RU2814954C2 - Method of processing flue ash formed during coal combustion into active mineral additive for making construction articles - Google Patents

Method of processing flue ash formed during coal combustion into active mineral additive for making construction articles Download PDF

Info

Publication number
RU2814954C2
RU2814954C2 RU2022111430A RU2022111430A RU2814954C2 RU 2814954 C2 RU2814954 C2 RU 2814954C2 RU 2022111430 A RU2022111430 A RU 2022111430A RU 2022111430 A RU2022111430 A RU 2022111430A RU 2814954 C2 RU2814954 C2 RU 2814954C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
active mineral
processing
activator
fly ash
flue ash
Prior art date
Application number
RU2022111430A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2022111430A (en
Inventor
Дмитрий Алексеевич Таранов
Дмитрий Александрович Киселев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Золотые Ворота"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Золотые Ворота" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Золотые Ворота"
Publication of RU2022111430A publication Critical patent/RU2022111430A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2814954C2 publication Critical patent/RU2814954C2/en

Links

Abstract

FIELD: removal and processing of solid wastes.
SUBSTANCE: invention relates to processing of wastes, in particular to processing of flue ash from coal combustion for the purpose of its subsequent use as an active mineral additive in production of construction materials. Method involves introduction of flue ash with moisture content of not more than 0.5%, organic activators - polycarboxylate, formate and calcium hydroxide into a mixer-activator, and their mixing for 2–3 minutes. Then, overpressure of about 0.8 atm is created in mixer-activator due to air supply from compressor. Obtained mixture is stirred for 5 minutes. Ready active mineral additive is discharged and stored. Components are used at the following ratio, wt.%: flue ash 99.375–99.936, polycarboxylate 0.05–0.6, formate 0.010–0.015, calcium hydroxide 0.004–0.01.
EFFECT: increased efficiency of flue ash processing method, reduced sedimentation stratification of concrete and mortar mixture, reduced shrinkage deformations, increased strength and crack resistance of concrete products.
1 cl, 4 tbl, 2 ex

Description

Область использованияArea of use

Изобретение относится к области переработки отходов, в частности к переработке золы-уноса от сжигания углей с целью последующего ее использования в качестве активных минеральных добавок в производстве строительных материалов.The invention relates to the field of waste processing, in particular to the processing of fly ash from coal combustion for the purpose of its subsequent use as active mineral additives in the production of building materials.

Уровень техникиState of the art

Известен способ переработки золошлаковых отходов тепловых электростанций для производства строительных изделий (патент РФ № 2667940, класс С04В 18/10, публ. 25.09.2018) - аналог, включающий интенсивное перемешивание жидкого шлака или шлакового расплава с золой-уноса, отбираемой непосредственно из бункеров, быстрое охлаждение золошлаковой смеси воздушно-водяными струями при ее аэродинамическом распылении, сушку золошлаковой смеси до влажности менее 1%, складирование полученной смеси.There is a known method for processing ash and slag waste from thermal power plants for the production of construction products (RF patent No. 2667940, class C04B 18/10, published September 25, 2018) - an analogue that includes intensive mixing of liquid slag or molten slag with fly ash taken directly from bunkers, rapid cooling of the ash and slag mixture with air-water jets during its aerodynamic spraying, drying of the ash and slag mixture to a moisture content of less than 1%, storage of the resulting mixture.

Недостатком указанного способа является большое количество технологических операций и высокое энергопотребление.The disadvantage of this method is the large number of technological operations and high energy consumption.

Известен способ подготовки золы-уноса от сжигания углей для использования в производстве строительных материалов (патент РФ № 2138339, кл. С04В 18/10, публ. 27.09.1999) - аналог, включающий обработку золы-уноса серной кислотой концентрацией 50-300 г/л при соотношении массы золы и объема раствора 1:4-10 при температуре 18-90°С, причем в раствор выщелачивания вводят добавку хлорида натрия с последующим перемешиванием в аппарате при температуре 40-90°С в течение 1-6 ч.There is a known method for preparing fly ash from coal combustion for use in the production of building materials (RF patent No. 2138339, class C04B 18/10, published 09.27.1999) - an analogue that includes treating fly ash with sulfuric acid with a concentration of 50-300 g/ l at a ratio of ash mass to solution volume of 1:4-10 at a temperature of 18-90°C, and the addition of sodium chloride is added to the leaching solution, followed by stirring in the apparatus at a temperature of 40-90°C for 1-6 hours.

