ES2292472T3 - Composicion de pella de silicato sintetico y procedimiento para su preparacion y uso. - Google Patents
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Abstract
Una composición que comprende un material de silicato unido fabricado por sinterización a partir de fuentes de sílice, calcio y magnesio y con una fórmula empírica CaxMgySizO(x+y+2z), en la que los valores de x, y, y z son distintos de cero y la relación de calcio a magnesio es de 1, 5 a 10 y dichos valores son tales que dicha composición es adecuada como material precursor de vidrio y que contiene del 0, 1 al 10% en peso de la composición de un aglutinante basado en alúmina o sílice por lo que la composición puede soportar una resistencia a la compresión suficiente para permitir la manipulación a temperatura ambiente de una pella formado a partir de dicha composición y la sinterización sin daño estructural sustancial a dicha pella y la sinterización se lleva a cabo en presencia del 0, 05 al 5% en peso de un catalizador que comprende un compuesto seleccionado del grupo constituido por sales de litio, potasio y sodio.
Description
Composición de pella de silicato sintético y
procedimientos para su preparación y uso.
La presente invención se refiere de manera
general a la fabricación de vidrio, y, más particularmente, a un
procedimiento económico de fabricación de pella de silicato de
calcio/magnesio sintético con propiedades variadas que se pueden
controlar, a las propias pellas de silicato sintético, y al uso de
esas pellas de silicato sintético incluyendo sus fracciones
clasificadas por tamaño en sistemas de fabricación de vidrio.
En general, la fabricación de vidrio supone la
combinación de materiales precursores para fundir y hacerlos
reaccionar juntos para formar una composición de vidrio deseada. El
volumen y uso de vidrio es tal que los recursos naturales
tradicionalmente están favorecidos con un
coste-cantidad óptimo de beneficios de estos
materiales para fines de producción de vidrio.
Algunos de los esquemas de fabricación de vidrio
clásicos suponen la combinación de arena (como fuente de sílice),
caliza y/o dolomía (como fuente de óxido de calcio y/o de magnesio)
y cenizas de sosa (como fuente de sodio) junto con otros materiales
y el procesamiento para formar vidrio. La velocidad de esos procesos
tradicionales está limitada por diversos factores. Entre los
factores más críticos son el tiempo de fusión bruta (tiempo
necesario para disolver completamente los materiales combinados) y
el tiempo de purificación (tiempo para retirar los gases del
fundido que forman burbujas indeseadas en el fundido y en el vidrio
resultante). Otros factores suponen la consistencia química y los
problemas de manipulación asociados a ciertos materiales
precursores, tales como la segregación, el deterioro, el
empolvamiento y similares.
Se han hecho progresos en los procedimientos de
fabricación de vidrio usando materiales especialmente procesados o
beneficiados previstos para su uso como materiales precursores de
vidrio. En particular, se ha desarrollado una clase de silicatos
sintéticos que engloban diversas formas de silicatos de calcio,
silicatos de magnesio y/o silicatos de calcio y magnesio
sintéticos. Los ejemplos de esos materiales son los silicatos
sintéticos SYNSIL^{TM}. Aunque esos silicatos sintéticos pueden
proporcionar resultados beneficiosos, continúa existiendo la
necesidad de materiales precursores de fuentes económicas que puedan
mejorar la fusión y el refino en el procedimiento de fabricación de
vidrio.
Los inventores han desarrollado un material de
silicato alcalinotérreo sintético útil como precursor en la
fabricación de vidrio. Los depósitos de silicatos alcalinotérreos
naturales son de tamaño, pureza y consistencia insuficientes para
cumplir los requisitos de la industria del vidrio. Hasta la fecha
los silicatos alcalinotérreos sintéticos han sido demasiado caros
para ser considerados como material clave en el vidrio. La presente
invención genera una fuente económica de este material de la
calidad requerida.
Las primeras pruebas en hornos de fusión de
vidrio a pequeña escala usando la tecnología de la presente
invención han demostrado que el combustible requerido por un
fabricante de vidrio para fundir el vidrio se puede reducir un 25%
aproximadamente, ahorrando así energía y conservando los recursos
limitados de gas natural. Aunque el ahorro de energía neto (la
energía ahorrada en la fusión del vidrio usando el producto de la
presente invención menos la energía necesaria para fabricar ese
producto) no será ni de lejos tan grande en hornos energéticamente
más eficaces a mayor escala; el efecto mixto de la energía
(revestimiento y gas frente a gas) permanece.
Además del impacto directo sobre la energía
necesaria para la fusión del vidrio, la presente invención
proporciona un impacto secundario sobre la energía mediante una
calidad del vidrio mejorada (menos defectos) que da como resultado
menos reciclaje del casco de vidrio (doble fusión). Las tasas de
reciclaje abarcan entre el 18% y el 50% aproximadamente y
representan un ahorro de energía adicional.
