PL240980B1 - Zastosowanie odpadu z flotacyjnego wzbogacania rud miedzi w materiałach dla budownictwa - Google Patents

Description

PL 240 980 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zastosowanie odpadu z flotacyjnego wzbogacania rud miedzi w materiałach dla budownictwa, zwłaszcza jako dodatek do spoiw hydraulicznych.

Eksploatacja rud miedzi, jej przeróbka i proces hutniczy powodują, że wytwarzane są duże ilości odpadów wymagających długookresowego magazynowania, które dodatkowo musi spełniać normy środowiskowe. Odpady flotacyjne są odpadem wytwarzanym w procesie flotacyjnego wzbogacania rud miedzi. Są to odpady mineralne (bardzo rozdrobniona skała płonna), deponowane na składowisku, a ich ilość gromadzona na powierzchni stale wzrasta, co generuje wysokie koszty związane z ochroną środowiska.

Odpady flotacyjne, wykorzystywane są głównie do rozbudowy składowiska, gdzie z frakcji gruboziarnistych wykonuje się nadbudowę jego zapór.

Od wielu lat prowadzi się badania mające na celu zagospodarowanie odpadów poflotacyjnych, co wynika m. innymi ze składu chemicznego tych odpadów, w którym przeważają tlenki SiO2 i CaO. W zależności od kompozycji mogą one być wykorzystywane w różnych procesach i produktach, zwłaszcza na potrzeby budownictwa drogowego i do wytwarzania materiałów budowlanych w przemyśle ceramicznym, a także do zastosowań w innych dziedzinach. Szersze zastosowanie przemysłowych produktów ubocznych bywa jednak trudne ze względu na brak jednorodności chemicznej i mineralogicznej oraz zawartość substancji szkodliwych. Skład chemiczny i mineralogiczny odpadów flotacyjnych zależy od typu rudy miedzi. W odpadach powstałych w wyniku procesu flotacji rudy piaskowcowej przeważa kwarc - 44,4%, a w mniejszej ilości występują minerały węglanowe (tj. dolomit - 29,9% i kalcyt - 7,7%). Odpady piaskowcowe zawierają około: 50% SO2, 13% CaO i 5% MgO, natomiast drobnoziarniste odpady węglanowe zawierają około 24% CaO, 20% SO2 i powyżej 5% MgO.

Znany jest sposób aktywizacji odpadów flotacyjnych przemysłu miedziowego, w którym do rozdrobnionych odpadów dodaje się podczas mieszania 10% kwas siarkowy w ilości równej zawartości węglanów w tych odpadach. Operację mieszania prowadzi się w czasie 5-7 minut i następnie masę poddaje leżakowaniu w czasie 15-25 minut. Sposób ma zastosowanie do uzyskiwania tworzyw podobnych strukturalnie do pianobetonu lub betonu komórkowego. Znane jest również wytwarzanie cegieł z wysokokrzemionkowych odpadów flotacyjnych, przez zmieszanie drobnoziarnistego odpadu flotacyjnego z aktywowanym alkalicznie żużlem w stosunku masowym 85:15 oraz wodą, a uformowany materiał poddawany jest autoklawizacji. Z opisu patentu PL100688B1 znane jest spoiwo hydrauliczne zawierające 60 do 80% wag. popiołów lotnych z węgla kamiennego i/lub brunatnego. Dodatki wiążące wybiera się spośród cementu, wapna, gipsu, a także z piasku i soli ziem alkaliczn ych i/lub soli metali III grupy układu. Dodatkowo spoiwo zawiera 2 do 10% wag. soli metali I grupy układu, gdzie stosuje się odpady poflotacyjne rudy miedzi.

