PL248453B1 - Sposób przetwarzania odpadu flotacyjnego z procesu wzbogacania rud miedzi na mineralny materiał budowlany - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób przetwarzania odpadu flotacyjnego z procesu wzbogacania rud miedzi na mineralny materiał budowlany, z przeznaczeniem do stosowania w materiałach budowlanych formowanych.

W wielu gałęziach przemysłu, zwłaszcza w energetyce, hutnictwie, metalurgii i przemyśle górniczym, powstaje duża ilość odpadów stanowiących obciążenie dla środowiska. Część odpadów przemysłowych, zwłaszcza żużle, popioły lotne, znajduje zastosowanie do produkcji cementów.

Również eksploatacja rud miedzi, jej przeróbka i proces hutniczy powodują, że wytwarzane są duże ilości odpadów wymagających długookresowego składowania. O możliwości zagospodarowania odpadów decyduje skład chemiczny i mineralogiczny.

Odpady flotacyjne zarówno węglanowe, jak i wysokokrzemionkowe są odpadem mineralnym (bardzo rozdrobniona skała płonna), powstającym jako pozostałość po procesie flotacyjnego wzbogacania rud miedzi, a podstawowymi składnikami odpadu są kwarc, dolomit i kalcyt. Od wielu lat prowadzi się badania mające na celu zagospodarowanie odpadów flotacyjnych, co wynika między innymi ze składu chemicznego i mineralnego tych odpadów. W zależności od kompozycji mogą one być wykorzystywane w różnych procesach i produktach, zwłaszcza na potrzeby budownictwa.

Szersze zastosowanie przemysłowych produktów ubocznych bywa jednak trudne ze względu na brak jednorodności chemicznej i mineralogicznej oraz zawartość substancji szkodliwych.

Jedną z najpopularniejszych metod zagospodarowania odpadów, w tym flotacyjnych jest ich zestalanie i stabilizacja, zwłaszcza jako składnika materiałów wykorzystywanych w drogownictwie oraz w zastosowaniach budowlanych, do podsadzek wypełniających pustki kopalniane, i podobnych. Mimo istnienia rozwiązań dedykowanych tym zagadnieniom, nie znalazły one szerokiego zastosowania przemysłowego ze względu na wyżej podnoszony charakter odpadów oraz obowiązujące normy środowiskowe.

Ogólnym problemem związanym z odpadami, jest między innym i ich zmienny skład.

Celem wynalazku jest przetworzenie odpadu flotacyjnego umożliwiające otrzymanie materiału mineralnego, który posiada cechy odpowiednie do stosowania jako składnik w materiałach budowlanych np. formowanych.

