NO120852B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte til granulering av pulverformet materiale omfattende karbonater av jordalkalimetaller og/eller magnesium.

Foreliggende oppfinnelse angår granulering av pulverformet materiale omfattende karbonater av jordalkali og/eller magnesium og særlig av kalksten og/eller dolomitt, slik som man finner det i materialer som forst og fremst er bestemt for glass- og keramikkindustrien.

Man vet at det er fordelaktig å bringe disse pulverformede materialer som har en forskjellig kornstorrelse til en granulert tilstand med betydelige dimensjoner, f.eks. på ca. 2 til 20 mm, for de innfores i glass-smelteovnene eller ovner for brenning av keramiske materialer eller ildfaste materialer.

En av de viktige fordeler som denne teknikk skaffer, er at lagringen og håndteringen lettes bg det motvirker dannelse av stov og segregering av blandingens bestanddeler. Enkelte er også av den oppfatning at granulering av chargen til glassverk er mid-del til å begunstige bearbeidelsen og raffineringen av glasset i smelteovnen.

Det skal forståes at uttrykket "granulering" her ikke bare betegner overforingen av den pulverformede blanding til granulater med en omtrent sfærisk form ved behandling av materialet i et kar eller en roterende trommel, men også fremstilling av granulater f.eks. sylindriske, ved pressing av det forste fuktige materialet, gjennom en trådtrekkingsdyse eller også ved sammenpressing av materialet i en form for dannelse av piller, tabletter, briketter, etc.

Foreliggende oppfinnelse går ut på å skaffe en fremgangsmåte til granulering av pulverformet materiale som omfatter kalksten og/eller dolomitt, hvilken forer til granulater, briketter, kuler, etc., som har folgende karakteristikk: a) Stor mekanisk motstandsevne i kulden, og som tillater lagring, transport og behandling uten spesiell forholdsregel. b) God motstandsevne mot slitasje for at det ikke skal finne sted stovdannelse i storre mengder under behandlingen. c) Bevaring av en tilstrekkelig motstandsevne mot avslitning og knusing, helt til temperaturer på en størrelsesorden

av 400° til 600°C for å tillate en oppvarming av granulatene i vanlige anordninger uten segregering eller forstovning, og uten at granulatene skal briste under denne forvarmingen.

Et annet formål med foreliggende oppfinnelse er å mulig-gjøre fremstilling av granulater som har disse kvaliteter, uten tilsetning av unyttige fremmede stoffer eller uonskede stoffer som bindemidler.

Fremgangsmåten ifolge foreliggende oppfinnelse er karakterisert ved at det pulverformede materialet som omfatter karbonater av jordalkalier og/eller magnesium, granuleres etter tilsetning av vann og alkalihydroksyd, idet de således dannede granulater deretter underkastes en oppvarming til en temperatur og i en varighet som er tilstrekkelig til å fremkalle reaksjonen mellom alkalihydroksydet og jordalkalikarbonatene og/eller magnesium som er tilstede.

Hyppigst anvendes som alkalihydroksyd kaustisk soda.

Man vet at den reaksjon som finner sted i fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen forer til dannelse av alkalikarbonater og hydroksyder av jordalkali eller magnesium ifolge den ligning som er vist i det folgende for det tilfelle at det anvendes kaustisk soda og CaCO^:

Det er nu funnet at reaksjonen mellom alkalihydroksyd og karbonatene av jordalkali og/eller magnesium i betydelig grad oker den mekaniske motstandsevne for granulatene og gir dem de onskede kvaliteter som er nevnt i det foregående.

Man vet at for å granulere pulverformede materialer i en roterende trommel ved passering gjennom en trådtrekkingsdyse etc, er det hensiktsmessig å tilsette disse materialer en viss mengde vann, eller annen væske for å oppnå en pasta som har en gunstig plastisitet for granulering. Generelt mener man at den totale mengde væskefase i granuleringsbyeblikket skal være av en stør-relsesorden på 6 - 14 i°.

