FI61179B - Foerfaringssaett foer framstaellning av mineralull saerskilt foer anvaendning i basisk miljoe - Google Patents

Description

RSFI [B] (11)KWULUTU*jULKAISU , , r? Q

JB&& J * * UTLÄCONINOSSKRIPT O I I /V

• C /^«Patentti ayonr.rtty 10 06 1922 patent raeddelat ^ T ^ (51) Kv.ik?/int.a.3 C 03 C 13/00 SUO HI —FINLAND (21) P*t*nttlli«kemu·— Pat«flt*fM5kning 772071 (22) H*k«ml«pUvi — Ameknlnpdag 01.07· 77 ' ' (23) Alkupilvt—Glkljhtodig 01.07-77 (41) Tullut lulkiMk·! — Bllvlt affantllg 23 · 01.78 PMantti- ja rakistarihallltus i4A hflhTlTlir„n.nnn ,. kuulluin™

Patent* och ragictarstyralMn ^ ^ AmMcmutCJded*uti.skrift«n pJbMcmd 26.02.82 (32)(33)(31) Pyydutty «tuoikuu· —B«|lrd prkxitat 22.07*76

Ruotsi-Sverige(SE) 76/083^*1-9 (71) Rockwool Aktiebolaget, SkÖvde, Ruotsi-Sverige(SE) (72) Reija Tomi?, Skövde, Ulf Aberg, Skövde, Elis Karlsson, Skövde,

Ruotsi-Sverige(SE) (7^+) Berggren Oy Ab (51*) Erityisesti emäksisessä ympäristössä käytettävän mineraalivillan valmistusmenetelmä - Förfaringssätt för framställning av mineralull, särskilt för användning i basisk miljö

Esillä olevan keksinnön kohteena on sellaisen mineraalivillan valmistusmenetelmä, joka on tarkoitettu käytettäväksi tiettyihin erikoistarkoituksiin, joissa on tärkeää, etteivät kemiallisesti aktiiviset aineet, erityisesti alkalisesti vaikuttavat aineet juuri pysty syövyttämään valmistettua mineraalivillaa.

Jo kauan on ns. asbestisementistä valmistettu useita rakennus- ja väliaineenjohtotuotteita, esim. levyjä, putkia jne. laitostoiminnan eri muotoihin.

Asbestisementillä on koko joukko edullisia ominaisuuksia, joista voidaan mainita sen suuri lujuus, sen normaalisti esiintyvien kemikaalien kestävyys ja sen hyvät vanhenemisominaisuudet. Asbestise-mentin eräänä haittana on kuitenkin se, että valmistus tapahtuu sellaisissa työskentelyolosuhteissa, joissa ilmassa esiintyy vapaasti leijuvia, toisinaan luonteeltaan mikroskooppisia asbestihiukka-sia ja että asbestisementtituotteiden muotoilu, katkaisu, sahaus yms. samoin johtavat tällaisiin ilmassa vapaasti leijuviin hiukkasiin. Nämä hiukkaset ovat terveydelle erittäin haitallisia.

r 61179 Tästä johtuen on etsitty asbestin korvaavaa ainetta niiden tuotteiden valmistuksessa, jotka aiemmin on valmistettu asbestisementistä, ja tässä suhteessa on ensisijaisesti pyritty korvaamaan asbesti mineraalivillalla. Yritykset asbestisementin asbestin korvaamiseksi mineraalivillalla eivät kuitenkaan ole täysin onnistuneet. Syyksi tähän on ensisijaisesti todettu mineraalivillan alkalisesti kemiallisten syöpymisten huono kestävyys. Tässä yhteydessä palautettakoon mieleen, että sementti muodostuu trikalsiumortosilikaatista, jossa silikaateille ominaisella tavalla vettä lisättäessä tapahtuu kovettu-misprosessi, jossa syntyy ainakin kolmisenkymmentä tunnettua vaihetta. Tällöin muodostuu muun muassa monokalsiumsilikaattia, mutta myös Ca(0H>2:a, joka muodostuessaan on voimakkaasti kemiallisesti vaikuttavaa ja jolla on ennen muuta voimakas emäksinen reaktio.