Znany jest z opisu patentu PL135258B1 sposób aktywizacji odpadów flotacyjnych przemysłu miedziowego, w którym do rozdrobnionych odpadów dodaje się 10% kwas siarkowy w ilości równej zawartości węglanów w tych odpadach. Operację mieszania prowadzi się w czasie 5-7 min., następnie masę poddaje się leżakowaniu w czasie 15-25 min. i stosuje do uzyskiwania tworzyw podobnych strukturalnie do pianobetonu lub betonu komórkowego. Natomiast z opisu patentu PL77863 znany jest sposób utwardzania odpadów flotacyjnych w celu tworzenia twardniejącego wypełnienia pustych przestrzeni, powstających w wyniku prac górniczych. Do odpadów wprowadza się dodatki zawierające tlenek wapnia lub tlenek magnezu oraz aktywną krzemionkę, które stosuje się w ilości od 1 do 50% wag. przy czym stosunek wagowy tlenku wapnia i krzemionki wynosi od 1 : 6 do 6 : 1, korzystnie 1 : 1. Jako dodatki stosuje tlenki wapnia i magnezu w postaci wapna, popioły z elektrociepłowni, wyprażone węglanowe odpady flotacyjne i inne. W opisie patentowym PL185500B1 ujawniono autoklawizowany materiał budowlany wytworzony z masy składającej się z piasku kwarcowego i wapna palonego, zawierającej domieszkę mineralną w postaci metakaolinitu w ilości 1-10% wag. Materiał budowlany z domieszką odpadów znany z opisu patentu PL231890B1 zawiera wodne szkło sodowe, krzemionkę płomieniową, mielony piasek oraz poprzemysłowy materiał odpadowy, który stanowi wysuszony odpad flotacyjny o zawartości 19,67-57,24% SiO2; 11,87-24,85% CaO; 4,23-6,19% MgO oraz 2,35-4,17% AhOs. Opis patentu EP2801559B1 dotyczy sposobu zwiększania utajonej reaktywności hydraulicznej i/lub pucolanowej materiałów, zwłaszcza odpadów i produktów ubocznych. Materiał wyjściowy zawiera źródła tlenków CaO i co najmniej jeden spośród SiO2 i Al2O3, które miesza się z wodą w stosunku woda/ciało stałe od 0,1 do 100, i poddaje obróbce hydrotermicznej w autoklawie w temperaturze od 100 do 300°C i czasie przebywania od 0,1 do 24 godzin. W produkcie suma krzemianów wapnia, glinianów wapnia, krzemianów wapnia i glinu, krzemianów magnezu i krzemianów wapnia i magnezu wynosi co najmniej 30% wag., korzystnie co najmniej 50% wag., a najkorzystniej co najmniej 70% wag. Otrzymane w procesie uzupełniające materiały cementowe (SCM) można stosować jako składniki w spoiwach hydraulicznych.

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 alkalicznych i/lub soli metali III grupy układu. Dodatkowo spoiwo zawiera 2 do 10% wag. soli metali I grupy układu. Rozwiązanie przedstawione w opisie patentu PL222233B1, dotyczy otrzymywania mineralnego materiału wiążącego z odpadów flotacyjnych rud miedzi. Zgodnie z wynalazkiem odpad po flotacji poddaje się obróbce termicznej w temperaturze od 600°C do 850°C, w wyniku której otrzymuje się aktywne tlenki wapnia i magnezu oraz reaktywne krzemiany.

Proces wytwarzania bloczków z betonu komórkowego z wykorzystaniem nietoksycznych odpadów z górnictwa rud miedzi przedstawiono w opisie patentuuS5286427A. Proces polega na częściowym zastąpieniu piasku kwarcowego odpadami wydobywczymi zawierającymi co najmniej 40% wag. krzemionki, dokładnym pomiarze i wymieszaniu wsadu w taki sposób, aby zapewnić wymaganą procentową zawartość poszczególnych składników, niezbędnych do wytworzenia komórkowych bloczków betonowych oraz wdrożenie procesu produkcji bloczków w autoklawie. Otrzymany produkt może być stosowany jako materiał budowlany pod warunkiem, że wymywalność toksycznych związków metali nie stanowi zagrożenia dla środowiska.

Inny sposób przetwarzania odpadów z flotacji rudy miedzi, znany z opisu patentu PL215185B1, a także międzynarodowej publikacji WO2011149368A1, 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.

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 miesza się z pyłem krzemionkowym. Następnie tak uzyskany produkt miesza się z rozdrobnionym odpadem szklanym 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.

Z opisu patentu PL233257B1 znane jest alkalicznie aktywowane spoiwo żużlowe zawierające granulowany żużel wielkopiecowy w ilości 10-95% wagowych, aktywator alkaliczny w postaci wodorotlenku sodu i/lub węglanu sodu i/lub szkła wodnego oraz aktywny dodatek mineralny w ilości 1-90% wagowych, który stanowi odpad z procesu flotacji rudy miedzi poddany prażeniu w temperaturze 600-900°C przez okres 1-300 minut.

