DE69506870T2

DE69506870T2 - Herstellung von mineralfasern

Info

Publication number: DE69506870T2
Application number: DE69506870T
Authority: DE
Inventors: Soren Lund Dk-1055 Kobenhavn K Jensen; Lone Moller Dk-3460 Birkerod Sorensen
Original assignee: Rockwool International AS
Current assignee: Rockwool AS
Priority date: 1994-06-15
Filing date: 1995-06-02
Publication date: 1999-05-27
Anticipated expiration: 2015-06-03
Also published as: WO1995034516A1; ATE174881T1; PL317858A1; SK280605B6; SK160496A3; HUT75976A; CA2192966A1; HU221101B1; DE69506870D1; ES2125622T3; HU9603445D0; GB9412011D0; FI964953A0; EP0766653A1; CZ364296A3; FI964953A; EP0766653B1; AU2674095A

Description

Diese Erfindung betrifft die Herstellung von künstlichen glasartigen Fasern (MMVF), die biologisch löslich sind, das heißt eine annehmbare Rate biologisch nützlicher Abbaubarkeit in physiologischer Kochsalzlösung aufweisen.
Es ist wohlbekannt, eine mineralische Schmelze in einem Ofen, wie z. B. einem Elektroofen oder einem Kupolofen, zu bilden und diese Schmelze für verschiedene industrielle Zwecke zu verwenden. Die mineralische Schmelze wird im allgemeinen aus einer Mischung von Mineralien gebildet, die so gewählt sind, daß sie mit Hinblick auf den beabsichtigten Endverwendungszweck eine Schmelze mit dem gewünschten Schmelzpunkt und anderen Eigenschaften ergeben. Die mineralischen Materialien sind gewöhnlich frisch gewonnene oder geförderte Materialien, wie z. B. Schotter oder zerstoßene Schlacke und Sand.
In EP-A-508589 wird vorgeschlagen, eine Schmelze aus einer Mehrzahl von festen Abfallstoffen zu bilden, die in solchen Anteilen verwendet werden, daß die Schmelze einen Gehalt innerhalb bestimmter festgelegter Bereiche aufweist. Materialien, die zur Verwendung als diese Mehrzahl von Abfallstoffen verwendet werden, sind Bodenasche aus städtischen Müllverbrennungsanlagen, Bodenasche aus Sondermüll-Verbrennungsanlagen, Staubsaugerbeutel- oder Elektrofilterstaub, Stahlwerkstaub, Galvanisierschlamm, Schlamm aus der elektrochemischen Bearbeitung, Formsandabfall, verunreinigte Böden, getrocknete und verunreinigte Abwasser-Feststoffe, zementhaltige Fixierung, Kohlenverbrennungs-Flugasche, anorganische Farbpigment-Rückstände und verbrauchte feuerfeste Materialien. Bei dem Ofen kann es sich um einen Koks-befeuerten Kupolofen des Typs, der in der Gußeisen-Industrie verwendet wird, handeln. Die Schmelze wird unter Bedingungen, die eine Abscheidung von freiem Metall aus der Oxidlösung, die in Formen gegossen oder abgeschreckt werden kann, erlauben, aus dem Ofen abgelassen.
In JP-A-55 140 725 wird eine schmelzflüssige Mischung von Schlacke aus der Stahlherstellung und einem oder mehreren von Grubenschlamm, Emailabfall und Formsand-Abfall durch Abtropfen in Fasern überführt.
Wenn MMV-Fasern aus einer Schmelze gebildet werden, beeinflußt die Zusammensetzung der Fasern ihre Eigenschaften. Es ist bekannt, daß die Löslichkeit von MMV-Fasern in physiologischen Kochsalzlösungen durch geeignete Auswahl der Zusammensetzung der Schmelze erhöht werden kann. Im allgemeinen werden beste Ergebnisse erhalten, wenn die Menge an Aluminium in der Schmelze, I gemessen als Oxide, unter 3 oder 4 Gew.-% Al&sub2;O&sub3;, beträgt. Wenn biologische Löslichkeit erforderlich ist, muß demnach das mineralische Material zur Bildung der Briketts und jedes zusätzliche Material, das in die Charge eingeschlossen wird, so gewählt werden, daß es sowohl dem erforderlichen geringen Aluminiumgehalt als auch der Anforderung, daß die Schmelze geeignete Schmelzeigenschaften aufweist, genügt. Somit muß die Charge geeignete Schmelztemperatur- und Viskositätseigenschaften aufweisen, so daß die Schmelze geeignete Faserbildungs- Eigenschaften besitzt.
