FI115047B - Metakaoliiniagglomeraatit sekä menetelmät kalsinoitujen kaoliiniagglomeraattien ja metakaoliiniagglomeraattien valmistamiseksi - Google Patents

Description

115047

Metakaoliiniagglomeraatit sekä menetelmät kalsinoitujen kaoliiniagglomeraattien ja metakaoliiniagglomeraattien valmistamiseksi

Esillä oleva keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaista menetelmää S kalsinoitujen metakaoliiniagglomeraattien valmistamiseksi.

Keksintö koskee myös patenttivaatimuksen 12 johdannon mukaista menetelmää kalsinoitujen kaoliiniagglomeraatien valmistamiseksi sekä patenttivaatimuksen 13 mukaisia metakaoliiniagglomeraatteja sekä niiden käyttöä.

10

On ollut aikaisemmin tunnettua, että tietyillä kuivatusmenetelmillä, mm. spraykuivatuk-sella, saadaan aikaan partikkelirakenteita tai granuleita, joiden muoto on pyörähdyssym-metrinen ja joiden pintaan on kuivatusprosessin aikana syntynyt tiiviimpi partikkeliraken-ne, joka puolestaan on jättänyt granulin sisäosan huokoisemmaksi. Grandin rakenteen vah-15 vistamiseksi on käytetty sideainetta, joka nestefaasin haihtumisen yhteydessä luonnostaan konsentroituu partikkelirakenteen pintakerrokseen jättäen huokoiseen sisäosaan vähemmän sideainetta. Koska yleensä tämä kalvo syntyy ennen kuin kaikki granulin sisällä oleva vesi on päässyt haihtumaan, voi seurauksena olla kalvon sisäpuolella olevan vesihöyryn paineen kasvaminen ja paineen purkautuminen kalvon heikommalta kohdalta, eli granulin 20 puhkeaminen. Tällainen menetelmä on kuvattu mm. FI-patenttihakemuksessa 20000929.

• * · • » · • t · ': ‘· Kun kuivattavan lietteen sisältämät yksittäiset partikkelit ovat muodoltaan levymäisiä, ne ' · : pyrkivät minimoimaan pintaenergian granulin muotoutumisen yhteydessä, jolloin * · 1: levymäiset partikkelit asettuvat pääosin pinnan suuntaisiksi. Tuloksena on tällöin M t · * 25 pinnaltaan olennaisesti sileä, tiivis, pyörähdyssymmetrinen partikkelirakenne. Kuivatus- • * f "· ·' prosesseissa käytetään yleensä kdvattavan lietteen kuiva-ainepitoisuutena sellaista tasoa, joka antaa lietteelle melko alhaisen viskositeetin. Tällä on merkitystä syntyvän pisaran

* ! I

1;;; koolle. Tällainen menetelmä on kuvattu Π-patenttihakemuksessa 20001250.

» » » > · ’ ·' ’ 30 Eräät patenttijulkaisut kuvaavat menetelmiä, joissa valmistetaan grandoituna katalyytteja.

•; · ’ Niiden valmistamiselle on tyypillistä, että kdvattu granuli kalsinoidaan läpikotaisesta ; ‘ ” minkä jälkeen niille suoritetaan jatkotoimia niiden lopullisen käyttö-tarkoitukselle • välttämättömien funktionaalisten ominaisuuksien saavuttamiseksi. Tällaisia menetelmiä on esitetty mm. US-patenttijulkaisdssa 5.023.220,5.395.809 ja 5.559.067. Erona nyt 2 115047 käsiteltävänä olevaan keksintöön edellä mainituissa menetelmissä raaka-aineena on sekä kaoliini että erikseen kalsinoitu kaoliini, ja kyseisiä granuleita, pitää koossa sideaine, jonka annostusmäärä on tyypillisesti korkea (2-40 %).

5 Metakaoliinipigmenttiä on käytetty betonin seosaineena. Tuote antaa betonille monia hyviä ominaisuuksia, mutta sen käyttömäärää rajoittaa kalsinoidun kaoliinin epäedullinen Teologia ja sen seurauksena lisääntynyt veden tarve sekä pozzolaanireaktioiden hidas alkaminen. Kalsinoitua kaoliinia käytetään sekä paperin täyteaineena että päällystyspigmenttinä. Käyttömääriä rajoittaa sen huono Teologia sekä sen paperin lujuutta vähentävä vaikutus.

