FI95445C - Menetelmä keernojen ja muottien valmistuksessa käytettävän alkalisilikaattisideaineen valmistamiseksi - Google Patents

Description

95-445

Menetelmä keemojen ja muottien valmistuksessa käytettävän alkalisilikaattisideaineen valmistamiseksi Förfarande för tillverkning av alkalisilikatbindemedel för 5 användning vid tillverkning av kämor och formar 10 Keksinnön kohteena on menetelmä keemojen ja muottien valmistuksessa käytettävän alkalisilikaattisideaineen valmistamiseksi.

Keemojen ja muottien valmistuksessa käytetään yleisesti epäorgaanisia sideaineita. Näiden sideaineiden valmistuksessa tunnetaan ennestään useita eri menetel-15 miä, joista parhaiten tunnettuna ja edelleenkin yleisesti käytössä olevana on ns. vesilasimenetelmä. Vesilasia (Na20 x n Sip , jossa n on suurempi kuin 1) valmistetaan soodan (natriumkarbonaatti; Na2C03) ja kvartsihiekan (piidioksidi; Si02) seosta sulattamalla korkeassa lämpötilassa. Tuloksena tästä saadaan amorfinen lasi. Saatu amorfinen lasi liuotetaan paineena!aisena kuumentaen 20 yleensä noin 5-10 keltaiseen vesimäärään, jolloin tuloksena on osittain hydro-·; lysoitunut jäykkäjuoksuinen vesilasiliuos. Tätä vesilasiliuosta käytetään yleisesti tunnetusti sideaineena ja vesilasin moolisuhde voi yleensä vaihdella välillä 1,7- 3,3. Myös vesilasiliuoksen viskositeettia voidaan muutella käyttötarpeen mukaan.

25 Vesilasin reaktioyhtälö:

1400 °C

1. vaihe nSi02 + Na^Oj -------------> Na^ x nSi02 + C02 piidioksidi sooda amorfinen lasi hiilidioksidi

6 bar/160 °C

2. vaihe Na20 x n Si02 + H20------------------> Vesilasiliuos amorfinen lasi 2 95^45

Vesilasin valmistusta ja käyttöä on yksityiskohtaisesti selostettu mm. kirjassa: "Valimotekniikka 2"; E. Autere, Y. Ingman, P. Tennilä, sivulta 152 alkaen.

Kuten edellä kuvatusta vesilasin reaktioyhtälöstä voidaan havaita, on vesilasili-5 uoksen valmistus suurta energiamäärää ja painetta vaativa monimutkainen suurteollisuusprosessi. Soodan ja kvartsihiekan sulatuksessa joudutaan käyttämään korkeaa, 1400 °C olevaa lämpötilaa ja puolestaan amorfisen lasin liuottamisessa veteen joudutaan käyttämään suuruusluokkaa 6 baria olevaa painetta ja 160 °C:n 10 lämpötilaa. Tällaisen prosessin toteuttaminen esimerkiksi keernoja käyttävässä tuotantolaitoksessa on taloudellisesti täysin kannattamatonta.

Nyt esillä olevan keksinnön päämääränä on saada aikaan uudenlainen menetelmä keernojen ja muottien valmistuksessa käytettävän alkalisilikaattisideaineen 15 valmistamiseksi, joka menetelmä tuo nykyisin käytössä oleviin menetelmiin nähden mukanaan olennaisen parannuksen. Tähän päämäärään pääsemiseksi on keksinnön mukaiselle menetelmälle pääasiassa tunnusomaista se, että menetelmässä käytetään raaka-aineina alkalihydroksidia, vettä ja amorfista hienojakoista piidioksidituhkaa siten, että ensin liuotetaan tarvittava alkalihydroksidimäärä 20 veteen voimakkaasti alkalisen ja eksotermisestä reaktiosta johtuen kuuman alkalihydroksidiliuoksen aikaansaamiseksi ja muodostettuun alkalihydroksidili-• uokseen lisätään amorfista hienojakoista piidioksidituhkaa seosta koko ajan sekoittaen ja annetaan piidioksidituhkan reagoida alkalihydroksidiliuoksen kanssa alkalisilikaattisideaineeksi.

25

Keksinnöllä saadaan aikaan tunnettuun tekniikkaan nähden useita merkittäviä - '· etuja, joista voidaan tässä yhteydessä tuoda esiin seuraavat. Keksinnön mukainen valmistusprosessi mahdollistaa alkalisilikaattisideaineen valmistuksen yleisesti tunnetuista raaka-aineista ja teollisuusjätteistä taloudellisesti kannattavalla 30 tavalla. Sideainetta voidaan yksinkertaisesti valmistaa pieninä tai suurina määrinä, jolloin keksinnön mukainen valmistusprosessi soveltuu käytettäväksi myös keernoja käyttävässä tuotantolaitoksessa taloudellisesti kannattavana prosessina.

