DE10297512T5

DE10297512T5 - Verfahren zur Herstellung von Fasern aus Mineralstoffen

Info

Publication number: DE10297512T5
Application number: DE10297512T
Authority: DE
Inventors: Vazha Chagelishvili; Paata Gogoladze
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-12-11
Filing date: 2002-06-12
Publication date: 2005-04-07
Anticipated expiration: 2022-06-13
Also published as: DE10297512B4; AU2002310555A1; WO2003050047A1; US20050103058A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Fasern aus einem Mineralrohstoff durch Schmelzen des Rohstoffs, Homogenisieren und Ansammeln des Schmelzguts und dessen Zuführen zum Formen der Fasern dadurch gekennzeichnet, dass beim Ansammeln der homogenisierten Masse eine Elektrolyse durchgeführt wird und die erhaltene Masse vom Homogenisierungspunkt des elektrolysierten Schmelzguts der Faserformierung zugeführt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Bereich der Herstellung von Fasern aus Mineralstoffen, insbesondere die Herstellung von Textilfasern aus Basalt.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Herstellung von Basaltfasern bekannt. Aus der internationalen Anmeldung WO 9221628, 1992 ist die Herstellung von Fasern mit folgenden technologischen Vorgängen bekannt: Schmelzen, Homogenisieren, Ansammeln der homogenisierten Masse und Zuführen zum Formen von Fasern. Zur Verbesserung der Qualität der Fasern wird in die Schmelzzone 0.5–4% TiO₂ zugegeben und die Masse aus der Zone des Ansammelns des Basaltschmelzguts einer Vorrichtung (Speisedüsen) zugeführt, wobei deren Anordnungshöhe sich in den Grenzen von 0.2–0.8 der Schmelzspiegelhöhe befindet. Die besten Ergebnisse erhält man bei der Verarbeitung von Basalt aus dem Marneuli–Basaltlager (Georgien), was durch die Herstellung von Fasern bestätigt wurde, deren Bruchhäufigkeitskoeffizient 0.8 nicht überschreitet (was bedeutet, dass bei der Verarbeitung der Fasern die Bruchhäufigkeit 0.8 pro kg der Produktion beträgt).
Es ist auch ein Verfahren zur Herstellung von Fasern bekannt, (Patent USA 4.149.866 , 1979), wonach das Schmelzen in einem inerten Medium und unter Zugabe von verschiedenen Reduktionsmitteln durchgeführt wird, damit ein Verhältnis FeO/Fe₂O₃ gewährleistet wird, bei dem Textilfasern mit hoher Bruchfestigkeit hergestellt werden können.
Es ist auch das USA Patent Nr. 6.125.660, 2000 bekannt, welches die oben erwähnten Prozesse vereinigt und den Bereich der Anwendung der bekannten Technologien verbreitert. Dem Rohstoff können technische Glasabfälle zugegeben werden, wozu entsprechende Temperaturparameter zu wählen sind. Zugleich erfolgt die Regelung des Verhältnisses von FeO/Fe₂O₃ durch Regelung des Verhältnisses von Luft und Erdgas im Brennstoff.
Der Grundnachteil der erwähnten technologischen Vorgänge besteht darin, dass ein Bruchhäufigkeitskoeffizient der Fasern nur schlechter als 0.7 erreicht wird, was die Leistungsfähigkeit der Herstellung von Textilfasern aus dem Mineralstoff in den oben erwähnten technologischen Prozessen beschränkt.
Außerdem benötigen die bekannten Verfahren zur Herstellung der oben erwähnten Mineralfasern die Verwendung zusätzlicher Komponenten im Schmelzgut und erfordern einen hohen Energieverbrauch, da die Einhaltung des erwünschten Redoxsystems durch Erhöhung des Ergasanteiles im Brennstoff erfolgt.
Die vorliegende Erfindung ist von den erwähnten Nachteilen frei und bezweckt bei der Verarbeitung die Erreichung einer neuen Grenze des Bruchhäufigkeitsgrades der Fasern, die 0.7 pro kg nicht überschreitet.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass zur Herstellung der Basaltfasern Basalt geschmolzen und homogenisiert wird und die homogenisierte Masse angesammelt und bei diesem Prozess einer Elektrolyse unterzogen wird, bei der Graphitelektroden verwendet werden. Die Zuführung der Masse zur Formierung der Fasern erfolgt vom Homogenisierungspunkt des elektrolysierten Schmelzguts aus, der gemäß der vorliegenden Erfindung nicht weniger als 0.5 m von den Elektroden liegt.
Das Verfahren wird nach der vorliegenden Erfindung in einem Ofen verwirklicht, in dem als Brennstoff vorzugsweise Erdgas verwendet wird. Zugleich sieht das Verfahren die oben erwähnten Prozesse vor, insbesondere Schmelzen, Homogenisieren, Ansammeln des Schmelzguts und seine Zuführung zur Faserformierung durch eine Vorrichtung, z.B. Speisedüsen, die unter Einhaltung der bekannten Arbeitsbedingungen verwirklicht werden. Die Eigenartigkeit des vorliegenden Verfahrens besteht darin, dass im Prozess der Ansammlung der geschmolzenen homogenisierten Masse eine Elektrolyse des Schmelzguts erfolgt, die unter Verwendung von Graphitelektroden durchgeführt wird. Der Zweck der Anwendung dieser Methode ist die Erreichung und Einhaltung des gewünschten Verhältnisses FeO/Fe₂O₃ ohne Zugaben und ohne inertes Medium zur Herstellung von Textilfasern mit hoher Bruchfestigkeit. Der Prozess der Elektrolyse wird durch die Regelung der Stromdichte, die Auswahl der Fläche der Elektroden und die Lage der Speisedüsen gegenüber den Elektroden geregelt.
