<Desc/Clms Page number 1>
Bei der Verbrennung fossiler fester Brennstoffe, vornehmlich von Kohlen und Koksen, in Grossanlagen, wie z. B. Heizwerken, thermo-elektrischen Kraftwerken od. dgl., fallen grosse Mengen von Asche an, die als Rostasche unter dem Brennraum bzw. als Flugasche im Austrag der Verbrennungsanlage anfällt. Um eine Umweltverschmutzung soweit wie möglich zu vermeiden, wird diese Flugasche in aufwendigen Filteranlagen gesammelt. Die dabei anfallende Flugasche hat bis heute nur in unzureichendem Umfang einer wirtschaftlichen Verwendung zugeführt werden können, wobei dieses Material als Zuschlagstoff und Füller bei der Herstellung von Mauersteinen, Beton, Strassendecken und sonstigen Baustoffen benutzt wurde. Grössere Mengen der Flugasche müssen aber heute immer noch als wertloser Abfall mit entsprechendem Aufwand deponiert werden.
Da Flugasche hiezu nicht trocken transportiert oder deponiert werden kann, wird diese in der Regel mit Wasser zu einer plastischen Masse angeteigt verfrachtet und in diesem Zustand deponiert. Solche Deponien verursachen grosse Schwierigkeiten durch Staubbildung und in der Folge ebenfalls grosse Schwierigkeiten bei der Begrünung und können durch Erosion und Rutschungsgefahr zu einem grossen Umweltproblem werden.
Allein in Österreich fallen im Jahr 1 bis 2 Millionen Tonnen Flugaschen an, und es ist daher verständlich, dass insbesondere in den letzten Jahren in verstärktem Masse nach Anwendungsmöglichkeiten für diese umweltbelastenden Aschen gesucht wurde.
Einleitend sei zum Stand der Technik die DE-AS 2151232 erwähnt, die ein Verfahren zur Herstellung eines wasserhaltigen Produktes aus Mischsilikaten betrifft, wobei Flugasche verwendet wird, die allerdings keinem Spinnprozess zugeführt wird. Dort dienen Elektrofilterasche und schon gesponnene konventionelle Steinwolle oder Glaswolle als silikatisches Rohmaterial für die Mischsilikate.
Bei dem in der DD-PS Nr. 124797 beschriebenen Verfahren zur Herstellung von Glas- und Formsand wird Elektrofilterasche als Rohmaterial zur Erzeugung von Glas- bzw. Formsand genutzt.
Anderseits existiert eine grosse Zahl von Veröffentlichungen, in welchen die Verwertung insbesondere von Rost-Aschen bzw. -Schlacken für die verschiedensten Zwecke beschrieben ist. So ist z. B. vorgeschlagen worden, Rostaschen in gemahlenem oder stückigem Zustand Zementen zuzusetzen oder aber durch Sinterung von Kessel- oder Müllschlacken bzw. Rostaschen, gegebenenfalls unter Zusatz von feinzerteilten Flussmitteln, Steinzeuge herzustellen.
Weiters wurde versucht, Aschen und insbesondere Schlacken verschiedener Provenienz einer Verwertung zuzuführen, indem sie gegebenenfalls nach Zugabe von Schmelzhilfen zu Wollen od. dgl. versponnen wurden. So beschreiben die DE-OS 2729696 und die äquivalente GB-PS Nr. 1, 529, 288 die Herstellung von sogenannten"Mineralwoll"-Produkten auf dem Weg, ein feinverteiltes Ausgangsmaterial mit einem hydraulischen Bindemittel zu Briketts umzuformen, welche dann in eine Schmelze umgewandelt werden, die zur gewünschten Wolle verarbeitet wird. In die Mischung aus Ausgangsmaterial und hydraulischem Bindemittel wird dort zwingend ein feines anorganisches Material mit einem ausgesprochen hohen Si02 -Gehalt von mindestens 75% Si02 eingeführt.
