WO1985000361A1 - Method for foaming fly ash - Google Patents

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WO1985000361A1
WO1985000361A1 PCT/EP1984/000204 EP8400204W WO8500361A1 WO 1985000361 A1 WO1985000361 A1 WO 1985000361A1 EP 8400204 W EP8400204 W EP 8400204W WO 8500361 A1 WO8500361 A1 WO 8500361A1
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foaming
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Helmut Pieper
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Fehlmann Zug Ag
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    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/04—Waste materials; Refuse
    • C04B18/06—Combustion residues, e.g. purification products of smoke, fumes or exhaust gases
    • C04B18/08—Flue dust, i.e. fly ash
    • C04B18/085—Pelletizing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • F27M2001/16—Particulate material, e.g. comminuted scrap
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Definitions

  • the invention relates to a method for foaming fly ash.
  • fly ash accumulates in large quantities in modern coal-fired power plants that are dust-fired.
  • the use of this fly ash as an additive in the production of concrete is only possible to a limited extent and the landfill of this fly ash which is otherwise required is associated with high expenditure. Overall, it can even be said that the recycling or removal of the fly ash is associated with considerable, environmentally harmful problems.
  • the method according to the invention should furthermore in particular be able to create structural bodies which can be used as concrete aggregate from the fly ash, which are light, should be economical to produce and which can also be used as insulating bodies even at very high temperatures of more than 1000 ° C. »
  • OMPI silicon nitrite or carbide and alkali salts dissolved in water are added to the fly ash and the mixture foams at the softening temperature of the fly ash.
  • Metal oxide such as MnO 2 or Fe-O. Can advantageously be added to the fly ash as a further foaming agent and Na 2 CO (sodium carbonate ) can be used economically as the alkali salt.
  • the foamed mixture can consist of very small particles.
  • the object according to the invention can advantageously be achieved in particular by adding ferrosilicon nitrite as the silicon nitrate.
  • the softening temperature is preferably above 1250 and below 1400 ° C, advantageously about 1330 - 1340 ° C.
  • the foam structural bodies produced have a very low density, which can be between 0.25 and 0.50 g / cm.
  • the structural bodies produced according to the invention have a very high compressive strength and, since they have a low alkali content, are particularly suitable as concrete aggregates, since they can be described as compatible with concrete. Further refinements of the method according to the invention are mentioned in the subclaims not cited above.
  • the process according to the invention is carried out in such a way that after mixing fly ash, in particular the last stage of the filtering, with 2-4% by weight of ferrosilicon nitrite, the mixture is foamed in suitable containers or ovens at temperatures of more than 1250 ° C. .
  • fly ash from the last stage of the filtering is particularly easy to foam
  • the fly ash from other stages of filtering or mixtures of the fly ash from different filtering stages can also be foamed, although under certain circumstances at slightly different temperatures.
  • the foam temperature is dependent on the type of fly ash, which is a function of. the coal used has different composition. But it is generally above 1250 and below 1400 ° C, z. B. between 1330 and ' 1340 ° C.
  • the foaming temperature which is to be determined empirically depending on the type of fly ash used, is precisely maintained.
  • the fly ash is not sufficient below the foaming temperature
  • the mixture of fly ash and the 2-3% by weight of ferrosilicon nitrite mentioned (depending on the type of fly ash, different proportions by weight of the foaming agent can also be used) is filled into molds or placed on a sintering belt, and then briefly the determined foaming temperature exposed. After foaming, the temperature is lowered very quickly and then the foam or structural body produced can be isolated and left to cool down slowly.
  • Can be used as "structural bodies produced can be used as fine granules, that is, so-called light sand are generated, Fall ⁇ shafts, fluidized beds, reactors, crucibles, shapes, stoves or other suitable means.
  • the new type of structural body can be used as an insulation agent for technical objects, e.g. B. Find industrial furnaces even at quite high temperatures up to 1200 ° C. Since the structural bodies produced, which can have the form of the finest spheres, have almost no alkali content, they can also be used as a concrete aggregate as compatible with concrete.
  • the weight of the structural bodies produced can be set by means of the foaming temperature and the proportion of ferrosilicon nitrite, and is between 0.2 and 0.5 g / cm.
  • fly ash from the last stages of filtration can be used according to the invention, but surprisingly for those skilled in the art also those from the front filtration stages.
  • ferrosilicon nitrite can be used as the foaming agent, but that silicon nitride or carbide can also give good results when used in conjunction with water-soluble alkali salts which are dissolved in water and if in particular a mixture of the foaming agent a metal oxide such as Mn0 2 or F ⁇ 2 ° 3 is added.
  • Na 2 CO, (soda) can advantageously be used as the alkali salt.
  • the weight of the ferrosilicon nitrite, silicon nitride or carbide is then only about 1% of the fly ash to be foamed, the weights of the other additives as foaming agents are of the same order of magnitude, ie a maximum of a few percent.
  • alkali metals All water-soluble and possibly also insoluble compounds of the alkali metals are suitable as alkali salts, lithium, sodium and potassium salts being of particular importance. In a further embodiment of the invention, however, these alkali metals can also be added as nitrate, borate, sulfate or in another form.
  • the proportion of the total weight of the mixture to be foamed is about 1.8 - 2 * %.
  • the method according to the invention is simple to carry out and can convert a current waste material into a high-quality building material, one can speak of an ideal solution to the problems at hand.

