PL250025B1

PL250025B1 - Method for producing granulated perlite from perlite waste

Info

Publication number: PL250025B1
Application number: PL449001A
Authority: PL
Inventors: Andrzej Baryga; Tomasz Olejnik; Remigiusz Modrzewski; Andrzej Obraniak
Original assignee: Politechnika Łódzka
Priority date: 2024-06-27
Filing date: 2024-06-27
Publication date: 2026-08-03
Also published as: PL449001A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób wytwarzania granulowanego perlitu z odpadu perlitowego, który charakteryzuje się tym, że do granulatora talerzowego wprowadza się pył perlitowy i cement w takiej ilości, aby stosunek objętości wprowadzonego pyłu perlitowego do objętości cementu był z przedziału 1 — 3, po czym prowadzi się granulację przy szybkości obrotowej talerza granulatora 10 — 25 obrotów/minutę w czasie 5 — 20 minut z równoczesnym natryskiwaniem granulowanego złoża roztworem wodnym lignosulfonianu o stężeniu 30% — 90% jako substancją nawilżającą o temperaturze 10°C — 21°C, w ilości 2 — 5 części wagowych na 10 części wagowych złoża, po czym na przesypujące się w bębnie złoże nanosi się dodatkową porcję cementu w ilości 1 — 2 części wagowych na 10 części wagowych początkowo dostarczonego perlitu i cementu i kontynuuje granulację przez kolejnych 5 — 10 minut.The subject of the application is a method for producing granulated perlite from perlite waste, which is characterized in that perlite dust and cement are introduced into a disc granulator in such an amount that the ratio of the volume of the introduced perlite dust to the volume of cement is in the range of 1 - 3, then granulation is carried out at the rotational speed of the granulator disc of 10 - 25 rpm for 5 - 20 minutes with simultaneous spraying of the granulated bed with an aqueous solution of lignosulfonate with a concentration of 30% - 90% as a moisturizing substance at a temperature of 10°C - 21°C, in the amount of 2 - 5 parts by weight per 10 parts by weight of the bed, then an additional portion of cement is applied to the bed flowing in the drum in the amount of 1 - 2 parts by weight per 10 parts by weight of the initially supplied perlite and cement and granulation is continued for the next 5 - 10 minutes. minutes.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania granulowanego perlitu z odpadu perlitowego, zwłaszcza pyłu perlitowego, który powstaje jako produkt uboczny podczas procesu ekspandowania rudy perlitu.The subject of the invention is a method for producing granulated perlite from perlite waste, especially perlite dust, which is formed as a by-product during the process of expanding perlite ore.

Perlit to minerał, który powstaje z magmowej skały wylewnej zbudowanej ze szkła wulkanicznego. Perlit ekspandowany powstaje podczas wyprażania rudy perlitu w temperaturze w zakresie od +850°C do +1150°C. Perlit ekspandowany odznacza się chemiczną pasywnością oraz obojętnością na mikroorganizmy, grzyby i pleśń. Poza tym jest nietoksyczny i niepalny. Posiada ognioodporność do +900°C, a także zachowuje stałą objętość. Perlit ekspandowany charakteryzuje się także wysoką odpornością na mróz oraz wilgoć, a także niskim współczynnikiem przewodnictwa cieplnego (w zakresie od 0,04 do 0,055 W/m*K) oraz zdolnością do pochłaniania dźwięku.Perlite is a mineral formed from igneous rock composed of volcanic glass. Expanded perlite is formed by roasting perlite ore at temperatures ranging from +850°C to +1150°C. Expanded perlite is characterized by chemical passivity and inertness to microorganisms, fungi, and molds. Furthermore, it is non-toxic and non-flammable. It is fire-resistant up to +900°C and maintains a constant volume. Expanded perlite is also characterized by high frost and moisture resistance, a low thermal conductivity coefficient (ranging from 0.04 to 0.055 W/m*K) and the ability to absorb sound.

