RU2085529C1

RU2085529C1 - Method of light filling agent producing

Info

Publication number: RU2085529C1
Application number: RU95102985A
Authority: RU
Inventors: Виктор Павлович Петров; Константин Михайлович Кац; Лев Авраамович Волохонский
Original assignee: Виктор Павлович Петров; Константин Михайлович Кац; Лев Авраамович Волохонский
Priority date: 1995-03-03
Filing date: 1995-03-03
Publication date: 1997-07-27
Also published as: RU95102985A

Abstract

FIELD: building materials. SUBSTANCE: waste were subjected for thermic treatment up to components melting. Additionally, correcting additions were added to the melt to provide oxides content in slag at the following ratio, wt.-%: silicon oxide 55-65; aluminium oxide 10-22; iron oxides 3-6; alkaline metal oxides 3-7; alkaline-earth metal oxides 3-7, and heavy metal oxides 0.1-5. Cooled slag is ground. Binding and swelling additions were added for granule forming at slag grinding at amount, wt.-%: 1.5-15 and 0.5-1.5, respectively. Initial waste thermic treatment is carried out at 600-800 C for 5-10 min and melting is carried out at 1300-1600 C for 20-40 min at air bubbling. Properties of filling agent: density is 295-350 kg/m³, strength is 3-5 kgf/cm², acid resistance is 97.5-98%, alkali resistance 82-90%, water stability is 99.9%. Proposed filling agent is used for concrete production. EFFECT: improved method of producing, enhanced quality of filling agent. 5 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к производству легких пористых заполнителей для бетона, получаемых из неселектированных твердых и жидких бытовых, промышленных и энергетических отходов. The invention relates to the building materials industry, namely the production of lightweight porous aggregates for concrete, obtained from unselected solid and liquid household, industrial and energy waste.

Известен способ производства легкого заполнителя из бытовых отходов, включающий их обжиг в установке псевдоожиженного слоя, измельчение, смешивание с пылью, образующейся при обжиге отходов, введение связующего из группы; бетонит, глина или жидкое стекло; формование гранул и их обжиг [1]
В известном способе керамика, песчаник и другие кристаллические продукты, содержащиеся в отходах, не успевают полностью перейти в расплав при обжиге в псевдоожиженном слое. Твердая фаза пористого заполнителя из такого продукта сжигания отходов насыщена кристаллическими включениями, которые утяжеляют заполнитель. Соединения тяжелых металлов /Zn, Ni, Cr, Cd, Pb, Ti и др. /, присутствующие в отходах, при обжиге в кипящем слое не переходят в расплав, а остаются в продуктах обжига в виде свободных оксидов, которые при определенных условиях переходят в водные растворы, понижая химическую стойкость заполнителя и, главное, загрязняя окружающую среду (водный бассейн) весьма опасными токсичными веществами.A known method for the production of lightweight aggregate from household waste, including firing them in a fluidized bed installation, grinding, mixing with dust generated during the firing of waste, the introduction of a binder from the group; concrete, clay or water glass; pellet molding and firing [1]
In the known method, ceramics, sandstone and other crystalline products contained in the waste do not have time to completely transfer to the melt during firing in a fluidized bed. The solid phase of the porous aggregate from such a waste product is saturated with crystalline inclusions that weight the aggregate. Compounds of heavy metals (Zn, Ni, Cr, Cd, Pb, Ti, etc.) present in the waste, during firing in a fluidized bed, do not pass into the melt, but remain in the firing products in the form of free oxides, which under certain conditions turn into aqueous solutions, reducing the chemical resistance of the aggregate and, most importantly, polluting the environment (water basin) with highly dangerous toxic substances.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения легкого заполнителя, включающий смешивание шлака от сжигания твердых бытовых отходов, шлака теплоэлектростанций от сжигания каменного угля и глины, их совместный помол, формование гранул с одновременной пропиткой их отходами анодного и гальвано-химического производства, подсушку гранул и их обжиг во вращающейся печи при 940 950^oC [2]
В известном способе отходы гальванического производства, содержащие оксиды тяжелых металлов, вводят в свежеформованные гранулы путем их пропитки растворами гальваноотходов. Последующий обжиг гранул, который ведут при 940
950^oC во вращающихся печах, не обеспечивает полный период оксидов тяжелых металлов в расплав, поскольку только часть материала гранул переходит в жидкое состояние, другая часть остается в твердом состоянии. Поэтому определенная часть оксидов тяжелых металлов остается в свободном (неостеклованном) состоянии и при воздействии воды на гранулы переходит в водные растворы. Химическая стойкость заполнителей при этом также оказывается невысокой.The closest technical solution to the proposed technical essence and the achieved result is a method for producing lightweight aggregate, including mixing slag from burning solid household waste, slag from thermal power plants from burning coal and clay, grinding them together, forming granules with simultaneous impregnation of their anode and galvanic waste -chemical production, drying of granules and their firing in a rotary kiln at 940 950 ^o C [2]
In the known method, galvanic production wastes containing heavy metal oxides are introduced into freshly formed granules by impregnating them with solutions of galvanic waste. Subsequent firing of pellets, which lead at 940
950 ^o C in rotary kilns, does not provide a full period of heavy metal oxides in the melt, since only part of the material of the granules goes into a liquid state, the other part remains in the solid state. Therefore, a certain part of the heavy metal oxides remains in a free (unglazed) state and, when exposed to water, passes into granules in aqueous solutions. The chemical resistance of the aggregates is also low.

