CZ364296A3

CZ364296A3 - Způsob výroby minerálních vláken

Info

Publication number: CZ364296A3
Application number: CZ963642A
Authority: CZ
Inventors: Lone Moller Sorensen; Soren Lund Jensen
Original assignee: Rockwool International A/S
Priority date: 1994-06-15
Filing date: 1995-06-02
Publication date: 1998-03-18
Also published as: FI964953A0; HU221101B1; GB9412011D0; SK280605B6; AU2674095A; EP0766653A1; SK160496A3; DE69506870D1; ATE174881T1; FI964953A7; FI964953L; WO1995034516A1; DE69506870T2; EP0766653B1; ES2125622T3; PL317858A1; HU9603445D0; CA2192966A1; HUT75976A

Description

Oblast techniky

Tento vynález se týká výroby minerálních skelných vláken Man Made Vitreous Fibres (MMVF), která jsou biologicky rozpustná, to znamená že mají přijatelnou rychlost biologicky užitečné degradace ve fyziologickém roztoku.

Dosavadní stav techniky

Je velmi dobře známá výroba minerální taveniny v peci, jako je elektrická pec nebo kupolová pec, a používání této taveniny k rozmanitým průmyslovým účelům. Minerální tavenina se obecně vyrábí ze směsi minerálů, které jsou vybrány tak, aby tavenina, jež se z nich získá, měla žádanou teplotu tání a další vlastnosti, potřebné k zamýšlenému finálnímu použití. Minerální materiály se obvykle čerstvě vyrábí k přímému použití nebo jsou to vytěžené látky jako je rozdrcená hornina nebo rozdrcená struska a písek.

V EP-A-508589 je navrhnuto vyrábět taveninu z velkého množství pevných odpadních látek, jež se užívají v takových poměrech, aby složení taveniny bylo v žádaném definovaném rozmezí. Většinou se jako vhodné odpadní materiály pro zamýšlené použití míní odpadní popel ze spodní části obecní spalovny, nebezpečný odpadní popel ze spodních částí spaloven, prach z domovních skládek a srážecích nádrží, prach z oceláren, kaly z elektrolytického pokovování, kaly z elektrochemických strojních zařízení, odpadní slévárenské písky, kontaminované zeminy, vysušené a kontaminované pevné odpadní látky, prach z cementových fixačních konstrukcí, polétavý popílek ze spalování uhlí, zbytky z anorganických pigmentů a vypotřebované žáruvzdorné materiály. typu, jež se používá Tavenina odchází z pece nebo 4 9 biologická

Pec může být koksovací kupolová pec v průmyslu při odlévání šedé litiny, ža podmínek, které dovolují oddělování volného kovu od roztoku oxidů, kdy se může tavenina vlévat do forem nebo se odlévá.

Při tvorbě vláken MMV z taveniny má vliv na vlastnosti vláken složení taveniny. Je známo, že se rozpustnost vláken MMV ve fyziologickém roztoku může zvyšovat při vhodně zvoleném složení taveniny. Obecně se nej lepši výsledky získají, jestliže je množství hliníku v tavenině, měřeno jako oxidy, nižší než hmotnostní AI2O3· Podle toho, zda je požadována rozpustnost minerálního materiálu pro tvorbu granulí, a jakéhokoli dalšího přídavného materiálu, který je obsažen ve zpracovávané vsázce, se látky vybíraj i tak, aby byl dodržen požadovaný nízký obsah hliníku a požadavek, aby tavenina měla vhodné tavné vlastnosti. Daná vsázka musí mít vhodnou teplotu tavení a vhodné vlastnosti z hlediska viskozity, aby tavenina měla vhodné vlastnosti, potřebné pro tvorbu vláken.

Minerální vlákna se obecně vyráběj i způsobem, který obsahuje tvarované granule z kusového minerálního materiálu, roztavením minerální várky obsahuj ícící uvedené granule v peci se utvoří tavenina a z taveniny se formují vlákna. Složky minerální vsázky musí být vybrány tak, aby se získala tavenina mající vhodné tavné vlastnosti a vlastnosti vláknotvorné podle zamýšleného použití. Pokud se požaduje, aby tavenina měla nízký obsah oxidu hlinitého, je třeba to mít na zřeteli při výběru materiálu pro minerální vsázku. Materiály s nízkým obsahem oxidu hlinitého přicházející v úvahu jsou většinou drahé a většina z těchto materiálů má sklon poskytovat taveninu s neobvyklými tavnými vlastnostmi, například s vysokou teplotou tání. V praxi je proto nutné používat velmi drahé směsi materiálů pro tvorbu biologicky rozpustných MMV vláken a to znamená vážnou překážku v dostupnosti takových vláken.

