NL8901003A - Werkwijze voor het bereiden van een stof met hydraulisch bindende eigenschappen, alsmede stof bereid volgens de werkwijze. - Google Patents

Description

WERKWIJZE VOOR HET BEREIDEN VAN EEN STOF MET HYDRAULISCH BINDENDE EIGENSCHAPPEN, ALSMEDE STOF BEREID VOLGENS DE WERKWIJZE

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het bereiden van een poedervormige stof met hydraulisch bindende eigenschappen, uitgaande van materiaal dat in vrije of gebonden toestand CaO,

SiO^ en bevat, welk materiaal in een vat bij een temperatuur gelegen tussen 1400°C en 1550°C wordt gesmolten, desgewenst onder toevoeging van genoemde of andere verbindingen, zodat een smelt resulteert met een samenstelling van 33 tot 52 m% CaO, 9 tot 25 m% en 23 tot 45 m% S1O2 en een hieraan ondergeschikt aandeel van andere verbindingen, welke smelt wordt afgetapt, gekoeld en verfijnd. Desgewenst wordt een aktiverende stof aan het eindprodukt toegevoegd.

De uitvinding omvat ook een poedervormig hydraulisch bindmiddel, bereid volgens de werkwijze van de uitvinding. Voorts heeft de uitvinding in het bijzonder betrekking op het gebruik van vliegas afkomstig van met (steen)kool gestookte installaties echter beperkt zich niet tot het gebruik van deze vliegas.

Waar in het navolgende naar vliegas, afkomstig van met (steen) kool gestookte installaties wordt verwezen, kunnen ook andere reststoffen, zoals afvalverbrandingsresiduen, andere vliegassen, gereinigd staalgrit, rioolslib, zuiveringsslib, asbest, metallische slakken, baggerspecie en andere verontreinigingen bevattende stoffen zijn bedoeld.

STAND VAM DE TECHNIEK

Bovenvermelde werkwijze is bekend uit EU-0 019 338 en daarin uitvoerig beschreven, eveneens zonder beperking tot vliegas. Met betrekking tot het koelen van het gesmolten materiaal tot een vaste stof worden verschillende mogelijkheden beschreven zonder daaraan specifieke eisen of voordelen te verbinden.

De bekende werkwijze van koelen van een smelt in water ligt voor de hand. Nadeel is echter dat de bij deze wijze van koelen vrijkomende warmte niet optimaal kan worden benut. Dit is het geval beschreven in de werkwijze volgens GB-1 248 061, waarbij sprake is van snel afkoelen van een slak door koelen in water. Ook in GB-1 556 788 wordt deze wijze van koelen genoemd.

DOEL VAN DE UITVINDING

Doel van de onderhavige uitvinding is een betere benutting van de benodigde energie voor het uit-voeren van de in aanhef vermelde werkwijze met als effekt een meer ekonomische werkwijze, zowel uit het oogpunt van energiebehoefte, als uit het oogpunt van dimensio-nering en optimalisering van de grootte van het sraeltvat, respektie-velijk de wijze van verhitting van het toegevoerde materiaal, onder het verkrijgen van optimale resultaten.

BESCHRIJVING VAN DE UITVINDING

Voorop dient te worden gesteld dat de smelt bij afkoeling niet mag kristalliseren, maar in glasachtige staat dient te blijven. .Door ongewenste kristallisatie wordt een niet bruikbaar eindprodukt verkregen. Bij afkoeling en granulatie in water is dit geen probleem, maar water dient uit energetisch oogpunt als koelmiddel te worden vermeden. »

Uit de literatuur is bekend dat slakken voor het bereiden van hoogovencement (en dus ook voor alkali-slakcèment) een hoog glasgehalte dienen te hebben voor een goede reaktiviteit. Een en ander is gebaseerd op de volgende waarnemingen: a. de reaktiviteit van een slak (of een vliegas) met een vaste chemische samenstelling neemt af met het glasgehalte. Dit werd bevestigd met experimenten volgens de werkwijze beschreven in EU-0 019 338.

Bij een glasgehalte van 95% van het eindprodukt zijn dan de sterktes van voorwerpen hiermee vervaardigd, 5% lager dan bij een produkt met 100% glasfase; b. de reaktiviteit van het produkt neemt toe tussen 100 en 95% glas en neemt daarna langzaam af, een en ander zoals wordt gesteld in E. Demoulian, F. Gourdin, F. Hawthorn, C, Vernet: "Influence de la composition chimique et de la texture des laitiers sur leur hydraulicité", Proceedings of the 7th International Congress on the Chemistry of Cements, Vol. II, Theme III, pp. 89 e.v., Paris 1980.