Podczas procesu ekspandacji rudy perlitu, oprócz właściwego produktu o różnej wielkości frakcji, powstaje produkt uboczny w postaci pyłu perlitowego o uziarnieniu < 0,1 mm oraz bardzo małej gęstości nasypowej rzędu 50-150 kg/m³. Pył perlitowy stanowi odpad, który zanieczyszcza środowisko naturalne. Jego składowanie jest uciążliwe i kosztowne tak samo jak utylizacja. Jednym ze sposobów zagospodarowania pyłu perlitowego może być jego syntezowanie do postaci granulatu o różnej wielkości.During the perlite ore expansion process, in addition to the product itself in various fraction sizes, a byproduct is produced in the form of perlite dust with a grain size of <0.1 mm and a very low bulk density of 50-150 kg/m ^. Perlite dust is a waste product that pollutes the natural environment. Its storage is burdensome and expensive, as is its disposal. One way to manage perlite dust is to synthesize it into granules of various sizes.

W artykule „Lekkie kruszywa szklano-krystaliczne z surowców odpadowych dla przemysłu materiałów budowlanych” (Materiały ceramiczne, 66, 3, (2014), str. 321-330) opisane zostało wykorzystanie pyłu perlitowego do wytwarzania materiałów szklano-krystalicznych, w którym 5-25% ilości perlitu surowego zamieniana jest na odpad perlitowy. Sposób wytwarzania materiałów szklano-krystalicznych prowadzony jest w granulatorze talerzowym o średnicy talerza równej 900 mm, z możliwością regulacji jego kąta nachylenia w granicach 0-90°C i prędkości obrotowej w przedziale 10-50 obr/min. Do nawilżania zestawu stosowany jest roztwór szkła wodnego sodowego. Uzyskany w wyniku granulacji granulat suszy się na powietrzu, po czym poddaje wypalaniu w temperaturze ok. 930-940°C.The article "Lightweight Glass-Crystalline Aggregates from Waste Materials for the Construction Materials Industry" (Materiały ceramik, 66, 3, (2014), pp. 321-330) describes the use of perlite dust to produce glass-crystalline materials, in which 5-25% of the raw perlite is converted to perlite waste. The method for producing glass-crystalline materials is carried out in a disc granulator with a disc diameter of 900 mm, with adjustable inclination angle within the range of 0-90°C and rotational speed within the range of 10-50 rpm. A sodium water glass solution is used to moisten the batch. The granulate obtained from granulation is air-dried and then fired at a temperature of approximately 930-940°C.

W amerykańskim zgłoszeniu patentowym US 2006/0042514, ujawniona jest metoda aglomeracji odpadu perlitowego, w której wytwarza się ekspandowany produkt perlitowy, składający się z odpadu ekspandowanego perlitu i spoiwa. Spoiwo wybiera się z grupy składającej się zasadniczo z cieczy, płynów odpadowych, cieczy odpadowych / substancji stałych, płynnych nawozów, skrobi, klejów, polimerów, włókien, celulozy, papieru gazetowego, tkanin macerowanych, bawełny, gipsu, wapna i włókien polimerowych. W zgłoszeniu tym opisany jest sposób postępowania, w którym jako spoiwo wykorzystuje się pulpę celulozową, skrobię kukurydzianą i wodę, przy czym do wytworzenia aglomeratu wykorzystano metodę ciśnieniową.U.S. Patent Application No. US 2006/0042514 discloses a method for agglomerating perlite waste, which produces an expanded perlite product comprising expanded perlite waste and a binder. The binder is selected from the group consisting essentially of liquids, waste liquids, waste liquids/solids, liquid fertilizers, starches, adhesives, polymers, fibers, cellulose, newsprint, macerated fabrics, cotton, gypsum, lime, and polymer fibers. This application describes a method of agglomerating cellulose pulp, corn starch, and water as binders, wherein a pressure method is used to produce the agglomerate.