El uso de esta invención puede permitir volver a
capturar parte del centro a temperatura elevada en el horno de
fusión de vidrio a usar en la fabricación de silicatos sintéticos en
el lugar de acuerdo con la presente invención.
La patente de Estados Unidos 3.926.647 está
relacionada con los productos de wolastonita y diopsida sintéticos
que se pueden usar en la fabricación de vidrio. El Journal of the
Canadian Society, Volumen 44 de 1975, págs.
43-47, describe el uso de diopsida en la fabricación
de vidrio.
En el documento WO 99/33765 del solicitante se
describe una tecnología para la producción de pellas de silicato
sintético usables como materiales precursores en un procedimiento de
fabricación de vidrio. Como se describe en ese documento, se
fabrica una mezcla de fuentes para la sílice, calcio y magnesia. La
mezcla se usa para generar la pella de silicato sintético precursor
usado en un procedimiento de fabricación de vidrio. Las pellas
están beneficiadas, por ejemplo, pulverizadas, y se añaden
cantidades adicionales de sodio y otros materiales en la generación
de un fundido usado en un procedimiento de fabricación de vidrio. En
el procedimiento del documento WO 99/33765 la mezcla de silicato
sintético recién descrita se puede formar en una pella "verde",
es decir, una pella con una cantidad de humedad en ella, que no se
quiere para su uso posterior. Por consiguiente, esas pellas primero
se secan o se introducen en un horno para su secado. Adicionalmente,
dentro del horno se produce una reacción que forma el material de
silicato sintético final útil en el procedimiento de fabricación de
vidrio. Esta pella reaccionada se reduce a partículas o polvo y,
como se ha descrito previamente, se añaden cantidades
suplementarias de sodio y/u otros materiales para generar el lote
fundido de vidrio.
Puede haber problemas en la manipulación de las
pellas "verdes" y en el mantenimiento de la integridad de esas
pellas en el horno en el cual se producen los procesos de secado y
reacción. Si el material es demasiado verde, por ejemplo, está
demasiado húmedo, se somete a ruptura y otra disociación en el
proceso de manipulación. Adicionalmente, la pella se somete a
agitación vigorosa así como a temperaturas elevadas en el propio
horno. Por consiguiente, si la pella se rompe o se vuelve friable o
se degrada de cualquier otra forma, se puede producir el empolvado
que es una cuestión medioambiental. Adicionalmente, esos metales
particulados más pequeños se pueden sinterizar o fundir a la
superficie interior del horno usado. Esa aglomeración de masas puede
generar anillos en el horno que se convierten en una obstrucción.
Adicionalmente, el material en agitación, si no se mantiene en
pellas discretas separadas, se puede sinterizar o fundir juntos para
formar pegotes de masa fundida que pueden dañar u ocluir el
horno.
Es un objetivo de la presente invención
proporcionar una pella de silicato sintético que se pueda manipular
sin la degradación y se pueda hacer reaccionar sin ningún daño
adverso al procedimiento y al equipo. Esto se consigue usando una
pella que tiene características catalíticas y características
aglutinantes o ambas de dichas características tales que la
manipulación de las pellas y el procesamiento para la reacción de
las pellas en el horno se puede llevar a cabo de manera que produce
el silicato sintético final deseado sin daño a las pellas ni al
equipo.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar económicamente un silicato sintético como material
precursor en la fabricación de vidrio en una composición y forma,
que mejora la fusión y el refino en el procedimiento de fabricación
de vidrio.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar económicamente un silicato sintético como material
precursor en la fabricación de vidrio en una composición y forma,
que reduce los problemas de manipulación en un procedimiento de
fabricación de vidrio.
Éstos y otros objetos se consiguen
proporcionando una composición de silicato sintético constituida de
un material de silicato de calcio/magnesio de formulación
controlada, un aglutinante de silicato de alúmina, un catalizador y
finos de sílice. El aglutinante y el catalizador están presentes
alternativamente o ambos pueden estar presentes, proporcionando
respectivamente ventajas preferidas de resistencias a la compresión
mejoradas y características sinterizantes mejoradas de esos
silicatos sintéticos.
Una forma de realización de la presente
invención es una nueva composición que comprende (i) un material de
silicato con una fórmula empírica
Ca_{x}Mg_{y}Si_{z}O_{(x+y+2z)}, en la que los valores de x,
y, y z son distintos de cero y los valores son tales que la nueva
composición es adecuada como material precursor de vidrio; y (ii)
un aglutinante basado en alúmina o sílice, preferentemente un
aglutinante de silicato de alúmina en una cantidad eficaz para
conferir una resistencia a la compresión suficiente para permitir la
manipulación a temperatura ambiente de una pella formada a partir
de la nueva composición y la sinterización sin daño estructural
sustancial a dichas pellas y un catalizador que comprende un
compuesto seleccionado del grupo constituido por sales de litio,
sodio y potasio. Esta composición tiene un uso como material
precursor en el procedimiento de fabricación de vidrio.
