BR112012024604B1

BR112012024604B1 - lã mineral de materiais recicláveis e método de formação de uma lã mineral

Info

Publication number: BR112012024604B1
Application number: BR112012024604-6A
Authority: BR
Inventors: w brown Martin
Original assignee: Usg Interiors Llc
Priority date: 2010-04-12
Filing date: 2011-04-07
Publication date: 2019-10-29
Also published as: MX339921B; TWI543946B; ES2745486T3; AU2011240936A1; US20110251043A1; PL2558425T3; ZA201207457B; AU2011240936B2; UY33327A; BR112012024604A2; AU2011240936B9; MY159835A; EP2558425A2; JP2013530110A; CA2795174A1; JP5889870B2; CA2795174C; WO2011130090A2; DK2558425T3; RU2012141686A

Abstract

lã mineral de materiais recicláveis e método de formação de uma lã mineral trata-se de uma lã mineral que inclui material reciclado. a lã mineral é caracterizada por uma razão entre o ácido e a base dentro de uma faixa específica. também é fornecido um método de fabricação da lã mineral que inclui a seleção de materiais recicláveis pós-industriais ou pós- consumidor. a aplicação da lã mineral a produtos, tais como um painel de teto acústico, também é fornecida.

Description

Relatório Descritivo do pedido de patente de Invenção para

LÃ MINERAL DE MATERIAIS RECICLÁVEIS E MÉTODO DE FORMAÇÃO DE UMA LÃ MINERAL

PEDIDO RELACIONADO

Este Pedido reivindica prioridade em conformidade com 35 U.S.C. 119(e) do Pedido Provisório número de série U.S. 61/323.164 depositado em 12 de abril de 2010.

ANTECEDENTES

A presente invenção refere-se, em geral, à formação de fibras artificiais e, particularmente, à formação de uma lã mineral.

A lã mineral é uma fibra feita de óxidos de metal ou minerais sintéticos ou naturais. As aplicações industriais de lã mineral incluem termoisolamento, filtração e insonorização.

O processo de fabricação de lã mineral envolve, geralmente, combinar diversos ingredientes, também referidos como componentes ou materiais de partida, em uma fornalha, tal como uma cúpula. Os ingredientes convencionais incluem escória de alto-forno, minerais virgens e coque como um combustível. Uma técnica de fabricação envolve o aquecimento da fornalha até uma alta temperatura, por exemplo, na faixa de 1.400 a 2.000°C e, preferencialmente, 1.600°C, mudança de fase, ou fusão, dos ingredientes para formar um líquido e sopro de uma corrente de ar ou vapor de água através do líquido com o uso de um girador com rodas, conforme é bem conhecido na técnica. 0 produto final é uma massa de fibras não tecidas, entrelaçadas e finas.

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Em lã mineral convencional, os componentes são tipicamente selecionados e proporcionados de uma forma que mantém uma razão entre o ácido e a base alvo (A/B) das fibras constituintes. A razão de A/B é um parâmetro chave devido ao fato de que indica a solubilidade de fibra ou quão facilmente as fibras se dissolvem em fluidos corporais, tal como sangue e saliva. Essa é uma característica importante por razões referentes à saúde humana, já que, provavelmente, esses materiais entrarão em contato com seres humanos como um resultado de seu uso na produção de materiais de construção.

Exemplos de minerais virgens convencionalmente usados como materiais de partida em produção de lã mineral são quartzo e granito. Em alguns casos, os minerais virgens constituem uma proporção relativamente alta dos materiais de partida em peso seco. O uso de tais minerais virgens na produção de lã mineral é atualmente menos desejável devido a uma tendência na indústria de construção de edifícios na direção da conservação de recursos e reciclagem de materiais.

SUMÁRIO

Os problemas identificados acima de lã mineral convencional são dirigidos pela presente lã mineral e método relacionado de produção. Ao substituir mineral virgem ou natural por materiais recicláveis, o valor ambiental da presente lã mineral foi significativamente aumentado em comparação à lã mineral convencional. Na presente lã mineral, os materiais de construção reciclados tal como concreto, fragmentos de tijolo, vidro residual, escória de fornalha e similares substituem minerais virgens

3/27 tal como quartzito e granito. O uso de materiais recicláveis é encorajado pelo U.S. Green Building Council, uma coalizão sem fins lucrativos baseada em Washington, D.C., e seu programa de Leadership in Energy and Environmental Design (LEED). Ao contribuir para uma classificação de LEED, a presente lã mineral acentua uma imagem pública positiva desse material de construção comum. Os produtos fabricados com a presente lã mineral aprimorada, ou lã fibrosa, também tem valor adicionado porque a capacidade do produto de aprimorar a classificação LEED de um edifício.

Mais especificamente, uma lã mineral é fornecida que inclui material reciclado e tem uma razão entre o ácido e a base dentro de uma faixa especifica. Em outra modalidade, um método de formação da lã mineral é fornecido, sendo que inclui selecionar um material reciclável, combinar uma pluralidade de materiais de partida que incluem o material reciclável e processar os materiais de partida combinados para formar a lã mineral que tem uma razão entre o ácido e a base em uma faixa especifica. Nas etapas de processamento geral estão incluídos o aquecimento dos materiais de partida combinados para formar um líquido, e o assopro do líquido conforme este resfria para formar o material de lã mineral.

O processo acima também é conhecido como fiação da lã mineral. A lã mineral também pode ser referida como fiada, lã fiada ou fibras fiadas.

