ES2966095T3 - Compuesto que comprende una lana mineral que comprende un azúcar - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un método para preparar un compuesto moldeado, que comprende la preparación de una mezcla en la que se introducen fragmentos de lana mineral que comprende una composición de apresto que comprende un azúcar, un vehículo de sílice no cementoso separado de la lana, un álcali no cementoso. portador separado de la lana y el agua, el portador de sílice no cementoso y el portador de álcali no cementoso formando, con el agua, un aglutinante mineral que se solidifica gradualmente alrededor de las partículas sólidas contenidas en la mezcla, luego se da la conformación de la mezcla en un material compuesto moldeado, en particular en briquetas. La invención también se refiere a un método para producir lana mineral, que consiste en producir una masa fundida que se transforma en lana mineral mediante un dispositivo de estirado, introduciéndose el material compuesto moldeado como una carga vitrificable en una cámara de fusión, como por ejemplo un cubilote. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Compuesto que comprende una lana mineral que comprende un azúcar
La invención se relaciona con el campo de la mejora en valor de productos residuales a base de lana mineral, en particular en lana de roca o en lana de vidrio. Normalmente, los productos residuales de la producción de lana mineral están aglomerados en forma de compuestos conformados, frecuentemente denotados por el término de “ briquetas” (hay otros nombres disponibles esencialmente de acuerdo con la geometría del compuesto conformado), con el fin de ser reciclados en el proceso para la fabricación de lana mineral. Estos compuestos conformados, en particular en la forma de briquetas, se pueden introducir en un horno de fusión, que alimenta por sí mismo a un dispositivo de fibrización. Esta técnica es particularmente útil cuando se desea reintroducir materiales particulados en hornos donde prevalecen fuertes movimientos de gas.
La invención, de este modo, también se relaciona con el campo de la fabricación de lana mineral. De acuerdo con un proceso, conocido como centrifugación externa, la lana mineral se obtiene de una masa mineral fundida vertida en un ensamble de rotores giratorios, la masa fundida es expulsada de la periferia de los rotores y es recogida por una corriente de gas de extracción y, de ese modo, se convierte en fibras. Posteriormente la lana se impregna con una composición de apresto. La composición de apresto se rocía sobre las fibras conforme éstas se forman y después se recolecta la masa de fibras con apresto en un miembro de recepción y se transportan a un dispositivo para formar una cinta de fieltro de lana mineral. El tamaño está diseñado para darle a la lana su cohesión formando, después de la curación y el reticulado, puentes entre las fibras.
Este proceso produce una cantidad no insignificante de productos residuales, por un lado, durante la fibrización, donde los productos residuales comprenden un material mineral solidificado y apresto, tal material mineral solidificado por lo general comprende fibras y granalla y, por el otro lado, después de la formación del fieltro como resultado de los cortes para conformar con la intención de rectificar los rebordes del fieltro o llevar los productos al tamaño correcto. Finalmente, ocurre que la producción no proporciona la calidad esperada y algunos lotes son desechados.
De acuerdo con otro proceso, denominado como centrifugación interna, esta vez el material fundido se fibriza a través de un miembro de fibrización en la forma de un disco perforado en su periferia, el material es expulsado a través de la pared perforada del disco en la forma de filamentos que son extraídos mediante una corriente de gas de extracción. Esta técnica produce un rendimiento de fibrización que es mucho mayor que el de la técnica de centrifugación externa y no produce granalla. Sin embargo, los residuos por corte son inevitables.
Estos productos residuales a base de minerales pueden mejorarse en valor en el circuito para la fabricación de lana mineral, en particular volviendo a fundir con los materiales iniciales alimentando el horno de fusión. Este reciclaje por lo general involucra la preparación de compuestos que comprenden estos productos residuales, tales compuestos se producen por medio de conformado, en particular con un moldeo, de una mezcla de productos residuales de lana mineral con un aglutinante mineral que generalmente comprende un cemento, seguido por un tratamiento que se proporciona para el fraguado del aglutinante. Ponerlos en la forma de briquetas hace posible transportar fácilmente estos productos residuales y facilita el proceso de reutilización de los mismos, en particular la reintroducción de los mismos en un horno de fusión.
En el caso de una lana de roca, este horno puede ser, en particular, del tipo horno de cubilote, en el que la carga de material de partida sólido se forma de bloques de formas de rocas naturales, con bloques de combustible sólido (coque) en capas alternantes, una columna auto- soportada a través de la cual escapan los gases de combustión. Conforme la fundición tiene lugar en la parte inferior de la columna, esta última se recarga por medio de la parte superior con combustible y roca. Estos hornos no permiten la introducción de materiales de partida como partículas de polvo o luz que no muestran la capacidad requerida para formar una capa de material sólido estable en la columna vertical. La conversión en un compuesto conformado, tal como a una briqueta, confiere esta capacidad. El objetivo es que la briqueta desarrolle una buena fuerza mecánica con bastante rapidez después de que se forma y que no se desintegre durante el manejo de la misma y el transporte de la misma.
De acuerdo con un desarrollo reciente de la técnica, se ha previsto fabricar lana mineral con aprestos, cuya composición involucra materiales de partida que resultan de fuentes renovables, en particular azúcares. Sin embargo, se ha observado que el uso de un apresto que comprende un azúcar para aglutinar la lana mineral resulta en briquetas que no son muy resistentes, lo que hace muy difícil manufacturarlas y/o utilizarlas.