Z opisów patentowych PL 240080, PL 241341, PL 241529 znany jest sposób wytwarzania granulowanego perlitu, z odpadu perlitowego w drodze jego granulacji z użyciem wodnego roztworu szkła wodnego. Z opisu patentowego PL 240080 znana jest metoda granulacji bębnowej z użyciem szkła wodnego, natomiast opisy patentowe PL 241341 i PL 241529 dotyczą granulacji talerzowej dwustopniowej perlitu nawilżanego wodnym roztworem szkła wodnego z dodatkiem bentonitu jako substancji pudrującej, co ma zapobiegać sklejaniu się granul. Sposoby te, ze względu na użycie szkła wodnego posiadają niedogodności wynikające z właściwości cieczy nawilżającej. Roztwory szkła wodnego powodują zasychanie materiału pylistego na ściankach granulatora oraz na dyszach i bardzo trudne jego usuwanie. Ponadto roztwory szkła wodnego powodują zatykanie otworów wylotowych dysz dostarczających ciecz do granulowanego złoża.Patents PL 240080, PL 241341, and PL 241529 describe a method for producing granulated perlite from perlite waste by granulating it with an aqueous solution of water glass. Patent PL 240080 describes a drum granulation method using water glass, while patents PL 241341 and PL 241529 describe two-stage disk granulation of perlite moistened with an aqueous solution of water glass with the addition of bentonite as a powdering agent to prevent granules from sticking together. Due to the use of water glass, these methods have drawbacks related to the properties of the moistening liquid. Water glass solutions cause dusty material to dry on the granulator walls and nozzles, making removal very difficult. Furthermore, water glass solutions clog the outlet openings of the nozzles supplying liquid to the granulated bed.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania granulowanego perlitu z odpadu perlitowego, zwłaszcza pyłu perlitowego bez użycia roztworu szkła wodnego pozwalającego na produkcję granulatu o jednorodnych właściwościach wszystkich granul i wymagającego mniejszych nakładów energetycznych.The aim of the invention is to develop a method for producing granulated perlite from perlite waste, especially perlite dust, without the use of a water glass solution, allowing the production of granules with uniform properties of all granules and requiring less energy input.

Sposób wytwarzania granulowanego perlitu z odpadu perlitowego polegają cy na wytwarzaniu granulatu z pyłu perlitowego o wilgotności do 0,5 i o uzia rnieniu do 0,1 mm, przy użyciu granulatora o pracy okresowej, w drodze granulacji z równoczesnym natryskiwaniem granulowanego złoża substancją nawilżającą za pomocą zestawu dysz, pod ciśnieniem 10-30 kPa, a uzyskany granulat suszy się, charakteryzuje się tym, że, do granulatora talerzowego o pracy okresowej wprowadza się pył perlitowy i cement w takiej ilości, aby stosunek objętości wprowadzonego pyłu perlitowego do objętości cementu był z przedziału 1-3, po czym prowadzi się granulację przy szybkości obrotowej talerza granulatora 10-25 obrotów/minutę w czasie 5-20 minut z równoczesnym natryskiwaniem granulowanego złoża roztworem wodnym lignosulfonianu o stężeniu 30-100% jako substancją nawilżającą o temperaturze 10-21°C, w ilości 2-5 części wagowych na 10 części wagowych złoża, po czym na przesypujące się w bębnie złoże nanosi się dodatkową porcję cementu w ilości 1-2 części wagowych na 10 części wagowych początkowo dostarczon ego perlitu i cementu i kontynuuje granulację przez kolejnych 5-10 minut. Korzystnie roztwór wodny lignosulfonianu wprowadza się w postaci kropel o średnicy poniżej 6 mm lub w postaci strugi. Korzystnie otrzymany granulat suszy się w temperaturze do 80°C. Korzystnie po granulacji z natryskiwaniem, a przed wprowadzeniem porcji cementu prowadzi się granulację przez czas 5-10 min, co dodatkowo zwiększa wytrzymałość granul.A method for producing granulated perlite from perlite waste, which involves producing granulate from perlite dust with a moisture content of up to 0.5 and a grain size of up to 0.1 mm, using a periodic granulator, by granulation with simultaneous spraying of the granulated bed with a moisturizing substance using a set of nozzles, under a pressure of 10-30 kPa, and the obtained granulate is dried, characterized in that, perlite dust and cement are introduced into the periodic disc granulator in such an amount that the ratio of the volume of the introduced perlite dust to the volume of the cement is in the range of 1-3, after which granulation is carried out at a rotational speed of the granulator disc of 10-25 rpm for 5-20 minutes, with simultaneous spraying of the granulated bed with an aqueous solution of lignosulfonate with a concentration of 30-100% as a moisturizing substance at a temperature of 10-21°C, in an amount of 2-5 parts by weight per 10 parts by weight of the bed, after which an additional portion of cement is applied to the bed flowing in the drum, in an amount of 1-2 parts by weight per 10 parts by weight of the initially supplied perlite and cement, and granulation is continued for another 5-10 minutes. Preferably, the aqueous solution of lignosulfonate is introduced in the form of droplets with a diameter of less than 6 mm or in the form of a stream. Preferably, the obtained granulate is dried at a temperature of up to 80°C. Preferably, after granulation by spraying and before introducing the cement portion, granulation is carried out for 5-10 minutes, which further increases the strength of the granules.

