PL168487B1

PL168487B1 - Brykiet surowca do produkcji welny mineralnej i sposób wytwarzania brykietu surowcado produkcji welny mineralnej PL PL PL

Info

Publication number: PL168487B1
Application number: PL91298131A
Authority: PL
Inventors: Bob L O Talling; Mariana Sarudis
Original assignee: Paroc Oy Ab
Priority date: 1990-08-29
Filing date: 1991-08-28
Publication date: 1996-02-29
Also published as: DK0546000T3; DE69128629T2; NO306057B1; FI904261L; DE69128629D1; EP0546000B2; FI86541C; NO930691D0; DE69128629T3; NO930691L; EP0546000A1; YU145691A; ES2112864T3; EP0546000B1; WO1992004289A1; RU2090525C1; EE03055B1; FI86541B; DK0546000T4; FI904261A0

Abstract

1. Brykiet surowca do produkcji welny mineralnej, zawierajacy surowiec mineralny, zwlaszcza z zuzlem oraz lepiszcze, znamienny tym, ze lepiszcze stanowi granulowany, mocno rozdrobniony zuzel wielkopiecowy aktywowany srodkiem alkalicznym. 4. Sposób wytwarzania brykietu surowca do produkcji welny mineralnej, w którym surowiec mineralny, zwlaszcza zawierajacy zuzel, miesza sie z lepiszczem i woda, a nastepnie ksztaltuje sie w brykiety, które utwardza sie, znamienny tym, ze jako lepiszcze stosuje sie granulowany, mocno rozdrobniony zuzel wielkopiecowy, który jest aktywowany poprzez dodatek srodka alkalicznego. (74) Pelnomocnik: Slominska-Dziubek Anna, PHZ POLSERVICE PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest brykiet surowca do produkcji wełny mineralnej i sposób wytwarzania brykietu surowca do produkcji wełny mineralnej.

Wełna mineralna jest wytwarzana poprzez stapianie mineralnego surowca w piecu wytapiającym, na przykład w tradycyjnym żeliwiaku, w gazowym żeliwiaku albo w piecu elektrycznym. W różnych typach pieca, energia grzewcza jest dostarczana do mineralnego surowca w różny sposób. W tradycyjnym żeliwiaku mineralny surowiec jest załadowywany razem z paliwem, zwykle koksem, w gazowym żeliwiaku ciepło jest dostarczane poprzez spalanie gazu lub jakiegoś innego ciekłego paliwa, a w piecu elektrycznym są wykorzystywane elektrody, które wystają do pieca.

Przy wytwarzaniu wełny mineralnej w żeliwiaku, tylko stosunkowo gruboziarnisty materiał surowcowy może być wykorzystywany, ponieważ bardziej drobny materiał surowcowy ma tendencję do tworzenia zwartej masy w piecu, która utrudnia konieczny przepływ powietrza i gazu opałowego przez wsad. Ponadto uzyskanie drobnego materiału surowcowego jest bardziej trudne i powoduje zwiększenie powstawania pyłów, co czyni wykorzystanie drobnego materiału surowcowego problematycznym również w piecach elektrycznych. W konsekwencji nie jest możliwe wykorzystanie wszystkich źródeł surowca, które w przeciwnym razie byłoby dostępne, to jest odpadów, na przykład odpadowych włókien i materiału niewłóknistego, tak zwanych kłaczków, który jest wytwarzany w czasie produkcji wełny mineralnej, szczególnych rodzajów żużlu, odpadów przemysłowych z procesów flotacji, lub na przykład drobnych frakcji rozdrobnionego gruboziarnistego materiału. To oczywiście oznacza straty

168 487 ekonomiczne, ale także ograniczenie dostępności składników surowca, na przykład kiedy wytwarza się specjalnie włókna.

W odniesieniu do żeliwiaków podejmowano próby rozwiązania problemu przez kształtowanie drobnego surowca w brykiety z tego surowca zawierające na przykład węgiel i koks (opis patentowy SE 8302133.6). Jako lepiszcza brykietów surowcowych używano spoiwa hydraulicznego, zwłaszcza cementu portlandzkiego i gliny. Zastosowanie cementu portlandzkiego ma tę wadę, że brykiet odznacza się małą cieplną trwałością, traci swoją wytrzymałość i staje się kruchy w stosunkowo niskiej temperaturze 4O0-500°C, co powoduje, że problemy związane z obecnością rozdrobnionego materiału w piecu, nie są rozwiązane za pomocą tego środka.