La invención resuelve el problema antes mencionado.
El documento US2013/165553 enseña una briqueta para su uso como carga mineral en la producción de fibras sintéticas de vidrio que comprenden un cemento y residuos de lana mineral reciclada que comprenden fibras en contacto con un aglutinante no reticulado que comprende un azúcar y un producto de reacción de un ácido policarboxílico con una amina.
El documento EP0768283A2 enseña la formación de briquetas fabricadas por moldeo por compresión, que comprenden fibras y un aglutinante a base de lignina.
La invención se basa en parte en el descubrimiento de que el azúcar presente en el apresto interactúa desfavorablemente con el cemento, interfiriendo con e incluso evitando la solidificación del mismo. Incluso si no se excluye el uso de cemento en el contexto de la presente invención, se recomienda disminuir su proporción y reemplazarlo, al menos parcialmente, de hecho, incluso completamente, con un aglutinante mineral, la descripción del cual seguirá.
La invención se relaciona con un proceso para la preparación de un compuesto conformado, que comprende la preparación de una mezcla en la cual los fragmentos de lana mineral que comprenden un apresto que comprende un azúcar, un portador de sílice sin cemento distinto a la lana, un portador de metal alcalino sin cemento distinto de la lana y agua, se introducen, el portador de sílice sin cemento y el portador de metal alcalino sin cemento forman, con el agua, un aglutinante mineral que se solidifica gradualmente alrededor de las partículas sólidas presentes en la mezcla y después, la conformación de la mezcla en un compuesto conformado, tal como una briqueta. La conformación por lo general involucra un moldeo.
La expresión “ fragmentos de lana mineral” denotan aquí todos los productos residuales que resultan de la producción de lana mineral, incluyendo materiales minerales solidificados en la forma de granalla o materiales no fibrizados o recuperados en la forma de materiales volantes sólidos o paquetes de fibras recuperadas (mediante operaciones de lavado) en las diferentes superficies de recepción o transporte y también fieltro de lana mineral cortado.
La expresión “ sin cemento” que indica que el compuesto al que está unido no es un cemento. Un cemento es un material anhidro hecho de polvo que consta de silicato de calcio cristalino o aluminato de calcio cristalino. Es un compuesto mineral hidráulico que resulta en la formación, en presencia de agua, de silicato de calcio hidratado o aluminato de calcio hidratado. Un cemento es esencialmente cristalino y comprende menos de 10 % en peso de material amorfo. En un cemento, el silicato de calcio o el aluminato de calcio son fases cristalinas. Son conocidos el cemento Portland, cemento blanco, cemento con alto contenido de alúmina, cemento de sulfoaluminato y cemento natural de secado rápido. Una escoria y un silicato de metal alcalino no son considerados por una persona con experiencia en la técnica como cementos.
El portador de sílice sin cemento se dirige a un material con propiedades hidráulicas, que forma iones silicato en la presencia de agua. El portador de sílice sin cemento puede mostrar, de forma opcional, una naturaleza cristalina si se disuelve fácilmente en agua. Este es el caso en particular con el silicato de sodio, que puede, en particular, introducirse en la mezcla en forma de una solución acuosa. Por otro lado, si se usa una escoria como portador de sílice sin cemento, de preferencia es aconsejable que sea amorfo en más de 80 % en peso y de mayor preferencia en más de 90 % en peso, para que comprenda al menos 10 % en peso de sílice y para que muestre un tamaño de partícula fino, en particular de tal modo que su D50 sea menor o igual a 100 pm y de mayor preferencia menor que o igual a 50 pm. Tales escorias se pueden obtener como subproductos del hierro y la industria del acero. Éstas obtienen su estructura vidriosa, es decir, su naturaleza esencialmente amorfa, de los tratamientos de enfriamiento brusco con agua que se les aplican después de la recolección, lo que les confiere propiedades hidráulicas latentes. Cuando se seca, el portador de sílice sin cemento, de preferencia, es un compuesto mineral sólido completa o parcialmente amorfo. Es amorfo de preferencia en más de 80 % en peso y de mayor preferencia en más de 90 % en peso. De preferencia comprende al menos 10 % en peso de sílice (SiO2) y de mayor preferencia al menos 20 % en peso de sílice. Opcionalmente comprende alúmina. Puede comprender, en una cantidad reducida, óxido de hierro, óxido de metal alcalino, óxido de metal alcalinotérreo, un fosfato, un sulfato, un sulfuro u óxido de titanio. De preferencia que sea lo suficientemente fino como para disolverse, al menos parcialmente, en un medio acuoso. De ese modo, el tamaño de partícula de un portador de sílice sin cemento es, de preferencia, tal que el D50 es menor que o igual a 100 pm y de mayor preferencia menor que o igual a 50 pm. En una aplicación de fabricación de vidrio, el portador de sílice es una fuente de SiO2 en el vidrio final.
El portador de sílice puede, en particular, elegirse de la siguiente lista:
• un silicato de metal alcalino;
• arcilla natural o calcinada, caolinita, illita o montmorillonita;
• caolín calcinado o caolín deshidratado, tal como metacaolín principalmente amorfo que puede comprender cristales de caolinita;
• humo de sílice;
• cenizas volantes (clase C, clase F);
• ceniza de biomasa;
escoria de alto horno;
escoria de acería;
ceniza de cáscara de arroz, ceniza de cascarilla de arroz;
puzolana sintética o natural calcinada;
ceniza volcánica natural o calcinada;
diatomita.