10 Granuleissa reologia on rajoittanut määrää.Tuotesovei luksiin granuuli ei olekaan rakenteeltaan paras rakenne optisia ominaisuuksia ajatellen. Tämä aiheutuu huokosrakenteen epäedullisesta kokojakautumasta. Jos kalsinoitua kaoliinia käytetään raaka-aineena, se johtaa alhaisiin lietteen kuiva-ainepitoisuuksiin (<40 %), mistä edelleen aiheutuu korkeat haihdutuskustannukset.

15

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa tunnettuun tekniikkaan liittyvät epäkohdat ja saada aikaan aivan uudenlainen kaoliinipartikkelituote, joka perustuu metakaoliiniin, joka koostuu metakaoliininpartikkelien agglomeraateista.

·, 20 Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että muodostetaan metakaoliiniagglomeraatti, jolle on ....: ominaista poikkileikkaukseltaan homogeeninen huokosrakenne, jossa pintaosan tiheys on .,,.: pienempi kuin sisäosan. Tällaisessa rakenteessa huokosrakenne avautuu pin-taan asti.

. *. : Keksinnön mukaisilla agglomeraatilla on hyvä mekaaninen lujuus. Tuotteesta voidaan •:| edelleen muodostaa kalsinoitu agglomeraatti, jolle puolestaan on ominaista se, että :"': 25 agglomeraatin kalsinointiaste vastaa eksotermisen reaktion jälkeen syntynyttä kideraken netta. Kalsinoinnin seurauksena pintaosan huokosrakenne on suljettuja agglomeraatin • i · tiheys poikkileikkauksessa on vakio. Agglomeraatilla on myös tyypillisesti hyvät optiset ominaisuudet.

I t » * · | 30 Keksinnön mukaisia tuotteita voidaan mm. valmistaa menetelmällä, jossa agglomeraattia .' . muodostettaessa käytetään lietettä, jolla on korkea kuiva-ainepitoisuus (yli 50 % lietteen 1 * * ^ \ painosta, edullisesti noin 60 - 80 %, tyypillisesti noin 70 %).

» * * 3 115047

Kalsinoidun tuotteen valmistamiseksi agglomeraatti kalsinoidaan sopivimmin fluiditilassa käyttämällä pääosin lämpöä, joka siirtyy säteilynä. Agglomeraatit luokitetaan edullisesti vähän mekaanista rasitusta antavalla ionituulimenetelmällä. Lämpökäsittely voidaan suorittaa säteilykalsinointiuunissa.

5

Agglomeraatit voidaan tuottaa prosessilla, jossa yhdistyy kaasufaasimenetelmäja säteilykuivautus. Fluidisäteilyllä tuotetun metakaoliinin jälkikalsinointi kiteiseen muotoon suoritetaan esim. säteilylämmön siirron avulla 10 Keksinnön mukaan saatua tuotetta voidaan käyttää esim. betonin seosainena, jolle on tunnusomaista että: 1. Seosaine on metakaoliinia, josta on muodostunut huokoinen agglomeraatti 2. Edellä mainittu huokoinen agglomeraatti, jonka osasina olevien metakaoliinipartikkelien pintaan on saostettu kalsiumoksidia (CaO) 15 3. Edellä mainittu huokoinen agglomeraatti, jonka huokosrakenne täyttyy vedellä betonin valmistuksen yhteydessä 4. Edellä mainittu huokoinen agglomeraatti, jonka huokosrakenteeseen on lisätty, edullisesti kiteyttämällä vesiliukoisia, betonin ominaisuuksia säätäviä aineita 5. Edellä mainittu huokoinen agglomeraatti, jonka koko on samaa suuruusluokkaa kuin • t 20 sementtipartikkelit.

• # * * · ...,: Paperin täyteaineena käytettävälle tuotteelle on ominaista, että: : 1. Agglomeraatti on kalsinoitu lämpötilassa, jossa sen rakenne vastaa metakaoliinia .;: 2. Agglomeraatti on kalsinoitu lämpötilassa, jossa sen rakenne vastaa eksotermisen : * * *; 25 muutoksen jälkeen syntyvää kiteistä rakennetta 3. Kalsinoidun agglomeraatin pintahuokoset on suljettu •: · 4. Optiset ominaisuudet on aikaansaatu partikkelien välisellä hallitulla huokosrakenteella :' ’: 5. Agglomeraatin koko d50 on edullisesti 20 pm » · · ....: 30 Tuotetta voidaan muokata päällystysainekäyttöön sopivaksi, jolloin sille on ominaista yksi . ‘ . tai useampi seuraavista piirteistä: • l 1. Agglomeraatti on kalsinoitu lämpötilassa, jossa sen rakenne vastaa eksotermisen muutoksen jälkeen syntyvää kiteistä rakennetta 4 115047 2. Agglomeraatin pintahuokoset on tukittu 3. Agglomeraatin koko d50 on edullisesti 10 pm 5 Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle kalsinoitujen metakaoliiniagglomeraattien valmistamiseksi on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle kalsinoitujen kaoliiniagglomeraattien valmistamiseksi 10 on puolestaan tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 12 tunnusmerkki-osassa ja keksinnön mukaisille metakaoliiniagglomeraateille se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 13 tunnusmerkkiosassa.

