Aditívum z odpadov výroby oxidu hlinitého na hutnícke účely a spôsob jeho výroby

Stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

PRIEMYSELNÉHO VLASTNÍCTVA SLOVENSKEJ REPUBLIKYČíslo prihlášky 109-2010 Dátum podania prihlášky 11. 8. 2010Dátum nadobudnutia účinkov úžitkového vzoru 27. 10. 2011Dátum podania prioritnej prihlášky Krajina alebo regionálna organizácia priorityDátum zverejnenia prihlášky 6. 7. 2011 Vestník UPV SR č. 7/2011úžitkového vzoru 5. 12. 2011 Vestník UPV SR č. 12/2011Dátum zápisu a sprístupnenia úžitkového vzoru verejnosti 27. 10. 2011 Číslo pôvodnej prihláškyČíslo pôvodnej patentovej prihláškyČíslo podania medzinárodnej prihlášky podľa PCTČíslo zverejnenia medzinárodnej prihlášky podľa PCTČíslo podania európskej patentovej prihláškyAdítivum určené na hutníeke účely obsahuje do 90 hmotn. kalu z výroby oxidu hlinitého a min. 10 hmotn. hydraulického spojiva a až do 1 hmotn. aktivátora, alebo aditívum, v ktorom sa l až 10 hmotn. kalu nahradí odpadom obsahujúcim kovy alebo oxidy kovov. Opisuje sa spô~ sob prípravy aditíva miešaním uvedených materiálov a následným lisovaním na brikety alebo iné tvarované výrobkyAditívum z odpadov výroby oxidu hlinitého na hutnícke účely a spôsob jeho výrobyTechnické riešenie sa týka výroby aditíva pre hutnícke účely na báze červeného kalu - odpadu z výroby oxidu hlinitého (AlgOg) na zlepšenie troskového režimu, vlastnosti liatin a oceli, zníženie opotrebenia výmurovky hutníckych peci a ako čiastočná náhrada drahších aditiv.Doteraj ší stav technikyDoteraz rrmoho druhov odpadov pochádzajúcich z hutnickych procesov (napr. kaly z výroby oxidu hlinitého a iných výrob) sa vo väčšom rozsahu nezhodnocuje. Príklad jedného z mála rozšírených recyklačných procesov je skusovanie trosky z výroby ferozliatin do brikety pravidelného tvaru a chemického zloženia. Produkt, ktorý má pravidelné zloženie a mechanické parametre je možné vsádzkovať do niektorých typov pecí v hutnictve ako bežnú surovínovú zložku. Hutníctvo má v súčasnosti široký rozsah kvalitných aditív na zlepšenie pecných procesov, preto hľadanie ich náhrad odpadmi sa javí ako rizikové. Nevýhodou doterajších aditív z hľadiska životného prostredia a tým aj ceny je, že sa vyrábajú z prírodných surovín, alebo s veľkým podielom prírodných surovín.Skládky červeného kalu (všeobecný pojem pre odpad z výroby AlzOg, bez ohľadu na technológiu výroby,ktorý je skládkovaný na kalovom poli) predstavujú doteraz V celosvetovom meradle nezvládnutý problém starých a novovznikajúcich záťaži životného prostredia. V súčasnosti hlavným spôsobom znižovania ich negatívnych environmentálnych dopadov je izolácia skládky od okolitého prostredia a následná rekultivácia,pričom naďalej zostáva ich riziko pre životné prostredie a na riešenie ďalším generáciám. spracovaním odpadu z výroby oxidu hlinitého by došlo k odstraňovaniu negatívnych rizík pre životné prostredie a súčasne k výrobe komerčného produktu. V patentových databázach je opísaných rad patentov s postupmi overovanými v laboratómom alebo poloprevádzkovom meradle znižovania rizík skládok červeného kalu, ale zatiaľ ani jeden spôsob aplikácie kalu z výroby oxidu hlinitého v metalurgickom procese nenadobudol dlhodobú spoľahlivú prevádzkyschopnosť.Odpadový