NO853454L

NO853454L - DRY DENSIFICATION OF SILICON Dioxide DRUGS.

Info

Publication number: NO853454L
Application number: NO853454A
Authority: NO
Inventors: Vikram Pratap Mehrotra
Original assignee: Int Minerals & Chem Corp
Priority date: 1984-09-04
Filing date: 1985-09-03
Publication date: 1986-03-05
Also published as: SE8503356L; SE8503356D0; DE3525247A1

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte ved densifisering av kondensert silisiumdioksydrøyk og, nærmere bestemt, en fremgangsmåte ved frembringelse av en pelletisert form av silisiumdioksydrøyk. The present invention relates to a method for densification of condensed silica fume and, more specifically, a method for producing a pelletized form of silica fume.

Kondensert silisiumdioksydrøyk fås som et biprodukt av ferrosilisiumlegering eller silisium. Silisium fremstilles ved å redusere silisiumdioksyd, normalt med koks, kull osv. Condensed silica fume is obtained as a by-product of ferrosilicon alloy or silicon. Silicon is produced by reducing silicon dioxide, normally with coke, coal, etc.

i en neddykket elektrisk lysbueovn. Ferrosilisium fremstilles på en lignende måte ved å tilsette metallisk jern til reaksjons-blandingen. Under reduksjonsreaksjonene unnslipper noe silisium som SiO-gass, hvilken etter oksydasjon og kondensasjon gir silisiumdioksydrøyk. Andre gasser, såsom slike fra alkali-metaller, unnslipper samtidig og kondenserer sammen med silisi-umdioksydrøyken. in a submerged electric arc furnace. Ferrosilicon is prepared in a similar way by adding metallic iron to the reaction mixture. During the reduction reactions, some silicon escapes as SiO gas, which after oxidation and condensation produces silicon dioxide smoke. Other gases, such as those from alkali metals, simultaneously escape and condense with the silicon dioxide fume.

Denne kondenserte silisiumdioksydrøyk består av ekstremt fine partikler med en gjennomsnittlig diameter på 0,1 um og et overflateområde på 15 - 30 m<2>/g. Volumvekten kan være 150 til 250 kg/m<3>, og røyk kan ha et innesluttet fuktighetsinnhold på opptil ca. 2 vektprosent. Denne røyk kan brukes som en tilsetning for betong pga. sitt høye spesifikke overflateområde og følgelig høye pozzolanaktivitet. Imidlertid er fremskritt i bruk av dem blitt hemmet pga. vanskeligheter i forbindelse med håndtering av dem og høye transportomkostninger. For eksempel kan en 35 tonns sementtank fylt med silisiumdioksydrøyk inneholde bare ca. 8 tonn røyk, hvilken kan ta ca. dobbelt så lang tid å tømme. This condensed silica fume consists of extremely fine particles with an average diameter of 0.1 µm and a surface area of 15 - 30 m<2>/g. The volume weight can be 150 to 250 kg/m<3>, and smoke can have a contained moisture content of up to approx. 2 percent by weight. This smoke can be used as an additive for concrete due to its high specific surface area and consequently high pozzolanic activity. However, progress in their use has been hampered due to difficulties in handling them and high transport costs. For example, a 35-tonne cement tank filled with silica fume can contain only approx. 8 tonnes of smoke, which can take approx. twice as long to empty.

Det er tidligere gjort forsøk på å utvikle måter forAttempts have previously been made to develop ways for

å håndtere og densifisere silisiumdioksydrøyk. En metode er ganske enkelt å oppslemme røyken i vann. En annen er å fukte røyken med vann og pelletisere den våte blanding. Hvis imidlertid silisiumdioksydrøyk skal brukes i betong, har begge disse metoder den ulempe at røyken kan miste sin pozzolaniske aktivitet ved å komme i kontakt med vann før den settes til sementen. Videre er våtpelletiserte aglomerater sterke, og når de brukes som tilsetning i betong, dispergerer de ikke fullstendig i vann, hvilket fører til tap av aktivitet. En annen ulempe er at våtpelletiseringen krever et tilførselsforberedelsestrinn såsom homogen blanding av vann med ekstremt fine partikler av silisiumdioksydrøyk, og det er i seg selv ikke noen enkel to handle and densify silica fume. One method is simply to slurp the smoke in water. Another is to moisten the smoke with water and pelletize the wet mixture. If, however, silica fume is to be used in concrete, both of these methods have the disadvantage that the fume may lose its pozzolanic activity by coming into contact with water before it is added to the cement. Furthermore, wet-pelletized agglomerates are strong and, when used as an admixture in concrete, do not disperse completely in water, leading to a loss of activity. Another disadvantage is that the wet pelletization requires a feed preparation step such as homogeneous mixing of water with extremely fine particles of silica fume, and this in itself is not a simple

sak. case.