De la lista anterior, es preferible utilizar compuestos que no sean muy costosos tal como: una escoria, cenizas volantes, puzolana sintética o natural calcinada, arcilla calcinada o natural o una metacaolín.
Una escoria es un subproducto de la industria del hierro y el acero y por lo general muestra una proporción SiO2/CaO (por peso) < 1,5 y la suma de su contenido de CaO y de SiO2 representa más del 45 % de su peso.
El portador de metal alcalino sin cemento comprende un metal alcalino y forma iones de metal alcalino en presencia de agua. De preferencia comprende al menos 20 % en peso de metal alcalino (éste es el porcentaje del elemento metal alcalino, tal como Na o K y no el porcentaje de su óxido) y, de preferencia, al menos 30 % en peso de metal alcalino. El portador de metal alcalino sin cemento se puede elegir de la siguiente lista:
• R-OH, R2CO3, RHCO3 o R2SO4 donde R se elige de Na, K o Li,
• silicato de sodio anhidro o silicato de sodio en la forma hidratada (metasilicato Na2SiO3, disilicato Na2Si2O5, ortosilicato Na4SiO4 o pirosilicato Na8Si2O7); um silicato de metal alcalino (potasio o litio).
Un portador de metal alcalino sin cemento preferido se puede elegir de: NaOH, Na2CO3, NaHCO3, una trona (carbonato de sodio natural) o un silicato de metal alcalino. El hidróxido de sodio NaH es el portador de metal alcalino sin cemento de mayor preferencia desde el punto de vista de su reactividad. En una aplicación de fabricación de vidrio, este portador de metal alcalino es una fuente de óxido de metal alcalino (en particular Na2O o K2O) en el vidrio final. Si el uso de hidróxido de sodio presenta un problema de corrosión del material, se preferirá al carbonato de sodio, que también es particularmente efectivo.
La mezcla comprende agua. Esta agua puede originarse, en gran parte, de la humedad de los productos residuales recogidos de la planta de fibrización, que emplea grandes cantidades de agua, en particular para recolectar productos residuales. El agua también se puede introducir a la mezcla con el fin de alcanzar tanto una buena calidad de mezclado como una buena capacidad para moldeo, de hecho, incluso para compactación.
La mezcla también comprende, de preferencia, un portador de metal alcalinotérreo sin cemento. El portador de metal alcalinotérreo sin cemento comprende un metal alcalinotérreo y forma iones de metal alcalinotérreo en presencia de agua. De preferencia comprende al menos 10 % en peso de metal alcalinotérreo (éste es el porcentaje del elemento metal alcalinotérreo, tal como Ca o Mg y no el porcentaje de su óxido) y, de preferencia, al menos 20 % en peso de metal alcalinotérreo. El portador de metal alcalinotérreo sin cemento se puede elegir de la siguiente lista:
• Piedra caliza o tiza (CaCO3),
• cal viva CaO o cal apagada Ca(OH)2, carbonato de calcio y magnesio o dolomita (CaMg(CO3)2),
• aragonita, vaterita u otros poliamorfos de CaCO3.
Una escoria puede ser tanto un portador de sílice sin cemento como un portador de metal alcalinotérreo sin cemento, su contenido de metal alcalinotérreo generalmente mayor al 30 % en peso. Se prefiere, como portador de metal alcalinotérreo sin cemento a: una piedra caliza, una dolomita o una cal viva. El tamaño de partícula del portador de metal alcalinotérreo sin cemento tiene un tamaño de partícula de tal forma que D50 es menor que 100 pm y de mayor preferencia menor que 50 pm. En una aplicación de fabricación de vidrio, este portador de metal alcalinotérreo (en particular CaO o MgO) es una fuente de óxido de metal alcalinotérreo en el vidrio final.
Es posible introducir en la mezcla una carga mineral que se puede elegir de materiales minerales que son inertes con respecto al sistema aglutinante del compuesto, que pueden ser agregados de uso en la estabilidad mecánica del compuesto conformado o componentes de uso para la carga vitrificable desde el punto de vistade mejora en valor en el fundido de fabricación de vidrio, en particular por su contenido de hierro. El agregado por lo general muestra un D50 mayor que 200 pm, en particular mayor que 1 mm. La carga mineral puede ser al menos una carga elegida de la escoria no reactiva o una grava. Puede referirse a agregados que se originan de las industrias de reciclaje industrial que mejoran el valor de subproductos (o coproductos) industriales o subproductos (o coproductos) que resultan de la demolición de edificios o tiraderos de residuos (materiales molidos de hormigones, ladrillos, reciclaje de balastos de vía férrea, de costras o de productos molidos de revestimiento de carreteras o de residuos vertederos mineros). La escoria que se utiliza opcionalmente en la presente es gruesa y no se considera como un portador de sílice sin cemento dentro del significado antes descrito ya que no forma en particular iones silicato en presencia de agua y además es cristalino en más del 20 % de su peso y tiene un tamaño de partícula alto con un valor medio de diámetro D50 de más de 50 |jm, por ejemplo, un D50 de más de 200 jm , en particular de más de 1 mm. Es lo mismo para la grava. La escoria LD que resulta de los convertidores, que se solidifican sin tratamiento de enfriamiento brusco con agua después de que se retiran, por lo cual se cristalizan, puede ser de interés en particular. Esta carga mineral, inerte en la medida en que no participa en la química de la solidificación de la briqueta, es, no obstante, una fuente de material de partida de la fibra mineral que será manufacturada cuando las briquetas se reutilicen para el fundido. Esta carga de agregados puede ser introducida en la mezcla que forma la masa que se va a moldear y, de ese modo, en el compuesto conformado a un contenido de 5 a 50 % en peso.