Metakaoliiniagglomeraattien käyttö on esitetty patenttivaatimuksessa 15.

15

Keksinnöllä saavutetaan huomattavia etuja. Niinpä keksinnön mukaisessa ratkaisussa tunnettujen ratkaisujen ongelmat on poistettu Agglomeraatti muodostetaan kaoliinista ja kalsinoidaan sen jälkeen. Tämä agglomeraatti asettuu paperirainassa kuitujen välisiin tyhjiin tiloihin, eikä vähennä rainan lujuutta. Kalsinoitu kaoliini on perinteisesti valmistettu 20 teknisesti monivaiheisilla menetelmillä. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa valmistus on huomattavasti yksinkertaisempaa ja taloudellisempaa energian käytön paremman : * : optimoinnin avulla. Keksinnön mukaisen tuotantomenetelmän avulla voidaankin tuottaa : ’': teknisesti korkeampilaatuisia ja taloudellisesti edullisempia kalsinoituja kaoliinipohjaisia , * \ tuotteita.

:··: 25 I I · •... · Keksintöä ryhdytään seuraavassa lähemmin tarkastelemaan yksityiskohtaisen selityksen avulla oheisiin piirustuksiin viitaten.

• · ·: Kuviossa la - le on esitetty periaatepiiroksina keksinnön mukaisen agglomeratin leikkaus • · (Fig. la), kaoliiniagglomeraatin rakenne (Fig. Ib) ja kaoliinipartikkelin varaukset (Fig. le); :. * * · 30 kuvioissa 2a ja 2b on vastaavat esitykset kalsinoidun agglomeraatin leikkauksesta ja sen ': · pinnasta; ; * ·. i kuviossa 3 on esitetty keksinnössä käytettävän laitteiston ensimmäisen laiteyksikön : ’ \: prosessikaavio; kuviossa 4 on esitetty keksinnössä käytettävän kuivatusyksikön prosessikaavio; ja 35 kuviossa 5a ja 5b on esitetty keksinnössä käytettävän kalsinoitiyksikön prosessikaaviot.

5 115047 Tämän keksinnön mukaisessa menetelmässä raaka-aineena on kaoliini (luonnonkaoliini) ja mahdolliset seosaineet, kuten kalsiumkarbonaatti tai silika, ja sideaineen osuus on tyypillisesti hyvin vähäinen (alle 1 %). Menetelmässä ei muodosteta granuleita vaan agglomeraatteja. Granuleissa sideaineen muodostama kalvo määrittää granulin koon sekä 5 suuremman sisäisen huokosrakenteen. Agglomeraateissa huokosrakenne on seurausta partikkelien lukkiutumisesta toisiinsa, mikä mahdollistaa lujarakenteisen agglomeraatin valmistamisen siten, että ainoastaan pintakerros sintrautuu, jolloin yksittäisten partikkelien välillä muodostuu sidoskauloja.

10 Agglomeraattien kokoalue on 2-100 pm, siten että käyttötarkoituksen mukaan ne jakaantuvat 1. < 10 pm 2. 10-20 pm 3. 20-100 pm 15 4. 5-100 pm

Keksinnön mukaisessa menetelmässä metakaoliiniagglomeraattien valmistamiseksi ainoastaan agglomeraatin pinta kalsinoidaan metakaoliiniksi, mutta sisäosan jää edelleen kaoliiniksi. Seosaineena oleva Ca-karbonaatti kalsinoituu Ca-oksidiksi vapauttaen samalla . 20 kaasumaista hiilidioksidia. Vaihtoehtoisesti agglomeraatti muodostetan ainoastaan * · » ....: kaoliinista, jolloin sen pinta muutetaan lämpökäsittelyllä metakaoliiniksi sisäosan | kiderakenteen säilyessä kaoliinina.