Lucht komt uit energetisch oogpunt gezien voor koeling van de smelt meer in aanmerking dan water. Immers lucht die sterk verhit kan worden door afgifte van warmte bij het koelen van de afgetapte smelt, is op verschillende manieren in de werkwijze te gebruiken. Onder meer, maar niet uitsluitend, om het aan het smeltvat toe te voeren materiaal tot relatief hoge temperatuur voor te verwarmen. Zowel de toe te voeren smeltenergie wordt hierdoor verminderd en/of de dimensionering en/of.de verblijftijd van het te smelten materiaal in het smeltvat kunnen worden verkleind.

Op deze wijze kan de doelstelling van de uitvinding worden gerealiseerd, maar andere mogelijkheden tot het benutten van de hete lucht blijven open.

Aan het koelen van afgetapte smelt met lucht kleven echter zowel l praktische als konstruktieve bezwaren. Zoals reeds werd vermeld, dient kristallisatie van de gekoelde smelt te worden vermeden en dit is met alleen een eenvoudige luchtkoeling moeilijk te realiseren.

Volgens de uitvinding is dit probleem moeiteloos in de hand te houden, als de afgetapte smelt onder gekontroleerde kondities wordt gekoeld door deze tussen de walsen van een walsenkoeler (kalander) te leiden tot een temperatuur gelegen tussen 500°C en 1000°C is verkregen, waarna de dan gestolde massa wordt gebroken en met lucht verder gekoeld. Gebleken is dat bij een temperatuur van omstreeks 700°C de gestolde massa nog geen verschijnselen van kristallisatie vertoont.

De gekalanderde en gestolde smelt wordt derhalve gebroken en in een geschikte inrichting met lucht verder gekoeld. Hierbij heeft het kalanderen een voordeel. Het gestolde materiaal kan namelijk op betrekkelijk eenvoudige wijze tot niet te fijne, maar relatief van grootte gelijkmatige bestanddelen worden gebroken, die zich goed voor koeling met lucht lenen.

Bepalende parameters hierbij zijn: a. de door te voeren en in het gehele proces benodigde hoeveelheid lucht en de temperatuur hiervan; b. de grootte van de na de kalanderrollen gebroken vaste deeltjes; c. uiteraard de toe te passen apparatuur.

Bij voorkeur hebben de gebroken deeltjes afmetingen van ongeveer 0,5 tot 1 mm dik, 5 tot 50 mm lang en 5 tot 20 mm breed. Deze maten zijn niet kritisch en hangen onder meer af van de te gebruiken koelapparatuur.

De werkwijze volgens de uitvinding om vliegas om te zetten in poedervormig hydraulisch bindmiddel omvat uiteraard naast de voor de ekonomische uitvoering voorgestelde wijze van koelen van de smelt met recuperatie van warmte, een aantal stappen, die in hoofdzaak bestaan uit: a. een voorbereiding van de te smelten en chemisch aan te passen vliegas; b. het smelten van dit materiaal en afkoelen volgens de' werkwijze van de uitvinding; c. gevolgd door nabehandeling hiervan om het tot de gewenste fijnheid en verdere specifikaties te brengen; d. desgewenst het toevoegen van een aktiverende stof.

De voorbereiding kan bestaan uit een werkwijze als beschreven in NL-862103, waarbij de in de vliegas geoccludeerde koolstof kan uitbranden. De vrijgekomen warmte kan onder meer worden benut om CaCO^ tot CaO te doen dissociëren. Dit betekent niet dat een warmtetoevoer van de hete koellucht de efficiëntie van het proces niet verder zou verhogen. Ook kan koude vliegas bijvoorbeeld in een wervelbed worden voorverhit met hete lucht evenals CaCO^ al dan niet onder ontleding tot CaO.

De hete lucht kan ook worden benut bij het verwarmen van de te smelten massa. Het ontwerp van het smeltvat dient hierop te zijn aangepast, maar dit valt buiten het bestek van deze uitvinding. Evenzo is het malen van de toch nog relatief grove brokken of schilfers van de gestolde massa, die onder gekonditioneerde omstandigheden de koel-walsen verlaat, tot de gewenste specifikaties, een op zich bekende stap. Eén en ander sluit niet uit dat de voorbereidende stappen, alsmede de eindbewerking op zich nieuwe en aan elkaar verbonden funktionele aspekten omvat, waarvan de keuze echter relatief vrij is.