La mezcla se produce de preferencia a un pH básico, generalmente con un pH al menos igual a 10 y de preferencia, al menos igual a 11. Tal pH se crea de forma general por el portador de metal alcalino, en particular NaOH. Este alto pH hace al medio agresivo con respecto a los diferentes portadores, que entonces pueden liberar más fácilmente sus iones en solución.
La mezcla, de acuerdo con la invención, se solidifica rápidamente, con o sin carga mineral inerte. Generalmente, en el contexto de un proceso industrial, tal carga mineral está presente. El portador de sílice sin cemento y el portador de metal alcalino sin cemento son los dos ingredientes principales del aglutinante mineral que será distribuido y se curará alrededor del material no disuelto. Se prefiere la presencia en adición en la mezcla de un portador de metal alcalinotérreo. En el caso de la presencia de un portador de metal alcalinotérreo sin cemento en la mezcla, los iones de metal alcalinotérreo creados en el agua para mezcla también participarán en la formación de un aglutinante mineral.
En una mezcla particularmente adecuada de acuerdo con la invención, el portador de sílice sin cemento comprende un silicato de sodio o una escoria, tal escoria comprende al menos 10 % en peso de sílice, siendo amorfo a más de 80 % de su peso y siendo su D50 menor que 100 jm y el portador de metal alcalino sin cemento comprende hidróxido de sodio o silicato de sodio o carbonato de sodio, un portador de metal alcalinotérreo sin cemento que comprende Ca(OH)2 o CaCO3 también presentes en tal mezcla.
La composición de apresto que comprende azúcar por lo general comprende un azúcar en una proporción de 30 a 90 % en peso de la materia seca del apresto (% de azúcar seca con respecto al peso total de apresto seco).
La expresión “ azúcar” que se utiliza en el contexto de la presente invención denota una o más moléculas elegidas de monosacáridos, oligosacáridos o polisacáridos.
El azúcar es al menos un sacárido elegido de sacáridos reductores, no reductores e hidrogenados. La expresión “ sacárido reductor” debe entenderse en el sentido convencional, es decir, un monosacárido o un polisacárido que lleva un grupo hemiacetal OH libre, este grupo tiene en particular una acción reductora en las soluciones de cobre alcalinas. Se deben mencionar, como ejemplos de monosacáridos reductores, de sacáridos reductores que contienen de 3 a 8 átomos de carbono, de preferencia aldosas y ventajosamente que las aldosas comprendan de 5 a 7 átomos de carbono. Las aldosas que se prefieren en particular son aldosas naturales (que pertenecen a la serie D), en particular hexosas, tal como glucosa, manosa y galactosa.
La expresión “ sacáridos no reductores” debe entenderse en el sentido convencional, es decir, denota un sacárido compuesto de varias unidades de sacáridos, el carbono 1 de los cuales que carga el grupo hemiacetal OH está involucrado en un enlace. Un sacárido reductor dentro del significado de la invención no muestra ninguna acción reductora en las soluciones de cobre alcalino. Se deben mencionar, como ejemplos de tales sacáridos no reductores, de disacáridos, tales como trehalosa, isotrehalosas, sacarosa e isosacarosas; trisacáridos tal como melezitosa, gentianosa, rafinosa, erlosa y umbelliferosa; tetrasacáridos, tal como estaquiosa, y pentasacáridos como verbascosa.
Se entiende que el término “ sacárido hidrogenado” significa todos los productos resultantes de la reducción, de cualquier forma, de un sacárido elegido de monosacáridos, oligosacáridos o polisacáridos, que pueden ser lineales, ramificados o cíclicos y las mezclas de estos productos, en particular hidrolizados de almidón. Se deben mencionar, como ejemplos de sacáridos hidrogenados el eritritol, arabitol, xilitol, sorbitol, manitol, iditol, maltitol, isomaltitol, lactitol, cellobitol, palatinitol, maltotriol y productos de hidrogenación de hidrolizados de almidón.
El apresto que comprende azúcar puede comprender otros compuestos, tal como un agente reticulante, que puede elegirse de ácidos orgánicos polifuncionales monoméricos o poliméricos, en particular ácido cítrico, aminas primarias y secundarias, amonio acuoso o metal o sales de amonio de ácidos orgánicos o inorgánicos, en particular amonio o metal alcalino o sulfato de metal. También pueden comprender un compuesto reactivo que comprenda insaturación etilénica, que puede ser, en particular, el producto de la reacción de anhídrido maleico y tetraetilpentamina, que es particularmente reactiva con azúcares no reductoras. También puede comprender aditivos, tal como un silano, por ejemplo, un silano que comprenda un grupo terminal polar, por ejemplo el aminosilano, como agente de acoplamiento o una silicona como agente repelente de agua. Se deben mencionar, como forma de ilustrar los documentos que describen las composiciones de apresto de uso en la invención, los documentos US2010/0282996, US2012/0263934, WO2012/168619 y WO2012/168621, incorporados para referencia.