Tavanomaisella mineraalivillan lajilla, jota on tähän asti käytetty esim. äänen- ja/tai lämmöneristykseen, on kuitenkin liian pieni kestävyys emäksisessä ympäristössä, ja se soveltuu sen tähden huonosti asbestin korvikkeeksi asbestisementistä valmistettujen vahvistettujen tuotteiden valmistuksessa.

Esillä olevan keksinnön perustana olevissa kokeissa on myös tutkittu vesilasia mineraalivillan palamattomana sideaineena, mutta nämäkään kokeet eivät ole antaneet hyviä tuloksia. Vesilasillakin on voimakkaasti alkalinen reaktio, ja mineraalivillakuituihin kohdistuu yleensä voimakasta kemiallista syöpymistä lyhyemmän tai pidemmän ajan kuluessa.

Esillä oleva keksintö perustuu perusteelliseen tutkimukseen, jossa on selvitetty sellaisen mineraalivillan valmistusmahdollisuuksia, joka lähtö- tai raaka-aineen valinnan avulla kestäisi mahdollisimman tehokkaasti kemiallista syöpymistä ja tällöin ensisijaisesti alka-lisessa ympäristössä tapahtuvaa syöpymistä.

Tämän ongelman ratkaisu ei ole tuottanut suurempia vaikeuksia, niin kauan kuin taloudellisiin näkökohtiin ei ole tarvinnut kiinnittää huomiota. Mineraalivillaa on niin ollen voitu valmistaa käyttämällä kalliita ja korkealaatuisia aineita, mutta tällainen valmistus ei ole taloudellisesti kannattavaa. Joitakin esimerkkejä tällaisesta valmistuksesta on esitetty amerikkalaisessa patenttijulkaisussa 3 854 986< - 'o' i · · r > 3 61179 jonka mukaan lisäaineena käytetään sirkoniumoksidia tai sinkki-oksidia.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on kuitenkin löytää menetelmä, joka on hyvin käyttökelpoinen yllä mainittuihin tarkoituksiin, koska valmistettu mineraalivilla ei ole lainkaan tai ainoastaan vähäisessä määrin herkkä sementin sitoutumisessa yleisesti ja erityisesti alka-lisessa ympäristössä tapahtuville kemiallisille syöpymisille. Tämä menetelmä on yhteydessä raaka-aineen valintaan, jonka on tällöin oltava laadultaan sellaista, että se sisältää ainoastaan taloudellisesti helposti saatavissa olevia aineita, minkä lisäksi sen on oltava laadultaan sellaista, että mineraalivilla voidaan valmistaa mineraalivillan perinteisissä kehruuyksiköissä, joita käytetään perinteisessä mineraalivillan, erityisesti kivivillan ja lasivillan valmistuksessa.

Keksintö on, kuten yllä mainittiin, syntynyt huolellisten ja laajojen kokeiden tuloksena, joten sillä on ensisijaisesti empiirinen perusta, joskin ongelman ratkaisemiseksi tutkittujen menetelmien valinta on perustunut monenlaisiin teoreettisiin harkintoihin.

Keksinnön kohteena on siis menetelmä mineraalivillan valmistamiseksi, joka on tarkoitettu käytettäväksi alkaalisessa ympäristössä, sulattamalla lähtöaine, kuiduttamalla sulate sekä jäähdyttämällä kuidut sen jälkeen.

Keksinnön mukaisesti käytetään lähtöaineena materiaalia tai materi-aaliseosta, johon oliviini sisältyy pääasiallisena aineosana, minkä ohella muut siihen sisältyvät aineosat ovat sen laatuisia ja esiintyvät sellaisin määrin, että kokonaissulatteessa saadaan seuraava analyyttinen koostumus:

SiC>2 40-60 paino-% A1203 1-15

CaO 1-6 "

MgO 30-45

Fe-oksidit 1-8

Alkalioksidit maks. 2 "

Muut oksidit maks. 2 " 4 611 79

Kokeissa on edelleen käynyt ilmi, että parhaat tulokset saavutetaan, jos vaihtelualueiden yllä mainittuja raja-arvoja ei käytetä täydessä laajuudessa, vaan nämä raja-arvot pidetään seuraavien ahtaampien rajojen puitteissa:

