ES2224692T5 - Procedimiento para la producción de lana mineral - Google Patents

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ES2224692T5 ES99942986.3T ES99942986T ES2224692T5 ES 2224692 T5 ES2224692 T5 ES 2224692T5 ES 99942986 T ES99942986 T ES 99942986T ES 2224692 T5 ES2224692 T5 ES 2224692T5
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Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento para la producción de lana mineral.
La presente invención concierne al dominio de lanas minerales artificiales. Trata más concretamente de lanas minerales destinadas a fabricar materiales de aislamiento térmico y/o acústico o de sustratos de cultivo fuera del suelo. 5
Más en particular se interesa en lanas minerales del tipo lana de roca, es decir, cuyas composiciones químicas llevan consigo una temperatura de líquido elevada y una gran fluidez a su temperatura de formación de fibra, asociadas a una temperatura de transición vítrea elevada.
Convencionalmente, ese tipo de lana mineral está formada en fibras por procedimientos de centrifugación llamados “externos”, por ejemplo del tipo de los que utilizan una cascada de ruedas de centrifugación alimentadas de materia 10 fundida por un dispositivo de distribución estática, como se describe especialmente en las patentes EP-0 465 310 ó EP-0 439 385.
El procedimiento de formación de fibra por centrifugación llamada “interna”, es decir que recurre a centrifugadoras giratorias a gran velocidad y taladradas de orificios, en cambio se reserva convencionalmente a la formación de fibra de lana mineral del tipo lana de vidrio, esquemáticamente de composición más rica en óxidos alcalinos y de débil 15 proporción de alúmina, de temperatura de líquido menos elevada y de viscosidad, a la temperatura de formación de fibra, mayor que la de lana de roca. Ese procedimiento se describe especialmente en las patentes EP-0 189 354 ó EP-0 519 797.
Sin embargo se han desarrollado recientemente soluciones técnicas que permiten adaptar el procedimiento de centrifugación interna a la formación de fibra de lana de roca, especialmente modificando la composición del material 20 constitutivo de las centrifugadoras y sus parámetros de funcionamiento. Para más detalles en este tema se podrá remitir especialmente a la patente WO 93/02977. Esta adaptación se ha revelado particularmente interesante en el sentido de que permite combinar propiedades que no eran hasta entonces inherentes más que a uno u otro de los dos tipos de lana, roca o vidrio. Así, la lana de roca obtenida por centrifugación interna es de una calidad comparable a la lana de vidrio, con una proporción de componentes no fibrosos menor que la de lana de roca 25 obtenida convencionalmente. Conserva, sin embargo, las dos ventajas ligadas a su naturaleza química, a saber, un bajo coste de materias químicas y resistencia a temperatura elevada.
Por tanto, son posibles ahora dos maneras para formar fibras de lana de roca, dependiendo la elección de una u otra de un número de criterios, de entre los cuales el nivel de calidad requerido a la vista de la aplicación abordada y el de la factibilidad industrial y económica. 30
A esos criterios se ha añadido desde hace algunos años el de un carácter biodegradable de la lana mineral, a saber, la capacidad de ésta para disolverse rápidamente en medio fisiológico, con el fin de prevenir todo riesgo patógeno potencial ligado a la acumulación eventual de las fibras más finas en el organismo por inhalación.
Una solución al problema de elegir composición de lana mineral de tipo roca y de carácter biosoluble consiste en el uso de proporciones de alúmina elevadas y proporciones de alcalinos moderadas. 35
Esta solución conduce especialmente a costes de materias primas elevados, por el hecho del uso preferido de bauxita.
La presente invención tiene como fin mejorar la composición química de lanas minerales de tipo roca, mejora que se destina especialmente a aumentar su carácter biodegradable con una capacidad para hacerse fibra por centrifugación interna, mientras mantiene la posibilidad de obtener esas composiciones con materias primas 40 económicas.
