ES2254540T3 - Procedimiento para fabricar materiales aislantes de fibras minerales. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para fabricar materiales aislantes de fibras minerales, especialmente de lana de vidrio y/o lana mineral, en el que en una unidad de fusión, especialmente un horno de cúpula, se fabrica una masa fundida de silicatos y se desfibra en un dispositivo de desfibrado en preferiblemente fibras microfinas, a las fibras se añaden preferiblemente aglutinantes y/o agentes de impregnación y las fibras se depositan sobre un dispositivo de transporte como material no tejido, caracterizado porque como portador de energía primaria se usa al menos 50%, preferiblemente hasta 70% de coque, referido a la cantidad total de portador de energía primaria, y una mezcla de un portador de carbono y ladrillos refractarios que se obtiene de desprendimientos de horno, especialmente del revestimiento catódico de hornos para la fabricación de aluminio.

Description

Procedimiento para fabricar materiales aislantes de fibras minerales.

La invención se refiere a un procedimiento para fabricar materiales aislantes de fibras minerales, especialmente de lana de vidrio y/o lana mineral, en el que en una unidad de fusión, especialmente un horno de cúpula, se fabrica una masa fundida de silicatos y se desfibra en un dispositivo de desfibrado en preferiblemente fibras microfinas, a las fibras se añaden preferiblemente aglutinantes y/o agentes de impregnación y las fibras se depositan sobre un dispositivo de transporte como material no tejido.

Los materiales aislantes de fibras minerales se fabrican a partir de masas fundidas de silicatos. Para esto se introduce un material de partida de silicatos, por ejemplo vidrios, roca natural o artificial, en una unidad de fusión, por ejemplo, en un horno de cúpula o un horno de cuba. La masa fundida de silicatos así obtenida se introduce entonces en una unidad de desfibrado en la que la masa fundida de silicatos se desfibra en fibras minerales microfinas. Las fibras minerales entonces suministradas a una cámara colectora se humedecen generalmente con aglutinantes y/o agentes de impregnación y se depositan sobre un dispositivo de transporte dispuesto por debajo de la cámara colectora; en este sentido se trata generalmente de una cinta transportadora. Las fibras minerales humedecidas con los aglutinantes y/o agentes de impregnación forman sobre el medio de transporte un material no tejido de fibras minerales que se procesa de manera conocida en sí en dispositivos térmicos y/o mecánicos posteriormente conectados para fabricar materiales aislantes en forma de tiras, placas, cuerpos moldeados o similares. Por tanto, los materiales aislantes de fibras minerales están compuestos por fibras solidificadas de manera vítrea que están unidas entre sí de manera puntual con aglutinantes comunes.

En los materiales aislantes de fibras minerales se diferencian aquellos de lana de vidrio de aquellos de lana mineral. Los materiales aislantes de fibras minerales de lana de vidrio se fabrican a partir de masas fundidas de silicatos con proporciones relativamente altas de modificadores de red, especialmente álcalis y boro. Las materias primas se funden en hornos de cubeta calentados con aceite o gas. El desfibrado tiene lugar, por ejemplo, con ayuda del denominado procedimiento TEL, en el que la masa fundida se conduce por acción de fuerzas centrífugas por aberturas en las paredes del cuerpo rotatorio. Con este procedimiento se producen fibras relativamente largas y lisas.

Los materiales aislantes de lana mineral se elaboraron originalmente a partir de rocas como diabasa, basalto y caliza, dolomita. Entre tanto se ha pasado de manera creciente a sustituir estas rocas naturales por rocas artificiales o introducirlas junto con rocas artificiales en el proceso de fusión. En estas rocas artificiales se procesan especialmente desechos de la producción, pudiendo también estar compuestos los desechos por masas fundidas solidificadas que se acumulan en el vaciado periódico de la unidad de fusión. Además de estos desechos también se procesan cargas de producción defectuosas. Los desechos se trituran en una primera etapa, a continuación se mezclan con cemento Pórtland como aglutinante y roca machacada y finalmente se prensan para dar rocas artificiales, los denominados ladrillos perfilados.

Las rocas de grano grueso y/o los ladrillos perfilados correspondientemente moldeados se cargan junto con coque en piezas gruesas como portador de energía primario en la unidad de fusión, generalmente en el horno de cúpula. Además, se añaden fundentes que presentan un espectro de tamaños de grano de aproximadamente 80 a 200 mm. Mediante una solicitación de la pila de materia prima-coque desde abajo, es decir, según el principio de contracorriente, el carbón se quema por encima del fondo del horno con el aire necesario para la combustión. En la zona de la introducción del aire, la temperatura del horno alcanza un nivel en el que se funden las rocas y los fundentes. En este sentido, la proporción de desechos ya solidificados de manera vítrea aumenta la velocidad de fusión. Hacia arriba disminuye la temperatura en el horno ya que la energía térmica se libera a las rocas y los portadores de energía primaria. Al mismo tiempo disminuye el contenido de oxígeno en el horno.

