Αξιοποίηση της ερυθράς ιλύος στις βιομηχανίες τσιμέντου
Loading...
Date
2010-04-19T09:49:48Z
Authors
Βαγγελάτος, Ιωάννης
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Στην παρούσα διατριβή εξετάστηκε η δυνατότητα χρήσης της σιδηραλούμινας, του προϊόντος που προέρχεται από την επεξεργασία της ερυθράς ιλύος, ως πρώτη ύλη και ως πρόσθετο στη διεργασία παραγωγής τσιμέντου.
Η ερυθρά ιλύς αποτελεί το παραπροϊόν της επεξεργασίας του βωξίτη για την παραγωγή αλούμινας μέσω της διεργασίας Bayer. Αποτελείται από το τμήμα του βωξίτη που δεν αντιδρά, το τμήμα του βωξίτη που έχει αντιδράσει προς το σχηματισμό άλλων ενώσεων, από συστατικά που εισάγονται στη διεργασία και από τα υδροξείδια του αργιλίου που δεν ανακτώνται.
Η απομάκρυνση του νερού από την ερυθρά ιλύ έχει ως αποτέλεσμα την παραγωγή ενός στερεού υπολείμματος, της σιδηραλούμινας. Αν και υπάρχουν αρκετές διαθέσιμες τεχνολογίες για απομάκρυνση του νερού, η χρήση πρέσας φίλτρων υψηλής πίεσης συγκεντρώνει πολλά προτερήματα. Η μελέτη απομάκρυνσης του νερού πραγματοποιήθηκε σε μια εργαστηριακής κλίμακας πρέσα φίλτρων, όπου και διαπιστώθηκε ότι είναι δυνατή η παραγωγή στερεού υπολείμματος (κέικ) με περιεκτικότητα ~35% σε νερό. Η έρευνα επεκτάθηκε σε πιλοτικής κλίμακας πρέσα φίλτρων όπου εξετάστηκαν περισσότερες παράμετροι, όπως ο τύπος του φίλτρου και το υλικό από το οποίο είναι φτιαγμένο. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι είναι δυνατή η παραγωγή στερεού υπολείμματος με σταθερό ποσοστό υγρασίας μεταξύ 27% και 32% και πυκνότητα περίπου 2g/cm3, οδηγώντας στην εγκατάσταση μιας βιομηχανικής πρέσας φίλτρων υψηλής πίεσης, η οποία λειτουργεί από την αρχή του 2006 με επιτυχία στο «Αλουμίνιο της Ελλάδας».
Η χημική ανάλυση της σιδηραλούμινας καταδεικνύει ότι πρόκειται για ένα υλικό που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν δευτερεύουσα πρώτη ύλη στην βιομηχανία τσιμέντου ως φορέας σιδήρου. Η μελέτη της καταλληλότητάς
της πραγματοποιήθηκε με το σχεδιασμό μιγμάτων πρώτων υλών για την παραγωγή τσιμέντου τύπου Portland στα οποία η σιδηραλούμινα συμμετείχε σε ποσοστά έως 5%κ.β. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα παραγόμενα με σιδηραλούμινα τσιμέντα παρουσιάζουν ίδια ποιοτικά ορυκτολογική σύσταση με το αντίστοιχο αναφοράς ενώ οι φυσικές τους ιδιότητες όπως η απαίτηση σε νερό και ο χρόνος πήξης βρίσκονται στα ίδια επίπεδα. Όσον αφορά στις μηχανικές τους ιδιότητες, οι τιμές που ελήφθησαν κατατάσσουν όλα τα τσιμέντα στην κατηγορία των 42.5N. Ειδικότερα τα τσιμέντα με σιδηραλούμινα κατατάσσονται σε υψηλότερη κατηγορία (52.5N) λόγω των αυξημένων πρώιμων αντοχών (2 ημερών). Τέλος, τα παραγόμενα με σιδηραλούμινα τσιμέντα έδειξαν ότι απελευθερώνουν μεγαλύτερη ποσότητα υδατοδιαλυτού χρωμίου από το τσιμέντο αναφοράς, απόρροια του υψηλότερου αρχικού φορτίου ολικού χρωμίου που περιέχουν.
Οι βιομηχανικές δοκιμές που ακολούθησαν στις βιομηχανίες ΤΙΤΑΝ και ΑΓΕΤ ΗΡΑΚΛΗΣ έδειξαν ότι η προσθήκη σιδηραλούμινας σε επίπεδα 2.7%κ.β οδηγεί σε βελτίωση της εψησιμότητας του μίγματος λόγω της μείωσης του πυριτικού δείκτη. Επίσης η προσθήκη σιδηραλούμινας προς αντικατάσταση του χρησιμοποιούμενου πυρίτη στο μίγμα οδήγησε στη μείωση των ιχνοστοιχείων Mn, Pb, Zn και Cu στο μίγμα ενώ αύξησε το ποσοστό του Cr. Τα αποτελέσματα για το παραγόμενο κλίνκερ έδειξαν ότι η προσθήκη δεν επηρέασε ποιοτικά τις σχηματιζόμενες ορυκτολογικές φάσεις ενώ οι αντοχές που παρουσίασαν τα παραγόμενα τσιμέντα φτάνουν τα 27.7MPa για τις πρώτες 2 ημέρες και τα 51.6MPa μετά από 28 ημέρες. Η επίδραση της προσθήκης στους αέριους ρύπους των εργοστασίων ήταν μηδενική, καθώς οι τιμές αυτών παρέμειναν στα ίδια επίπεδα κατά τη διεργασία παραγωγής.