W fińskim opisie patentowym przedstawiono brykiet, który oprócz innych mineralnych surowców zawiera co najmniej 20% materiału odpadowego z produkcji wełny mineralnej i co najmniej 35% lepiszcza glinowego. Wadą takich brykietów jest duża ilość stosowanego lepiszcza, co powoduje duże dodatki z jednej strony żelaza, a z drugiej strony glin w mineralnym wytopie, które to dodatki nie są zawsze korzystne w końcowym włóknie mineralnym, na przykład, gdy jest wymagany wysoki stopień rozpuszczalności włókna. Inną wadą brykietów wiązanych gliną jest niska odporność na wilgoć, wskutek czego mają one tendencję do pochłaniania wody w czasie magazynowania i rozpadania się.

Brykiet surowca do produkcji wełny mineralnej, według wynalazku, zawierający surowiec mineralny, zwłaszcza z żużlem oraz lepiszcze, charakteryzuje się tym, że lepiszcze stanowi granulowany, mocno rozdrobniony żużel wielkopiecowy, aktywowany środkiem alkalicznym.

Korzystnie, stanowiący lepiszcze żużel jest aktywowany związkiem metali alkalicznych, korzystnie wodorotlenkiem, węglanem lub krzemianem. Korzystnie, stosunek wagowy pomiędzy stanowiącym lepiszcze żużlem i innymi materiałami surowcowymi jest 1:100 do 1:1.

Według wynalazku, sposób wytwarzania brykietu surowca do produkcji wełny mineralnej, w którym surowiec mineralny, zwłaszcza zawierający żużel miesza się z lepiszczem i wodą, a następnie kształtuje się w brykiety, które utwardza się, charakteryzuje się tym, że jako lepiszcze stosuje się granulowany, mocno rozdrobniony żużel wielkopiecowy, który jest aktywowany poprzez dodatek środka alkalicznego.

Korzystnie, jako środek alkaliczny stosuje się związek metalu alkalicznego, korzystnie wodorotlenek, węglan lub krzemian, korzystnie w ilości 0,5 do 12 wagowych żużla.

Korzystnie, dodaje się do mieszaniny jako przyspieszacz, oddzielnie lub razem z żużlem, aktywne wapno, korzystnie w postaci CaO, Ca(OH)2 lub klinkieru cementu portlandzkiego, korzystnie w ilości 1 do 10% wagowych żużla.

Korzystnie, mocno rozdrabnia się surowiec mineralny, włącznie z recyrkulowanym materiałem, takim jak odpadowy materiał z produkcji wełny mineralnej, odpady flotacyjne i odpady szklane.

Brykiet surowca według wynalazku posiada dobre właściwości, zarówno w czasie wytwarzania, to jest dobrą ekonomiczność produkcyjną, jak również dobre właściwości wytrzymałościowe po wytworzeniu, na przykład dobrą odporność na magazynowanie, zwłaszcza na wilgoć, a także dobre właściwości w czasie samego wytwarzania wełny mineralnej, bez względu na to, czy ma to miejsce w żeliwiaku, czy w piecu elektrycznym. Brykiet nie rozpada się w niskich temperaturach piecowych, to znaczy w temperaturach poniżej 1000°C a jego zachowanie podczas wytapiania jest możliwe do przewidzenia. To oznacza, że poprzez regulację składników brykietu, jest w rzeczywistości możliwa, do pewnego stopnia, regulacja warunków wytapiania w piecu, na przykład temperatura topienia wsadu surowca. Brykiet również umożliwia lepsze wykorzystanie dostępnych surowców, zwłaszcza wykorzystanie mniej wartościowych, i dlatego bardziej korzystnych pod względem ekonomicznym surowców, takich jak nadwyżka materiałów odpadowych z różnych procesów przemysłowych.

Stosowany jako lepiszcze żużel wielkopiecowy jest żużlem dostępnym na rynku w szybko chłodzonej, granulowanej postaci, odznaczającym się strukturą szklistą, która jest korzystna z punktu widzenia uzyskania dobrego efektu wiążącego. To znaczy żużel wielkopiecowy ma postać, dzięki której może być łatwo aktywowany. Ze względu na jego jakość, a nawet jego skład jest on optymalny z punktu widzenia końcowego produktu włókna mineralnego.