Mediante un calentamiento posterior del aire de escape los compuestos de carbono nocivos se convierten en compuestos menos perjudiciales o inofensivos.

A continuación, se libera el contenido energético del aire de escape al aire de combustión con ayuda de intercambiadores de calor.

Los constituyentes líquidos fundidos de las materias primas incorporados en la unidad de fusión bajan al fondo de la unidad de fusión. En este sentido se produce una separación por fusión en la que el hierro reducido principalmente a partir de las rocas se recoge en el fondo y la masa fundida específicamente más ligera, necesaria para la fabricación de las fibras, se extrae por un orificio de descarga dispuesto por encima del fondo. La masa fundida aquí extraída se introduce a continuación en una unidad de desfibrado y se desfibra. De la masa fundida introducida en la unidad de desfibrado sólo se convierte una proporción del 50% en fibras. Los constituyentes no fibrosos más gruesos se separan por clasificación neumática de los constituyentes fibrosos.

El hierro acumulado en la zona del fondo debe descargarse periódicamente. Durante la descarga del hierro se interrumpe la producción de fibras. La masa fundida contenida hasta este instante de tiempo en la unidad de fusión no es adecuada después de la nueva puesta en marcha de la unidad de fusión para la producción directa de materiales aislantes y debido a ello se prepara como desecho en el transcurso del reciclado y se introduce en la producción.

En el proceso de fusión realizado la mayoría de las veces en hornos de cúpula existe una fuerte dependencia entre la viscosidad y la temperatura. Además, el coeficiente de nucleación y, por tanto, la tendencia a la cristalización, es muy grande. Estas propiedades conducen en la formación de las fibras minerales en las denominadas máquinas de hilar de cascada a fibras minerales relativamente cortas y arremolinadas en sí. Las propias fibras minerales por separado solidifican de manera vítrea. Debido a su composición, la resistencia a la temperatura de las fibras minerales de una masa fundida de rocas es más alta que en los materiales aislantes de lana de vidrio.

En la fabricación y la evaluación de fibras minerales es importante la biosolubilidad, es decir, el tiempo de permanencia de las fibras minerales en el organismo humano.

La biosolubilidad de materiales aislantes de lana mineral se influye decisivamente por el contenido de Al_{2}O_{3}. Con proporciones crecientes de Al_{2}O_{3} aumenta, por un lado, la resistencia a la temperatura de las fibras y, por otro lado, de manera sorprendente, también la biosolubilidad.

Una composición típica de fibras minerales biosolubles de lana mineral presenta una proporción de SiO_{2} entre el 35 y el 43% en masa, una proporción de Al_{2}O_{3} del 17,5 al 23,5% en masa, una proporción de TiO_{2} del 0,1 al 3% en masa, una proporción de FeO del 1,7 al 9,3% en masa, una proporción de CaO + MgO del 23,5 al 32% en masa y una proporción de K_{2}O + Na_{2}O del 1,3 al 7% en masa.

Para la economía de los materiales aislantes de lana mineral usados como producto en masa es importante la utilización de materias primas que presenten una alta proporción de Al_{2}O_{3}. Las rocas naturales contienen concretamente a menudo aluminosilicatos, pero estos no están presentes frecuentemente en las concentraciones necesarias y/o sólo junto con minerales no deseados. Por el contrario, las bauxitas calcinadas son relativamente caras. Por este motivo se aprovechan a menudo sustancias residuales que hasta la fecha sólo podían ponerse en vertedero a menudo de forma exclusiva y que, debido al contenido de sustancias solubles, no representan riesgos irrelevantes para el medioambiente. Al mismo tiempo se reutilizan casi completamente estas sustancias residuales que pueden acumularse por ejemplo en la fabricación de lana mineral, en forma de restos de masas fundidas, partículas separadas no fibrosas, polvos de filtros, producciones defectuosas o similares en un circuito primario de sustancias residuales. Estas sustancias residuales se preparan antes de su aprovechamiento de manera correspondiente a los requisitos del dispositivo mecánico, especialmente la unidad de fusión. Por ejemplo, las sustancias residuales se trituran para aprovecharse y se mezclan entre sí en diferentes tamaños de grano y/o con otras materias primas machacadas, se mezclan con aglutinantes como, por ejemplo, cemento y se prensan para dar cuerpos moldeados suficientemente grandes antes de que estos cuerpos moldeados se introduzcan como materias primas en piezas gruesas en un horno de cuba y/o un horno de cúpula. Por ejemplo, del documento EP0765295C1 también se conoce unir cuerpos moldeados adecuados de materias primas de grano fino con ayuda de lignina. En el documento WO94/12007 se describen cuerpos moldeados correspondientes con aglutinante que contiene piedra arenisca.