Mineralfasern werden im allgemeinen mit Hilfe eines Verfahrens hergestellt, welches das Bilden geformter Briketts aus teilchenförmigem mineralischem Material, das Bilden einer Schmelze durch Schmelzen einer derartige Briketts umfassenden mineralischen Charge in einem Ofen und das Bilden von Fasern aus der Schmelze umfaßt. Die Komponenten der mineralischen Schmelze müssen so gewählt werden, daß eine Schmelze mit geeigneten Schmelzeigenschaften und Faserbildungs- Eigenschaften bereitgestellt wird, und dadurch werden den Materialien, die verwendet werden können, Beschränkungen auferlegt. Wenn gewünscht wird, daß die Schmelze einen geringen Aluminiumoxid-Gehalt aufweisen soll, werden der Auswahl an Materialien für die mineralische Charge weitere Beschränkungen auferlegt. Materialien, die einen geringen Aluminiumoxid-Gehalt aufweisen und die als geeignet erachtet werden könnten, sind in der Regel recht teuer, und einige dieser Materialien ergeben in der Regel eine Schmelze mit ungeeigneten Schmelzeigenschaften, z. B. ziemlich hohem Schmelzpunkt. In der Praxis ist es deshalb erforderlich, sehr teure Mischungen von Materialien zur Bildung biologisch löslicher MMV-Fasern zu verwenden, und dies stellt eine erhebliche Einschränkung der Verfügbarkeit derartiger Fasern dar.
Es wäre deshalb wünschenswert, Mineralien auswählen zu können, die viel leichter verfügbar und billiger sind und dennoch verwendet werden können, um eine faserbildende Schmelze mit einem geringen Al&sub2;O&sub3;-Gehalt bereitzustellen.
In der Erfindung werden MMV-Fasern mit Hilfe eines Verfahrens hergestellt, welches das Bilden geformter Briketts aus teilchenförmigem mineralischem Material, das Bilden einer Schmelze durch Schmelzen einer die Briketts umfassenden mineralischen Schmelze in einem Ofen und das Bilden von Fasern aus der Schmelze umfaßt, und bei diesem Verfahren weisen die Schmelze und die Fasern, gemessen als Oxide, einen Gehalt auf, der Aluminiumoxid in einer Menge von bis zu 4 Gew.-% beinhaltet, und die Briketts sind aus teilchenförmigem mineralischem Material gebildet, das verunreinigten Formsand beinhaltet.
Verunreinigter Formsand ist Formsand, der zur Herstellung einer Gußform verwendet wurde und nach seiner Verwendung als Gußform noch mit einer erheblichen Menge der Verunreinigungen, die in dem Formsand vorhanden sind, verunreinigt ist. Somit ist er mit Bindemittel-Rückständen, wie z. B. Phenol- Formaldehyd-Harz, Furan, Bentonit oder anderem Formbindemittel, und oft mit Metall-Rückständen aus dem Gußvorgang verunreinigt. Das Vorhandensein dieser verschiedenen Rückstände hat dazu geführt, daß im allgemeinen angenommen wird, daß der Formsand nicht für irgendein nützliches Verfahren verwendet werden kann, sofern er nicht zunächst einem thermomechanischen Wiederaufbereitungsverfahren unterzogen wird, welches die Schritte des Zerstoßens, Siebens, Waschens und Verbrennens, um die Verunreinigungen und Feinstgut zu entfernen, umfaßt. Derartige Regenerierungsverfahren sind jedoch in der Regel sehr teuer und machen die Verwendung des regenerierten Sandes somit unwirtschaftlich. Ein derartiges Verfahren ist z. B. in Mineral Processing No. 8, August 1987, Seiten 456 bis 462 von Bauer beschrieben, worin die wesentlichen Verfahrensstufen Magnetabscheidung, Fließbettbehandlung und Gegenstromdrosselung sind.
In der Erfindung wird der Formsand ohne wesentliche vorhergehende Regenerierungsverfahren verwendet. Wenn irgendein Regenerierungsverfahren durchgeführt wird, beschränkt es sich in der Tat gewöhnlich auf ein Sieben des Sandes.