kal z výroby oxidu hlinitého je nebezpečným odpadom. Preto stále veľká pozornost sa venuje výskumu jeho bezpečného odizolovania od okolia alebo spracovania tohto kalu. odpadový kal z výroby oxidu hlinitého predstavuje staré a novovznikajúce záťaže pre životné prostredie viacerých krajin, v ktorých sa vyrábal alebo vyrába A 12 O 3. Wanchao Liu, Jiakuan Yang, Bo Xiao, 2009 (Review on treatment and utilization of bauxite residues in China. Pripravený na publikovanie v časopise Int. J. Miner. Process) podávajú podrobný prehľad rôznych možností spracovania červeného kalu. Zhaokun Luan, Qi Wang, Zhiping Jia v patente CN 101468866 opisujú spôsob využitia dealkalizovaného kalu z výroby oxidu hlinitého ako prídavok pri výrobe cementu. Wanchao Liu, Jiakuan Yang, Bo Xiao, 2008 (Application of Bayer red mud for iron recovery and building material production from alumosilicate residues. Journal of Hazardous Materials 161(2009) 474 - 478) skúmajú možnosti získavania železa z červeného kalu a aluminosilikátový zvyšok použiť na stavebné účely.Podľa patentu Block and its manufacturing mehod JP 2005 l 32658 (A) je možné vyrábať vysokopevné kvádre zo zmesi granulovanej trosky, červeného kalu a cementu. Somlai, J. et al, 2008 (Radiological aspects of the usability of red mud as building material additive Journal of Hazardous Materials 150541 - 545) však upozorňujú, že z rádiologického hľadiska sa nemôže pridávať pre výrobu tehál viac než 15 červeného kalu.Pokusy recyklovať kal z výroby oxidu hlinitého späť do pôvodnej výroby, alebo využívať iným spôsobom jeho materiálovú hodnotu, zatiaľ neznižili množstvá tohto odpadu na skládkach. Ani jeden zo známych postupov neopisuje výrobu kvádrov, brikiet alebo iných skusovených foriem neterrníckým spôsobom, v ktorých výrazne najvyšším podielom by bol zastúpený kal z výroby oxidu hlinitého. Doteraz nie je známy spôsob spracovania červeného kalu z výroby oxidu hlinitého na aditivum pre hutnícke procesy.Uvedené nedostatky do značnej miery odstraňuje spôsob výroby aditíva s prevažným podielom kalu z výroby oxidu hlinitého na hutnícke účely vo forme brikiet alebo iných tvarovaných výrobkov (podľa použitej fomiy) netermickým spôsobom podľa úžitkového vzoru, ktoré podstata technického riešenia je založená na predúprave odpadu z výroby oxidu hlinitého, jeho zmiešaní vo vhodných pomeroch s hydraulickým spojivorn, napr. portlandským cementom (85 - 90 15 - 10 hmotn.), aktivátorom, obsahujúcim minimálne jednu z uvedených látok (SiOZ, Na 2 O.nSíO 2, NaZSiOySHZO, CaO, Ca(OH)2, CaClg) v množstve až do 1 hmotn. z celkovej hmotnosti zmesi, alebo aj oxidom titaničitým (TiOg), respektíve odpadom obsahujúcím T 102 (1 - 10 hmotn. z celkovej hmotnosti zmesi), alebo zmesným odpadom z drvenia a mletia elektrickýcha elektronických zariadení, obsahujúcim až do 30 hmotn. zmesi plastov, 5 - 55 hmotn. železných kovov,2 - 25 hmotn. neželezných kovov a až do 30 keramiky a skla v množstve l - 10 hmotn. z celkovej hmotnosti zmesi a následnom briketovaní a vytvrdzovani.