La invención tiene por objetivo un procedimiento de obtención de una lana mineral susceptible de disolverse en un medio fisiológico, que comprende los componentes indicados más abajo según los porcentajes en peso siguientes:
SiO2 Al2O3 CaO MgO Na2O
39-55%, preferentemente 40-52% 16-27%, -- 16-25% -- 10-25% 0-5%, -- 0-15%, -- 6-12%
K2O R2O (Na2O + K2O) P2O5 Fe2O3 B2O3 TiO2
0-15%, -- 3-12% 10-17%, -- 12-17% 0-3%, -- 0-2% 0-15%, 0-8%, -- 0-4% 0-3%.
Según un modo de realización conveniente de la invención, la lana mineral comprende los componentes indicados más abajo conforme a los porcentajes en peso siguientes:
SiO2 Al2O3 CaO MgO Na2O K2O R2O (Na2O + K2O) P2O5 Fe2O3 B2O3 TiO2
39-55%, preferentemente 40-52% 16-25%, -- 17-22% -- 10-25% 0-5%, 0-15%, -- 6-12% 0-15%, -- 6-12% 13,0-17% 0-3%, -- 0-2% 0-15%, 0-8%, -- 0-4% 0-3%,
En la continuación del texto, todo porcentaje de un componente de la composición se debe entender como un 5 porcentaje en peso, y las composiciones según la invención pueden contener hasta 2 ó 3% de compuestos a considerar como impurezas no analizadas, como se sabe en ese género de composición.
La selección de una tal composición ha permitido acumular toda una serie de ventajas, en particular actuando sobre los múltiples papeles, complejos, que juegan un cierto número de sus componentes específicos.
En efecto, se ha podido constatar que la asociación de una proporción de alúmina elevada, comprendida entre 16 y 10 27%, preferentemente superior a 17% y/o preferentemente inferior a 25%, en particular inferior a 22%, para una suma de elementos formadores, sílice y alúmina, comprendida entre 57 y 75%, preferentemente superior a 60% y/o preferentemente inferior a 72%, en particular inferior a 70%, con una cantidad de alcalinos (R2O: sosa y potasa) elevada comprendida entre 10 y 17%, con MgO comprendido entre 0 y 5%, en particular entre 0 y 2%, permite obtener composiciones de vidrio que poseen la notable propiedad de formar fibras en un vasto dominio de 15 temperatura y confieren a las fibras obtenidas un carácter biosoluble a pH ácido. Según modos de realización de la invención, la proporción de alcalino es preferentemente superior a 12%, en particular superior a 13,0% e incluso 13,3% y/o preferentemente inferior a 15%, en particular inferior a 14,5%.
Ese dominio de composiciones se presenta particularmente interesante porque se ha podido observar que, contrariamente a las opiniones recibidas, la viscosidad del vidrio fundido no baja significativamente con el aumento 20 de la proporción de alcalinos. Este efecto notable permite aumentar la separación entre la temperatura correspondiente a la viscosidad de formación de fibra y la temperatura de líquido de la fase que cristaliza y mejorar así considerablemente las condiciones de formación de fibra y hace especialmente posible la formación de fibra por centrifugación interna de una nueva familia de vidrios biosolubles.
Según un modo de realización de la invención, las composiciones poseen proporciones de óxido de hierro 25 comprendidas entre 0 y 5%, en particular superiores a 0,5% y/o inferiores a 3%, en particular inferiores a 2,5%. Otro
modo de realización se obtiene con composiciones que poseen proporciones de óxido de hierro comprendidas entre 5 y 12%, en particular entre 5 y 8%, lo que puede permitir obtener una resistencia al fuego de los colchones de lanas minerales.
Convenientemente, las composiciones de acuerdo con la invención respetan la relación:
(Na2O + K2O)/Al2O3  0,5, preferentemente (Na2O + K2O)/Al2O3  0,6, en particular (Na2O + K2O)/Al2O3  0,7 que 5 parece favorecer la obtención de una temperatura a la viscosidad de formación de las fibras superior a la temperatura de líquido.
Según la invención, las composiciones tienen una proporción de cal comprendida entre 10 y 25%, en particular superior a 12%, preferentemente superior a 15% y/o preferentemente inferior a 23%, en particular inferior a 20%, e incluso inferior a 17% asociada a una proporción de magnesia comprendida entre 0 y 5%, preferentemente con 10 menos de 2% de magnesia, en particular menos de 1% de magnesia y/o una proporción de magnesia superior a 0,3%, en particular superior a 0,5%.
