CZ185892A3 - process for producing glassy expanded granulate - Google Patents

Description

Oblasť techniky lJ

Vynález sa týká spósobu výroby sklovitého expandovaného granu—4 —2 látu o velkosti granuliek rádovo 10 až 10 m a velkosti vnútor— 5 —3 ných pórov rádovo 10 až 10 m z anorganického sklovitého matrixu, speňovacích a dalších přísad s antispekavou vrstvou.

Doterajšl stav techniky

Všeobecne je známých viac postupov, ktorými je možné vyrobit sklený pórovitý granulát. Je známy postup, kde je sklený pórovitý granulát vyrobený podrvením váčších kusov pěnového skla a roztriedením vzniknutej drviny na jednotlivé frakcie. Takto připravený granulát je však pre mnohé aplikácie nevhodný hlavně z dóvodu jeho poměrně nízkej mechanickej pevnosti a takisto aj povrchovej otvorenej pórovitosti a návazné z toho vyplývajúcej vysokej nasiakavosti vodou.

Iný spósob rieši nedostatky predchádzajúceho postupu vytvořením granulí, pozostávajúcich z jemne rozomletého skla a uhlíkatého materiálu, najčastejšie sadzí, pričom granule sú podrobené tepelnému spracovaniu za účelom ich zoslinovania a spenenia. Pri tomto postupe je však na závadu velmi ťažko riaditelný technologický proces, pretože je potřebné reprodukovatelným sposobom zabezpečit . ..„na jskór ; ods tránenie uhlí ka, z povrchovej časti granulí,,, aby. sa moh- . íi sklené částice v granuliach vzájomne spájať. Z toho následné vyplývá kolísavá kvalita produktu, ktorý má poměrně vysokú objemovú hmotnost.

Je známy tiež postup, pri ktorom sa sklený pórovitý granulát připraví tepelným spracovaním častíc vyrobených z pasty zloženej z vodného roztoku alkalického křemičitanu, jemne rozomletého skla a speňovacieho činidla.

Cesko-slovenský patent č. 222259 chrání spósob výroby sklovitého expandovaného granulátu, ktorým sa móžu lahko připravit reprodukovatelným spósobora v priemyslovom meradle expandované sklené granule mnohodutinkovej štruktúry, nízkej objemovej hmotnosti a ΐ’”'» v

nízkej priepustnosti pre vodu. Tento spósob výroby granulí z expandovaného skla pozostáva z vytvorenia zmesi obsahujúcej Částice sodnovápenatého skla a speňovacej přísady a jej vytvarovania do granulí, s nasledujúcim tepelným spracovaním granulí za účelom dosiahnutia roztavenia skla a vývinu plynu zo speňovacej přísady a vytvoreniu granulí z expandovaného skla a ich ochladením do tuhého stavu’. Podstata riešenia spočívá v tom, že speňovacou přísadou je uhličitan vápenatý v množstve 1,7 až 2,7 % z hmotnosti skla a teplota pri expandácii nepřesahuje teplotu zodpovedajúcu viskozite

5 skla 10 ’' Pa.s, pričom doba zotrvania pri expandácii je najviac 600 sekúnd. Jednotlivé zložky východiskovej zmesi sú do tvaru granulí spojené působením vody. Tepelné spracovanie zmesi obsahujúcej částice skla a speňovaciu přísadu sa vykonává v dvoch stupňoch. V prvom stupni sa granule bez vzájomného valivého pohybu vysušia a zoslinujú pri teplote najvýhodnějšie 600 až 650 °C a následné sa ochladia na teplotu 250 až 300 °C, aby sa podrvili. Po roztriedení zoslinovaného a podrveného poloproduktu následuje druhý stupeň tepelného spracovania pri teplote, ktorá nie je vyššia ako teplota,

5 ktorá zodpovedá viskozite skla 10 ’ Pa.s. Týmto postupom vyrobené napěněné granule majú sypnú hmotnost od 0,12 do menej ako 0,5 g/cm a zároveň nízku priepustnosť pre vodu, ktorá je pod 15 % objemových.