Em ainda outra modalidade, uma telha ou painel do teto é fornecida como propriedades de absorção de som desejáveis. Também conhecido como um painel ou. telha de

4/27 teto acústico, o presente painel é feito da presente lã mineral.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Uma lã mineral é fornecida que inclui um material reciclado o qual substitui minerais virgens. Devido à incorporação do material ou materiais reciclados, a presente lã mineral é classificada com uma pontuação LEED alta, sendo que, através disso, fornece um aprimoramento desejável sobre lã mineral convencional.

Preferencialmente, materiais recicláveis, também referidos como recicláveis, para fazer uma lã mineral de LEED alta incluem, mas não são limitados a, escória, concreto pósconsumidor, fragmentos de tijolo, vidro residual, areia de fundição e combinações desses materiais.

A utilização de materiais recicláveis na produção de lã mineral para fabricar a presente lã mineral é desejável porque ajuda a conservar fontes de material primário, consome muito menos energia que a extração e processamento de minerais virgens ou outras fontes naturais, e ajuda a manter materiais usáveis de se tornarem um problema de poluição ou descarte. Os recicláveis englobam materiais pós-industrial e pós-consumidor. Tipicamente, a reciclagem de material pós-industrial é vista como menos ambientalmente benéfica porque pode encorajar indiretamente processos de fabricação ineficientes que produzem resíduos. Em geral, portanto, o uso de materiais recicláveis é ambientalmente preferível em vez de minerais virgens ou fontes naturais.

A viabilidade de aplicar materiais recicláveis à produção de lã mineral é surpreendente, considerando a

5/27 natureza compósita e as características dispares de vários materiais recicláveis e seus componentes. Na presente lã mineral e processo de produção relacionado, materiais recicláveis pós-consumidor e pós-industrial compõem uma maioria dos ingredientes de partida. Quantidades vestigiais de mineral virgem também podem ser incluídas, embora, preferencialmente, essa fonte natural seja totalmente substituída pelos recicláveis. A lã mineral resultante é alta em teor de material reciclado, o qual torna o presente produto mais desejável que lã mineral convencional.

Na presente aplicação, pós-industrial se refere a materiais recicláveis obtidos a partir de resíduo de fabricação. Os materiais de sucata capazes de serem recuperados dentro de seus respectivos processos de geração não são qualificados como materiais recicláveis. Os materiais recicláveis pós-consumidor são definidos como materiais de resíduos gerados por residências ou por instalações comerciais, industriais e institucionais em seu papel como usuários finais de um produto, o qual não pode ser utilizado novamente para seu propósito pretendido. Os materiais pós-consumidor incluem concreto obtido através da reconstrução de ruas ou demolição de edifícios. A certificação LEED promove práticas de construção e projeto que aumenta rentabilidade enquanto reduz os impactos ambientais neqativos de edifícios e aprimora saúde e bem estar de ocupante.

Conforme discutido acima, a razão entre o ácido e a base é um parâmetro alvo de produção de lã mineral. Uma razão entre o ácido e a base (A/B) da presente lã mineral é

6/27 definida pela razão de óxido de alumínio e sílica para óxido de cálcio e óxido de magnésio:

Al-yOj + SiO-,

CaO + MgO

Ά presente lã mineral é projetada para ter uma razão de A/B que caia dentro de uma faixa específica. Os componentes individuais são analisados para suas composições químicas, a partir das quais a composição química dos materiais de partida como um todo pode se calculada. Um material reciclável pode ser usado em combinação com outro material reciclável, diversos outros materiais recicláveis, um mineral virgem, ou uma combinação de minerais virgens para fazer a presente lã mineral. Prefere-se que a razão de A/B caia em uma faixa de 1,0 a 1,5, e com mais preferência de 1,01 a 1,15. Com mais preferência, prefere-se que a razão de A/B caia dentro da faixa de 1,0 a 1,3. Com mais preferência, a razão de A/B está dentro da faixa de 1,0 a 1,2.

O teor de umidade de concreto pós-consumidor, também referido como Perda de peso por ignição (LOI) não impede seu desempenho como um ingrediente de lã mineral. Em alguns casos, o concreto tem um valor de LOI tão alto quanto 32%. Conforme mostrado na Tabela 2, essa LOI é superior por duas ordens de magnitude ao outros materiais de partida comuns. A razão exara para essa LOI alta é desconhecida, mas pode ser um resultado de perda de água ligada no concreto ou materiais de calcinação dentro do próprio concreto.

Convencionalmente, os fabricantes de lã mineral evitam o uso de materiais compósitos, tal como concreto, por conta de sua natureza instável percebida. Surpreendentemente, foi

7/27 observado que o concreto pós-consumidor é satisfatoriamente estável e muito eficaz como um modificador de valor de LEED RC. Os produtores de lã mineral também, geralmente, evitam materiais que incluem porcentagens altas de partículas menores ou “finas as quais tendem a obstruir as cúpulas e impedir produção. É preferível que o concreto pósconsumidor no presente produto e método incluam um número suficiente de partículas de concreto que têm aproximadamente 5 a 10 cm (2 a 4) de comprimento e aproximadamente 7,5 a 15 cm (3 a 6) de largura para acomodar cúpulas sensíveis a tamanho de partícula. Entretanto, as modalidades da presente lã mineral e método de fabricação não são limitados a operações de cúpula. Por exemplo, operações de uma fornalha elétrica ou uma fornalha de fusão de combustão submersa também são consideradas adequadas, e partículas de tamanho menor, que incluem finas, seriam então ser aceitáveis.

Os materiais de partida incluem, opcionalmente, um ou mais dentre escória de fornalha, fragmentos de tijolo obtidos a partir de fontes de pós-industrial e/ou pósconsumidor, vidro residual, areia de fundição, minerais virgens e combinações dos mesmos. Os minerais virgens adequados incluem quartzito e granito obtidos a partir de formações geológicas. Os minerais virgens também podem ser referidos como pedra natural ou oligoelementos. É contemplado que uma única composição da presente lã mineral não incluiría todos os seguintes materiais. A tabela 1 lista alguns materiais de partida opcionais, junto com a porcentagem em peso seco que cada material de partida pode constituir.

