PL213685B1 - Sposób wytwarzania polimerycznego spoiwa budowlanego na bazie żużla wielkopiecowego i siarki odpadowej - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania polimerycznego spoiwa budowlanego na bazie żużla wielkopiecowego i siarki odpadowej.

Polimeryczne spoiwo budowlane na bazie żużla wielkopiecowego i siarki odpadowej uzyskane sposobem według wynalazku jest materiałem podobnym do betonu tradycyjnego na bazie cementu portlandzkiego, które w odróżnieniu od niego posiada takie zalety jak: wysoką wytrzymałość na ściskanie i zginanie, wyższą od betonu tradycyjnego, krótki czas utwardzania w ciągu kilku godzin, niską nasiąkliwość, dobrą szczelność, odporność na środowisko kwaśne na które nie jest odporna większość materiałów budowlanych.

Znane są sposoby wytwarzania spoiw siarkowych: amerykański patent nr 4058500 i nr 4348313 ujawniający spoiwo siarkowe, gdzie siarka modyfikowana jest węglowodorami oleinowymi a więc modyfikatorem organicznym.

Tak samo wytwarzane w Polsce spoiwa siarkowe bazują na modyfikatorach organicznych typu węglowodorów olefinowych. Tego typu rozwiązania są niebezpieczne w eksploatacji z uwagi na możliwość pożaru lub wybuchu przy prowadzeniu procesu modyfikacji. Ich wadą jest również oddziaływanie toksyczne na obsługę.

Istotą sposobu wytwarzania polimerycznego spoiwa budowlanego na bazie żużla wielkopiecowego i siarki odpadowej jest to ,że do obrotowego podgrzewacza w temperaturze 130 - 135°C i obrotach 20 obr/min wprowadza się 40 - 60% wagowych siarki odpadowej, po jej upłynnieniu dodaje się 20 - 45% wagowych żużla wielkopiecowego uprzednio zmieszanego z 15 - 23% wagowych fosfogipsu odpadowego jako regulatora odczynu pH żużla wielkopiecowego po czym miesza się razem przez 10 minut w czasie którego zachodzi modyfikacja siarki zawartymi w żużlu metalami w tym selenu, arsenu, fosforu, ich siarczkami i tlenkami.

Zaletą sposobu według wynalazku jest to, że stosuje się przy ich produkcji siarkę odpadową, żużel wielkopiecowy oraz regulator odczynu pH żużla wielkopiecowego jakim jest fosfogips odpadowy, co wpływa na zmniejszenie ilości gromadzonych uciążliwych odpadów i pozwala na bezpieczne dla środowiska ich wykorzystanie.

Polimeryczne tworzywo budowlane wg wynalazku powstaje przez dodanie do siarki odpadowej w stanie płynnym w temperaturze 130 - 135°C żużla wielkopiecowego, rozdrobnionego do granulacji 0 - 10 mm wcześniej poddanego regulacji odczynu pH z 10 do około 6,5 za pomocą fosfogipsu odpadowego a więc na lekko kwaśny. W efekcie zawarte w żużlu wielkopiecowym metale takie jak arsen, selen, fosfor i ich siarczki zahamowują proces krystalizacji siarki i stabilizują jej formę polimeryczną.

W określonych technicznie warunkach tj. w odpowiedniej temperaturze i dużym rozwinięciu fazowym płynnej siarki następuje rozpad zamkniętych pierścieni utworzonych z atomów siarki na otwarte łańcuchy powstające z rozerwania tych pierścieni w temperaturach wyższych w tym przedziale temperatur 130 - 135°C. W temperaturze 130 - 135°C dominują struktury łańcuchowe Sx siarki w miejsce struktury pierścieniowej. Zawarte w żużlu wielkopiecowym metale i ich siarczki w tym arsen, selen, fosfor będące modyfikatorami siarki ulegają reakcji kopolimeryzacji z siarką o strukturze łańcuchowej tworząc kopolimer o własnościach związku wysokocząsteczkowego jakie występują w tworzywach polimerycznych. Uzyskane sposobem według wynalazku polimeryczne tworzywo budowlane składa się z 40 - 60% wagowych siarki odpadowej, 20 - 45% wagowych żużla wielkopiecowego o granulacji 0 - 10 mm, w skład którego wchodzi około 90% wagowych krzemianów, około 5% wagowych metali w tym arsen, selen, fosfor i ich siarczki oraz tlenki metali, około 5% wagowych wody, zmieszanego z regulatorem pH żużla wielkopiecowego którym jest fosfogips odpadowy w ilości 15 - 23% wagowych.