Produkcja granulatu według wynalazku wymaga mniejszych nakładów energetycznych, a prosta konstrukcja granulatorów talerzowych zmniejsza ryzyko komplikacji w trakcie produkcji granulatu. Sposób według wynalazku nie wymaga obróbki termicznej powstałego granulatu w temperaturach powyżej 80°C, co znacząco zmniejsza energochłonność procesu. Sposób według wynalazku umożliwia wykorzystanie lignosulfonianu sodowego który jest produktem odpadowym powstającego przy końcowym przetwarzaniu ługu siarczynowego w przemyśle celulozowo-papierniczym. Lignosulfonian i jego roztwory wodne o dużym stężeniu charakteryzują się dobrymi właściwościami wiążącymi podczas granulacji, nie powodując jednocześnie zatykania dysz w urządzeniach nawilżających. Sposób według wynalazku umożliwia wykorzystanie produktu odpadowego powstającego podczas ekspandacji rudy perlitu, zwłaszcza pyłu perlitowego podlegającego składowaniu i utylizacji oraz przyczyniającego się do znacznego zanieczyszczenia środowiska naturalnego. Sposobem według wynalazku otrzymuje się granulat bez uciążliwego oblepiania i zatykania elementów aparatury. Sposobem według wynalazku otrzymuje się granulat o dobrej jakości i pożądanym składzie ziarnowym.The production of granulate according to the invention requires less energy, and the simple design of the disc granulators reduces the risk of complications during granulate production. The method according to the invention does not require thermal treatment of the resulting granulate at temperatures above 80°C, which significantly reduces the energy consumption of the process. The method according to the invention enables the use of sodium lignosulfonate, a waste product generated during the final processing of sulfite liquor in the pulp and paper industry. Lignosulfonate and its highly concentrated aqueous solutions are characterized by good binding properties during granulation, while not causing nozzle clogging in humidification devices. The method according to the invention enables the use of waste product generated during the expansion of perlite ore, particularly perlite dust, which is subject to storage and disposal and contributes to significant environmental pollution. The method according to the invention produces granulate without the inconvenience of sticking and clogging of equipment components. The method according to the invention allows obtaining granulate of good quality and the desired grain composition.

Wprowadzanie, w ostatniej fazie procesu dodatkowej porcji cementu do bębna granulatora powoduje pokrycie sypkim materiałem przewilżonych powierzchni wcześniej utworzonych aglomeratów, przez co zapewnia uzyskanie granul tworzących niezbrylające się złoże o sypkości pozwalającej na swobodny transport granulatu do kolejnych operacji technologicznych.Introducing an additional portion of cement into the granulator drum in the last phase of the process causes the moistened surfaces of the previously formed agglomerates to be covered with loose material, thus ensuring the production of granules that form a non-caking bed with a flowability that allows for the free transport of granules to subsequent technological operations.

Granulowany perlit otrzymany sposobem według wynalazku może być z powodzeniem stosowany jako wypełniacz do materiałów budowlanych, ogniotrwałych, izolacyjnych, szkło-ceramiki, kompozytów żywicznych oraz kompozytów opartych na osnowie ze stopów metali lekkich.Granulated perlite obtained by the method according to the invention can be successfully used as a filler for construction materials, refractory materials, insulating materials, glass-ceramics, resin composites and composites based on a matrix of light metal alloys.

