CZ289822B6

CZ289822B6 - Způsob výroby minerálních skelných vláken

Info

Publication number: CZ289822B6
Application number: CZ19963640A
Authority: CZ
Inventors: Lone Moller Sorensen; Vermund Rust Christensen; Soren Lund Jensen; Hans Hoyer; Jorgen Faarborg; Philip Sweeny
Original assignee: Rockwool International A/S
Priority date: 1994-06-15
Filing date: 1995-06-14
Publication date: 2002-04-17
Also published as: ATE191209T1; GB2303625B; FI964952A; FI964952A0; HU218046B; ATE178292T1; DE69508759T2; EP0767762A1; FI964954A; HUT75970A; DE69508759T3; PL317854A1; AU2882595A; GB9412007D0; DE69508759D1; ES2144130T3; CZ364096A3; PL183990B1; SK160396A3; HU9603438D0

Abstract

P°i zp sobu v²roby miner ln ch skeln²ch vl ken maj c ch n zk² obsah Al.sub.2.n.O.sub.3.n. se tav samonosn² sloupec materi lu obsahuj c ho ligninem v zan lisovan granule z miner ln ho materi lu, obsahuj c ho m n ne 4 % hmotn. Al.sub.2.n.O.sub.3.n.. Granule se vyr b j lisov n m materi lu maj c ho velikost stic alespo z 90 % men ne 2 mm s pojivem, obsahuj c m ligninovou slo ku, p°i em mno stv ligninov slo ky ve sm si stic s pojivem je 1 a 10 % hmotn.\

Description

(57) Anotace:

Při způsobu výroby minerálních skelných vláken majících nízký obsah A1₂O₃ se taví samonosný sloupec materiálu obsahujícího ligninem vázané lisované granule z minerálního materiálu, obsahujícího méně než 4 % hmotn. A1₂O₃. Granule se vyrábějí lisováním materiálu majícího velikost částic alespoň z 90 % menší než 2 mm s pojivém, obsahujícím ligninovou složku, přičemž množství ligninové složky ve směsi částic s pojivém je 1 až 10 % hmotn.

CD

CM CM CO O) 00 CM

N O

Způsob výroby minerálních skelných vláken

Oblast techniky

Tento vynález se týká výroby minerálních vláken Man Made Vitreous Fibres (MMVF), která jsou biologicky rozpustná, to znamená že mají přijatelnou rychlost biologicky užitečné degradace ve fyziologickém roztoku. MMV vlákna jsou vlákna vyrobená ze skelné taveniny, jako z horniny, strusky, skla nebo jiné minerální taveniny. Vynález se také týká nových granulí.

Dosavadní stav techniky

Standardně se MMV vlákna vyrábějí způsobem, že se v peci roztaví vsázka obsahující granule (popřípadě s jinými minerálními materiály) a utvoření vláken z taveniny.

Pro vytváření tvarovaných spojených, event. chemicky vázaných těles z částicového minerálního materiálu je známo mnoho způsobů, například minerální ruda může být peletizována pomocí pojivá za přítomnosti vlhkosti, a lisované granule mohou být vyrobeny různými způsoby. Obecný přehled těchto způsobů lisování, event. tvarování, podal John D. Higgnbotham na setkání v Seattlu v USA v říjnu 1993 ve svém referátu nazvaném „Molasses as an Agglomerate Binder“.

V tomto referátu podal Dr. Higgnbotham přehled používání různých pojiv, například škrobu, polyvinylalkoholu, ligninsulfonátu, oxidu vápenatého, pryskyřic a melasy s kyselinou fosforečnou jako pojiv pro granulování v oblasti anorganických kusových materiálů. Komentoval zde též, že při použití ligninu pro aglomeraci sazí dochází k rozkladu při teplotě 250 °C přičemž se získají částice se slabší adhezí.

V patentu US 2 578 110 se granule ze sklářského kmenu tvarují z velmi jemně rozmělněného anorganického materiálu, vody a popřípadě glukózy, bentonitu a jiných materiálů jako pojiv, a pak se zahřívají v peci po dobu od půl do tří hodin. Výsledné granule se taví v nádobě za vzniku skloviny. V patentu US 2 970 924, se používají soli kyseliny ligninsulfonové jako pojivá při peletizaci ve sklenářském kmenu pro výrobu skleněných vláken. Podle toho není zahrnuta výroba granulí lisováním nebo tvarováním. Účelem je, aby granule byly roztaveny a rychleji a dokonaleji a aby se zlepšil přenos tepla sklenářským kmenem. Granule a tablety podle těchto dvou odkazů se přidávají do taveniny a nemusí být významně samonosné, pokud jsou roztavené.