Se pueden añadir otros aditivos o elementos de
composición con respecto al vidrio específico particular producido.
El fabricante de ese vidrio hará los ajustes a las variables de los
elementos de la composición de manera que sea adecuado para su
producto de vidrio final previsto.
Una forma de realización de la presente
composición de la invención es un material de silicato con una
fórmula empírica Ca_{x}Mg_{y}Si_{z}O_{(x+y+2z)}. Los
valores elegidos para esa fórmula empírica son tales que la
composición es adecuada como material precursor de vidrio como se ha
descrito anteriormente. La relación de z a (x + y) se puede variar
y se puede seleccionar para producir el material formador de vidrio
deseado. Las relaciones pueden ser los valores típicos para los
silicatos de calcio y/o magnesio bien conocidos, el material
(Ca_{x}Mg_{y}Si_{2}O_{6(x+y+4)}) y similares. Un
material de tipo diopsida puede ser una diopsida natural o
sintética (Ca_{1}Mg_{1}Si_{2}O_{6}) o un compuesto con
proporciones elementales similares. Por ejemplo, las proporciones
de calcio a magnesio no tienen porqué ser necesariamente uno a uno.
En una forma de realización preferida de la presente invención una
relación preferida de calcio a magnesio es de 1,5 aproximadamente a
10 aproximadamente, más preferentemente de uno aproximadamente a dos
aproximadamente. Un intervalo particularmente más preferido es una
proporción de calcio a magnesio entre los valores de 1,4
aproximadamente a 1,7 aproximadamente. Por consiguiente la presente
invención supone compuestos con una fórmula empírica general
Ca_{x}Mg_{y}Si_{z}O_{(x+y+2z)}, cuyas proporciones relativas
pueden duplicar la nita natural, la diopsida, el material o pueden
ser aproximaciones. Otros elementos no listados pueden estar
presentes en cantidades no eficaces en los compuestos en forma de
trazas o materiales contaminantes mientras eso no altere
significativamente los beneficios de las presentes composiciones de
la invención en los productos de formación de vidrio previstos. A
lo largo de toda la memoria descriptiva aquellos expertos en la
materia también apreciarán que los valores empíricos para el
contenido en oxígeno pueden no ser estrictamente x + y + 2z, pero
serán suficientemente aproximados a ellos que la composición es
capaz de comportarse como si fuese matemáticamente equilibrada y
químicamente equivalente.
Los procedimientos preferidos usables en la
fabricación del material de silicato y las pellas formadas a partir
de él, usados en la presente invención se describen en el documento
WO 99/33765, publicado el 8 de julio de 1999, y cuya descripción se
incorpora en su totalidad en el presente documento como si se
describiese con todo detalle. Aquellos con conocimientos en la
materia apreciarán que el uso de esos procedimientos en la práctica
de la presente invención adicionalmente requerirá la incorporación
de los aglutinantes y catalizadores descritos a continuación para
producir las nuevas composiciones, procedimientos y sus usos.
Cuando el aglutinante es un aglutinante basado
en alúmina preferentemente es un aglutinante de silicato de alúmina
que puede ser cualquier aglutinante de silicato de alúmina cuyo uso
permita la formación de una pella con una resistencia a la
compresión suficiente de manera que se pueda manipular a temperatura
ambiente en el procedimiento de fabricación y a continuación se
pueda sinterizar en un horno u otro aparato de calentamiento. A lo
largo de toda esta memoria descriptiva la forma en "pella"
puede ser de cualquier estructura o forma tal como un pegote
amorfo, una esfera, una cuenta, una briqueta, un cubo, una oblea, un
copo o una forma cilíndrica y similares. Por ejemplo, cuando se
sinteriza en un horno rotatorio, la formación preferida es una pella
cilíndrica o esférica cuya relación en tamaño y aspecto es adecuada
para minimizar los finos en el procesamiento. Se usa una cantidad
suficiente del aglutinante de silicato de alúmina para reducir
sustancialmente la rotura de la pella y la formación de polvo o
finos en el aparato de calentamiento, tales como aquellos que
podrían aparecer en un horno rotatorio causando la formación de una
pared y anillos en el horno. Esas formaciones afectan al perfil
térmico en un aparato de calentamiento, tal como un horno, y
posteriormente dan como resultado una incineración o sinterización
insuficiente del material reduciendo así el rendimiento previsto.
Por consiguiente, debe haber una cantidad suficiente de aglutinante
para reducir o prevenir sustancialmente la sinterización
insuficiente de la pella para el uso previsto final. Antes de su uso
en el procedimiento de fabricación del vidrio la pella se puede
reducir de tamaño para formar un material de tipo agregado o
particulado (denominado en el presente documento "partículas")
para conseguir facilidad o mejora de uso. Ese tratamiento puede ser
por trituración, martillo rotatorio u otro procesamiento similar
conocido en la materia para la reducción de tamaño, tal como aquel
usado para arena de vidrio u otros materiales sólidos. Los tamaños
preferidos para algunas aplicaciones pueden abarcar entre un tamiz
de malla de 32 a 200.