Je tedy žádoucí, aby bylo možné vybrat takové minerály, které by byly dostupnější a levnější a jež by mohly být použity pro vláknotvornou taveninu mající nízký obsah AI2O3.

Podstata vvnálezu

Podle tohoto vynálezu se vyrábějí MMV vlákna způsobem, při němž se tvarují granule z kusového minerálního materiálu, přičemž tyto granule jsou obsaženy v minerální vsázce, jejímž roztavením v peci se utvoří tavenina a z této taveniny se formují vlákna, přičemž tavenina i vlákna mají takové složení, měřeno jako oxidy, aby obsah oxidu hlinitého byl nižší než 4 % hmotnostní a granule byly formovány jako kusový minerální materiál, jež obsahuje kontaminovaný slévárenský písek.

Kontaminovaný slévárenský písek je slévárenský písek, který může být použit pro výrobu slévárenské formy a který je kontaminován významným podílem nečistot, jež jsou přítomny ve slévárenském písku, po jeho použiti jako slévárenská forma.

je zbytky pojivá jako je fenolformaldehydová furan, bentonit nebo jiná slévárenská pojivá, zbytky kovu z operace odlévání. Přítomnost těchto zbytků může být obecně žádaná tam, kde se písek nepoužívá k nějakému účelu aniž by byl nejprve podroben termo/mechanickému regeneračnímu způsobu obsahujícímu stupně drceni, prosévání, promývání a spalování k odstranění nečistot a jemných částic. Nicméně takové regenerační způsoby bývají velmi drahé a tedy jejich použití k regenerování písku je neekonomické. Takový způsob je například popsán v Minerál Processing č. 8, srpen 1987, strany 456 až 462 Bauerem, kde jsou významné stupně způsobu zpracování magnetickou separací ve fluidním loži s průtokovou míchací zarážkou.

Podle tohoto vynálezu se kontaminovaný slévárenský písek používá bez výrazného předchozího regeneračního způsobu. Pokud

Kontaminován pryskyřice, a často též rozmanitých slévárenský se skutečně nějaký regenerační stupeň provádí, obvykle se omezuje na prosévání písku.

Tento vynález řeší současně dva problémy, totiž potřebu najit způsob ekonomického použití kontaminovaného slévárenského písku a potřebu najít minerál s efektivními náklady, aby jej bylo možno použit na vláknotvornou taveninu k výrobě vláken s nízkým obsahem oxidu hlinitého.

Jedna z výhod tohoto vynálezu spočívá ve skutečnosti, že není nutné odstraňování jemných částic z kontaminovaného písku před jeho použitím. Jak bylo objasněno výše, bylo to dříve vždy nutné, aby byl slévárenský písek vůbec použitelný. Tento ekonomicky důležitý faktor při použití slévárenského písku uplatňuje právě tento vynález.

Ve skutečnosti může být přítomnost jemných částic podle tohoto vynálezu výhodná. Jemné částice projevují při konvenčně používaných tavících způsobech vynikající tavné vlastnosti vzhledem k potřebě kratši doby zdržení ve výrobním zařízení při teplotě tavení než je tomu u větších částic slévárenského písku.

Uvedený důležitý rys znamená, že je možné použít ve vsázce větších množství látek s vysokou teplotou tavení jako je kontaminovaný slévárenský písek než by jinak bylo možné. Přítomnost jemných částic slévárenského písku také minimalizuje nebo eliminuje potřebu začleňování tavidel a tedy je možné se vyhnout jejich použití při volbě chemických směsí.

Množství kontaminovaného slévárenského písku je s výhodou alespoň 10 % hmotnostních, obvykle alespoň 20 % hmotnostních, vztaženo na celkovou minerální vsázku a často alespoň 30 % hmotnostních. Obvykle to však není více než 75 % a obecně se pohybuje v rozmezí od 20 do 40 % hmotnostních nebo 45 % hmotnostních, vztaženo na celkovou minerální vsázku.