Sposób zagospodarowania odpadu z procesu przetwarzania rud metali metodą flotacji, znany z PL238802B1 polega na tym, że odpad o powierzchni właściwej 2000-10000 cm²/g wg Blaine’a, zawierający wagowo w przeliczeniu na główne tlenki: 20-70% SiO2, 5-30% CaO, 1-6% K2O, 5-15% Na2O, 2-10% MgO, 2-15 Al2O3, wprowadza się do zestawu surowcowego do produkcji zapraw żużlowych zawierającego: 50-90% wag. piasku kwarcowego, 10-95% wag. granulowanego żużla wielkopiecowego o powierzchni właściwej 2000-7000 cm²/g wg Blaine’a, 5-40% wag. aktywatora alkalicznego w postaci wodorotlenku sodu i/lub węglanu sodu i/lub szkła wodnego, w postaci proszku lub roztworu wodnego o stężeniu od 5% do roztworu nasyconego, przy czym odpad wprowadza się w miejsce piasku kwarcowego w ilości 1-100% wag. w stosunku do ilości piasku.

Z opisu patentu PL238072B1 znany jest między innymi sposób selekcji odpadów flotacyjnych z procesu wzbogacania rud miedzi do utylizacji. Procedura dotyczy selekcji odpadów flotacyjnych rudy miedzi ze złóż osadowych, zwłaszcza z udziałem w tych odpadach skał węglanowych, piaskowcowych i łupkowych, znajdujący zastosowanie przy utylizacji odpadów pochodzących bezpośrednio z bieżącej produkcji koncentratów rud miedzi albo ze składowiska tego surowca, w szczególności o zróżnicowanym składzie mineralogiczno-petrograficznym.

Sposób przetwarzania odpadu flotacyjnego z procesu wzbogacania rud miedzi na mineralny materiał budowlany według wynalazku, zawierający etap wstępnej aktywacji termicznej oraz mechanicznej, podczas których odwodniony odpad zawierający w składzie minerały węglanowe, minerały ilaste oraz kwarc, poddaje się obróbce termicznej prażenia w temperaturze poniżej 850°C, następnie schładza do warunków otoczenia oraz mieli, charakteryzuje się tym, że obróbkę termiczną odpadu flotacyjnego prowadzi się do utworzenia aktywnych hydraulicznie związków bez udziału fazy ciekłej, następnie w uplastycznionej przez dodatek wody masie odpadu, zawierającej fazy mineralne aktywne hydraulicznie oraz domieszkę poryzującą, inicjuje się reakcje syntezy uwodnionych tlenku wapnia i magnezu, uwodnionych krzemianów wapnia i magnezu, oraz uwodnionych glinokrzemianów do uzyskania porowatej stałej masy z fazami mineralnymi tobermorytu włóknistego oraz hydratu krzemianu wapnia C-S-H(l) krystalicznego o wytrzymałości na ściskanie co najmniej 7 MPa, przy czym procesy utwardzania masy prowadzi się w temperaturach z zakresu 20-250°C, pod ciśnieniem 0,1 do 3 MPa oraz wilgotności względnej > 40%, w tym pary nasyconej, w czasie 4-20 godzin.

Odpad flotacyjny mieli się do uzyskania powierzchni właściwej od 3000 do 8000 cm²/g, korzystnie 5000 cm²/g według Blaine’a.

Stosuje się szybko schłodzony do temperatury otoczenia prażony odpad flotacyjny z aktywnymi hydraulicznie fazami β-krzemianu dwuwapniowego (belitu) oraz fazami krzemianu wapniowo magnezowego (merwinitu).

Stosuje się odpad flotacyjny z amorficzną fazą glinianowo-krzemianową.

Masę odpadu flotacyjnego uplastycznia się przez dodatek wody w ilości 27% - 38% wag. składników stałych.

Przetwarzanie odpadu flotacyjnego z procesu wzbogacania rud miedzi, sposobem według wynalazku, prowadzi się w ustalonych warunkach procesowych oraz z takim doborem składników, które umożliwiają ich aktywację i są bezpieczne dla środowiska. W celu uzyskania najkorzystniejszych dla procesu parametrów odpad poddaje się aktywacji termiczno-chemicznej oraz mechanicznej. W procesie mają zastosowanie standardowe urządzenia stosowane w procesach chemicznych. Otrzymany lekki materiał budowlany umożliwia użyteczne wykorzystanie odpadu flotacyjnego z procesu wzbogacania rud miedzi, co ma wpływ na zmniejszenie zapotrzebowania na materiały cementowe oraz kruszywo.