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Tabela 1

Material de partida	Porcentagem em peso seco
Concreto pós- consumidor	13 a 84%
Escória de fornalha	20 a 90%
Fragmentos de tijolo (Pósconsumidor e/ou pós-industrial)	5 a 12%
Minerais virgens	2 a 4%
Vidro residual	10 a 30%
Areia de fundição	5 a 22%

A Tabela 2 exibe a análise de óxido de amostras de concreto pós-consumidor da Vulcan Materiais Company localizada em Lake Bluff, Illinois e tijolo pós-consumidor vendido sob a identificação de Fragmentos de tijolo A da FeHog LLC Environmental Services of Chicago, IL. Também é mostrada a análise de óxido de diversos outros materiais de partida que são contemplados com facilidade na presente produção de lã mineral, sendo que incluem vidro residual e areia de fundição.

O vidro residual vem em muitas formas, cores, químicas e graus. As fontes incluem qualquer indústria de fabricação, recuperação industrial ou comercial e coleta de resíduo municipal relacionada a vidro. Preferencialmente, o presente vidro residual é um material reciclável pósconsumidor conforme isso fornece a maior contribuição ao cálculo de crédito de LEED RC.

A química é o critério primário para seleção de vidro residual como um material de partida para a presente lã mineral. Vidro claro de uma corrente reciclável residencial foi analisado e espera-se que seja um material apropriado.

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Vidro marrom também é contemplado como um material de partida. Vidro Pyrex, vidro borossilicato, espelhos e cristal são evitados devido às duas composições químicas que incluem boro.

Areia de fundição residual é um subproduto da processo de fundição da fundição de metais ferrosos e não ferrosos.

A maioria, até 95%, desse material é gerado do processo de fundição ferrosa. A indústria automotiva e seus fornecedores são os geradores primários desse material.

Cálculos de composição química e razões de A/B foram completados de acordo com métodos descritos no presente documento, com o uso de moldes de fundição pulverizados da Resource Recovery Corporation of América, Coopersville, MI. Espera-se que esse material seja compatível com a presente produção de lã mineral. Moldes não quebrados são preferidos para operações de cúpula.

Tabela

Quartzito	97, 65	C\)	• 0,49	O	0,01	0,05	0, 03	CO ·*.	O ·*	O	0,01	0,39%	4.942,50
Granito	71,52	LT)	C\j	CO	C\]	3,05	5,58	0,26 I	CO o	CO O O	O o	0,36%	00
Areia de fundição	91,84	C\1	1,23	CO	0,28	0, 35	O	0,06 \|	0,01	0,02	0,01	2,19%	206
1 Vidro residual	71, 45	c\]	CO	0,07	11,52	00	CO K.	CO	co	10'0	0,01	0,18%	6, 3
Escória	36, 8	9,26	0,25	Cx]	39,2	CO «K	0,36	0,58 I	0,01	0,52	0,01	o\o	CO
Concreto Pós- 1 consumidor	21,83	2,79	LO »»	12,20	27,67	0,35	0,55	kO	0, 05	o	_______10'0	32%	C\J kO
Fragmentos de tijolo Pósconsumidor	49, 55	CO CN	1,59		0,16		CO	2,15 \|	C\J	10'0	0,02	0,21%	156,35
Fragmentos de tijolo Pósindustrial	CO kO	28,25	1, 95	0,69	0,19	0,23	2,46	CO	0,01		0,02	0,31%	1 103,85
Composto de óxido	CM O •H ω	o CM <	O c\\| CD t-\|	MgO	CaO	O CM Íü	O CM	CM o •H H	Lí*) O CM	co o cxl c s	CO o Cs) O	ΙΟΊ	Razão de A/B

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Conforme mostrado na Tabela 2, o concreto pósconsumidor material tem uma razão de A/B de menos que 1, a qual é similar à escória. Para usar concreto pós-consumidor e permanecer dentro da faixa de razão de A/B alvejada de 1,00 a 1,20, uma combinação de quartzito e/ou fragmentos de tijolo é preferencialmente usada para equilibrar a química de lã mineral resultante. A química de lã mineral é um termo que indica a razão entre o ácido e a base (A/B) do material lã fibrosa fiado. No presente processo de fabricação, etapas são tomadas para obter uma razão desej ada.

A razão de A/B dos fragmentos de tijolo excede 100. Portanto, uma quantidade relativamente pequena de fragmentos de tijolo nos materiais de partida mantêm a razão de A/B alvo quando se utilizada grandes quantidades

de escória,	concreto,	ou outros	materiais	com	uma razão	de
A/B baixa.	0 presente	material	de partida	de	fragmento	de
tijolo pós	-consumidor	oferece	potencial	na	redução	da

quantidade de concreto pós-consumidor necessário para fazer aprimoramentos significativos no valor de contribuição de reciclado de LEED de lã mineral.

Ao aumentar os materiais de partida e, em particular, substituir minerais virgens por materiais recicláveis, preferencialmente concreto pós-consumidor, fragmentos de tijolo pós-consumidor ou uma combinação desses, a lã mineral produzida pelo presente método aumenta o LEED RC atribuível ao produto de lã mineral final. Os créditos de LEED são calculados com o uso da seguinte fórmula:

LEED RC = X+(0,5 x Y).