• · · ·;·· Agglomeraatin ja granulin käsitteet eri teollisuuden aloilla ovat osittain päällekkäisiä.

: ‘' ’: 25 Keksinnön yhteydessä on tullut tarve selventää nämä käsitteet keksinnön sovellutusalueiden kannalta.

I * »

Agglomeraatti » · » · ! 30 1. Muoto epämääräinen, mutta pyrkimys pallomaisuuteen • 2. Huokosrakenne ulottuu oleellisesti homogeenisena läpi koko agglomeraatin ‘‘ 3. Sideainetta vähän (< 2 %) tai ei ollenkaan, joten kuivatuksen yhteydessä tapahtuva ’ · * · kalvon muodostus ei vaikuta rakenteeseen 4. Kaoliiniagglomeraatin huokosrakenteeseen vaikuttaa levymäisten partikkelien pinnoilla 35 ja reunoilla vaikuttavat erimerkkiset varaukset 6 115047 5. Agglomeraatin lujuus on hyvä varausten aiheuttamien sidosvoimien ansiosta 6. Rakenne on huokosellinen, koska sillä on alhainen järjestäytymisaste 7. Agglomeraatti syntyy, kun sen raaka-aineena olevan lietteen kuiva-ainepitoisuus on korkea, tyypillisesti n 70 %, jolloin spraykuivauksessa syntyvän pisaran rakenne lukkiutuu 5 ennen kuin sisäistä järjestäytymistä pääsee olennaisesti tapahtumaan 8. Agglomeraatin koko on voimakkaasti riippuvainen pisarankoosta. Ainoastaan kapillaarivoimat vaikuttavat pienentävästi sen lopulliseen kokoon.

Granuuli: 10 1. Muoto on useimmiten pyörähdyssymmetrinen pallo 2. Huokosrakennetta voidaan kuvata siten, että granuulin keskusta on joko harva tai kaasutäytteinen, huokoskoko pienenee pintaa kohden ja pinnassa olevat huokoset ovat olennaisesti pienempiä kuin sen sisäosissa 15 3. Pinnalle on luonteenomaista, että levymäiset partikkelit asettuvat siten että niiden levymäinen pinta on granuulin pinnan suuntainen 4. Kun granuulissa käytetään sideainetta, tyypillisesti yli 2 %, yleensä kuitenkin yli 4 %, se muodostaa granuulin pinnalle kalvon. Tämä kalvo muodostuu tiiviiksi ja se hidastaa kuivumista.

20 5. Välittömästi pinnan alla olevassa kuorikerroksessa partikkelien suuntautuminen jatkuu “ *, pääosin pinnan suuntaisena . 6. Rakennelujuus keskittyy pintaan ja sen alla olevaan kuorikerrokseen . . 7. Granuulimainen rakenne syntyy spraykuivauksen yhteydessä, kun kuivattavan lietteen ’ j kiintoainepitoisuus on tyypillisesti alle 50 %.

• , 25 8. Granuulin kokoon vaikuttavat mm pisaran koko, sen kiintoainepitoisuus, sekä sen sisältämä sideainemäärä ja koostumus

Kalsinoitu kaoliini ’. ‘: 30 Kalsinoitu kaoliini on yleisnimitys kaoliineille, joiden kiderakennetta modifioidaan termisellä käsittelyllä. Lämpötila ja käsittelyn kestoaika vaikuttavat lopulliseen '·,'·· kidemuotoon. Kun käsittelylämpötila on alle 1000 °C (tyypillisesti 500...700 °C) poistuu •, * * i kaoliinin kiderakenteesta jo olennainen osa sen sisältämästä kiderakenteeseen sitoutuneesta vedestä (n 14 %). Tällöin muodostuu pääosin amorfinen kiderakenne. Tarvittava aika on 35 yleensä alle 5 s.

7 115047

Kun lämpökäsittelyä jatketaan, lämpötilaa kohotetaan ja käsittelyaikaa pidennetään, aikaa amorfinen rakenne uudelleen kiteytyä aiheuttaen lievän eksotermisen ilmiön. Syntynyt kiderakenne poikkeaa alkuperäisestä kaoliinin kiderakenteesta sekä välituotteena syntyneestä metakaoliinista. Tuotetta kutsutaan yleisesti kalsinoiduksi kaoliiniksi.