Znany jest sposób termicznej aktywizacji odpadów flotacyjnych z przeznaczeniem do wyrobów ceramicznych, polegający na ogrzewaniu ich do temperatury 1073-1473 K w celu rozkładu soli do postaci tlenkowych, a przy bardziej złożonych składach chemicznych zachodzi spiekanie. Z tak utylizowanych odpadów po schłodzeniu spieku uzyskuje się kruszywa lekkie spiekane, po zastosowaniu dodatków otrzymuje się tworzywo ceramiczne. Inną znaną metodę termicznej utylizacji odpadów flotacyjnych rud miedzi opisuje należący do zgłaszającego patent PL222233B1, który dotyczy sposobu otrzymywania aktywnego dodatku mineralnego. W sposobie według tego wynalazku z odpadu po flotacji, zawierającego głównie węglany, w szczególności takie jak, węglan wapniowy i dolomit oraz kwarc i illit, o głównych składnikach w Ilościach korzystnie: SO2 od 26,13% do 40,02%, CaO od 17,66% do 24,59%, MgO od 8,25% do 9,73% i AI2O3 co najmniej 4,8%, po przetworzeniu termicznym, otrzymuje się spoiwo, które zawiera aktywny składnik pucolanowy, aktywne tlenki wapnia i magnezu oraz inne składniki. Warunki temperaturowe ustalono tak, aby nie dopuścić do krystalizacji amorficznego składnika pucolanowego, syntezy nowych związków takich jak gehelnit oraz powstania wysoko temperaturowych, nisko aktywnych form tlenku wapnia i magnezu. Spoiwo posiada właściwości wiążące i pucolanowe, i po rozdrobnieniu może być stosowane bez żadnych dodatków lub w mieszaninie z cementem, wapnem, popiołami lotnymi oraz innymi materiałami znanymi jako dodatki do cementu i betonu.

Inny znany z opisu patentu PL215185B1 sposób przetwarzania odpadów z flotacji rudy miedzi, dotyczy wytwarzania polimerycznego materiału budowlanego na bazie siarki odpadowej. Sposób polega na tym, że w temperaturze 130-150°C miesza się 20-50% wagowych siarki odpadowej, 10-50% wagowych odpadów flotacyjnych z flotacji rudy miedzi o granulacji do 0,06 mm, z 3-25% wagowych fosfogipsu odpadowego jako regulatora odczynu pH i 10-40% wagowych wypełniacza mineralnego.

PL 240 980 B1

Z opisu patentu PL229591B1 znany jest sposób produkcji kruszywa lekkiego dla budownictwa, w którym pyły z instalacji spalania i/lub muły z flotacyjnego wzbogacania rud metali nieżelaznych o frakcji od 0 do 0,2 mm miesza się z pyłem krzemionkowym o frakcji od 0 do 0,063 mm. Następnie tak uzyskany produkt miesza się z rozdrobnionym odpadem szklanym o frakcji od 0 do 0,2 mm oraz osadami ściekowymi z oczyszczalni ścieków o zawartości od 15 do 50% składników palnych i/lub mułami po flotacji węgla o zawartości do 32% węgla. Mieszaninę w postaci gęstej pasty poddaje się granulowaniu, a po wysuszeniu termicznie przekształca, aż do wbudowania substancji niebezpiecznych w polikrystaliczną strukturę spieku o właściwościach kruszywa.

Przedmiotem wynalazku jest zastosowanie odpadu z flotacyjnego wzbogacania rud miedzi w materiałach dla budownictwa, zwłaszcza jako dodatek do spoiw hydraulicznych, w mieszaninie z materiałami stałymi spoiwa, zawierającymi co najmniej jeden materiał wiążący, w tym cementowy oraz regulator czasu wiązania, przy czym stosuje się wysuszony odpad flotacyjny zawierający węglany takie jak węglan wapniowy i dolomit, a ponadto kwarc oraz chlorki w ilości 0,1% do 2,5% wag. w stosunku do suchej masy odpadu.

Zastosowanie polega na tym, że stosuje się odpad flotacyjny wysuszony w temperaturze 100° do 150°C. Zastosowanie polega na tym, że stosuje się aktywizowane przez wspólne przemielenie odpad flotacyjny i materiały stałe o powierzchni właściwej 4500 cm²/g do 5500 cm²/g.

