56,4% wagowych do 39,2% wagowych, zawartość pirogazu malała od 37,3% wagowych do 25,8% wagowych, zawartość węgla drzewnego zmieniła się z 12,4% do 13,2% wagowych i frakcja popiołu zwiększyła się z 50,3% wagowych do 59,8% wagowych.

PL 199 964 B1

Wartość opałowa brykietów obniżyła się z 11 MJ/kg do 8,9 M J/kg. Mieszaninę ustalono dla pięciu różnych zawartości wody, co pokazano w Tabeli 6. Mieszaninę sprasowano w brykiety o średnicy 60 mm i utwardzono w napowietrzanym piecu w temperaturze 110°C przez odpowiednio 1,5 i 3 godziny.

T a b e l a 6

Numer testu	% wag.wody	Gęstość utwardzonego brykietu (g/cm³)	% wag. po 1,5 godz. utwardzania	% wag. po 3 godz. utwardzania	Konsystencja przed utwardzaniem
1	23,3	1,28	-	-	Spękania segregacyjne
2	26,7	1,22	-	-	Ciało stałe
3	33,3	1,20	23,0	14,6	Ciało stałe
4	39,2	1,16	25,5	16,9	Ciało stałe
5	47,1	1,20	-	-	Miękka

Z Tabeli 6 wynika, ż e przy wię kszej zawartoś ci wody zmineralizowany materiał odpadowy staje się zbyt miękki do tego stopnia, że tylko z dużym trudem może być kierowany do prasy brykietującej. Wyprodukowane brykiety stają się niejednorodne i nie mogą tym samym dawać optymalnego upakowania i warunków napowietrzania w wielkim piecu.

brykietów każ dego typu miał o cał kowitą mas ę pomię dzy 800 i 1400 g. Każ dy typ brykietów umieszczono w worku i analizowano próbą zrzutową na kamienną podłogę. Po odpowiednio 5 i 10 zrzutach, materiał brykietowy przesiano przez 4 mm sito. Wyniki testu przedstawiono w poniższej Tabeli 7, które to wyniki wykazują, że utwardzenie daje najlepsze wyniki przy zawartości wody pomiędzy 25% wagowych i 35% wagowych.

T a b e l a 7

Numer	Czas	% wag. ziaren > 4 mm	% wag. ziaren > 4 mm
testu	utwardzania	na 5 zrzutów	na 10 zrzutów
1	1,5 h 3,0 h	22,7
2	1,5 h 3,0 h	7.8 5.9	13,4
3	1,5 h 3,0 h	2,0 1,0	11,8
4	1,5 h	1,2	2,4
3,0 h	2,5
5	1,5 h	1,0	2,0
3,0 h	2,8

Zastrzeżenia patentowe

Claims

1. Sposób wytwarzania szkła na bazie surowca w postaci mieszaniny komponentów głównie mineralnych, w tym odpadowych, w którym surowiec po obróbce wstępnej prasuje się w suche brykiety, które utwardza się i następnie przetapia się, korzystnie w wielkim piecu, przy dostarczaniu tlenu, a wytop utwardza się i suszy, znamienny tym, że obróbka wstępna obejmuje etapy:

- wytworzenia mieszaniny komponentów z zawartoś cią mineralną z osadu ś ciekowego z zawartością materiałów organicznych oraz z jednego lub z kilku innych produktów odpadowych z zawartością mineralną pochodzenia przemysłowego i/lub naturalnych skał,

- cieplnego rozkł adu rozpuszczalnych skł adników organicznych mieszaniny, i

PL 199 964 B1

- ustalenia zawartości wody w mieszaninie pomiędzy 20-35% wagowych, a korzystnie pomiędzy 27-33% wagowych, i obejmuje operację topienia brykietów przy dodatkowo dodanej energii z paliwa palnego w ilości maksymalnie 10% wagowych ilości brykietów poddawanych topieniu, z wytworzeniem szkła zawierającego więcej niż 30% wagowych komponentów mineralnych z osadu ściekowego.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że brykiety mają gęstość 1,2 - 1,3 g/cm⁸.

3. Sposób według zastrz. 1 albo zastrz. 2, znamienny tym, że brykiety utwardza się w temperaturze pomiędzy 75°C i 110°C do zawartości wody 15 - 20 % wagowych.

4. Szkło na bazie surowca w postaci mieszaniny komponentów głównie z zawartością mineralną, gdzie wspomniane komponenty z zawartością mineralną obejmują osad ściekowy, korzystnie z instalacji oczyszczających, oraz jeden lub kilka innych produktów odpadowych z zawartością mineralną pochodzenia przemysłowego i/lub naturalne skały, znamienne tym, że wspomniane szkło zawiera więcej niż 30% wagowych komponentów mineralnych z osadu ściekowego.

5. Szkło według zastrz. 4, znamienne tym, że zawartość mineralna szkła występuje w postaci tlenków, a suma wagowych zawartości procentowych tlenków mineralnych - dwutlenku krzemu SiO2, trójtlenku dwuglinowego Al2O3, trójtlenku dwużelazowego Fe2O3, tlenku wapnia CaO, tlenku magnezu MgO i pięciotlenku dwufosforowego P2O5, stanowi co najmniej 90% wagowych szkła.

6. Szkło według zastrz. 5, znamienne tym, że stosunek wagowych zawartości procentowych mineralnych tlenków - tlenku wapnia do pięciotlenku dwufosforowego, w szkle określony jest przy pomocy równania % wagowy CaO > 1,33 * % wagowy P2O5.

7. Szkło według zastrz. 5 albo zastrz. 6, znamienne tym, że procentowe zawartości wagowe mineralnych tlenków - tlenku wapnia, pięciotlenku dwufosforowego i tlenku magnezu w szkle pozostają w takim stosunku do procentowej zawartości wagowej dwutlenku krzemu w szkle, że relacja (% wagowy CaO - 1,33 * % wagowy P₂O₅) + % wagowy MgO % wagowy SiO ₂ przyjmuje wartości pomiędzy 0,15 i 0,5.

8. Szkło według zastrz. 5 albo zastrz. 6, albo zastrz. 7, znamienne tym, że stosunek procentowych zawartości wagowych mineralnych tlenków - trójtlenku dwużelazowego do trójtlenku dwuglinowego w szkle mieści się pomiędzy 0,56 i 1,00, a stosunek procentowych zawartości wagowych dwutlenku krzemu do trójtlenku dwuglinowego w szkle mieści się pomiędzy 2,2 i 3,2.

9. Szkło według zastrz. 5 albo zastrz. 6, albo zastrz. 7, znamienne tym, że gęstość właściwa szkła przyjmuje wartości pomiędzy 2,7 i 3,1 g/cm³ , korzystnie pomiędzy 2,8 i 3,0 g/cm³, a szczególnie korzystnie 2,9 g/cm³.

10. Szkło według zastrz. 5 albo zastrz. 6, albo zastrz. 7, znamienne tym, że szkło ma twardość HV100 > 600.

11. Zastosowanie szkła określonego w zastrz. 4, po uprzednim sortowaniu, do piaskowania.