La adición de P2O5, que es opcional, en proporciones comprendidas entre 0 y 3%, en particular superiores a 0,5% y/o inferiores a 2%, puede permitir aumentar la biosolubilidad a pH neutro. Opcionalmente, la composición puede también contener óxido de boro que puede permitir mejorar las propiedades térmicas de la lana mineral, en 15 particular tendiendo a disminuir su coeficiente de conductividad térmica en la componente radiativa e igualmente aumentar la biosolubilidad a pH neutro. Se puede igualmente incluir TiO2 en la composición, de manera opcional, por ejemplo hasta 3%. Otros óxidos tales como BaO, SrO, MnO, Cr2O3, ZrO2, pueden estar presentes en la composición, cada uno hasta proporciones de alrededor de 2%.
La diferencia entre la temperatura correspondiente a una viscosidad de 102,5 poises (decipascal.segundo), anotada 20 Tlog 2,5, y del líquido de la fase que cristaliza, anotada TLiq, es preferentemente al menos 10ºC. Esta diferencia, Tlog 2,5 - TLiq, define el “nivel de trabajo” de las composiciones de la invención, es decir, la gama de temperaturas en la cual se puede formar fibras por centrifugación interna muy particularmente. Esta diferencia se establece preferentemente en al menos 20 ó 30ºC, e incluso en más de 50ºC, en particular más de 100ºC.
Las composiciones producidas de acuerdo con la invención tienen temperaturas de transición vítrea elevadas, 25 principalmente superiores a 600ºC. Su temperatura de temple (anotada TTemple, conocida igualmente bajo el nombre de “temperatura de recocción”) es particularmente superior a 600ºC.
Las lanas minerales, como se mencionan más arriba, presentan un nivel de biosolubilidad satisfactorio, en particular a pH ácido. Generalmente presentan así una velocidad de disolución, principalmente medida sobre sílice, de al menos 30 ng/cm2, preferentemente de al menos 40 ó 50 ng/cm2 por hora medida a pH 4,5. 30
Otra ventaja muy importante de la invención se refiere a la posibilidad de utilizar materias primas baratas para obtener la composición de esos vidrios. Esas composiciones pueden resultar especialmente de la fusión de rocas, por ejemplo del tipo de las fonolitas, con un portador de alcalinotérreos, por ejemplo caliza o dolomía, completadas si fuese necesario por mineral de hierro. Se obtiene por ese sesgo un portador de alúmina de coste moderado.
Ese tipo de composición, de proporciones de alúmina y de proporciones de alcalinos elevadas puede fundirse 35 convenientemente en hornos vidrieros de llama o de energía eléctrica.
Otros detalles y características ventajosas resultan de la descripción más abajo de modos de realización preferidos no limitantes.
La tabla 1 más abajo reagrupa las composiciones químicas, en porcentajes en peso, de cinco ejemplos.
Cuando la suma de todos los contenidos de todos los compuestos es ligeramente inferior o ligeramente superior a 40 100%, se debe entender que la diferencia respecto a 100% corresponde a las impurezas/componentes minoritarios no analizados y/o no es debido más que a la aproximación aceptada en ese dominio en los métodos de análisis utilizados.
Tabla 1
EJ. 1* EJ. 2 EJ. 3 EJ. 4 EJ. 5
SiO2
47,7 42,6 44,4 45,2 45,4
Al2O3
18,6 18,1 17,3 17,2 18,1
CaO
6,2 22,7 21,7 15,3 13,5
MgO
7,1 0,2 0,4 0,5 0,5
Na2O
8,0 6,3 6,0 6,2 6,5
K2O
5,2 7,4 7,1 7,8 8,1
Fe2O3
7,2 2,5 3 6,6 7,3
TOTAL
100 99,8 99,9 98,8 99,4
SiO2 + Al2O3
66,3 60,7 61,7 62,4 63,5
Na2O + K2O
13,2 13,7 13,1 14 14,6
(Na2O + K2O)/Al2O3
0,71 0,76 0,76 0,81 0,81
TLog 2,5
1293ºC 1239ºC 1230ºC 1248ºC 1280ºC
TLiq
1260ºC 1200ºC 1190ºC 1160ºC 1160ºC
TLog2,5 -TLiq
+ 33ºC + 39ºC + 40ºC + 88ºC + 120ºC
TTemple
622ºC 658ºC 634ºC 631ºC
Velocidad de disolución a pH = 4,5
 30 ng/cm2 por h  30 ng/cm2 por h  30 ng/cm2 por h 107 ng/cm2 por h 107 ng/cm2 por h
* : el ejemplo 1 está fuera de la invención
Las composiciones según esos ejemplos han formado fibras por centrifugación interna, en particular según las instrucciones de la patente WO 93/02977 precitada.