De onderhavige uitvinding beperkt zich dan ook niet tot één essentiële stap, te weten de niet voor de hand liggende werkwijze tot koelen /an de smelt in twee stappen onder gekontroleerde en in de hand te louden omstandigheden. Het koelen van de gesmolten massa met lucht jnder het voorkomen van kristallisatie door gebruik van koelwalsen en lergebruik van de vrijkomende warmte is essentiëel. Het koelen met walsen wordt genoemd in GB-1 .556 788, maar hier zijn principieel an-iere rollen bedoeld, zoals gebruikelijk bij de glaswolvervaardiging.

Opgemerkt wordt tenslotte, dat het in de glasindustrie bekend is een glassmelt onder kalanderen te koelen tot een vaste plaat. Het is niet voor de hand liggend, deze op zich bekende werkwijze voor een geheel ander doel te benutten, te weten het mogelijk maken van een zinvolle warmte-recuperatie.

POEDERVORMIGE STOF VERKREGEN VOLGENS DE UITVINDINC

De uitvinding strekt zich ook uit tot een poedervormige stof met hydraulische eigenschappen, bereid uit vliegas, afkomstig van met (steen)kool bedreven verbrandingsinstallaties, welke vliegas is gesmolten en desgewenst tot de juiste chemische specifikatie is gebracht, waarna de smelt is afgekoeld en verder gemalen. De uit-vinding strekt zich hiertoe uit dat het afkoeling van de smelt geschiedt met behulp van een walsenkoeler onder gekontroleerde omstandigheden tot een temperatuur gelegen tussen 500°C en 1000°C, waarna het aldus behandelde materiaal wordt gebroken en met lucht verder gekoeld om vervolgens te worden gemalen, waarbij de verwarmde koellucht wordt benut in de inrichting voor het bereiden van de stof.

Als aktiverende stof, die op zich onontbeerlijk is en desgewenst wordt toegevoegd, wordt een alkalisch reagerende stof benut, zoals NaOH, Ca(0H)2 en dergelijke.

GETALLENVOORBEELD VAN DE UITVINDING

De uitvinding wordt met een getallenvoorbeeld nader toegelicht. Gelijke hoeveelheden van een 100% glasvormige gemalen slak van een samenstelling als in de aanhef beschreven, werden in een oven verhit tot hoge temperaturen en verbleven daar respektievelijk 1, 5, 15 en 30 minuten. De temperaturen bedroegen 1100, 900, 800 en 700°C. Nadien werden de slakken aan de lucht afgekoeld. In totaliteit werden 16 monsters beoordeeld. De tijdsduur gedurende welke de smelt in de oven verbleef op de hoge temperatuur, representeert die temperatuur als afschriktemperatuur tussen de koelwalsen.

De monsters die 30 minuten op hoge temperatuur verbleven, werden alle Röntgen-diffraktografisch beoordeeld op kristallisatie.

Na 30 minuten verblijftijd op 1000°C of 900°C bleek de gestolde massa volledig te zijn gekristalliseerd; na 30 minuten öp 800°C blijkt maximaal 5% te zijn gekristalliseerd en na 30 minuten op 700°C tradt géén kristallisatie op. Bij visuele beoordeling van de gestolde smelt bleek bovendien da’t bij 1100°C deze al na 1 minuut een gekrisalliseerd Ca-silikaat uiterlijk had, terwijl bij visuele beoordeling van de 900°C-smelt het kristalgehalte van 1 tot 30 minuten sterk toenam.

Wanneer men ervan uitgaat dat na snelle afkoeling van de synthe- é , tische smelt tussen koelwalsen deze verder relatief langzaam aan de lucht afkoelt, dient er rekening mee te worden gehouden, dat met name de kern nog 5 tot 10 minuten op een hogere temperatuur blijft. Daarom is het aan te bevelen om de resultaten van kristallisatie na 30 minuten aan te houden. Dit betekent dat snelle afkoeling tot circa 700°C noodzakelijk is om een produkt te verkrijgen dat meer dan 98% glasvormig is. Konkreet kan men stellen dat de snelle afkoeling tot de genoemde 700°C binnen 0,5 tot 30 minuten plaats dient te vinden. De afkoeling met lucht zal tussen 0,5 en 5 uren duren.

VOORBEELD VAN EEN UITVOERING VAN EEN INRICHTING VOLGENS DE UITVINDING

De uitvinding wordt tenslotte toegelicht met een voorbeeld van een installatie voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding. Hoewel dit voorbeeld het wezen van de uitvinding omvat, is deze niet tot dit voorbeeld en tot vliegas beperkt en zijn varianten mogelijk. Het voorbeeld toont een tekening. Volgens deze tekening wordt bij 1 vliegas toegevoerd aan een windzifter 2, alwaar deze vliegas gescheiden wordt in een grove en een fijne fraktie, door af te scheiden op een instelbare deeltjesgrootte die kan variëren tussen 5 um en 75 jum.