P.C. Aitcin et al. i US-patent nr. 4 384 896 beskrevPC Aitcin et al. in US Patent No. 4,384,896 described

en metode for å danne aglomererte korn ved å blande røykpar-tiklene med 10-35 vektprosent av en løsning av natrium-, ka-lium-, kalsium- eller magnesiumoksyd. Under blandingstrinnet aglomereres silisiumdioksydet til korn, og gir et materiale som ser ut som våt sand og kan håndteres uten støving. Om ønsket kan kornene tørkes til ca. 20% vann. a method of forming agglomerated grains by mixing the smoke particles with 10-35% by weight of a solution of sodium, potassium, calcium or magnesium oxide. During the mixing step, the silicon dioxide agglomerates into grains, giving a material that looks like wet sand and can be handled without dusting. If desired, the grains can be dried to approx. 20% water.

R.F. Merkert i US-patent nr. 4 395 285 beskrev en fremgangsmåte for å benytte silisiumdioksydrøyk på en slik måte at produktet kunne resirkuleres til silisium eller ferrosili-siumprosessen. Merkert blandet silisiumdioksydrøyk med finfor-delt karbonholdig materiale, eventuelt jern, et bindemiddel og vann, avsatte deretter den våte blanding på en flat overflate hvor den ble tørket ved ca. 200°C. Det tørkede skiktet ble så brutt i stykker for resirkulering. R.F. Marked in US patent no. 4,395,285 described a method for using silicon dioxide fumes in such a way that the product could be recycled to silicon or the ferrosilicon process. Labeled mixed silica fume with finely divided carbonaceous material, optionally iron, a binder and water, then deposited the wet mixture on a flat surface where it was dried at approx. 200°C. The dried layer was then broken into pieces for recycling.

Begge de ovenfor nevnte metoder lider av den ulempe atBoth of the above-mentioned methods suffer from the disadvantage that

de krever betydelige vannmengder, som fører til høye tørkeom-kostninger eller ekstra fraktomkostninger.hvis produktet skipes. they require significant amounts of water, which leads to high drying costs or additional shipping costs if the product is shipped.

I tillegg er bruken av Merkerts produkt begrenset til resirkulering i produksjonen av silisium og ferrosilisium. In addition, the use of Merkert's product is limited to recycling in the production of silicon and ferrosilicon.

W. Bruff et al., Powder Technology 23 (1979) side 27 3 - 276, rapporterte en oppdagelse i Norge om at 2h dagers beluft-ning av silisiumdioksydrøyk førte til aglomerering, men partik-lene var fortsatt så små at de var vanskelige å se uten forstør-relsesglass. Volumvekten hadde øket fra 50 kg/m<3>"til 200 W. Bruff et al., Powder Technology 23 (1979) page 27 3 - 276, reported a discovery in Norway that 2 h days of aeration of silicon dioxide fumes led to agglomeration, but the particles were still so small that they were difficult to see without a magnifying glass. The volume weight had increased from 50 kg/m<3>" to 200

kg/m<3>. De rapporterte også at en annen måte å øke volumvekten er å rotere støvet i en roterende trommel, men ingen detaljer er oppgitt. kg/m<3>. They also reported that another way to increase the bulk density is to rotate the dust in a rotating drum, but no details are given.

Følgelig er det behov for en forbedret fremgangsmåteAccordingly, there is a need for an improved method

for å densifisere silisiumdioksydrøyk for å gjøre det mer at-traktivt som materiale for industriell bruk. to densify silica fume to make it more attractive as a material for industrial use.