Достигаемым техническим результатом является увеличение химической стойкости заполнителя. The technical result achieved is an increase in the chemical resistance of the aggregate.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения легкого заполнителя из неселектированных отходов, включающем их термообработку до получения шлака, его помол, введение связующего и вспучивающей добавки, формование гранул, их сушку и обжиг во вращающейся печи, термообработку отходов ведут до плавления их составляющих, в расплав дополнительно вводят корректирующие добавки, обеспечивающие содержание в шлаке оксидов в следующем соотношении, мас. оксид кремния 55 65; оксид алюминия 10 22; оксиды железа 3 6; оксиды щелочных металлов 3 7; оксиды щелочноземельных металлов 3 7; оксиды тяжелых металлов 0,1 5, а связующее и вспучивающую добавку вводят при помоле шлака или при формировании гранул в количестве, мас. вспучивающая добавка 0,5 1,5; связующее 1,5 15; начальную термообработку отходов ведут при 600 800^oC в течение 5 10 мин, а плавление осуществляют при 1300 1600^oC в течение 20 40 мин с барботажем воздухом. В качестве корректирующих добавок, обеспечивающих содержание в шлаке оксидов, вводят кремнийсодержащие материалы из группы: кварцевый песок, супесь, опока, трепел, диатомит; алюминийсодержащие материалы из группы: глина, суглинок, боксит, зола ТХС, и железосодержащие материалы из группы: колошниковая пыль или пиритные огарки. В качестве вспучивающих добавок вводят жидкие или твердые органосодержащие материалы из группы: уголь, нефтешламы, отработанные масла, а в качестве связующего высокопластичные глины или раствор жидкого стекла. Желательно плавление вести в восстановительной среде, а охлаждение осуществлять со скоростью 500 600^oC в мин. Кроме того, с целью уменьшения расхода топлива дымовые газы от вращающейся печи можно направлять в сушильный барабан и затем в плавильный агрегат. Помимо экономии топлива такое решение позволяет уменьшить образование оксидов азота в плавильном агрегате.The specified technical result is achieved by the fact that in the method for producing a lightweight aggregate from non-selected waste, including heat treatment to obtain slag, grinding it, introducing a binder and intumescent additive, forming granules, drying and firing them in a rotary kiln, heat treatment of the waste is carried out before melting their components , corrective additives are additionally introduced into the melt, which ensure the content of oxides in the slag in the following ratio, wt. silica 55 65; alumina 10 22; iron oxides 3 6; alkali metal oxides 3 7; alkaline earth metal oxides 3 7; heavy metal oxides 0.1 5, and a binder and intumescent additive is introduced when grinding slag or during the formation of granules in the amount, wt. intumescent additive 0.5 1.5; a binder of 1.5 to 15; initial heat treatment of the waste is carried out at 600 800 ^o C for 5 10 minutes, and melting is carried out at 1300 1600 ^o C for 20 40 minutes with bubbling air. Silicon-containing materials from the group: silica sand, sandy loam, flask, tripoli, diatomite are introduced as corrective additives to ensure the content of oxides in the slag; aluminum-containing materials from the group: clay, loam, bauxite, TCS ash, and iron-containing materials from the group: blast furnace dust or pyrite cinder. Liquid or solid organ-containing materials from the group are introduced as intumescent additives: coal, oil sludge, used oils, and highly plastic clay or a liquid glass solution as a binder. It is desirable to carry out the melting in a reducing medium, and to carry out cooling at a speed of 500 600 ^o C per min. In addition, in order to reduce fuel consumption, flue gases from the rotary kiln can be sent to the dryer drum and then to the melting unit. In addition to fuel economy, this solution reduces the formation of nitrogen oxides in the smelter.