5 Kaoliinin joukossa epäpuhtautena usein esiintyvät Ti-yhdisteet muuttavat myös kidemuotoaan ja muuttuvat valkoisiksi nostaen tuotteen vaaleutta noin kahdella ISO vaaleusyksiköllä, millä on merkitystä kaupallisen tuotteen käyttötarkoituksiin. Tämä muutos tapahtuu noin 1000... 1200 °C:n, etenkin noin 1100...1200 °C:n, lämpötilassa noin tunnin viipymäajalla. Tuote on pinnaltaan karheaa, kun liuskemaiset kidesuomut aukeavat.

10

Metakaoliiniagglomeraatti 1. Agglomeraatti-rakenteinen (ks. yllä).

2. Kaoliiniagglomeraatti on lämpökäsitelty lämpötilassa 600-1000 °C käsittelyajan ollessa 15 0,1 - 5 s. Tällöin kidevesi poistuu agglomeraatista ja se saa pozzolaanisia ominaisuuksia 3. Eräissä tuotteissa on edullista käyttää metakaoliiniagglomeraattia, jonka pinta on metakaoliinia ja sisäosa kaoliinia (tai jonka sisäosista vain vähäinen osa on menettänyt kidevetensä).

4. Käytettäessä hapanta Ca-karbonaattia, Ca(HC03)2, sintrausapuaineena saadaan 20 kidevedettömille kaoliinipinnoille Ca-oksidia, CaO, joka yhtyy veden kanssa muodostaen Ca-hydroksidia, Ca(OH)2, ja joka reagoi metakaoliinipinnan kanssa 5. Sideaineena voidan käyttää myös muita sopivia aineita, kuten silikasoolia, Na-silikaattia :· (esim. vesilasia) tai nefeliinisyanidia.

t * ' ’ 25 Eksotermisen kiderakenteen omaava kaoliiniagglomeraatti ‘· Kaoliiniagglomeraatti kalsinoidaan ensimmäisessä vaiheessa metakaoliiniksi » * · :: säteilylämpötilan ollessa n 1200 deg C ja käyttäen sintrausapuainetta tyypillisesti n 2 %, jolloin pinnan huokosrakeime pääosin sulkeutuu 30 I I ( ·' Metakaoliiniagglomeraatit siirretään kalsinointiuuniin, jossa aikaa (n 1 h) vaativa : : : kiderakenteen muutos tapahtuu noin 1200 °C:n lämpötilassa » I * < > > 8 115047

Kaoliini on luonnontuote, jolloin laadunvaihtelut ovat otettava huomioon. Lopulliset prosessointiolosuhteet valitaan empiirisesti tehtyjen kokeiden perusteella keksinnössä mainittujen alueiden rajoissa.

5 Yhteenvetona todettakoon, että keksinnön mukaisille metakaoliini-agglomeraateille on ominaista: 1. Poikkileikkaukseltaan homogeeninen huokosrakenne 2. Pintaosan tiheys pienempi kuin sisäosan 3. Huokosrakenne avautuu pintaan asti 10 4. Agglomeraatilla on hyvä mekaaninen lujuus

Vertailun vuoksi voidaan todeta, että kapinoidulle agglomeraatille on sen sijaan yleensä ominaista: 1. Agglomeraatin kalsinointiaste vastaa eksotermisen reaktion jälkeen syntynyttä 15 kiderakennetta 2. Pintaosan huokosrakenne on suljettu 3. Agglomeraatin tiheys poikkileikkauksessa on vakio 4. Agglomeraatilla on hyvät optiset ominaisuudet.

. .·. 20 Kaoliinin käyttö metakaoliiniagglomeraattina sekä eksotermisen alueen kiderakenteen omaavana agglomeraattina antaa kaoliinin käytölle nykyistä laajemmat tuotesovellutus- •: · * · mahdollisuudet.

• · I I ( * * · •: · ·: Huomautettakoon samalla että agglomeraattirakenteelle on yleisesti ottaen ominaista että 25 1. Huokosrakenne voidaan rakentaa raaka-aineena käytettävän kaoliinin partikkelikoon .:. mukaan halutun kokoiseksi . ‘ ‘. 2. Huokosrakenne voidaan rakentaa avoimeksi pintaan asti tai sulkea pinta . ’ . 3. Lujuus ilman sideaineita synty kapillaarivoimilla * > · . [ t J 30 4. Pienellä sideainemäärällä voidaan agglomeraatin lujuutta lisätä olennaisesti * i t · # 5. Kapinoimalla sintrauslämpötilaan asti, lujuus kasvaa oleellisesti, etenkin kun käytetään ; ; pientä sintrausapuainemäärää 6. Sideaineena ja sintrausapuaineena voi toimia sama aine 9 115047 7. Eräänä edullisena esimerkkinä aineesta, joka voi toimia sekä side- että sintrausapuaineena on hapan Ca-karbonaatti Ca(HC03)2 , joka hajoaa korkeassa lämpötilassa ja muodostaa Ca-oksidia CaO.

