CZ304744B6

CZ304744B6 - Způsob výroby metakaolinu mletím

Info

Publication number: CZ304744B6
Application number: CZ2012-838A
Authority: CZ
Inventors: Petr Ptáček; Tomáš Opravil; František Šoukal
Original assignee: Vysoké Učení Technické V Brně
Priority date: 2012-11-26
Filing date: 2012-11-26
Publication date: 2014-09-17
Also published as: CZ2012838A3

Abstract

Způsob výroby metakaolinu mechanickou cestou spočívá v pomletí kaolinitu nebo kaolinitického jílu za vzniku amorfního produktu delaminovaného a dehydroxylovaného kaolinu potvrzeného nepřítomností krystalové mřížky metodou rentgenové difrakce bez nutnosti tepelného zpracování.

Description

Vynález se týká mechanického způsobu přípravy metakaolinu, tj. delaminovaného a dehydroxylovaného kaolinitu, bez nutnosti tepelného zpracování.

Dosavadní stav techniky

V současné době je metakaolin pro potřeby keramického průmyslu a stavebnictví, ale i všech ostatních technických i netechnických aplikací, vyráběný kalcinací kaolinů o různém obsahu kaolinitu při teplotách mezi 500 až 700 °C. V průběhu tohoto tepelného zpracování dochází k dehydroxylaci a delaminaci kaolinitu (Al₂O₃-2SiO₂). [1]

Pod dehydroxylací se rozumí ztráta strukturní vody, která je vázána v hydroxylových skupinách diokaedrické vrstvy (někdy také gibbsitové vrstvy). [2] Proces lze popsat následující rovnicí:

Al₂O₃ 2SíO₂ 2H₂O—7—aA1₂O₃ -2SíO₂ +2H₂O(g)

Delaminace potom znamená proces zániku vrstevnaté (TO) struktury kaolinitu a vznik rentgenoamorfního metakaolinu.

Dosavadní způsob výroby metakaolinu kalcinací je proces náročný na spotřebu energie i techniku a při výrobě vznikají nežádoucí skleníkové plyny.

Reference:

[1] V. Hanykýř, J. Kutzendórfer, Technologie keramiky, Druhé upravené vydání, vydala: Vega s.r.o., 2002. ISBN: 80-900860-6-3.

[2] J. Hlaváč, Základy technologie silikátů, SNTL 1988.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1: a) Delaminace kaolinitu během přípravy metakaolinu bez nutnosti tepelného zpracování; b) termogravimetricky stanovený pokles obsahu strukturní vody během přípravy metakaolinu.

Obr. 2: Zkrácení času mletí přídavkem uhličitanu alkalického kovu.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky výroby metakaolinu řeší způsob výroby podle vynálezu. Předmětem vynálezu je způsob výroby metakaolinu tak, že kaolinit nebo kalinitický jíl se pomele až do vzniku amorfního produktu delaminovaného a dehydroxylovaného kaolinu potvrzeného nepřítomností krystalové mřížky metodou rentgenové difrakce a ztrátou vody vázané v hydroxylových skupinách, zjištěnou termogravimetricky.

Ve výhodném provedení podle vynálezu se před mletím přidá uhličitan alkalického kovu v množství nejméně 5 % hmotn. mleté suroviny, nejlépe Li₂CO₃, Na₂CO₃ nebo K₂CO₃.

-1 CZ 304744 B6

Mletí kaolinitu nebo kaolinitického jílu se výhodně provádí nárazem v suchém režimu mletí v kulovém, tyčovém, vibračním nebo tryskovém mlýnu.

Způsob výroby rentgenoamorfního metakaolinu, delaminované a dehydroxylované fáze kaolinu spočívá v mletí kaolinitu nebo kaolinitického jílu. Procesem mletí se rozruší vrstevnatá struktura kaolinitu (delaminace) a zároveň dochází k odstranění strukturně vázané vody (dehydroxylaci). Výsledkem je delaminovaná a dehydroxylovaná rentgenoamorfní fáze, tj. metakaolin. Stupeň delaminace a dehydroxylace a velikost získaných částic závisí na použitém mlýnu. Přídavek uhličitanu alkalického kovu (Li₂CO₃, Na₂CO₃ nebo K₂CO₃) k mletému kaolinu výrazně zkracuje dobu mletí v množství již od 5 % hmotn. Příčinou je vznik termodynamicky stabilnějšího produktu, neboť iont alkalického kovu kompenzuje záporný náboj dehydroxylaci vzniklého tetraedru [AIO4]⁵“. Cílem je dosažení amorfního produktu, tedy stavu, kdy na rentgenové difrakci nelze zjistit krystalovou mřížku.