Når granulatene er dannet, underkastes disse, ifolge oppfinnelsen, en oppvarming som er bestemt til å påskynde reaksjonen mellom kaustisk soda og karbonatene av jordalkali. Denne reaksjon, som er meget langsom i kulde, foregår allerede med en tilfredsstillende hastighet fra temperaturer på en størrelses-orden av 70° - 80°C, men i praksis foretrekkes det å varme granulatene progressivt opp til 100° til 110°C. I dette tilfelle drar man ikke bare fordel av en hby reaksjonshastighet, men man elimi-nerer også vann fra granulatene hvilket tillater at disse kan underkastes, uten spesielle forholdsregler, forvarming eller innfore dem direkte i en ovn ved hby temperatur, hvilket ikke ville være mulig hvis det i granulatene var tilbake en særlig mengde vann som ved partiell fordampning ville få granulatene til å sprin-ge istykker.

Tilsetning av vann og kaustisk soda til de pulverformede materialer som skal granuleres, kan utfores samtidig eller separat og i en hvilken som helst rekkefolge. Således kan man forst fukte det pulverformede materialet med vann for å oppnå en passe konsi-stens, og'bare tilsette kaustisk soda i granulatbren. Man kan og-så innfore kaustisk soda i en forblandingsanordning for granulatbren. Kaustisk soda kan innfores i form av lut av enhver bnsket konsentrasjon, eventuelt varra, som er "blandbar med den endelige sammensetning av de onskede granulater. Særlig kan luten av kaus-

tisk soda medfore den totale mengde vann som skal til for fuktning-

en, og/eller den totale mengde Na20 i blandingen.

Det er nu funnet at alt etter den temperatur ved hvilken granuleringen utfores, f.eks. 20°, 40° eller 60°C, kan det alle-

rede dannes en viss mengde kalk og hydratisert magnesiumoksyd etter kontakten mellom kaustisk soda og kalksten eller dolomitt.

Dette fenomen kan med tiden medfore risiko for stivning av hele

chargen som granuleres, fremfor alt når kornfordelingen i form av det pulverformede materialet, er særlig fin, og innholdet av kaus-

tisk soda er særlig hbyt. Det er i dette tilfelle hensiktsmessig å underkaste materialet en granulering straks etter forblandingen.

I det omvendte tilfellet kan, hvis så onskes, sorges for en lagring

av det fuktede pulverformede materialet. Reaksjonen mellom kaustisk soda og karbonatene av kalk og magnesiumoksyd, er da for svak til å bevare den gunstige tilstand ved granuleringen og hindrer ikke at denne reaksjon folger etter granuleringen.

Reaksjonsgraden etter granulering og uten oppvarming

oker med tiden, men denne bkning forblir svak ved temperaturer som ligger under 40° eller 50°C. Det er imidlertid nodvendig å frem-

kalle hurtig dannelse av kalk og magnesiumoksyd som er hydratisert ved okning av temperaturen etter granuleringen. Granulatene opp-

når da hurtig en stor motstandsevne mot knusning og blir lette å

lagre uten risiko for at massen skal stivne. Man unngår videre på denne måte en partiell karbonatisering av kaustisk soda, som i det motsatte tilfellet kunne foregå under et forlenget opphold av granulatene i friluft.

I de folgende eksempler legges vekten på den mekaniske motstand for granulatene mot knusning,på deres motstandsevne mot avslitning, samt på deres evne til lagring.

Provene på dette gjores på folgende måte:

1. Med hensyn til den mekaniske motstandsevne for granulatene mot knusning, måles i kilo den vekt som et granulat tåler når det er anbragt mellom to stålplater.

2. Målingen av motstandsevnen mot slitning utfores ved

å dreie en ladning på 100 g granulater i et skovlhjul på 150 mm's diameter i en halv time med en hastighet på 20 omdr./minutt, og

måle den fremkalte mengde stov. Dette er en prove med så sterke påkjenninger at det representerer ekstreme tilstander som ikke gjenfinnes i praksis i glassverk. 3. Granulatenes evne til lagring bestemmes ved å la granulatene oppholde seg i en atmosfære ved 30°C med en fuktig-hetsgrad på 80 $. Man måler vektøkningen i prosent for en lag-ringsvarighet av en størrelsesorden på f.eks. 1 til 6 uker.