Als solches hochkieselsäurehaltiges Material werden in der Tabelle auf Seite 10 dieser DE-OS Mischungenvon Calciumsilikat, Flugasche aus der Ferrosilizium-Produktion, welche bekanntlich einen sehr hohen Si02 -Gehalt von über 80% aufweist (übliche Flugasche hat dagegen einen Si02 -Gehalt von höchstens etwa 60 Gew.-%), gemahlenes Glaspulver oder Wasserglas (wobei diese Zusätze jeweils alternativ vorgesehen sind) mit grossen Mengen Kies, also Quarzsand (praktisch reines Si02), geoffenbart. Im Ausgangsmaterial selbst wird gemäss der Tabelle die bei der Produktion der Steinwolle anfallende Abfallwolle eingesetzt.
In der GB-PS Nr. 931, 199 ist eine direkt mit einer Feuerung in Verbindung stehende Vorrichtung beschrieben, in welche eine ökonomische Produktion von Steinwollen bzw. -filzen direkt aus den heissen Aschen bzw. Schlacken erfolgt.
Die DE-OS 2809639 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Mineralfasern aus Schlacken von Schmelzkammerkesseln von Kohlekraftwerken. In dieser Druckschrift ist ausschliesslich vom Einsatz von Schmelzkammerkesselschlacke die Rede. Diese Druckschrift ist im wesentlichen darauf ausgerichtet, einen Kraftwerksbetrieb und eine Faserherstellung so zu koordinieren, dass die Energiemenge, die der noch flüssigen Schlacke innewohnt, gleich für die Faserherstellung genutzt wird.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass im Gegensatz zu Rostaschen Flugaschen von vornherein immer
<Desc/Clms Page number 2>
in festem Zustand anfallen und Kesselschlacken eine andere Zusammensetzung haben als Flugaschen.
Weiters ist in der US-PS Nr. 2, 300, 930 ein Verfahren beschrieben, bei welchem aus Rost-Aschen, also Schlacken, welche bei der Verbrennung fester fossiler Brennstoffe entstehen und unter dem Verbrennungsraum ausgetragen werden, nach Zugabe von Flussmitteln, nämlich Kalkstein oder Dolomit, unter Abtrennung von Eisen bei reduktiven Bedingungen eine Steinwolle erzeugt wird.
Auf Seite 2 dieser US-PS sind drei Brennstoffaschen konkret beschrieben, die sich in ihrer chemischen Zusammensetzung von jener von Flugaschen wesentlich unterscheiden. Sie haben folgende FeOs-bzw. CaO-Gehalte :
EMI2.1
<tb>
<tb> Asche <SEP> A <SEP> : <SEP> 38% <SEP> Fe203
<tb> Asche <SEP> B <SEP> : <SEP> 18% <SEP> CaO, <SEP> 17% <SEP> Fie203
<tb> Asche <SEP> C <SEP> : <SEP> 18% <SEP> CaO
<tb>
EMI2.2
<Desc/Clms Page number 3>
für eine Produktion von Fasern begünstigen. Eine Mahlung vor dem Überführen in eine Schmelze erübrigt sich vollkommen, sie weisen günstigen Sieblinienaufbau sowie weiters im Vergleich zu den bisher eingesetzten Rostaschen und Schlacken wesentlich gleichmässigere Zusammensetzung und daher besser steuerbare Viskositätswerte und Schmelzeigenschaften auf.
Grund für die letztgenannte Eigenschaft ist unter anderem die ungleichmässigere Zusammensetzung der Flugaschen aus Verbrennungsanlagen. Die Analysenwerte von typischen Flugaschen (Elektrofilteraschen) zeigt die folgende Tabelle :
EMI3.1
<tb>
<tb> Komponente <SEP> Gehalt
<tb> MO <SEP> : <SEP> etwa <SEP> 40-60 <SEP> Gew.-% <SEP>
<tb> AlOg <SEP> etwa <SEP> 15-30 <SEP> Gew.-% <SEP>
<tb> CaO <SEP> etwa <SEP> 1-15 <SEP> Gew.-% <SEP>
<tb> Fe. <SEP> 03 <SEP> etwa <SEP> 2 <SEP> - <SEP> 8 <SEP> Gew.