Προκειμένου να αξιολογηθεί η περιβαλλοντική συμπεριφορά των παραγόμενων με σιδηραλούμινα τσιμέντων, πραγματοποιήθηκαν δοκιμές εκπλυσιμότητας. Για τις δοκιμές χρησιμοποιήθηκαν δύο δείγματα τσιμέντου, ένα χωρίς σιδηραλούμινα (αναφορά) και ένα 2%κ.β σιδηραλούμινα. Οι ανωτέρω δοκιμές πραγματοποιήθηκαν υπό το πρίσμα δύο προτύπων, του NEN 7345-tank test που αναφέρεται σε μονολιθικά υλικά (service life scenario) και του prEN 14429-pH dependence test που αναφέρεται σε κοκκώδη υλικά (“second life” scenario). Σύμφωνα με τη χημική ανάλυση των δύο τσιμέντων, το τσιμέντο με σιδηραλούμινα παρουσιάζει μεγαλύτερο αρχικό φορτίο σε Cr, Ni και V από το αντίστοιχο αναφοράς. Το παραπάνω γεγονός δεν επηρεάζει την απελευθέρωση στην περίπτωση του μονολιθικού υλικού, όπου τόσο για την περίπτωση του Cr όσο και για αυτές των Ni και V παρατηρούνται ίδια επίπεδα απελευθέρωσης τόσο για το δοκίμιο αναφοράς όσο και για το δοκίμιο με σιδηραλούμινα. Στην περίπτωση του κοκκώδους (θραυσμένου) υλικού η απελευθέρωση των ιχνοστοιχείων στο περιβάλλον είναι ανάλογη του αρχικού τους φορτίου και εντείνεται καθώς η ισορροπία μετατοπίζεται προς χαμηλότερα pH.
Οι σύγχρονες τάσεις που αφορούν την εξοικονόμηση ενέργειας και την προστασία του περιβάλλοντος έστρεψαν την έρευνα στη δυνατότητα προσθήκης σιδηραλούμινας ως πρώτη ύλη για την παραγωγή τσιμέντων μπελιτικού τύπου. Η διαφορά των ανωτέρω τσιμέντων με τα τσιμέντα τύπου Portland είναι τα μειωμένα επίπεδα της φάσης του πυριτικού τριασβεστίου (C3S) απόρροια της χαμηλότερης θερμοκρασίας έψησης (~1350οC) γεγονός που τα κατατάσσει στην κατηγορία των φιλικών προς το περιβάλλον τσιμέντων. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η χρήση σιδηραλούμινας για την παραγωγή μπελιτικών τσιμέντων είναι εφικτή αλλά και ότι τα τσιμέντα αυτού του τύπου έχουν ένα σαφές μειονέκτημα έναντι των Portland, τις χαμηλές πρώιμες αντοχές τους. Το μειονέκτημα αυτό αντιμετωπίστηκε με την εισαγωγή γύψου στο μίγμα των πρώτων υλών που είχε ως επακόλουθο τη δημιουργία της υδραυλικής ένωσης 4CaO.3Al2O3.SO3 κατά τη διαδικασία έψησης.
Τέλος εξετάστηκε η δυνατότητα της σιδηραλούμινας να δράσει ως υπόστρωμα για την ρόφηση του εξασθενούς χρωμίου (Cr(VI)) σε υδατικά διαλύματα προκειμένου να χρησιμοποιηθεί ως πρόσθετο στο τελευταίο στάδιο της παραγωγής τσιμέντου. Η μελέτη πραγματοποιήθηκε λαμβάνοντας υπ’ όψιν παραμέτρους όπως το pH του διαλύματος, ο χρόνος επαφής και η αναλογία υγρού προς στερεό (l:s ratio). Τα αποτελέσματα κατέδειξαν ότι η σιδηραλούμινα εμφανίζει ροφητικές ιδιότητες οι οποίες αυξάνονται εάν προηγηθεί ένα στάδιο χημικής και θερμικής επεξεργασίας αυτής. Αυτό οφείλεται στην αύξηση της ειδικής επιφάνειας της σιδηραλούμινας από τα 10m2 g-1 στα 70m2 g-1 λόγω της αύξησης του μικροπορώδους της. Τα επίπεδα ρόφησης χρωμίου για την επεξεργασμένη σιδηραλούμινα έφτασαν σε ιδανικές συνθήκες στα 0.82mg g-1. Ο μηχανισμός της ρόφησης περιγράφεται από την ισόθερμη Langmuir ενώ περιορίζεται σε μια στενή περιοχή τιμών του pH ανάμεσα στο 5 και στο 6.
Description
Keywords
Ερυθρά ιλύς, Σιδηραλούμινα, Φιλτρόπρεσα, Τσιμέντο, Υδατοδιαλυτό χρώμιο