De grove fraktie .3 wordt toegevoerd aan een voorverwarmingssysteem 4 en wordt daarin opgewarmd tot een temperatuur van circa 1000°C, waarbij voor de energievoorziening zo veel als mogelijk gebruik gemaakt wordt van de aanwezige koolstof in de vliegas.

Een andere grondstof, te weten kalksteen, wordt bij 3 toegevoerd aan het voorverwarmingssysteem. De sloffen worden tot genoemde temperatuur verhit, waarbij de kalksteen in CaO wordt omgezet.

Een geschikt voorverwarmingssysteem hiervoor is mogelijk een circulerend wervelbed; andere systemen, waarmee de grondstof(fen) voorverwarmd worden, zijn echter ook mogelijk. Zo kunnen genoemde grondstoffen, vliegas en kalksteen, gescheiden in aparte daarvoor in aanmerking komende systemen voorverwarmd worden.

Brandstof wordt bij 5 aan het voorverwarmingssysteem toegevoerd. Voorverwarmde verbrandingslucht, die tevens dienst doet als fluïdi-i satie-medium wordt bij 6 met een temperatuur van 100°C tot 600°C aan het circulerend wervelbed toegevoerd. Deze temperatuur wordt bereikt door een warmte-wisselaar 13 elders in het procédé.

De voorverwarmde stoffen worden daarna bij 7 aan een smeltoven 8 toegevoerd. In deze smeltoven worden de stoffen gemengd verder opgewarmd tot een temperatuur van circa 1450°C, waarbij een smelt ontstaat met de vereiste samenstelling van 33 tot 52 m% CaO, 9 tot 25 m% A^O^ en 23 tot 45 m% SiO^· Eventueel kunnen voor het bereiken van de vereiste samenstelling andere toeslagstoffen, die Al-, Si- of Ca-hou-dend zijn worden toegevoegd. De energietoevoer voor het vormen van de smelt in smeltoven 8 vindt in principe volledig elektrisch plaats, echter kan ook in kombinatie of alleen met gas-, olie- of kolenbranders geschieden.

De smelt verlaat bij 9 de smeltoven met een temperatuur van circa 1450eC en wordt daarna snel gekoeld (afgeschrikt) tussen kalanderrol-len 10, door indirekte koeling met water. Deze bewerking is zoals reeds vermeld, zeer belangrijk om kristallisatie in het gekoelde materiaal te voorkomen en daarna het breken tot splinters mogelijk te maken.

De te bereiken temperatuur na af koelen zal, afhankelijk van het mengsel, 500°C tot 1000°C moeten bedragen, bij voorkeur circa 700°C.

Bij 11 komt het gestolde mengsel als een glasachtige plaat van 0,5 tot enkele mm's dikte uit de walsenkoeler en wordt daarna gebroken in een kontinu werkende breekinrichting 12 tot splintergrootten van circa 0,5 tot 1 mm dik, 5 tot 50 mm lang en 5 tot 20 mm breed. Deze glassplinters worden daarna,verder direkt met lucht gekoeld in een daarvoor geschikte warmtewisselaar 13. Geschikte systemen hiervoor zijn bijvoorbeeld een gepakt-bed warmtewisselaar of een gesloten trilgoottransporteur. De koellucht 13 A wordt daarbij opgewarmd tot een temperatuur gelegen tussen 100°C en 600°C. Deze voorverwarmde lucht wordt daarna bij 6 aan het voorverwarmingssysteem toegevoerd, hetgeen positief bijdraagt aan het energetisch rendement van het systeem.

De glassplinters verlaten bij 14 de warmtewisselaar met een temperatuur van circa 50°C, en worden bij 15 toegevoerd aan een geschikt maalsysteem 16 voor het malen tot de vereiste fijnheid van circa 7500 cm2/gram. Geschikte·maalsystemen hiervoor zijn bijvoorbeeld walsenmolens, kogelmolens of een kombinatie van beide, voorzien van een windzifter ter afscheiding van het maalgoed met de vereiste deeltjesgrootte. Het gemalen materiaal wordt daarna gemengd met de fijne fraktie van de vliegas en één of meerdere aktiverende stoffen in een daarvoor geschikte vaste stof-menger 17. Het mengsel wordt daarna opgeslagen in opslagsilo’s 18 en kan van daaruit als eindprodukt 20 in bulk of via een verpakkingsinstallatie verpakt in zakken afgeleverd worden.