V konvenčních pecích pro získávání taveniny z níž se tvoří MMV vlákna, se tavenina vyrábí roztavením v peci samostatného sloupce pevného částicového minerálního materiálu. Tento pevný kusový materiál může obsahovat surovou drcenou horninu ale často obsahuje granule utvořené z jemnějšího částicového minerálního materiálu. Je nezbytné, aby sloupec byl samonosný, aby udržel pevný materiál nad taveninou v základní části pece. Proto je nutné, aby granule, které jsou obsaženy ve vsázce, byly schopné udržet svoji soudržnost dokud nejsou zahřátý až k teplotám tavení (pokud není překročena teplota 1000 °C). Dezintegrace granulí při nižších teplotách, teplotách pouze několik stovek °C, je nežádoucí, protože granule by se rozpadly na prach a sloupec surového materiálu by měl sklon ke spadnutí následkem zvýšené rezistence vůči spadlému vzduchu, zvyšoval by se tlak a výchylky tlaku u dna a tím by docházelo krušení proudění taveniny.

Je tedy nutné, aby granule byly tepelně odolné v tom, že granule udržují svou granulační strukturu tak dlouho jak je možné během svého zahřívání v peci k teplotě tavení. Je také nezbytné, aby bylo možné vyrábět granule jednoduchým způsobem tak, aby se dosáhlo dlouhé (několik dnů) doby vytvrzování potřebné pro hydraulická pojivá. Bylo by žádoucí, aby granule měly vysokou pevnost po lisování, event. po tvarování, tedy lze říci, že je žádoucí, aby bylo možné manipulovat s granulemi velmi brzy po jejich vyrobení, aniž by hrozilo nějaké nebezpečí vytvrzovacímu způsobu a aniž by hrozilo nebezpečí rozpadu čerstvě vyrobených granulí.

-1 CZ 289822 B6

Podle patentu US 2 976 162 se granule tvarují za použití směsi kaolinu (jako je bentonit) a škrobu. Ačkoliv jejich použití má za účel dodat odpovídající pevnost po lisování, event. po tvarování v peci (vůči kaolinu), ukazuje se, že tento systém není uspokojivý a není široce 5 přijímán. Místo toho se obvykle dosahuje odpovídající tepelné rezistence a pevnosti vázáním za použití hydraulického pojivá, obvykle tmelu, cementu. Ten má významní obsah hliníku a tedy i výsledné granule, a proto vsázka tedy má nevyhnutelně významný obsah hliníku, bez ohledu na obsah málo hydratovaného oxidu hlinitého (aluminy) vkusovém materiálu, který se použije k výrobě granulí. Podobně vazný systém v patentu US 2 976 162 nevyhnutelně vnáší do granulí io aluminu (vzhledem k obsahu aluminy v koalinu).

V pat. přihlášce WO 92/04289 je uvedeno, že přítomnost velkého množství aluminy není výhodná, jestliže vysoký stupeň rozpustnosti vláken a navrhuje se k dosažení minimalizace koncentrace železa a hliníku v tavenině použití granulí, ve kterých pojivo obsahuje strusku, jež je 15 aktivována zásaditým činidlem. Podle analýzy obsahuje typická struska pro tento způsob 38,1 % hmotnostních CaO, 35,1 % hmotnostních SiO₂, 12,2 % hmotnostních MgO, 7,6 % hmotnostních A1₂O₃ hmotnostních A1₂O₃ a další složky v malých podílech. Začlenění této strusky a jejího zásaditého aktivátoru nezbytně přivádí do taveniny aluminu, alkalické kovy a jiné složky ve významných a neodstranitelných množstvích. Ve WO 92/04298 se uvádí, že se granule vyrábějí 20 smícháním vody, zásaditého roztoku a bezvodných složek granulí a poté se tvaruje směs známým způsobem do granulí. Podrobněji jsou uvedeny pouze způsoby kompresní a kompresně vibrační, které se pravděpodobně týkají tvarovacích způsobů běžně používaných typů, jež se používají tehdy, je-li pojivém cement.

Je známo, že se rozpustnost minerálních vláken ve fyziologických roztocích může zvyšovat při vhodně zvoleném složení taveniny. Obecně jsou někdy nej lepší výsledky při pH 7,5 uváděny, je-li v tavenině přítomen hliník v množství, měřeno jako oxidy, pod 3 nebo 4 % hmotnostní (s výhodou ne vyšší než 1 nebo 2 % hmotnostní Al₂O₃).Podle toho, zda se požaduje biologická rozpustnost minerálních vláken ve fyziologickém roztoku při pH 7,5, pro tvorbu granulí jakýkoli 30 přídavný materiál jenž je zahrnut ve vsázce je třeba vybrat tak, aby vyhovoval jak požadavku nízkého obsahu hliníku, tak aby tavenina měla vhodné tavné vlastnosti. Vsázka tedy musí mít vhodné vlastnosti z hlediska teploty tavení a viskózních vlastností tak, aby tavenina měla vhodné vláknotvomé vlastnosti.

Mnohé minerální látky, které mohou být vhodné pro výrobu MMV vláken s nízkým obsahem A1₂O₃ má tak vysoký obsah aluminy, že dokonce i tyto samotné materiály použité pro analýzu MMV vláken by mohly mít tak vysokou hodnotu obsahu aluminy, že je překročena žádaná limitní hodnota 3 nebo 4 % hmotnostní. Skutečností je, že je v praxi nezbytečné přidávat také obvyklá organická pojivá pro granule jako je cement nebo zásaditá struska nebo kaolin, jak se 40 u kusových minerálních látek používá.

