BR112018007141B1

BR112018007141B1 - Fibras minerais, processo para fabricação de fibras minerais e produto de isolamento térmico

Info

Publication number: BR112018007141B1
Application number: BR112018007141-2A
Authority: BR
Inventors: Christopher Ellison
Original assignee: Saint-Gobain Isover
Priority date: 2015-10-08
Filing date: 2016-10-06
Publication date: 2022-11-29
Also published as: EP3359499A1; AR106321A1; UA123545C2; BR112018007141A2; JP6982567B2; EA201890905A1; MX2018004281A; US10752537B2; US20180290920A1; CA2999202A1; EA036715B1; KR102654081B1; CO2018003744A2; WO2017060637A1; CL2018000877A1; CA2999202C; JP2018531204A; SA518391284B1; FR3042187A1; CN108137389A

Abstract

A presente invenção se refere a fibras minerais tendo uma composição química compreendendo os seguintes constituintes, como porcentagens em peso: SiO2 30% a 50% Al2O3 10% a 20% CaO+MgO 20% a 35% Na2O+K2O 1% a 10% caracterizadas por as ditas fibras minerais compreenderem um teor de ferro total, expresso como Fe2O3 de 5% a 15% e uma redução, que corresponde à razão em peso entre o teor de ferro ferroso, expresso como Fe2O3, e o teor total de ferro, expresso como Fe2O3, inferior a 0,6, de preferência, inferior a 0,5, com mais preferência, inferior a 0,4.

Description

[0001] A presente invenção se refere ao campo das fibras minerais artificiais. Destina-se mais particularmente às fibras minerais destinadas a fabricar materiais de isolamento térmico e/ou acústico. Relaciona-se mais particularmente com as fibras minerais vítreas do tipo de fibra de rocha.

[0002] Para certas aplicações de isolamento, as fibras minerais podem permanecer visíveis. É o caso, por exemplo, das lãs pulverizáveis, aplicadas sob a forma de uma mistura de fibras minerais e de um ou mais ligantes, usados, em particular, para o isolamento térmico e acústico dos pavimentos de fundo em instalações não aquecidas, como estacionamentos subterrâneos. Para tais aplicações, é habitual que as fibras minerais tenham uma coloração fraca e uniforme, a fim de garantir as qualidades estéticas das lãs pulverizáveis.

[0003] As fibras minerais das lãs de escórias são, como seu nome indica, obtidas a partir de matérias-primas em grande parte formadas por escórias de alto forno. Consequentemente, elas compreendem um baixo teor de ferro, tipicamente menor que 1%, e uma grande quantidade de cal. Esta alta proporção de escórias torna possível obter fibras que são muito pouco coloridas. As lãs de escórias são, portanto, amplamente usadas em aplicações onde as fibras minerais podem permanecer visíveis, como as lãs pulverizáveis. No entanto, o uso de grandes quantidades de escórias dá origem a cinzas volantes, compreendendo emissões de SOx durante a etapa de fusão da matéria-prima. Estas cinzas volantes devem ser tratadas para garantir a segurança sanitária e/ou ambiental das descargas industriais, o que resulta em um custo de produção adicional.

[0004] Além disso, a natureza biossolúvel é, como para todas as fibras minerais artificiais, um critério importante todas as fibras minerais artificiais, um critério importante para a escolha das fibras minerais usadas para as lãs pulverizáveis. As fibras minerais devem ser capazes de se dissolver rapidamente em um meio fisiológico, a fim de evitar qualquer risco de patógenos potencial relacionado ao possível acúmulo das fibras mais finas do corpo via inalação.

[0005] A melhoria nas propriedades de resistência ao fogo é também um critério importante dentro do contexto do isolamento térmico e/ou acústico de edifícios, que está sujeito a regulamentações cada vez mais exigentes. É conhecido o aumento do teor de ferro nas composições de fibras minerais, a fim de melhorar as suas propriedades de resistência ao fogo. No entanto, o aumento dos teores de ferro tem uma tendência a colorir as fibras minerais, o que não é desejado, em particular, para aplicações onde as fibras minerais permanecem visíveis.

[0006] A presente invenção propõe melhorar a resistência ao fogo das fibras minerais que podem ser usadas para formar produtos de lã mineral, em particular, mas de forma não limitativa, em aplicações de lã pulverizável, limitando sua coloração. O requerente observou que era possível atingir a este objetivo controlando o grau de oxidação- redução das fibras minerais. Outro objetivo da presente invenção é propor fibras minerais com boas propriedades de biossolubilidade. Outro objetivo da presente invenção é minimizar as emissões de SOx durante a fabricação das fibras minerais.