Los fragmentos de lana mineral comprenden el apresto que comprende un azúcar incluso antes de ser introducidos en la mezcla y entrar en contacto con los otros ingredientes de la mezcla (además de, si es apropiado, una pequeña cantidad de agua ya presente en los fragmentos de lana mineral). La introducción en la mezcla de la lana mineral, del apresto y del azúcar es, de ese modo, simultánea, estos tres ingredientes se combinan dentro de los fragmentos de lana mineral antes de ser introducidos en la mezcla.
Los fragmentos de lana mineral por lo general comprenden una lana de roca o una lana de vidrio. Los fragmentos de lana mineral por lo general se introducen en la mezcla en una proporción de 10 a 60 % en peso de la mezcla.
Los fragmentos de lana mineral que comprenden el apresto que comprende un azúcar pueden ser un producto residual de la manufactura de la lana de roca. Los componentes principales de la lana de roca son:
SiO2: 32 a 47 % en peso
AbO3: 15 a 22 % en peso
CaO+MgO: 20 a 40 % en peso
Óxido de hierro: 5 a 15 % en peso
Los fragmentos de lana mineral que comprenden el apresto que comprende un azúcar pueden ser un producto residual de la manufactura de la lana de vidrio convencional. Los componentes principales de la lana de roca son:
SiO2: 50 a 75 % en peso
AbO3: 0 a 8 % en peso
CaO+MgO: 5 a 20 % en peso
Óxido de hierro: 0 a 3 % en peso
Na2O+K2O: 12 a 20 % en peso
B2O3: 2 a 10 % en peso
Los fragmentos de lana mineral que comprenden el apresto que comprende un azúcar pueden ser un producto residual de la manufactura de la lana de vidrio rica en alúmina. Los componentes principales de esta lana de vidrio rica en alúmina son:
SiO2: 35 a 50 % en peso
AbO3: 10 a 30 % en peso
CaO+MgO: 12 a 35 % en peso
Óxido de hierro: 2 a 10 % en peso
Na2O+K2O: 0 a 20 % en peso
Los fragmentos de lana mineral que comprenden el azúcar que comprende el apresto por lo general se introducen en la mezcla en una proporción de 10 a 60 % en peso (porcentaje de fragmentos de lana seca, se entiende que los fragmentos se introducen, de forma general, en la mezcla en el estado húmedo). La lana mineral se puede moler ligeramente de forma opcional antes de introducirse en la mezcla para facilitar la mezcla pero ésta retiene su naturaleza fibrosa ya que las fibras con una longitud de más de 5 mm se distinguen claramente a simple vista.
La composición de apresto incluida en los fragmentos de lana mineral por lo general está presente en una proporción de 0,1 a 10 % en peso y más particularmente en una proporción de 0,5 a 7 % en peso de materia seca de apresto con respecto al peso total de fragmentos de lana seca.
La suma de los pesos de los portadores de sílice sin cemento y portadores de metal alcalino sin cemento pueden representar de 5 a 30 % en peso de la mezcla. Por supuesto, si un compuesto tiene la propiedad de ser tanto un portador de sílice sin cemento como un portador de metal alcalino sin cemento, se cuenta sólo una vez en la determinación de esta suma por peso.
De preferencia, la suma del número de moles de sílice introducido en la mezcla por el portador de sílice sin cemento y el número de moles de metal alcalino introducidos en la mezcla por el portador de metal alcalino sin cemento es mayor que 0,5 moles por kg de mezcla. Esta sume es generalmente entre 0,5 y 3 moles por kg de mezcla.
De preferencia, la proporción del número de moles de sílice introducida en la mezcla por el portador de sílice sin cemento con el número de moles de metal alcalino introducidos en la mezcla por el portador de metal alcalino sin cemento varía de 0,2 a 3.
De preferencia, el portador de sílice sin cemento introduce en la mezcla al menos 0,1 moles de sílice por kg de mezcla, en particular hasta 3 moles de sílice por kg de mezcla, de preferencia de 0,1 a 2 moles de sílice por kilo de mezcla.
De preferencia, el portador de metal alcalino sin cemento introduce en la mezcla al menos 0,1 moles de metal alcalino por kg de mezcla y, de preferencia de 0,1 a 1,5 moles de metal alcalino por kg de mezcla.
Se prefiere la presencia de un portador de metal alcalinotérreo. Si está presente, de preferencia, el portador de metal alcalinotérreo de preferencia introduce en la mezcla al menos 0,3 moles de metal alcalinotérreo por kg de mezcla, en particular hasta 3 moles de metal alcalinotérreo por kg de mezcla y de preferencia, de 0,3 a 2 moles de metal alcalinotérreo por kg de mezcla.
El cemento no se puede introducir en la mezcla y, si se introduce cemento en la mezcla, éste se introduce en una proporción de menos de 8 % y, de preferencia, de menos de 4 % y de mayor preferencia aún de menos de 3 % en peso de la mezcla. De preferencia, la proporción del peso de cemento con el peso del portador de sílice sin cemento, que de preferencia comprende al menos 10 % en peso de sílice, es menor que 1 y, de preferencia, menor que 0,5.