Eksempel 1

Det skal fremstilles et glass hvis kjemiske sammensetning er folgende:

Ifolge vanlige fremgangsmåter sammensettes den ladning som skal bringes inn i ovnen, f.eks. på folgende måte:

men, ifolge oppfinnelsen, erstattes de to siste bestanddeler, dvs. disse som omfatter natriumoksyd, med kaustisk soda i en mengde som er angitt i tabell I. Denne tabell viser likeledes de nøyak-tige mengder vann eller lut av kaustisk soda som innfores i blandingen, dvs. for granulatbren, eller i selve granulatoren samt konsentrasjon av den anvendte lut. Disse driftsbetingelser er som det sees meget forskjellige med hensyn til den mengde av alkali-salt som erstattes av kaustisk soda, og med hensyn til innforings-måtene for denne kaustisk soda.

Kornstorrelsen for sanden og for de andre fbrste pulverformede materialer er mindre enn en millimeter med en stor del (ca. 80 fo) mindre enn 0,5 millimeter. Granulatene som kommer ut av granulatoren og som har en diameter på 10 mm, bringes like til en temperatur på 100° til 110°C for å fremkalle reaksjonen mellom natriumhydroksyd og karbonatene av jordalkali. Disse granulater får da en god mekanisk motstandsevne. Således får f.eks. granulater fra prbven (a) og som bare hadde en motstandsevne mot knusning på en kilo ved utgangen av granuleringen, utfort ved 20°C, en motstandsevne som er storre enn 26 kg etter oppvarming til 110°C. På samme måte får granulater (b), som bare ved utgangen av granulatoren hadde en motstand på 1 til 5 kg, en motstandsevne på mer enn 27 kg etter oppvarming til 110°C.

Det skal bemerkes at denne mekaniske motstandsevne be-vares i tilstrekkelig grad under den endelige oppvarming av granulatene som går forut for deres anvendelse i en glass-smelteovn. Således har granulatene (a) fremdeles en motstand på 10 kg ved 400°C og granulatene (b) 13 kg.

Forovrig er motstanden mot slitning likeledes tilfredsstillende, dvs. etter en oppvarming til 110°C gir granulatene (a) bare 15 i° og granulatene (b) bare 9 i° stov i den kraftige slitasje-prove som er nevnt i det foregående.

Eksempel 2

Det skal fremstilles et glass som har folgende kjemiske sammensetning:

For å fremstille et slikt glass, skal den konvensjonelle charge ha folgende sammensetning: men, ifolge foreliggende oppfinnelse erstattes natriumsulfatet og natriumkarbonatet totalt eller delvis av kaustisk soda. Granuleringen utfores som i foregående eksempel ved 20°C, og innforel-sesmåten for de forskjellige materialer er angitt i tabell II. For å tillate en erstatning på 100 $ med kaustisk soda, må i visse tilfeller, en lut med en konsentrasjon på over 50 $, pulveriseres i granulatoren. I praksis er det benyttet en lut på 70 $. Motstandsevnen mot knusning for de erholdte granulater i denne tilstand samt deres motstandsevne mot slitasje, er sammenlignbare med det som ble oppnådd for granulatene fra eksempel 1.

Eksempel 3

I dette eksempel utfores granuleringen ikke i en roterende granulator, men i en trådtrekkingsdyse. Chargen har folgende sammensetning: 65 i» av NagO tilfores i form av kaustisk sodalut. Det er hensiktsmessig, for å unngå risikoen av at massen skal stivne,

å utfore granuleringen umiddelbart etter blanding av chargen med kaustisk sodalut, eller man kan likeledes i oyeblikket for forblandingen bare innfore halvparten av kaustisk sodalut og den annen halvpart blir da tilfort umiddelbart for passasjen gjennom tråddysen, hvis det skal forekomme en forlenget lagring, f.eks. på noen timer, av en eller annen grunn, mellom forblandingen og granuleringen.