Tento postup má pri viacerých výhodách a praktickej uskutočnitelhosti výroby i niektoré nevýhody. Je to hlavně nutnost ochladzovania a následného opátovného ohřevu produktu medzi stupňom slinovania a samotnej expandácie. Tým dochádza jednak ku zvýšenej .<-energetlokej-' -spo^rebe.- procesu -a·,· ku -ívzn&ku^„ďal&leho.^raanipul-a&aého:.··- »

- -·'· uzla ^:s náročným sitovaním pri teplotách cca 300 °C.

Ďalšou nevýhodou pircdmetného—vynálezu je vytváranie málo pevných, vlhkých granulí na báze peletizácie s vodou bez použitia dodatočných pojív, čo v každom případe vyžaduje fázu slinovania a teda dvojstupňovej výroby.

Nakoniec možno spomenúť fakt, že pri tomto spósobe nie je vytváraná separačná vrstva ná granuliach už pri ich prvotnom vytvarovaní, čím by sa následné odstránila nutnost procesu dezintegrácie granulátu medzi stupňom slinovania a expandácie.

«sfofefteM

4Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky doteraz známých riešení v podstatnej miere odstraňuje a technický problém rieši spósob výroby sklovitého expandovaného granulátu, obsahujúceho dezlntegrovaný sklovitý matrix, speňovacle prostriedky, granulačné a plastlfikačné pojivá, ktorý sa získá granuláciou a tepelným spracovaním podlá tohoto vynálezu, ktorého podstata spočívá v tom, že anorganický sklovitý matrix sa zmieša so speňovacím prostriedkom v množstve 1,5 až 5,9 percent hmotnostných, vzhíadom na hmotnost anorganického sklovitého matrixu a zmes sa prostredníctvom granulačného pojivá vo formě vodného roztoku aspoň jedného zo skupiny křemičitanu sodného a/alebo draselného, uhličitanu sodného a/alebo draselného a hydroxidu sodného a/alebo draselného granuluje. V jednej fáze sa granulát tepelne spevňuje pri teplotách v intervale medzi vztažnými viskozitnými bodmi a to bodom deformačnej teploty a Littletonovým bodom maknutia pre použitý anorganický sklovitý matrix po dobu neprekračujúcu o viac ako trojnásobok dobu počiatku slinovania charakterizovaná počiatkom nárastu mechanickej pevnosti granulí. Následná expandácia granulí sa uskutočňuje pri teplote minimálně o 50°C nižšej ako vztažný viskozitný bod, definovaný ako bod tečenia pre použitý anorganický sklovitý matrix po dobu nepřekračujúcu o viac ako trojnásobok dobu počiatku expandácie granulátu. Na integráclou čěrstvo vytvořený granulát s obsahom vlhkosti 5 až 18 percent hmotnostných vodného roztoku granuk£ného pojivá, vzhíadom na celkovú hmotnost anorganického sklovitého matrixu, sa před etapou tepelného slinovania a expandácie nabaluje antispekavá vrstva na báze jemnej práškovej tuhej látky, netvoriacej pri teplotách do 1000°G eutektikum s granulátom ani so stěnami pece počas procesu slinovania a expandácie, s následným riadeným chladením na teplotu okolia, po ktorom sa sklovitý expandovaný granulát oddělí od nadbytočnej recyklovatelnej antispekavej vrstvy a súčasne alebo následné sa triedi podlá priemeru granúl do jednej alebo viacerých velkostných tried.

Je výhodné použit ako spefíovací prostriedok zmesný uhličitan horečnato-vápenatý s molárnym pomerom hořčíku a vápníku od 1:1 do 1:150 .

Výhodné je aj to, aby sa koncentrácia vodného roztoku ktorého-

kolvek zo skupiny granulačných pojív pohybovala v rozmedzí 0,001 až 0,95 mol.1 .

Výhodou je tlež pridanie časticového plastifikačného pojivá v rozmedzí 0,05 až 5,9 percent hmotnostných k anorganickému sklovitému matrixu a speňovaciemu prostriedku, vzhladom na celkovú hmot.V///'· ·’''. ' · ..· ' ; - ? nost anorganického sklovitého matrixu.

S výhodou integrácia granúl prebieha na granulačnom tanieri alebo na dvojici hladkých alebo dezénových valcov alebo na extrúdri.