Mletí lze provádět v podstatě na libovolném typu mlýnu, každý typ mlýnu však vyžaduje odlišný režim mletí. Mletí kaolinitu nebo kaolinitického jílu se může provádět v kulovém, bubnovém, tyčovém, vibračním nebo jiném typu mlýnu, kde mletí probíhá hlavně nárazem a při režimu mletí na sucho. Pro každé zařízení a mlecí režim se proto musí nejprve stanovit vhodná doba mletí na určitou hmotnost meliva. Po určité době mletí dochází k dehydroxylaci. Zbytkový obsah vody, který se u výroby metakaolinu klasickým způsobem tepelného zpracování řídí teplotou a časem výpalu dle typu pece, zde analogicky závisí na délce mletí a použitém typu mlýnu.

Způsob výroby metakaolinu, delaminovaného a dehydroxylovaného kaolinu, mechanickou cestou nevyžaduje tepelné zpracování (kalcinaci), kterého využívá konvenční metoda. Lze tak dosáhnout značné úspory energie i omezení produkce skleníkových plynů při jeho přípravě. Tímto způsobem je možné také zpracovávat méně hodnotné vstupní suroviny, která se v současnosti kalcinují na ostřivo, protože výroba metakaolinu by byla náročná na techniku, čas i proces výpalu.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Kaolin o hmotnosti 20 g se po dobu 3 h mlel v laboratorním vibračním mlýnu, čímž došlo k delaminaci a dehydroxylaci na metakaolin rentgenoamorfní fázi kaolinu. Postupnou delaminaci struktury ukazuje difraktogram na obr. la) a ztrátu strukturní vody obr. lb). Vznik rentgenoamorfní fáze (metakaolinu) potvrzuje vymizení difrakčních linií kaolinitu z difraktogramů na obr. la) mletého materiálu během mletí a termogravimetricky stanovený úbytek v hydroxylových skupinách vázané strukturní vody.

Příklad 2 g kaolinu, ke kterému se přidalo 10 % hmotn. uhličitanu draselného (K₂CO₃) se mlelo v laboratorním vibračním mlýnu za podmínek shodných s příkladem 1. Srovnáním difraktogramů na obr. 2 s obr. la) plyne, že potřebný čas mletí se přídavkem K₂CO₃ zkrátil na 30 min, což je doba 6x kratší ve srovnání s příkladem 1.

Průmyslová využitelnost

Způsob výroby metakaolinu mechanickou cestou bez nutnosti tepelného zpracování a složité předúpravy (např. plavení), umožňuje zpracovávat i méně hodnotné suroviny o nízkém obsahu

-2CZ 304744 B6 částic s velikostí pod 20 pm nebo také hrubé frakce, které při plavení odpadávají. Vyloučení energeticky náročných operací přináší značnou úsporu energií a tím také omezení produkce skleníkových plynů. Možnost zpracování méně kvalitních surovin představuje také nižší výrobní náklady a v neposlední řadě zlepšení hospodaření se zásobami kaolinitických jílů. Produkt je použitelný pro všechny aplikace vhodné pro metakaolin vyrobený konvenčně tepelným zpracováním kaolinu, zejména v keramickém a stavebním průmyslu.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob výroby metakaolinu, vyznačující se tím, že kaolinit nebo kaolinitický jíl se pomele až do vzniku amorfního produktu delaminovaného a dehydroxylovaného kaolinu potvrzeného nepřítomností krystalové mřížky metodou rentgenové difrakce a ztrátou vody vázané v hydroxylových skupinách, zjištěnou termogravimetricky.
2. Způsob výroby metakaolinu podle nároku 1, vyznačující se tím, že před mletím se přidá uhličitan alkalického kovu v množství nejméně 5 % hmotn. mleté suroviny.
3. Způsob výroby metakaolinu podle nároku 2, vyznačující se tím, že uhličitanem alkalického kovu je Li₂CO₃, Na₂CO₃ nebo K₂CO₃.
4. Způsob výroby metakaolinu podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že mletí se provádí nárazem v suchém režimu mletí ve vibračním, kulovém, bubnovém nebo tyčovém mlýnu.