Sus niveles de trabajo, definidos por la diferencia TLog2,5 -TLiq son bastante positivos. Todos tienen una relación (Na2O + K2O)/Al2O3 superior a 0,7 para una proporción de alúmina elevada de alrededor de 17 a 20%, con una suma 5 (SiO2 + Al2O3) bastante elevada y una proporción de alcalinos de al menos 13,0%.
Se presentan interesantes unos ejemplos de composiciones adicionales producidos según la invención, (Ej. 6 a Ej. 40 referidos) y se describen en la Tabla 2.
Todas tienen una relación (Na2O + K2O)/Al2O3 superior a 0,5, en particular superior a 0,6, incluso 0,7.
Su proporción de alúmina es elevada, comprendida entre 17% y más de 25%, con una suma (SiO2 + Al2O3) 10 especialmente elevada, en particular superior a 60%.
La proporción de alcalinos de esos ejemplos adicionales está en particular comprendida entre menos de 11,5% y más de 14%.
Se observa que sus niveles de trabajo son ampliamente positivos, en particular superiores a 50ºC, hasta 100ºC, e incluso superiores a 150ºC. 15
Las temperaturas de líquido son poco elevadas, en particular inferiores o iguales a 1200ºC e incluso 1150ºC.
Las temperaturas correspondientes a viscosidades de 102,5 poises (TLog 2,5) son compatibles con la utilización de platos de formación de fibra a alta temperatura, en particular en las condiciones de uso descritas en la solicitud WO 93/02977.
Las composiciones preferidas son en particular aquéllas en que TLog 2,5 es inferior a 1350ºC, preferentemente inferior 20 a 1300ºC.
Se ha podido observar que para las composiciones que comprenden entre 0 y 5% de magnesia MgO, en particular con al menos 0,5% de MgO y/o menos de 2%, incluso menos de 1% de MgO, y entre 10 y 13% de alcalinos, se obtienen resultados de propiedades físicas, en particular niveles de trabajo, y velocidad de disolución muy satisfactorios (caso de los ejemplos: Ej. 18, Ej. 31, Ej. 32, Ej. 33, y Ej. 35 a Ej. 40). 25
Se observa que las temperaturas de temple son, en particular, superiores a 600ºC, e incluso superiores a 620ºC, hasta incluso superiores a 630ºC.
Tabla 2
Ej. 6 Ej. 7 Ej. 8 Ej. 9 Ej. 10 Ej. 11* Ej. 12 Ej. 13 Ej. 14 Ej. 15
SiO2
43,9 44,2 43,8 46,1 43,8 47,1 41,9 48,2 43,2 46,3
Al2O3
17,6 17,6 17,6 17,4 17,6 15,7 20,9 19,8 22,5 19,3
CaO
15 13,3 14,2 13,2 11,9 9,8 14,5 14 14,3 13,9
MgO
0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,4 0,5 0,5 0,5 0,5
Na2O
6,40 6,3 6,4 6,3 6,4 6,4 6,1 6 6 6
K2O
7,6 7,9 7,9 7,8 8,0 8,0 7,4 7,2 7,1 7,1
Fe2O3
8,4 9,8 9,2 8,3 11,3 12,1 8,7 4,2 6,3 6,8
TOTAL
99,4 99,6 99,6 99,6 99,5 99,5 100 99,9 99,9 99,9
SiO2 + Al2O3
61,5 61,8 61,4 63,5 61,4 62,8 62,8 68 65,7 65,6
Na2O + K2O
14,2 14,2 14,3 14,1 14,4 14,4 13,5 13,2 13,1 13,1
(Na2O + K2O)/Al2O3
0,81 0,81 0,81 0,81 0,81 0,92 0,65 0,67 0,58 0,66
TLog 2,5 (en ºC)
1270 1285 1275 1310 1295 1305 1300 1380 1345 1335
TLiq (en ºC)
1120 1100 1110 1140 1160 1200 1140 1160 1140 1110
TLog 2,5 – TLiq (en ºC)
150 185 165 170 135 105 160 220 205 225
TTemple (en ºC)
618 615 616 635 654 655 645
Velocidad de disolución a pH 4,5 (en ng/cm2 por hora)
45  30  30  30 60  30  30  30  30  30
* El ejemplo 11 no cae bajo la definición de la invención.