[0007] Assim, a presente invenção se refere a fibras minerais tendo uma composição química compreendendo os seguintes constituintes, como porcentagens em peso: SiO2 30% a 50% Al2O 10% a 20% CaO+MgO 20% a 35% Na2O+K2O 1% a 10% caracterizadas por as ditas fibras minerais compreenderem um teor de ferro total, expresso como Fe2O3 de 5% a 15% e uma redução, que corresponde à razão em peso entre o teor de ferro ferroso, expresso como Fe2O3, e o teor total de ferro, expresso como Fe2O3, inferior a 0,6, de preferência, inferior a 0,5, com mais preferência, inferior a 0,4.

[0008] Ao longo do presente texto, os teores são expressos como porcentagens em peso.

[0009] O teor de sílica(SiO2) está vantajosamente dentro de uma faixa que se estende de 35% a 45%, mais particularmente, de 38% a 44%.

[0010] O teor de alumina (Al2O3) está vantajosamente dentro de uma faixa que se estende de 13% a 17%.

[0011] O teor de cal (CaO) está, de preferência, dentro de uma faixa que se estende de 5%, ou mesmo 10%, 12% ou 15% a 25%, ou mesmo 20%, ou 18%, em particular, de 10% a 20% ou 12% a 18%. O teor de óxido de magnésio (MgO) está, de preferência, dentro de uma faixa que se estende de 5%, ou mesmo 7%, 7,5% ou 8% a 25%, ou mesmo 20%, 15% ou 13%, em particular, de 5% a 15%, de 7,5% a 15% ou de 8% a 13%. A soma dos teores de cal e óxido de magnésio está por si própria, de preferência, dentro de uma faixa que se estende de 25%, ou mesmo 25,5% ou 27,5% a 33%, ou mesmo 32% ou 31%, em particular, de 25,5% a 32% ou de 27,5 % a 31%.

[0012] De preferência, o teor de óxido de bário (BaO) é no máximo 1%, em particular, 0,5%, ou mesmo 0,1%. O teor de óxido de manganês (MnO) é no máximo 1%, em particular, dentro de uma faixa que se estende de 0,05% a 0,5%, ou mesmo 0,1% a 0,3%. O teor de óxido de estrôncio (SrO) é ele próprio de preferência, no máximo 1%, ou mesmo 0,5% e mesmo 0,1% ou então zero.

[0013] O teor total de óxidos de metais alcalinos (soda e potassa - Na2O+K2O) está, de preferência, dentro de uma faixa que se estende de 2%, ou mesmo 3,5% a 6%, ou mesmo 5%. O teor de Na2O é vantajosamente no máximo 6%, em particular, está dentro de uma faixa que se estende de 0,1%, ou mesmo 1% a 5%, ou mesmo 4%. O teor de K2O é ele próprio vantajosamente no máximo 6%, em particular, está dentro de uma faixa que se estende de 0,1%, ou mesmo 0,5% a 5%, ou mesmo 3%. A lã mineral, de preferência, não contém óxido de metal alcalino diferente de Na2O e K2O. Ela pode, no entanto, conter pequenas quantidades de Li2O, por vezes presentes como impurezas em certos feldspatos.

[0014] O óxido de titânio (TiO2) fornece um efeito muito perceptível na nucleação de espinélios a alta e baixa temperatura na matriz vítrea. O teor de TiO2 está, de preferência, dentro de uma faixa que se estende de 0,1% a 3%, em particular, de 0,5% a 2,5%.

[0015] O óxido de ferro (Fe2O3) tem um impacto positivo na resistência ao fogo das fibras minerais. O seu teor total (expresso na forma Fe2O3, se o ferro está na forma férrica ou ferrosa) é, de preferência, pelo menos 7%, ou mesmo 8% e/ou no máximo 13% ou 12%. O redox, que corresponde à razão em peso entre o teor de ferro ferroso (Fe2+), expresso como Fe2O3, e o teor total de ferro, expresso como Fe2O3, está de preferência, dentro de uma faixa que se estende de 0,1% a 0,5%. A razão em peso do teor de ferro férrico (Fe3+), expresso como Fe2O3, em relação ao teor de ferro total, expresso como Fe2O3, é de preferência, maior que 0,4, em particular, maior que 0,5 ou até maior que 0,6. Uma das vantagens adicionais de baixo teor de redox é evitar a formação de ferro fundido no tanque de fusão, o que possibilita melhorar as condições de segurança e a eficiência do processo. As operações de esvaziamento do tanque de fusão, necessárias quando o processo produz ferro fundido, são de fato perigosas e exigem a desativação da produção.