SiC>2 42-48 paino-% A1203 10-15

CaO 4-6

MgO 30-35

Fe-oksidit 2-4 "

Alkalioksidit maks. 1 "

Muut oksidit maks. 1 "

Valmistetun mineraalivillan koostumus muodostuu tietysti suurin piirtein, joskaan ei täysin samaksi kuin raaka-aineiden koostumus. Tässä kyseessä olevan tarkoituksen kohdalla voidaan kuitenkin liki-määrin sanoa, että mineraalivillan koostumus ja raaka-aineiden koostumus ovat identtiset.

Saatavissa olevien luonnollisten mineraalien tutkimus on nyt osoittanut, että on olemassa taloudellisesti saatavissa oleva mineraali, joka vastaa yllä esitettyä määritelmää, nimittäin oliviini. Keksinnön kohteena onkin muun muassa oliviinin käyttö joko pelkästään tai tietyissä alempana lähemmin esitetyissä koostumuksissa lähtöaineena sellaisen mineraalivillan valmistuksessa, jota käytetään häiritsevän voimakkaissa emäksisissä ympäristöolosuhteissa. Oliviinilla on todettu olevan varsin erinomaiset ominaisuudet tässä käsitellyissä suhteissa, ja tämä pitää paikkansa, käytettiinpä oliviinia oleellisena aineosanaan sisältävää koostumusta tai pelkästään oliviinia.

Oliviini muodostaa magnesiumsilikaatin, johon kuitenkin sisältyy koko joukko muita yhdisteitä. Oliviinia voidaan niin ollen käyttää esillä olevan keksinnön tarkoituksiin ilman lisäaineita, mutta huomattavasti paljon parempi lähtöaine ja siitä johtuen huomattavasti paljon parempi mineraalivilla voidaan saada, jos oliviinia sekoitetaan poltettuun tai polttamattomaan savimineraaliin, esim. samottiin ja/tai hiekkaan tai hiekkakiveen ja/tai dolomiittiin. Useita tällaisia lisäaineita voi niin ollen samanaikaisesti esiintyä koostumuksessa yhdessä oliviinin kanssa.

Jos oliviinia käytetään pelkästään yhdessä savimineraalin esim.

5 61179

Samotin kanssa, saa savimineraalia olla korkeintaan 40 paino-% koko-naisraaka-ainekoostumuksesta. Jos oliviinin ohella ei käytetä ainoastaan savimineraalia vaan myös kvartsihiekkaa ja/tai hiekkakiveä, saa savimineraalia olla korkeintaan 35 paino-% ja kvartsihiekkaa tai hiekkakiveä korkeintaan 40 paino-% kokonaiskoostumuksesta. Oli-viinia voidaan myös sekoittaa dolomiittiin, jolloin dolomiitin määrä saa olla korkeintaan 20 paino-% koostumuksen kokonaispainosta.

Yllä olevasta käy ilmi, että dolomiitti ja savimineraali voivat kokonaan tai osaksi korvata toisensa, jolloin savimineraalin määrä kuitenkin saa olla korkeintaan 35 paino-% koostumuksen kokonaispainosta. Käytettävien savimineraalien tulee sopivasti sisältää korkeintaan 40 paino-% A^O^a. Savimineraalit voivat olla poltettuja tai polt-tamattomia ja, kuten mainittiin, ne voivat edullisesti olla Samottia, esim. Samottitiiliromua, joka on erittäin huokea aine.

Esillä olevaan keksintöön johtaneissa kokeissa on esimerkiksi käynyt i ilmi, että erittäin hyvä mineraalivilla voidaan saada käyttämällä lähtöaineena seuraavaa yksinkertaista koostumusta:

Oliviini 60 paino-%

Samotti 40 "

M

Samotin A^O^-pitoisuus saa tällöin olla korkeintaan 35 paino-%. Hyviin tuloksiin voidaan myös päästä käyttämällä 90 paino-% edellä mainittua koostumusta sekoitettuna 10 paino-%:iin dolomiittia. Ilmoitettujen määrien vaihtelumahdollisuudet ovat kuitenkin melko suuret.