Como ya se expone, como portador de energía primaria se utiliza coque. La energía primaria necesaria para fundir las materias primas asciende hasta 2 megavatios por tonelada de masa fundida. Dependiendo de la procedencia del carbón usado para la coquización, el contenido de constituyentes inorgánicos del coque (contenido de cenizas) asciende a entre 6 y 10% en masa. Los constituyentes no combustibles del coque están integrados en la masa fundida de silicatos.

Del documento US4822388 se conoce sustituir el coque al menos principalmente por un revestimiento de horno de hornos para la fabricación de aluminio. En este sentido se representa como deseable una sustitución completa del coque, pero en la que al menos 60% del portador de energía primaria debe estar compuesto por los residuos del revestimiento de horno.

Partiendo de este estado de la técnica, la invención se basa en el objetivo de perfeccionar un procedimiento según la invención de tal manera que pueda realizarse un procedimiento barato mediante el uso de portadores de energía primaria rentables, pero que a la vez produzca buenos resultados de fusión sin impurezas de la masa fundida.

La solución de este planteamiento de problema prevé en un procedimiento genérico que como portador de energía primaria se use al menos 50%, preferiblemente hasta 70% de coque, referido a la cantidad total de portador de energía primaria, y una mezcla de un portador de carbono y ladrillos refractarios que se obtenga de desprendimientos de horno, especialmente del revestimiento catódico de hornos para la fabricación de aluminio.

En la fabricación de aluminio se funde óxido de aluminio con uso de un fundente, por ejemplo criolita (Na_{3}AlF_{6}) en hornos de electrólisis y se reduce a aluminio metálico. La parte catódica de las células electrolíticas usadas para esto están compuestas por una cubeta de acero que está revestida con ladrillos refractarios, por ejemplo ladrillos de tierra refractaria y/u de óxido de aluminio. Sobre esta capa cerámica está dispuesta una capa de ladrillos y/o masas de carbono y/o grafito eléctricamente conductora.

Este revestimiento catódico de las células electrolíticas también está sujeto, así como además los ánodos usados, a un desgaste que necesita una revisión cada 5 años como media. En esta revisión es necesaria una parada de los hornos de electrólisis y una renovación del revestimiento catódico. El revestimiento usado está compuesto por una mezcla que está compuesta la mitad por grafito y la otra mitad por ladrillos refractarios. En el desmontaje no es posible una separación completa de estos constituyentes, no obstante puede tener lugar una separación técnicamente útil.

Según la invención se ha demostrado ahora de manera sorprendente que el revestimiento catódico usado de un horno de electrólisis para la fabricación de aluminio puede utilizarse como portador de energía primaria en la fabricación de lana mineral, en la que el revestimiento catódico puede sustituir al portador de energía primaria coque preferiblemente hasta el 50%.

Pueden obtenerse resultados especialmente ventajosos cuando el portador de energía primaria está compuesto por hasta el 30% de residuos del revestimiento catódico y hasta el 70% de coque. Mediante el empleo de residuos del revestimiento catódico como parte del portador de energía primaria pueden reducirse claramente los costes de la fabricación de masas fundidas en el procedimiento de fabricación de la industria de lana mineral.

Normalmente, la fracción rica en carbono del revestimiento catódico, que preferiblemente se usa según la invención, contiene 40 al 60% en masa de carbono, así como 4 al 12% en masa de SiO_{2}, 26 al 56% en masa de Al_{2}O_{3}, 6 al 14% en masa de FeO/Fe_{2}O_{3}, 21 al 41% en masa de Na_{2}O y 1,8 al 3,6% en masa de SO_{3}.

Preferiblemente, antes del empleo del revestimiento catódico como parte del portador de energía primaria se recupera una parte de los contenidos de flúor, sodio y/o aluminio contenidos, de manera que estas proporciones pueden emplearse de nuevo en la fabricación de aluminio.

En el empleo del revestimiento catódico como parte del portador de energía primaria se destruyen los compuestos cianogénicos contenidos en el revestimiento mediante el proceso de fusión y se convierten en compuestos de nitrógeno menos perjudiciales, al menos no tóxicos. En este sentido, los residuos formados pueden evacuarse y ponerse en vertedero por tanto de manera esencialmente más sencilla y con ello más económica y compatible con el medioambiente.

Los fluoruros contenidos en el gas de combustión que se forma en la fabricación de la masa fundida se eliminan por lavado preferiblemente del gas de combustión y se alimentan en el circuito de fabricación. Una parte de los fluoruros, así como otros compuestos solubles, se fijan en la masa fundida de silicatos y por tanto en las fibras.