Сравнительный анализ показал, что предложенное техническое решение по сравнению с известными соответствует критериям охраноспособности, поскольку совокупность заявленных признаков, отраженная в формуле изобретения, не была обнаружена в данной и смежной областях науки и техники для решения поставленной задачи. Необходимо также отметить, что достигаемый результат может быть реализован лишь всей совокупностью предлагаемых признаков, т.к. указанный результат не является простым суммированием свойств отдельных признаков, поскольку не проявляется при использовании любого из них в отдельности в известных решениях. A comparative analysis showed that the proposed technical solution, in comparison with the known ones, meets the eligibility criteria, since the totality of the declared features reflected in the claims was not found in this and related fields of science and technology to solve the problem. It should also be noted that the achieved result can be realized only by the totality of the proposed features, because this result is not a simple summation of the properties of individual characteristics, since it does not occur when using any of them individually in known solutions.

Корректирование содержания оксидов в расплаве отходов до заявленных пределов обеспечивает получение химически стойкой алюмосиликатной стекломассы, в которой оксиды алюминия и кремния частично замещены оксидами тяжелых металлов. Для получения жидкой фазы в гранулах, необходимой для их вспучивания при 100 1200^oC, часть оксидов кремния и алюминия замещены на оксиды железа. Введение вспучивающей добавки в количестве 0,5 1,5% обеспечивает образование газовой фазы и вспучивание жидкой фазы гранул при 1000 - 1200^oC. Образование газов происходит за счет взаимодействия органических веществ с оксидами железа. Уменьшение или увеличение содержания органических и железистых компонентов от заявленных пределов приводит соответственно к недостаточному вспучиванию гранул или к получению в них каверн. Введение связующего в количестве 1,5 15% необходимо для формирования гранул из непластичного порошка стекломассы. Сухие вспучивающие добавки и связующее вводят в процессе помола стекломассы, а влажные при подготовке шихты к гранулированию, например, в глиномешалке, и непосредственно при формовании гранул. Место ввода корректирующих добавок, обеспечивающих содержание в шлаке оксидов, также зависит от влажности добавок. Влажные добавки целесообразнее вводить в сушильный барабан, а сухие в плавильный агрегат. Термообработка отходов при 600 800^o в течение 5 10 мин и плавление при 1300 - 1600^oC в течение 20 40 мин обеспечивает получение однородного расплава предлагаемого химического состава. Температурные и временные пределы режимов обусловлены граничными значениями содержания оксидов в расплаве. Барботирование расплава воздухом интенсифицирует процесс плавления. Исследования показали, что оптимальной средой для плавления отходов является восстановительная, а оптимальной скоростью охлаждения 500 600^oC в имн. Дымовые газы из вращающейся печи подавляют образование токсичных оксидов газа в плавильном агрегате. Подача дымовых газов из плавильного агрегата во вращающуюся печь способствует утилизации тепла.Correction of the content of oxides in the waste melt to the declared limits ensures the production of chemically stable aluminosilicate glass melt, in which the oxides of aluminum and silicon are partially replaced by oxides of heavy metals. To obtain a liquid phase in the granules necessary for their expansion at 100 1200 ^o C, part of the silicon and aluminum oxides are replaced by iron oxides. The introduction of intumescent additives in an amount of 0.5 to 1.5% ensures the formation of a gas phase and the expansion of the liquid phase of the granules at 1000 - 1200 ^o C. The formation of gases occurs due to