Det er et mål for foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte for å densifisere silisiumdioksydrøyk, fortrinnsvis til en pelletisert form. It is an aim of the present invention to provide a method for densifying silicon dioxide fumes, preferably into a pelletized form.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer derfor en fremgangsmåte for fremstilling av pellets av silisiumdioksydrøyk hvori man pelletiserer silisiumdioksydrøyk ved en rotasjonshastighet på 20 - 50 opm over et tidsrom på 0,5 - 2 timer. The present invention therefore provides a method for producing pellets of silica fume in which silica fume is pelletized at a rotation speed of 20 - 50 rpm over a period of 0.5 - 2 hours.

Et foretrukket trekk ved den densifiserte silisiumdioksyd-røyk som tilveiebringes ifølge oppfinnelsen, er at den er spesi-elt egnet for bruk i betong. A preferred feature of the densified silicon dioxide fume provided according to the invention is that it is particularly suitable for use in concrete.

Et annet trekk ved densifisert silisiumdioksyd fremstilt ifølge en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen er de tørre pellets som dannes deri, hvilke er lettere å håndtere og billigere å transportere enn den ubehandlede røyk. Another feature of densified silica produced according to a preferred embodiment of the invention is the dry pellets formed therein, which are easier to handle and cheaper to transport than the untreated smoke.

Andre trekk ved oppfinnelsen vil fremgå klart for en fagmann fra den følgende beskrivelse av en foretrukket utførel-sesform av oppfinnelsen. Other features of the invention will be clear to a person skilled in the art from the following description of a preferred embodiment of the invention.

Et viktig aspekt ved oppfinnelsen er at ikke noe vann eller bindemiddel fortrinnsvis tilsettes under pelletiserings-prosessen, og derfor forandres ikke den opprinnelige silisium-dioksydrøyks pozzolaniske aktivitet. Uttrykket "tørr" slik det her brukes skal angi at røyken brukes som den er uten tilsetning av noe vann. På den annen side er det ikke tilsiktet at røyken skal underkastes et tørketrinn. Med andre ord er "tørr silisiumdioksydrøyk" ment å angi silisiumdioksydrøyk An important aspect of the invention is that no water or binder is preferably added during the pelletisation process, and therefore the pozzolanic activity of the original silicon dioxide fume is not changed. The term "dry" as used here shall indicate that the smoke is used as it is without the addition of any water. On the other hand, it is not intended that the smoke should be subjected to a drying step. In other words, "dry silica fume" is meant to denote silica fume

med hvilket som helst fuktighetsinnhold de måtte ha, hvilket kan være fra 0 til 2% eller kanskje også mer. Imidlertid bør fuktighetsinnholdet ikke være så høyt at det påvirker den pozzolaniske aktivitet uheldig. with whatever moisture content they may have, which may be from 0 to 2% or perhaps even more. However, the moisture content should not be so high that it adversely affects the pozzolanic activity.

I fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen leveres den tørre silisiumdioksydrøyk til en pelletiserer som kan være en skive, panne, trommel eller annen kjent type for fagmannen på pelle-tiseringsfeltet. Hvis en skive eller åpen type pelletiserer brukes, foretrekkes det å lukke anordningen for å inneslutte støvet. Ved bruk av trommel, skive eller pannetype-pelletise-ringsanordning, justeres vinkelhastigheten (dvs. omdreininger pr. minutt eller opm) slik at silisiumdioksydrøykpartiklene har en rullende bevegelse på overflaten av pelletiseringsanord-ningen. Hastigheter på 20 - 50 opm, fortrinnsvis 22 - 40 opm, er egnet. Ved hastigheter mye lavere enn 20 opm, har tilført silisiumdioksydrøyk en tendens til å gli i stedet for å rulle, og derfor finner ingen pelletisering sted. På lignende måte kleber tilførselen ved høyere hastigheter enn 50 opm til veg-gene av trommelanordningen, hvilket igjen fører til ingen eller meget ineffektiv pelletisering. Så meget som ca. + 20% avvik fra det optimale opm fører ikke til noen betydelig forskjellig volumvekt. hos sluttproduktet. Imidlertid gir lavere vinkelhas- tighet (f.eks. ca. 24 opm for en 35 cm skivepelletiseringsanordning) gir jevnere pellet med en snevrere størrelsesfordeling og gjennomsnittlig ca. 0,5 - 1 mm. Ved høyere hastigheter (ca. 40 opm) er produktstørrelsesfordelingen bredere, og den gjennomsnittlige pelletstørrelse er ca. 1 - 2 mm. In the method according to the invention, the dry silicon dioxide fume is delivered to a pelletiser which can be a disc, pan, drum or other type known to the person skilled in the field of pelletising. If a disc or open type pelletizer is used, it is preferable to close the device to contain the dust. When using a drum, disc or pan type pelletizing device, the angular speed (ie revolutions per minute or rpm) is adjusted so that the silica fume particles have a rolling motion on the surface of the pelletizing device. Speeds of 20 - 50 rpm, preferably 22 - 40 rpm, are suitable. At speeds much lower than 20 rpm, added silica fume tends to slide rather than roll, and therefore no pelletization takes place. In a similar way, the supply at higher speeds than 50 rpm sticks to the walls of the drum device, which in turn leads to no or very ineffective pelletization. As much as approx. + 20% deviation from the optimal rpm does not lead to any significant difference in volumetric weight. in the final product. However, lower angular speed (e.g. approx. 24 rpm for a 35 cm disc pelletizing device) gives smoother pellets with a narrower size distribution and an average of approx. 0.5 - 1 mm. At higher speeds (approx. 40 rpm), the product size distribution is wider, and the average pellet size is approx. 1 - 2 mm.