Je výhodné, aby bol čerstvo vytvořený granulát obalený antispekavou vrstvou vysušený v tunelovej alebo kruhovej peci pri teplote nepřesahujúcej 300°C bez vlastného vzájomného pohybu a/alebo tepélne spevňovaný v tunelovej alebo kruhovej peci bez vzájomného vlastného pohybu a/alebo tepelne expandovaný v tunelovej alebo kruhovej peci bez vzájomného pohybu alebo v rotačnej peci pri vzájomnom valivom pohybe.

Výhodou je tiež volné ochladenie sklovitého expandovaného granulátu na teplotu, zodpovedajúcu hornej chladiacej teplote anorganického sklovitého matrixu s následným riadeným chladením rýchlosťou 3 až 50°C za minútu o celkový rozsah 250°C a potom volné chla- * denie na teplotu okolia.

Výhodné je oddelovanie ochladeného sklovitého expandovaného granulátu od recyklovatelnej antispekavej vrstvy vibračně a/alebo šitovo a/alebo aeromechanicky.

nulátu spočívajú najmá v lahkej a reprodukovatelnej priemyselnej realizácii, nenáročnosti strojne-technickeho zariadenia, energe. .tickej výhodnosti z titulu absencie medzioperačného ochladzovania v «i-'/AjgšSSft # . ..... 'x · ·. / ⁵?.a®ópatovného ohřevu medzi procesom slinováni o, a expandácie, ekolo-Píjáte

-\>gickej nezávadnosti a takto získaný granulát je charakteristický '^'/časťicami gulovitého alebo nepravidelného izometrického tvaru o (yufstrédnom priemere 0,25 až 25 mm a sypná hmotnost tohoto sklovitého G, expandovaného granulátu je 125 až 450 kg.m , pričom měrná speci. _,β ··,·- fická> hmotnost granulí je 185 až 750 kg.m .

V.-*·*'·. Ϊ ^: Τ'· ^; · . ... · / f « »-**’ * <Příklady uskutočnenia vynálezu

Jemne zomletý anorganický sklovitý matrix vytvořený pomletím běžného silikátového, s výhodou sodnodraselného, najčastejšie od pádného skla na zrnitost 30 a ménej mikrometrov sa zmieša so speňovacím prostriedkom na báze zmesného uhličitanu horečnato- vápenatého v množstve 1,5 až 5,9 % z hmotnosti sklovitého matrixu, ktorého částice sú s výhodou rovnakej alebo menšej velkosti, ako částice anorganického sklovitého matrixu. Dalej sa přidá plastifikačné pojivo na báze hlinitokremičitanov, ako například kaolín, v množstve 0,05 až 5,9 % hmotnostných. Vytvořená zmes sa granuluje s granulačným pojivom a to bud vodným roztokom křemičitanů, uhličitanu alebo hydroxidu sodného alebo draselného, v koncentráciach 0,001 až 0,95 mol.1 . Granulácia .sa móže realizovat bud na peletizačnom tanieri skrápáním roztokom granulačného pojivá, alebo po vmiesení roztoku granulačného pojivá do zmesi extrúziou, alebo lisováním na hladkých, alebo dezénových valcoch. Množstvo roztoku granulačného pojivá, vzhladom na množstvo anorganického sklovitého matrixu sa pohybuje v rozmedzí 5 až 18 % hmotnostných podlá spósobu granulácie. Vlhký, čerstvo vytvořený granulát sa obaluje jemne mletým práškom za účelom vytvorenia separačnej vrstvy. Táto separačná vrstva sa vytvára akoukolvek práškovou látkou, ktorá pri teplotách do 1000 °C nevytvára eutektiká s granulátom ani s výmurovkou pecí. S výhodou sa móžu používat uhličitany, oxidy, alebo hydroxidy vápenaté, horečnaté alebo zmesné z'týcho dvoch prvkov, dalej rózne hlinitokremičitaný, ako například kaolíny a živce.