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Description

Verfahren zum Aufschäumen von Flugasche
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufschäumen von Flugasche.
Flugasche fällt bei modernen Kohlekraftwerken, die staubgefeuert sind, in großen Mengen an. Eine Verwendung dieser Flugasche als Zuschlagstoff bei der Betonherstel¬ lung ist nur begrenzt möglich und die sonsterforderliche Deponie dieser Flugasche ist mit hohen Aufwendungen verbunden. Insgesamt kann sogar gesagt werden, daß die Verwertung bzw. Beseitigung der Flugasche mit erhebli¬ chen, umweltbelastenden Problemen verbunden ist.
Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, welches die Flugasche als wertvollen Grund¬ stoff einer Weiterverwendung zuführen kann. Das erfin¬ dungsgemäße Verfahren soll weiterhin insbesondere im¬ stande sein, aus der Flugasche als Betonzuschlagstoff verwendbare Strukturkörper zu schaffen, die leicht sind, wirtschaftlich herstellbar sein sollen und die auch als Isolationskörper auch bei sehr hohen Temperaturen von mehr als 1000° C verwendbar sein können»
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
OMPI der Flugasche Siliziumnitrit oder -carbid und in Wasser gelöster Alkalisalze zugesetzt werden und die Mischung bei der Erweichungstemperatur der Flugasche aufschäumt.
Vorteilhaft kann der Flugasche als weiteres Schäummittel Metalloxyd wie Mn02 oder Fe-O., zugesetzt werden und als Alkalisalz kann wirtschaftlich vorteilhaft Na2C0, (Soda) verwendet werden. Die geschäumte Mischung kann dabei aus kleinsten Partikeln bestehen.
Die erfindungsgemäße Aufgabe kann vorteilhaft besonders dadurch gelöst werden, daß als Siliziumnitrat Ferrosili- ziumnitrit zugemischt wird.
Die Erweichungstemperatur liegt vorzugsweise über 1250 und unter 1400° C, vorteilhaft beträgt sie ca. 1330 - 1340° C.
Es ist für den Fachmann überraschend, daß die erzeugten Schaumstrukturkörper eine sehr geringe Dichte aufweisen, die zwischen 0,25 und 0,50 g/cm liegen kann. Für den Fachmann überraschend weisen die erfindungsgemäß erzeug ten Strukturkörper eine sehr hohe Druckfestigkeit auf und da sie einen geringen Alkaligehalt aufweisen, sind sie als Betonzuschlagstoffe besonders geeignet, da sie als betonverträglich bezeichnet werden können. Weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den vorstehend nicht zitierten ünteransprüchen genannt.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird derart ausgeführt, daß nach Mischung von Flugasche, insbesondere der letz¬ ten Stufe der Filterung, mit 2 - 4 Gew.-% Ferrosilizium- nitrit die Mischung in geeigneten Behältern oder Öfen bei Temperaturen von mehr als 1250° C aufgeschäumt wird.
Es hat sich gezeigt, daß Flugasche aus der letzten Stufe der Filterung besonders leicht zu schäumen ist, die Flugasche aus anderen Stufen der Filterung bzw. Mischun¬ gen der Flugasche aus verschiedenen Filterungsstufen sind ebenfalls, wenn auch unter Umständen bei leicht abweichenden Temperaturen, schäumbar. Die Schaumtempera¬ tur ist je nach der Art der Flugasche, die in Abhängig¬ keit von. der verwendeten Kohle verschiedene Zusammenset¬ zung hat, einzustellen. Sie liegt aber generell über 1250 und unter 1400° C, z. B. zwischen 1330 und '1340° C.
Es ist erfindungswesentlich, daß die Schäumtemperatur die empirisch je nach Art der verwendeten Flugasche zu bestimmen ist, genau eingehalten wird. Unterhalb der Schäumtemperatur ist die Flugasche noch nicht genügend
^ llEXt erweicht, oberhalb der sehr kleinen Spanne der Schaum¬ temperatur ist die Flugasche aber bereits so flüssig, daß das Schäummittel entweicht, ohne die gewünschten Poren zu bilden.
Das Gemisch von Flugasche und den genannten 2 - 3 Gew.-% Ferrosiliziumnitrit (je nach Art der Flugasche können auch abweichende Gewichtsanteile des Schäummittels ver¬ wendet werden) wird in Formen gefüllt oder auf ein Sinterband aufgegeben, und dann kurzzeitig der ermittel¬ ten Schäumtemperatur ausgesetzt. Nach dem Aufschäumen wird sehr rasch die Temperatur erniedrigt und danach kann der erzeugte Schaum- oder Strukturkörper isoliert und sich selbst überlassen werden, um langsam abzuküh¬ len.