8. Avoin huokosrakenne antaa betonisovellutuksessa mahdollisuuden veden ja siihen 5 liuenneen Ca-hydroksidin reaktiolle metakaoliinin kanssa 9. Suljettu pintahuokosrakenne aikaansaa paperisovellutuksessa opasiteetin kasvua 10. Huokosten koko voidaan säätää optisesti edullisempaan kokoon

Oheisissa kuvioissa 3 - 5 on lähemmin kuvattu keksinnön mukaista menetelmää sekä 10 laitteistoa, jota voidaan käyttää menetelmän suorittamiseen.

Kuviossa 3 on esitetty laite, jolla nostetaan kaoliinilietteen kuiva-ainepitoisuus kaoliiniagglomeraattien muodostamisen kannalta edulliselle alueelle.

15 Viitenumero 1 tarkoittaa kaoliinin (luonnonkaoliinin) tehtaalta saatavaa vesilietettä, jonka kuiva-ainepitoisuus yleensä on alle 10 p-%. Liete sentrifugoidaan, jolloin saadaan nostetuksi kiintoainepitoisuus noin 40 p-%:iin. Viitenumero 2 tarkoittaa sähkökentän käyttöön perustuvaa vedenerotinta. Kenttäjännite on tyypillisesti noin 1 - 20 V, edullisesti noin 4 - 10 V, edullisesti noin 6 V. Laitteessa nostetaan kiintoainepitoisuus 40 p-%:sta 70 : ;20 p-%:iin. Viitenumerolla 3 on merkitty roottori hajotin, jota käytetään korkean kuiva-aine-* · · ·;· · pitoisuuden omaavien kaoliinikakkujen liettoon. Saatavaa massa pumpataan korkeapaine- •: pumpulla 200 - 500 bar:n paineella eteenpäin kuviossa 4 esitettyyn kuivatuslaitteeseen.

’ *.: Esisyöttöpumppu (jolla ei ole omaa viitenumeroa) ja korkeapainepumppu pystyvät käsittelemään lietettä, jonka jäykkyys on 1000 cP.

% 25

Kuviossa 3 esitetty laiteyhdistelmä on jatkuvatoiminen. Se korvaa esim. yleisesti käytetyn .. : ’ painesuodatusmenetelmän.

• · • » t / : Kuvion 4 mukaisessa torni kuivaajassa valmistetaan kaoliiniagglomeraatti-partikkelit.

* · ‘ · 30 Laitteisto käsittää lieriömäisen säiliötilan, johon syötetään 5 kiintoaineen nostolaitteesta ; _ j kaoliinilietettä. Paineen alla liete syötetään suuttimiin 6, joista liete sumutetaan säiliötilaan, » · : ’ ·, j jossa pisarat kuivuvat ja muodostavat agglomeraatteja. Korkeapaineinen liete sumutetaan » · pisarakoossa 2-50 mikrometriä ja kiintoainepitoisuudessa 70 %, jolloin kiintoaine lukkiutuu agglomeraateiksi muutamassa millisekunnissa. Kuivatukseen käytetään 115047 ίο kuivatusilmanohjäimiä 7, joiden kautta säiliötilaan johdetaan ilmaa, etenkin noin 400 °C:sta fluidi-ilmaa 11. Vesipitoiset agglomeraatit putoavat viiralle 9 ja fluidikaasu erotetaan 12 ja johdetaan suihkulauduttimeen. Fluidikaasun lämpötila on yli 100 °C ja se viedään eteenpäin suihkulauhduttimelle. Agglomeraatit kuivatetaan säteilylämmöllä 10 ja 5 puhaltimen 13 avulla ne siirretään ionituuliluokittimiin 14 ja edelleen siirtoputkiston 15 kautta välivarastosiiloihin.