I! 95^4 b 3

Vaikka alkalisilikaattisideaineen raaka-aineina käytetään jopa teollisuusjätteitä, saadaan lopputuotteena kaikesta huolimatta keernojen ja muottien valmistukseen riittävän puhdasta alkalisilikaattisideainetta. Valmistusprosessi on helposti hallittava ja vaadittava laitteisto yksinkertainen, sillä prosessissa tarvittavat 5 laitteet ovat pelkästään sekoitusastia ja sekoitin. Valmistuksessa ei myöskään tarvita korotettua painetta, eikä prosessiin tarvitse tuoda lämpöä prosessin ulkopuolelta. Energiatalouden kannalta on keksinnön mukainen valmistusprosessi näin ollen merkittävästi parempi kuin aiemmin käytetty vesilasin valmistusmenetelmä. Keksinnön muut edut ja ominaispiirteet käyvät yksityiskohtaisemmin 10 esille jäljempänä seuraavasta keksinnön yksityiskohtaisesta selostuksesta.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä alkalisilikaattisideaineen valmistamiseksi käytetään raaka-aineina alkalihydroksidia, vettä ja hienojajakoista amorfista piidioksidituhkaa. Menetelmässä käytetty alkalihydroksidi on edullisimmin 15 natrium- tai kaliumhydroksidia. Piidioksidituhka puolestaan voi olla ferropii-prosessissa jätteenä syntyvää tuhkaa, kuten lentotuhkaa, tai muuta epäpuhdasta amorfista ja hienojakoista piidioksidia.

Keksinnön mukainen valmistusprosessi etenee siten, että ensin liuotetaan haluttu 20 määrä alkalihydroksidia tarvittavaan vesimäärään. Tämä reaktio on voimakkaasti eksoterminen ja reaktiotuloksena saadaan kuuma alkalihydroksidiliuos. Tähän kuumaan liuokseen lisätään amorfinen ja hienojakoinen piidioksidituhka liuosta koko ajan sekoittaen. Liuos on voimakkaasti alkalista ja eksotermisestä reaktiosta johtuen on liuoksen lämpötila yleensä yli 80 °C, jolloin tästä liuoksen voimak-25 kaasta alkalisuudesta ja liuoksen lämpötilasta johtuen piidioksidituhka reagoi edellä mainitun alkalihydroksidiliuoksen kanssa. Piidioksidituhka reagoi alkali-·* hydroksidiliuoksen kanssa alkalisilikaatiksi ja kun reaktio on käynyt loppuun, eli kun kaikki liuokseen lisätty tuhka on reagoinut alkalisilikaatiksi, saadaan reaktiotuotteena alkalisilikaattisideainetta.

Syntyvän alkalisilikaattisideaineen koostumuksessa voidaan piidioksidin ja alkalimetallioksidin moolisuhde määrätä halutuksi ja käyttötarkoituksesta 30 4 $5^46 riippuen on tämä moolisuhde edullisesti välillä 0,5-4,0. Myös viskositeetti ja konsentraatio voidaan alkalisilikaattisideaineen valmistusprosessissa syntyvässä reaktiotuotteessa määrätä halutuksi. Täten voidaan sideaineen ominaisuuksia muutella halutulla tavalla eri käyttötarkoituksia varten.

5

Valmistusprosessissa syntynyttä alkalisilikaattisideainetta voidaan käyttää keerno-jen ja muottien valmistuksessa sideaineena vastaavalla tavalla kuin yleisesti tunnettuja epäorgaanisia sideaineita. Itse valmistusprosessi sekä prosessissa tarvittavat laitteet ovat yksinkertaisia, sillä muita laitteita ei tarvita kuin sekoi-10 tusastia ja sekoitin. Valmistusprosessissa ei myöskään tarvitse käyttää korotettua painetta, eikä valmistusprosessiin tarvitse tuoda lämpöä prosessin ulkopuolelta. Prosessin paine on normaali ympäristön paine ja prosessin lämpötila on yleensä yli 80 °C. Tämäkin lämpötila johtuu itse reaktion eksotermisyydestä.

15 Edellä on keksintöä selitetty esimerkinomaisesti viitaten sen yhteen edulliseen toteuttamismuotoon. Keksintöä ei kuitenkaan ole rajoitettu koskemaan pelkästään selitettyä toteutusmuotoa, vaan keksintö voi vaihdella oheisissa patenttivaatimuksissa määritellyn keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

20

Claims (6)

95Mb

1. Menetelmä keernojen ja muottien valmistuksessa käytettävän alkalisilikaat-tisideaineen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että menetelmässä käytetään 5 raaka-aineina alkalihydroksidia, vettä ja amorfista hienojakoista piidioksidituhkaa siten, että ensin liuotetaan tarvittava alkalihydroksidimäärä veteen voimakkaasti alkalisen ja eksotermisestä reaktiosta johtuen kuuman alkalihydroksidiliuoksen aikaansaamiseksi ja muodostettuun alkalihydroksidiliuokseen lisätään amorfista hienojakoista piidioksidituhkaa seosta koko ajan sekoittaen ja annetaan piidioksi-10 dituhkan reagoida alkalihydroksidiliuoksen kanssa alkalisilikaattisideaineeksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä käytetty piidioksidituhka on ferropiiprosessissa jätteenä syntyvää tai muuta vastaavaa epäpuhdasta amorfista ja hienojakoista piidioksidituhkaa. 15

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä käytetty alkalihydroksidi on natrium- tai kaliumhydroksidia.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu 20 siitä, että menetelmässä syntyvässä reaktiotuotteessa säädetään piidioksidin ja alkalimetallioksidin moolisuhde halutuksi, edullisesti siten, että moolisuhde on välillä 0,5-4,0.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu 25 siitä, että menetelmässä syntyvän reaktiotuotteen viskositeetti ja konsentraatio määrätään käyttötarkoituksen mukaisesti halutuksi.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä suoritetaan ympäristön paineessa ja prosessissa syntyvässä 30 reaktiolämmössä. 95^46