Esillä olevan keksinnön mukaiseen kivivillan valmistukseen käytettävän laitteiston suhteen pätee periaatteessa se, että voidaan käyttää sinänsä tunnettua, perinteisen mineraalivillan valmistukseen käytettävää sulatusuunia, edullisesti joko kuilu-uunia tai sähköuunia, ja sinänsä tunnettua kehruulaitetta. Kuitenkin on havaittu, että mineraalivilla saa jossain määrin erilaisia ominaisuuksia kehruu-yksikön laadusta riippuen, vaikka lähtöaine olisikin yksi ja sama.

Alan ammattimies pystyy kuitenkin esillä olevan keksinnön sisällön tuntiessaan kokeellisesti saamaan selville lähtöainekoostumuksen sopivimman kokoonpanon yllä mainittujen raja-arvojen puitteissa kulloinkin käytettävälle erityiselle laitteistolle. Tämä pätee 61179 sekä sulatteen valmistukseen käytettävään laitteistoon että sen kehruuseen, jäähdytykseen ja kokoamiseen käytettävään laitteistoon.

Jos sulatteen valmistukseen käytetään kuilu-uunia, on havaittu sopivaksi käyttää karkeakappaleista ainetta, joka on esim. ns. nyrkki-kokoa. Koska oliviini on luonnossa esiintyvä kivilaji, ei tämän aineen hankkiminen sopivassa kappalekoossa tuota mitään vaikeuksia, mutta savimineraalin hankkiminen sopivassa kappalekoossa voi sitä vastoin olla vaikeaa. Käytännössä ollaan sen tähden helposti riippuvaisia poltetun savimineraalin, esim. Samotin tai Samottitiiliro-mun käytöstä. Dolomiitti on samoin luonnossa esiintyvä kivilaji, jota on helposti saatavissa sopivassa kappalekoossa, kun piihiekka sitä vastoin on hienorakeista. Hiekkana käytetään sen tähden edullisesti hiekkakiveä, joka voidaan helposti jakaa sopivaan kappale-kokoon. Hiekan toinen sitomistapa on saven ja hiekan, saven ja dolomiitin tai hiekan, saven ja dolomiitin sekoituksen polttaminen.

Tämän polttamisen täytyy jatkua niin kauan, että syntyy kemiallinen sidos, minkä jälkeen sidottu aine jaetaan sopivaan kappalekokoon, jota seuraa seulonta. Seulonnassa erotettua ainetta voidaan tietysti käyttää uuteen polttoon.

Kehrätyn mineraalivillan kehruu ja kokoaminen voivat tapahtua millä tahansa perinteisellä tavalla. Tähän pätevät sen vuoksi suurin piirtein samat säännöt, jotka ammattimies jo hyvin tuntee esim. eristystakroituksiin käytettävän mineraalivillan perinteisen valmistuksen yhteydestä.

Esillä olevaan keksintöön päädyttäessä on myös määrätty saadun mineraalivillan kestävyys alkalien aiheuttamaa syöpymistä vastaan. Erittäin hyvä menetelmä tämän määrittämiseksi on DIN 52.322:n mukainen menetelmä. Tämän menetelmän mukaisesti mineraalivillaa uutetaan kolme tuntia 100°C:n lämpötilassa liuoksessa, joka koostuu kahdesta paino-osasta NaOH ja yhdestä paino-osasta Na2C03, minkä jälkeen määritetään painohäviö, joka ilmaisee alkalinkestävyyden. Paino-häviö voidaan tällöin ilmaista joko prosentteina tai milligrammoina/ kuutiodesimetri kuidun pintaa.

Seuraavassa selitetään tällaista koetta:

Sulate valmistettiin kuilu-uunissa, johon panostettiin seosta, jossa 7 61179 oli 60 paino-% oliviinia, 30 paino-% Samottia, jonka Al-^^-pitoisuus oli 35 %, sekä 10 paino-% dolomiittia sekä tarvittava määrä koksia palamisen ja sulamisen aikaansaamiseksi. Sulate kuidutettiin tavanomaisessa kehruuyksikössä, joka sisälsi neljä kaskadikytkettyä keh-ruupyörää. Samassa yksikössä ja samassa uunissa oli myös vertailun vuoksi valmistettu tavanomaista kivivillaa ja lasivillaa.