Según una mezcla particularmente adecuada, el portador de sílice sin cemento y el portador de metal alcalinotérreo sin cemento comprenden una y la misma escoria (lo que significa que ambos están presentes al menos parcialmente dentro de la misma escoria) y el portador de metal alcalino sin cemento comprende carbonato de sodio, el cemento que se introduce en la mezcla en una proporción de menos de 8 % y, de preferencia, de menos de 4 % y de mayor preferencia, de menos de 3 % en peso de la mezcla, el agua se presenta en la mezcla de preferencia en una proporción de 5 a 30 % del peso de la mezcla. De preferencia, de acuerdo con esta mezcla particularmente adecuada, más del 50 % del número de moles de sílice introducidos en la mezcla por el portador de sílice sin cemento y más de 50 % del número de moles de metal alcalinotérreo introducido en la mezcla por el portador de metal alcalinotérreo sin cemento son introducidos por la misma escoria. De preferencia, de acuerdo con esta mezcla particularmente adecuada, más del 50 % del número de moles de metal alcalino introducido en la mezcla por el portador de metal alcalino sin cemento se introduce en la mezcla por carbonato de sodio. Si el cemento se introduce en la mezcla, de preferencia se introduce en una proporción de al menos 0,1 % en peso de la mezcla.
La mezcla para la preparación de la masa que se va a moldear se puede producir en cualquier mezcladora adecuada. Generalmente es innecesario calentar la mezcla introduciendo calor en la mezcla desde el exterior. La temperatura de la mezcla puede aumentar debido a la disolución de ciertos ingredientes tal como hidróxido de sodio. El agua se introduce en cantidad suficiente para que el aglutinante mineral se distribuye a lo largo de la masa que se va a moldear pero insuficiente de tal forma que el compuesto conformado retenga su forma al quitarlo del molde, si es apropiado después de la compactación. De forma general, el agua está presente en la mezcla en una proporción de 5 a 30 % del peso de la mezcla.
La masa que se va a moldear obtenida por la mezcla, posteriormente se convierte en un compuesto conformado, en particular en briquetas, por moldeo y, opcionalmente, compactación. En particular, la masa que se va a moldear se puede colocar en un molde, someter a vibración con el fin de quitar el aire atrapado y después, opcionalmente, compactarse aplicando una presión en una de las superficies móviles del molde. Las briquetas pueden, por ejemplo, tener un volumen de más de 20 cm3, en particular de entre 100 y 1000 cm3.
El compuesto conformado posteriormente se cura naturalmente. Se puede secar con el tiempo, de tal forma que su contenido de agua se pueda reducir en gran medida durante el tiempo de almacenamiento. Su contenido de agua puede variar de acuerdo con sus condiciones de almacenamiento.
Otro tema de la invención es un compuesto conformado obtenido por los procesos de acuerdo con la invención.
Finalmente, un tema de la invención es un proceso para la fabricación de lana mineral en la que se produce una masa fundida que se convierte en lana mineral por medio de un dispositivo de fibrización, un compuesto conformado obtenido de acuerdo con la invención que se introduce como carga vitrificable en una cámara de fundición, tal como un horno de cubilote.
En los siguientes ejemplos, primero se presenta una serie de ejemplos (A) de formulación de aglutinante base que demuestra la efectividad de la mezcla de acuerdo con la invención en la presencia de fibras para preparar composiciones conformadas en un contexto experimental. En otra serie de mezclas (B), las formulaciones incorporan agregados de cargas minerales.
Ejemplos A1 a A17
Los ingredientes que se muestran en la tabla 1 se mezclan en una mezcladora. Las cantidades indicadas son partes por peso en gramos de materia seca, además, por supuesto, de la columna “Agua total” , que suma toda el agua introducida en la mezcla, de cualquier forma que haya sido.
En la tabla 1, los productos de residuos minerales originados de la recuperación de polvo en diferentes etapas del proceso para la fabricación de lana mineral y que pueden ser considerados como materiales vitrificables de tipo partícula o seudofibra. Se consideran como una carga mineral inerte que no participa en la formación del aglutinante.
Tabla 1 (partes por peso)
Los fragmentos de lana mineral comprenden una fibra de lana de roca y una composición de apresto que comprende un azúcar. El contenido de estos fragmentos de lana mineral se ha desglosado en la tabla 1 entre qué es mineral (columna “ fibra” ) y la composición de apresto. El apresto comprende, bajo condiciones secas, 68 % en peso de sacarosa, 12 % en peso de sulfato de amonio, 0,5 % en peso de silano y 19,5 % en peso de aditivos del tipo anhídrido maleico y tetraetilpentamina, estos últimos dos compuestos se mezclan juntos antes de mezclarlos con los otros ingredientes de la composición de apresto.
Los fragmentos de lana mineral se introdujeron en la mezcla en elestado húmedo. En la tabla 1, la columna “ Fibra” da las cantidades de fragmentos sin agua o composición de apresto. Las columnas “Apresto que contiene azúcar” y “ Resina fenólica” dan las cantidades de materiales de apresto que se han depositado en la lana de roca. La columna “ agua total” da la suma del agua introducida inicialmente por los fragmentos y el agua añadida. El cemento utilizado fue un cemento Portland. La escoria activa fue una escoria de alto horno y comprende (% en peso):
SiO2 32,3 %
CaO 38,2 % (es decir, 27,3 % de Ca)
MgO 9,2 % (es decir, 5,54 % de Mg)
Al2Oa 14,9 %
y también otros óxidos en una menor proporción que completan su composición al 100 %. La escoria fue amorfa en más de 90 % en peso. Esta escoria es tanto un portador de sílice sin cemento y un portador de metal alcalinotérreo. Su tamaño de partícula fue fino ya que D90 fue menor que 90 pm y su D50 fue 30 pm.
