DE102008062810B3 - Manufacture of high-alumina mineral fibers, employs clay or clay minerals of given composition, to reduce melting point under oxidizing conditions - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Tonen und/oder Tonmineralen zur Schmelzbereichserniedrigung eines Si- und Al-haltigen Mineralgemenges, welches unter oxidierenden Bedingungen zur Herstellung von Mineralfasern in einer Schmelzwanne mit Luftzutritt aufgeschmolzen wird und die Schmelze mittels eines Düsenblasverfahrens zerfasert wird gemäß Patentanspruch 1.The The present invention relates to the use of clays and / or Clay minerals for melting range lowering of a Si and Al-containing Mineralgemenges, which under oxidizing conditions for the production melted by mineral fibers in a melting tank with air access is melted and the melt by means of a Düsenblasverfahrens is according to claim 1.
Im
Stand der Technik werden Mineralfasern im Wesentlichen mittels zweier
grundlegender Verfahren hergestellt:
Einerseits werden Mineralfasern
durch Aufschmelzen von Mineralmengegemischen unter reduzierenden
Bedingungen im Kupolofen mit anschließender Zerfaserung der Schmelze
in einem Kaskadenschleuderverfahren, welches im Stand der Technik
als so genannter REX-Prozess bezeichnet wird, hergestellt.In the prior art, mineral fibers are produced essentially by two basic processes:
On the one hand, mineral fibers are produced by melting mineral mixtures under reducing conditions in the cupola furnace with subsequent defibration of the melt in a cascade centrifugation process, which is referred to in the art as the so-called REX process.
Das
REX-Verfahren sowie eine Vorrichtung zu seiner Durchführung ist
beispielsweise aus
Andererseits ist es aus dem Stand der Technik bekannt und von der Anmelderin der vorliegenden Patentanmeldung praktiziert, die zur Herstellung von Mineralfasern übliche Gemengerohstoffe in einer Schmelzwanne, welche unter oxidierenden Bedingungen, nämlich unter Luftsauerstoffzutritt arbeitet, zu schmelzen und die Schmelze nach dem so genannten SILLAN-Verfahren zu zerfasern. Dabei wird die erhaltene Mineralschmelze über Platin-Iridiumdüsen mittels eines Düsenblasverfahrens zerfasert und die entstandenen Mineralfasern im Fallschacht mit Bindemittel versehen und zu einer Bahn abgelegt.on the other hand it is known from the prior art and by the applicant of the present patent application for the manufacture of mineral fibers usual Mixed raw materials in a melting tank, which under oxidizing Conditions, namely working under atmospheric oxygen, to melt and melt to fiberize according to the so-called SILLAN process. It will the resulting mineral melt over Platinum-iridium nozzles by means of a jet blowing process frayed and the resulting mineral fibers in the chute with Binder provided and stored to a web.
Das
SILLAN-Verfahren ist erstmals beschrieben in
Obwohl das SILLAN-Verfahren sich seit 1985 in der Praxis der Anwenderin bestens bewährt hat, war es jedoch nicht zur Herstellung von Mineralfasern mit hohem Gehalt an Aluminium, insbesondere Al2O3, sogenannte „hoch aluminiumhaltige” Mineralfasern geeignet.Although the SILLAN process has proven its worth in the practice of the user since 1985, it was not suitable for the production of mineral fibers with a high content of aluminum, in particular Al 2 O 3 , so-called "high aluminum-containing" mineral fibers.
Derartige
hoch aluminiumhaltige Mineralfasern konnten bislang wirtschaftlich
nur mit Hilfe des REX-Verfahrens in einem Kupolofen hergestellt
werden. Entsprechende Glaszusammensetzungen sind beispielsweise
beschrieben in
Ferner
sind aus der
Für die Zwecke der vorliegenden Patentanmeldung werden unter dem Begriff „hoch aluminiumhaltige Mineralfasern” solche verstanden, die mehr als 16 Masse-% Al2O3 enthalten.For the purposes of the present patent application, the term "high aluminum-containing mineral fibers" is understood to mean those which contain more than 16% by mass of Al 2 O 3 .