Sposób według wynalazku zilustrowano na rysunku, na którym Fig. 1 i Fig. 2 przedstawiają mikrostrukturę mineralnego materiału budowlanego wytworzonego z odpadu flotacyjnego, a Fig. 3 - mikrostrukturę komercyjnego materiału budowlanego ABK, Fig.4 przedstawia analizę jakościową faz (XRD) próbki z przykładu.

Sposób przetwarzania odpadu flotacyjnego (odpadu) - znany w technologii materiałów autoklawizowanych, w której przetwarzanymi surowcami są wapno palone oraz mielony piasek kwarcowy, wymaga odpowiedniego przygotowania tego odpadu ze względu na jego skład.

Jak już napisano skład chemiczny i mineralogiczny odpadów flotacyjnych zależy od typu rudy miedzi i stanowi mieszaninę surowców zawierającą przede wszystkim kwarc, minerały węglanowe i minerały ilaste (krzemiany/glinokrzemiany). W mułowych odpadach (szlamach) powstałych w wyniku procesu flotacji rudy piaskowcowej przeważa kwarc (SiO2), a w mniejszej ilości występują minerały węglanowe: dolomit (CaMg[COs]2) i kalcyt (CaCOs). W składzie chemicznym odpady piaskowcowe kwarcowe zawierają około: 50% SiO2, 13% CaO i 5% MgO.

Natomiast drobnoziarniste odpady węglanowe, zawierają około 20% CaO, 40% SiO2, 6% MgO, i ok. 4,8% Al2Os, zawarte w minerałach kalcytu i dolomitu oraz domieszkach minerałów ilastych kaolinitu (Al4[(OH)8|Si4Oi0]), illitu (K,H3O)Al2[(OH)2|AISi3Oi0]).

Wielkość ziaren odpadu jest mniejsza od 1 mm. W składzie granulometrycznym odpadów piaskowcowych przeważa frakcja ziarnowa poniżej 0,06 mm, której udział stanowi ok. 66%, a frakcja ziarnowa powyżej 0,2 mm stanowi ok. 8%. Natomiast w odpadach węglanowych udział frakcji ziarnowych poniżej 0,06 mm stanowi ok. 90%, a frakcja powyżej 0,2 mm stanowi ok. 3%.

Zastosowany w procesie odpad flotacyjny o składzie wyjściowym wyżej opisanym, oddziela się od wody technologicznej poprzez filtrację do zawartości wilgoci nie większej niż 20%. Następnie przetwarzany jest termicznie w typowych urządzeniach do kalcynacji surowców mineralnych, a prowadzona w skali półtechnicznej kalcynacja stanowi etap w procesie przetwarzania odpadu flotacyjnego.

W celu ustalenia optymalnych warunków prażenia (kalcynacji) odpadu flotacyjnego określono rentgenograficznie jakościowy skład fazowy próbek wygrzewanych w obrotowym piecu laboratoryjnym w temperaturach: 600°C, 700°C, 750°C, 850°C do 900°C, przez 120 minut. W badaniach ustalono, że optymalny zakres temperatur prażenia odpadu, przy których uzyskuje się materiał zawierający odpowiednie składniki o charakterze wiążącym - obejmuje zakres 750 do 850°C.

Podczas prażenia zachodzą procesy fizykochemiczne oraz przemiany strukturalne, w wyniku których z odpadów węglanowych, zwłaszcza węglanu wapnia i węglanu magnezu, powstaje materiał mineralny bogaty w reaktywne tlenki wapnia (CaO) i magnezu MgO (peryklaz). Tlenki wapnia i magnezu reagując z dwutlenkiem krzemu tworzą nowe związki o charakterze wiążącym β-krzemian dwuwapniowy (belit (2CaOOiO.··) i krzemian wapniowo magnezowy ( merwinit (Ca3Mg[SiO4]2).