[0016] A composição da lã mineral, de acordo com a invenção, também pode conter P2O5, em particular, em teores entre 0 e 3%, ou mesmo entre 0 e 1,2% para aumentar a biossolubilidade a pH neutro.

[0017] É evidente que as várias faixas preferenciais descritas acima podem ser combinadas livremente umas com as outras, nem todas as várias combinações podendo ser listadas por razões de concisão.

[0018] Várias combinações preferenciais são descritas abaixo.

[0019] De acordo com uma modalidade preferencial, as fibras minerais de acordo com a invenção têm uma composição química compreendendo os seguintes constituintes, como porcentagens em peso: SiO2 35% a 45% Al2O3 13% a 20% CaO+MgO 25% a 33%, de preferência, 25,5% a 33% Na2O+K2O 1% a 6 %, de preferência, 3,5% a 6% TiO2 0,1% a 3% caracterizadas por as ditas fibras minerais compreenderem um teor de ferro total, expresso como Fe2O3, entre 7% a 13% e um redox inferior a 0,6, de preferência, inferior a 0,5, com mais preferência, inferior a 0,4.

[0020] Esta faixa é particularmente preferencial, uma vez que abrange composições biossolúveis de acordo com a Diretiva Europeia 97/67/CE.

[0021] De acordo com uma modalidade particularmente preferencial, as fibras minerais de acordo com a invenção têm uma composição química compreendendo os seguintes constituintes, como porcentagens em peso: SiO2 38% a 44% Al2O3 13% a 17% CaO+MgO 25% a 31%, de preferência, 25,5% a 31% Na2O+K2O 2% a 6%, de preferência, 3,5% a 6% TiO2 0,5% a 2,5% caracterizadas por as ditas fibras minerais compreenderem um teor de ferro total, expresso como Fe2O3, entre 8% a 12% e um redox inferior a 0,6, de preferência, inferior a 0,5, com mais preferência, inferior a 0,4.

[0022] Outro assunto da invenção é um processo para obter fibras minerais de acordo com a invenção, compreendendo uma etapa de fusão de uma mistura em lote tendo substancialmente a mesma composição química das ditas fibras minerais; em seguida, uma etapa de formação de fibras, em particular, através de um processo de centrifugação externa.

[0023] A etapa de fusão permite obter um banho fundido a partir de uma mistura em lote que compreende uma porção maioritária de rochas, por exemplo, mais de 60%, em particular, mais de 70%, ou mesmo mais de 80% ou mais de 90%. As rochas podem ser escolhidas, por exemplo, de basalto, feldspato, diabásio, peridotita, piroxenita, apatita, bauxita, dolomita, minérios de ferro, calcário, rutila, magnesita, magnetita e brucita, em função da composição desejada.

[0024] A mistura em lote pode compreender uma proporção minoritária de escórias, por exemplo, menos de 40%, em particular, menos de 30%, ou mesmo menos de 20% ou menos de 10%. Ela é vantajosamente livre de escória para evitar a emissão de gases residuais indesejáveis durante a fusão do material em lote.

[0025] A fusão das matérias-primas baseadas em rocha usadas para a fabricação das fibras minerais é convencionalmente realizada em fornos do tipo cúpula alimentado com coque. Essas condições de fusão criam um ambiente de redução. O requerente observou que, pelo contrário, a fusão das misturas em lote à base de rocha em condições oxidantes (isto é, em que o redox do banho fundido é inferior a 0,6) permite obter fibras minerais que não são muito coloridas apesar da presença de uma quantidade relativamente grande de ferro na mistura.

[0026] A etapa de fusão pode ser realizada de várias formas conhecidas, em particular, por fusão em um forno alimentado com combustível ou por fusão elétrica.