Tavenina má obecně obsah CaO v rozmezí 10 až 40 % hmotnostních a obsah MgO v rozmezí 5 až 30 % hmotnostních (často 7 až 20 % hmotnostních). Obecně je celkové množství CaO a zásadité látky 10 až 48 % a celkové množství MgO a FeO v rozmezí od 7 do 30 % hmotnostních. Množství SiO₂ je obecně v rozmezí od 35 do 75 % hmotnostních. Výhodná je taková směs, v níž je celkový obsah oxidu hlinitého nižší než 3 % hmotnostní a často nižší než 1 % hmotnostní. Směs může obsahovat rozmanité sloučeniny, jež se přidávají k oxidu hlinitému, CaO, MgO, zásadité látce a FeO a SiO₂ v množstvích, jež jsou uvedené výše. Tavenina též může obsahovat jiné prvky jako je fosfor, bor a titan, obecně každý v množství nepřevyšujícím 10 % hmotnostních, meřeno jako oxid.

K neuspokojivým výsledkům může vést použití granulí, jež mají takové individuální složení, kdy je velmi vysoký obsah oxidu hlinitého a velmi nízký obsah CaO a/nebo MgO, zvláště proto, že takové granule mají spíše nízkou teplotu tání.

Je tedy výhodné, jestliže mají granule v podstatě obsah A1₂O3 do 4 % hmotnostních, MgO 5 až 30 % hmotnostních a CaO od 5 do 40 % hmotnostních, vše vztaženo na celkovou hmotnost granuli.

Žádaného chemické složení lze křemičitého písku s olivínovým pískem zdroj em CaO, kdy slévárenský písek, písek. Často však dosáhnout mícháním a látkou, která je obecně je veškerý písek kontaminovaný přičemž nějaký může být nekontaminovaný jsou granule formovány ze směsi písků s jinými anorganickými materiály, jež samy o sobě mohou být průmyslovým odpadním materiálem. Mezi vhodné průmyslové odpadní materiály patří například struska, sklo, vláknitý cement neobsahuj ící asbest, dřevný popel, prach z oceláren a produkty z MMV vláken, např. spojitě vázané vláknité materiály. Tyto vláknité materiály mohou být recyklovány z daného způsobu nebo to mohou být odpadní materiály, převážně z výroben.

Vsázka do pece by měla sestávat jenom z granulí obsahujících kontaminovaný písek nebo, což je více obvyklé, je to směs z alespoň 30 % hmotnostních, častěji alespoň 50 % hmotnostních a typicky do 80 % hmotnostních nebo více, takových granulí s jiným kusovým materiálem. Tento jiný materiál může obsahovat granule vyrobené z materiálů neobsahujících kontaminovaný slévárenský písek a/nebo jiný minerální materiál vhodný k začleněný do taveniny. Tímto přídavným minerálním materiálem může být průmyslový odpad, jak je uvedeno výše nebo to může být původní minerální materiál, jež nebyl dosud použit.

Takovýto minerální materiál, jež lze použít jako část negranulované vsázky nebo jako složky granulí, může zahrnovat takové materiály jako je dolomit, železná ruda, vápenec, rutil, magnezit, magnetit, brucit, nehašené vápno, struska a jiné materiály vhodné pro tvoření vláknotvorné taveniny. Směs kontaminovaného slévárenského písku, jiného průmyslového odpadu a jiného minerálního materiálu by měla být taková, aby vlákna měla žádané složení.

Granule lze vyrobit jakýmkoli vhodným způsobem. Obecně se vyrábějí vázáním anorganického materiálu za použití pojivá, často ve spojení s použitím vyššího tlaku (lisování). Pojivém může být hydraulické pojivo jako je cement nebo to může být struska aktivovaná zásaditým činidlem jako je uvedeno v V092/04289. Pojivém může být alternativně nehašené vápno, jež se hydratuje za zahřívání za přítomnosti vody - dobře známý způsob vápno/pískovec. Alternativně je pojivém organické pojivo, například ligninové pojivo získané smícháním ligninsulfonatu vápenatého s kusovým materiálem za přítomnosti vody, po němž následuje nejprve vytvrzení a poté se částečně vytvrzená směs podrobí lisování, například na válcovém lisu.