Další omezení se týká skutečnosti, že u částicového materiálu je třeba, aby byl relativně hrubý proto, aby byl dostatečně pevný, což je možné při použití konvenčních pojiv jako je cement. Obvykle má mít alespoň 10 % hmotnostních velikost nad 2 mm nebo dokonce 5 mm a 30 % 45 hmotnostních nad 1 mm. Uspokojivé výsledky se nezískají s hydraulickými a jinými konvenčními pojivý, jestliže je velikost částic stejnoměrně malá, například pod 1 mm. Složení musí být takové, aby se materiál roztavil v peci v předem určeném čase, relativně hrubé částice musí mít takové složení, aby tavení bylo lychlé při teplotě, jaká je v peci a/nebo musí být spojeny s tavidlem. Je velmi obtížné poskytnout ekonomicky přijatelné, relativně hrubě kusové materiály 50 nebo směsi, které splňují všechny požadavky a přitom mají nízký obsah aluminy. Některé snadno dostupné materiály, mající nízký obsah aluminy, jako jsou písky, zase mají příliš malé částice, často mají příliš vysokou teplotu tavení, aby mohly poskytnout granule uspokojivých vlastností při konvenčních způsobech granulování např. lisováním.

-2CZ 289822 B6

Jiným hlediskem při výběru materiálů pro vsázku je jejich použití tak, aby nevznikly jiné problémy, spojené s chováním v peci nebo u vsázek v plynném stavu.

Proto je důležité při výběru částicového minerálního materiálu, aby byl pro granule použit tak, aby část nebo celá vsázka do pece pro výrobu MMV vláken měla nízký obsah AI2O3. Proto je žádoucí nalézt jednoduchý a snadný způsob výroby granulí z materiálů, jež jsou dostupnější a levnější a přitom mají vlastnosti, žádané pro tvorbu MMV vláken, zejména dobrou rozpustnost v tělních tekutinách a nízký obsah aluminy.

Podstata vynálezu

Podle tohoto vynálezu se MMV vlákna mající nízký obsah AI2O3 vyrábí utvářením lisovaných granulí z částicového materiálu, tvořením taveniny tavením minerální vsázky v peci, přičemž tato vsázka je tvořena granulemi, a z této taveniny se tvoří vlákna. Při tomto způsobu má tavenina a vlákna obsah, měřeno jako oxidy, nižší než 4 % hmotnostní A1₂O₃ a alespoň 50 % hmotnostních minerální vsázky jsou ligninem vázané granule, které mají obsah pod 4 % hmotnostní AI2O3 a které jsou vyrobeny lisováním částicového minerálního materiálu, majícího velikost částic u alespoň 90 % hmotnostních pod 2 mm, s pojivém jež v podstatě neobsahuje hliník a který obsahuje lignin.

Ligninem spojitelné granule mohou být vázány smícháním s pojivém jež obsahuje jak lignin tak sekundární pojivo vyskytující se v přírodním stavu, přičemž množství sekundárního pojívaje takové, aby celý pojivový systém v podstatě neobsahoval hliník (například rozdělení méně než 0,5 % hmotnostního a s výhodou méně než 0,1 % hmotnostního AI2O3 vztaženo na hmotnost dané vsázky). Výhodné je, jestliže pojivo sestává v podstatě jen z organického pojivá, ačkoli malá množství anorganického pojivá lze tolerovat.

Mezi sekundární organická pojivá, jež zde mohou být použita, patří například škrob, syntetické pryskyřice, jako je formaldehyd a melasa, přičemž pokud se použije melasa, je výhodněji použít spolu s oxidem vápenatým. Ligninu je s výhodou alespoň 30 % hmotnostních a obvykle alespoň 60 % hmotnostních (hmotnost se udává v suchém stavu) celkové hmotnosti pojivého systému.

Ligninovým pojivém je s výhodou ligninsulfonát vápenatý, tento ligninsulfonát se s výhodou získává jako vedlejší produkt z dřevné technické celulózy. Obvyklým ligninsulfonátovým pojivém, jež lez použít podle tohoto vynálezu, může být stejný typ komerčního materiálu, který se běžně používá jako plastifikátor pro koalin nebo dispergační prostředek pro agrochemikálie. Vhodný druh materiálu se prodává pod ochrannou značkou Borresherse CAFN.

Granule se obvykle vyrábějí mícháním částicového minerálního materiálu (a popřípadě rostlinných vláken) s roztokem ligninového pojivá, poté ztužením směsi a jejím tvarováním, event. lisováním. Jestliže se použije dodatkové pojivo, je obvykle přítomno ve směsi s ligninem.

Počátečního promíchání částicového minerálního materiálu s vodným roztokem pojivá lze dosáhnout smícháním minerálního materiálu (a popřípadě rostlinných vláken) s práškovým ligninovým pojivém a vodou, jehož výsledkem je rozpuštění práškového pojivá během míchání. Alternativně se při míchání může mísit částicový materiál s roztokem ligninového pojivá.