168 487

Skład typowego żużlu wielkopiecowego jest następujący (% wag):

SiO₂ - 35,1	CaO -38,1
TiO2 - 2,9	Na20 - 1,3
AI2O3 - 7,6	K20 -0,7
Fe₂O3 - 0,4	S - 1,5

MgO - 12,2

Żużel jest rozdrobniony (powierzchnia właściwa >200 m2/kg) i aktywowany poprzez dodanie aktywatora wywołującego alkaliczną reakcję w wodzie. Jako alkaliczny środek, może być zastosowany dowolny alkaliczny związek, odpowiedni do tego celu. Korzystnie środkami alkalicznymi są związki metali alkalicznych lub metali ziem alkalicznych, takie jak wodorotlenki, węglany, wodorowęglany, krzemiany etc., zwłaszcza związki metali alkalicznych, na przykład wodorotlenek sodu, węglan lub krzemian albo kombinacje.

Jeżeli, tak jak w tym przypadku, są wymagane dobre własności wytrzymałościowe i szybkie osiągnięcie tych własności, jak również dobre dopasowanie do innych materiałów mineralnych (surowców), należy zastosować do aktywacji związki alkaliczne wysokojonowe. Przy użyciu alkalicznego wodorotlenku mechanizm jest taki, że wysokie stężenie jonów OH (wysokie pH) szybko hydrolizuje żużel. Gdy wykorzystuje się węglan lub krzemian, korzystnie jest zastosować dodatki (przyspieszacze). Reagują one poprzez wymianę jonów tworząc wydzielenia uwodnionego krzemianu wapnia i/lub węglanu i w ten sposób uwalniają jony Oh, w związku z czym stosuje się do tego ten sam mechanizm, który odnosi się do wykorzystania krzemianu i/lub węglanu. Korzyścią z zastosowania krzemianu i/lub węglanu jest to, że drobne wydzielenia pełnią rolę, zarodków kontynuowanego uwadniania, co znacznie przyspiesza proces utwardzania. Korzystnie przyspieszaczem jest czynne wapno, na przykład w postaci CaO, Ca(OH)2, lub klinkier cementu portlandzkiego.

Poprzez dodanie przyspieszacza końcowy brykiet osiąga szybko dobrą wytrzymałość w czasie brykietowania zarówno w normalnej temperaturze, jak i podczas utwardzania.

Ilość środka alkalicznego, obliczona jako odpowiedni składnik, wynosi korzystnie 0,5 do 12% wagowych, obliczonych w suchym żużlu. Wyrażona jako równoważniki Na20 odpowiednio ilość ta wynosi 2 do 4% wagowych. Ilość przyspieszacza wynosi odpowiednio 1 do 10% wagowych suchego żużla, korzystnie do 5% wagowych. Przyspieszacz jest dodawany oddzielnie w suchej postaci lub poprzez mielenie go razem z żużlem. Ilość żużla może z drugiej strony zmieniać się w szerokim zakresie zależnie od reaktywności użytego surowca, ale stosunek żużla, do surowca jest dla większości materiałów w zakresie 1:100 do 1:1, korzystnie w zakresie 1:100 do 1:4.

Ze względu na to, że skład żużlajest prawie optymalny ze względu na wytwarzane włókno, pozostałe składniki mogą być wybrane bardziej dowolnie, a wykorzystanie żużla jako lepiszcza szczególnie daje możliwości zastosowania bardziej zróżnicowanych materiałów wyjściowych, na przykład przemysłowych odpadów z procesów flotacji. Tak więc brykietowanie przy użyciu alkalicznego lepiszcza żużlowego zapewnia istotne rozszerzenie dostępnych materiałów wyjściowych, ponieważ lepiszcze nie jest czułe na zanieczyszczenia, a także na przykład składniki organiczne, które mogą pochodzić z recyrkulowanej wełny mineralnej z produkcji wełny mineralnej, jak również na inne recyrkulowane materiały, na przykład tłuczone szkło. Ponad to jest możliwe wykorzystanie surowca różnorodnego, a więc także najdrobniejszego pyłu, który wcześniej trudno było wprowadzić do topionego wsadu pieca.

Alkaliczne lepiszcze żużlowe ma więc pozytywny wpływ w wielu płaszczyznach: z jednej strony działa ono zadawalająco jako lepiszcze w samym procesie tworzenia brykietu, a z drugiej strony działa w sposób optymalny w czasie wytwarzania wełny mineralnej w piecu wytapiającymi.. Dodatkowo zapewnia ono szeroki zakres wyboru surowca.