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Nessa fórmula, LEED RC é a contribuição de reciclado de LEED, conhecida comumente como créditos de LEED, X representa a porcentagem de teor reciclado pós-consumidor, e Y representa a porcentagem de teor reciclado pósindustrial. É preferível usar concreto pós-consumidor originado localmente a partir de projetos de demolição de rodovia e edifício, concreto recuperado, concreto preparado (isto é, esmagado, limpo, e classificado), ou similares. O concreto preparado representa uma fonte consistente/abundante disponível comumente pelo país (isto é, especificação de IDOT, ASTM D-448-08).

As Tabelas 3 e 4 listam várias razões de materiais de partida que devem render um produto de fibra de lã mineral com uma razão de A/B adequada. As porcentagens estão em uma base de peso seco. A ferramenta Solver Add-In® para o programa de planilha Microsoft Excel® foi usada para calcular os valores na Tabela 3 com base em limitações teorias definidas de acordo com razões de A/B desejadas e análises de óxido conhecidas. Os materiais de partida mostrados nas Tabelas 3 e 4 incluem fragmentos de tijolo pós-industrial recicláveis, concreto pós-consumidor reciclável, escória, e quartzito de mineral virgem.

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Tabela 3

Fórmula	Fragmentos de tijolo Pósindustrial	Concreto Pósconsumid or	Escória	Quart zito	Razão de A/B	LEED RC
Atual	2,2%	0,0%	94,0%	3,8%	1,020	48,1
Máximo teórico	13,2%	83,0%	0,0%	3,8%	1,090	89, 6
80	11, 4%	63,8%	21,0%	3,8%	1,090	80,0
75	10,5%	53, 8%	31,9%	3, 8%	1,090	75, 0
70	9, 6%	43,8%	42,8%	3,8%	1,090	70,0
65	8,7%	33,8%	53,7%	3,8%	1,090	65,0
60	7,8%	23, 8%	64,6%	3,8%	1,090	60,0
55	6, 8%	13, 8%	75,6%	3,8%	1,090	55,0
50	5, 9%	3,8%	86, 5%	3, 8%	1,090	50,0

Tabela 4

Fórmula	Fragmentos de tijolo Pósindustrial	Concreto	Escória	Quartzito
Atual	2,2%	0,0%	94,0%	3, 8%
Máximo teórico	9, 5%	87,8%	0,0%	2,7%
80	8,8%	72,2%	16, 2%	2,9%
75	8,4%	63,1%	25, 5%	3,0%
70	7, 9%	53,4%	35,5%	3,2%
65	7,5%	42, 9%	46, 4%	3, 3%
60	7,0%	31,5%	58,1%	3, 4%
55	6, 4%	19, 1%	70,9%	3, 6%
50	5, 8%	5, 5%	84,9%	3,7%

Com as análises de óxido desses materiais conhecidos, um modelo matemático foi desenvolvido para formular mesclas de fibra mineral que incluem concreto pós-consumidor, escória e fragmentos de tijolo. Esses três materiais foram escolhidos porque todos os três desses materiais são pósconsumidor ou pós-industrial na natureza. Em essência, o uso desses três materiais opcionalmente produz uma fibra mineral 100% reciclável. É contemplado que fragmentos de tijolo pós-consumidor preferencialmente substituem os fragmentos de tijolo pós-industrial para fornecer uma

14/27 pontuação de crédito de LEED aprimorada para a presente lã mineral.

Durante testes, as mesclas de materiais foram limitadas a três constituintes devido à configuração das operações de fabricação de fibra mineral existentes. Como as operações existiam no tempo que os testes foram executados, quatro alimentadores de recipiente no total adicionaram materiais à cúpula. Os materiais incluiram coque (combustível de cúpula), escória, fragmentos de tijolo pós-industrial e quartzito. Para incorporar concreto pós-consumidor nos testes de produção, um desses materiais precisou ser esvaziado do sistema de alimentação de recipiente e substituído pelo material reciclável selecionado, concreto pós-consumidor. Visto que quartzito é um material virgem, essa foi a escolha natural para exclusão. Entretanto, se uso em longo prazo de concreto for desejado, a adição de outro alimentador e recipiente é sugerido para dedicação para concreto pós-consumidor.

Para formar o modelo de formulação matemático, a ferramenta Solver Add-In® para o programa de planilha Microsoft Excel foi usada, conforme previamente destacado. Com o uso dessa ferramenta, o modelo foi projetado para aperfeiçoar a mescla de fibra mineral para uma variável alvo enquanto que obedece a certas limitações. Especificamente, as limitações foram fornecidas paras as quantidades de óxidos individuais, a razão de A/B, combinou SiO₂ + AI2O3 e combinou CaO + MgO. As limitações usadas no modelo são fornecidas na Tabela 5 e foram desenvolvidas por limites rigorosos fornecidos nas diretriz de USG com base

15/27 nos Padrões Internacionais de Fibra Vítrea Artificial (International Man Made Vitreous Fiber Standards).

Tabela 5

Limitação	Limite inferior	Limite superior
SiO2	36, 00	44,00
A12O3	8,00	14,00
Fe2O3	0,00	3,00
MgO	4,00	13,00
CaO	32,00	44,00
Na2O	0,00	1,50
K2O	0,00	1,50
TiO2	0,00	1,50
P2O5	0,00	0,50
Mn2O3	0,00	0, 60
Cr2O3	0,00	0,01
Razão de A/B	1,00	1,20
SÍO2+A12O3	0,00	53,00
CaO+MgO	44,00	100,00

As Tabelas 6 e 7 listam porcentagens de concreto pósconsumidor, escória e materiais de partida de granito que resultam em uma fibra de lã mineral que tem uma razão de

A/B adequada. As opções de fórmula da Tabela 6 correspondem às opções de fórmula da Tabela 7.