Celkové množství vlhkosti ve směsi je v rozmezí od 0,5 do 10 % hmotnostních, s výhodou od 1 do 5 % hmotnostních. Celkové množství ligninu je obvykle v rozmezí od 1 do 10 % hmotnostních, často od 2 do 5 % hmotnostních, vztaženo na celkovou hmotnost směsi.

Ligninové pojivo se aplikuje ve formě předem připraveného roztoku, přičemž se tento roztok udržuje při mírně zvýšené teplotě (např. 20 nebo 30 až 70 °C) aby se redukovala viskozita

-3 CZ 289822 B6 roztoku, ale podmínky skladování musí být takové, aby během skladování nedošlo k polymeraci nebo degradaci pojivá.

Směs roztoku ligninového pojivá a částicového materiálu se s výhodou nechává zhoustnout 5 (tj. stane se více viskózní a klade odpor vůči míchání) předtím, než se podrobí tvarování, event.

lisování. Pro urychlení tohoto účinku je žádoucí směs zahřát, čehož lze dosáhnout zahříváním během míchání. Aparatura, použitá k míchání, tedy může být vybavena interními topnými články jako jsou vyhřívané lopatkové mísiče jež mohou být předem zahřívány a/nebo mohou být vybaveny externími topnými články nebo vodným pláštěm, jímž proudí horká voda kolem 10 aparatury během míchání.

Obvykle má směs vnitřní teplotu v rozmezí od 20 do 70 °C během míchání s pojivém dokud nenastane zhoustnutí směsi. Toto zhoustnutí může být způsobeno chemickým tvrzením ale obecně je způsobeno odpařováním vlhkosti ze směsi během míchání.

Jednoduché míchání může být při tomto způsobu vhodné, když částice částicového materiálu již mají velikost v žádaném rozmezí. Nicméně pokud nějaký podíl částicového materiálu nebo veškerý kusový materiál je příliš hrubý, je výhodné drtit jej během míchání. Drcení v průběhu míchání má výhodu v tom, že tepelná energie, která se uvolňuje během drcení, způsobí žádané 20 zvýšení teploty.

Zvláště výhodné je takové provedení způsobu podle tohoto vynálezu, při němž způsob v sobě zahrnuje současné míchání, drcení a zahřívání směsi minerální látky a pojivá (a popřípadě vláken), kdy se při drcení také dosahuje promíchávání. S výhodou se toho dosahuje při použití 25 tyčového mlýna. Například se může míchání a drcení provádět po vhodnou dobu jako je 10 až minut, aby se dosáhlo žádané velikosti částic a optimálního smíchání pojivá s kusovým materiálem.

Drcení a míchání tímto způsobem je zvláště výhodné nejen z ekonomického hlediska kvůli 30 vývoji tepla zahřátí směsi, ale také se dosahuje extrémně vysokého pokrytí povrchu částic s minimálním množstvím pojivá.

Jakmile má směs žádané vlastnosti (například pokud se týká velikosti částic a hustoty), je již schopna varování, event. lisování, suší se nebo jinak dostatečně tvrdí, aby byla natolik hustá, aby 35 mohla být dávkována do forem.

Tvarování se může provádět jakýmkoli vhodným způsobem používaným při kompresním tvarováním, lisováním. Velice výhodné je lisování pomocí válcového lisu. Válcový lis může obsahovat dvojici válců, jež se spolu otáčejí, přičemž charakter otáčení je závislý na definovaném 40 typu zpracování a podmínky se přizpůsobují tak, aby zpracování bylo přizpůsobeno přiměřeně pro oba válce. Tyto válce mají silnou dlouhou osu nebo mohou mít kola. Válce pro granulování uvedeného obecného typu jsou velmi dobře známé pro účely granulování krmivá pro dobytek nebo pro tvarování palivových briket.

Tlak, který se používá ke zpracování směsi ve formě, je často v rozmezí od 10 do 50 kN na cm.

Konečné rozměry jsou určeny podle rozměrů získaných granulí. Obecně mají takové granule minimální rozměry alespoň 5 mm a obvykle alespoň 40 mm. Maximální rozměr může být například 200 mm, ale obvykle ne větší než 150 mm. Výhodou tohoto vynálezu je to, že se 50 dosáhne velmi rychlého spojování stím, že výsledné produkty mají na výstupu z armatury odpovídající pevnost (k čemuž dochází velmi rychle). Granule získávají úplnou celkovou pevnost v podstatě za velmi krátkou dobu, například za dobu kratší než 2 hodiny a často za 1/4 hodiny až 1 hodinu, od počátku míchání pojivá a částicového materiálu. Získávají tuto pevnost aniž by je bylo třeba tepelně vytvrzovat v peci. Místo toho se ponechají v běžných podmínkách uložení za 55 působení atmosféry. Granule tedy nevyžadují delší dobu skladování (jak je požadováno

-4CZ 289822 B6 s běžnými pojivý) ktomu, aby došlo k hydraulickému vázání, ale místo toho snimi lze manipulovat a používat je ihned po jejich vytvarování.