Po vytvarovaní sa vlhký a separačnou vrstvou obalený granulát tepelne spracuje. Najskór sa suší pri teplotách do 300 °C na po.'suvnomrošte bez vzájomného pohybu granulátu. Ďalej sa bud vysušený alebo' nevysušený- granulát slinuje pri teplotách v rozmedzí vz. tažných.viskozitných bodov, a to medzi bodom deformačnej teploty a

- Littletonovým bodom máknutia po dobu maximálně o trojnásobok prevyšujúcu dobu počiatku slinovania tak, aby následné takto spevnené .Λ granule!vydržali volný pád minimálně z výšky jedného metra. Slinovací proces je realizovaný na posuvnom roš.te bez vzájomného pohybu ? granulátu. Potom sa granulát či už vlhký, vysušený, alebo slinovaný podrobí procesu samotnej expandácie, Tento proces móže byť rea> lizovaný. opat na posuvnom rošte alebo v rotačnej peci, kde dochá-

.. Γ

4?·.** Ά f°L, k ^s ’$· dza k prevalovaniu granulátu a tým k jeho vzájomnému pohybu a miešaniu. Teplota expandácie je minimálně o 50 °G nižšia, ako vztažný vizkozitný bod - bod tečenla, pre použitý anorganický sklovitý matrix a celková doba expandácie nepřekročí o viac ako trojnásobok dobu počiatku expandácie. Volba jedno-, dvoj- alebo trojstupňového tepelného spracovania je závislá na velkosti a východiskovejj mechanické jí pevnosti vlhkých granuli .

Po expandácii sa hotový granulát volné ochladzuje na hornú chladiacu .teplotu a potom sa riadene chladí rýchlosťou 3 až 50 °C/min až na teplotu 250 °C. Rýchlosť chladenia je závislá na priemere granulí. Pod touto teplotou nastáva už len volné ochladzovanie expandovaného granulátu. Po ochladení granulátu na teplotu 50 - 100 °C sa tento zbavuje nadbytočného materiálu tvoriaceho separačnú antispekavú vrstvu a zároveň, alebo následné je triedený na rózne požadované zrnitosti. Tieto procesy sú realizované aspoň jedným z procesov sitovania, vibrofluidného delenia alebo aeromechanického delenia. Oddělený a zachytený nadbytočný materiál, ktorý tvořil separačnú vrstvu, móže byť čiastočne alebo úplné recyklovaný v procese vytváranla separačnej vrstvy na vlhký granulát.

Granulát získaný týmto spósobom je charakterizovaný granulami, ktoré sú gulovitého, alebo nepravidelné izometrického tvaru o strednom priemere 0,25 až 25 mm a sypná hmotnost tohoto sklovitého _3 expandovaného granulátu je 125 až 450 kg.m pri mernej špecifickej -3 hmotnosti 185 až 750 kg.m

Příklad č.l ^2' ř-··'·» ..-..,.·.. ..-i·.· ...,·,.· **^ř’*'*‘^eS**^fJ' Odpadné sklo najmá obalové a tabulové bolo pomleté na gulovom mlýne na částice o strednom priemere 15 mikrometrov. K anorganic. Λ ·..·,· , ^^kémuJs?sklovitému' matrixu bol přidaný dolomitický vápenec s molárnym· ^;^|^|i>oine_?rom^CaO:MgOí:20:1. Tohoto speňovacieho prostriedku bolo přidané ^^SíTříŽSjl^vzhladom na hmotnost skla. Plastifikačné pojivo ea. nepřidá-.

/WtfsKýáídfeNa žvlhčenie sa použilo 9 % hmotnostných granulačného pojivá «řá’;MP^oz°stávajúceho z 5 %-ného vodného roztoku křemičitanu sodného. Po ^^!^^{dokónalom?)í;'žamiešaní-;;<^;a^:<prevlhčení sa zmes pretláčala cez dvojicu *·*]' yalcóy . s- jemným dezénom. Vytvarovaný výlisok sa rozdružoval a jU,í· ' V triedil . nai sitách tak,: aby odchádzajúci granulát mal priemer 0,7 íí ^; ' a2S>, 2 mm. ' Podsitný podiel sa recykloval. K vlhkému granulátu sa > přidával : výmnožstve 17 % hmotnostných suchý, jemne mletý vápenec

Ά?.