El aglutinante basado en alúmina,
preferentemente el aglutinante de silicato de alúmina comprende una
forma de óxido de aluminio usable como componente aglutinante. El
componente alúmina preferentemente es óxido de aluminio purificado
o puro pero puede comprender formas naturales, tales como derivados
de corindón, y similares. Por consiguiente, el aglutinante de
silicato de alúmina puede ser o puede proceder de cualquiera de los
numerosos tipos de arcillas que contienen diversos proporciones de
óxidos y silicatos de aluminio y materiales similares, tales como
(pero no limitado a) aluminosilicatos de sodio, aluminato de sodio,
zeolitas y similares. El aglutinante de silicato de alúmina está
preferentemente en una cantidad del 0,1 aproximadamente al 10% en
peso aproximadamente o superior en relación al peso de la
composición. Una ventaja del uso de ese aglutinante es la
flexibilidad de usar un intervalo más amplio de materiales de
sílice (por ejemplo, tamaños de arena) para maximizar la densidad
de empaquetamiento de la pella con la mejora resultante de la
resistencia a la compresión. Esa mejora de la resistencia a la
compresión no depende de la selección de arenas en la presente
invención pero así se mejora adicionalmente.
Las fuentes del componente de sílice del
material silicato Ca_{x}Mg_{y}Si_{z}O_{(x+y+2z)} en la
presente invención son aquellas que son adecuadas para el uso
previsto del vidrio para el producto, tales como arenas naturales y
finos reciclados de un procedimiento de fabricación de vidrio u otra
recuperación. La cantidad de esa fuente de sílice puede abarcar
hasta el 60% en peso aproximadamente de la composición o incluso
superior en aplicaciones específicas. En una forma de realización
preferida la fuente de sílice son arenas con un tamaño máximo de
hasta un tamaño de red 30 aproximadamente.
El catalizador se usa en una cantidad suficiente
para controlar eficazmente el flujo iónico en una pella formada a
partir de la composición de manera que el flujo iónico forma
eficazmente el producto de tipo wolastonita, de tipo diopsida o de
tipo enstatita deseado durante la sinterización de la pella. El
catalizador usable en la presente invención es un catalizador que
comprende cualquier compuesto, de litio, potasio o sodio o una de
sus combinaciones. Un catalizador preferido se selecciona del grupo
constituido por carbonato de litio, hidróxido de litio, carbonato
de potasio, hidróxido de potasio, carbonato de sodio e hidróxido de
sodio o sus combinaciones. El catalizador debe estar en una
cantidad eficaz para así reaccionar de manera que provoque una
fusión controlada, preferentemente uno que permita un intercambio de
iones dentro de la pella desde un área de densidad elevada a un
área de baja densidad. La cantidad de catalizador está en un
intervalo del 0,05 al 5% en peso aproximadamente de catalizador
seco en la composición. Un catalizador preferido es hidróxido de
sodio en forma líquida. Se piensa que el catalizador actúa como
fundente que rompe las fases y mejora la reacción y el flujo del
material.
En otra forma más de realización, el aglutinante
está basado en sílice. En esta forma de realización la presente
invención proporciona una nueva composición que comprende (i) un
material de silicato con una fórmula empírica
Ca_{x}Mg_{y}Si_{z}O_{(x+y+2z)}, en la que los valores de x,
y, y z son distintos de cero y los valores son tales que la nueva
composición es adecuada como material precursor de vidrio; y finos
de sílice en una cantidad eficaz para conferir una resistencia a la
compresión suficiente para permitir la manipulación a temperatura
ambiente de una pella formada a partir de la nueva composición y la
sinterización sin daño estructural sustancial a dicha pella.
Esta composición tiene un uso como material
precursor en el procedimiento de fabricación de vidrio. Los finos
de sílice preferidos son aquellos que pasan a través de un tamiz de
un tamiz de malla de 200 aproximadamente. Esos finos de sílice
están preferentemente del 1 aproximadamente al 7% en peso
aproximadamente en la nueva composición, más preferentemente del 3
aproximadamente al 5% en peso aproximadamente. La cantidad de finos
de sílice usada es aquella que es eficaz para mejorar
significativamente la resistencia a la compresión de una pella
formada a partir de la composición comparada con una composición
similar sin finos de sílice. La resistencia a la compresión se
puede medir mediante aquellas técnicas clásicas conocidas en materia
de materiales. El uso de una cantidad eficaz de finos de sílice
preferentemente incrementa la resistencia a la compresión en al
menos el 30% aproximadamente, más preferentemente en un 50%
aproximadamente. Los catalizadores de metales alcalinos descritos
anteriormente también son útiles en sistemas en los que se usan
finos de sílice como aglutinante.