Kaoliiniagglomeraattien kalsinointi suoritetaan kuvioiden 5a ja vastaavasti 5b mukaisessa kalsinointilaitteistossa. Laitteistossa on ensin välivarastot (siilot) 16 - 18, joissa 10 varastoidaan esim. kolmen eri partikkelikoon agglomeraatteja toisistaan erillään.

Tyypillisesti ensimmäisessä siilossa 16 säilytetään agglomeraatteja, joiden keskimääräinen koko on alle 10 mikrometriä. Säiliössä 17 agglomeraattien koko on 10 - 20 mikrometriä ja välivarastossa 18 agglomeraatteja, joiden koko on yli 20 mikrometriä.

15 Välivarastoista 16, 17 ja vastaavasti 18 agglomeraatit siirretään puhaltimen 19 avulla kalsinointiuunin annostelijaan 20, jossa agglomeraatteja myös sekoitetaan. Agglomeraatit kalsinoidaan metakaoliiniksi säteilyuunissa 21. Kalsinoidut agglomeraatit jäähdytetään puhaltimella 22 400 °C:seen ja puhalletaan ionituuliluokittimeen 23, josta ne jatkavat joko varastoon 27 tai eksotermikalsinointiuuniin 24. Kalsinoidut agglomeraatit jäähdytetään . . ·. 20 puhaltimella 25 lämpötilaan noin 400 °C ja siirretään ionituuliluokittimen 26 jälkeen varas- •:: toon sekä kaasu puhalletaan 400 °C:n lämpöisenä tomikuivaajaan 28. Kuvion 5b *; · · sovellutusmuoto eroaa kuvion 5a ratkaisusta siinä, että kaikki ensimmäisestä kalsinoinnista : * *, · saatava metakaoliini kalsinoidaan toisen kerran 24, jolloin prosessista on jätetty pois ·;!,ί ioniluokitin 23.

25

· I

Edellä kuvattuun menetelmään liittyy huomattavia etuja: • ' · »»tl .''1. 1. Yhdistelmärakenne • · . * . - agglomerointi-kalsinointi antaa energian säästöä * = * ,, t, j 30 - Luokitus eri fraktioihin nostaa tuotteen laatua, kun saadaan tarkka kalsinointilämpötila - tuotteen käyttösovellutukset laajenevat » · ; ; 2. Side- ja sintrausapuaineiden määrät voidaan minimoida * * » * ‘ 3. Kalsinointiaste saadaan erilaiseksi agglomeraatin pinnan ja sisäosan välillä 4. Agglomeraatin muodostuksessa kaasufaasilämmityksen täydentäminen 35 säteilylämmityksellä tuo huomattavaa energian säästöä 11 115047 5. Korkean kiintoainepitoisuuden käyttö (70 %) rajaa energiataloudellisesti epäedullisemman kaasufaasilämmityksen minimiin 6. Kalsinointi metakaoliinivaiheeseen fluidi-säteilymenetelmällä antaa tarkkuuden kalsinointiin( aika 0,1-0,5 s) 5 7. Kalsinointi eksotermiseen kiderakenteeseen vaatii aikaa (n. 1 h) tehdään metakaoliiniagglomeraateille esim. arinauunissa. Metakaoliinivaihe on poistanut agglomeraateista ’särmät’ niin etteivät ne sintraudu toisiinsa 8. Ionituuli-luokitus käsittelee hellävaraisemmin agglomeraatteja ja osaltaan säästää sideainetta.

10 9. Ionituuli-luokitus säästää myös energiaa verrattuna sykloneihin ym. mekaanisiin luoki tiimiin

Edellä kuvatulla tavalla valmistetut tuotteet soveltuvat eri käyttökohteisiin. Näitä käsitellään seuraavassa lähemmin: 15

Betonin seosaine

Tomikuivaajassa syntyy laaja kokojakautuma agglomeraatteja, joista yli 20 mikronin kokoiset soveltuvat erittäin hyvin betonin seosaineeksi. Nämä agglomeraatit, jotka ovat , 20 samaa suuruusluokkaa kuin sementtipartikkelit, asettuvat Portland-sementtipartikkelien .. : joukkoon toimien mm. pozzolaanina ja veden luovuttajana sementin autogeenireaktion : · · J vaiheessa sekä sementin eri lisäaineiden täsmävarastoina.

• · « • · ·:··.· Suuremmat, kooltaan yli 50 mikronin, metakaoliinipartikkelit toimivat pozzolaanisena : : 25 fillerinä sekä betonin notkistimina.