Tabla 2 (continuación 1)
Ej. 16 Ej. 17 Ej. 18 Ej. 19 Ej. 20 Ej. 21 Ej. 22 Ej. 23 Ej. 24 Ej. 25
SiO2
45,4 43 44,3 43 47,7 45,6 43,5 43,1 40,3 42,3
Al2O3
18,8 19,7 19,8 21,5 18,4 22,4 21,2 22,2 25,1 21,7
CaO
13,9 14,1 13,4 14,1 13,8 13,9 14,1 14 13,9 13,1
MgO
0,5 0,5 0,7 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,6
Na2O
5,9 6 8,3 8 6 6 6 6 6 5,9
K2O
7,2 7,2 3,7 7,3 7,3 7,3 7,2 7,2 7,2 7,7
Fe2O3
8,3 9,5 9,3 7,5 6,2 4,2 7,4 6,9 6,9 8,7
TOTAL
100 100 99,5 99,9 99,9 99,9 99,9 99,9 99,9 100
SiO2 + Al2O3
64,2 62,7 63,8 64,5 66,1 68 64,7 65,3 65,4 64,0
Na2O + K2O
13,1 13,2 12 13,3 13,3 13,3 13,2 13,2 13,2 13,6
(Na2O + K2O)/Al2O3
0,7 0,67 0,61 0,62 0,72 0,59 0,62 0,59 0,53 0,63
TLog 2,5 (en ºC)
1315 1305 1250 1325 1345 1370 1325 1335 1330 1300
TLiq (en ºC)
1110 1110 1170 1140 1150 1150 1120 1160 1170 1160
TLog 2,5 – TLiq (en ºC)
205 195 80 175 195 220 205 175 160 140
TTemple (en ºC)
637 638 644 645 658 644 650 652
Velocidad de disolución a pH = 4,5 (en ng/cm2 por hora)
 30  30  30  30  30  30  30  30  30  30
Tabla 2 (continuación 2)
Ej. 26 Ej. 27 Ej. 28 Ej. 29 Ej. 30 Ej. 31 Ej. 32 Ej. 33 Ej. 34
SiO2
43,9 41,5 39,3 47,3 45,3 45,3 44 46,5 46,5
Al2O3
24,6 24,7 24,9 18,2 19,2 20,5 22,5 19,2 19,5
CaO
13,2 13,4 13,3 13,9 12,9 12,9 12,7 12,4 11,5
MgO
0,6 0,6 0,5 0,6 0,8 0,8 0,8 0,8 0,7
Na2O
5,9 6,2 6,3 8,1 7,9 8,3 7,9 8,8 8,4
K2O
7,6 7,6 7,6 3,9 5,7 3,8 3,7 3,9 5
Fe2O3
4 6 8,1 7,5 7,5 7,4 7,5 7,4 7,5
TOTAL
99,8 100 100 99,5 99,3 99 99,1 99 99,1
SiO2 + Al2O3
68,5 66,2 64,2 65,5 64,5 65,8 66,5 65,7 66
Na2O + K2O
13,5 12,8 13,9 11,9 13,6 12,1 11,6 12,7 13,4
(Na2O + K2O)/Al2O3
0,55 0,52 0,56 0,65 0,7 0,59 0,52 0,66 0,69
TLog 2,5 (en ºC)
1370 1330 1295 1270 1270 1280 1285 1280 1295
TLiq (en ºC)
1180 1200 1160 1150 1180 1200 1150 1170
TLog 2,5 – TLiq (en ºC)
150 95 110 120 100 85 130 125
TTemple (en ºC)
625 618 619
Velocidad de disolución a pH = 4,5 (en ng/cm2 por hora)
 30  30  30  30  30  30  30  30  30
Tabla 2 (continuación 3)
Ej. 35 Ej. 36 Ej. 37 Ej. 38 Ej. 39 Ej. 40
SiO2
47,7 46,5 48,0 47,1 46 46
Al2O3
18,9 19,5 19,2 21 20,5 20,1
CaO
13,6 14,4 13,6 12,6 11,6 14,4
MgO
1,4 1,4 0,7 0,7 0,7 1,1
Na2O
7,4 7,3 7,4 7,2 7,4 7,1
K2O
5 5 5 5 5 5
Fe2O3
4,8 4,9 4,9 4,9 7,3 4,9
TOTAL
98,8 99 98,8 98,5 98,5 98,6
SiO2 + Al2O3
66,6 66,0 67,2 68,1 66,5 66,1
Na2O + K2O
12,4 12,3 12,4 12,2 12,4 12,1
(Na2O + K2O)/Al2O3