Wie
oben erwähnt,
konnten die hoch aluminiumhaltigen Mineralfasern des Standes der
Technik bislang nur nach dem oben genannten REX-Verfahren, nicht
jedoch nach dem eingangs beschriebenen SILLAN-Verfahren mit vorgeschalteter
Schmelzwanne hergestellt werden. Dies hat im Wesentlichen folgende Gründe:
Das
REX-Verfahren verwendet zum Aufschmelzen des Rohgemenges einen so
genannten Kupolofen, welcher unter stark reduzierenden Bedingungen,
also im Wesentlichen unter Luftabschluss arbeitet, was wiederum
bedeutet, dass insbesondere Eisen hauptsächlich als FeO vorliegt. Zwar
könnte
auch ein derartiges Schmelzgut grundsätzlich mit einer Platin- bzw.
Platin-Iridiumdüse
zerfasert werden, die reduzierende Schmelze würde jedoch die Standzeit der
Pt/Ir-Düsen
in untragbarer Weise herabsetzen.As mentioned above, the state-of-the-art high aluminum mineral fibers have hitherto only been able to be produced by the abovementioned REX process, but not by the SILLAN process with an upstream melting tank described at the outset. This essentially has the following reasons:
The REX process uses a so-called cupola furnace to melt the raw batch, which works under strongly reducing conditions, ie essentially under exclusion of air, which in turn means that especially iron is mainly present as FeO. Although such a melted material could in principle be defibered with a platinum or platinum iridium nozzle, the reducing melt would reduce the service life of the Pt / Ir nozzles in an unsustainable manner.
Des Weiteren arbeitet der Kupolofen mit einer erheblich höheren Schmelztemperatur bei etwa ca. 1700°C als eine Schmelzwanne, mit der Schmelztemperaturen bis etwa 1500°C erreicht werden können. Aus diesem Grunde kann eine hoch aluminiumhaltige Zusammensetzung eines Rohgemenges, welches zerfasert werden soll, aufgrund der erheblich niedrigeren Temperatur einer Schmelzwanne nicht mit einer ausreichenden Geschwindigkeit geschmolzen werden. Darüber hinaus können gewisse Bestandteile des Rohgemenges bei diesen Temperaturen überhaupt nicht aufgeschmolzen werden, so dass bisher das SILLAN-Verfahren zur Erzeugung von Mineralfasern mit hohem Aluminiumanteil kaum verwendet werden kann. Dies liegt auch darin begründet, dass die Temperatur der Glasschmelze für die Platindüsen des SILLAN-Verfahrens zu hoch ist und ein Aufschmelzen des Gemenges im Kupolofen energetisch unwirtschaftlich wäre, da die Schmelze auf die zulässige Verarbeitungstemperatur in der Platindüse abgekühlt werden müsste, jedoch ohne dass diese bereits Kristallisationstendenzen zeigt.Furthermore, the cupola works with a significantly higher melting temperature at about 1700 ° C than a melting tank, can be achieved with the melting temperatures up to about 1500 ° C. For this reason, a high aluminum-containing composition of a raw batch, which is to be defibered, can not be melted at a sufficient rate due to the significantly lower temperature of a melting furnace. In addition, certain components of the raw batch can not be melted at these temperatures at all, so far the SILLAN process for the production of mineral fibers with a high aluminum content can hardly be used. This is also due to the fact that the temperature of the molten glass for the platinum nozzles of the SILLAN process is too high and a melting of the mixture in the cupola would be energetically uneconomical, since the melt would have to be cooled to the permissible processing temperature in the platinum nozzle, but without this already shows crystallization tendencies.
Daher war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zu finden, trotz der beschriebenen Probleme unter Verwendung des SILLAN-Verfahrens Mineralfasern mit hohem Aluminiumanteil herzustellen.Therefore It was an object of the present invention, a possibility despite the problems described using the SILLAN process to produce mineral fibers with a high aluminum content.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.The solution This object is achieved by the features of claim 1.
Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung von Tonen und/oder
Tonmineralen (Tonmaterialien) zur Schmelzbereichserniedrigung eines
Si- und Al-haltigen
Mineralgemenges, welches unter oxidierenden Bedingungen zur Herstellung
von Mineralfasern in einer Schmelzwanne mit Luftzutritt aufgeschmolzen
wird und die Schmelze mittels eines Düsenblasverfahrens zerfasert
wird, wobei die Tone und/oder Tonminerale die in Tabelle 1 gezeigte
quantitative Zusammensetzung (bezogen auf geglühte Ton oder Tonmineral-Substanz)
aufweisen: Tabelle 1 quantitative Zusammensetzung der erfindungsgemäß eingesetzten
Tonmaterialien (Masse-% bezogen auf geglühte Ton oder Tonmineral-Substanz)
Es hat sich überraschend herausgestellt, dass sich mit Tonmaterialien der genannten quantitativen Zusammensetzung Schmelzbereichserniedrigungen von bis zu über 300°C für Rohstoffgemenge, welche zur Herstellung von Mineralfasern mit hohem Aluminiumgehalt verwendet werden sollen, erzielen lassen. Hierdurch ist es erstmals möglich, derartige hochaluminiumhaltige Mineralfasern unter oxidierenden Bedingungen mittels SILLAN-Verfahren mit vorgeschalteter Schmelzwanne bei Wannentemperaturen von ca. 1400°C–1500°C herzustellen. Unter Wirtschaftlichkeitsaspekten, insbesondere der Reisezeit einer Wanne, die von der Wannentemperatur wesentlich abhängt, ist eine niedrigere Schmelztemperatur bevorzugt.It has been surprising pointed out that with clay materials of the aforementioned quantitative Composition Melting range reductions of up to more than 300 ° C for raw material mixtures, which for the production of mineral fibers with a high aluminum content to be used. This is the first time possible, such high aluminum mineral fibers under oxidizing Conditions using SILLAN method with upstream melting tank at trough temperatures of about 1400 ° C-1500 ° C produce. From economic aspects, in particular the travel time of a tub, that of the tub temperature essentially depends a lower melting temperature is preferred.
Insbesondere lässt sich ein Teil der hoch schmelzenden und hoch aluminiumhaltigen Rohstoffe, wie etwa Bauxit (55 bis 65 Masse-% Al2O3, Schmelzpunkt Al2O3 über 2000°C), durch entsprechende Alumosilikate wie die beschriebenen Tone und/oder Tonminerale ersetzen.In particular, some of the high-melting and high aluminum-containing raw materials, such as bauxite (55 to 65 mass% Al 2 O 3 , melting point Al 2 O 3 above 2000 ° C), by corresponding aluminosilicates such as the clays described and / or clay minerals replace.
„Nebenwirkungen” der verwendeten Tonmaterialien, wie beispielsweise ein Aufschäumen der Mineralschmelze lassen sich durch geeignete Gegenmaßnahmen wie Begrenzen des Tonmaterialanteils auf etwa 50 Teile bei 100 Teilen sonstiges Rohgemenge, langsame Zugabe sowie Brikettierung der Tonmaterialien vor Zugabe zur Schmelze, Einstellung des Wassergehaltes der Tonmaterialien beherrschen."Side effects" of the used Clay materials, such as foaming the mineral melt let through appropriate countermeasures such as limiting the clay content to about 50 parts at 100 parts other raw mixture, slow addition and briquetting of the clay materials before adding to the melt, adjusting the water content of the clay materials dominate.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist unter dem Begriff „Ton” ein feinkörniges Sedimentgestein mit einem hauptsächlichen Anteil an Tonmineralen und Schichtsilikaten mit einer Primärkorngröße von < 65 μm gemäß ISO 14688 zu verstehen.For the purpose In the present invention, the term "clay" is a fine-grained sedimentary rock with a major one Proportion of clay minerals and phyllosilicates with a primary grain size of <65 μm in accordance with ISO 14688 to understand.
In der Geologie und der Bodenkunde gilt für Ton eine Partikelgröße < 2 μm, in der Sedimentologie < 4 μm, in der Kolloidchemie < 1 μm und nach der Norm ISO 14688 gelten Partikel mit Größen unter 63 μm als Tonpartikel.In geology and soil science applies to clay a particle size <2 microns, in the Sedimentology <4 μm, in the Colloid chemistry <1 micron and after According to ISO 14688, particles smaller than 63 μm are considered to be clay particles.
Die Hauptmineralphasen, die den Ton aufbauen sind die „Tonminerale” wie z. B. Kaolinit und Illit. Ferner sind feinklastische Mineraltrümmer wie Glimmer (Biotit, Sericit), Quarz, Feldspat enthalten sowie Mineralneubildungen wie Eisenminerale (Pyrit) und Karbonate, biogene Bemengungen und amorphe Bestandteile (SiO2).The main mineral phases that build the tone are the "clay minerals" such as. Kaolinite and illite. It also contains fine-grained mineral debris such as mica (biotite, sericite), quartz, feldspar, as well as new mineral formations such as iron minerals (pyrite) and carbonates, biogenic efforts and amorphous constituents (SiO 2 ).