Tavná teplota v peci je obvykle vyšší než 1400 °C a teplota tání granulí je obvykle vyšší než 1100°C nebo vyšší než 1200 °C. Ligninové pojivo je zvláště výhodné vzhledem ktomu, že granule, vyrobené za použití takových pojiv, jsou obecně dostatečně odolné a dosahují odpovídající pevnosti.

Jinou výhodou ligninových pojiv je to, že látky těkají během vytvrzování a tavení pojiv jsou takového typu, že se snadno zpracovávají za použití běžných zpracovatelských systémů pro plyny, u nichž normálně dochází ke styku s pecí.

Důležitou výhodou tohoto vynálezu je dobré vázání a granule je možno tvořit z jemného částicového materiálu. Ačkoliv je možné při tomto vynálezu používat kusový materiál o velikosti částic 2 mm alespoň u 90 % hmotnostních, je výhodné, jestliže je velikost částic částicového materiálu menší. Například obvykle má alespoň 98 % a s výhodou 100 % hmotnostních, velikost pod 2 mm. Zejména je výhodné, aby alespoň 80 %, například 50 až 80 % hmotnostních, mělo velikost pod 1 mm a výhodněji pod 0,5 mm. Žádoucí je přítomnost částicového materiálu, a to do alespoň 20 % hmotnostních, nad 1 mm. Kusový materiál je často převážně nad 0,1 mm a obvykle převážně nad 0,2 mm.

U granulí spojených vazbou (vázaných) je možné použít rozmanitý anorganický materiál. Jak je výše uvedeno, významná výhoda použití ligninových pojiv v porovnání s konvenčními hydraulickými pojivý je v tom, že se získají dobré výsledky dokonce i když je velikost částic malá. Když se použije hydraulické pojivo, je nezbytné, aby obsahovalo významné množství částicového materiálu ve směsi, aby měly granule odpovídající pevnost. V tomto vynálezu se nicméně nepožaduje, aby takový kusový materiál v podstatě sestával z materiálu majícího velikost částic menší než je konvenční materiál pro granule MMVF.

Použití těchto částic o malé velikosti má dvě významné výhody. První dovoluje za podmínek stejné doby zdržení a teploty v peci rychlejší tavení, než je u konvenčního částicového materiálu a dovoluje použít materiály s vyšším bodem tání. Například alespoň 70 % hmotnostních složek anorganického materiálu mohou být látky s bodem tání nad 1 450 °C. Druhá dovoluje použít materiály s nízkým obsahem A1₂O₃, jež jsou snadno dostupné ve velmi jemně kusové formě, zejména je dobré upozornit, že sem patří písek. Tedy, pokud je to žádoucí, může být podle tohoto vynálezu kusovým materiálem v granulích písek, malá velikost částic také minimalizuje nebo eliminuje potřebu začleňovat tavidla, a tedy se lze vyhnout jejich výběru při volbě chemického složení.

Vhodné jemnozmné podíly, jež zahrnují jemné kamenné podíly (jako jsou jemné podíly strusky běžně vznikající při výrobě z minerálů nebo minerálních tavenin), odpad při výrobě skla, železné rudy, použité slévárenské písky a rozmanité MMV odpadní vláknité materiály, například to mohou být odpady z vláknotvomých způsobů nebo to mohou být nepoužité nebo odpadní finální produkty. Podle tohoto vynálezu se nepočítá s možností použití odpadů z výroby MMV ve významných množstvích. Mezi takové vláknité materiály patří odpady ze spřádacích způsobů a suchý vlněný odpad, což jsou odpadní tvrzené vláknité produkt jako odpadní podíly z jednotlivých výrobních sekcí, dále mokrý vlněný odpad, což jsou netvrzené podíly z výroby vlny při výrobním způsobu a vznikající při přerušeních během výroby.

Místo nebo kromě přidávání anorganických vláken je možné do směsi, z níž se tvoří granule, dávat organická vlákna. Výhodnými organickými vlákny jsou rostlinná (včetně vlny) vlákna, zejména vlákna papírová, vlákna z chaluch, citrusové odpady a sláma. Použití slámy má výhodu v tom, že ji lze zavádět v suché formě a tedy se neovlivňuje obsah vlhkosti ve směsi, z níž se tvoří granule a tedy je možné zavádět jiná vlákna v mokré formě, čímž se zvyšuje obsah vlhkosti ve směsi. Použití rostlinných vláken může mít za následek zvýšenou pevnost po tvarování, které

-5CZ 289822 B6 lze dosáhnout při zvětšeném rozsahu obsahu vlhkosti. Množství rostlinných nebo jiných organických vláken je obecně od 0,2 do 10 dílů, častěji 0,5 až 5 dílů, vztaženo na hmotnost ligninu (suchá hmotnost). Sláma je obvykle řezaná nebo nasekaná na délku ne větší než 5 nebo 10 mm, což je vhodné maximum pro všechna rostlinná vlákna.

