DE3543933A1

DE3543933A1 - Verfahren der verwertung von schlacke fuer die herstellung waerme-, feuer- und/oder alkalibestaendiger faserstoffe

Info

Publication number: DE3543933A1
Application number: DE19853543933
Authority: DE
Inventors: Tarmo Kalevi Merstola Mäntymäki
Original assignee: Outokumpu Oyj
Current assignee: Outokumpu Oyj
Priority date: 1984-12-21
Filing date: 1985-12-12
Publication date: 1986-07-03
Also published as: FI845114L; US4818289A; CA1244485A; FI79086B; FI845114A0; SE464869B; SE8505856D0; NO854959L; NO164290B; NO164290C; SE8505856L

Description

Verfahren der Verwertung von Schlacke für die Herstellung wärme-, feuer- und/oder alkalibeständiger Faserstoffe

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der Verwertung von Schlacke

aus der Metallgewinnung, insbesondere der Silikatschlacke mit hohem Eisenoxidgehalt, die bei Kupfer- oder Nickelgewinnungsverfahren entsteht, für die Herstellung von wärme-, feuer- und/oder alkalibeständigen Faserstoffen, wie Mineralwolle.

Mineralwolle wird aus geschmolzenen Silikaten durch rasches Abkühlen zur Schaffung einer glasartigen Struktur hergestellt. Außer Silikaten enthält Mineralwolle beispielsweise Calcium-, Aluminium- und Magnesiumoxid.

Zu den Qualitätserfordernissen, die Mineralfasern erfüllen müssen, gehört zusätzlich zu den Anforderungen an das Herstellungsverfahren selbst die Qualität entsprechend der beabsichtigten praktischen Verwendung der Mineralwolle, beispielsweise die Länge und der Durchmesser der Fasern, die Wärmeleitfähigkeit, Feuerbeständigkeit, Homogenität und der glasartige Charakter des Materials sowie das spezifische Gewicht, die chemische Beständigkeit und Festigkeit.

Der glasartige Charakter von Mineralwolle ist für das Endprodukt ein wichtiger Faktor. Die Bildung von Glas wird beispielsweise allein durch einen geringen Energieunterschied zwischen dem kristallinen und dem geschmolzenen Zustand, durch hohe Aktivierungsenergie bei der Kristallisation, d. h. hohe Viskosität der Schmelze und rasches Abkühlen gefördert. Darüberhinaus wird die Bildung von Glas von dem Verhältnis zwischen Säure und Base der geschmolzenen Substanz beeinflußt, wobei das Glas um so weniger stabil ist, je höher die Basizität ist. Die Viskosität einer Silikatlösung wird hauptsächlich von der Größe der darin enthaltenen Anionen bestimmt. Allgemein läßt sich sagen, daß die Viskosität um so höher ist, je größer der Anteil der in der geschmolzenen Substanz enthaltenen komplexen Stoffe. Stoffe,

die die Viskosität erhöhen, sind ζ. Β. Silizium-, Aluminium-, Titan- und Chrom(III)-Oxid. Unter den alkalischen Oxiden sind Eisen- und Manganoxid bessere Flußmittel als Magnesiumoxid. Ferner sind Schlacken mit hohem Magnesiumgehalt weniger viskos als Schlacken, die Calcium enthalten.

Bei der Herstellung von Mineralwolle spielt auch die Oberflächenspannung eine wichtige Rolle für die erfolgreiche Auffaserung bzw. das Entfasern, denn die Schmelze muß aus dem Ofen und der Maschine zum Entfasern frei zugänglich sein. Als praktische Richtlinie für das Verhältnis zwischen Viskosität und Oberflächenspannung ist ein Wert über 0,01 festgelegt, da sonst die Strömung der Schmelze beginnt, Tröpfchen zu bilden.

Hersteller von Mineralwolle sind traditionsgemäß gegen Rohstoffe eingestellt, die Eisenoxid enthalten. Das beruht auf den Auswirkungen, die Eisenoxide im Herstellungsverfahren haben. Eisenoxide haben die Tendenz, im Kupolofen durch die starke Temperaturabhängigkeit der Viskosität der Schlacke reduziert zu werden und sammeln sich folglich am Boden des Ofens an und führen zu Störungen im Betrieb und Schäden an Zentrifugenrahmen. Allerdings werden den Rohstoffen geringe Mengen von Eisenoxiden hinzugefügt, wenn die Feuerfestigkeit der Mineralwolle verbessert werden soll. Ferner besteht die allgemeine Auffassung, daß ein hoher Gehalt an Eisenoxid die Elastizität der erzeugten Wolle schwächt, was insgesamt zu einer verringerten Deckkraft der Wolle geführt hat.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung von Nachteilen des Standes der Technik ein Verfahren der Schlackenver-Wertung aus der Metallgewinnung, insbesondere aus Kupfer- und/oder Nickelverfahren zu schaffen, bei dem die Schlacke für die Erzeugung von Mineralwolle als Ausgangsstoff benutzt werden kann.