the interaction of organic substances with iron oxides. A decrease or increase in the content of organic and glandular components from the stated limits leads, respectively, to insufficient swelling of the granules or to the formation of caverns in them. The introduction of a binder in an amount of 1.5 to 15% is necessary for the formation of granules from an unplastic glass melt powder. Dry intumescent additives and a binder are introduced in the process of grinding glass melt, and wet when preparing the mixture for granulation, for example, in a clay mixer, and directly during the formation of granules. The place of introduction of corrective additives to ensure the content of oxides in the slag also depends on the moisture content of the additives. Wet additives should be added to the dryer drum, and dry additives to the melting unit. Heat treatment of waste at 600 800 ^o for 5 10 minutes and melting at 1300 - 1600 ^o C for 20 40 minutes provides a homogeneous melt of the proposed chemical composition. The temperature and time limits of the regimes are determined by the boundary values of the content of oxides in the melt. Sparging the melt with air intensifies the melting process. Studies have shown that the optimal environment for the melting of waste is recovery, and the optimal cooling rate of 500 600 ^o C in the name of. Flue gases from a rotary kiln inhibit the formation of toxic gas oxides in the smelter. The supply of flue gases from the smelter to the rotary kiln contributes to heat recovery.

Пример. Подсушенные в сушильном барабане бытовые отходы, содержащие оксиды тяжелых металлов, подавали в плавильный агрегат для получения расплава. В плавильном агрегате поддерживали восстановительную среду. Для корректировки содержания оксидов в расплав вводили опоку, золу и колошниковую пыль. Полученный расплав сливали в ванну с холодной водой, что обеспечивало скорость охлаждения 500^oC в мин. Шлак мололи в шаровой мельнице до тонины 2500 см²/г. Вместе со шлаком в мельнице размалывали каменный уголь. Из порошка шлака на тарельчатом грануляторе формовали гранулы, подавая на гранулятор раствор жидкого стекла плотностью 1,15 г/см³ Полученные гранулы подсушивали в сушильном барабане и обжигали во вращающейся печи. Часть дымовых газов из вращающейся печи направляли в сушильный барабан, а затем в плавильный агрегат, вторую часть непосредственно в плавильный агрегат. Подачу дымовых газов в плавильный агрегат осуществляли с помощью дымососа. Для сравнений легкий заполнитель получали по прототипу, где соединения тяжелых металлов вводили в гранулы путем пропитки их отходами анодного и гальванохимических производств.Example. The wastes dried in the dryer drum containing heavy metal oxides were fed to the melting unit to produce a melt. A reducing medium was maintained in the melting unit. To adjust the oxide content, flask, ash and blast furnace dust were introduced into the melt. The resulting melt was poured into a bath of cold water, which ensured a cooling rate of 500 ^° C. per minute. The slag was ground in a ball mill to a fineness of 2500 cm ² / g. Coal was ground together with slag in a mill. Granules were formed from a slag powder on a plate granulator by feeding a solution of liquid glass with a density of 1.15 g / cm ^{3 to the} granulator. The obtained granules were dried in a tumble dryer and burned in a rotary kiln. Part of the flue gases from the rotary kiln was sent to the drying drum, and then to the melting unit, the second part directly to the melting unit. The supply of flue gases to the melting unit was carried out using a smoke exhauster. For comparison, a lightweight aggregate was prepared according to the prototype, where heavy metal compounds were introduced into granules by impregnating them with waste from the anode and galvanochemical plants.