Kusový minerální materiál pro tvorbu granulí může být drcený minerální materiál nebo v přírodě se vyskytující jemně kusový minerální materiál. Vhodnými materiály jsou vysoce tavné látky jako je křemen, olivínový písek, vápenec, dolomit, rutil, magnezit, magnetit a brucit. Lze také použít jiné obvyklé složky pro MMVF granule, jako struska, horniny a minerální produkty.

io

Minerální materiály vybírané pro tvoření granulí lze volit s ohledem na požadovanou chemickou analýzu a tavné vlastnosti. Obecně méně než 75 % hmotnostních a často pod 20 % hmotnostních granulí se taví při teplotě 1250 °C, ale obvykle se granule celkově taví při teplotě 1300 °C a často při 1375 °C.

Chemická analýza granulí je s výhodou taková, aby obsah hliníku byl pod 4 % hmotnostní, výhodněji pod 2 % hmotnostní a obvykle pod 1 % hmotnostní. Celkové množství Na₂O a K₂O není obvykle vyšší než 6 % hmotnostních a je s výhodou pod 4 % hmotnostní. Celkové množství FeO + MgO + CaO je s výhodou pod 50 % hmotnostních.

Výhradně organicky vázané granule tvoří v minerální vsázce do pece až 50 % hmotnostních, obvykle ne více než 20 % hmotnostních nebo 30 % hmotnostních minerální vsázky se zavádí v jiné formě. Například určitý podíl minerální vsázky obsahuje granule vázané nějakým jiným způsobem, například za použití cementu nebo obsahuje běžné složky pro tvorbu tavenin pro 25 MMV vlákna jako horniny, strusku, skelný odpad a jiné obvyklé materiály. Jestliže se takové materiály nezavádějí jako granule, zavádějí se běžně ve formě mající velikost částic obecně v rozmezí od 40 mm do 160 mm. tyto doplňkové materiály mají pro dané použití obsah hliníku nižší než maximálně 6 % hmotnostních, s výhodou pod 4 % hmotnostní.

Celkově by vsázka měla mít obsah A1₂O₃ pod 4 % hmotnostní, obecně pod 2 % hmotnostní a s výhodou pod 1 % hmotnostní.

Tavenina může obsahovat buď organické vázané granule nebo ve zbytku vsázky složky, jež jsou známé tím, že jsou užitečné ke zlepšení rozpustnosti jako jsou obecně sloučeniny fosforu a bóru, 35 v celkovém množství nepřevyšujícím 10 až 20 % hmotnostních (měřeno jako oxidy).

Výhodné složení vláken a taveniny a také granulí je: 45 až 50 % hmotnostních SiO₂, 0,5 až 4% hmotnostní A1₂O₃, 0,1 až 4% hmotnostní TiO₂, 5 až 12% hmotnostních FeO, 10 až 25 % hmotnostních CaO, 8 až 18% hmotnostních MgO, do 4 % hmotnostních Na₂O, do 40 2 % hmotnostních K₂O, do 6 % hmotnostních Na₂O + K₂O, od 2 do 10 % hmotnostních P₅O₅ a do 10 % hmotnostních jiných složek.

Pecí může být jakákoli pec, používaná k tavení válce pevného částicového minerálního materiálu obsahujícího granule. Válec je často vysoký alespoň 1 metr. Pecí může být elektrická pec nebo 45 taviči vanová pec nebo s výhodou kupolová pec, kde je hořlavinový materiál obsažen ve vsázce.

teplota tavení závisí na použitém materiálu a na vláknotvomém způsobu, ale obvykle je v rozmezí 1200 °C až 1600 °C, často od 1400 °C do 1550 °C.

Vlákna se mohou tvořit konvenčními způsoby jako je způsob za použití spřádacího stroje, 50 výhodně nalitím do spřádacího stroje vybaveného alespoň dvěma spřádacími přeslicemi, jak je například popsáno ve WO 92/06047. Vlákna se vyrobí nalitím taveniny do prvního rotoru spřádacího stroje, poté tavenina pokračuje postupně do dalších po sobě následujících spřádacích rotorů, z nichž se postupně získávají vytvářená vlákna.

-6CZ 289822 B6

Produkty podle tohoto vynálezu lze použít k jakémukoli běžnému používání vláken MMV, jako tepelné izolace, snižování hluku a regulace, protipožární ochrana, růstová média, výztuže a plniva.