La composición de apresto comprende, en estado seco, 68 % en peso de sacarosa, 12 % en peso de sulfato de amonio, 0,5 % en peso de silano y 19,5 % en peso de aditivos del tipo anhídrido maleico y tetraetilpentamina, estos últimos dos compuestos se mezclan juntos antes de mezclarlos con los otros ingredientes de la composición de apresto. El silicato de sodio es tanto un portador de sílice como un portador de metal alcalino. Comprende 28,3 % en peso de SiO2 y 21,7 % en peso de Na. Fue amorfo en más de 80 % en peso.
Las muestras de prueba con dimensiones de 4 cm x 4 cm x 16 cm se produjeron por moldeo bajo vibración y después se sacaron del molde. Se llevaron a cabo dos tipos de pruebas. Algunas involucraron la preparación de muestras de prueba de 4 x 4 x 16 cm3 en las que se llevaron a cabo pruebas de resistencia a la compresión medidas en MPa. Para estas pruebas, se usaron las composiciones de la tabla 1 sin adición a la mezcla de material vitrificable inerte de la escoria inerte o tipo de grava ya que esto no es necesario con el fin de probar el aglutinante mineral de acuerdo con la invención. Los resultados de estas pruebas se reportan en la parte izquierda de la tabla 2 en la columna “ Resistencia a la compresión (MPa) en 4 x 4 x 16 cm” como una función del número de días (de 3 a 28 días). Para otras pruebas, se prepararon las mismas composiciones que en la tabla 1 excepto que la fibra estuvo ausente. El material de apresto se añadió a la composición sin que se depositara de antemano en la fibra. En esta prueba, el tiempo de fraguado de la masa de mezcla se evaluó durante la curación de la misma dándole una calificación de 0 (sin solidez) a 3 (muy buena solidez), de la resistencia a la penetración de una espátula como una función del número de días (de 1 a 28 días). Estos resultados se reportan en la parte derecha de la tabla 2 en la columna “ Tiempo de fraguado (0 a 3) con respecto a la pasta (sin fibras)” .
Tabla 2
Se encontró que los ejemplos que tenían altos contenidos de cemento en el caso de la presencia de un apresto que comprendía azúcar conducían a resultados pobres. Los ejemplos A5 y A10, que comprenden la cantidad más alta de portador de metal alcalinotérreo, dieron los mejores resultados en términos de resistencia a la compresión. En particular, la comparación de los ejemplos A4 y A10 muestra que el aumento en la cantidad de portador de metal alcalinotérreo mejora en gran medida los resultados. Esto es debido a que se ve, en la tabla 1, que las composiciones de estos dos ejemplos son idénticas excepto que se añadió una pequeña cantidad de CaCO3 para el ejemplo A10.
La tabla 3 da los números de moles de sílice sin cemento, metal alcalinotérreo sin cemento y metal alcalino sin cemento para las mezclas de los ejemplos de la tabla 1.
Tabla 3
Las composiciones que se muestran en la tabla 1 carecen de altos contenidos de carga mineral inerte para facilitar la preparación de las muestras de prueba para las pruebas de curación. Sin embargo, en uso real, los agregados de carga mineral inerte, tal como la grava o la escoria gruesa inerte, se introducen normalmente en la mezcla. Estas dos cargas son cristalinas y hechas de partículas grandes y no son portadores de sílice, metal alcalino o metal alcalinotérreo dentro del significado de la invención. Los ejemplos B1 a B17 ilustran composiciones que tienen contenidos más altos de carga mineral inerte.
Ejemplos B1 a B17
La tabla 4 da los porcentajes por peso de todos los ingredientes de mezclas correspondientes a aquellos dela tabla 1 a las que, sin embargo, se han añadido 24 partes por peso de agregados de carga mineral inerte, que consiste de 14 partes por peso de grava y 20 partes por peso de escoria gruesa inerte. La columna “ carga mineral inerte” representa la suma de los porcentajes de todas las cargas inertes introducidas, incluyendo los productos residuales minerales que se muestran en la tabla 1.
Tabla 4 (% en peso)
La Tabla 5 da los números de moles por kg de briqueta de diferentes portadores y algunas proporciones para las composiciones de los ejemplos de la tabla 4.
Tabla 5
Claims (26)
- REIVINDICACIONESi.Un proceso para la preparación de un compuesto conformado caracterizado porque comprende:-la preparación de una mezcla en la cual los fragmentos de lana mineral que comprenden un apresto que comprende un azúcar, un portador de sílice sin cemento distinto a la lana, un portador de metal alcalino sin cemento distinto de la lana y agua, se introducen el portador de sílice sin cemento y portador de metal alcalino sin cemento formando, con el agua, un aglutinante mineral que se solidifica gradualmente alrededor de las partículas sólidas presentes en la mezcla y después -la conformación de la mezcla en un compuesto conformado, el término “ sin cemento” indica que el compuesto al que está unido no es un cemento, en donde un cemento es:-una sustancia anhidra en polvo compuesta por silicato de calcio cristalizado o aluminato de calcio cristalizado,-un compuesto mineral hidráulico que conduce a la formación de silicato de calcio hidratado o aluminato de calcio hidratado en presencia de agua, y-esencialmente cristalizado y que contiene menos del 10 % en peso de amorfo.
- 2. El proceso según la reivindicación anterior, caracterizado porque el pH de la mezcla es al menos igual a 10 y de preferencia al menos igual a 11.
