PT1226097E - Composição para pelete de silicato sintético e métodos para o seu fabrico e uso - Google Patents

Description

ΡΕ1226097 - 1 - DESCRIÇÃO "COMPOSIÇÃO PARA PELETE DE SILICATO SINTÉTICO E MÉTODOS PARA O SEU FABRICO E USO"

DOMÍNIO TÉCNICO A presente invenção refere-se geralmente ao fabrico de vidro e, mais particularmente, a um método económico de fabricar um pelete sintético de silicato de cálcio/magnésio tendo várias propriedades que podem ser controladas, a esses mesmos peletes de silicato sintético e ao uso desses peletes de silicato sintético incluindo uma fracção engomada dos mesmos em sistemas de fabrico de vidro.

ANTECEDENTES

Em geral, o fabrico de vidro envolve a combinação de materiais precursores de fusão e de reacção conjuntas para formarem uma composição de vidro desejada. 0 volume e o uso de vidro fazem com que, tradicionalmente, os recursos naturais sejam favorecidos com uma beneficiação, optimizada em termos de custos, desses materiais destinados à produção de vidro.

Alguns dos esquemas históricos do fabrico de vidro envolviam a combinação de areia (como uma fonte de - 2 - ΡΕ1226097 sílica), calcário e/ou dolomita (como uma fonte de cálcio e/ou magnésio) e soda calcinada (como uma fonte de sódio) acompanhados de outros materiais e o processamento para formarem vidro. A velocidade desses processos tradicionais é limitada por vários factores. Entre os factores mais críticos encontram-se o tempo de enforna (tempo necessário para dissolver completamente os materiais combinados) e o tempo de afinação (o tempo para remover os gases da fusão que formam bolhas indesejáveis na fusão e no vidro resultante). Outros factores envolvem a consistência química e os problemas de manuseamento associados a certos materiais precursores tais como segregação, decrepitação, pulverização e afins.

Fizeram-se progressos nos processos de fabricar vidro pelo uso de materiais especialmente processados ou beneficiados destinados a ser usados como materiais precursores de vidro. Em particular foi desenvolvida uma classe de silicatos sintéticos que abrangem várias formas de silicatos de cálcio sintético, silicatos de magnésio e/ou silicatos de cálcio-magnésio. Exemplos desses materiais são os silicatos sintéticos SYNSIL™. Embora esses silicatos sintéticos possam fornecer resultados benéficos, continua a haver necessidade de materiais precursores cujas fontes sejam económicas e que possam potenciar a fusão e a refinação no processo de fabricar vidro.

Desenvolvemos um material de silicato sintético alcalino-terroso útil como precursor no fabrico de vidro. - 3 - ΡΕ1226097

Os depósitos de silicatos alcalino-terrosos naturais têm uma dimensão, pureza e consistência insuficientes para satisfazerem as necessidades da indústria vidreira. Até este momento, os silicatos alcalino-terrosos sintéticos têm sido demasiado caros para serem considerados como um material chave em vidro. A presente invenção cria uma fonte económica deste material da qualidade exigida.

Testes anteriores, em fornos de fusão de vidro de pequena escala usando a tecnologia da presente invenção, demonstraram que o combustível exigido por um fabricante de vidro para fundir o vidro pode ser reduzido em mais de 25%, poupando assim energia e conservando os recursos limitados do gás natural. Embora as poupanças líquidas de energia (a energia poupada na fusão de vidro usando o produto da presente invenção menos a energia necessária para fabricar esse produto) não fossem de maneira nenhuma tão grandes em fornos de maior escala necessitando de mais energia, o efeito da energia mista (carvão e gás contra gás) mantém-se .