Zawarte w odpadzie flotacyjnym składniki ilaste (illit i kaolinit) ulegają całkowitej dehydroksylacji. Kaolinit przechodzi w postać amorficzną - metakaolin aktywny pucolanowo. W procesie przetwarzania uwodnionego odpadu amorficzna faza glinianowo-krzemianowa w reakcji z wodorotlenkiem wapnia (portlantydem) przekształca się w uwodnione krzemiany wapnia, glinokrzemiany wapnia oraz gliniany wapniowe.

Na podstawie badań ustalono, że przetwarzanie odpadu flotacyjnego w temperaturach wyższych od 850°C może powodować rekrystalizację tych amorficznych faz oraz syntezę niekorzystnych związków (gehlenit), które trudno reagują z wodą, powodują niejednolitość składu materiału, a takie jak wysokotemperaturowy peryklaz mogą powodować zmiany objętości i prowadzić do destrukcji stwardniałego materiału.

Odpad po procesie prażenia, gwałtownie chłodzi się, przez obniżenie jego temperatury procesowej do temperatury otoczenia ( pokojowej), z zastosowaniem specjalnego chłodnika. Wolne chłodzenie może doprowadzić do destabilizacji utworzonych związków. To niebezpieczeństwo dotyczy w szczególności β-krzemianu dwuwapniowego, który przy wolnym chłodzeniu może ulec przemianie polimorficznej przechodząc z odmiany 3028 w formę mało aktywnej hydraulicznie odmiany XC2S. Jest to istotne dla procesu przetwarzania odpadu, ponieważ aktywacja odmiany 3C2S (belit) jest czasowo dłuższa, a obecność tej aktywnej fazy ma znaczenie w procesach wiązania wodorotlenku wapnia Ca(OH)2 podczas procesu hydrotermalnego.

Poddany obróbce odpad, otrzymany w wyżej opisanych warunkach prażenia i chłodzenia, mieli się (rozdrabniania) do uzyskania powierzchni właściwej 3000 cm²/g do 8000 cm²/g, korzystnie powyżej w 5000 cm²/g.

Po przetworzeniu odpadu flotacyjnego zawarte w jego materiale składniki mają wpływ na sposób wykrystalizowania i formę uwodnionych krzemianów wapniowych oraz związaną z tym strukturę i właściwości materiału.

Przy stratach prażenia wysuszonego odpadu flotacyjnego, wynoszących średnio 23%, z 100 kg odpadu flotacyjnego, uzyskuje się warunkach doświadczalnych 77 kg materiału przetworzonego termicznie odpadu.

Następnie rozdrobniony materiał miesza się w mieszalniku z odpowiednią ilością wody oraz dodatkiem składnika poryzującego do uzyskania konsystencji plastycznej masy, przy czym woda stanowi od 27% do 38% wag. w stosunku do wprowadzonych do mieszalnika składników stałych. Jako składnik poryzujący wykorzystuje się proszki metalu, np. aluminium. Dla ułatwienia rozprowadzenia środka porozującego w masie możliwe jest zastosowanie domieszki środka powierzchniowo-czynnego.

Środek poryzujący dodaje się przez zmieszanie 0,05 do 0,1 części wagowych proszku aluminiowego w przeliczeniu na 100 części wagowych odpadu flotacyjnego.

Masę o odpowiednio plastycznej konsystencji do kształtowania lub wypełnienia form, poddaje się oddziaływaniu zróżnicowanych warunków termiczno-wilgotnościowych i ciśnienia dla przeprowadzenia reakcji chemicznych pomiędzy drobnoziarnowymi składnikami masy odpadu flotacyjnego i wodą.