Použití organického pojivá je výhodné a lze se tím vyhnout zavedení oxidu hlinitého nebo jiné anorganické složky a tedy je možné zavést další omezení, týkající se materiálů, jež se použijí do vsázky.

Granule mají obvyklé rozměry, například minimální velikost alespoň 5 mm, často alespoň 20 mm a obvykle alespoň 40 mm a maximální velikost do 300 mm, ale obvykle ne větší než 150 mm nebo 200 mm.

Pec je vyhřívána konvenčním způsobem, například je to elektrická pec nebo taviči vanová pec, nebo více obvyklé je použití spalování nebo spalovacího materiálu v kupolové peci.

Ί

Teplota tavení závisí na použitých minerálech a na způsobu tvorby vláken, ale obecně leží v rozmezí 1200 až 1600 °C, často mezi 14000 a 1550 °C.

Vlákna se mohou tvořit konvenčními způsoby jako je způsob za použití spřádacího stroje, výhodně nalitím do spřádacího stroje vybaveného alespoň dvěma spřádacími přeslicemi, jak je například popsáno v V092/06047. 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.

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 ilustrující tento vynález, přičemž nijak neomezují jeho obsah ani rozsah.

Příklady provedení vvnálezu

Příklad 1

100%ní granulová vsázka (85 % průmyslového odpadu) % cement % křemičitý slévárenský písek % olivínový slévárenský písek % konvertorová struska

Příklad 2

100%ní granulová vsázka (57 % průmyslového odpadu) % cement % skelný odpad % křemičitý slévárenský písek % olivínový slévárenský písek % dolomit 9 % železná ruda

Příklad 3

100%ní granulová vsázka (63 % průmyslového odpadu) % cement % dolomit % křemičitý slévárenský písek % olivínový slévárenský písek % skelný odpad % strusková vlna atd.

% železná ruda

Příklad 4 % granulová vsázka a 11 % vápence (37 % průmyslového odpadu)

Složeni granulí:

% cement % křemičitý slévárenský písek % dolomit

Příklad 5

100%ní granulová vsázka (60 % průmyslového odpadu) % olivín % křemičitý slévárenský písek % vápenec 9 % železná ruda

Příklad 6

100%ní granulová vsázka (54 % průmyslového odpadu) % křemičitý slévárenský písek % dolomit % skelný odpad % strusková vlna atd.

Příklad 7

100%ní granulová vsázka (65 % průmyslového odpadu) % cement % křemičitý písek % olivínový písek % dolomit % železná ruda % strusková vlna atd.

Chemické složení odpadních materiálů použitých v příkladech je uvedeno v Tabulce 1 a vlastnosti vsázky a produktů pro každý z výše uvedených příkladů uvádí Tabulka 2.

Tabulka 1: Chemické složení/odpadní materiály pro rozpustná vlákna

i *'						VO « «Η	‘ vo a VO
< - N							00 • o rd
tn 9< * CM			σ> • Ci			r* ’ a H
t#> 2·			r-í • O	c> a o	Ol a o	CO a r4 rH	ω a o
9, * <0 fc			»—C « o	r-f a cn r4	cn « o		o- « Ol
o «*> Ol X		cn • vo cn	rH • fd	fň a r4	cn • ΙΛ	o • rH	Ch a «ř
o * 3			rd • O	00 a o rd	• - rd	o a Ol co	oi • CO rd
o * 0 fw		ω « H rH	m • in CM	Ol • o	cn « rd	r » o	CO a ^ř tn
s * H			r- • rK	rd • O	Ol . · o
n rd »<	a rH		Φ <H	*—i a r4	Ol a m
rt O * -rl to	VO • co cn	in « Ch	cH • «Η rH	a a-4 f*	n • o Ol	Ol a • H	a cn
Vzorek	d-J •rd >CJ^ •rd CZ Ε ω (D CQ >fd Ή -¥ CL CZ ID/ tn Ή □. CZ tn c CD fd 'CO > 'CD rd cn	> o G Ή CZ > CD •rd cn rd 'rd O CL CZ CD cn 'rd α '>> CZ cn c ID td 'CO > 'ω rd cn	co CZ cn o td d-> tn 'CO > o td o d-> td CD > c o	το co CL το , o '>> c 1—1 CD CZ m	Ή CJ 'rd •r-j 3 n co cn JD o ω c d-» c . CD E CD □ d-> •rd d-> c cn _SÍ (D 'co n rd cn > co	i—1 ID □. O CL '>, C > (D fe	c CD td 'CO rd CD O O N .C CJ co fe

/V

Slévárenský písek: Křemičitý písek a olivínový písek.