Tabela 6

Opções de fórmula	Concreto Pósconsumidor	Escória	Granito	Razão de A/B	LEED RC
Atual	0, 0%	92,4%	7,6%	1,036	46, 2
Máximo teórico	81, 6%	0,0%	18,4%	1,090	81, 6
80	78,0%	4,0%	18,0%	1,090	80,0
75	66, 9%	16, 1%	16, 9%	1,090	75,0
70	55,8%	28,3%	15,8%	1,090	70,0
65	44,8%	40,5%	14,8%	1,090	65,0
60	33,7%	52,6%	13,7%	1,090	60,0
55	22,6%	64,8%	12, 6%	1,090	55, 0
50	11,5%	76, 9%	11,5%	1,090	50,0

Tabela 7

Opções de fórmula	Concreto pósconsumidor	Escória	Granito
Atual	0, 0%	92,4%	7, 6%
Máximo teórico	86, 7%	0,0%	13,3%

16/27

80	83, 9%	2,9%	13,2%
75	74,8%	12,3%	12,9%
70	65, 0%	22,4%	12,5%
65	54,4%	33,4%	12,2%
60	42,8%	45,4%	11,8%
55	30,0%	58,6%	11,4%
50	16, 1%	73,0%	10,9%

As Tabelas 8 e 9 listam razões de materiais de partida que incluem fragmentos de tijolo pós-industrial, escória, mineral virgem, e uma proporção baixa a moderada de concreto em peso seco. 0 número de fórmula é o mesmo que o 5 valor de LEED RC. A Tabela 7 mostra composições de materiais de partida que incluem fragmentos de tijolo pósindustrial, concreto pós-consumidor, escória, e quartzito.

A Tabela 8 mostra composições de materiais de partida levemente diferentes que fornecem os mesmos valores de LEED

RC.

Tabela 8

Fórmula	Fragmentos de tijolo Pósindustrial	Concreto Pós- Consumid or	Escória	Quart zito	Razão de A/B	LEED RC de Fibra
50	5, 9%	3,8%	86, 5%	3,8%	1,090	50
51	6, 1%	5,8%	84,3%	3,8%	1,090	51
52	6, 3%	7,8%	82,1%	3,8%	1,090	52
53	6, 5%	9, 8%	79, 9%	3,8%	1,090	53
54	6,7%	11, 8%	77,7%	3, 8%	1,090	54
55	6, 8%	13, 8%	75, 6%	3,8%	1,090	55

Tabela 9

Fórmula	Fragmentos de tijolo Pósindustrial	Concreto Pósconsumidor	Escória	Quartzito
50	5, 8%	5,5%	84, 9%	3,7%
51	6, 0%	8,3%	82,0%	3,7%
52	6, 1%	11,1%	79,2%	3, 7%
53	6,2%	13,8%	76,4%	3, 6%
54	6, 3%	16, 4%	73, 6%	3, 6%
55	6, 4%	19, 1%	70, 9%	3, 6%

A Tabela 10 mostra razões de materiais de partida que incluem somente fragmentos de tijolo pós-industrial e concreto pós-consumidor. Essa formulação utiliza altas concentrações de concreto e habilita um fabricante a 5 alcançar um valor de LEED RC alto enquanto que mantém as razões de A/B alvos. Além disso, é visto que fragmentos de tijolo podem ser um substituto para concreto reciclável, embora a razão de A/B aumente.

Tabela 10

Fórmula	Fragmentos de tijolo	Concreto	Razão de A/B
93,0	14,0%	86, 0%	1,00
91,0	18,0%	82,0%	1, 14
89,5	21,0%	79, 0%	1,25
88,5	23,0%	77,0%	1,33
88,0	24,0%	76,0%	1,49

A Tabela 11 mostra razões teóricas de materiais de partida que incluem concreto pós-consumidor sobre uma faixa ampla de concentrações. A Tabela 12 mostras fórmulas de batelada teóricas da Tabela 11, mas levando LOI de concreto em conta. A razão de A/B é mantida na faixa de 1,0 a 1,5 15 para calcular esses valores teóricos.

Tabela 11

Fórmula	Concreto Pósconsumidor	Escória	Granito	Razão de A/B	LEED RC
atual	0	92,4%	7,6%	1,036	46,2
Máximo teórico	81, 6%	0,0%	18,4%	1,09	81, 6
80	78,0%	4,0%	18,0%	1,09	80
75	66, 9%	16, 1%	16, 9%	1,09	75
70	55, 8%	28,3%	15,8%	1,09	70
65	44,8%	40,5%	14,8%	1,09	65
60	33,7%	52,6%	13,7%	1,09	60
55	22, 6%	64,8%	12, 6%	1,09	55
50	11,5%	76, 9%	11, 5%	1, 09	50

18/27

Tabela 12

Fórmula	Concreto Pósconsumidor	Escória	Granito
Atual	0,0%	92,4%	7,6%
Máximo teórico	86, 7%	0,0%	13,3%
80	83, 9%	2,9%	13,2%
75	74,8%	12,3%	12,9%
70	65, 0%	22,4%	12,5%
65	54,4%	33, 4%	12,2%
60	42,8%	45,4%	11,8%
55	30,0%	58,6%	11,4%
50	16, 1%	73,0%	10, 9%

Em uma modalidade o modelo matemático calculou quantidades de materiais de partida para uma razão de A/B alvejada (razão de A/B de modelo) igual a 1,056 e uma 5 mistura de 5% de concreto pós-consumidor. A Tabela 13 abaixo mostra as mesclas de material de partida expressas em termos das quantidades de mineral e da formulação de entrada de batelada. As quantidades de mineral correspondem às taxas de uso de mineral resultante seguinte 10 à redução de LOI dos materiais que entram no interior da cúpula, enquanto que a formulação de entrada de batelada corresponde à porcentagem de peso de materiais que entram no interior de uma cúpula antes de ignição. Uma segunda mescla de materiais de partida incluía 10% de concreto pós15 consumidor. Veja Tabela 13 abaixo. As mesmas definições dos termos quantidades de mineral e formulação de entrada de batelada se aplicam.