W czasie kształtowania brykietu, brykiet utwardza się szybko w celu utworzenia brykietu odpornego na ciepło i zimno, które w przeciwieństwie do brykietów wiązanych cementem i gliną, lepiej znoszą magazynowanie w warunkach wilgotnych, na przykład magazynowanie poza budynkiem. W czasie procesu wytapiania w piecu wytapiającym, alkaliczne lepiszcze żużlowe tworzy sieć, która utrzymuje brykiet w spójności, która to sieć zanika, to znaczy jest całkowicie przebudowana od stanu stałego do stopionego, dopiero w bardzo wysokiej temperaturze, zwykle

168 487 powyżej 1200 do 1300°C. Oznacza to, że warunki wytapiania są znacznie lepsze i lepiej sterowane w porównaniu z brykietami wiązanymi cementem i gliną. Aktywowany żużel użyty w dużych ilościach nominalnie podwyższa temperaturę topnienia i powoduje, że temperatura może być regulowana dla całkowitego wsadu pieca wtapiającego. W takim przypadku jest również możliwe wmieszanie materiałów wsadowych, które są bardziej trudne do stopienia, na przykład oliwinu.

Używając, według wynalazku, alkalicznego lepiszcza żużlowego zamiast cementu i gliny, jest także możliwe zminimalizowanie zawartości Fe i Al w wytopie i tym samym w końcowym włóknie.

Wynalazek również dotyczy sposobu przygotowania brykietu surowca do wytwarzania wełny mineralnej, w którym surowiec mineralny jest mieszany z lepiszczem i wodą i kształtowany do postaci brykietów, które są utwardzane. Sposób charakteryzuje się tym, że stosuje się lepiszcze żużlowe, które jest aktywowane poprzez dodanie środka alkalicznego.

W związku z tym, korzystna procedura jest taka, że suche składniki brykietu miesza się, dodaje się w odpowiednich ilościach wodę i roztwór alkaliczny i otrzymaną mieszaninę kształtuje się, w znany sposób, w brykiety. Rozmiar brykietów może być zmienny, ale korzystna objętość wynosi w przybliżeniu 0,5 do 1,0 dm3.

Wynalazek także odnosi się do sposobu wytwarzania włókien mineralnych, w którym surowiec mineralny w postaci brykietów wprowadza się do pieca wytapiającego, utworzony wytop wydobywa się i kształtuje się we włókna, przy czym sposób charakteryzuje się tym, że brykiety zawierają żużel jako lepiszcze, który jest aktywowany środkiem alkalicznym.

Oczywiście, jest możliwe w ramach zakresu wynalazku zastosować jako surowiec wymienione brykiety razem z innym surowcem, a na przykład takim, który ma odpowiedni rozmiar zbrylenia, przy czym dostępny surowiec może stanowić do 100% w wytwarzaniu wełny mineralnej.

Przykład. W celu zbadania właściwości, zwłaszcza właściwości uzyskanych po dwóch godzinach i końcowej wytrzymałości po 7 dniach, wykonano wiele brykietów, w których jako lepiszcze zastosowano żużel aktywowany alkalicznie i trzy typy brykietów, w których zastosowano cement portlandzki jako lepiszcze.

Brykiety wykonano mieszając składniki w betoniarce, po czym dodano wodę w takiej ilości, że otrzymano sztywną mieszaninę. Następnie dodano środek alkaliczny w postaci roztworu. Następnie masa była formowana poprzez prasowanie lub zagęszczającą wibrację w brykiety, których własności wytrzymałościowe testowano z jednej strony po dwóch godzinach, w celu określenia ich gotowości do przerabiania, a z drugiej strony po 7 dniach w celu zbadania ich końcowej wytrzymałości. Badanie przeprowadzono używając znanych standardowych procedur.

W następującej tabeli połączono receptury znanych brykietów i brykietów według wynalazku, łącznie z uzyskanymi wynikami wytrzymałościowymi.

T a b e l a 1

Skład (%) wagowy	R1	R3	R5	R2	R4	R6	R7	R8	R9
cement	15	20	15
żużel wielkopiecowy¹)				20	20	13	20	26	17
tłuczone szkło		10			5		25	10
wapno dolomitowe	5			5
bazalt	55	60		60	70		5	51
piasek	10		85	5		74	45	11	74
składnik alkaliczny²)	15	10	5	10	5	12*	5	2	* 9
Razem	100	100	100	100	100	100	100	100	100