na vytvorenie antispekavej vrstvy a granulát sa s ním celkom obalil. Potom bol tento granulát priamo expandovaný v rotačnej pecí pri teplote prostredia 810 až 825 °G. Po expandácil, ktorá trvala v priemere 3,5 min sa granulát ochladzoval rýchlosťou 25 ⁰C.min^-1 na teplotu 50 °C. Potom sa sitoval na sltách o velkosti oka 5, 2,5 a 0,5 mm. Na najváčšom site zostali náhodné zhluky. granulí, ktoré po* rozdružení boli opát sitované. Na site o velkosti oka 2,5 mm zostal hrubší granulát o priemere granulí 2,2 až 4,7 mm a střednou velkosťou 4 mm. Sypná hmotnosť tohoto granulátu bola 195 -3 kg.m .Granulát na treťom site mal prlemer zřn 1,2 až 2,5 mm s -3 priemerným zrnom 1,7 mm a sypnou hmotnosťou 225 kg.m . Podsitný podiel obsahoval nadbytočnú antispekavú vrstvu ktorá sa skladala zváčša z CaO. Tento sa recykloval spát do procesu vytváranla antispekavej vrstvy. Vačšie granule boli izometrického, viacmenej nepravidelného tvaru a menšle boli gulovité. Na povrchu zostávali uchytené zbytky CaO, ktorý umožňoval vytvorenie hydraulickej vazby s maltovlnovým pojivom.

Příklad č.2

Sklo podobného zloženia, ako v příklade č.l bolo zomleté na stredný priemer častíc 20 mikrometrov. K zomletému sklu sa přidal rovnaký dolomitický vápenec ako v predchádzajúcom přiklade v množstve 3,3 % z hmotnosti sklovitého matrixu a kaolín ako plastifikačné pojivo v množstve 1,1 % hmotnostných z hmotnosti skla.

Vzniknutá zmes sa po dokonalom zhomogenizovani peletizovala na

- tanierovom peletizátore. Skrápaná bola roztokom granulačného pojiva£a \to? roztokom -NaOH. d^koncenbrácii ΐ 0,45/% hmótriošťnýqh.' ' Granule' po peletizácii mail velkosť 3 až 7 mm a vlhkost 14,5 % hmotnostných: Po vytvoření antispekavej vrstvy, na ktorú bolo potřebné 8,5

WíVhmot. 5S vápenca, sa granulát v páspvej peci najskór sušil pri 200

- o ‘ ' ·· ' o ' ' í..·: .

C a- potom- slinoval pri 635 C po dobu 11 mlnút, bez vzájomného pohybu granulí. Takto spevnené granule sa ihned horúce presýpali /-do rotačnej pece, kde sa expandovali pri teplote 800-815 C po dofcíbu . 2,5. minúty. Vyrobený granulát sa nájskór chladil volné na teplotu 540°C a potom riadene, a to rýchlosťou 12 °C.min ¹ až na - o

-cteplotu 300 ,C s následným volným dochladením na teplotu okolitého prostredia. Potom bol vibrofluidne zbavený nadbytočnej antispekavéjcvrstvy a · sltaml delený na frakcie podlá požiadaviek užíváte7 b

J ’ Λ ^ř*.

, , -A···/

— TL>

lov. Granulát bol. gulovitej formy o velkosti 6 až 17 mm a sypnej -3 hmotnosti 125 až 175 kg.m

Priemyselná využitelnost

Sklovitý expandovaný granulát je priemyselne využitelný, ako neňásiakavé plnivo do tepelne-izolačných hmót· pri použití orgánických i anorganických pojív, s výhodou silikátových. Takto vyrobené hmoty; sú vhodné pre izolácie v stavebníctve i v priemysle, napr. v chemickom alebo energetike. Aplikáciou vznikájú hmoty lahké, tepelne odolné, s nízkým koeficientom tepelnej vodivosti. Samotný sklovitý expandovaný granulát možno použit i ako zásypovú hmotu s velmi nízkou sypnou hmotnosťou a s dobrými tepelno-izolačnými vlastnosťarai.

PATENTOVÉ N ÁHt-O ζ %*» .«'Λ*· <*.' .».

‘M t..

r—T3	TJ
Γ	TJ
>9
	ÚŘAC VYNÁ OBJE
i τ>··Ζ	< C -< m N -< \ V -ΧΓ—

x< < .