Yllä mainitulla tavalla suoritetussa kokeessa saatiin seuraavat tulokset:

Mineraalivillalaji Painohäviö uutettaessa 2

Paino-%:eina mg:oina/dm

Kaupallinen kivivilla 8,7 42,2

Kaupallinen lasivilla 42,5 273,8

Esillä olevan keksinnön mukainen mineraalivilla 2,2 7,5 Tämä vertailu osoittaa, että kaupallisen lasivillan käyttö on varsin epäedullista erittäin suuresta syöpymisalttiudesta johtuen alkali-sessa ympäristössä. Tämähän oli lähes viisi kertaa suurempi kuin kaupallisen kivivillan kohdalla. Mutta kaupallisella kivivillalla-kin oli liian suuri taipumus syöpymiseen alkalisessa ympäristössä, eli pyöreästi neljä kertaa suurempi kuin esillä olevan keksinnön mukaisesti valmistetun mineraalivillan vastaava taipumus.

Claims (9)

1. Menetelmä mineraalivillan valmistamiseksi, joka on tarkoitettu käytettäväksi alkalisessa ympäristössä, sulattamalla lähtöaine, kuiduttamalla sulate ja sen jälkeen kokoamalla ne, tunnettu siitä, että lähtöaineena käytetään materiaalia tai materiaaliseosta, johon oliviini sisältyy pääasiallisena aineosana, minkä ohella muut siihen sisältyvät aineosat ovat sen laatuisia ja esiintyvät sellaisin määrin, että kokonaissulatteessa saadaan seuraava analyyttinen koostumus: SiC>2 40-60 paino-% Al203 1-15 CaO 1-6 MgO 30-45 Fe-oksidit 1-8 " Alkalioksidit maks. 2 " Muut oksidit maks. 2 "

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lähtöaineena käytetään ainetta tai ainekoostumusta, jolla on seuraava analyyttinen koostumus: SiC>2 42-48 paino-% A1203 10-15 CaO 4-6 MgO 30-35 Fe-oksidit maks. 1 " Muut oksidit maks. 1 "

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lähtöaine sisältää korkeintaan 40 paino-% poltettua tai polttamatonta savimineraalia, esim. samottia, joka sisältää korkeintaan 40 paino-% Al203:a.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lähtöaine sisältää korkeintaan 35 paino-% poltettua tai polttamatonta savimineraalia, esim. samottia, joka sisältää korkeintaan 40 paino-% Al203:a, sekä lisäyksenä siihen korkeintaan 40 paino- % piihiekkaa tai hiekkakiveä. , „v·'

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lähtöaine sisältää korkeintaan 20 paino-% 9 61179 dolomiittia sekä korkeintaan 35 paino-% poltettua tai polttamatonta savimineraalia, edullisesti samottia.

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lähtöaine sisältää pääasiassa 60 paino-% oliviinia, 30 paino-% samottia, jonka A^O^-pitoisuus on korkeintaan 35 %, sekä 10 paino-% dolomiittia.

7. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, jossa lähtöaine sulatetaan kuilu-uunissa sekä kuidutetaan sen jälkeen, tunnettu siitä, että lähtöaine syötetään kuilu-uuniin karkeiden, esim. nyrkinkokoisten kappaleiden muodossa.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä yhdistettynä johonkin patenttivaatimukseen 3-6, tunnettu siitä, että savimineraali mahdolliesti yhdessä piihiekan ja/tai dolomiitin kanssa kuumennetaan ennen panostusta keraamiseen konsistenssiin, jolloin tapahtuu sitoutuminen, ja murskataan karkeiksi kappaleiksi.

8 61179

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että murskattu, keraamisesti sidottu savimineraali siivilöidään ennen panostusta murskauksen aikana hienorakeiseksi muodostuneen osan poistamiseksi siitä.