Недостатком данного способа является сложность его применения.The disadvantage of this method is the complexity of its application.

Известен способ переработки золошлаковых отходов тепловых электростанций для производства строительных изделий (патент РФ № 2700609, кл. С04В 18/10, публ. 18.09.2019) - прототип, включающий термическую обработку во вращающей печи при температуре 1200-1600°С, перемешивание с золой-уноса, отбираемого из бункеров, установленных под золоуловителями котлов электростанции, охлаждение полученной смеси, сушку переработанной смеси до влажности не более 1%, с последующей магнитной сепарацией, фракцию смеси более 120 мкм подвергают тонкому сухому помолу совместно с добавками активаторов твердения типа извести или цементного клинкера с дополнительно вводимыми добавками активаторов твердения типа двуокиси гипса и/или сульфата алюминия и материалов из отсевов дробленых карбонатных горных пород с последующим сепарированием этой молотой смеси по замкнутому циклу путем разделения на готовую смесь, окончательное перемешивание всех полученных компонентов и складирование, причем суммарное количество всех добавок составляет 1-15% от сухой массы переработанной смеси шлакового расплава с золой-уноса.There is a known method for processing ash and slag waste from thermal power plants for the production of construction products (RF patent No. 2700609, class C04B 18/10, published 09.18.2019) - a prototype, including heat treatment in a rotary kiln at a temperature of 1200-1600 ° C, mixing with ash - entrainment taken from bins installed under the ash collectors of the power plant boilers, cooling the resulting mixture, drying the processed mixture to a moisture content of no more than 1%, followed by magnetic separation, the mixture fraction of more than 120 microns is subjected to fine dry grinding together with the addition of hardening activators such as lime or cement clinker with additionally introduced additives of hardening activators such as gypsum dioxide and/or aluminum sulfate and materials from screenings of crushed carbonate rocks, followed by separation of this ground mixture in a closed cycle by dividing into the finished mixture, final mixing of all the resulting components and storage, and the total amount of all additives amount to 1-15% of the dry weight of the processed mixture of molten slag and fly ash.

Недостатком указанного способа является сложность его применения, а также низкая энергоэффективность. Многоэтапность способа переработки, включающая в себя термическую обработку, сушку переработанной смеси, а также необходимость в совместном тонком помоле при введении добавок активаторов с последующим сепарированием в значительной степени увеличивает стоимость получаемого продукта тем самым снижая его промышленную применимость.The disadvantage of this method is the complexity of its application, as well as low energy efficiency. The multi-stage processing method, including heat treatment, drying of the processed mixture, as well as the need for joint fine grinding with the introduction of activator additives followed by separation, significantly increases the cost of the resulting product, thereby reducing its industrial applicability.

Известен способ переработки золошлаковых отходов тепловых электростанций для производства строительных изделий (патент РФ № 2515786, кл. С04В 18/10, публ. 20.05.2014) - аналог, в котором для получения вяжущего компонента переработки золы-уноса производят тонкий сухой помол необходимого количества полученного твердого гранулированного шлака при необходимости совместно с добавками активаторов твердения с последующим смешением продукта размола при интенсивном перемешивании с водой и золой-уносом при следующем соотношении компонентов мас.%: зола-уноса 72-81; шлаковое вяжущее 18-9,0; вода - не более 10; добавки-активаторы твердения - до 0,5.There is a known method for processing ash and slag waste from thermal power plants for the production of construction products (RF patent No. 2515786, class C04B 18/10, published May 20, 2014) - an analogue in which, to obtain the binder component for processing fly ash, fine dry grinding of the required amount of the resulting solid granulated slag, if necessary, together with additives of hardening activators, followed by mixing the grinding product with intensive mixing with water and fly ash at the following component ratio, wt.%: fly ash 72-81; slag binder 18-9.0; water - no more than 10; hardening activator additives - up to 0.5.