<SEP> % <SEP>
<tb> MgO <SEP> < 5 <SEP> Gew.-% <SEP>
<tb> Alkalioxyde <SEP> < <SEP> 3, <SEP> 5 <SEP> Gew.-%, <SEP> insbesondere <SEP> < <SEP> l <SEP> Gew.-% <SEP>
<tb> S03 <SEP> < <SEP> 3 <SEP> Gew.-%, <SEP> insbesondere <SEP> < <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> Gew.-% <SEP>
<tb> C <SEP> bis <SEP> zu <SEP> 15 <SEP> Gew.-%, <SEP> insbesondere <SEP> 9-10 <SEP> Gew.-% <SEP>
<tb> (neue <SEP> Aschen <SEP> : <SEP> 3-6 <SEP> Gew.-%) <SEP>
<tb>
Auffallend an diesen Aschen ist der relativ hohe Gehalt an Sitz sowie die relativ geringen Gehalte an CaO und Alkalien.
Die Korngrössenverteilung einer typischen Filterasche zeigt folgendes Bild :
EMI3.2
<tb>
<tb> Anteile <SEP> > <SEP> 100 <SEP> pm <SEP> : <SEP> etwa <SEP> 10-20 <SEP> Gew.-% <SEP>
<tb> Anteile <SEP> von <SEP> 50 <SEP> bis <SEP> 100 <SEP> pm <SEP> : <SEP> etwa <SEP> 10-60 <SEP> Gew.-%, <SEP> insbesondere <SEP> 10-35 <SEP> Gew.-% <SEP>
<tb> Anteile <SEP> < <SEP> 50 <SEP> pm <SEP> : <SEP> Rest <SEP> auf <SEP> 100 <SEP> Gew.-%
<tb>
Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung von neuen keramischen Fasern bzw. Wollen, die insbesondere für die Bauindustrie von Interesse sind und sich durch gute Wärme- und Schall-Dämmeigenschaften, Festigkeit, geringe Wasseraufnahme sowie günstige Verarbeitbarkeit und Manipulation auszeichnen.
Eine Reihe von Untersuchungen hat gezeigt, dass sich unter Vermeidung der Schwierigkeiten beim Einsatz von üblichen Schlacken und Aschen, Flugaschen allein, also ohne jeden Zusatz, zu Schmelzen verarbeiten lassen, welche keramische Fasern bzw. Wollen mit ausgezeichneten Eigenschaften zu liefern imstande sind. Weiters wurde gefunden, dass ein Teil der Flugasche ohne weiteres durch Mergel ersetzt werden kann.
Es ist Ziel der Erfindung, unter Umgehung der bisher eingesetzten Rost-Schlacken und unter Einsparung wertvoller Rohstoffe das umweltbelastende Abfallprodukt Flugasche unter Herstellung wertvoller keramischer Fasern und Wollen einer wirtschaftlich sinnvollen Verwertung zuzuführen.
Gegenstand der Erfindung sind demnach keramische Fasern und Wollen auf Basis von silikathaltigen Schmelzen von bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen anfallenden Flugaschen, vorzugsweise Filteraschen aus Verbrennungs- bzw. Heiz-Anlagen und/oder kalorischen Kraftwerken, insbesondere Elektrofilter-Aschen, welche dadurch gekennzeichnet sind, dass die Fasern ausschliesslich aus der Flugasche, insbesondere Filterasche, ersponnen sind, die gegebenenfalls zu 20 bis 80 Gew.-%, insbesondere zu 25 bis 65 Gew.-%, ausschliesslich durch, insbesondere kalkreiche, Mergel, ersetzt ist.
Die in den erfindungsgemässen keramischen Fasern bzw. Wollen eingesetzten Flugaschen bringen gegenüber Rostaschen insbesondere den Vorteil, dass sie sich-der Abgasstrom übt auf sie sozusagen einen Sichtungseffekt aus-durch gleichmässigen Kornaufbau, gleichmässige Dichte und schliesslich auch gleichmässige chemische Zusammensetzung auszeichnen. Damit erübrigt sich eine Mahlung
<Desc/Clms Page number 4>
und Sichtung, ein Entfernen von metallischem Eisen und insbesondere ein kontrollierender Zusatz von Korrekturstoffen. Die dadurch erreichbaren Vorteile heben den sich aus dem in der Regel höheren Schmelzbereich ergebenden Nachteil bei weitem auf. Der Mergel kann bevorzugt in stückiger Form - zur Verwendung im Kupolofen : Stückdurchmesser 20 bis 100 mm bzw. 40 bis 70 mm, für die Verwendung im Elektroschmelzofen : 2 bis 7 mm-eingesetzt werden.