Die wesentlichen neuen Merkmale der Erfindung sind in den Ansprüchen gekennzeichnet.

Schlacken aus der Kupfer- oder Nickelgewinnung, bei denen es sich meistens um Silikatschlacken auf der Basis von Fayalit (2FeO-SiO₂) handelt, haben einen hohen Eisenoxidgehalt. Wie schon erwähnt, wurde dieser Eisenoxidgehalt bisher als Hindernis für die Verwendung dieser Schlacken zum Herstellen von Mineralwolle betrachtet. Erfindungsgemäß hat sich jedoch überraschend gezeigt, daß Schlacken aus der Metallgewinnung durch Legieren für die Herstellung von Faserstoffen benutzt werden können, die für hohe Temperaturen und zum Festigen von Wolle geeignet sind, welche als Isolier- oder Baustoff im Baugewerbe eingesetzt wird. Das beruht auf der Tatsache, daß das Legierverfahren die Temperaturabhängigkeit der Viskosität des Materials ändert. Es wird nämlich die Temperaturabhängigkeit der Viskositätskurve, die als Funktion der Temperatur bestimmt ist, innerhalb desjenigen Temperaturbereichs abgeschwächt, der für die Erzeugung von Mineralwolle angewendet wird. So kann das Verfahren zum Herstellen faserartiger Wolle leicht gesteuert werden, und das Endprodukt ist im wesentlichen homogen bei der gewünschten Zusammensetzung.

Gemäß der Erfindung werden der Schlacke aus der Kupfer- oder Nickelgewinnung verschiedene Zuschläge hinzugefügt, so daß der relative Gehalt an sauren Bestandteilen in der Schlacke zunimmt. So wird gemäß der Erfindung der Gehalt an Aluminiumoxid Al₃O₃ und/oder Siliziumoxid SiO₂ in der Schlacke erhöht, wobei das Phasengleichgewicht der verschiedenen Schlackeverbindungen berücksichtigt wird. So können nach Wunsch entweder Stoffe mit einem im wesentlichen hohen Schmelzpunkt und großer Temperatur- und Alkalibeständigkeit erzeugt werden, die Asbest ersetzen können, oder es können Stoffe geschaffen werden, die für verhältnismäßig niedrige Temperaturen geeignet sind und anstelle von Asbest verwendbar sind, beispielsweise als Wärmeisolierung.

Die für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten Schlacken enthalten als Hauptbestandteile meistens 25 bis 40 Gew.% Siliziumoxid/ 40 bis 65 Gew.% Eisenoxid, 0 bis 10 Gew.% Calciumoxid, 0 bis 10 Gew.% Magnesiumoxid und 0 bis 15 Gew.% Aluminiumoxid. Wie schon bei der Beschreibung des Standes der Technik erwähnt, hat der hohe Gehalt an Eisenoxid in diesen Schlacken bisher verhindert, daß die Schlacken beispielsweise für die Herstellung von Mineralwolle verwendet wurden. Eisenoxid, welches in Schlacken aus der Kupfer- und Nickelgewinnung hauptsächlich in Form von PeO an Silikat gebunden vorhanden ist, verhält sich wie ein alkalischer Bestandteil, wenn die Schlacken behandelt werden. Andererseits ist das Silikat bildende Siliziumoxid als saurer Bestandteil bekannt. Durch Hinzufügen von Siliziumoxid und/ oder Aluminiumoxid, einem weiteren, allgemein sauer wirkenden Oxid, zur Schlacke kann das Verhältnis zwischen Eisenoxid und Siliziumoxid in der Schlacke so geändert werden, daß es für die Herstellung von Mineralwolle nutzbar ist. Allerdings darf bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Eisenoxidgehalt, wenn eine vorteilhafte Entfaserung erhalten werden soll, nicht unter 22 Gew.% in dem Ausgangsstoff für die Mineralwolle absinken. Der vorteilhafte Gehalt an Eisenoxid im Rohmaterial für Mineralwolle liegt zwischen 22 bis 35 Gew.%. Erhalten wird dieser Wert dadurch, daß der Schlacke 15 bis 35 Gew.% Siliziumoxid und/oder 8 bis 15 Gew.% Aluminiumoxid, ausgehend vom Schlackengewicht, hinzugefügt wird.