19/27

Tabela 13

	Fragmentos de tijolo Pósindustrial	Concreto pósconsumidor	Escória	Razão de A/B de modelo
Quantidades de mineral	9,0%	5, 1%	85,9%	1,059
Formulação de entrada de batelada	8,8%	7,3%	83, 9%	1,05

Tabela 14

	Fragmentos de tijolo Pósindustrial	Concreto pósconsumidor	Escória	Razão de A/B de modelo
Quantidades de mineral	9, 6%	10,1%	80,3%	1,05
Formulação de entrada de batelada	9,2%	14,2%	76, 6%	1,05

As características de fibra resultantes foram avaliadas. A Tabela 15 exibe as características físicas da fibra de teste e a Tabela 16 exibe a análise química da fibra conforme determinado por Walworth's XRF. A fibra tinha, tipicamente um diâmetro de fibra levemente maior (4,5 a 5,6 mícrons) quando comparado ao controle (4,6 mícrons). Em relação ao conteúdo de dose, mostrou-se que os materiais de teste tinham um conteúdo de dose total inferior quando comparado ao controle. Entretanto, deveria ser observado que o teste pode ter execução mais lenta que o controle, o qual também impactaria o conteúdo de dose total. O valor de micronaire foi levemente superior ao do controle, o qual indica uma porosidade superior por uma base de peso dada.

Em relação à análise química mostrada na Tabela 14, a razão de A/B dos materiais de teste estava próxima ao material de controle de dentro da faixa de razão de A/B

20/27 aceitável de fibra mineral de USG. Enquanto que a razão de A/B estava superior ao do modelo previsto, ainda estava relativamente próxima e dentro de uma faixa segura para uso de produto. Esse material cumpriu todos os requisitos 5 · padrão para fibra· mineral de USG e foi utilizado com sucesso na produção de Sandstone™ sem quaisquer problemas relacionados a produção observados.

Tabela 15

Tempo	Materi al	% de LOI	Diâmetro (microns )	50 malh a	100 malh a	200 malh a	325 malh a	% de dose tota 1	Microna ire
10:13	Contro le	2, 18	4, 6	12, 9	19, 8	21,4	6	60, 1	3,2
11: 00	Materi al transi cional	1,78	4,7	13, 5	16, 7	8,7	6, 2	45,4	3, 7
11.35	5% de concre to	1, 91	4,5	11,5	11,2	8,2	3, 5	34, 3	4
12 : 00	5% de concre to	1,75	5,3	11,3	17,3	10, 5	0, 5	39, 6	4 , 1
12:55	10%	0,72	5,2	17,5	13, 5	8,0	2,7	41,7	5,7
1: 36	10%	0,58	5, 6	13,7	14, 6	9, 9	5,0	43,2	4, 4

Tabela 16

Tempo	Material	Mg	Ά1	Si	S	K	Ca	Fe	Ácido	Base	A/B
10:13	Controle	10, 31	9,21	41,43	0,48	0,44	35,49	0, 33	50, 63	45,80	1, 11
11: 35	5% concreto	10,20	10,26	40,86	0,44	0,55	34,64	0, 42	51,11	44,85	1, 14
12 : 55	10% concreto	10,05	9, 86	40,87	0,38	0, 63	33, 95	0,55	50,73	44,00	1, 15
13:37	10% concreto	10,48	9,78	40,76	0,42	0,59	34,63	0, 48	50, 54	45, 11	1, 12

o modelo matemático foi definido

Em outra modalidade para alvejar formulações de 10% e

15% de concreto pósconsumidor. Por conta da razão de

A/B real da primeira modalidade ser mostrada estar acima do valor previsto pelo modelo, o alvo de modelo foi diminuído quando formulando as mesclas para essa modalidade. O tempo de ciclo de carga . aumentado sobre controle nessa modalidade também. A

Tabela 17 abaixo mostra as mesclas de material de partida expressas em termos das quantidades de mineral e da

21/27 “formulação de entrada de batelada que incluem 15% de • concreto pós-consumidor. Uma segunda mescla de materiais de partida incluía 20% de concreto pós-consumidor. Veja Tabela 16 abaixo.

Tabela 17

	Fragmentos de tijolo Pósindustrial	Concreto pósconsumidor	Escória	Razão de A/B de modelo
Quantidades de mineral	8, 0%	15,0%	77,0%	1,010
Formulação de entrada de batelada	7, 5%	20,6%	71,9%	1,010

Tabela 18

	Fragmentos de tijolo Pósindustrial	Concreto pósconsumidor	Escória	Razão de A/B de modelo
Quantidades de mineral	8, 9%	20,0%	71,1%	1,010
Formulação de entrada de batelada	8,2%	26, 9%	64,9%	1,010

As fibras de lã mineral resultante tinham propriedades conforme descrito nas Tabelas 19 e 20. Os diâmetros de 10 fibra eram maiores e o conteúdo de dose total era geralmente comparável ou menor que os materiais de controle. Acredita-se que a diminuição no conteúdo de dose esteja relacionada à execução inferior da cúpula comparada com produção padrão. A fibra dentro da faixa de faixa de 15 razão de A/B aceitável de 1,00 a 1,20. A razão de A/B real das fibras era, novamente, superior ao da previsão de modelo por aproximadamente 0,11 a 0,15. Portanto, é contemplado que modelos futuros serão criados com essa compensação em mente.