♦

Příklad 7 ?	Příklad 6	Příklad 5	Příklad 4	Příklad 3	Příklad 2	Příklad l
100	100	.100	CO VO	100	100 1	’ . 100	Množství granulí ve ί vsázce - %
65	54	tn O	37	cn u>	1 ί 57 i	⁸⁵ i	Průmyslový odpad ve vsázce - %
tn ω	20	09	w	tu tu	tu Ch	tn Ch	Slévárenský písek* ve vsázce - %
3.2	o » \0	o • cn	• U)	! í 2.0 !	•	1.6 1	< cd 3> 00, I—¹ N NO O O CD UJ 1 < CD o\°
16.3	M O • <h	M cn ' · <n	,35.5	21.1 1	21.1	25.4	CaO ve vsázce - %
* A	33.0	w cn • o	36.8	23.6	25.3	NO cn VO	(CaO + zásadi- té látky) ve vsázce - %
12.3	M · • A	18.0	Ό « ui	¹².6	10.3	10.5	MgO ve vsázce - %
» M	M & • <J	t0 • . -4	9.8	vO cn	>-· • •4	17.1 Lj	(MgO + FeO) ve vsázce - % J 1

ω cr c

I—· 7Γ Q>

NO

C.

Q.

ω

C_|.

CD o

ΣΤ ω

t-j ω

7Γ

H*

CD fj

H·

N

C

C_i·

Hs

O l-S

C_i·

CD

CL □

O

H· <

CD,

O I-J< H, TC ř—¹ω α.

- u -u 12

Průmyslová využitelnost

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

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob výroby Man Made Vitreous Fibres skleněných vláken sestávaj ící z lisování granulí z kusového minerálního materiálu, z tvoření taveniny tím, že v peci taví vsázka, obsahuj ící granule a z tvarování vláken z taveniny.vyznačující se tím, že tavenina a vlákna mají takové složení, měřeno jako oxidy, že obsahují AI2O3 v množství nepřevyšujícím 4 % hmotnostní a granule jsou tvarovány jako kusový materiál, který obsahuje kontaminovaný slévárenský písek.
2. Způsob podle nároku 1,vyznačuj ící se tím, že uvedené granule se tvoří z kusového materiálu, který obsahuje kontaminovaný slévárenský písek v množství alespoň 10 % hmotnostních, vztaženo na celkovou hmotnost minerální vsázky.
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se ΐ í m, že množství kontaminovaného slévárenského písku v granulích je 10 až 70 % hmotnostních, vztaženo na celkovou hmotnost minerální vsázky.
4. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že v podstatě každá z granulí obsahuje MgO od 5 do 30 % hmotnostních a že obsahuje CaO od 5 do 40 % hmotnostních.
5. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků, v y že v podstatě každá z % hmotnostních a že obsahuje značující se txm, granulí obsahuje MgO od 5 do 30 CaO od 5 do 40 % hmotnostních.

•
6. Způsob podle nároku 5, v y z n že obsah CaO a zásaditých látek ačující se tím, je 10 až 48 % hmotnostních a obsah MgO a FeO je 7 až 30 % hmotnostních.
7. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že se granule tvarují dodatečně z jiného průmyslového odpadu, vybraného konvertorové strusky, skla, cementu neobsahujícího vláknitý asbest, dřevného popela, prachu z oceláren a produktů z výroby skelných vláken, přičemž celkové množství kontaminovaného slévárenského písku a jiného průmyslového odpadu je alespoň 50 % hmotnostních, vztaženo na celkovou hmotnost minerální vsázky.
8. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že pec je kupolová pec.
9. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že vlákna jsou vyrobena nalitím taveniny do prvního spřádacího rotoru, z něhož tavenina následně postupuje k dalšímu nebo k dalším následujícím spřádacím rotorům, přičemž výsledkem způsobu jsou získaná vlákna.