Trådtrekkingsdysen gir sylindre på 10 mm i diameter som kuttes i 20 mm's lengder, hvilke deretter ifolge foreliggende oppfinnelse bringes til en temperatur på 100° til 110°C. Motstandsevnen mot knusning for disse sylindre målt alt etter diameteren samt motstandsevnen mot slitasje, er angitt i tabell III.

Man ser at den mekaniske karakteristikk for de erholdte granulater i de forskjellige eksempler tillater at de forvarmes, f.eks. til 400°C, med det formål å oke utbyttet i smelteovnen, det være seg ved varmebidrag (med gjenvinning av tapt varme), eller ved forutgående frigjbring ved innfbring i ovnen av en del av den gass som inneholdes i chargen, som f.eks. karbondioksyd fra karbonatene.

Det er nu fastslått særlig at hvis denne forvarming utfores i et vertikalt rom eller på en rist ved kontinuerlig forskyv-ning i en stråleovn, er slitningsmengden liten, og at det derav ikke resulterer noen som helst uheldig heterogenitet i det smeltede glass. Fremgangsmåten ifolge foreliggende oppfinnelse er således særlig egnet til å gi granulater, som ved hjelp av de vanlige opp-varmingsanordninger gir betydelig bkning av utbyttet i smelteovnene.

Generelt er lagringsevnen for produktet utmerket og av samme stbrrelsesorden som for en tradisjonell pulverformet glass-sammensetning med 4 i° fuktighet. På diagrammet er avsatt som ordi-nat prosent vektbkning (R $) som funksjon av lagringstiden J som dager, avsatt på abscissen. På dette diagram representerer kurvene A og B, som ligger nær hverandre, respektivt vektøkningen som finner sted i et granulat fremstilt ifolge foreliggende oppfinnelse,

og for en tradisjonell pulverformet glass-sammensetning. For sam-menlignings skyld er det vist på samme diagram en kurve C som viser vektøkningen for en pulverformet glass-sammensetning (ikke granulert), hvori en del av natriumkarbonatet har vært erstattet med kaustisk soda. Man ser at i dette tilfelle er lagringsevnen langt mindre god, idet vektøkningen kan utgjore 5 % i lbpet av en uke og 10 i» i lbpet av 4 uker. På diagrammet vises også som kurve D, vekt-økningene som forekommer for granulater fremstilt med det samme materialet som i tilfellet på kurven A, dvs. i nærvær av kaustisk soda, men uten å utfore den karakteristiske oppvarming ifolge oppfinnelsen som er bestemt til å påskynde herdningen av granulatene.

Man ser at granulatene som er fremstilt ifolge fremgangsmåten ifolge foreliggende oppfinnelse er særlig egnet til transport og lagring. De gir bare anledning til dannelse av en liten mengde bruddstykker hvilket er gunstig for en bkonomisk utøvelse..

Forbvrig kan det bemerkes at hvis granuleringen er inn-skutt i en kontinuerlig fabrikasjonskjede, blir granulatene ikke lagret, og i dette tilfelle kan oppvarmingen til 100°C utgjøres av. begynnelsen av foroppvarmingen uten at man behover å adskille de to funksjoner.

Det er imidlertid hensiktsmessig, i det generelle tilfelle , å begrense såvidt mulig innholdet av karbonholdig gass i de gasser som tjener til foroppvarming av granulatene hvis disse ikke igjen skal underkastes en kjemisk reaksjon mellom kaustisk soda og jordalkalikarbonatene. Ved å gjore dette, unngår man en altfor stor karbonisering fra kaustisk soda på granulatenes over-flate, hvilket nedsetter deres motstandsevne mot slitning og ikke lenger vil tillate reaksjonen for dannelse av jordalkalihydroksyder i denne sone ved hjelp av karbonatisert soda.