Otras características del procedimiento según la invención y/o de la masa fundida según la invención resultan de las reivindicaciones subordinadas y de la siguiente descripción de un ejemplo de realización preferido.

Ejemplo de realización

En un horno de cúpula se introduce un material de carga de piezas gruesas para la producción de una masa fundida que está compuesta respectivamente la mitad por un portador de energía primaria y rocas como materia prima para una masa fundida de silicatos. Las rocas contienen 85% de piedra artificial y 15% de piedra natural, como diabasa y basalto. Las piedras artificiales están compuestas por hasta 60% de material reciclado y hasta 40% de materiales aislantes de fibras minerales reconvertidas, retirándose del proceso de producción el material reciclado en forma de fragmentos y/o productos de calidad cualitativamente baja. Las piedras artificiales se prensan con sustancias hidráulicas latentes para dar cuerpos de piezas gruesas a partir de material de grano fino y los sólidos necesarios para la piedra artificial, junto con rocas usadas como grano de apoyo.

El portador de energía primaria está compuesto hasta 30% por una mezcla de un portador de carbono y ladrillos refractarios, que se obtiene de desprendimientos de hornos del revestimiento catódico de hornos para la fabricación de aluminio, y 70% de coque.

La mezcla presenta una composición del 40% en masa de carbono, 4% en masa de SiO_{2}, 26% en masa de Al_{2}O_{3}, 6% en masa de FeO/Fe_{2}O_{3}, 21% en masa de Na_{2}O y 3% en masa de SO_{3}.

El aire de combustión necesario se introduce en la pila de materia prima y portador de energía primaria dispuesta en el horno de cúpula por el principio de contracorriente, de manera que el portador de energía primaria se separa por encima del fondo de la cuba. En la zona de introducción del aire de combustión la temperatura en el horno de cúpula alcanza valores que son suficientes para fundir la materia prima.

La masa fundida vaciada del horno de cúpula e introducida en una unidad de desfibrado está compuesta por una proporción de SiO_{2} del 38% en masa, una proporción de Al_{2}O_{3} del 22% en masa, una proporción de TiO_{2} del 2,6% en masa, una proporción de FeO del 3,4% en masa, una proporción de CaO + MgO del 31,5% en masa y una proporción de K_{2}O + Na_{2}O del 2,5% en masa. Las fibras minerales fabricadas de esta masa fundida para materiales aislantes están clasificadas como biosolubles.

Claims (13)

1. Procedimiento para fabricar materiales aislantes de fibras minerales, especialmente de lana de vidrio y/o lana mineral, en el que en una unidad de fusión, especialmente un horno de cúpula, se fabrica una masa fundida de silicatos y se desfibra en un dispositivo de desfibrado en preferiblemente fibras microfinas, a las fibras se añaden preferiblemente aglutinantes y/o agentes de impregnación y las fibras se depositan sobre un dispositivo de transporte como material no tejido, caracterizado porque como portador de energía primaria se usa al menos 50%, preferiblemente hasta 70% de coque, referido a la cantidad total de portador de energía primaria, y una mezcla de un portador de carbono y ladrillos refractarios que se obtiene de desprendimientos de horno, especialmente del revestimiento catódico de hornos para la fabricación de aluminio.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque como ladrillos refractarios se usan ladrillos de tierra refractaria y/u de óxido de aluminio.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la mezcla se mezcla con coque.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque como portador de carbono se usa grafito.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque como portador de carbono se usa una fracción que presenta 40 al 60% en masa de carbono.

6. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque en una primera etapa antes de la alimentación como parte del portador de energía primaria se extrae flúor, sodio y/o aluminio de la mezcla en la unidad de fusión, que preferiblemente se introduce en la obtención de aluminio.

7. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque al menos la mezcla como parte del portador de energía primaria se rompe antes de la alimentación a la unidad de fusión.

8. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque los compuestos cianogénicos contenidos en el portador de energía primaria, especialmente en la mezcla, se convierten en compuestos de nitrógeno no tóxicos.

9. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque los fluoruros contenidos en el portador de energía primaria, especialmente en la mezcla, se eliminan principalmente por lavado de un gas de combustión y se alimentan preferiblemente al circuito de producción.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque los fluoruros y/u otros compuestos solubles que permanecen en el portador de energía primaria, especialmente en la mezcla, están fijados en la masa fundida de silicatos.

11. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque los residuos del portador de energía primaria se incorporan como combustible secundario en la unidad de fusión, especialmente en forma de lodo de grano fino seco.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado porque los residuos del portador de energía primaria se insuflan mediante toberas de viento en la unidad de fusión, especialmente en el horno de cúpula.

13. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado porque los residuos del portador de energía primaria se integran en ladrillos perfilados para la fabricación de la masa fundida.