Formas de realización opcionales de la presente
invención incluyen el uso de las cantidades anteriormente
mencionadas de finos de sílice y cualquiera de los catalizadores o
aglutinantes o ambos aglutinantes y catalizadores anteriormente
mencionados. Algunos de los finos de sílice se pueden usar como
fuente de sílice para el material
Ca_{x}Mg_{y}Si_{z}O_{(x+y+2z)}, pero no tienen porqué ser la
fuente.
En otro aspecto, una forma de realización de la
presente invención es un procedimiento para producir una masa
sinterizable que comprende un material de silicato con una fórmula
empírica Ca_{x}Mg_{y}Si_{z}O_{(x+y+2z)}, en la que los
valores de x, y, y z son distintos de cero y los valores son tales
que la composición es adecuada como material precursor de vidrio,
un aglutinante de silicato de alúmina y una cantidad opcional de
finos de sílice, el procedimiento comprende el ajuste de los
valores relativos de x, y, y z de manera que el material es
adecuado como material precursor de vidrio, y el ajuste de las
proporciones del aglutinante y los finos de sílice opcionales en la
masa sinterizable para permitir la sinterización sin daño
estructural sustancial a la forma.
En otra forma más de realización, la presente
invención es un procedimiento para producir una masa sinterizable
que comprende un material de silicato con una fórmula empírica
Ca_{x}Mg_{y}Si_{z}O_{(x+y+2z)}, en la que los valores de x,
y, y z son distintos de cero y los valores son tales que la
composición es adecuada como material precursor de vidrio; un
catalizador de flujo iónico y una cantidad opcional de finos de
sílice. El procedimiento comprende el ajuste de los valores
relativos de x, y, y z de manera que el material es adecuado como
material precursor de vidrio, y el ajuste de las proporciones del
catalizador en la masa para producir eficazmente una composición de
tipo diopsida deseada durante la sinterización de la forma, y la
formación de la masa adecuada para la sinterización y la cantidad
opcional de finos de sílice para mejorar la resistencia a la
compresión.
Una forma de realización preferida es un
procedimiento para producir una masa sinterizable que comprende un
material de silicato con una fórmula empírica
Ca_{x}Mg_{y}Si_{z}O_{(x+y+2z)}, en la que los valores de x,
y, y z son distintos de cero y los valores son tales que la
composición es adecuada como material precursor de vidrio, un
aglutinante de silicato de alúmina, un catalizador de flujo iónico y
una cantidad opcional de finos de sílice. El procedimiento
comprende el ajuste de los valores de los valores relativos de x, y,
y z de manera que el material es adecuado como material precursor
de vidrio, el ajuste de las proporciones del aglutinante en la masa
sinterizable para permitir la formación a partir de la masa de una
forma sinterizable sin daño estructural sustancial a la forma, el
ajuste de las proporciones del catalizador en la masa para producir
eficazmente una composición de tipo diopsida deseada durante la
sinterización, y la formación de la masa adecuada para la
sinterización y el ajuste de la cantidad opcional de finos de sílice
para mejorar la resistencia a la compresión.
En otra forma más de realización, la presente
invención es un procedimiento de producción de un vidrio fundido
usando un precursor de silicato sintético que reduce los problemas
de manipulación y mejora el proceso de fusión para producir el
vidrio fundido. Este procedimiento supone el calentamiento de sílice
con un componente del lote que suministra la porción principal de
sodio en el vidrio fundido resultante y que proporciona el silicato
sintético, como se ha descrito anteriormente, con las cantidades
deseadas de componentes de magnesio y calcio.
El silicato sintético es de manera ventajosa de
un tamaño y distribución de partícula similar al material precursor
primario para la fabricación de vidrio (por ejemplo, arena) que
minimiza la segregación potencial de los materiales precursores.
Además, a diferencia de la piedra caliza, una dolomita, el silicato
sintético no está tan sometido al deterioro durante el
calentamiento. Además, los silicatos sintéticos no son tan friables
(menos) como para generar polvo durante la formación del lote u otra
manipulación durante los procedimientos de fabricación de vidrio.
Por consiguiente, un procedimiento preferido es la formación de una
pella de silicato sintético de acuerdo con una de las formas de
realización de la invención descritas anteriormente y su combinación
con las cantidades necesarias de sílice y sodio para formar un
vidrio fundido deseado y el calentamiento de ese material para
formar ese vidrio fundido. Las fuentes de sílice y sodio pueden ser
aquellas habituales en la industria del vidrio y el procedimiento
de formación de lotes de vidrio del tipo usado habitualmente en los
procedimientos de fundición de vidrio.
Por consiguiente, una forma de realización de la
presente invención es un procedimiento para producir un vidrio
fundido que comprende el calentamiento de sílice con un componente
del lote que comprende una fuente de sodio y un silicato sintético
que comprende un material de silicato según la reivindicación 1, y
finos de sílice en una cantidad tal que la composición es adecuada
como material precursor de vidrio.