Além do impacto directo sobre a energia necessária para a fusão do vidro, a presente invenção fornece um impacto secundário sobre a energia pela melhor qualidade do vidro (menos defeitos) que resulta em menor reciclagem de sucata de vidro (dupla fusão). As taxas de reciclagem vão de 18% até mais de 50% e representam poupanças de energia adicionais. - 4 - ΡΕ1226097 0 uso desta invenção pode possibilitar a recaptura de parte da elevada temperatura no centro do forno para a fusão de vidro que for usado no local para o fabrico de silicatos sintéticos, de acordo com a presente invenção. A patente dos Estados Unidos 3926647 visa produtos de volastonite e diópsido que podem ser usados no fabrico de vidro. 0 Journal of the Canadian Society Volume 44 de 1975, páginas 43-47, descreve o uso de diópsido no fabrico de vidro.

No pedido W099/33765 é descrita uma tecnologia para a produção de peletes de silicato sintético utilizáveis como materiais precursores num processo de fabricar vidro. Tal como aí é descrito, faz-se uma mistura de fontes para sílica, cálcio e magnésio. A mistura é usada para criar o pelete de silicato sintético precursor usado num processo de fabricar vidro. Os peletes são beneficiados, por exemplo, moídos, e adicionam-se quantidades adicionais de sódio e de outros materiais criando-se uma fusão usada num processo de fabricar vidro. No processo de W099/33765 a mistura do silicato sintético que acabámos de descrever pode ser formada num pelete "verde", ou seja, um pelete contendo uma quantidade de humidade, o que não é desejável para uso posterior. Em conformidade, esses peletes são primeiro secos ou são introduzidos num forno para secarem. Adicionalmente, dentro do forno dá-se uma reacção que forma o material de silicato sintético final - 5 - PE1226097 útil no processo de fabricar vidro. Este pelete reagido é reduzido até partículas ou pó e, como foi anteriormente descrito, as quantidades suplementares de sódio e/ou de outros materiais são adicionadas de maneira a criar o lote de vidro em fusão.

Pode haver problemas no manuseamento de peletes "verdes" e na manutenção da integridade desses peletes no forno em que se dão os processos de secagem e de reacção. Se o material estiver demasiado verde, por exemplo, demasiado húmido, estará sujeito a quebra e outra dissociação no processo de manuseamento. Adicionalmente, no próprio forno, o pelete é submetido a uma vigorosa activi-dade de decapagem em tambor rotativo bem como a altas temperaturas. Em conformidade, se o pelete se partir ou se tornar friável, ou se degradar de qualquer outra maneira, pode ocorrer formação de poeiras o que é uma questão ambiental. Adicionalmente, esses metais particulares mais pequenos podem ficar sinterizados ou fundidos sobre a superfície interior do forno utilizado. Essa aglomeração de massas pode criar anéis no forno que se tornam numa obstrução. Adicionalmente, o material submetido à decapagem em tambor rotativo, se não for mantido em peletes discretos separados, pode ficar sinterizado ou fundido de maneira a formar gotinhas de massa fundida que podem danificar ou obstruir o interior do forno. É um objectivo da presente invenção fornecer um pelete de silicato sintético que possa ser manuseado sem - 6 - ΡΕ1226097 degradação e reagido sem qualquer dano adverso para o processo e para o equipamento. Isto consegue-se usando um pelete tendo caracteristicas catalíticas e caracteristicas ligantes, ou essas duas caracteristicas, de maneira que o manuseamento dos peletes e o processamento para a reacção dos peletes no forno possam ser efectuados de maneira a produzir o pretendido silicato sintético final sem danificar nem os peletes nem o equipamento.

SUMÁRIO

Um objecto da presente invenção é fornecer economicamente um silicato sintético como um material precursor no fabrico de vidro numa composição e forma que potencie a fusão e a refinação no processo de fabricar vidro.

Outro objecto da presente invenção é fornecer economicamente um silicato sintético como um material precursor no fabrico de vidro numa composição e forma que reduza os problemas de manuseamento no processo de fabricar vidro.

Estes e outros objectivos são conseguidos fornecendo uma composição de silicato sintético compreendendo um material de silicato de cálcio/magnésio de formulação controlada, um ligante de silicato de alumina, um catalisador e finas de sílica. 0 ligante e o catalisador estão alternativamente presentes ou podem estar ambos - 7 - ΡΕ1226097 presentes, fornecendo respectivamente vantagens preferidas de melhores resistências à compressão e de melhores caracteristicas de sinterização desses silicatos sintéticos.