Недостатком данного способа является наличие щелочей, являющихся вредными примесями в составе продуктов переработки ЗШО, что не позволят обеспечить их требуемые стабильные характеристики и качество.The disadvantage of this method is the presence of alkalis, which are harmful impurities in the composition of ASW processing products, which will not ensure their required stable characteristics and quality.

Раскрытие изобретенияDisclosure of the Invention

Техническим результатом изобретения является создание доступного и эффективного способа переработки золы-уноса, образующейся при сжигании углей, к использованию в производстве строительных материалов в качестве активных минеральных добавок для цемента, бетона, растворов и других материалов при производстве строительных изделий, уменьшение седиментационного расслоения бетонной и растворной смеси, а также снижение усадочных деформаций бетонных изделий, полученных с использованием активной минеральной добавки приготовленной по предлагаемому изобретению, повышение прочности и трещиностойкости изделий.The technical result of the invention is the creation of an accessible and effective method for processing fly ash generated during the combustion of coal for use in the production of building materials as active mineral additives for cement, concrete, mortars and other materials in the production of building products, reducing sedimentation separation of concrete and mortar mixtures, as well as reducing shrinkage deformations of concrete products obtained using an active mineral additive prepared according to the invention, increasing the strength and crack resistance of products.

Технический результат достигается тем, что в способе переработки золы-уноса, образующейся при сжигании углей, в активную минеральную добавку для производства строительных изделий, включающем перемешивание золы-уноса с добавками-активаторами твердения, складирование, золу-уноса используют влажностью не более 0,5%, в качестве добавок-активаторов твердения используют органические активаторы – поликарбоксилат, формиат и гидроксид кальция при следующем соотношении компонентов, мас.%: зола-уноса 99,375-99,936; поликарбоксилат 0,05-0,6; формиат 0,010-0,015; гидроксид кальция 0,004-0,01, все компоненты вводят в смеситель-активатор с последующим перемешиванием в течение 2-3 минут, затем в смесителе-активаторе создают избыточное давление порядка 0,8 атмосфер за счет подачи воздуха от компрессора, после чего полученную смесь перемешивают еще 5 минут, готовую активную минеральную добавку выгружают.The technical result is achieved by the fact that in the method of processing fly ash generated during the combustion of coal into an active mineral additive for the production of construction products, including mixing fly ash with hardening activator additives, storage, fly ash is used with a moisture content of no more than 0.5 %, organic activators are used as hardening activator additives - polycarboxylate, formate and calcium hydroxide in the following ratio of components, wt.%: fly ash 99.375-99.936; polycarboxylate 0.05-0.6; formate 0.010-0.015; calcium hydroxide 0.004-0.01, all components are introduced into the mixer-activator, followed by stirring for 2-3 minutes, then an excess pressure of about 0.8 atmospheres is created in the mixer-activator due to air supply from the compressor, after which the resulting mixture is mixed another 5 minutes, the finished active mineral supplement is unloaded.

Подробное описание изобретенияDetailed Description of the Invention

Как известно, зола-уноса состоит в основном из стеклянных сферических частиц с вариацией содержания кальция и железа. Эти частицы обладают вяжущими свойствами и при реакции с водой, медленнее, чем портландцемент, но образуют цементный камень. Наиболее негативную роль играют зерна СаО. Эти зерна реагируют с водой со значительным увеличением объема и заметно медленнее основной массы золы, в т.ч. из-за капсулирования стеклом. Механическая обработка золы-уноса в смесителе-активаторе под воздействием избыточного давления способствует деформации и частичному разрушению стеклянных капсул, что значительно повышает гидравлическую активность золы-уноса, ускоряет процессы гидратации остаточной СаО свободной, и решает причисленные проблемы.As is known, fly ash consists mainly of glass spherical particles with variations in calcium and iron content. These particles have astringent properties and when reacting with water, they react more slowly than Portland cement, but form cement stone. The most negative role is played by CaO grains. These grains react with water with a significant increase in volume and noticeably slower than the bulk of the ash, incl. due to glass encapsulation. Mechanical processing of fly ash in a mixer-activator under the influence of excess pressure promotes deformation and partial destruction of glass capsules, which significantly increases the hydraulic activity of fly ash, accelerates the processes of hydration of residual free CaO, and solves the above problems.