Fosfogips odpadowy zmieszany z żużlem wielkopiecowym w stosunku wagowym 1:1 zmienia pH żużla wielkopiecowego z pH około 10 na pH około 6,5 a więc do lekko kwaśnego.

Załadowana do podgrzewacza obrotowego Fig. 1 siarka zostaje podgrzana do temperatury 130 - 135°C i przyjmuje formę ciekłą poprzez rozpad siarki pierścieniowej na formę liniową. Do ciekłej siarki dozuje się odważone uprzednio ilości żużla wielkopiecowego zmieszanego z regulatorem odczynu pH żużla wielkopiecowego jakim jest fosfogips odpadowy. W podgrzewaczu obrotowym podczas mieszania ciekłej siarki z żużlem wielkopiecowym w skład którego wchodzą metale i ich siarczki w tym selen, arsen, fosfor jako modyfikatory siarki następuje modyfikacja siarki łańcuchowej w wyniku czego powstaje kopolimer o własnościach związku wysokocząsteczkowego. Powstałe w ten sposób polimeryczne spoiwo budowlane może mieć określone zastosowanie przez wlanie do formy, wylanie na

PL 213 685 B1 określoną powierzchnię w miejsce stosowanego betonu na bazie cementów budowlanych. Nie stwierdzono by polimeryczne spoiwo budowlane inicjowało korozję stali zbrojeniowej lecz przy pracach zbrojenia stalowego w środowisku mokrym należy chronić zbrojenie przed przenikaniem środowiska zewnętrznego. Można również polimeryczne tworzywo budowlane po schłodzeniu rozkruszyć na łamaczu szczękowym i zapakować do worków, a następnie wsypać do maszyny drogowej zwanej recyklerem, gdzie po podgrzaniu do odpowiedniej temperatury roztopiona masa wlewana jest na określoną powierzchnię i przeznaczana do remontu dróg i placów. Dodatek odpowiedniej ilości polimerycznego spoiwa budowlanego do mieszanek drogowych nawierzchniowych zmniejsza ilość zużytego asfaltu drogowego w tych mieszankach o około 2% wagowych a więc obniża koszty budowy dróg.

Dodatkowo polimeryczne tworzywo budowlane podwyższa temperaturę mięknienia nawierzchni drogowej zapobiegając jej koleinowaniu co wydłuża czas eksploatacji tej drogi. Polimeryczne spoiwo budowlane na bazie siarki i żużla wielkopiecowego posiada bardzo dobre własności użytkowe tj. wysoką wytrzymałość na ściskanie około 55 MPa, wytrzymałość na rozerwanie około 5 MPa, wytrzymałość na zginanie około 7,5 MPa, nasiąkliwość wodą około 1%. Wodoszczelność i mrozoodporność zależy od właściwego wibrowania profili wykonanych ze spoiwa. Polimeryczne spoiwo budowlane jest odporne na środowisko kwaśne, posiada doskonałą przyczepność do podłoża oraz do materiałów mineralnych stosowanych w drogownictwie, ponadto szczelnie wypełnia szczeliny i zagłębienia uszkodzonych powierzchni betonowych i drogowych.

Niespodziewane własności tak dużej poprawy wytrzymałości mechanicznej na ściskanie, odporności na media agresywne tj. kwas, sole, oleje w których zwyczajne betony na bazie cementu portlandzkiego zawodzą, zawdzięcza się żużlowi wielkopiecowemu który jest źródłem metali w tym arsenu, selenu fosforu i ich siarczków, które stanowią modyfikator siarki. Łańcuchy siarki powstałe w wyniku ogrzania siarki pierścieniowej tworzą z modyfikatorem kopolimer o strukturze liniowej lub usieciowanej o typowych właściwościach związku wielkocząsteczkowego jakie występują w tworzywie polimerowym. Stosowany żużel wielkopiecowy o składzie około 90% wagowych krzemianów, około 5% wagowych metali w tym arsen, selen, fosfor i ich siarczki oraz tlenki metali, około 5% wagowych wody, posiada barwę szarą, stosowany jest w formie rozdrobnionej, dla zmiany odczynu pH z około 10 na odczyn pH około 6,5 miesza się z fosfogipsem odpadowym, który posiada odczyn pH około 4. Fosfogips jest produktem odpadowym przy produkcji przemysłowego kwasu fosforowego.

Siarka odpadowa jest produktem odsiarczania gazu ziemnego lub ropy naftowej, która po stopieniu przyjmuje kolor brązowy.