DESCRIÇÃO PORMENORIZADA DA INVENÇÃO

Um modelo de realização da presente invenção é uma nova composição compreendendo (i) um material de silicato tendo uma fórmula empírica de CaxMgySizO(X+y+2z), onde os valores de x, y e z não são zero e os valores são de molde a que a nova composição seja adequada como um material precursor de vidro; e (ii) um ligante à base de alumina ou sílica, preferivelmente um ligante de silicato de alumina, numa quantidade eficaz para conferir uma resistência à compressão suficiente para permitir que um pelete formado a partir da nova composição seja manuseado a temperatura ambiente, e sinterizado sem danos estruturais substanciais ao referido pelete, e um catalisador compreendendo um composto seleccionado a partir do grupo consistindo em sais de lítio, sódio e potássio. Esta composição tem uso como material precursor no processo de fabricar vidro.

Outros aditivos ou elementos de composição podem ser adicionados relativamente ao particular vidro específico a ser produzido. 0 fabricante desse vidro ajustará as variáveis dos elementos da composição de maneira a se adequarem ao pretendido produto de vidro final. - 8 - ΡΕ1226097

Um modelo de realização da composição da presente invenção é um material de silicato tendo uma fórmula empírica de CaxMgySizO(X+y+2z) · Os valores escolhidos para essa fórmula empírica são de molde a fazer com que a composição seja adequada como material precursor de vidro, como atrás referimos. A proporção de z para (x+y) pode ser variada e seleccionada para produzir o material de formação de vidro pretendido. As proporções podem ser os valores típicos para os bem conhecidos silicatos de cálcio e/ou magnésio, material de (CaxMgySiz0(X+y+2Z)) e afins. Um material do tipo diópsido pode ser um diópsido natural ou sintético (CaiMgiSi2C>6) ou um composto com proporções elementares similares. Por exemplo, as proporções de cálcio para magnésio não necessitam, necessariamente, de ser de um para um. Num modelo de realização preferido da presente invenção uma proporção preferida de cálcio para magnésio é de cerca de 0,5 até cerca de 10, mais preferivelmente cerca de 1 até cerca de 2. Uma gama particularmente mais preferida é uma proporção de cálcio para magnésio entre os valores de cerca de 1,4 até cerca de 1,7. Em conformidade, a presente invenção envolve compostos com uma fórmula empírica geral de CaxMgySizO(x+y+2z), cujas proporções relativas podem duplicar o material de diópsido natural ou serem aproximações. Outros elementos não enunciados podem estar presentes em quantidades ineficazes nos compostos como vestígios ou matérias contaminantes desde que isso não altere significativamente os benefícios das composições inventivas presentes nos pretendidos produtos de formação de vidro. Em toda a especificação, os especialistas na - 9 - ΡΕ1226097 técnica compreenderão que os valores empíricos para o teor em oxigénio podem não ser estritamente x+y+2z, mas serão suficientemente aproximados de maneira que a composição funcione como se estivesse matematicamente equilibrada e quimicamente equivalente. Métodos preferidos, utilizáveis no fabrico do material de silicato e dos peletes formados a partir do mesmo, usados na presente invenção, estão descritos no pedido WO 99/33765, publicado a 8 de Julho de 1999, e cuja revelação é aqui inteiramente incorporada como se estivesse inteiramente reproduzida. Os especialistas na técnica compreenderão que o uso desses métodos na prática da presente invenção exigirá, adicionalmente, a incorporação dos ligantes e catalisadores a seguir descritos para produzir as novas composições, métodos e usos dos mesmos.