Dále budou uvedeny příklady, kde v každém z těchto příkladů se uvádí anorganické materiály a organická vlákna, jež se podrobují drcení v tyčovém mlýně, na začátku se rozdrtí, pak se přidá vodný roztok ligninového pojivá v takovém množství, aby obsah vody ve směsi byl 12 % hmotnostních a obsah ligninu (hmotnost v suchém stavu) 4% hmotnostní. Drcení pokračuje po 10 až 20 minut za teploty směsi v rozmezí od 20 °C do 50 °C a velikost částic je alespoň z 98 % hmotnostních pod 2 mm a alespoň z 80 % hmotnostních pod 1 mm a alespoň z 50 % hmotnostních pod 0,5 % hmotnostního. Směs se zahřívá v lopatkovém mísiči, kde je obsah vlhkosti 1 až 3 % hmotnostní. Alternativně se směs může sušit v sušárně s fluidním ložem při teplotě 60 °C dokud se nedosáhne žádaného obsahu vlhkosti. Směs prochází tvářecími prohlubněmi ve válcovém lisu, kde se směs lisuje za tlaku nad 20 kN na cm do tvaru granulí, jejichž je typicky od 100 mm do 50 mm. granule vycházejí z tohoto lisu po několika minutách a do vstupního dávkovače se přivádí kusová směs. Tyto granule mají takovou pevnost po lisování, že je možné s nimi manipulovat ihned poté, co projdou výstupním místem. Je možné je nechat půl hodinu, po kterýžto čas získají dodatečnou pevnost.

V každém případě se granule dávkují do kupolové pece spolu s koksem jako palivem. Granule jsou podstatnou částí při dávkování minerální dávky do pece. Teplota tavení v peci 1610 °C. Tavenina postupuje z pece do rotoru spřádacího stroje tak, jak je popsáno v patentu WO 92/06047. Výsledná vlákna se shromažďují a lze je vázat pomocí organického pojivá konvenčním způsobem.

Dále budou uvedeny příklady ilustrující tento vynález, přičemž nijak neomezují jeho obsah ani rozsah.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1
7%	železná ruda
10%	dolomit
27%	oxid vápenatý
42%	křemičitý písek
14%	olivínový písek
a ligninové pojivo

chemické složení vláken (složky v relativních hmotnostních %)

SiO₂ A1₂O₃ TiO₂ FeO CaO MgO Na₂O K₂O

59,3 0,8 0,2 6,4 19,9 11,8 0,1 0,5.

Příklad 2

10%	dolomit
34%	oxid vápenatý
42%	křemičitý písek
14%	olivínový písek
a ligninové pojivo

-7CZ 289822 B6 i

chemické složení vláken (složky v relativních hmotnostních %)

SiO₂ A1₂O₃ TiO₂ FeO CaO MgO Na₂O K₂O

60,4 0,8	0,2 1,0 24,5 11,7 0,1
Příklad 3
18%	dolomit
26%	oxid vápenatý
26%	křemičitý písek
10%	olivínový písek
20%	minerální odpadní vlna
a ligninové pojivo

chemické složení vláken (složky v relativních hmotnostních %)

SiO₂ A1₂O₃ TiO₂ FeO CaO MgO Na₂O K₂O

52,0 0,8 0,2 0,8 28,7 16,0 0,3 0,2.

Příklad 4

Způsob v podstatě stejný jako v příkladech 1 až 3 se provádí za použití 7 % křemenného písku, 33 % olivínového písku, 48 % minerálních vláken s nízkým obsahem aluminy a 12 % apatitu spolu s 6 %ním roztokem ligninsulfonátu vápenatého. Dodatečná vlhkost se dodává ke směsi při experimentech. V některých případech se přidává vlhký odpad z výroby papíru, přičemž použité množství papíruje v množství 9,6 % u suchého materiálu nebo 19,1 % suchého materiálu.

Zaznamenává se pevnost granulí po vytvrzení po 60 minutách.

Když ve směsi není papírový odpad a její vlhkost je od 1 % do 2 %v době po lisování, má pevnost 5,5 kN, ale když je obsah vlhkosti 4 % má pevnost 1,3 kN.

U experimentů za použití vlhkého papírového odpadu je při obsahu vlhkosti 1 % až 2 % pevnost od 5 kN do 6 kN, při 19 % papírového odpadu je pevnost poněkud vyšší než při 9,6 % papírového odpadu.

Příklad 5

Aby bylo možné určit rezistenci ligninového pojivá vůči degradaci v peci před tavením, provádí se následující test.

Granule se tvoří stejným způsobem jako v předcházejících příkladech z odpadů z výroby minerální vlny a ligninsulfonátu vápenatého.

Pevnost granulí se zaznamenává, když teplota dosáhne hodnoty 1200 °C.

Hlavní a nejvíce důležité zhoršení pevnosti začíná v rozmezí teploty 1135 °C až 1190 °C, což je stejné jako u granulí vázaných konvenčním hydraulickým pojivém. Granule se tedy začínají rozpadat při stejné teplotě, kdy dochází k významnému tavení (obvykle to je alespoň 1100 °C

-8CZ 289822 B6 nebo 1200 °C nebo vyšší teplota). Výsledkem je, že vsázka se nerozpadá nad teplotu danou oblastí tavení, ale udržuje si přírodní kusový charakter, dokud se nedotáhne v peci tavné zóny. Dochází k malému poklesu pevnosti při teplotě 800 °C, ale nedochází k degradaci granulí.