Nachstehend wird ein Beispiel zur Verwirklichung des Verfahrens unter Bezug auf eine Zeichnung angeführt.
In der Zeichnung ist mit 1 die Schmelzzone, mit 2 die Homogenisierungszone, mit 3 die Ansammelzone, mit 4 die Elektroden und mit 5 die Speisedüsen bezeichnet.
Zur Herstellung von Fasern wurde Basalt der Marneuli- und Beschtascheni-Basaltlager (Georgien) verwendet, deren Zusammensetzung sehr ähnlich ist. Das Verhältnis FeO/Fe₂O₃, beträgt 4,5 ± 0,5 im Durchschnitt und der Gesamtgehalt des Eisenoxids im Erz liegt unter 14 %. Versuche wurden unter Bedingungen der Serienproduktion durchgeführt, wobei ein Gasschmelzofen für den Rohstoff verwendet wurde, der die Möglichkeit der Herstellung von Fasern gleichzeitig sowohl durch Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung mit Elektrolyse, als auch nach den bekannten Technologien ohne diese ermöglichte. Die Schmelzkammer des Ofens wurde mit Basalt beschickt, aus der die geschmolzene Masse in die Homogenisierungszone im Selbstfluss überging, aus der sie in zwei identische Ansammelzonen (Speiseleitungen) A und B (1) wieder im Selbstfluss überging. Die Ausgabe der Fasern erfolgte in der Zone A nach den bekannten Technologien und in der Zone B nach dieser Erfindung. Am Anfang der Zone B wurde eine Elektrolyse mit Hilfe von zwei Graphitelektroden durchgeführt. Die Fläche jeder Elektrode betrug 9 ± 2 cm², die Stromdichte wurde mit Hilfe einer Gleichstromquelle in den Grenzen 0–8 ± 1 A/dm² geändert. Zugleich erfolgte die Ausgabe der Fasern in der Zone B unter drei verschiedenen Bedingungen: 1.) ohne Potential auf den Elektroden (passiver Zustand der Elektroden); 2.) Einhaltung einer niedrigen Stromdichte 4 ± 1 A/dm²; 3.) Einhaltung einer hohen Stromdichte 8 ± 1 A/dm². Die Verwendung des Prozesses der Elektrolyse in der Technologie der Herstellung der Fasern bedingt eine neue Homogenisierungszone für die elekrolysierte Masse. Aus dieser Zone erfolgte die Zuführung der Masse zur Formierung der Fasern. Die Spannung zwischen den Elektroden überschreitete 2,2 V nicht. Die zwischen den Elektroden innerhalb einer Stunde hindurchgeführte Schmelzmasse schwankte in den Grenzen von 9,8–10,8 kg.
Die Ausgabe der Fasern und die Überwachung erfolgten innerhalb eines Monats, wobei auch die Auswahl der minimalen Strecken der Lage der Speisedüsen von den Elektroden bestimmt wurde. Diese Strecke wurde empirisch festgestellt, sie ist durch den minimalen Homogenisierungspunkt der geschmolzenen elektrolytischen Masse bestimmt und beträgt 0,5 m von den Elektroden. Die Änderungen des Verhältnisses FeO/Fe₂O₃ und die Durchschnittswerte des Koeffizienten der Bruchfestigkeit der Fasern sind in der folgenden Tabelle wiedergegeben.
Aus dieser Tabelle sieht man klar die Vorteile der vorgeschlagenen Erfindung gegenüber den bekannten Verfahren.
Die vorliegende Erfindung gibt im Vergleich zu den bekannten Technologien die Möglichkeit, den Koeffizienten der Bruchfestigkeit der Fasern bei der Herstellung der Fasern ohne Zugabe zusätzlicher Komponenten zur Basaltschmelze und ohne die Zunahme des Verbrauches an Erdgas durchzuführen, sowie den Bereich der Herstellung von Fasern aus Mineralrohstoffen wesentlich zu erhöhen. All dies erniedrigt wesentlich die Selbstkosten der Basaltfaserherstellung und erhöht damit die Konkurrenzfähigkeit gegenüber allen anderen Textilfaserherstellungen aus diesen Mineralstoffen.
Zusammenfassung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Fasern aus einem Mineralrohstoff durch Schmelzen des Rohstoffs, Homogenisieren und Ansammeln des Schmelzguts und dessen Zuführen zum Formen der Fasern, wobei erfindungsgemäß beim Ansammeln der homogenisierten Masse eine Elektrolyse durchgeführt wird und die erhaltene Masse vom Homogenisierungspunkt des elektrolysierten Schmelzguts der Faserformierung zugeführt wird.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Fasern aus einem Mineralrohstoff durch Schmelzen des Rohstoffs, Homogenisieren und Ansammeln des Schmelzguts und dessen Zuführen zum Formen der Fasern dadurch gekennzeichnet, dass beim Ansammeln der homogenisierten Masse eine Elektrolyse durchgeführt wird und die erhaltene Masse vom Homogenisierungspunkt des elektrolysierten Schmelzguts der Faserformierung zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolyse mit Graphitelektroden (5) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Homogenisierungspunkt des elektrolysierten Schmelzguts von den Elektroden (5) mindestens 0.5 m entfernt ist.