Perlit granulowany otrzymany sposobem według wynalazku polepsza właściwości użytkowe materiałów (izolacyjne), obniża gęstość czyniąc je bardziej konkurencyjnymi, może stanowić również zamiennik wykorzystywanych obecnie komponentów np. keramzytu. Z powodzeniem może być stosowany w gałęziach przemysłu takich jak budownictwo, ogrodnictwo, hutnictwo, odlewnictwo, energetyka, ciepłownictwo np. jako składnik: zasypek izolacyjnych i izolacyjno-egzotermicznych, płyt ogniotrwałych, kształtek termoizolacyjnych, jednorazowych kształtek odlewniczych oraz jako element akumulujący wodę oraz dekoracyjny w ogrodnictwie czy też drogownictwie.Granulated perlite obtained using the method of this invention improves the insulating properties of materials, lowers their density, making them more competitive. It can also be used as a replacement for currently used components, such as expanded clay. It can be successfully used in industries such as construction, horticulture, metallurgy, foundry, energy, and heating, for example, as a component of insulating and insulating-exothermic backfills, refractory boards, thermal insulation shapes, disposable casting shapes, and as a water-retaining and decorative element in gardening and road construction.

Sposób według wynalazku ilustrują poniższe przykłady.The method according to the invention is illustrated by the following examples.

Przykład 1Example 1

W talerzu granulatora talerzowego o średnicy 500 mm umieszczono 1 dm³ pyłu perlitowego o ziarnach mniejszych od 0,25 mm, i o wilgotności równej 0,02, po czym do talerza dodano 0,5 dm³cementu, po czym talerz granulatora wprawiono w ruch obrotowy z prędkością 10 obrotów/minutę i prowadzono mieszanie suchych składników przez 2 minuty. Zwiększono obroty talerz do 25 obrotów/minutę i zwilżano złoże za pomocą zestawu dysz przez 5 minut roztworem wodnym lignosulfonianu o stężeniu 50% o temperaturze 20°C, wprowadzaną kroplami o wielkości ok. 5 mm, przez dysze, pod ciśnieniem 18 kPa w ilości 400 g. Średnice wylotowe dysz wynosiły 1,0 mm. Po 5 minutach mieszania zawartości granulatora, w czasie których nastąpiło zgranulowanie zawartego w nim materiału, na tak utworzone złoże wysypano następne 100 g cementu i kontynuowano mieszanie złoża przez 10 minut do chwili, gdy cały dodatkowo wsypany cement przyłączył się do uprzednio powstałych, wilgotnych powierzchniowo granul.In the disc of a 500 mm diameter disc granulator, 1 ^{dm3 of} perlite dust with grain size smaller than 0.25 mm and moisture content of 0.02 mm was placed. Then, 0.5 ^dm3 of cement was added to the disc. The granulator disc was then set in rotation at 10 rpm and the dry ingredients were mixed for 2 minutes. The disc speed was increased to 25 rpm and the bed was wetted for 5 minutes using a set of nozzles with a 50% aqueous solution of lignosulfonate at a temperature of 20°C, introduced in drops of approximately 5 mm in size through the nozzles under a pressure of 18 kPa in the amount of 400 g. The nozzle outlet diameters were 1.0 mm. After 5 minutes of mixing the contents of the granulator, during which the material contained therein was granulated, another 100 g of cement was poured onto the thus created bed and mixing of the bed was continued for 10 minutes until all the additional cement added had attached to the previously formed, surface-wet granules.

Po wysuszeniu w temperaturze 80°C uzyskanego złoża w suszarce laboratoryjnej otrzymano produkt w postaci granulatu o składzie granulometrycznym z zakresu 1-10 mm, nie pylącego się i nie zbrylającego się, cechującego się dużą sypkością i odpornością na ściskanie przekraczającą 70 N przy gęstości uzyskanych granul mniejszych od gęstości wody oraz odpornością powstałych granul na chłonięcie wody.After drying the obtained bed at 80°C in a laboratory dryer, a product was obtained in the form of granulate with a granulometric composition in the range of 1-10 mm, non-dusting and non-caking, characterized by high flowability and compression resistance exceeding 70 N with the density of the obtained granules lower than the density of water and the resistance of the resulting granules to water absorption.