LO

N>

Λ 4 , ' . C4> -4

4£ϊ/Ρ -<?tJ

Spósob výroby sklovitého expandovaného granulátu obsahujúceho dezintegrovaný anorganický sklovitý matrix a speňovacie prostriedky, granulačné a plastifikačné pojivá, ktorý sa získá granuláciou a tepelným spracovaním,vyznačujúci sa tým, že anorganický sklovitý matrix sa zmieša so speňovacím prostriedkom. v množstve 1,5 až 5,9 percent hmotnostných vzhladom na hmotnost anorganického sklovitého matrixu a zmes sa prostredníctvom granulačného pojivá vo formě vodného roztoku aspoň jedného zo skupiny křemičitanů sodného a/alebo draselného, uhličitanu sodného a/alebo draselného a hydroxidu sodného a/alebo draselného granuluje, pričom sa granulát v jednej fáze tepelne spevňuje pri teplotách v intervale medzi vztažnými viskozitnymi bodmi a to bodom deformačnej teploty a Littletonovým bodom máknutia pre použitý anorganický sklovitý matrix po dobu nepřekračujúcu o viac ako trojnásobok dobu počiatku slinovania granúl s ich následnou expandáciou pri teplote minimálně o 50° G nižšej, ako vztažný viskozitný bod definovaný ako bod tečenia pre použitý anorganický sklovitý matrix po dobu nepřekračujúcu o viac ako trojnásobok dobu počiatku expandácie granulátu, pričom sa na integráciou čerstvo vytvořený granulát s obsahom vlhkosti 5 až 18 percent hmotnostných vodného roztoku granulačnéhopojivá vzhladom na celková hmotnost anorganického sklovitého matrixu nabaluje*áňtišpekává'vřšťvá na ’báže'‘3émněj’'prášícověj^Šuíiejμ.'ΪΖΈky netvoriacej pri teplotách do 1000 C eutektikum s granulátom stěnami? pece· s následným,riadeným chladením ná? teplotu ’

Λ ’ okolia; po . ktorom sa sklovitý expandovaný granulát , oddělí , od nadbytočnej recyklovatelnéj antlspekavej vrstvy a súčasne alebo následné., triedi podlá priemeru granúl do jednej alebo viacerých

- velkostných trled.

1, vyznačujúci sa tým, že speňovacím pro-

Claims (6)

1, vyznačujúci sa tým, že speňovacím prostriédkonr je,zmesný uhličitan hořečnato-vápenatý s molárnym pomerom horčíka ku vápníku od 1:1 do 1:150.

2. Spósob ;podlá MfoAu ; “í5*>

*10«^*-c V*’'²'*!·*'¹’' ^!*,^ř^

3..Spósob podlá 1 a 2, vyznačujúci sa tým, že koncentrácia

r. ' vodného roztoku ktoréhokolvek zo skupiny granulačných pojiv je ,, .určená rozmedzím 0,001 až-0,95 mol. 1 ¹ roztoku.

/

4/. Spósob podlá fyaft^u 1 až 3, vyznačujúci sa tým, že k anorganickému sklovitému matrixu a,speňovaciemu prostriedku sa přidá časi* _P *Γ ~ “ ^jja° ~ * ^: ticové pláštifikačné pojivo: ’v rozmedzi 0,05 i až <5,9/percent '> V^- ' ' ^r . , ' 'i .'hmotnostných,, vzhladom- na celkovú hmotnost anorganického sklovitého matrixu.

5.Spósob- podlá Utfoku 1 až 4, vyznačujúci sa tým., že integrácia ' , '/g_ranúl prebieha na granulačnom tanieri alebo na dvojici hladkých a/alebo dezénových valcov alebo na extrúdrl.

6.Spósob .u 1 až 5, vyznačujúci sa tým, že čerstvo vytvořený granulát obalený antispekavou vrstvou je vysušený v tunelovej alebo kruhovéj peci pri teplote nepřesahujúcej 300 °G bez vlastného vzájomného pohybu a/alebo tepelne spevňovaný v tunelové j alebo kruhovéj peci bez vlastného vzájomného pohybu .a/alebo tepelne expandovaný v tunelovej alebo v kruhovej peci bez vzájomného pohybu alebo v rotačnej peci pri vzájomnom vali„vom pohybe.

následné je riadene chladený rýchlosťou 3 až 50 G za minútu o