Diese Korngrössen liegen um Grössenordnungen weit über jener von Rohmehl, das aus dem Stand der Technik als Zusatzstoff bekannt ist und das Mergel nur als eine der Komponenten enthält.
Erfindungsgemäss ebenfalls einsetzbarer feingemahlener Mergel stellt aber ebenfalls einen
EMI4.1
vermahlen werden und daher der Mergel dort nicht allein vorhanden ist.
Als Mergel kommen auch solche in Frage, welche vorher für die Herstellung von Zement vorbereitet worden sind. Die bevorzugt einzusetzenden kalkreichen Mergel können auch durch kalkärmere Mergel ersetzt werden, denen z. B. Kalkstein oder Dolomit zugesetzt sind.
Es wurde gefunden, dass beim gegebenenfalls vorgesehenen Ersatz der Flugasche im angegebenen Ausmass durch einen Mergel die Eigenschaften der auf Basis reiner Flugasche aufgebauten Fasern jedenfalls erhalten bleiben, jedoch eine Spinnbad-Temperatur-Senkung möglich wird. Bisweilen zeichnen sich die mergelmodifizierten Flugaschefasern durch erhöhte Geschmeidigkeit aus. In jedem Fall kann durch den Mergel-Zusatz eine Farbaufhellung der erhaltenen Fasern: erzielt werden, was vom Konsumenten oft gewünscht wird.
Die neuen Fasern stellen, wie einschlägige Versuche gezeigt haben, ein vollwertiges, in der Bauindustrie unmittelbar einsetzbares Produkt dar.
Die Fasern lassen sich insbesondere als Füllmittel und/oder Verstärkungselemente in Baustoffen aller Art oder direkt in Form von "Wollen", Geweben, Filzbahnen, Vliesen, Faserbahnen od. dgl. und bevorzugt als Baustoff mit ausgezeichneten Schall- und Wärme-Dämm-Eigenschaften einsetzen.
Die erfindungsgemässen Fasern bzw. Wollen können a) direkt als solche in Baustoffgemische eingearbeitet und z. B. mit (hydraulischen) Binde- mitteln, wie etwa Kalk, Zement, Phosphaten, Wasserglas, oder beispielsweise auch Kunst- harzen zu Mörteln, Verputzen oder'Formkörpern wie z. B. Formsteinen, gebunden und
EMI4.2
b) die Fasern werden-gegebenenfalls gleich bei ihrer Herstellung - zu keramischer Wolle, zu Geweben, Faserbahnen, Filzen oder Vliesen verarbeitet, die gegebenenfalls mit Binde- mitteln, wie z. B. Phenolharzen, verstärkt, in Form von Dämmelementen aller Art, Dämm-
Platten und verlegungsfertigen Bahnen Einsatz finden können. Zusätzliche Verwendungs- möglichkeit für die Fasern besteht im Einsatz-als Filterstoffe, da sie chemikalienresi- stent sind.
Die erfindungsgemässen Fasern können, wenn sie langfaserig vorliegen, als zugaufnehmende Verstärkungselemente in Kunststoffe, wie z. B. Platten, Auskleidungen usw., eingebracht werden.
Die neuen Fasern zeichnen sich durch hohe Festigkeit, hohe Geschmeidigkeit, geringe Sprödigkeit, geringe Wasseraufnahme, hohe Säure- und Chemikalienbeständigkeit sowie hohes Wärme- und Schall-Isolier- und -Dämmvermögen aus. Darüberhinaus bieten sie die Möglichkeit der wirtschaftlichen Verwertung des stark umweltbelastenden Abfallproduktes Flugasche.