Wstępny proces utwardzania masy prowadzi się w do uzyskania fazy stężałej, a następnie w dalszym procesie hydrotermalnym masę odpadu utwardza się do fazy stałej o określonej wytrzymałości na ściskanie. Znaczący wpływ na proces mają temperatura i wilgotność otoczenia. Podczas procesu następuje wyrastanie masy z wytworzeniem porów, jako wynik reakcji chemicznej między wodorotlenkiem wapnia, a metalicznym proszkiem aluminiowym (Al), zastosowanym jako środek poryzujący, oraz wstępne utwardzanie masy wskutek zachodzących w warunkach hydratacji reakcji. Rozdrobniony odpad zawiera aktywny materiał krzemionkowy i krzemionkowo-glinowy, który w warunkach hydratacji reaguje chemicznie z wodorotlenkiem wapnia. Podczas procesu hydratacji w reakcjach syntezy powstają uwodnione między innymi tlenki wapnia i magnezu, krzemiany wapnia i magnezu oraz glinokrzemiany i gliniany wapnia. W całej objętości masy tworzy się matryca niskozasadowych uwodnionych krzemianów wapnia, glinianów wapniowych oraz glinokrzemianów wapnia.

Proces wiązania wodorotlenku wapnia prowadzi się w każdym etapie procesu aż do całkowitego przereagowania składników z wytworzeniem w całej objętości masy matrycy (fazy) struktury krystalicznej C-S-H(l), tobermorytu oraz amorficznej struktury C-S-H.

Proces utwardzania masy (wyprażony i rozdrobniony odpad flotacyjny + woda + środek poryzujący) obejmuje etap wstępnego dojrzewania prowadzony w warunkach odpowiednich dla reakcji hydratacji w komorze o stałej wilgotności i regulowanej temperaturze. Wstępne utwardzanie, przykładowo prowadzi się w zaformowanej masie izolowanej od warunków zewnętrznego otoczenia. Stosuje się np. komory zapewniające warunki temperaturowe z zakresu 20°C - 60°C i wilgotność względną do 95% lub warunki niskoprężnego naparzania. W zależności od składu masy wstępny proces jej utwardzania z wytworzeniem fazy stężałej, prowadzi się w czasie od 4 do 8 godzin, a gazowe produkty przemian odprowadza poza powierzchnię masy. Umożliwia to inicjację w masie odpadu flotacyjnego z aktywnym materiałem krzemionkowym i krzemionkowo-glinowym samorozwijających reakcji syntezy uwodnionego

PL 248453 Β1 tlenku wapnia i magnezu, wiązania wodorotlenków wapnia Ca(OH)2 i magnezu Mg(OH)2, w tym egzotermicznych.

Następny etap utwardzania prowadzi się w warunkach obróbki hydrotermalnej, a rozformowaną stężałą masę z odpadu flotacyjnego poddaje się bezpośrednio działaniu ciśnienia od 0,7 MPa do 3,0 MPa, korzystnie 1,1 MPa oraz temperatury z zakresu od 90°C do 250°C, korzystnie 180°C do 200°C, a także nasyconej pary wodnej. Proces prowadzi się w czasie co najmniej 12 godzin lub dłużej np. 14 do 20 godzin, do uzyskania całkowicie utwardzonego porowatego materiału z odpadu flotacyjnego, który pozostawia się do stopniowego schłodzenia do warunków otoczenia. W procesie stosuje się typowe urządzenia wykorzystywane dla produkcji autoklawizowanego betonu komórkowego.

W procesie hydrotermalnym stężałe i porowate masy odpadu w fazie dojrzewania, podczas kolejnej fazy przekształceń są wynikowo powiązane ze stosunkiem składników wapnia oraz krzemu zawartych w materiale odpadu flotacyjnego wprowadzonych do procesu. Szczególnie istotny jest przy tym stopień rozdrobnienia składnika kwarcowego pochodzącego z odpadu flotacyjnego.

Badania mikroskopowe materiału mineralnego (ABK SOF), otrzymanego po obróbce hydrotermalnej, wykazały w strukturze tego materiału znaczne ilości tobermorytu (CaO)5 (SiO2)e (H2O)5 wykształconego w postaci cienkich włókien. Wpływ na uzyskanie tego rodzaju struktury tobermorytu ma między innymi bardzo drobny piasek. Ponadto taką strukturę charakteryzuje duża zdolność do immobilizacji metali ciężkich.