En una forma de realización todavía más
preferida, la presente invención es un procedimiento para producir
un vidrio fundido que comprende un material de silicato con una
fórmula empírica Ca_{x}Mg_{y}Si_{z}O_{(x+y+2z)}, en la que
los valores de x, y, y z son distintos de cero y los valores son
tales que la composición es adecuada después de la clasificación
por tamaños como material precursor de vidrio, un aglutinante de
silicato de alúmina, en una cantidad eficaz para conferir una
resistencia a la compresión suficiente para permitir la manipulación
a temperatura ambiente de una pella formada a partir de la
composición y la sinterización sin daño estructural sustancial a la
pella; un catalizador que comprende un compuesto seleccionado del
grupo constituido por litio, potasio y sodio. El catalizador se
proporciona en una cantidad suficiente para controlar eficazmente el
flujo iónico en una pella formada a partir de la composición de
manera que el flujo iónico forma eficazmente la formación de tipo
wolastonita, de tipo diopsida, o de tipo enstatita deseadas durante
la sinterización de la pella; y finos de sílice en una cantidad tal
que la composición es adecuada después de la clasificación por
tamaños como material precursor de vidrio. Los valores preferidos
para x e y son como se ha indicado anteriormente así como los
aglutinantes de silicato de aluminio y catalizadores preferidos.
La presente invención permite por tanto la
fabricación mejorada de vidrio en un procedimiento preferido en el
que:
i. Las fuentes de silicatos de calcio y/o
magnesio se mezclan junto con el aglutinante y el catalizador.
ii. Las mezclas se sedimentan en presencia de
agua para formar pellas "verdes".
iii. Las pellas se secan.
iv. Las pellas se incineran en un horno con lo
que se les da una resistencia suficiente para la manipulación
posterior y se convierten en la forma y composición óptimas para su
uso en la posterior fabricación de vidrio, las pellas que están
sustancialmente exentos de iones carbonato.
v. A continuación las pellas se mezclan con una
fuente de sodio y una fuente de sílice y se calientan para producir
vidrio fundido.
El material escogido y las proporciones usadas
dependerán de la naturaleza del vidrio final a producir. No
obstante, se obtiene un ahorro de energía considerable en el proceso
debido a la ausencia de iones carbonato, que reduce la formación de
burbujas en el procedimiento de fabricación de vidrio debido a la
formación de CO_{2}. A su vez esto da lugar a que se necesite
menos tiempo para la fabricación del vidrio y un ahorro energético.
La cantidad de vidrio que se debe descartar también se reduce.
En todas las formas de realización anteriores,
se puede usar una cantidad opcional de finos de sílice para
incrementar la resistencia a la compresión de la pella.
Los siguientes ejemplos son ilustrativos de la
presente invención pero no limitan su alcance.
Los siguientes términos se describen para ayudar
en la compresión de los experimentos, pero no son para limitar el
alcance de la invención.
Horno de mufla - Horno a escala de
laboratorio en el que la temperatura se puede ajustar para simular
el calor de un horno rotatorio. Usado para medir la resistencia de
la pella a diversas temperaturas.
Horno rotatorio - Un cilindro recubierto
refractario, normalmente inclinado, que rota y se puede calentar.
En esta solicitud mantiene la calcinación a escala comercial de las
pellas.
Comprobador de compresión - El
comprobador consta de una plataforma que tiene un pistón situado por
encima de él. El pistón se baja lentamente a una velocidad fija
hasta que se pone en contacto con la pella y la pella se fractura.
El instrumento proporciona los kilogramos de fuerza necesarios para
romper la pella.
Comprobador de desgaste - Un cilindro de
3 pies por 6 pulgadas (91 cm x 15 cm) que rota de extremo a extremo.
Se puede determinar la cantidad de rotura de pellas a temperaturas
calientes y el comprobador simula un horno rotatorio.
Arena de vidrio - Una arena con bajo
contenido en hierro del tamaño usado por la industria del vidrio
para proporcionar la fuente de dióxido de silicio (sílice, o
materiales de tipo \alpha-cuarzo, por
ejemplo).
Prueba de hidratación en
mezcladora/agitadora - Esta prueba es para determinar el grado
de hidratación del CaO en una mezcladora o agitadora. Esta prueba
utiliza una balanza de humedad, crisol de platino, una balanza
analítica y un horno de laboratorio. Antes de llevar a cabo esta
prueba se debe determinar la cantidad de CaO y MgO en la muestra de
cal original (la titulación con EDTA es la forma más sencilla de
determinar esto). Además, se debe conocer la relación de cal/arena
usada en la mezcladora o agitadora. Una muestra procedente de la
mezcladora o agitadora se coloca en la balanza de humedad para
retirar toda la humedad libre y registrar el peso seco. El material
se coloca en el crisol y se calienta a 600ºC durante treinta (30)
minutos. El material se vuelve a pesar y se vuelve a poner en el
horno a 950ºC durante treinta (30) minutos. El material calcinado
se vuelve a pesar. Usando estos pesos y la información sobre las
muestras de cal/arena, se puede determinar el grado de
hidratación.