Таким образом, в предлагаемом изобретении обеспечивается более полная гидратация СаО свободной при затворении водой предварительно механохимически активированной золы-уноса, что в свою очередь предотвращает неравномерность изменения объема при твердении, а, следовательно, деструктивные явления (трещинообразование) в поздние сроки эксплуатации изделия.Thus, the proposed invention ensures more complete hydration of free CaO when mixing pre-mechanochemically activated fly ash with water, which in turn prevents uneven volume changes during hardening, and, consequently, destructive phenomena (crack formation) in the later stages of product operation.

Кроме того, введение в состав органических и неорганических активаторов способствует увеличению подвижности бетонных и растворных смесей, изготовленных с применением активной минеральной добавки, приготовленной по предлагаемому изобретению, без перерасхода цемента и при сохранении низкого водовяжущего отношения. При этом способствует снижению усадочных деформаций в изделии, повышению прочности и трещиностойкости изделий.In addition, the introduction of organic and inorganic activators into the composition helps to increase the mobility of concrete and mortar mixtures made using an active mineral additive prepared according to the invention, without excess consumption of cement and while maintaining a low water-binder ratio. At the same time, it helps to reduce shrinkage deformations in the product, increase the strength and crack resistance of products.

Введение в бетонную смесь активной минеральной добавки, изготовленной по предлагаемому изобретению способствует сокращению расхода цемента и увеличению растворной составляющей за счет низкой средней плотности золы-уноса по сравнению с портландцементом и появлению эффекта наполнения. Таким образом, замена части портландцемента по массе активной минеральной добавкой приводит к повышению подвижности бетонной смеси. Эффект наполнения проявляется в отсутствии водоотделения в свежеприготовленной бетонной смеси, а в готовом бетонном изделии повышаются прочность, трещиностойкость, снижаются усадочные деформации.The introduction of an active mineral additive made according to the present invention into the concrete mixture helps reduce cement consumption and increase the mortar component due to the low average density of fly ash compared to Portland cement and the appearance of a filling effect. Thus, replacing part of the Portland cement by weight with an active mineral additive leads to an increase in the mobility of the concrete mixture. The filling effect is manifested in the absence of water separation in the freshly prepared concrete mixture, and in the finished concrete product the strength and crack resistance are increased, and shrinkage deformations are reduced.

Примеры осуществления способаExamples of method implementation

Пример 1.Example 1.

Золу-уноса влажностью не более 0,5% в количестве 99,375 мас.% засыпают в смеситель-активатор герметичного исполнения, затем добавляют органические активаторы в количестве, мас.%: поликарбоксилат - 0,6; формиат - 0,015; гидроксид кальция - 0,01, перемешивают в течение 2 минут с последующим созданием в смесителе-активаторе избыточного давления порядка 0,8 атмосфер за счет подачи воздуха от компрессора, после чего полученную смесь перемешивают еще 5 минут. Готовую активную минеральную добавку (АМД) выгружают из смесителя-активатора и отправляют на склад готовой продукции.Fly ash with a moisture content of no more than 0.5% in an amount of 99.375 wt.% is poured into a hermetically sealed mixer-activator, then organic activators are added in an amount, wt.%: polycarboxylate - 0.6; formate - 0.015; calcium hydroxide - 0.01, stirred for 2 minutes, followed by the creation of an excess pressure of about 0.8 atmospheres in the mixer-activator due to air supply from the compressor, after which the resulting mixture is stirred for another 5 minutes. The finished active mineral additive (AMD) is unloaded from the mixer-activator and sent to the finished product warehouse.

Пример 2.Example 2.