Maßgeblich für den Einsatz für eine Glasschmelze im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung ist die geringe Primärkorngröße des Materials, die das gute Aufschmelzverhalten bewirkt. Daher ist zunächst jeder Ton einsetzbar. Einzige Voraussetzung ist, dass die chemische Zusammensetzung im Gemenge zum resultierenden Glas passt, daher sind Tone mit geringen Alkaligehalten und geringen Eisengehalten bevorzugt. Besonders bevorzugt werden Kaoline oder feuerfeste Tone mit hohen Al2O3-Gehalten, d. h. hohen Kaolinitgehalten, eingesetzt, um einen Einsatz von anderen schwer schmelzbaren Rohstoffen wie z. B. Bauxit zu vermeiden bzw. deren Anteil am Rohstoffgemenge zu verringern. Dieser kann mit einem keramischen Ton mit geringerem Al2O3-Gehalt kombiniert werden. Dies ermöglicht es auf den Einsatz von Sand zu verzichten, in diesem Fall wird die beste Schmelzbarkeit des Gemenges erreicht. Weitere Anforderung an den Ton für den Schmelzprozess ist ein möglichst geringer Sulfidgehalt.Decisive for the use of a glass melt in the sense of the present patent application is the low primary particle size of the material, which causes the good melting behavior. Therefore, at first any sound can be used. The only prerequisite is that the chemical composition in the batch matches the resulting glass, therefore clays with low alkali contents and low iron contents are preferred. Particular preference is given to using kaolins or refractory clays with high Al 2 O 3 contents, ie high kaolinite contents, in order to avoid the use of other refractory raw materials, such as, for example, B. to avoid bauxite or reduce their share of the raw material mixture. This can be combined with a ceramic clay with a lower Al 2 O 3 content. This makes it possible to dispense with the use of sand, in this case the best meltability of the batch is achieved. Another requirement for the clay for the melting process is the lowest possible sulphide content.
Ein
bevorzugter Ton für
die Zwecke der vorliegenden Erfindung weist typischerweise folgende
quantitativen Merkmale auf:
In den Tabellen 2 und 3 sind einige für die vorliegende Erfindung verwendbare kommerziell erhältliche Tone mit ihren quantitativen Zusammensetzungen aufgelistet.In Tables 2 and 3 are some of the present invention usable commercially available clays listed with their quantitative compositions.
Die
in Rede stehenden Tone bzw. Tonminerale (Tonmaterialien) sind beispielsweise
von der Firma Lasselsberger, München
oder von den Kärlicher
Ton- und Schamottewerken,
Mühlheim-Kärlich erhältlich. Tabelle 2 Kommerziell erhältliche Tonmaterialien Lasselsberger
Ausführungsbeispieleembodiments
Die
folgenden Beispiele dienen der Überprüfung des
schmelzpunkterniedrigenden Effektes von Tonen auf ein Rohstoffgemenge
zur Herstellung von Mineralfasern mit hohem Aluminiumgehalt in Abhängigkeit
vom zugesetzten Tonanteil. Hierzu wird in Tabelle 4 eine Rohstoffbasis
mit geringfügigen
Abweichungen in der Zusammensetzung der natürlichen Rohstoffe für die Herstellung
von Mineralwolle nach dem REX-Verfahren verwendet, wie sie in der
Im
Unterschied zu den Ausführungsbeispielen
der
Die
Herstellung von Mineralfasern erfolgt nach folgendem Grundprinzip:
Die Rohstoffe werden einer Gemengeanlage zugeführt und dort in definierten
Zusammensetzungen für
den nachfolgenden Schmelz- und Zerfaserungsprozess aufbereitet.