Pellas - La mezcla y la hidratación de la
cal dolomítica y el óxido de calcio con sílice para generar una
mezcla que está enrollada en las "pellas" y secada. Las pellas
son de un diámetro de 1,5 pulgadas aproximadamente (3'75 cm).
Remojo - Los tiempos de permanencia a una
cierta temperatura a los que se somete una pella en un horno.
Prueba de resistencia a la compresión en
frío - Usada para determinar la resistencia de pellas secas a
temperatura ambiente.
Prueba de resistencia a la compresión en
caliente - Usada para evaluar la resistencia a la compresión de
pellas a lo largo de un conjunto de perfiles térmicos. Se usa el
mismo comprobador para medir la resistencia a la compresión en
caliente y la resistencia a la compresión en frío.
Prueba de desgaste de la pella - Esto
simula las dinámicas de un horno rotatorio para probar la ruptura y
producción de finos de pellas normales. Se seleccionan y se colocan
pellas representativas en un horno de laboratorio a una temperatura
deseada durante treinta (30) minutos. Se retiran las pellas y se
dejan enfriar suficientemente para su manipulación. Se pesan
doscientos cincuenta (250) gramos de pellas (mayores a red 6) y se
echan cuidadosamente en el tubo de desgaste (descrito
anteriormente). La velocidad de rotación se ajusta a una revolución
por minuto durante treinta (30) minutos. Al final del ciclo de
rotación, los contenidos se vacían del tubo de desgaste sobre un
tamiz de red 6 y se agita ligeramente para pasar los finos a través
del tamiz. El material que no se filtra a través del tamiz se pesa
para determinar la cantidad de finos que se ha perdido a través del
tamiz.
Sinterización - Las pellas se pasan a
través de un horno de mufla o un horno rotatorio en el que se sigue
un perfil de temperaturas para producir un producto deseado.
Anillo del horno - Un polvo o finos
formados sobre la pared del horno. Esto provoca cambios en el perfil
térmico del horno reduciendo así su eficacia.
"Secar 71" - Marca de un cemento de
aluminato de calcio producido por La Farge Cement. Esto es un
cemento de fijación rápida que se anuncia como calcio al 30% y
aluminato al 70%.
El Ejemplo 1 y el Ejemplo 2 ilustran el
incremento en la resistencia de la pella cuando se añade un
aglutinante durante la formación de la pella. Después de que los
componentes de la formulación se mezclen juntos, a continuación el
material se "enrolla" en pellas de 1,5 pulgadas de diámetro
(3,75 cm). Las pruebas de compresión y desgaste se realizan como se
ha descrito anteriormente.
Setenta y dos (72) libras -32,6 kg- de cal en
guijarros y setenta y siete (77) libras -34,9 kg- de arena se
pusieron en una mezcladora. Se disolvieron tres (3) libras -1,3 kg-
de hidróxido de sodio en treinta y seis (36) libras -16,3 kg- de
agua. Esta disolución se añadió a la mezcladora a una velocidad de
1,1 libras -0,5 kg- por minuto hasta que se completó la
hidratación. Después de completar la adición de agua se prosiguió
con la mezcla durante dos (2) minutos. A continuación este material
se forma en pellas con un diámetro de 1,5 pulgadas (3,75 cm) y se
seca al aire durante veinticuatro (24) horas.
Cuarenta y siete (47) libras -21,3 kg- de cal en
guijarros, cuarenta y siete libras -21,3 kg- de arena, y seis (6)
libras -2,7 kg- de sílice gaseosa se pusieron en una mezcladora. Se
disolvieron dos (2) libras -0,9 kg- de hidróxido de sodio en
veintitrés (23) libras -10,4 kg- de agua. Esta disolución se añadió
a la mezcla de cal, arena, y sílice a 1,1 libras -0,5 kg- por
minuto hasta que se completó la hidratación. Después de completar
la adición de agua, se añadieron seis (6) libras -2,7 kg- de cemento
Secar 71 a la mezcladora y la mezcla se prosiguió durante dos (2)
minutos. A continuación este material se forma en pellas con un
diámetro de 1,5 pulgadas (3,75 cm) y se seca al aire durante
veinticuatro (24) horas.
Se seleccionan veintiuna pellas representativas
de cada una de las formulaciones anteriores. Las pellas individuales
se ponen en un comprobador y se evalúan como se ha resumido
anteriormente. En la Tabla 1 se da un promedio de los
resultados.
Se realiza una prueba de desgaste, como se ha
descrito anteriormente, sobre las pellas producidas mediante los
procedimientos descritos en el Ejemplo 1. Se realiza una prueba de
desgaste como se ha descrito anteriormente, para determinar la
cantidad de finos producidos mediante el movimiento dinámico de un
horno rotatorio. En esta prueba la mezcla sin aglutinante se
compara con la mezcla en la que se añade el seis (6) por ciento de
cemento Secar
71.