Золу-уноса влажностью не более 0,5% в количестве 99,936 мас.% засыпают в смеситель-активатор герметичного исполнения, затем добавляют органические активаторы в количестве, мас.%: поликарбоксилат - 0,05; формиат - 0,010; гидроксид кальция - 0,004, перемешивают в течение 3 минут с последующим созданием в смесителе-активаторе избыточного давления порядка 0,8 атмосфер за счет подачи воздуха от компрессора, после чего смесь перемешивают еще 5 минут. Далее готовую активную минеральную добавку (АМД) выгружают из смесителя-активатора и отправляют на склад готовой продукции.Fly ash with a moisture content of no more than 0.5% in an amount of 99.936 wt.% is poured into a hermetically sealed mixer-activator, then organic activators are added in an amount, wt.%: polycarboxylate - 0.05; formate - 0.010; calcium hydroxide - 0.004, stirred for 3 minutes, followed by the creation of an excess pressure of about 0.8 atmospheres in the mixer-activator due to air supply from the compressor, after which the mixture is stirred for another 5 minutes. Next, the finished active mineral additive (AMD) is unloaded from the mixer-activator and sent to the finished product warehouse.

Примеры применения активной минеральной добавки (АМД) приготовленной по предлагаемому изобретению:Examples of the use of active mineral additives (AMD) prepared according to the present invention:

1. Изготовление бетона класса В251. Production of concrete class B25

Исследуемые составы бетона В25Compositions of B25 concrete under study

2. Изготовление керамзитобетона класса В152. Production of expanded clay concrete class B15

Исследуемые составы керамзитобетона В15 для производства наружных стеновых панелей. Дата испытания 28.01.2022 г.The studied compositions of expanded clay concrete B15 for the production of external wall panels. Test date 01/28/2022

Claims (1)

Способ переработки золы-уноса, образующейся при сжигании углей, в активную минеральную добавку для производства строительных изделий, включающий перемешивание золы-уноса с добавками-активаторами твердения, складирование, отличающийся тем, что золу-уноса используют влажностью не более 0,5%, в качестве добавок-активаторов твердения используют органические активаторы - поликарбоксилат, формиат и гидроксид кальция, при следующем соотношении компонентов, мас.%: зола-уноса 99,375-99,936; поликарбоксилат 0,05-0,6; формиат 0,010-0,015; гидроксид кальция 0,004-0,01, все компоненты вводят в смеситель-активатор с последующим перемешиванием в течение 2-3 минут, затем в смесителе-активаторе создают избыточное давление порядка 0,8 атмосфер за счет подачи воздуха от компрессора, после чего полученную смесь перемешивают еще 5 минут, готовую активную минеральную добавку выгружают.A method for processing fly ash generated during the combustion of coal into an active mineral additive for the production of construction products, including mixing fly ash with hardening activator additives, storage, characterized in that fly ash is used with a moisture content of no more than 0.5%, in Organic activators are used as hardening activator additives - polycarboxylate, formate and calcium hydroxide, with the following component ratio, wt.%: fly ash 99.375-99.936; polycarboxylate 0.05-0.6; formate 0.010-0.015; calcium hydroxide 0.004-0.01, all components are introduced into the mixer-activator, followed by stirring for 2-3 minutes, then an excess pressure of about 0.8 atmospheres is created in the mixer-activator by supplying air from the compressor, after which the resulting mixture is mixed another 5 minutes, the finished active mineral supplement is unloaded.
RU2022111430A 2022-04-27 Method of processing flue ash formed during coal combustion into active mineral additive for making construction articles RU2814954C2 (en)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2022111430A RU2022111430A (en) 2023-10-27
RU2814954C2 true RU2814954C2 (en) 2024-03-07

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4306912A (en) * 1979-05-31 1981-12-22 Flowcon Oy Process for producing a binder for slurry, mortar, and concrete
SU1416049A3 (en) * 1980-11-26 1988-08-07 Тирбау Хайнрих Бекер Гмбх (Фирма) Method of harmless storage of waste
RU2138339C1 (en) * 1998-04-06 1999-09-27 Омский государственный университет Method of preparing coal-combustion fly ash for utilization in manufacture of building materials
RU2467968C1 (en) * 2011-03-14 2012-11-27 Роман Ринатович Сахибгареев Complex additive for concrete, mortar and cement composites (versions) and method of producing said additive
RU2515786C1 (en) * 2012-10-31 2014-05-20 Открытое акционерное общество "Всероссийский дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехнический научно-исследовательский институт" Method to process ash and slag wastes of thermal power plants for production of construction products
RU2527436C2 (en) * 2011-04-07 2014-08-27 Открытое акционерное общество "Полипласт" (ОАО "Полипласт") Complex additive for cement systems (versions)
RU2700609C1 (en) * 2018-09-09 2019-09-18 Общество с ограниченной ответственностью "Малое инновационное предприятие "Модификация цементных систем" (ООО "МИП "МЦС") Processing method of ash-slag wastes of thermal power plants for production of construction articles