Das rein mineralische Rohstoffgemenge, das mit einem Anteil zwischen
93 und 99 Prozent das spätere
Mineralwolleprodukt bildet, wird in Schmelzwannen bei ca. 1400°C geschmolzen. Die
Schmelze wird unter Verwendung des SILLAN-Verfahrens gemäß
Für die Untersuchungen
wurden die in Tabelle 5 aufgelisteten Tone eingesetzt, in Tabelle
6 sind für
3 Tone die Gemengezusammensetzungen angegeben. Tabelle 5 Quantitative Zusammensetzungen der erfindungsgemäß verwendeten
Tonmaterialien [Angaben in Masse-%, bezogen auf geglühte Substanz]
Das
Gemenge weist ohne eine Zugabe von Ton (Referenz ohne Ton) einen
Schmelzbereich von ca. 1650°C
bis 1700°C
und wäre
großtechnisch
an und für
sich nur in einem Kupolofen schmelzbar und die Schmelze somit lediglich
nach dem REX-Verfahren,
nicht jedoch nach dem SILLAN-Verfahren gemäß
Bereits mit einer Zugabe von 10 Teilen Ton auf 100 Teile Rohstoffbasis (Beispiele 1, 6, 11) wurde eine signifikante Erniedrigung des Schmelzbereiches hin zu einem Bereich von 1450–1500°C ermittelt. Damit können bereits diese tonhaltigen Gemenge in einem SILLAN-Verfahren mit vorgeschalteter Schmelzwanne eingesetzt werden.Already with an addition of 10 parts of clay per 100 parts of raw material base (examples 1, 6, 11) was a significant decrease in the melting range determined to a range of 1450-1500 ° C. With that you can already using this clay-containing mixture in a SILLAN process upstream melting tank can be used.
Mit zunehmenden Tonanteilen ergab sich eine weitere signifikante Erniedrigung des Schmelzbereiches, wobei dieser für die Tone QW1 und B10 in einem Bereich von etwa 1350 bis 1400°C, für den Ton FT-P203 ergab sich ein etwas niedrigerer Bereich von 1340–1390°C. Überraschender Weise hat ein zunehmender Tonanteil zwischen 20 und 50 Teilen nur einen geringen Einfluss auf die Schmelzbereicherniedrigung, wobei die Änderung über die Zunahme von 20 auf 50 Teile unter 10°C beträgt (Beispiele 2–5, 7–10, 12–15), also im Rahmen der Meßgenauigkeit in den angegebenen Bereich fällt. Ohne hieran gebunden zu sein, könnte hierfür die Ausbildung eines Eutektoids in der Schmelze ursächlich sein. Alle diese Zusammensetzungen sind in einer Schmelzwanne für das SILLAN-Verfahren verwendbar.With Increasing levels of clay resulted in a further significant reduction the melting range, wherein this for the clays QW1 and B10 in one Range from about 1350 to 1400 ° C, for the Tone FT-P203 gave a slightly lower range of 1340-1390 ° C. surprisingly Way has an increasing sound content between 20 and 50 parts only a small influence on the melting range reduction, wherein the change over the Increase from 20 to 50 parts below 10 ° C (Examples 2-5, 7-10, 12-15), ie within the measuring accuracy falls within the specified range. Without being bound by it, this could be training of a eutectoid in the melt. All these compositions are in a melting tank for the SILLAN method can be used.
Aus den Beispielen ist ersichtlich, dass ein höherer Tongehalt als 50 Teile am Gemenge praktisch keinen Effekt mehr auf die Schmelzbereichserniedrigung hat.Out The examples show that a higher clay content than 50 parts on the mixture virtually no effect on the melting range reduction Has.
Es wurde festgestellt, dass mit zunehmenden Tonanteilen eine zunehmende Schaumbildung während des Aufschmelzens einhergeht. Bei den getesteten Gemengen erwies sich diese Schaumbildung bei den Gemengen mit 50 Teilen Ton (Beispiele 5, 10, 15) als noch tolerabel.It It was found that with increasing proportions of sound an increasing Foaming during the Merging. The mixtures tested proved this foaming in the mixtures with 50 parts of clay (examples 5, 10, 15) as still tolerable.
Unter Berücksichtigung der Schmelzbereicherniedrigung und der verfahrenstechnischen Probleme mit der Schaumbildung ist eine Tonzugabe von 20 bis 40 Teilen auf 100 Teile Rohstoffbasis bzw. sonstige Rohstoffe bevorzugt.Under consideration the melting range reduction and the procedural problems with Foaming is a clay addition of 20 to 40 parts per 100 Parts of raw material base or other raw materials preferred.
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Legal Events
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8364 | No opposition during term of opposition |