Den nødvendige tid for pelletisering kan variere noe,The time required for pelletizing may vary somewhat,

men generelt er fra 30 minutter til 2 timer velegnet. Det er funnet at pelletstørrelsen øker avhengig av rotasjonstiden, men da mer tilfredsstillende pellets oppnås ved dette tidsrom-met, er lite vunnet med lengre rotasjonstid. Volumvekten til det resulterende produkt er ca. 2 ganger den opprinnelige røyks. Granulatet har sfærisk form og har utmerkede strømningsegenska-per. Produktet er sterkt nok til å motstå sjokk man får ved skipning og håndtering og støver ikke. Det viktigste er at det lett dispergerer i vann og regenerer sin høye spesifikke overflate, hvilket er ekstremt viktig for dets høyere reaktivi-tet som betongtilsetning. but generally from 30 minutes to 2 hours is suitable. It has been found that the pellet size increases depending on the rotation time, but as more satisfactory pellets are obtained at this time, little is gained with a longer rotation time. The volumetric weight of the resulting product is approx. 2 times the original smoke. The granules are spherical in shape and have excellent flow properties. The product is strong enough to withstand the shock of shipping and handling and does not create dust. The most important thing is that it easily disperses in water and regenerates its high specific surface, which is extremely important for its higher reactivity as a concrete admixture.

Oppfinnelsen vil bli lettere å forstå under henvisning til de følgende eksempler. Det skal imidlertid være klart at eksemplene bare er ment å illustrere oppfinnelsen, og ikke på noen måte må anses som begrensende for denne. The invention will be easier to understand with reference to the following examples. It should be clear, however, that the examples are only intended to illustrate the invention, and must not in any way be regarded as limiting it.

EKSEMPEL 1EXAMPLE 1

En roterende trommel med 3 liters kapasitet ble fyltA rotating drum with a capacity of 3 liters was filled

med silisiumdioksydrøyk fra prosessen for fremstilling av 70% ferrosilisium og med en volumvekt på 184 kg/m<3>og et innvendig fuktighetsinnhold på ca. 2 vektprosent. Trommelen ble dreiet ved 22 opm i 2 timer, hvoretter volumvekten var 344 kg/m<3>, eller ca. dobbel så stor som utgangsmaterialets. Volumvekten ble målt ved å bruke et vibrerende bord og måle volumet av en kjent masse silisiumdioksydrøyk eller pellets etter 1 minutts vibrering. with silicon dioxide fumes from the process for the production of 70% ferrosilicon and with a volume weight of 184 kg/m<3> and an internal moisture content of approx. 2 percent by weight. The drum was rotated at 22 rpm for 2 hours, after which the volume weight was 344 kg/m<3>, or approx. twice as large as that of the starting material. The volumetric weight was measured by using a vibrating table and measuring the volume of a known mass of silica fume or pellets after 1 minute of vibration.