Micronaire	σΊ 00	00	LíO	3,5 ί	00 ι_η
φ	(3	m	Csl	_t \|	00	σΊ
ω	[ )	κ.	κ.	κ.	κ.
ο	o	Ι--	«sj*	LÍ0	j—\|	<ο
Q	-P	LD	'ΕΤ*

	£!					CO
LO	1 '¹1	σΊ	ο	f—		p'-
00	05	ο.
oo	g	LO	·=<Γ	Γ	C0	γ-1
	01
	x:		p--
(23	I-------------1	κ.	κ.	00	[-·-	[—-
(3)	05	00	(23
Cs)	g	1--------1	t—1	CO	σΊ	σΊ
	05
	A		Csl	ι—1	σΊ	οο
(__)					κ.
(23	01	00	<Ώ	LO	00	LD
t—1	g	Cs)	!—1	r—1	τ—1	τ—1
	Φ
	x:	ν—\|	00	,—I		γ—1
	1 \|		κ.		ρ~^·	<.
(23	01	LO	00	«sjl	Ifc.	(23
LO	g	ι—1	γ—1	τ—1	CO	CS)
o	05
P	M
q_)	Λ
Φ	Ή
g	Ψ4
<CÚ		<0	00	(—-		Csl
-H	0)		«u		ο·	v.
Q	Ό	00	00		ο·	LO
(D		,—\|	Cs]	00	,—I	Csl
T5	Μ	Οχ\|	Csl	Cs)
	ο	κ.	κ.	«κ	κ.	·».
o\o	Η-Ι	ο	ο	ο	ο	ο
	ο		σΊ
	£L	σΊ	ο	00	L0)
	g	ο	• ·	• ·		00
	Φ	• ·	<23	00	• ·	• ·
	Η	σΊ	r-4	!—1	γ-Η	Cs)
	Ο			Φ ο	Φ ο	Φ Ο
				Ό ρ>	Ό 4->	Ό +J
	Ο			φ	Φ	Φ
	Η	Φ	Φ	Ρ	Ρ	Μ
	Ό	1 -Ρ	1 4->	υ	υ	Φ
	C	^Φ ω	-Φ ω	ο\° C	ο\° £	ο\ο £
	ο	Ρ Φ	Ρ Φ	m ο	ο ο	Ο Ο
	ο	Q-ι +J	CU 4->	τ—ι Ο	csi u>	Csl Ο

Tabela 19

A/B	LD	1,134	CM	m kte
		co	CM	CM
	CO	CO	\|	LíO
	ΟΟ		co	CM
		•te.	X	«o
CD	Cp)		<25	<25
s	r—1	f—1	—1	1
	—\|	CM	[•x-	σ%
	00	LíO	co	CM
	CO	CO	co	CO
r~H	k.	kte	kte	te.
	<σ»	σι	cn	co
	'χΓ'	'χΓ	00	,______1
	CO	CM	co	<25
	px	co	co	CO
		X
ω
	01	LÍO	CM	co
	LíO	co	oo	co
	te.	te.	te.	X
ω	O	o	o	o
	'xT	co	LÍO	σ>
	00	co	<o	co
	te.	te.		te.
	o	o	o	o
	00	LO	LíO	LíO
	px	'χΓ	'xf¹	<225
	CO	<25	CM	px
	te.	·.		te»
ω	LT)	^p		00
ο	00	co	co	co
		[χ~.	co	co
	oo	<<P	LíO	r~H
	00	co	co	co
φ	te.	te.	X	te.
[14	o	o	o	o
Ο	σι	[X·.	LO	co
04		CM	’χΓ	co
S
α>	<25	c\]	co
Η	Γ—1	rH	r—1	<—1
		0	o	o
		+J
		(D	Φ	(D
		M		M
		O	O	O
		C	C	C
	<D	O	O	O
Ο	-P	o	o	o
*rü	ω
ο	0)	Φ	Φ	(D
Ή	_\|_)	Ό	Ό	Ό
Ό	1
C	Ό	o\o	o\o	o\o
Ο	M	□0	Cp)	<25
ω	CU	í—1	CM	CM

Tabela 20

24/27

Embora uma redução em rendimento de produção de fibra mineral tenha sido observada nas modalidades descritas acima, espera-se que o potencial de LEED RC dessa fibra pague pelo custo de produção aumentado.

A Tabela 21 mostra uma mescla de fibra mineral proposta que incorpora fragmentos de tijolo pós-consumidor. Selecionar um tijolo reciclável que é pós-consumidor é esperado oferecer uma redução significante no uso de concreto pós-consumidor requerido. Uma fibra de LEED RC de 60% é esperada ser obtida com um aprimoramento significante na taxa de rendimento de cúpula para uma fibra mineral de LEED RC alto. A utilização desse tijolo reciclável pósconsumidor requer somente 12,6% de minerais de concreto para alcançar uma fibra de LEED RC de 60%, comparado com 20% de minerais de concreto requeridos quando se usa uma fonte de tijolo pós-industrial. Existe potencial de que esse uso de concreto possa não ser tão prejudicial para as operações de fabricação.

Tabela 21

	Fragmentos de tijolo Pósconsumidor	Concreto	Escória	Quartzito	Razão de A/B
Quantidades	7, 4%	12,6%	80,0%	0,0%	1,0

Um método para formar a presente lã mineral inclui combinar diversos materiais de partida, que incluem concreto reciclável e fragmentos de tijolo reciclável. Os materiais de partida combinados são processados para formar um produto de lã mineral que tem uma razão entre o ácido e a base em uma faixa predeterminada. É contemplado que minerais virqens pode ser evitados totalmente e lã mineral pode ser fiada a partir de somente concreto reciclável e

25/27 fragmentos de tijolo reciclável. É contemplado adicionalmente que vidro reciclável ou areia de fundição reciclável podem ser utilizados na fabricação de lã mineral.