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4306912A (en) * 1979-05-31 1981-12-22 Flowcon Oy Process for producing a binder for slurry, mortar, and concrete
SU1416049A3 (en) * 1980-11-26 1988-08-07 Тирбау Хайнрих Бекер Гмбх (Фирма) Method of harmless storage of waste
RU2138339C1 (en) * 1998-04-06 1999-09-27 Омский государственный университет Method of preparing coal-combustion fly ash for utilization in manufacture of building materials
RU2467968C1 (en) * 2011-03-14 2012-11-27 Роман Ринатович Сахибгареев Complex additive for concrete, mortar and cement composites (versions) and method of producing said additive
RU2527436C2 (en) * 2011-04-07 2014-08-27 Открытое акционерное общество "Полипласт" (ОАО "Полипласт") Complex additive for cement systems (versions)
RU2515786C1 (en) * 2012-10-31 2014-05-20 Открытое акционерное общество "Всероссийский дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехнический научно-исследовательский институт" Method to process ash and slag wastes of thermal power plants for production of construction products
RU2700609C1 (en) * 2018-09-09 2019-09-18 Общество с ограниченной ответственностью "Малое инновационное предприятие "Модификация цементных систем" (ООО "МИП "МЦС") Processing method of ash-slag wastes of thermal power plants for production of construction articles

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
СЕМИНСКИЙ Ж.В. и др. Геология. Учебное пособие для СПО. 2-е издание, испр. и доп., Москва, изд-во Юрайт, 2018, 347с., с. 217. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5484480A (en) Use of alumina clay with cement fly ash mixtures
CN101182141B (en) Method for preparing high-strength structure material by using iron tailings
US7410537B2 (en) Process for the production of Portland slag cement using granulated blast furnace slag
EP2514727B1 (en) An alkali activated limestone concrete composition and use of composition in concrete casting
US20090229493A1 (en) High compressive strength silica mortar and manufacturing method thereof
US3573940A (en) Fly ash based preformed support structures
CN111362631A (en) Full-solid waste type alkali-activated concrete and preparation method thereof
CN104016603A (en) Preparation method of industrial waste residue mixed ore powder
KR101801966B1 (en) A Solidification Agent Comprising Acid-Treated Waste Oyster Shell And Construction Method Using The Same
CN109437796A (en) Discarded regenerative micro powder concrete preparation and application
RU2814954C2 (en) Method of processing flue ash formed during coal combustion into active mineral additive for making construction articles
CN113563106A (en) Coal-fired furnace slag cementing material product and steam curing method thereof
CN112341116A (en) Desulfurized gypsum and super-sulfur cement concrete and preparation method thereof
CN104129938A (en) Mineral admixture for concrete tubular pile and preparation method thereof
CN116283206A (en) Green high-durability repair material suitable for humid environment and preparation method thereof
CN108017334A (en) A kind of artificial reef material based on granite ballast powder and preparation method thereof
JP2006240907A (en) Cement recovery method, cement recovered by the method, and method of reusing cement
CN112062544A (en) Modified red mud-based building block and preparation method thereof
CN111892367A (en) Energy-saving and environment-friendly cement mortar and preparation method thereof
Rashad Properties of cement pastes doped with very high amounts of ground granulated blast-furnace slag
CN110436883A (en) A kind of rejected fly ash steam-pressing brisk cementitious material and preparation method thereof
CN110451827B (en) Preparation and use method of steam-cured alkali-activated cement
RU2785976C1 (en) Method for production of magnesian binder
RU2802507C1 (en) Alkali-activated binder
RU2362747C1 (en) Cement expansion agent