Zastosowanie charakteryzuje się tym, że stosuje się odpad flotacyjny w ilości 3% do 30% wag. w mieszaninie z 55% do 85% wag. materiału wiążącego cementowego oraz 2,5% do 5% wag. regulatora czasu wiązania. Zastosowanie charakteryzuje się tym, że w mieszaninie spoiwa stosuje się materiał wiążący o właściwościach pucolanowych w ilości do 40% wag., wybrany spośród popiołów lotnych, pyłów krzemionkowych, metakaolinu, granulowanego żużla wielkopiecowego.

Zastosowanie charakteryzuje się tym, że jako materiał wiążący cementowy stosuje się cement lub klinkier portlandzki.

Rozwiązanie według wynalazku ma wpływ na zmniejszenie ilości gromadzonych odpadów, przez ich wykorzystanie do zastosowań w materiałach budowlanych, zwłaszcza do wytwarzania elementów na potrzeby drogownictwa. Ponadto proces przetwarzania odpadu z flotacyjnego prowadzi się w oparciu o standardowe urządzenia i w warunkach procesowych w oparciu o taki dobór składników, które umożliwiają aktywizację składników i są bezpieczne dla środowiska.

Zastosowanie odpadu z flotacyjnego wzbogacania rud miedzi, zwłaszcza jako dodatku do spoiw hydraulicznych poprzedza jego przetwarzanie oraz przygotowanie odpadu do aktywacji w mieszaninie z materiałami stałymi spoiw hydraulicznych.

Przetwarzaniu poddaje się drobnoziarnisty, wysokowęglanowy odpad flotacyjny (szlam) z bieżącej produkcji, zawierający głównie węglany, takie jak węglan wapniowy i dolomit, a ponadto kwarc i chlorki. Odpad wstępnie przetwarza się celem oddzielenia od wody technologicznej, uszlachetnienia i poprawienia niektórych parametrów w tym składu chemicznego.

W pierwszej kolejności odpad oddzielany jest od wody technologicznej znanymi sposobami, np. przez dekantację lub filtrację, co jednocześnie ogranicza zawartość ilastych zanieczyszczeń. Następnie, przed suszeniem i w zależności od stopnia zasolenia osadu prowadzi się pośredni proces wymywania, do uzyskania w odpadzie (szlamie) nie mniej niż 0,1% i nie więcej niż 2,5% NaCI w przeliczeniu na stan suchy. Ograniczona zawartość jonów chloru w odpadzie flotacyjnym, wpływa na przyśpieszenie procesu wiązania i twardnienia zapraw i betonu, zawierających spoiwo hydrauliczne wytworzone z zastosowaniem odpadu.

Odpad suszy się, a dla równoczesnego prowadzenia dehydratacji illitu temperatura procesu zawiera się w zakresie 100° do 150°C. Następnie poddaje się granulacji np. w urządzeniach pozwalających na jednoczesne jego suszenie i granulację w trakcie transportu do dalszego przetworzenia, jako surowiec użyteczny dla budownictwa. Tak przygotowany odpad oraz materiały stałe wiążące cementowe i regulator czasu wiązania, a w wariancie rozwiązania również dodatkowe materiały wiążące o właściwościach pucolanowych, poddaje się aktywacji przez wspólne przemielenie do uzyskania powierzchni właściwej powyżej 4500 cm²/g do 5500 cm²/g, korzystnie powyżej 5000 cm²/g. Rozdrobniony do takiej powierzchni właściwej materiał wieloskładnikowy zawiera drobnoziarnistą krzemionkę, która nabiera cech aktywnego dodatku pucolanowego.

Składniki węglanowe zmielonego odpadu, jako bardziej podatne na rozmielenie, charakteryzują się większym rozwinięciem powierzchni właściwej, co przekłada się na jego reaktywność w procesie wiązania wieloskładnikowego materiału wiążącego. Ponadto ze względu na duży stopień rozdrobnienia

Claims (6)

1. PL 240 980 Β1 biorą udział w reakcjach hydratacji składników fazowych klinkieru cementowego zawartego w utworzonym spoiwie hydraulicznym.