Gegenstand der Ersfindung ist weiters ein Verfahren zur Herstellung der bisher beschriebenen, neuen keramischen Fasern bzw. Wollen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man ausschliess-
EMI4.3
diese dann einem Spinnvorgang unterwirft, wonach gegebenenfalls die erhaltenen Fasern aneinandergebunden werden. Die erwähnte, abschliessende Bindung der Fasern aneinander kann je nach gewünschtem Zweck auch unterbleiben. Sie ist insbesondere dann von Interesse, wenn die Fasern
<Desc/Clms Page number 5>
bzw. Wollen in Form von Vliesen oder Filzbahnen übergeführt werden sollen. Zur Bindung, insbesondere in der Wärme, sind vernetzende und hitzehärtbare Harzsysteme, wie z. B. Phenolharze, Harnstoffharze oder Epoxydharze bevorzugt.
Dabei kann so vorgegangen werden, dass sofort beim Entstehen der Fasern, also noch wenn sie heiss sind, das Harz auf die sich bildende Wolle aufgetropft oder gesprüht wird, und dort unter Vernetzung die gewünschte Bindung bildet. Die Fasern oder
EMI5.1
gebunden werden.
Bevorzugt wird zur Herstellung der zu verspinnenden Schmelze eine Flugasche mit einer Partikelgrösse, wie sie oben beschrieben ist, eingesetzt. Es hat sich gezeigt, dass bei Einsatz derartig aufgebauter Flugaschen die Bereitung der Schmelze bzw. auch die Bereitung von Formkörpern vor dem Schmelzen problemlos ist.
Es hat sich gezeigt, dass bei der Herstellung, also beim Spinnen der Faser aus Schmelzen auf Basis von Flugasche und gegebenenfalls Mergel bei Einhaltung der oben angeführten Grenzen wesentlich weniger Abfall - der üblicherweise in Form von Schmelze-Perlen auftritt-anfällt, als üblicherweise bei Mineralfasern, dass also die Faserausbeute beim Verspinnen der Flugasche-Schmelzen höher ist als bei den bisher bekannten Mineralfaser-Produktionsprozessen.
Es hat sich zur Herstellung der Fasern und Wollen, insbesondere wenn Staubbildung vermieden werden soll, als günstig erwiesen, wenn man die Flugasche mit einem Anmach- und/oder Bindemittel, vorzugsweise Wasser und/oder Klebstoffen, wie beispielsweise Wasserglas, Phosphate, anorganischen Bindemitteln, z. B. Zement oder Kalk-Hydrat, Melassen und/oder Kunstharzen in Formkörper, beispielsweise Briketts oder Pellets, überführt und diese dem Schmelzvorgang unterwirft. Solche Briketts bewähren sich insbesondere auch dann, wenn Abfallwolle aus dem Prozess den Ausgangsmaterialien zugesetzt wird.
Bevorzugt werden entweder die erhaltenen Briketts oder aber es wird die Flugasche, wie sie anfällt, in einen Elektro-Schmelzofen eingebracht und dort dem Schmelzvorgang unterworfen.
Es erfolgt also ein gleichmässiges Schmelzen zu einer grösseren Menge Schmelze, von welcher die jeweils benötigte Menge zum Verspinnen abgezogen wird.
Wird ein Teil der Flugasche durch einen Mergel ersetzt, kann dieser in stückiger Form neben der lockeren Flugasche in den Schmelzofen eingebracht werden. Es besteht weiters die Möglichkeit, die Flugasche zu Formkörpern zu verpressen, deren Grösse etwa der Korngrösse des eingesetzten Mergels entspricht. Üblicherweise beträgt die Korngrösse des zugesetzten Mergels bei Anwendung eines Elektroschmelzofens etwa 2 bis 7 mm, bei Anwendung eines Kupolofens 20 bis 100 mm, insbesondere 40 bis 70 mm.
Steht ein Mergel zur Verfügung, der problemlos vermahlbar ist oder überhaupt schon feinteilig vorliegt, kann dieser im feinteiligen Zustand, gegebenenfalls nach trockenem Mischen, zusammen mit der Flugasche in den Ofen eingebracht werden, oder aber es werden die Flugasche, wie
EMI5.2
Beim Verspinnen selbst kann man so vorgehen, dass man die Flugasche-Schmelze durch Spinndüsen führt. Dies ist insbesondere dann von Interesse, wenn beispielsweise lange Verstärkungsfasern erzeugt werden sollen.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass man zum Spinnen von Wolle mindestens einen Strahl der Flugasche-Schmelze über einen rotierenden Spinnteller oder einen Mehrrad-Spinner (multi wheel spinner) führt.