- 3. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los fragmentos de lana mineral comprenden una lana de roca o una lana de vidrio.
- 4. El proceso según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los fragmentos de lana mineral se introducen en la mezcla en una proporción de 10 a 60 % en peso de la mezcla.
- 5. El proceso según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la suma de los pesos de los portadores de sílice sin cemento y portadores de metal alcalino sin cemento representan de 5 a 30 % en peso de la mezcla.
- 6. El proceso según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la mezcla comprende de 5 a 50 % en peso de agregados, en particular con un D50 de más de 200 pm.
- 7. El proceso según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la suma del número de moles de sílice introducido en la mezcla por el portador de sílice sin cemento y el número de moles de metal alcalino introducidos en la mezcla por el portador de metal alcalino sin cemento es mayor que 0,5 moles por kg de mezcla, en particular de entre 0,5 y 3 moles por kg de mezcla.
- 8. El proceso según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la composición de apresto está presente en los fragmentos de lana mineral en una proporción de 0,1 a 10 % en peso y más particularmente en una proporción de 0,5 a 7 % en peso de materia seca de apresto con respecto al peso total de fragmentos de lana seca.
- 9. El proceso según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque no se introduce cemento en la mezcla o porque ese cemento se introduce en la mezcla en una proporción de menos de 8 % y de preferencia menos de 4 % y de mayor preferencia de menos de 3 % en peso de la mezcla.
- 10. El proceso según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque no se introduce cemento en la mezcla o porque se introduce cemento en la mezcla, la proporción del peso del cemento con el peso del portador de sílice sin cemento es menor que 1 y de mayor preferencia menor que 0,5.
- 11. El proceso según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la proporción del número de moles de sílice introducido en la mezcla por un portador de sílice sin cemento con el número de moles de metal alcalino introducido en la mezcla por un portador de metal alcalinotérreo varía de 0,2 a 3.
- 12. El proceso según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el portador de sílice sin cemento introduce en la mezcla al menos 0,1 moles de sílice por kg de mezcla, en particular hasta 3 moles de sílice por kg de mezcla y de preferencia de 0,1 a 2 moles de sílice por kilo de mezcla.
- 13. El proceso según una de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el portador de metal alcalino sin cemento introduce en la mezcla al menos 0,1 moles de metal alcalino por kg de mezcla y de preferencia de 0,1 a 1,5 moles de sílice por kg de mezcla.
- 14. El proceso según una de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque un portador de metal alcalinotérreo sin cemento distinto de la lana está presente en la mezcla, en particular en una proporción de al menos 0,3 moles de metal alcalinotérreo por kg de mezcla, en particular hasta 3 moles de metal alcalinotérreo por kg de mezcla y de preferencia de 0,3 a 2 moles de metal alcalinotérreo por kg de mezcla.
- 15. El proceso según la reivindicación anterior, caracterizado porque el portador de metal alcalinotérreo sin cemento comprende Ca(OH)2 o CaCO3.
- 16. El proceso según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el portador de sílice sin cemento comprende un silicato de sodio o una escoria, la escoria comprende al menos 10 % en peso de sílice, que es amorfo en más del 80 % de su peso y su D50 es menor que o igual a 100 pm.
- 17. El proceso según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el portador de metal alcalino sin cemento comprende hidróxido de sodio o silicato de sodio o carbonato de sodio.
- 18. El proceso según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el agua está presente en la mezcla en una proporción de 5 a 30 % del peso de la mezcla.
- 19. El proceso según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el azúcar está presente en la composición de apresto en una proporción de 30 a 90 % en peso de la materia seca del apresto.
- 20. El proceso según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el D50 del portador de sílice sin cemento es menor que o igual a 100 pm y de preferencia menor que o igual a 50 pm.
- 21. El proceso según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el portador de sílice sin cemento y el portador de metal alcalinotérreo sin cemento comprenden una y la misma escoria y el portador de metal alcalino sin cemento comprende carbonato de sodio, el cemento se introduce en la mezcla en una proporción de menos de 8 % y, de preferencia, de menos de 4 % y de mayor preferencia, de menos de 3 % en peso de la mezcla, el agua se introduce en la mezcla de preferencia en una proporción de 5 a 30 % del peso de la mezcla.
- 22. El proceso según la reivindicación anterior, caracterizado porque el cemento se introduce en la mezcla en una proporción de al menos 0,1 % en peso de la mezcla.
- 23. El proceso según cualquiera de las dos reivindicaciones anteriores, caracterizado porque más del 50 % del número de moles de sílice introducido en la mezcla por el portador de sílice sin cemento y más de 50 % del número de moles de metal alcalinotérreo introducido en la mezcla por el portador de metal alcalinotérreo sin cemento son introducidos por la misma escoria.
- 24. El proceso según una de las tres reivindicaciones anteriores, caracterizado porque más del 50 % del número de moles de metal alcalino introducido en la mezcla por el portador de metal alcalino sin cemento se introduce en la mezcla por carbonato de sodio.
- 25. El proceso según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los compuestos conformados son briquetas, la conversión de la mezcla en briquetas se obtiene mediante moldeo y compactación opcional.
- 26. Un proceso para la fabricación de lana mineral en la que se produce una masa fundida que se convierte en lana mineral por medio de un dispositivo de fibrización, caracterizado porque un compuesto conformado obtenido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores se introduce como carga vitrificable en una camara de fundición, tal como un horno de cubilote.
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