Somit löst die Erfindung gleichzeitig zwei Probleme, nämlich die Notwendigkeit, eine Möglichkeit der wirtschaftlichen Verwendung von verunreinigtem Formsand zu finden, und die Notwendigkeit, ein kostengünstiges Mineral zu finden, das in einer faserbildenden Schmelze, die dazu konzipiert ist, Fasern mit geringem Aluminiumoxid-Gehalt herzustellen, verwendet werden kann.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß es nicht erforderlich ist, Feinstgut aus dem verunreinigten Formsand zu entfernen, bevor er verwendet werden kann. Wie oben erläutert, war dies bisher immer als notwendig erachtet worden, wenn der Formsand nützlich sein sollte. Somit wird mit Hilfe der Erfindung eine besonders wirtschaftliche Verwendung von verunreinigtem Formsand ermöglicht.
In der Tat kann das Vorhandensein von Feinstgut in der Erfindung von Vorteil sein. Feinstgut weist in herkömmlicherweise verwendeten Schmelzverfahren hervorragende Schmelzeigenschaften auf. Dies beruht darauf, daß es bei jeder beliebigen vorgegebenen Schmelztemperatur kürzere Verweilzeiten erfordert als Formsand mit größerer Teilchengröße.
Dieses Merkmal bedeutet, daß es möglich ist, größere Mengen an Materialien mit höherem Schmelzpunkt, wie z. B. verunreinigten Formsand, in der Charge zu verwenden als andernfalls möglich wäre. Das Vorhandensein von Formsand mit feiner Teilchengröße verringert oder beseitigt außerdem die Notwendigkeit, Flußmittel einzuschließen, und umgeht somit die Beschränkungen, die diese der Auswahl chemischer Zusammensetzungen auferlegen.
Die Menge an verunreinigtem Formsand beträgt vorzugsweise mindestens 10%, gewöhnlich mindestens 20%, bezogen auf die gesamte mineralische Charge, und oft mindestens 30%. Gewöhnlich beträgt sie nicht mehr als 75% und im allgemeinen liegt sie im Bereich von 20 bis 40 oder 45% bezogen auf das Gewicht der gesamten mineralischen Charge.
Die Schmelze weist im allgemeinen einen Gehalt an CaO im Bereich von 10 bis 40% und einen Gehalt an MgO im Bereich von 5 bis 30% (oft 7 bis 20%) auf. Im allgemeinen beträgt die Gesamtmenge an CaO plus Alkali 10 bis 48% und die Gesamtmenge an MgO + FeO liegt im Bereich von 7 bis 30%. Die Menge an SiO&sub2; liegt im allgemeinen im Bereich von 35 bis 75%. Vorzugsweise ist die Mischung derart, daß der gesamte Aluminiumoxid-Gehalt unter 3% und oft unter 1% liegt. Die Mischung kann zusätzlich zu den oben erwähnten Gehalten an Aluminiumoxid, CaO MgO, Alkali und FeO und SiO&sub2; verschiedene Verbindungen enthalten. Somit kann sie andere Elemente, wie z. B. Phosphor, Bor und Titan, im allgemeinen jeweils in einer Menge, gemessen als Oxid, von nicht mehr als 10% enthalten.
Es ist in der Regel unzufriedenstellend, Briketts zu verwenden, die einzeln eine Zusammensetzung aufweisen, die eine sehr hohe Konzentration an Siliciumdioxid und eine sehr geringe Konzentration an CaO und/oder MgO besitzt, insbesondere da ein derartiges Brikett in der Regel einen recht hohen Schmelzpunkt aufweist. Demzufolge ist es bevorzugt, daß im wesentlichen jedes Brikett einen Gehalt an AbO3 von 0 bis 4%, MgO von 5 bis 30% und CaO von 5 bis 40%, alle bezogen auf das Gewicht des Briketts, aufweist.
Der gewünschte chemische Gehalt kann durch bloßes Mischen von Quarzsand mit Olivinsand und einer Quelle für CaO erzielt werden, wobei es sich bei dem gesamten Sand im allgemeinen um verunreinigten Formsand handelt, ein Teil verunreinigter Sand sein könnte. Oft werden die Briketts jedoch aus einer Mischung eines oder mehrerer verunreinigter Formsände mit anderem anorganischem Material, bei dem es sich selbst um Industrieabfall-Material handeln kann, gebildet. Geeignete Industrieabfall-Materialien beinhalten Konverterschlacke, Glas, asbestfreien Faserzement, Holzasche und Stahlwerkstaub und MMV-Faserprodukte, z. B. gebundenes MMV-Fasermaterial. Dieses Fasermaterial kann aus dem Verfahren wiederverwertet werden oder es kann sich um zuvor produziertes Abfallmaterial handeln.