Výhodné granule podléhají rozpadu pouze při teplotách nad 1100°C a obvykle při nebo nad 1100 °C i když se použije organického pojivá. Co se týče toho, že může kvalitě granulí napomáhat vlhkost směsi, jež se podrobuje lisování, obsahuje směs (měřeno jako hmotnostně oxidy) podstatné množství SiO₂ (obvykle nad 40 % nebo nad 50 %) s oxidy alkalických zemin a/nebo oxidů alkalických kovů (obvykle nad 20 % nebo nad 30 %), dohromady s oxidy některých polyvalentních kovů jako FeO, A1₂O₃ a TiO₂ (obvykle nad 1 % ale pod 15 % a obvykle pod 10 %). Množství CaO + MgO je často 20 % až 50 %. Množství CaO je často 15 až 35 %.

Překvapující je, že tyto nové ligninem vázané granule se podržují svou integritu do tak vysokých teplot a že nedochází k žádné degradaci při nižších teplotách, jež vede k významnému rozpadu.

Příklad 6

Granule se tvoří stejným způsobem z 15 % odpadu z výroby minerální vlny, z 15 % křemenného písku, 10 % olivínového písku, 18 % dolomitu, 26 % oxidu vápenatého, 5 % odpadu z chaluch a z ligninového pojivá.

chemické složení produktu (měřeno hmotnostně jako oxidy)

SiO₂ A1₂O₃ TiO₂ FeO CaO MgO Na₂O K₂O

49,47 0,84 0,27 0,82 31,16 15,65 0,32 0,46.

Průmyslová využitelnost

Minerální skelná vlákna, připravené způsobem podle tohoto vynálezu, jsou významná především pro stavebnictví a příbuzná průmyslová odvětví.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

1. Způsob výroby minerálních skelných vláken majících nízký obsah A1₂O₃ tavením samonosného sloupce pevného částicového minerálního materiálu obsahujícího lisované granule z minerálního materiálu a rozvlákňováním vznikající taveniny, vyznačující se tím, že tavenina obsahuje méně než 4 % hmotnostní A1₂O₃ přičemž alespoň 50 % minerálního materiálu jsou ligninem vázané granule obsahující méně než 4 % hmotnostní A1₂O₃, které se vyrábějí tlakovým lisováním částicového minerálního materiálu majícího velikost částic alespoň z 90 % hmotnostních menší než 2 mm s pojivém, sestávajícím v podstatě z organického pojivá, obsahujícím ligninovou složku pojivá, přičemž množství ligninové složky pojívaje 1 až 10% vztaženo na hmotnost směsi s pojivém.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že tlakové lisování se provádí za pomoci válcového lisu.

3. Způsob podle nároku 1 nebo 3, vyznačující se tím, že ligninem vázané granule se vyrábějí tlakovým lisováním při 10 až 50 kN/cm.

-9CZ 289822 B6

4. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že ligninem vázané granule se vyrábějí mícháním částicového minerálního materiálu s pojivém za přítomnosti vody, působením pojivá začne směs houstnout a hustá, ztužená směs se za tlaku

5 tvaruje lisováním.

5. Způsob podle nároku 4, vyznačující se tím, že k houstnutí dochází při míchání za použití vyhřívaného mísiče a/nebo se směs zahřívá pomocí nepřímého vyhřívání tepelným výměníkem.

6. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že alespoň 80 % hmotnostních částicového minerálního materiálu, z něhož se vyrábí ligninem vázané granule, má částice o velikosti pod 1 mm.

15

7. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že se pojivo míchá s minerálním materiálem, přičemž se směs zahřívá a část minerálního materiálu se drtí na žádanou velikost částic za použití tyčového mlýna.

8. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že 20 alespoň 70 % hmotn. složek anorganického materiálu v ligninem vázaných granulích jsou materiály s teplotou tání nad 1450 °C.

9. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že minerální skelná vlákna se vyrábí nalitím taveniny do prvního spřádacího rotoru spřádacího

25 stroje, poté tavenina pokračuje postupně do dalších po sobě následujících spřádacích rotorů, z nichž se postupně získávají vytvářená vlákna.

10. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se t í m, že pojivo tvoří v podstatě pouze lignin.

11. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vy zn a č uj í c í se tím, že lignin je ligninsulfonan vápenatý.

12. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že směs, 35 z níž se tvoří granule, obsahuje navíc odpadní vlákna.

13. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že teplota tavení je alespoň 1 100 °C a směs ze které se tvoří granule v podstatě obsahuje, měřeno hmotnostně jako oxidy, SiO₂ nad 40% a od 20 % do 50 % CaO + MgO.

14. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že směs, z níž se tvoří granule, obsahuje navíc rostlinná vlákna.

15. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že 45 tavenina a z ní vytvářená vlákna mají toto složení, měřeno hmotnostně jako oxidy: 45 až 60 %

SiO₂ 0,5 až 4 % A1₂O₃, 0,1 až 4 % TiO₂ 5 až 12% FeO, 10 až 25 % CaO, 8 až 18 % MgO, do 4 % Na₂O, do 2 % K₂O, do 6 % Na₂O + K₂0,2 až 10 % P₂Os a do 10 % jiných látek.

16. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že se 50 tavení provádí v kupolové peci.