Tenslotte wordt opgemerkt dat het eerder genoemde smeltvat ook een draaioven kan omvatten.

Claims (12)

1. Werkwijze voor het bereiden van een poedervormige stof met hydraulisch bindende eigenschappen, uitgaande van materiaal dat GaO, SiO^ en bevat, welk materiaal bij een temperatuur gelegen tussen 1400°C en 1550°C in een vat wordt gesmolten, desgewenst onder toevoeging van genoemde of andere verbindingen, zodat een smelt resulteert met een samenstelling van 33 tot 52 m% CaO, 9 tot 25 mZ AlgO^ en ^ tot ^ SiC^, we^e wordt af getapt, ge koeld, verfijnd, met het kenmerk, dat de afgetapte smelt wordt gekoeld door deze tussen de walsen van een walsenkoeler (kalander) te leiden tot een temperatuur gelegen tussen 500eC en 1000°C is verkregen, waarna de dan gestolde massa wordt gebroken en met lucht verder gekoeld en waarbij de verhitte koellucht wordt benut.

2. Werkwijze voor het bereiden van een poedervormige stof met hydraulisch bindende eigenschappen volgens konklusie 1, met het kenmerk, dat het materiaal waarvan wordt uitgegaan vliegas is, afkomstig van met (steen)kool gestookte installaties.

3. Werkwijze voor het bereiden van een poedervormige stof met hydraulisch bindende eigenschappen volgens konklusie 1 en 2, met het kenmerk, dat door het afschrikken in een walsenkoeler een temperatuur van het materiaal wordt gesteld van omstreeks 700°C.

4. Werkwijze voor het bereiden van een poedervormige stof met hydraulisch bindende eigenschappen volgens konklusies 1-3, met het kenmerk, dat de koellucht na te zijn verhit in het proces wordt gebruikt.

5. Werkwijze voor het bereiden van een poedervormige stof met hydraulisch bindende eigenschappen volgens konklusie 1-4, met het kenmerk, dat de koellucht na te zijn verhit, wordt gebruikt voor voor-verwarming van de grondstoffen, afzonderlijk of gezamenlijk.

6. Werkwijze voor het bereiden van een poedervormige stof met hydrau lisch bindende eigenschappen volgens konklusies 1-5, met het kenmerk, dat tot minimaal 500°C gekoelde massa wordt gebroken tot deeltjes van circa 0,5 tot 1 mm dikte, 5 tot 50 mm lengte en 5 tot 20 mm breedte, alvorens met lucht verder af te koelen.

7. Werkwijze voor het bereiden van een poedervormige stof met hydrau lisch bindende eigenschapperf volgens konklusies 1-6, met het kenmerk, dat de afkoeling tot minimaal 500°C binnen 0,5 tot 30 minuten plaatsvindt en de afkoeling met lucht binnen 0,5 tot 5 uren.

8. Werkwijze voor het bereiden van een poedervormige stof met hydrau lisch bindende eigenschappen volgens één of meer van de voorgaande konklusies, met het kenmerk, dat aan het eindprodukt een alkalisch reagerende stof als aktiverende stof wordt tpegevoegd.

9. Poedervormige stof met hydraulisch bindende eigenschappen, bereid uit CaO, SiO^ en bevattend materiaal, waaronder vliegas van met (steen)kool gestookte installaties, welk materiaal wordt gesmolten en door toevoegingen op een specifikatie van 33 tot 52 m% Ca0, 9 tot 25 val Al^O^ en 23 tot 45 m% SiO^ wordt gebracht, de smelt afgetapt, gekoeld en gemalen onder het desgewenst toevoegen van een aktiverende stof, met het kenmerk, dat het:koelen geschiedt door kalanderen en koelen met een walsenkoeler onder gekontroleerde kondities tot een temperatuur gelegen tussen 500°C en 1000°C, waarna het aldus behandelde materiaal wordt gebroken en met lucht gekoeld, welke koellucht in de inrichting voor het bereiden van de stof wordt benut.

10. Werkwijze en produkt verkregen met de werkwijze, volgens de voorgaande konklusies 1 tot 8, met het kenmerk, dat zowel vliegas als andere reststoffen als grondstof worden toegevoegd.

11. Werkwijze volgens één of meer van de voorgaande konklusies, met het kenmerk dat het smeltvat een draaioven is.

12. Werkwijze en prödukt verkregen met de werkwijze, volgens de voorgaande konklusies 1 tot 8, beschrijving en voorbeeld.