168 487 ciąg dalszy tabeli 1

Wytrzymałość (MPa) 2h/60°C
waga kostki (g)	562	602	567	598	628	592	634	604	650
gęstość (kg/dm )	2,20	2,35	2,21	2,34	2,45	2,31	2,48	2,36	2,54
wytrzymałość na ściskanie wytrzymałość na rozciąganie	1,4	1,2	2,7	5,2	13.3	8,3	18.4	15,0	25,0
przy zaginaniu	0,3	0,3	0,9	1,0	2.3	1,7	3.4	3,2	4,6
Skład 7h/20°C	R1	R3	R5	R2	R4	R6	R7	R8	R9
waga kostki (g)	568	600	561	594	628	590	634	602	650
gęstość (kg/dm )	2,22	2,34	2,19	2,32	2,45	2,30	2,48	2,35	2,54
wytrzymałość na ściskanie wytrzymałość na rozciąganie	8,0	13,7	3,5	29,4	37,1	20,4	30,8	31,6	45,1
przy zginaniu	2,2	3,2	1,9	6,5	8,3	5,1	7,5	7,7	8,4

1) z zawartością 4% klinkieru

2) Na2CO3 z wyjątkiem: Na2CO3+Na2SiO3 Na2SiO3

Wyniki ukazują dobre własności wytrzymałościowe, które są uzyskane według wynalazku, w porównaniu z wynikami, które są otrzymane dla brykietów, w których jako lepiszcze zastosowano cement portlandzki. Zwłaszcza dobre są wytrzymałości końcowe brykietów.

Brykiety zostały również wykonane z piaskowca i z kawałkowego żużla wielkopiecowego jako głównego surowca, przy wykorzystaniu z jednej strony cementu portlandzkiego, a z drugiej strony żużla wielkopiecowego razem z odfiltrowanym pyłem z przemysłu cementowego, który jest bogaty w CaO i składniki alkaliczne. W następującej tabeli podano części wagowe różnych składników. Mieszaniny są porównywalne pod względem ilości i rodzaju z surowcem, ale zawierają one również cement lub żużel aktywowany alkalicznie jako lepiszcze. Ilość lepiszcza jest taka sama w odpowiadających mieszaninach. Brykiety według wynalazku, zawierają dodatkowo małe ilości CaO jako przyspieszacza.

Tabela 2

Mieszanina	1	2	3	4	5	6
piaskowiec (< 8 mm)	69	69	68	68	80	80
żużel kawałkowy (< 8 mm)	21	21	18	18
cement portlandzki	10		14		20
żużel wielkopiecowy		9		14		20
odfiltrowany pył			0,6	0,8		0,8
krzemian alkaliczny		0,8		1,0		1,6
wytrzymałość na ściskanie
(MPa) 4h/70°C	2,5	6,7	5,6	12,8	11,8	27,2

Powyższe wyniki również odzwierciedlają dobre własności wytrzymałościowe uzyskane dla brykietowania według wynalazku w porównaniu z brykietami wiązanymi cementem.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,50 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Brykiet surowca do produkcji wełny mineralnej, zawierający surowiec mineralny, zwłaszcza z żużlem oraz lepiszcze, znamienny tym, że lepiszcze stanowi granulowany, mocno rozdrobniony żużel wielkopiecowy aktywowany środkiem alkalicznym.
2. Brykiet surowca według zastrz. 1, znamienny tym, że stanowiący lepiszcze żużel jest aktywowany związkiem metali alkalicznych, korzystnie wodorotlenkiem, węglanem lub krzemianem.
3. Brykiet surowca według zastrz. 2, znamienny tym, że stosunek wagowy pomiędzy stanowiącym lepiszcze żużlem i innymi materiałami surowcowymi jest 1:100 do 1:1.
4. Sposób wytwarzania brykietu surowca do produkcji wełny mineralnej, w którym surowiec mineralny, zwłaszcza zawierający żużel, miesza się z lepiszczem i wodą, a następnie kształtuje się w brykiety, które utwardza się, znamienny tym, że jako lepiszcze stosuje się granulowany, mocno rozdrobniony żużel wielkopiecowy, który jest aktywowany poprzez dodatek środka alkalicznego.
5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że jako środek alkaliczny stosuje się związek metalu alkalicznego, korzystnie wodorotlenek, węglan lub krzemian, korzystnie w ilości 0,5 do 12 % wagowych żużla.
6. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że dodaje się do mieszaniny jako przyspieszacz, oddzielnie lub razem z żużlem, aktywne wapno, korzystnie w postaci CaO, Ca(OH)2 lub klinkieru cementu portlandzkiego, korzystnie w ilości 1 do 10%o wagowych żużla.
7. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że mocno rozdrabnia się surowiec mineralny włącznie z recyrkulowanym materiałem, takim jak odpadowy materiał z produkcji wełny mineralnej, odpady flotacyjne i odpady szklane.