Sposób wytwarzania polimerycznego spoiwa budowlanego na bazie żużla wielkopiecowego i siarki odpadowej wg wynalazku został bliżej określony w przykładach wykonania.

P r z y k ł a d I

Polimeryczne spoiwo budowlane o składzie podanym w % wagowych;

Siarka odpadowa będąca produktem odsiarczania gazu ziemnego 46

Żużel wielkopiecowy 31

Fosfogips odpadowy jako regulator odczynu pH żużla wielkopiecowego 23 odważona ilość siarki odpadowej podana jest do podgrzewacza obrotowego BO przez zasyp

ZS. W podgrzewaczu obrotowym, który posiada wewnętrzną strefę ograniczoną dwoma pierścieniami z blachy. Przy pomocy dwóch palników P następuje ogrzanie siarki do temperatury 130 - 135°C i jej zamiana z postaci stałej na ciekłą koloru brązowego. Pomiar temperatur w strefie ogrzewania siarki odbywa się za pomocą termometrów T.

Podgrzewacz ustawiony jest pod kątem nachylenia 0°, wobec czego roztopiona siarka obraca się po obwodzie wewnętrznym podgrzewacza bez jej przesuwania się do wylotu z podgrzewacza. Do rozgrzanej siarki dozuje się poprzez zasyp ZS odważone ilości suchego żużla wielkopiecowego wcześniej zmieszanego z regulatorem pH jakim jest fosfogips odpadowy. W temperaturze 130 - 135°C w strefie roztopionej siarki następuje kontakt żużla wielkopiecowego zmieszanego z fosfogipsem odpadowym z płynną siarką. Mieszanie w/w składników trwa 10 minut.

Następuje proces modyfikacji siarki odpadowej żużlem wielkopiecowym poprzez zawarte w nim metale w tym arsen, selen i fosfor oraz ich siarczki. Powstaje polimeryczne spoiwo budowlane. Po tym czasie za pomocą siłowników zamocowanych pod ramą podgrzewacza BO przekrój B-B Fig. 1 podgrzewacz BO uzyskuje spad około 15° w wyniku czego polimeryczne spoiwo budowlane zostaje usunięte z podgrzewacza i wylane do formy, na określoną powierzchnię lub schłodzone, rozdrobnione

PL 213 685 B1 i pakowane do worków. Tak otrzymane polimeryczne spoiwo budowlane jest koloru szarego zbliżonego do betonów tradycyjnych. Posiada dużą wytrzymałość mechaniczną na ściskanie około 55 MPa, odporność na kwasy, sole, oleje. Krótki czas utwardzania polimerycznego spoiwa budowlanego pozwala na szybką eksploatację wykonanych z niego elementów, również duża jest wytrzymałość na zginanie około 7,5 MPa oraz na rozerwanie około 5 MPa. Podgrzewacz obrotowy BO działa cyklicznie tj. po opróżnieniu z niego wytworzonego polimerycznego spoiwa budowlanego powtarzamy kolejny cykl załadunku siarki, jej roztopienie oraz dozowanie do niej żużla wielkopiecowego. W jednym cyklu uzyskujemy około 4 t polimerycznego spoiwa budowlanego.

P r z y k ł a d Il

Polimeryczne spoiwo budowlane o składzie podanym w % wagowych:

Siarka odpadowa będąca produktem odpadowym z odsiarczania ropy naftowej 60

Żużel wielkopiecowy 20

Fosfogips odpadowy jako regulator odczynu pH żużla wielkopiecowego 20

Sposób przygotowania identyczny jak w przykładzie I z różnicą procentowego składu oraz jaśniejszą barwą otrzymanego polimerycznego spoiwa budowlanego niż otrzymanego w przykładzie I.

Claims (1)

1. Sposób wytwarzania polimerycznego spoiwa budowlanego na bazie żużla wielkopiecowego i siarki odpadowej, znamienny tym, że do obrotowego podgrzewacza w temperaturze 130 - 135°C i obrotach 20 obr/min wprowadza się 40 - 60% wagowych siarki odpadowej, po jej upłynnieniu wprowadza się 20 - 45% wagowych żużla wielkopiecowego uprzednio zmieszanego z 15 - 23% wagowych fosfogipsu odpadowego jako regulatora odczynu pH żużla wielkopiecowego po czym miesza się razem przez 10 minut, w czasie którego zachodzi modyfikacja siarki zawartymi w żużlu metalami w tym selenu, arsenu, fosforu, ich siarczkami i tlenkami.