[0027] Em um forno elétrico, a mistura em lote é fundida pelo efeito Joule, usando eletrodos submersos no banho fundido, com exclusão de qualquer uso de outros meios de aquecimento, como chamas. Os eletrodos podem ser suspensos de modo a gotejarem no banho fundido a partir de cima ou então ser instalados nas paredes laterais do tanque. A primeira opção é geralmente preferencial para tanques de grande porte para distribuir o aquecimento do banho de vidro da melhor forma possível. Os eletrodos são, de preferência, feitos de molibdênio, ou mesmo opcionalmente de óxido de estanho.

[0028] Os fornos alimentados a combustível compreendem pelo menos um queimador suspenso ou submerso. Em um forno com queimadores suspensos, as chamas são posicionadas acima do banho fundido e aquecidas via radiação. Em um forno com queimadores submersos, as chamas são criadas diretamente dentro do banho fundido, o que permite uma troca de energia mais eficiente. O queimador ou cada queimador é fornecido por uma mistura de ar/combustível ou oxigênio/combustível, podendo ser usados vários combustíveis, tais como gás natural ou óleo combustível.

[0029] A etapa de fusão pode também realizar uma fusão das chamas e uma fusão elétrica, por exemplo, usando um forno alimentado a combustível também fornecido com eletrodos nas paredes laterais usadas para acelerar a fusão da mistura em lote.

[0030] Os fornos mencionados acima tornam possível criar condições de fusão mais ou menos oxidantes. No entanto, é possível, se necessário, ajustar o redox do banho fundido. O processo envolve a fusão contínua de uma composição que compreende a mistura em lote, de preferência, em um forno de queimador submerso. Os fornos de queimadores submersos adequados para a presente invenção são, por exemplo, descritos nos pedidos WO 2013/186480, WO 2013/132184 e WO 2013/117851 incorporados por referência no presente pedido. Os queimadores submersos têm o duplo papel de aquecer os materiais em lote e de homogeneizar a composição. As matérias-primas podem ser moídas ou micronizadas antes de serem introduzidas no forno. No entanto, devido à eficácia dos queimadores submersos, o forno também pode ser fornecido com matérias-primas naturais de tamanho de partícula relativamente grosseiro. O forno, de preferência, compreende paredes de metal puras, isto é, paredes que não são protegidas por materiais refratários, através das quais passa um sistema de dutos internos, em cujos dutos um refrigerante, por exemplo, água, é circulado. Em um forno deste tipo, referido como um forno tipo jaqueta de água, forma-se uma camada sólida de material mais ou menos desvitrificado na interface entre o banho líquido e as paredes resfriadas e protege estas paredes contra o desgaste e a oxidação. O forno, de preferência, compreende dois tanques em série. O primeiro tanque, referido como tanque de fusão, é um tanque tipo jaqueta de água compreendendo uma entrada de material em lote, uma pluralidade de queimadores submersos que tornam possível aquecer os materiais em lote até um banho de líquido ser obtido e uma saída do banho de líquido. A entrada do primeiro tanque é vantajosamente fornecida com um carregador de lote como descrito no documento WO 2013/132184. O segundo tanque, referido como tanque de aquecimento, é também um tanque tipo jaqueta de água compreendendo pelo menos um queimador submerso. O segundo tanque permite o aquecimento do banho líquido a temperaturas suficientes para permitir as operações de formação de fibras.

[0031] A etapa de formação de fibra é, de preferência, realizada por centrifugação externa usando uma cascata de rodas giratórias fornecida com material fundido por um dispositivo de distribuição, como descrito por exemplo nos pedidos EP 0 465 310 ou EP 0 439 385 incorporados por referência no presente pedido.

[0032] As fibras obtidas podem ser embaladas soltas ou em fardos para aplicações de lã soprável ou lã pulverizável. Neste último caso, as fibras minerais são combinadas com um ligante durante a sua aplicação. As fibras obtidas podem também ser unidas usando um composto de ligação pulverizado na sua superfície, antes de serem recebidas e moldadas para produzir vários produtos de lã mineral, tais como rolos ou painéis.