71.
Después de treinta (30) minutos en el
comprobador de desgaste las pellas control tenían el sesenta y siete
y medio (67,5) por ciento de finos mientras que las pellas con el
seis (6) por ciento de aglutinante solamente tenían el 15,1% de
finos. Esto se correlaciona con un incremento del setenta y siete
(77) por ciento aproximadamente en producto usable cuando se usa un
aglutinante.
Ejemplo
3
(Ejemplo de
referencia)
En este ejemplo, seiscientos (600) gramos de cal
dolomítica pulverizada (contiene el 56,06% de CaO y el 38,31% de
MgO) se mezcla con setecientos treinta y uno (731) gramos de sílice
en una mezcladora. Se añaden setecientos treinta (730) gramos de
agua y se mezcla durante tres (3) minutos. Esto da un material que
se forma en cubos de 1,5 pulgadas y se seca durante toda la noche a
110ºC. Se fabrica una segunda mezcla según este procedimiento
excepto que se disuelve el uno (1) por ciento, en peso seco, de NaOH
en el agua y esta disolución se añade a la mezcla de cal/sílice.
Los resultados se muestran en la Tabla 2.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
Los ensayos a escala comercial se llevaron a
cabo usando condiciones que normalmente producirían 2,8 toneladas
de vidrio final en 23,5 horas. Usando las técnicas de la presente
invención se produjeron 3,16 toneladas de vidrio final en 18
horas.
En un segundo ensayo normal durante toda la
noche se produjeron 1,58 toneladas en 12 horas usando las técnicas
de la presente invención en oposición a las 1,1 toneladas
convencionales en 13,5 horas.
Claims (5)
1. Una composición que comprende un material de
silicato unido fabricado por sinterización a partir de fuentes de
sílice, calcio y magnesio y con una fórmula empírica
Ca_{x}Mg_{y}Si_{z}O_{(x+y+2z)}, en la que los valores de x,
y, y z son distintos de cero y la relación de calcio a magnesio es
de 1,5 a 10 y dichos valores son tales que dicha composición es
adecuada como material precursor de vidrio y que contiene del 0,1
al 10% en peso de la composición de un aglutinante basado en alúmina
o sílice por lo que la composición puede soportar una resistencia a
la compresión suficiente para permitir la manipulación a temperatura
ambiente de una pella formado a partir de dicha composición y la
sinterización sin daño estructural sustancial a dicha pella y la
sinterización se lleva a cabo en presencia del 0,05 al 5% en peso de
un catalizador que comprende un compuesto seleccionado del grupo
constituido por sales de litio, potasio y sodio.
2. La composición de la reivindicación 1 en la
que la relación es de uno a dos.
3. La composición de la reivindicación 1 o
reivindicación 2 en la que el catalizador comprende uno o más
compuestos seleccionados del grupo constituido por carbonato de
litio, hidróxido de litio, carbonato sódico e hidróxido de
sodio.
4. Un procedimiento para producir vidrio fundido
que comprende el calentamiento de sílice con un componente de lote
que comprende una fuente de sodio y un silicato sintético unido
clasificado por tamaño que comprende un material de silicato con
una fórmula empírica Ca_{x}Mg_{y}Si_{z}O_{(x+y+2z)}, en la
que los valores de x, y, y z son distintos de cero y la relación de
calcio a magnesio es de 1,5 a 10 y dichos valores son tales que
dicha composición es adecuada como material precursor de vidrio en
la que el material de silicato sintético se fabrica sinterizando
fuentes de sílice, calcio y magnesio en presencia del 0,1 al 10% en
peso de la composición de un aglutinante basado en alúmina o sílice
y del 0,05 al 5% en peso de un catalizador que comprende un
compuesto seleccionado del grupo constituido por sales de litio,
potasio y sodio y en el que el silicato sintético está unido al
aglutinante basado en sílice o alúmina en una cantidad eficaz para
conferir una resistencia a la compresión suficiente para permitir la
manipulación a temperatura ambiente de una pella formada a partir
de dicha composición y la sinterización sin daño estructural
sustancial a dicha pella.
5. Un procedimiento para la fabricación de
vidrio que comprende un procedimiento según la reivindicación 4 que
comprende
i) la mezcla de fuentes de silicatos de calcio y
magnesio con el 0,1 al 10% en peso de un aglutinante basado en
alúmina o sílice y del 0,05 al 5% en peso de un catalizador que
comprende un compuesto seleccionado del grupo constituido por sales
de litio, potasio y sodio;
ii) la formación de pellas de la mezcla en
presencia de agua para formar pellas "verdes";
iii) el secado de las pellas;
iv) la incineración de las pellas en un horno de
manera que se unan y estén sustancialmente exentas de iones
carbonato.
v) la mezcla de las pellas incineradas con una
fuente de sodio y una fuente de sílice y el calentamiento de la
mezcla para producir vidrio fundido.
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