Em outra modalidade, um método para formar um produto de lã mineral inclui combinar concreto reciclável pósconsumidor, que constitui uma porcentagem em peso seco dos materiais de partida na faixa de 12% a 84%, e oligoelementos, os quais constituem uma porcentagem em peso seco dos materiais de partida na faixa de 2% a 4%. Os materiais de partida são misturados e então aquecidos para formar um liquido. 0 liquido é assoprado para formar um produto de lã mineral que tem uma razão entre o ácido e a base (A/B) dentro da faixa de 1,0 a 1,5, conforme descrito acima.

Em ainda outra modalidade, um método para formar uma lã mineral inclui combinar uma pluralidade de materiais de partida. Um recurso do presente método é que os materiais de partida incluem materiais recicláveis pós-consumidor, preferencialmente concreto pós-consumidor, fragmentos de tijolo pós-industrial ou pós-consumidor, uma combinação de materiais pós-consumidor, ou uma combinação de materiais pós-consumidor e pós-industrial. Um fonte tipica de concreto pós-consumidor é entulho de construção de rua e projetos de demolição de edifício. O concreto pósconsumidor é relativamente livre de contaminantes tal como malha de fio, barras de reforço (viga) e asfalto. Uma fonte típica de fragmentos de tijolo pós-consumidor é resíduo de tijolo refratário.

26/27

Uma vez que os materiais de partida são selecionados, eles são processados para formar um produto de lã mineral com o uso de técnicas convencionais, tal como aquelas descritas nas Patentes sob N— U.S. 2.020.403; 4.270.295; e 5.709.728, todas as quais são incorporadas a titulo de referência. Os ingredientes combinados tem uma razão entre o ácido e a base (A/B) em uma faixa predeterminada. É , ΑΙ,Ο,+SiO-, .

preferido que a razão de A/B seja —--------, e a faixa de

CaO + MgO razões predeterminadas de 1,0 a 1,5, e com mais preferência de 1,0 a 1,2, com mais preferência de 1,01 a 1,15.

Mediante combinação, os ingredientes são carregados em uma fornalha adequada, tal como uma cúpula, e aquecidos a uma temperatura na faixa de 1.400°C a 2.000°C, então assoprados, com ar ou vapor de água, para formar a fibra de lã mineral conforme é conhecido na técnica. Essa invenção não é limitada a uma fornalha do tipo cúpula. Outras fornalhas, tal como uma fornalha elétrica ou uma fornalha de fusão de combustão submersa funcionaria tão bem quanto. O material usado em uma cúpula requer dimensionamento de produto para permitir respiração de leito própria e fluxo de ar de combustão. As fornalhas elétricas ou fornalhas de fusão de combustão submersa acomodam materiais de qualquer tamanho, até tamanho de grãos de areia. O dimensionamento de cúpula típico seria 7,5 a 10 cm (3 a 4 polegadas)/10 a 15 cm (4 a 6 polegadas).

A presente lã mineral é particularmente bem adequada para aplicação em produtos que incluem, por exemplo, painéis acústicos, painéis estruturais, lã mineral solta e chumaços de lã mineral. Os painéis são utilizados

27/27 frequentemente como painéis de teto em edifícios tal como casas e escritórios em que atenuação de som é desejada.

Embora modalidades particulares da lã mineral, do produto relacionado e do método relacionado presentes para 5 produção tenham sido descritas no presente documento, será apreciado por aqueles versados na técnica que mudanças e modificações podem ser feitas sem que se desvie da invenção em seus aspectos mais amplos e conforme apresentado nas reivindicações a seguir.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Lã mineral caracterizada por compreender

13% em peso seco de concreto pós-consumo, 20% em peso seco de escória de fornalha, de 5% a 12% em peso seco de fragmentos de tijolos, de 2% a 4% em peso seco de materiais virgens, de 10% a 30% em peso seco de vidro residual e de 5% a 22% em peso seco de areia de fundição, e em que a razão entre o ácido e a base da referida lã mineral é definida como

Al2 O 3 + SiO₂CaO + MgO ' e a referida lã mineral tem a razão entre o ácido e a base na faixa de 1,0 a 1,5.
2. Método de formação de uma lã mineral, conforme definido na reivindicação 1, caracterizado por compreender a seleção de materiais reciclados do grupo consistindo de materiais recicláveis pósindustriais, materiais recicláveis pós-consumo e suas combinações;

combinação de 13% em peso seco de concreto pósconsumo, 20% em peso seco de escória de fornalha, de 5% a 12% em peso seco de fragmentos de tijolos, de 2% a 4% em peso seco de materiais virgens, de 10% a 30% em peso seco de vidro residual e de 5% a 22% em peso seco de areia de fundição, e processar os materiais materiais virgens e recicláveis combinados para formar uma lã mineral, e em que a razão entre o ácido e a base da referida lã mineral é definida como

Á/₂ ^O3 + SiO₂ , e a referida lã mineral tem CaO + MgO a razão entre o ácido e a base na faixa de 1,0 a 1,5, em que o dito processamento compreende as etapas de:

aquecer os materiais combinados a uma temperatura na faixa de 1.400°C a 2.000°C para formar um líquido;

resfriar o líquido; e assoprar o líquido conforme esse resfria para formar a dita lã mineral.
3. Um painel acústico, caracterizado por compreender a lã mineral, conforme definida pela reivindicação 1.