[0033] Outro assunto da invenção é um produto térmico e/ou isolante compreendendo as fibras minerais de acordo com a invenção. Um tal produto pode, em particular, estar sob a forma de misturas pulverizáveis prontas para uso. O produto de isolamento também pode estar sob a forma de rolos ou painéis. Um tal produto é particularmente adequado, sem no entanto, estar limitado a ele, para aplicações onde o produto de isolamento, e mais particularmente as fibras minerais, permanecem visíveis. Ele pode ser usado, por exemplo, em edifícios, na indústria ou em meios de transporte, em particular, transporte ferroviário ou marítimo. Mais geralmente, o produto de acordo com a invenção pode ser usado para isolar termicamente ou acusticamente qualquer tipo de edifício, seja na indústria de serviços ou na habitação (múltiplas unidades ou individual). Ele pode, por exemplo, ser usado em sistemas de isolamento externos, para isolamento de casas de estrutura de madeira, em painéis tipo sanduíche, em dutos de ventilação, etc.

[0034] As fibras minerais de acordo com a invenção têm uma resistência ao fogo melhorada, em particular, em relação às lãs de escórias convencionalmente usadas para aplicações de pulverização, retendo uma coloração fraca. As fibras preferenciais, de acordo com a invenção têm, além disso, uma biossolubilidade vantajosa. Por último, a redução das quantidades de escória, ou mesmo a ausência de escória, usada para a fabricação das fibras de acordo com a invenção, permite reduzir significativamente as emissões de SOx provenientes da fusão das matérias-primas, o que reduz simultaneamente riscos para a saúde e/ou ambientais e os custos dos tratamentos associados a essas emissões.

[0035] Os exemplos seguintes ilustram a invenção de uma maneira não limitativa.

[0036] Uma mistura em lote baseada em basalto, em bauxita, em diabásio, em dolomita e livre de escória foi fundida em um forno com queimador submerso. O banho fundido foi fibrosado por centrifugação externa para obter fibras minerais tendo uma composição química compreendendo os seguintes constituintes, como porcentagens em peso: SiO2 39,7% Al2O3 15,3% CaO 17,5% MgO 10,6% Fe2O3 10,4% Na2O 3,05% K2O 0,92% TiO2 1,69% P2O3 0,32% MnO 0,15% SrO 0,04% e tendo um redox de 0,38.

[0037] As fibras obtidas possuem uma coloração fraca e uniforme e também boa resistência ao fogo.

Claims

1. Fibras minerais tendo uma composição química compreendendo os seguintes constituintes, como porcentagens em peso: SiO2 30% a 50% Al2O3 10% a 20% CaO+MgO 25.5% a 35% MgO 7% a 25% Na2O+K2O 1% a 10% caracterizadas por as ditas fibras minerais compreenderem um teor de ferro total, expresso como Fe2O3 de 5% a 15% e um redox, que corresponde à razão em peso entre o teor de ferro ferroso, expresso como Fe2O3, e o teor total de ferro, expresso como Fe2O3, inferior a 0,6, de preferência, inferior a 0,5.

2. Fibras minerais, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadas pelo fato de que as ditas fibras minerais têm uma redox inferior a 0,4.

3. Fibras minerais, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, caracterizadas por as ditas fibras minerais compreenderem uma razão em peso entre o teor de ferro férrico, expresso como Fe2O3, e o teor de ferro total, expresso como Fe2O3, superior a 0,4, de preferência, superior a 0,5, com mais preferência, superior a 0,6.

4. Fibras minerais, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizadas por as ditas fibras minerais compreenderem um teor de ferro total, expresso como Fe2O3, de 7% a 13%, de preferência, de 8% a 12%.

5. Fibras minerais, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizadas por as ditas fibras minerais compreenderem um teor de Al2O3 de 13% a 17%.

6. Fibras minerais, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizadas por as ditas fibras minerais compreenderem um teor de Na2O de no máximo 6%.

7. Fibras minerais, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizadas por as ditas fibras minerais compreenderem um teor de Na2O+K2O de 3,5% a 6%.

8. Fibras minerais, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizadas por as ditas fibras minerais compreenderem um teor de CaO de 12% a 18%.

9. Fibras minerais, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizadas por as ditas fibras minerais compreenderem um teor de MgO de 7,5% a 13%.

10. Processo para fabricação de fibras minerais, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por compreender uma etapa de fusão de uma mistura em lote tendo a mesma composição química das ditas fibras minerais; em seguida uma etapa de formação de fibras.

11. Processo, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a mistura em lote é desprovida de escória.

12. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 e 11, caracterizado pelo fato de que a etapa de fusão é realizada em um forno de queimador submerso.

13. Produto de isolamento térmico e/ou acústico, caracterizado por compreender fibras minerais conforme definidas nas reivindicações 1 a 9.