   W spoiwie podstawowym materiałem wiążącym cementowym jest klinkier portlandzki, stosowany w ilości 55% do 85% wag., odpad 3% do 30% wag., natomiast regulator czasu wiązania, stosuje się w ilości 2,5% do 5% wag. W wariancie rozwiązania klinkier portlandzki jest w części zastępowany materiałem wiążącym o właściwościach pucolanowych, dodawanym w ilości do 40% wag. Materiał wiążący może stanowić popiół lotny, pył krzemionkowy, metakaolin lub granulowany żużel wielkopiecowy.

   Spoiwo wiążące zawierające odpad flotacyjny posiada właściwości hydrauliczne i po zarobieniu z wodą twardnieje zarówno na powietrzu jak i w wodzie oraz w warunkach niskoprężnego naparzania.

   Poniżej przedstawiono przykładowe receptury spoiwa, w którym zastosowano odpowiednio przetworzony odpad flotacyjny:

   Spoiwo 1 • Klinkier portlandzki -81,40% • Odpad flotacyjny -14,35% • Gips (regulator czasu wiązania) - 4,25%

   100,00%

   Spoiwo 2 • Klinkier portlandzki -61,90% • Granulowany żużel wielkopiecowy -25,10% • Odpad flotacyjny - 9,75% • Gips - 3,25%

   100,00%

   W tabeli I zestawiono przykładowe wyniki badań procesu narastania wytrzymałości spoiwa hydraulicznego, zawierającego odpad flotacyjny.

   Tabela I

   Rodzaj spoiwa Wytrzymałość [MPa] Po czasie twardnienia

   1 dzień 2 dni 7 dni 28 dni

   Spoiwo 1 24,0 34,2 4S,0 58,0

   Spoiwo 2 14,3 24,8 44,4 62,3

   Produkt końcowy charakteryzuje wysoka wytrzymałość na ściskanie, która po 28 dniach twardnienia osiąga powyżej 60 MPa. Szczególnie korzystne cechy wykazuje spoiwo z przykładu 1, zawierające ponad 14% dodatku odpadu flotacyjnego, uzyskujące bardzo wysokie wytrzymałości początkowe. Taka cecha jest korzystna dla prefabrykacji, gdyż pozwala na skrócenie etapu produkcji związanego z przechowywaniem wyrobu w formach. Spoiwo według wynalazku nie wykazuje zmian objętości podczas twardnienia.

   Zastrzeżenia patentowe

   1. Zastosowanie odpadu z flotacyjnego wzbogacania rud miedzi w materiałach dla budownictwa, zwłaszcza jako dodatek do spoiw hydraulicznych, w mieszaninie z materiałami stałymi spoiwa, zawierającymi co najmniej jeden materiał wiążący, w tym cementowy oraz regulator czasu wiązania, przy czym stosuje się wysuszony odpad flotacyjny zawierający węglany takie jak węglan wapniowy i dolomit, a ponadto kwarc oraz chlorki w ilości 0,1% do 2,5% wag. w stosunku do suchej masy odpadu.
2. 2. Zastosowanie według zastrz. 1, znamienne tym, że stosuje się odpad flotacyjny wysuszony w temperaturze 100°C do 150°C.
3. 3. Zastosowanie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że stosuje się aktywizowane, przez wspólne przemielenie odpad flotacyjny i materiały stałe o powierzchni właściwej 4500 cm²/g do 5500 cm²/g.

   PL 240 980 B1 5
4. 4. Zastosowanie według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienne tym, że stosuje się odpad flotacyjny w ilości 3% do 30% wag. w mieszaninie z 55% do 85% wag. materiału wiążącego cementowego oraz 2,5% do 5% wag. regulatora czasu wiązania.
5. 5. Zastosowanie według zastrz. 4, znamienne tym, że w mieszaninie spoiwa stosuje się materiał wiążący o właściwościach pucolanowych w ilości do 40% wag., wybrany spośród popiołów lotnych, pyłów krzemionkowych, metakaolinu, granulowanego żużla wielkopiecowego.
6. 6. Zastosowanie według zastrz. 1 albo 4, znamienne tym, że jako materiał wiążący cementowy stosuje się cement lub klinkier portlandzki.