Die erzeugten" Strukturkörper können als feines Granulat, d. h. sogenannten Leichtsand erzeugt werden, wobei Fall¬ schächte, Wirbelbetten, Reaktoren, Tiegeln, Formen, Öfen oder andere geeignete Mittel Verwendung finden können.
Die neuartigen Strukturkörper können als Isolationsmit¬ tel bei technischen Gegenständen, z. B. Industrieöfen auch bei recht hohen Temperaturen bis zu 1200° C Verwen¬ dung finden. Da die erzeugten Strukturkörper, die die Form von fein¬ sten Kügelchen haben können, fast keinen Alkaligehalt aufweisen, sind sie als betonverträglich auch als Beton¬ zuschlagstoff verwendbar.
Die Wichte der erzeugten Strukturkörper kann durch die Schäumtemperatur sowie den Anteil des Ferrosiliziu - nitrits eingestellt werden, sie liegt zwischen 0,2 und 0,5 g/cm .
Verwendbar sind erfindungsgemäß nicht nur Flugaschen aus den letzten Stufen der Filtration, sondern für den Fach¬ mann überraschend auch solche aus den vorderen Filtra¬ tionsstufen.
Für den Fachmann überraschend hat es sich aber weiterhin gezeigt, daß als Schäummittel nicht nur Ferrosiliziumni- trit verwendet werden kann, sondern daß auch Siliziumni¬ trit oder -carbid gute Ergebnisse ergeben, wenn diese in Verbindung mit wasserlöslichen Alkalisalzen verwendet werden, die in Wasser gelöst sind und wenn insbesondere der Mischung der Schäummittel ein Metalloxyd wie Mn02 oder Fβ2°3 zugesetzt wird. Als Alkalisalz kann dabei vorteilhaft Na2CO, (Soda) eingesetzt werden. Das Gewicht des Ferrosiliziumnitrits, Siliziumnitrits oder -carbids beträgt dann nur ca. 1 % der zu schäumenden Flugasche, die Gewichte der übrigen Zuschlagstoffe als Schäummittel bewegen sich in der gleichen Größenordnung, d. h. maxi¬ mal einige Prozent.
Für den Fachmann überraschend ist es in diesem Zusammen¬ hang, daß das Wasser nicht nur als Lösungsmittel für die verwendeten Alkalisalze von Bedeutung ist, sondern auch selbst für eine verbesserte Schaumreaktion sorgt.
Als Alkalisalze kommen alle wasserlöslichen und gegebe¬ nenfalls auch unlöslichen Verbindungen der Alkalimetalle infrage, wobei insbesondere Lithium, Natrium und Kalium Salze von Bedeutung sind. Diese Alkalimetalle können aber in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung auch als Nitrat, Borat, Sulfat oder in anderer Form zugesetz werden.
Beim Einsatz von Soda liegt der Anteil desselben an dem Gesamtgewicht der zu schäumenden Mischung bei ca. 1,8 - 2 *%.
Da das erfindungsgemäße Verfahren einfach durchführbar ist und einen derzeitigen Abfallstoff in einen hochwer¬ tigen Baustoff umzuwandeln vermag, kann von einer idea¬ len Lösung der anstehenden Probleme gesprochen werden.

Claims

- τ -P a t e n t a n s p rü c h e ;
1. Verfahren zum Aufschäumen von Flugasche, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der Flugasche Siliziumnitrit oder -carbid und in Wasser gelöste Alkalisalze beigemischt und die Mischung bei der Erweichungstemperatur der Flugasche aufschäumt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flugasche als weiteres Schäummittel Metalloxyd wie n02 oder Fe2°3 zugesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß als Alkalisalz a2C03 (Soda) eingesetzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die geschäumte Mischung in klein¬ sten Partikeln aufschäumt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Siliziumnitrit Ferrosilizium- nitrit verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Ferrosiliziumnitrits an der Mi- schung 2 bis 3 Gew.-% beträgt.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6 , dadurch gekenn¬ zeichnet*, daß die Schäumtemperatur über 1250 und unter 1400° C liegt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schäumtemperatur ca. 1330 - 1340° C beträgt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erzeugte Schaumkörper in einer Umgebung von Raumtemperatur ohne Wärmeein¬ wirkung abkühlt.
10. Verwendung der Flugasche nach einem der vorhergehen¬ den Ansprüche, gekennzeichnet durch den Einsatz als Betonzuschlagstoff.
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