Účelom úžitkového vzoru je teda konvertovať odpadový červený kal do tuhej formy (skusovanie), aby sa mohol vsádzkovať do kuplovej pece pri výrobe liatin alebo iných taviacich peci a ovplyvňovať priebeh a výsledok tavby. Zo skládky odobratý červený kal z výroby oxidu hlinitého po predúprave spĺňa požiadavky na vstup do procesu skusovania, ktorými sú vhodná frakcia, vlhkost a hygroskopická schopnosť. Bola skúmaná schopnosť odpadového kalu reagovať so spojivom. V závislosti od výsledku bolo optimalizované surovinové zloženie a bola vypracovaná špecifická receptúra jeho skusovania, ktorou sú dosiahnuté požadované výstupné charakteristiky produktu - tvarová stálosť a dostatočné pevnosť pri manipulácii (sleduje sa rozpadavosť a drobivosť výrobku), transporte a vsádzani do hutníckej pece. Výrobou experimentálnych vzoriek skusovaním materiálu v množstve viac než 5000 kg bola preukázaná realizovateľnosť technického riešeniaPrehľad obrázkov na výkresochNa obr. l je znázomená schéma technologického zariadenia na skusovanie kalu.Príklady uskutočnenia technického riešeniaVstupný materiál je odpadový kal odobratý zo skládky kalu z výroby Al 2 O 3, ktorého chemické zloženie kolíše v širšom rozpätí podľa miesta odberu na skládke. Skúšky boli uskutočnené s odpadom, ktorého približné chemické zloženie je uvedené v tab. 1.Tab. 1. Chemické zloženie spracovávaného kalu z výroby oxidu hlinitéhoRozmery zŕn mali frakčné zloženie udávane v tab. 2Tab. 2. Sitová analýza spracovávaného kalu z výroby oxidu hlinitéhoKal zo skládky z výroby oxidu hlinitého bol pred skusovaním vysušený na voľnom vzduchu nakoľko obsahoval vlhkosť 16 - 18 hmotn. Do procesu skusovania vstupoval materiál o vlhkosti 6,3 hmotn. Samotný kal nie je možne kompaktovať len tlakom lisu, preto bolo nutné pridať spojivo. Spojivom bol portlandský cement CEM I 42,5 R, ktorého hmotnostný podiel v zmesí tvoril 15 hmotn. Zmes bolo nutné miešať počas 5 minút s malým prídavkom vody.Hotové výrobky V tvare hexagonálu o rozmeroch 70 x 70 mm, sa sušili na samonosných paletách 3 dni. Pevnosť v tlaku brikety bola nízka, V oblasti hrán sa čiastočne drobili, pri pádových skúškach sa rozpadali. Po 2 týždňoch dozrievania stratili brikety takmer celý obsah vody a dosiahla sa vyššia (nemerala sa) pevnosť a tvarová stálosť. Briketami bolo možné manipulovať ťažkými mechanizmami.Kal zo skládky z výroby oxidu hlinitého bol skusovaný s prídavkom oxidu titaničitého (TiOZ) rovnakým spôsobom ako v 1. prípade. Do zmesi bolo na úkor kalu pridaných 10 hmotn. oxidu titaničitého v prachovej forme. Zmes bolo nutné dokonale premiešať s malým prídavkom vody.Výsledok zo skusovania bol obdobný ako v prvom pripade. Hotové výrobky dosiahli potrebné mechanické parametre na ich manipuláciu mechanizmarni.Kal zo skládky z výroby oxidu hlinitého bol skusovaný s prídavkom jemne drveného zmesného odpadu elektrických a elektronických zariadení rovnakým spôsobom ako V 1. prípade. Do zmesi bolo na úkor kalu pridaných 9 hmotn. jemne drveného zmesného odpadu elektrických a elektronických zariadení a 1 hmotn. aktivátora. Zmitosť odpadu bola pod 10 mm a jeho hrubé zloženie bolo 26 zmes plastov, 18 neželezné kovy, 41 železné kovy, 15 keramika a sklo. Zmes bolo nutné dokonale prerniešať s prídavkom vody.Výsledok zo skusovania bol obdobný ako v prvom prípade. Hotové výrobky dosiahli potrebné mechanické parametre na ich manipuláciu meehanizmarni.Technické riešenie skusovania kalu zo skládky z výroby oxidu hlinitého