Die Charge in dem Ofen kann nur aus verunreinigten Formsand enthaltenden Briketts bestehen oder ist häufiger eine Mischung von mindestens 30%, oft mindestens 50% und typischerweise bis zu 80% oder mehr derartiger Briketts mit anderem teilchenförmigem Material. Dieses andere Material kann Briketts, die aus Materialien, die frei von verunreinigtem Formsand sind, hergestellt wurden, und/oder anderes für den Einschluß in die Schmelze geeignetes mineralisches Material umfassen. Bei diesem zusätzlichen mineralischen Material kann es sich um Industrieabfall, wie oben erörtert, handeln, oder es kann sich um neues mineralisches Material handeln, das vorher nicht verwendet wurde.
Ein derartiges mineralisches Material, das als Teil der Nichtbrikett-Charge oder als Komponenten in Briketts verwendet werden kann, kann Materialien wie Dolomit, Eisenerz, Kalk, Rutil, Magnesit, Magnetit, Brucit, gebrannten Kalk, Schlacke und andere zur Bildung einer faserbildenden Schmelze geeignete Materialien beinhalten. Die Mischung von verunreinigtem Formsand, anderem Industrieabfall und anderem mineralischem Material sollte derart sein, daß die Schmelze und die Fasern die gewünschte Zusammensetzung aufweisen.
Die Briketts können durch irgendein geeignetes Verfahren hergestellt werden. Im allgemeinen werden sie durch Binden von anorganischem Material unter Verwendung eines Bindemittels, oft in Verbindung mit Verdichtung, hergestellt. Bei dem Bindemittel kann es sich um ein hydraulisches Bindemittel, wie z. B. Zement, oder eine mit einem alkalischen Mittel aktivierte Schlacke, wie in WO92/04289, handeln. Alternativ kann es sich bei dem Bindemittel um gebrannten Kalk handeln, der beim Erwärmen in Gegenwart von Wasser, dem bekannten Kalk/Sandstein- Verfahren, hydratisiert. Alternativ kann es sich bei dem Bindemittel um ein organisches Bindemittel, z. B. ein durch Mischen von Calciumlignosulfonat mit dem teilchenförmigen Material in Gegenwart von Wasser, Einsetzenlassen der Härtung und anschließendes Preßformen der teilweise gehärteten Mischung, z. B. auf einer Walzen-Formmaschine, erhaltenes Lignin-Bindemittel handeln.
Die Verwendung von organischem Bindemittel ist von Vorteil, da sie das Einführen von Aluminiumoxid oder einer anderen anorganischen Komponente, die den Materialien, die in der Charge verwendet werden können, eine zusätzliche Beschränkung auferlegen könnten, umgeht.
Die Briketts können herkömmliche Abmessungen aufweisen, z. B. ein Mindestmaß von mindestens 5 mm, oft mindestens 20 mm und gewöhnlich mindestens 40 mm, und ein Höchstmaß von bis zu 300 mm, gewöhnlich jedoch nicht mehr als etwa 150 oder 200 mm.
Der Ofen kann auf herkömmliche Weise beheizt werden, z. B. als Elektroofen oder Wannenofen, oder häufiger durch Verbrennung von brennbarem Material in einem Kupolofen. Die Schmelztemperatur hängt von den verwendeten Mineralien und dem Faserbildungsverfahren ab, liegt jedoch im allgemeinen im Bereich von 1200 bis 1600ºC, oft etwa 1400 bis 1550ºC.
Die Faserbildung kann durch herkömmliche Verfahren, wie z. B. ein Spinnbecherverfahren, oder vorzugsweise durch Gießen auf einen Spinnapparat, der mindestens zwei zusammenwirkende Spinnräder umfaßt, z. B. wie in WO92/06047 beschrieben, erfolgen. Somit können die Fasern hergestellt werden, indem man die Schmelze auf einen ersten Spinnrotor gießt, von dem die Schmelze der Reihe nach auf einen oder mehrere nachfolgende Spinnrotoren geschleudert wird, von welchen die Fasern abgeschleudert werden.
Die erfindungsgemäßen Produkte können für jeden der herkömmlichen Verwendungszwecke von MMV-Fasern wie z. B. Wärmeisolierung, Geräuschdämpfung und -regulierung, Feuerschutz, Wachstumsmedien, Verstärkung und Füllstoffe, verwendet werden.
Es folgen einige Beispiele für die Erfindung:

Beispiel 1 100% Brikett-Charge (85% Industrieabfall)

15% Zement
37% Quarz-Formsand
19% Olivin-Formsand
29% Konverterschlacke

Beispiel 2 100% Brikett-Charge (57% Industrieabfall)

13% Zement
21% Glasabfall
26% Quarz-Formsand
10% Olivin-Formsand
21% Dolomit
9% Eisenerz

Beispiel 3 100% Brikett-Charge (63% Industrieabfall)

12% Zement
18% Dolomit
23% Quarz-Formsand
10% Olivin-Formsand
10% Glasabfall
20% Mineralwolle usw.
7% Eisenerz

Beispiel 4 89% Brikett & 11% Kalk (37% Industrieabfall)

Brikett-Zusammensetzung:
12% Zement
42% Quarz-Formsand
46% Dolomit

Beispiel 5 100% Brikett (60% Industrieabfall)

20% Olivin
31% Quarz-Formsand
31% Kalk
9% gebrannter Kalk
Beispiel 6 100% Brikett (54% Industrieabfall)
20% Quarz-Formsand
46% Dolomit
14% Glasabfall
20% Mineralwolle usw.

Beispiel 7 100% Brikett (65% Industrieabfall)

12% Zement
36% Quarzsand
17% Olivinsand
11% Dolomit
12% Eisenerz
12% Mineralwolle usw.
Die chemische Zusammensetzung der in den Beispielen verwendeten Abfallmaterialien ist in Tabelle 1 gezeigt und Merkmale der Charge und der Produkte jedes Beispiels sind in Tabelle 2 gezeigt. TABELLE 1 Chemische Zusammensetzung/Abfallmaterialien für lösliche Fasern TABELLE 2 Merkmale der Beispiele
* Formsand: Quarzsand und Olivinsand.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von künstlichen glasartigen Fasern, umfassend das Bilden von geformten Briketts aus teilchenförmigem mineralischem Material, das Bilden einer Schmelze durch Schmelzen einer die Briketts umfassenden Charge in einem Ofen und das Bilden von Fasern aus der Schmelze, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze und die Fasern einen Gehalt, gemessen als Oxide, haben, der Al&sub2;O&sub3; in einer Menge von höchstens 4 Gewichts-% umfaßt, und die Briketts aus teilchenförmigem Material gebildet sind, das verunreinigten Formsand enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Briketts aus teilchenförmigem Material gebildet sind, das verunreinigten Formsand in einer Menge von mindestens 10 Gewichts-%, bezogen auf die gesamte mineralische Charge, enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Menge an verunreinigtem Formsand in den Briketts 10 bis 70%, bezogen auf das Gewicht der gesamten mineralischen Charge, beträgt.

4. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem praktisch jedes der Briketts einen Gehalt an MgO von 5 bis 30% und einen Gehalt an CaO von 5 bis 40 Gewichts-% hat.

5. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Schmelze und die Fasern einen Gehalt haben, der 0 bis 4% Al&sub2;O&sub3;, 10 bis 40% CaO, 5 bis 30% MgO und 25 bis 75% SiO&sub2; und andere Oxide jeweils in einer Menge von höchstens 20% umfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Menge an CaO plus Alkali 10 bis 48% und die Menge an MgO + FeO 7 bis 30% beträgt.

7. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Briketts außerdem aus anderem unter Konverterschlacke, Glas, asbestfreiem Faserzement, Holzasche, Stahlwerkstaub und künstlichen glasartigen Faserprodukten ausgewählten Industrieabfall gebildet sind, wobei die Gesamtmenge an verunreinigtem Formsand und anderem Industrieabfall mindestens 50%, bezogen auf die gesamte mineralische Charge, beträgt.

8. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem der Ofen ein Kupolofen ist.

9. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Fasern hergestellt werden, indem die Schmelze auf einen ersten Spinnrotor gegossen wird, von dem die Schmelze der Reihe nach auf einen oder mehrere aufeinanderfolgende Spinnrotoren geschleudert wird, von denen die Fasern abgeschleudert werden.