Przykład 2Example 2

W talerzu granulatora talerzowego o średnicy 500 mm umieszczono 2 dm³ mieszaniny pyłu perlitowego o ziarnach mniejszych od 0,25 mm, i o wilgotności równej 0,02, i cementu w proporcji objętościowej perlitu do cementu 1:1. Włączono obroty talerza: 25 obrotów/minutę i zwilżano złoże za pomocą zestawu dysz przez 10 minut, roztworem wodnym lignosulfonianu o stężeniu 90% o temperaturze 20°C, wprowadzaną kroplami o wielkości ok. 5 mm, przez dysze, pod ciśnieniem 18 kPa w ilości 500 g. Średnice wylotowe dysz wynosiły 1,0 mm. Po 10 minutach mieszania zawartości granulatora, w czasie których nastąpiło zgranulowanie zawartego w nim materiału prowadzono dalszą granulację bez nawilżania przez 5 minut. Następnie na złoże wysypano 100 g cementu i kontynuowano mieszanie złoża przez 10 minut do chwili, gdy cały dodatkowo wsypany cement przyłączył się do uprzednio powstałych, wilgotnych powierzchniowo granul.In the disc of a 500 mm diameter disc granulator, 2 ^dm3 of a mixture of perlite dust with grain size smaller than 0.25 mm, moisture content 0.02, and cement in a perlite to cement volume ratio of 1:1 was placed. The disc was turned on at 25 rpm and the bed was wetted for 10 minutes through a set of nozzles with a 90% aqueous solution of lignosulfonate at a temperature of 20°C, introduced in drops of approximately 5 mm in size through the nozzles, under a pressure of 18 kPa in an amount of 500 g. The nozzle outlet diameters were 1.0 mm. After 10 minutes of mixing the granulator contents, during which the material contained therein granulated, further granulation was carried out without moisturization for 5 minutes. Then, 100 g of cement was poured onto the bed and mixing was continued for 10 minutes until all the additional cement added had bonded with the previously formed, surface-wet granules.

Po wysuszeniu w temperaturze 80°C uzyskanego złoża w suszarce laboratoryjnej otrzymano produkt w postaci granulatu o składzie granulometrycznym z zakresu 1-10 mm, nie pylącego się i nie zbrylającego, cechującego się duża sypkością i odpornością na ściskanie przekraczającą 100 N, przy gęstości uzyskanych granul zbliżonych do gęstości wody oraz odpornością powstałych granul na chłonięcie wody.After drying the obtained bed at 80°C in a laboratory dryer, a product was obtained in the form of granulate with a granulometric composition in the range of 1-10 mm, non-dusting and non-caking, characterized by high flowability and compression resistance exceeding 100 N, with the density of the obtained granules close to the density of water and the resistance of the resulting granules to water absorption.

Claims

1. A method for producing granulated perlite from perlite waste, which consists in producing granulate from perlite dust with a moisture content of up to 0.5 and a grain size of up to 0.1 mm, using a batch granulator, by granulation with simultaneous spraying of the granulated bed with a moisturizing substance using a set of nozzles, under a pressure of 10-30 kPa, and the obtained granulate is dried, characterized in that perlite dust and cement are introduced into the disc granulator in such an amount that the ratio of the volume of introduced perlite dust to the volume of cement is in the range of 1-3, after which granulation is carried out at a rotational speed of the granulator disc of 10-25 rpm for 5-20 minutes, with simultaneous spraying of the granulated bed with an aqueous solution of lignosulfonate with a concentration of 30-90% as a moisturizing substance at a temperature of 10-21°C, in an amount 2-5 parts by weight per 10 parts by weight of the bed, after which an additional portion of cement is applied to the bed flowing in the drum in the amount of 1-2 parts by weight per 10 parts by weight of the initially supplied perlite and cement and granulation is continued for another 5-10 minutes.

2. The method according to claim 1, characterized in that the aqueous solution of lignosulfonate is introduced in the form of drops with a diameter of less than 6 mm or in the form of a stream.

3. The method according to any of claims 1 to 2, characterized in that the obtained granulate is dried at a temperature of up to 80°C.

4. A method according to any of claims 1 to 3, characterized in that after granulation by spraying and before introducing a portion of cement, granulation is carried out for 5-10 minutes.