Качество заполнителя оценивали по его кислотостойкости, щелочестойкости, стойкости в воде, содержанию в водной вытяжке из заполнителя тяжелых металлов, прочности и плотности. Кислотостойкость, щелочестойкость и стойкость в воде оценивали коэффициентами, которые представляли собой отношение массы заполнителя, обработанного соответственно кислотой, щелочью или водой к массе заполнителя до обработки, выраженное в процентах. Испытания проводили на фракции 0,5 1 мм измельченного заполнителя. Применяли 1-н раствор серной кислоты, 1-н раствор гидроокиси калия и дистиллированную воду. Образцы кипятили в агрессивных средах в течение одного ч. The quality of the aggregate was evaluated by its acid resistance, alkali resistance, resistance in water, the content of heavy metals in the aqueous extract from the aggregate, strength and density. Acid resistance, alkali resistance and water resistance were evaluated by coefficients, which were the ratio of the mass of the aggregate treated with acid, alkali or water, respectively, to the mass of the aggregate before processing, expressed as a percentage. The tests were carried out on a fraction of 0.5 to 1 mm of crushed aggregate. A 1 N solution of sulfuric acid, a 1 N solution of potassium hydroxide and distilled water were used. Samples were boiled in aggressive media for one hour.

Миграцию тяжелых металлов из заполнителя в воду проводили в соответствии с "Методическими указаниями по санитарно-гигиенической оценке полимерных и других строительных материалов, предназначенных для применения в строительстве жилых и общественных зданий". Заполнитель заливался дистиллированной водой и выдерживался в ней в течение 10 дн. По истечении указанного срока проводилось исследование указанных вытяжек. Показатели свойств заполнителей приведены в таблице. The migration of heavy metals from aggregate to water was carried out in accordance with the "Methodological guidelines for the sanitary and hygienic assessment of polymer and other building materials intended for use in the construction of residential and public buildings." The aggregate was poured with distilled water and kept in it for 10 days. After the specified period, a study of these hoods was conducted. The properties of the placeholders are shown in the table.

Claims

1. A method of producing a lightweight aggregate from non-selected waste, including heat treatment to obtain slag, grinding it, introducing a binder and intumescent additive, forming granules, drying and firing them in a rotary kiln, characterized in that the heat treatment of the waste is carried out before their components are melted, in melt is additionally introduced corrective additives to ensure the content in the slag of oxides in the following ratio, wt.

Oxide
silicon 55 65
aluminum 10 22
iron 3 6
Oxides
alkali metals 3 7
alkaline earth metals 3 7
heavy metals 0.1 5,
and a binder and intumescent additive is introduced when grinding slag or when forming granules in the amount, wt.

Binder 1.5 15
Intumescent 0.5 0.5,
initial heat treatment of the waste is carried out at 600 800 ^o C for 5 to 10 minutes, and melting is carried out at 1300 1600 ^o C for 20 40 min with bubbling air.

2. The method according to claim 1, characterized in that, as corrective additives to ensure the content of oxides in the slag, silicon-containing materials from the group of quartz sand, sandy loam, tripoli, flask, diatomite, loam, aluminum-containing materials from the clay group, loam are introduced into the melt , bauxite, ash of thermal power plants and iron-containing materials from the group of blast furnace dust, pyrite cinder.

3. The method according to claim 1, characterized in that liquid or solid organo-containing materials from the group of coal, oil sludge, waste oils are introduced as intumescent additives, and highly plastic clay or a liquid glass solution as a binder from the group.

4. The method according to claim 1, characterized in that the melting is carried out in a reducing environment, and the melt is cooled at a speed of 500-600 degrees. / min

5. The method according to claim 1, characterized in that the flue gases from the rotary kiln are sent to the drying drum, and then to the melting unit.