NO853454L - Toerrdensifisering av silisiumdioksydroeyk. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte ved densifisering av kondensert silisiumdioksydrøyk og, nærmere bestemt, en fremgangsmåte ved frembringelse av en pelletisert form av silisiumdioksydrøyk.

Kondensert silisiumdioksydrøyk fås som et biprodukt av ferrosilisiumlegering eller silisium. Silisium fremstilles ved å redusere silisiumdioksyd, normalt med koks, kull osv.

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.

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.

Det er tidligere gjort forsøk på å utvikle måter 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

sak.

P.C. Aitcin et al. i US-patent nr. 4 384 896 beskrev

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.

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.

Begge de ovenfor nevnte metoder lider av den ulempe at

de krever betydelige vannmengder, som fører til høye tørkeom-kostninger eller ekstra fraktomkostninger.hvis produktet skipes.

I tillegg er bruken av Merkerts produkt begrenset til resirkulering i produksjonen av silisium og ferrosilisium.

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

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.

Følgelig er det behov for en forbedret fremgangsmåte

for å densifisere silisiumdioksydrøyk for å gjøre det mer at-traktivt som materiale for industriell bruk.

Det er et mål for foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte for å densifisere silisiumdioksydrøyk, fortrinnsvis til en pelletisert 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.

Et foretrukket trekk ved den densifiserte silisiumdioksyd-røyk som tilveiebringes ifølge oppfinnelsen, er at den er spesi-elt egnet for bruk i betong.

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.

Andre trekk ved oppfinnelsen vil fremgå klart for en fagmann fra den følgende beskrivelse av en foretrukket utførel-sesform av oppfinnelsen.

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

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.

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.

Den nødvendige tid for pelletisering kan variere noe,

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.

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.

EKSEMPEL 1

En roterende trommel med 3 liters kapasitet ble fylt

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.

EKSEMPEL 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>.

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.

EKSEMPEL 3

Eksperimentet i eksempel 2 ble gjentatt to ganger i alle vesentlige detaljer, unntatt at pelletiseringstiden ble variert. Resultatene er som følger:

EKSEMPEL 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:

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.

EKSEMPEL 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.

Den tørkede røyk, 65 g av hver prøve, ble pelletisert

i skivepelletiseringsanordningen i et tidsrom på 2 timer ved en skivehastighet på 32 opm og en skivevinkel på 50°. Resultatene er som følger:

Claims (5)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av pellets av silisiumdi-oksdrøyk, karakterisert ved at man pelletiserer sili-siumdioksydrøyk ved en rotasjonshastighet på 20 - 50 opm i et tidsrom på fra 0,5 til 2 timer.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at rotasjonshastigheten er 2 2 - 4 0 opm.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at pelletiseringen utføres i 30 - 60 minutter.

4. Fremgangsmåte ifølge hvert av kravene 1 - 4, karakterisert ved at silisiumdioksydrøyken pelletiseres til en gjennomsnittsstørrelse på 0,5 - 2 mm diameter .

5. Pelletisert silisiumdioksydrøyk, karakterisert ved at den er fremstilt ved fremgangsmåten i hvert av de foregående krav.