PL250034B1 - Sposób wytwarzania granulowanego perlitu z odpadu perlitowego - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób wytwarzania granulowanego perlitu z odpadu perlitowego, który charakteryzuje się tym, że do granulatora talerzowego wprowadza się pył perlitowy i węglan wapnia w takiej ilości, aby stosunek objętości wprowadzonego pyłu perlitowego do objętości węglanu wapnia 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 węglanu wapnia w ilości 1 — 2 części wagowych na 10 części wagowych początkowo dostarczonego perlitu i węglanu wapnia i kontynuuje granulację przez kolejnych 5 — 10 minut.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania granulowanego perlitu z odpadu perlitowego, zwłaszcza pyłu perlitowego, który powstaje jako produkt uboczny podczas procesu ekspandowania rudy perlitu.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Sposób wytwarzania granulowanego perlitu z odpadu perlitowego polegający na wytwarzaniu granulatu z pyłu perlitowego o wilgotności do 0,5 i o uziarnieniu 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 węglan wapnia w takiej ilości, aby stosunek objętości wprowadzonego pyłu perlitowego do objętości węglanu wapnia 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 granulowa nego 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 węglanu wapnia w ilości 1-2 części wagowych na 10 części wagowych początkowo dostarczonego perlitu i węglanu wapnia 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 węglanu wapnia prowadzi się granulację przez czas 5-10 min, co dodatkowo zwiększa wytrzymałość granul.

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 produktu odpadowego powstającego podczas ekspandacji rudy perlitu, zwłaszcza pyłu perlitowego podlegającego składowaniu i utylizacji oraz przyczyniającego się do znacznego zanieczyszczenia środowiska naturalnego. Sposób według wynalazku umożliwia wykorzystanie lignosulfonianu sodowego który jest produktem odpadowym powstającym 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. 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. Wprowadzanie, w ostatniej fazie procesu dodatkowej porcji węglanu wapnia 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.

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.

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.

Sposób według wynalazku ilustrują poniższe przykłady.

Przykład 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 dm³ węglanu wapnia, po czym talerz granulatora wprawiono w ruch obrotowy z prędkością 10 obrotów/minutę i prowadzono mieszanie suchych składników przez 2 minuty. Zwiększono obroty talerza 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 węglanu wapnia i kontynuowano mieszanie złoża przez 10 minut do chwili, gdy cały dodatkowo wsypany węglan wapnia przyłączył się do uprzednio powstałych, wilgotnych powierzchniowo granul. 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.

P rzy kła d 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 węglanu wapnia w proporcji objętościowej perlitu do węglanu wapnia 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 węglanu wapnia i kontynuowano mieszanie złoża przez 10 minut do chwili, gdy cały dodatkowo wsypany węglan wapnia przyłączył się do uprzednio powstałych, wilgotnych powierzchniowo granul. 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 dużą sypkością i odpornością na ściskanie przekraczającą 100 N, przy gęstości uzyskanych granul zbliżonych do gęstości wody oraz odpornością powstałych granul na chłonięcie wody.

Claims (4)

1. Sposób wytwarzania granulowanego perlitu z odpadu perlitowego polegający na wytwarzaniu granulatu z pyłu perlitowego o wilgotności do 0,5 i o uziarnieniu 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, znamienny tym, że do granulatora talerzowego wprowadza się pył perlitowy i węglan wapnia w takiej ilości, aby stosunek objętości wprowadzonego pyłu perlitowego do objętości węglanu wapnia 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 10-21°C, w ilości 2-5 części wagowych na 10 części wagowych złoża, po czym na przesypujące się w bębnie złoże nanosi się dodatkową porcję węglanu wapnia w ilości 1-2 części wagowych na 10 części wagowych początkowo dostarczonego perlitu i węglanu wapnia i kontynuuje granulację przez kolejnych 5-10 minut.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że roztwór wodny lignosulfonianu wprowadza się w postaci kropel o średnicy poniżej 6 mm lub w postaci strugi.

3. Sposób według dowolnego z zastrz. od 1 do 2, znamienny tym, że otrzymany granulat suszy się w temperaturze do 80°C.

4. Sposób według dowolnego z zastrz. od 1 do 3, znamienny tym, że po granulacji z natryskiwaniem, a przed wprowadzeniem porcji węglanu wapnia prowadzi się granulację przez czas 5-10 min.