I visse tilfeller kan imidlertid en svak karbonisering av kaustisk sodaen være gunstig på overflaten. Hvis innholdet av kaustisk soda er hoyere enn den mengde av dette materialet som kan reagere med jordalkalikarbonater som er tilstede i chargen, blir det tilbake en viss mengde fri soda i granulatene. Dette kan fore til en mindre god bevaring av granulatene i en forlenget lagring, og i dette tilfelle er det derimot fordelaktig å sikre dan-nelsen av et beskyttende lag av karbonater ved å sette granulatene i kontakt med rokgasser eller ganske enkelt med omgivende luft.

Eksempel 4

I det foregående er det vist hvorledes man kan utove oppfinnelsen for fremstilling av glass-charger som er granulert og som inneholder alle de nodvendige elementer for smelting av glass.

Oppfinnelsen kan imidlertid også like godt anvendes for granulering av pulverformede materialer som er bestemt til å innfores i glass-smelteovner, men som ikke inneholder alle de elementer som er nodvendige for dannelse av glass. Ved utnyttelse av dolomitt- eller kalkbrudd f.eks., er man ofte belemret av de store mengder fine partikler som oppstår i stenbrudd. Dette stov byr i alminnelighet på vanskeligheter ved behandling og har bare dårlige kommersielle markeder.

Det er nu fastslått at det er mulig takket være foreliggende oppfinnelse å omdanne dette stov til granulater og på grunn av dette okes deres markedsverdi betydelig samtidig med markedet for dette.

For dette formål tilsettes stovet en viss mengde kaustisk soda (eller pottaske) samt den vannmengde som er nockrendig for gra-

mileringen, og som i praksis representerer, som nevnt tidligere,

6 til 14 i° av totalen.

Hvis granulatene er bestemt for formål hvor de alkaliske

ioner anvendes som f.eks. når det dreier seg om matning av en glassovn, kan man innfore den mengde alkalisk hydroksyd som be-

dommes som gunstig. Denne mengde varierer alt etter det geogra-

fiske forhold.

Hvis til gjengjeld granulatene er bestemt til anvendelser

hvor de alkaliske ioner er uten interesse, er det grunn til å be-

grense innholdet av alkaliske hydroksyder til et minimum, og dette minimum befinner seg omkring 5 i».

Ved en fremstilling av granulater ved å gå ut fra fine materialer av kalk og dolomitt, bestemt til matning av en glass-smelteovn, har man også granulert disse fine materialer ved ekstru-dering av en charge av dette materiale tilsatt 12 vektprosent natriumhydroksyd, innfort i form av en lut på 50 i°.

De granulater som kommer ut fra tråddysen har en dia-

meter på 2 mm, hvilket tilsvarer den vanlige storrelse for korn av kalk eller dolomitt i glass-sammensetninger. Disse granulater har vært oppvarmet til 110°C for de innfores i en glassovn.

I de foregående eksempler utgjores alkalihydroksydet av natriumhydroksyd, men det skal vel forståes at man kan erstatte dette helt eller delvis med kaliumhydroksyd.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte til granulering av pulverformet materiale, omfattende karbonater av.jordalkali og/eller magnesium for anvendelse som primært materiale i den keramiske industri eller glass-industrien, hvor de nevnte materialer i pulverform granuleres etter tilsetning av vann og alkalihydroksyd, karakterisert ved at de dannede granulater underkastes en oppvarming til 100

- 110°C i et tidsrom som er tilstrekkelig til å fremkalle reaksjon mellom alkalihydroksydet og karbonatene av jordalkali og/eller magnesium som er tilstede.

2. Fremgangsmåte ifolge krav 1, karakterisert ved folgende trekk, enkeltvis eller i kombinasjon:' a) • de pulverformede materialer består av kalk og/eller dolomitt, b) alkalihydroksydet utgjores av kaustisk soda, c) fuktingen av det pulverformede materiale foretas enten med vann hvorved kaustisk soda må tilsettes separat eller den foretas helt eller delvis ved hjelp av en kaustisk.soda-opplos-ning som kan inneholde opptil hele mengden av fuktevannet, d) oppvarmingen av granulatene utfores ved en temperatur av en størrelsesorden på 100° - 110°C.