• » » .· * Paperin täyteaine . | . Paperin täytössä pyritään keksinnön mukaan saamaan osa kalsinoidusta kaoliinista ’ I 30 tarttumaan kuituihin, mutta pääosa agglomeraateista, joiden koostumus voi olla joko * · • t metakaoliinia tai eksotermisen muutosvaiheen läpikäynyttä kalsinoitua kaoliinia, asettuu ; kuitujen väleihin aikaansaaden tasaisen rainan, jonka optiset ja mekaaniset paperitekniset ominaisuudet ovat edulliset.

35 5 115047 12

Paperi päällvstvsaine

Metakaoliinia tai eksotermisen muutosvaiheen läpikäynyttä kalsinoitua kaoliinia voidaan myös käyttää paperin päällykseen.

> ·

* I

» » » • · » » < > * » ’ · ' i *

Claims (15)

115047

1. Menetelmä kalsinoitujen metakaoliiniagglomeraattien valmistamiseksi, jonka menetelmän mukaan käsitellään kaoliinia korotetussa lämpötilassa halutun kiderakenteen 5 omaavan tuotteen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että - kaoliinista muodostetaan ensin kaoliiniagglomeraatteja, joiden keskimääräinen partikkelikoko on noin 2 - 100 mikrometriä, ja - kaoliiniagglomeraatit kalsinoidaan tämän jälkeen metakaoliiniksi, jolloin saadaan agglomeraatteja, joilla on avonainen huokosrakenne, joiden pintaosan 10 tiheys on pienempi kuin sisäosan ja joiden huokosrakenne on pinta- ja sisäosissa samanlainen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaoliini-agglomeraattien kalsinointi metakaoliinivaiheeseen suoritetaan fluiditilassa ainakin 15 pääasiassa säteilylämmön avulla.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämpökäsittely suoritetaan säteilykalsinointiuunissa.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaoliiniagglomeraatit muodostetaan kaoliinilietteestä, jonka kiintoainepitoisuus on yli 50 p-%, edullisesti noin 60 - 75 p-%.

: 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaoliiniagglo- •. : 25 meraatit muodostetaan spraykuivattamalla kaoliinilietettä.

’ · · ·' 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että agglomeraatit spraykuivatetaan tomikui vaajassa. I I » IM· » *

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että agglomeraatit v ‘ spraykuivatetaan tomikui vaajassa käyttämällä säteilyllä tuotavaa lämpöenergiaa. » » I » * · 1 1 5047

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että agglomeraatit luokitellaan ja erikokoiset agglomeraatit saatetaan erikseen lämpökäsittelyyn.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että agglomeraattien luokitukseen käytetään ionituuli-luokitinta.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että eksotermisen kiderakenteen saavuttamiseksi agglomeraatit kalsinoidaan käyttämällä 10 säteilylämmitystä.

11. Jonkin patenttivaatimuksen 1-10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaoliinilietteen kiintoainepitoisuutta asetellaan käyttämällä sähkökenttään perustuvaa kiintoainepitoisuuden nostomenetelmää. 15

12. Menetelmä kalsinoitujen kaoliiniagglomeraattien valmistamiseksi, jonka menetelmän mukaan käsitellään kaoliinia korotetussa lämpötilassa halutun kiderakenteen omaavan tuotteen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että - kaoliinista muodostetaan ensin kaoliiniagglomeraatteja, joiden keskimääräinen 20 partikkelikoko on noin 2-100 mikrometriä, - kaoliiniagglomeraatit kalsinoidaan metakaoliiniksi ja : ; ; - kalsinointia jatketaan, kunnes saadaan eksotermisen kiderakenteen omaavia *"' agglomeraattej a. •. * ·: 25

13. Metakaoliiniagglomeraatit, tunnetut siitä, että niiden koko on 2 - 100 mikronia ja • ’ * niillä on avonainen huokosrakenne, jolloin metakaoliiniagglomeraattien pintaosan tiheys f ( t • > '... on pienempi kuin sisäosan ja niiden huokosrakenne on pinta- ja sisäosissa samanlainen.

•; ·; 14. Patenttivaatimuksen 13 mukaiset agglomeraatit, tunnettu siitä, että metakaoliini- ';' 30 agglomeraattien ulkopinnan kidevesimäärä on 0 - 8 p-% ja sisäosan kidevesimäärä on 2 - v : 14 p-%. i ‘ .

15. Patenttivaatimuksen 13 tai 14 mukaisten agglomeraattien käyttö betonin seosaineena. 115047