so spojivom a ďalšími prídavnými zložkami je bližšie vysvetlené pomocou na obr. l. Technologické zariadenie bolo zostavené ako briketovacia linka s lisom, na ktorom boli vyrobené brikety lisovaním pripravenej zmesi do formy. Nevyhnutnou súčasťou technologického zariadenia sú aj sklady surovín, priestor sušenia kalu a vylisovaného aditíva a predexpedičný sklad hotového aditíva. Sušenie na linke môže byť realizované ako prirodzené alebo konvekčné sušenie horúcim vzduchom. Pri všetkých operáciách, pri ktorých sa pracuje s prašnými látkami sú inštalované odsávacie zariadenia (vhodne vybavené látkovým filtrom - gs - pri operáciách dávkovania prašných surovín a spojiva a od lisu.Samotná briketovacia linka pozostáva z niekoľkých častí zásobníky surovín Ql zásobník spojiva Qg zberná nádoba s váhou 03, M miešacie centrum Q dopravník ü lis ()7 stohovač ()§ - ukladanie čerstvo vylisovaných brikiet.Proces skusovania kalu zo skládky z výroby oxidu hlinitého pozostáva z niekoľkých čiastkových operácii. Suchý materiál je navážaný do zásobníkov Ql, z ktorých sa dávkuje do zberncj nádoby s váhou Q, M. Tu sa naváži presné množstvo vstupného spracovaného materiálu a vyvezie sa do rniešacieho centra 05, kde sa mieša so spojivom v zásobníku spojiva Q v množstvách podľa špecifickej receptúry. Dávkovanie je presne riadené a zaznamenávané operátorom rniešačky. Miešanie trvá niekoľko minút v závislosti od charakteru materiálu. Z miešačky sa vedie dopravníkom ()6 hotová zmes do lisu 07, ktorého výstupom je finálny výrobok brikety alebo iné tvarovky ukladané v stohovači mi. Výrobky sú ďalej niekoľko dní skladované na suchom Inieste, aby došlo k ich úplnému preschnutiu a neskôr sú expedované.Rôzne hutnícke procesy spotrebovávajú veľké množstva prírodných surovín na výrobu rôznych aditív pre najrozličnejšie účely. Postup podľa úžitkového vzoru umožňuje upraviť odpadový kal z výroby oxidu hlinitého do formy vhodnej pre viaceré aplikácie v hutníckych procesoch, najmä pri výrobe sivej liatiny.Riešenie podľa úžitkového vzoru umožňuje z odpadového červeného kalu z výroby oxidu hlinitého vyrobiť aditívum pre hutnícke účely vo forme brikiet (tvaroviek), v y z n a č u j ú c e s a t ý m , že- výsledné vlastnosti hotových výrobkov vyhovujú štandardným kritériám výrobcu brikiet- brikety majú rovnakú a stálu výšku- brikety sa neboria pri vypúšťaní z formy a ani pri schnutí- základne vytvrdenie hotových výrobkov prebieha počas niekoľkých desiatok minút, čo je výsledkom pozitívnej a rýchlej reakcie medzi základným materiálom a použitým spojivom- vhodnosť aplikácie brikiet bola potvrdená aj prevádzkovými skúškami pri výrobe sivej liatiny (nadväzný úžitkový vzor)- šetrí prírodné zdroje, umožní znížiť množstvá skládkovaného kalu a predstavuje aj energeticky nenáročnú altematívu k výrobkom z prírodných zdrojov.

MPK / Značky

MPK: C21C 7/04, C04B 35/101

Značky: oxidů, spôsob, účely, výroby, aditivum, odpadov, hutnické, hlinitého

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/5-u5977-aditivum-z-odpadov-vyroby-oxidu-hliniteho-na-hutnicke-ucely-a-sposob-jeho-vyroby.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Aditívum z odpadov výroby oxidu hlinitého na hutnícke účely a spôsob jeho výroby</a>

Podobne patenty