Potwierdzają to również badania wymywalności metali ciężkich i innych zanieczyszczeń z materiału odpadu flotacyjnego, uzyskanego opisanym sposobem, przedstawione w poniższym tabelarycznym zestawieniu.

Pierwiastek [mq/kq]	SOF	ABK-SOF
AS	<0,05	<0,05
Sb	<0,002	<0,002
Sn	<0,06	<0,06
Al	1,843	0,036
Ba	0,237	0,064
Mo	0,762	0,095
Przewodność [mS/cm]	1,70	0,71

Natomiast tobermoryt wraz z krystalicznym C-S-H(l) ma wpływ na cechy wytrzymałościowe przetworzonego odpadu flotacyjnego, który ponadto może zawierać fazy amorficzne C-S-H.

Po procesie hydrotermalnym materiał mineralny (ABK-SOF) otrzymany z przetworzonego odpadu flotacyjnego, w zależności od zawartości dodatkowych wyjściowych składników charakteryzuje się gęstością od 750 do 1000 kg/m³, która pozostaje w zależności z parametrami wstępnego utwardzania. W przypadku zastosowania termicznie przetworzonego materiału odpadu SOF ze środkiem poryzującym bezpośrednio po procesie hydrotermalnym uzyskuje się materiał o wytrzymałości ponad 7 MPa przy gęstości około 800 kg/m³, co odpowiada wymaganiom normy dla cech autoklawizowanego betonu komórkowego.

W znanych procesach wytwarzania autoklawizowanego betonu ABK podstawowym spoiwem jest wapno palone i cement, a jako kruszywo stosowany jest głównie piasek kwarcowy oraz popiół lotny. W przypadku piasku kwarcowego wymagane rozmielenie do wysokiej powierzchni.

W sposobie według wynalazku wykorzystuje się jako podstawowy składnik betonu tylko odpad flotacyjny przetworzony termicznie, z niewielkim dodatkiem (0,1% wag.) środka porozującego zawierającego proszek metaliczny Al. Wykorzystanie zawartego w odpadzie flotacyjnym bardzo drobnoziarnistego kwarcu, sprzyja tworzeniu się w wyniku procesu hydratacji i w warunkach hydrotermalnych, włóknistej formy tobermorytu. Dodatkowe rozdrabnianie wyrażonego odpadu flotacyjnego stworzenie optymalnych warunków do otrzymania mineralnego materiału.

Przykład

Przetworzony termicznie odpad flotacyjny (SOF) w piecu obrotowym opalanym olejem opałowym, uzyskany w skali doświadczalnej, w założonej temperaturze prażenia 800°C, szybko schłodzony do temperatury pokojowej, zawiera między innymi kwarc, merwinit, belit, melilit, wollastonit, peryklaz, krystobalit.

PL 248453 Β1

W próbce składniki główne powyżej 5% zawartości stanowią: faza amorficzna glinianowo-krzemianowa 29,6%, kwarc 26,3%, merwinit 10,4%, melilit 11,5%, peryklaz 6,0%.

Do receptury wprowadzono jako spoiwo termicznie przetworzony odpad flotacyjny SOF, wodę oraz dodatek porozujący, jak w poniższym zestawieniu.

Skład materiału mineralnego

Składnik	Zawartość % wag.
Woda	29
Przetworzony termicznie odpad flotacyjny SOF	70,9
Proszek aluminium	0,1

Stosunek ilości wody do sumy składników suchych w mieszance w/s = 0,4.

Przetworzony termicznie i mechanicznie odpad flotacyjny SOF mieszano z wodą, a w etapie końcowym dodano proszek aluminiowy. Z tak przygotowanej masy zaformowano beleczki 4 cm x 4 cm x 16 cm, które umieszczono w komorze (szafie klimatycznej) zapewniającej warunki właściwe dla procesów hydratacji. Proces utwardzania wstępnego prowadzono przez 8 godzin w temperaturze 20°C - 60°C i wilgotności względnej 90%. W czasie procesu hydratacji objętość próbek zwiększyła się, a w wyniku reakcji proszku aluminiowego z wodorotlenkiem wapnia w stężałej masie próbki utworzyły się pory. Następnie kształtki przeniesiono do autoklawu i ogrzewano do temperatury 180°C przez 1 godzinę, a syntezę hydrotermalną prowadzono w temperaturze 180°C przez 12 godzin pod ciśnieniem 1,1 MPa.