EKSEMPEL 2EXAMPLE 2

Eksperimentet fra eksempel 1 ble gjentatt i alle vesentlige trekk, unntatt at en 35 cm skivepelletiseringsanordning med skraper ble brukt i stedet for en roterende trommel. Prø-vens vekt var 35 g og skivevinkelen var 50°. Etter 2 timers pelletiseringstid ved en skivehastighet på 24 opm økte volum-tettheten fra 184 kg/m<3>til ca. 400 kg/m<3>. The experiment of Example 1 was repeated in all essentials, except that a 35 cm disc pelletizer with scraper was used instead of a rotating drum. The weight of the sample was 35 g and the disc angle was 50°. After 2 hours of pelletizing time at a disc speed of 24 rpm, the volume density increased from 184 kg/m<3> to approx. 400 kg/m<3>.

De erholdte pellets var kuleformede og hadde utmerkede strømningsegenskaper. De brakk ikke når de falt på en hard overflate fra en høyde på 37,5 cm, men ble fullstendig sprengt (som ønsket) etter neddykking i vann. The pellets obtained were spherical and had excellent flow properties. They did not break when dropped on a hard surface from a height of 37.5 cm, but were completely blown (as desired) after immersion in water.

EKSEMPEL 3EXAMPLE 3

Eksperimentet i eksempel 2 ble gjentatt to ganger i alle vesentlige detaljer, unntatt at pelletiseringstiden ble variert. Resultatene er som følger: The experiment in Example 2 was repeated twice in all essential details, except that the pelletizing time was varied. The results are as follows:

EKSEMPEL 4 EXAMPLE 4

Eksperimentet i eksempel 2 ble gjentatt i alle vesentlige detaljer, bortsett fra at pelletiseringstiden ble holdt konstant på 2 timer og skivehastigheten ble variert. De føl-gende resultater ble oppnådd: The experiment of Example 2 was repeated in all essential details, except that the pelletizing time was kept constant at 2 hours and the disc speed was varied. The following results were obtained:

Det ble observert at skivehastigheten påvirket størrel-sesfordelingen av pelletene og følgelig pakningsegenskapene. Ved lav hastighet var produserte pellets meget små, maksimalt ca. 1mm, og viste seg å ha snever størrelsesfordeling. Ved høyere hastigheter var størrelsesfordelingen bredere, men det var en stor andel i området 1 - 2 mm. It was observed that the disc speed affected the size distribution of the pellets and consequently the packing properties. At low speed, the pellets produced were very small, a maximum of approx. 1mm, and proved to have a narrow size distribution. At higher speeds, the size distribution was wider, but there was a large proportion in the 1 - 2 mm range.

EKSEMPEL 5EXAMPLE 5

I dette eksperimentet ble to prøver av silisiumdioksyd-røyk med innvendig fuktighetsinnhold på ca. 1-2% tørket ved 110°C og henholdsvis 250°C i 4 timer. Basert på vekttapet ble den tørkede røyk funnet å inneholde ca. 0,7% fuktighet. In this experiment, two samples of silica fume with an internal moisture content of approx. 1-2% dried at 110°C and respectively 250°C for 4 hours. Based on the weight loss, the dried smoke was found to contain approx. 0.7% moisture.

Den tørkede røyk, 65 g av hver prøve, ble pelletisertThe dried smoke, 65 g of each sample, was pelletized

i skivepelletiseringsanordningen i et tidsrom på 2 timer ved en skivehastighet på 32 opm og en skivevinkel på 50°. Resultatene er som følger: in the disc pelletizing device for a period of 2 hours at a disc speed of 32 rpm and a disc angle of 50°. The results are as follows:

Claims

1. Method for producing pellets from silicon dioxide smoke, characterized in that silicon dioxide smoke is pelletized at a rotation speed of 20 - 50 rpm for a period of from 0.5 to 2 hours.

2. Method according to claim 1, characterized in that the rotation speed is 2 2 - 4 0 rpm.

3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the pelletization is carried out for 30 - 60 minutes.

4. Method according to each of claims 1 - 4, characterized in that the silicon dioxide fume is pelletized to an average size of 0.5 - 2 mm diameter.

5. Pelletized silicon dioxide smoke, characterized in that it is produced by the method in each of the preceding claims.