Man kann weiters aber auch vorsehen, dass man die Flugasche-Schmelze mittels eines Gasstromes, insbesondere eines Luft- oder Dampfstromes, in die erfindungsgemässen Fasern bzw. Wollen überführt.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, einen Strahl der Schmelze über einen rotierenden Spinnteller zu führen und zusätzlich mittels eines Gasstromes, insbesondere Luft- oder Dampfstro- mes, in die Fasern bzw. Wolle überzuführen.
Die neuen, erfindungsgemäss erhältlichen Fasern sind sehr fein und haben eine mittlere Stärke im Bereich von 2 bis 15 pm, insbesondere von 5 bis 8 pm.
<Desc/Clms Page number 6>
Die neuen Fasern bzw. deren Herstellung werden an Hand der folgenden Beispiele erläutert.
Beispiel 1 :
Es wurden aus den unten angeführten Ausgangs-Komponenten (100 Gew.-Teile = 100 Gew.-%) und zusätzlich Wasser (2, 5 Gew.-Teile) und Melasse (5 Gew.-Teile) als Bindemittel Briketts in I Nussform 4 cm x 4 cm x 2 cm auf einer Brikettiermaschine hergestellt und bei den in der Tabelle angegebenen Temperaturen in einem Elektroschmelzofen bzw. Kupolofen daraus Spinnschmelzen herge- stellt. Diese wurden über einen hochhitzebeständigen Spinnteller geführt und gleichzeitig wurde mittels eines Luftstrahls der Spinnvorgang unterstützt.
Tabelle
EMI6.1
<tb>
<tb> Flugasche* <SEP> Mergel** <SEP> Temperatur <SEP> der <SEP> Schmelze <SEP> Faserstärke <SEP> Faserfarbe <SEP>
<tb> Gew.-% <SEP> Gew.-% <SEP> beim <SEP> Spinnen <SEP> in <SEP> um <SEP>
<tb> "C
<tb> 1 <SEP> 100 <SEP> 0 <SEP> 1650 <SEP> 4-11 <SEP> graubraun
<tb> 2 <SEP> 80 <SEP> 20 <SEP> 1580 <SEP> 3 <SEP> - <SEP> g <SEP> hellgrau <SEP>
<tb> 3 <SEP> 55 <SEP> 45 <SEP> 1370+ <SEP> 3 <SEP> - <SEP> 8 <SEP> weiss <SEP>
<tb> 4 <SEP> 20 <SEP> 80 <SEP> 1350+ <SEP> 4 <SEP> - <SEP> 8 <SEP> weiss <SEP>
<tb>
*) Elektrofilterasche aus kalorischem Kraftwerk aus aus Gmunden +) Kupolofen Beispiel 2 :
Auf den Elektrofiltern eines steinkohle-gefeuerten kalorischen Kraftwerkes abgeschiedene Flug- asche wurde, wie sie anfällt, in einen Elektro-Schmelzofen bei Temperaturen von 1620 bis 16400C gebracht und in eine Schmelze übergeführt, welche im Luft-Strahl zu einer keramischen Wolle mit graubrauner Farbe und einer Faserstärke von 5 bis 9 pm versponnen wurde.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Keramische Fasern bzw. Wollen auf Basis von silikathaltigen Schmelzen von bei der Ver- brennung von fossilen Brennstoffen anfallenden Flugaschen, vorzugsweise Filteraschen aus Verbren- nungs-bzw. Heiz-Anlagen und/oder kalorischen Kraftwerken, insbesondere Elektrofilter-Aschen, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern ausschliesslich aus der Flugasche, insbesondere Filterasche, versponnen sind, die gegebenenfalls zu 20 bis 80 Gew.-%, insbesondere zu 25 bis 65 Gew.-%, aus- schliesslich durch, insbesondere kalkreiche, Mergel, ersetzt ist.