Da sich die erfindungsgemäß verwendbaren Schlacken in ihrem Gehalt unterscheiden können, kann es nötig sein, der Materialmasse kleine Mengen weiterer oxidischer Komponenten hinzuzufügen, um ideale Eigenschaften im Endprodukt zu erhalten. So kann bei der Verwertung von Stoffen mit niedriger Entfaserungstemperatur der Zusatz von Siliziumoxid in manchen Fällen diese Temperatur erhöhen, so daß weitere Oxide nötig sind, um diesen Anstieg auszugleichen. Als weitere Zuschläge eignen sich z. B. Calcium-, Magnesium- und Zinkoxid.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand von Beispielen näher erläutert. Die Zeichnung ist ein Diagramm der Temperaturabhängigkeit der Viskositäten legierter Rohstoffe für Mineralwolle gemäß der Erfindung im Vergleich zu einer nichtlegierten Schlacke aus der Metallgewinnung.

In der Zeichnung gibt die Kurve A die Temperaturabhängigkeit der Viskosität einer nichtlegierten Schlacke aus der Metallgewinnung wieder. Es zeigt sich, daß die Temperaturabhängigkeit bei der Kurve A sehr stark ist, und deshalb ist das Entfasern bei einer bestimmten Temperatur außerordentlich schwierig. Das Diagramm zeigt außerdem den für das Entfasern geeigneten, vorteilhaften Viskositätsbereich, der von 2,5 bis 250 Poise (P) reicht. Durch das Legieren der für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten Schlacken aus der Metallgewinnung wurde eine wesentliche Änderung in Richtung zu einem vorteilhaften Entfasern bei der Temperaturabhängigkeit der Viskosität des legierten Rohmaterials für Mineralwolle erreicht. Dies zeigt sich deutlich in den Kurven der Temperaturabhängigkeit der Viskosität für die Rohstoffe der Beispiele. So ist aus der Zeichnung zu entnehmen, daß die Temperaturabhängigkeit erheblich schwächer ist als bei Schlacke aus der Metallgewinnung. Die Beispiele stellen gleichzeitig ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfin-5 dung dar.

Beispiel 1

Einer Schlacke mit einem Gehalt an 53,0 Gew.% Eisenoxid, 32,0 Gew.% Siliziumoxid, 8,9 Gew.% Magnesiumoxid, 2,8 Gew.% Aluminiumoxid und 1,3 Gew.% Calciumoxid und mit einer Schmelztemperatur von 1200 bis 1250° C wurde 30 Gew.% Siliziumoxid hinzugefügt. Daraufhin stieg die Schmelztemperatur der Masse, und es mußte zusätzliche Wärme in das Verfahren eingeführt werden, um das Entfasern durchzuführen. Das Entfasern erfolgte bei der idealen Temperatur von 1500° C, die auf der Basis der Temperatur-Viskosität-Kurve (Kurve B in der Zeichnung) festgelegt wurde, welche für diesen Ausgangsstoff

der Erfindung durch Meßvorgänge ermittelt wurde. Das erhaltene Material hatte eine gute Feuerbeständigkeit bis zu ca. 1200° C.

Beispiel 2

Die Schlacke gemäß Beispiel 1 wurde als Ausgangsstoff für die Herstellung eines Materials mit niedrigerer Temperaturbeständigkeit benutzt. Dazu wurde die Schlacke aus der Nickelgewinnung plus Siliziumoxid und Aluminiumoxid in einer geschmolzenen Masse gemischt, die 75 Gew.% Schlacke, 10 Gew.% Aluminiumoxid und 15 Gew.% Siliziumoxid enthielt. Diese Masse wurde gemäß Beispiel 1 entfasert, und zwar auf der Basis der Kurve C bei einer Temperatur von 1200° C, so daß das entstehende Material eine Feuerbeständxgkeit bis zu 900 bis 1000° C hatte.

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Claims

Zipse&Habersack Patentanwälte

Kemnatenstraße 49, D-8000 München 19 beim Europäischen Patentamt

Telefon (089) 17 0186, Telex (07) 81307 zugelassene Vertreter

Outokumpu Oy 12. Dez. 19 85

Fi - 00100 Helsinki OU 24

Patentansprüche

1, Verfahren der Verwertung von Schlacke aus der Metallgewinnung, insbesondere der Silikatschlacke mit hohem Eisenoxidgehalt aus Kupfer- oder Nickelverfahren für die Herstellung wärme-, feuer- und/oder alkalibeständiger Faserstoffe, dadurch gekennzeichnet , daß die Temperaturabhängigkeit der Schlackenviskosität durch Legieren so geändert wird, daß der relative Anteil von in der Schlacke enthaltenen sauren Bestandteilen erhöht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß der Eisenoxidgehalt der Schlacke auf zwischen 22 bis 35 Gew.% FeO eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet , daß der Gehalt der Schlacke an Aluminiumoxid und/oder Siliziumoxid erhöht wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Schlacke 8 bis 15 Gew.% Aluminiumoxid und 15 bis 25 Gew.% Siliziumoxid hinzugefügt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß der Siliziumoxidgehalt der Schlacke erhöht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Schlacke 25 bis 35 Gew.% Siliziumoxid hinzugefügt wird.

ORIGINAL INSPECTED