Po zakończeniu procesu hydrotermalnej syntezy otrzymane próbki poddano badaniom wytrzymałości na ściskanie, ustalono ciężar właściwy oraz przeprowadzono badania mikrostruktury.

Uzyskany po procesie hydrotermalnym materiał mineralny (ABK-SOF) jest porowaty, posiada gęstość 783,6 kg/m³ oraz wytrzymałość na ściskanie 7,4 MPa. Ponadto po końcowym procesie hydrotermalnym uzyskał jasno popielaty kolor.

W badaniach potwierdzono, że materiał mineralny, otrzymany z odpadu flotacyjnego przetworzonego opisanym sposobem, w którym wytworzono dające się zidentyfikować fazy krystalicznego CSH(I), tobermorytu oraz amorficznego CSH- posiada właściwości materiału budowlanego spełniającego kryteria właściwe dla betonu lekkiego.

Materiał mineralny cechuje ponadto niski współczynnik przewodzenia ciepła oraz klasa reakcji na ogień A1. Oznacza to, że materiał ten jest niepalny i nie przyczynia się do rozwoju pożaru.

Na Fig. 2 przedstawiono mikrostrukturę materiału mineralnego budowlanego wytworzonego z odpadu flotacyjnego według przykładu 1, a na Fig. 3 - mikrostrukturę komercyjnego materiału budowlanego ABK, co potwierdza odmienne uwarunkowania procesowe tworzenia się struktury materiałów.

Claims (5)

1. Sposób przetwarzania odpadu flotacyjnego z procesu wzbogacania rud miedzi na mineralny materiał budowlany, zawierający etap wstępnej aktywacji termicznej oraz mechanicznej, podczas których odwodniony odpad zawierający w składzie minerały węglanowe, minerały ilaste oraz kwarc, poddaje się obróbce termicznej prażenia w temperaturze poniżej 850°C, następnie schładza do warunków otoczenia oraz mieli, znamienny tym, że obróbkę termiczną odpadu flotacyjnego prowadzi się do utworzenia aktywnych hydraulicznie związków bez udziału fazy ciekłej, następnie w uplastycznionej przez dodatek wody masie odpadu, zawierającej fazy mineralne aktywne hydraulicznie oraz domieszkę poryzującą, inicjuje się reakcje syntezy uwodnionych tlenku wapnia i magnezu, uwodnionych krzemianów wapnia i magnezu, oraz uwodnionych glinokrzemianów wapnia do uzyskania porowatej stałej masy z fazami mineralnymi tobermorytu włóknistego oraz hydratu krzemianu wapnia C-S-H(l) krystalicznego o wytrzymałości na ściskanie co najmniej 7 MPa,

PL 248453 Β1 przy czym procesy utwardzania masy prowadzi się w temperaturach z zakresu 20-250°C, pod ciśnieniem 0,1 do 3 MPa oraz wilgotności względnej >40%, w tym pary nasyconej, w czasie 4-20 godzin.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że odpad flotacyjny mieli się do uzyskania powierzchni właściwej od 3000 do 8000 cm²/g, korzystnie 5000 cm²/g według Blaine’a.

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że stosuje się szybko schłodzony do temperatury otoczenia prażony odpad flotacyjny z aktywnymi hydraulicznie fazami β-krzemianu dwuwapniowego (belitu) oraz fazami krzemianu wapniowo magnezowego (merwinitu).

4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że stosuje się odpad flotacyjny z amorficzną fazą glinianowo-krzemianową.

5. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że masę odpadu flotacyjnego uplastycznia się przez dodatek wody w ilości 27% - 38% wag. składników stałych.