0,66 0,63 0,65 0,58 0,6 0,6
TLog 2,5 (en ºC)
1310 1295 1315 1340 1320 1300
TLiq (en ºC)
1140 1150 1120 1110 1120 1140
TLog 2,5 – TLiq (en ºC)
170 145 195 230 200 160
TTemple (en ºC)
636 636 640 643 633 641
Velocidad de disolución a pH = 4,5 (en ng/cm2 por hora)
 30  30  30  30  30  30

Claims (8)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento de obtención de una lana mineral susceptible de disolverse en un medio fisiológico, por fibrado de un vidrio por centrifugación interna, comprendiendo dicha lana mineral los constituyentes indicados más abajo según los porcentajes en peso siguientes:
    5
    SiO2 Al2O3 CaO MgO Na2O K2O R2O (Na2O + K2O) P2O5 Fe2O3 B2O3 TiO2
    39-55%, preferentemente 40-52% 16-27%, -- 16-25% 10-25% 0-5%, 0-15%, -- 6-12% 0-15%, -- 3-12% 10-17%, -- 12-17% 0-3%, -- 0-2% 0-15%, 0-8%, -- 0-4% 0-3%.
  2. 2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que la lana mineral comprende los constituyentes indicados más abajo según los porcentajes en peso siguientes:
    SiO2 Al2O3 CaO MgO Na2O K2O R2O (Na2O + K2O) P2O5 Fe2O3 B2O3 TiO2
    39-55%, preferentemente 40-52% 16-25%, -- 17-22% 10-25% 0-5%, 0-15%, -- 6-12% 0-15%, -- 6-12% 13,0-17% 0-3%, -- 0-2% 0-15%, 0-8%, -- 0-4% 0-3%,
  3. 3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado por que la proporción de alcalinos (Na2O + K2O) 10 está comprendida entre:
    13,0  R2O  15, en particular 13,3  R2O  14,5.
  4. 4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la lana mineral comprende contenidos de Fe2O3 (hierro total) tales que:
    0  Fe2O3  5, preferentemente 0  Fe2O3  3, en particular 0,5  Fe2O3  2,5 15
  5. 5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que la lana mineral comprende contenidos de Fe2O3 (hierro total) tales que:
    5  Fe2O3  15, en particular 5  Fe2O3  8
  6. 6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la lana mineral respeta la relación: 5
    (Na2O + K2O)/Al2O3  0,5
  7. 7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la lana mineral respeta la relación:
    (Na2O + K2O)/Al2O3  0,6, en particular (Na2O + K2O)/Al2O3  0,7
  8. 8. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la lana mineral comprende 10 contenidos de cal y magnesia tales que: 15  CaO  25, preferentemente 0  MgO  2, en particular 0  MgO  1
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