Quando o ligante for um ligante à base de alumina é preferivelmente um ligante de silicato de alumina que pode ser qualquer ligante de silicato de alumina cujo uso permita a formação de um pelete com suficiente resistência à compressão de maneira a ser manuseado a temperaturas ambientes no processo de fabrico e ser então sinterizado num forno, mufla ou outro dispositivo de aquecimento. Em toda esta especificação a forma de "pelete" pode ter qualquer estrutura ou forma tal como uma gotinha amorfa, uma esfera, uma conta, um tijolo, um cubo, uma bolacha, um floco ou uma forma cilíndrica e afins. Por exemplo, quando sinterizada num forno rotativo, a formação preferida é um - 10 - ΡΕ1226097 pelete cilíndrico ou esférico cuja proporção de tamanho e de aspecto é adequada para minimizar as finas no processamento. Uma quantidade suficiente do ligante de silicato de alumina é usada para reduzir substancialmente a quebra do pelete e a formação de pó ou de finas no dispositivo de aquecimento, tal como os que podem surqir num forno rotativo provocando acumulação nas paredes e anéis no forno. Essas formações afectam o perfil térmico num dispositivo de aquecimento, tal como um forno e, subsequentemente, resultam em queima ou sinterização insuficiente do material, diminuindo por isso o rendimento pretendido. Em conformidade, deveria haver uma quantidade suficiente de ligante, de maneira a reduzir ou evitar substancialmente a sinterização insuficiente do pelete para o uso pretendido final. Antes do uso no processo de fabricar vidro, o tamanho do pelete pode ser reduzido para formar um agregado ou material de tipo particular (aqui referido como "partículas") para se conseguir facilitar ou melhorar o seu uso. Esse tratamento pode ser por meio de esmagamento, martelo de rolos ou outro processamento similar conhecido na técnica para redução do tamanho, tal como o que é usado para a areia de vidro ou outros materiais sólidos. Os tamanhos preferidos para algumas aplicações podem ir de uma malha de 32 até 200. O ligante à base de alumina, preferivelmente o ligante de silicato de alumina, compreende uma forma de óxido de alumínio utilizável como um componente ligante. O componente de alumina é, preferivelmente, óxido de alumínio - 11 - PE1226097 purificado ou puro mas pode compreender formas naturais tais como derivados de corindo e afins. Em conformidade, o ligante de silicato de alumina pode ser de, ou derivado de, qualquer um dos numerosos tipos de argila contendo várias proporções de óxidos e silicatos de alumínio e material afim, tais como (mas não se limitando a) alumino-silicatos de sódio, aluminato de sódio, zeolitas e afins. O ligante de silicato de alumina está, preferivelmente, numa quantidade de cerca de 0,1 até cerca de 10 por cento em peso ou mais, baseado no peso da composição. Uma vantagem do uso desse ligante é a flexibilidade de se usar uma gama mais vasta de material de sílica (por exemplo, do tamanho de areias) de maneira a maximizar a densidade da embalagem de peletes com o resultante potenciamento da resistência à compressão. Esse potenciamento da força compressiva não depende dessa selecção de areias na presente invenção mas é mais potenciado pela mesma.

As fontes do componente de sílica do material de silicato de CaxMgySizO(x+y+2z) na presente invenção são aquelas que são adequadas para o uso do vidro pretendido para o produto, tais como areias naturais ou finas recicladas a partir de um processo de fabricar vidro ou outra recuperação. A quantidade dessa fonte de sílica pode ir até cerca de 60 por cento em peso da composição ou ainda mais em aplicações específicas. Num modelo de realização preferido, as fontes de sílica são areias cujo tamanho máximo se aproxima do tamanho de malha 30. - 12 - ΡΕ1226097 0 catalisador é usado numa quantidade suficiente para controlar eficazmente o fluxo iónico num pelete formado a partir da composição de maneira que o fluxo iónico forme efectivamente o pretendido produto do tipo volastonite, do tipo diópsido ou do tipo enstatita durante a sinterização do pelete. 0 catalisador utilizável na presente invenção é um catalisador que compreende qualquer composto de lítio, potássio ou sódio ou uma combinação dos mesmos. Um catalisador preferido é seleccionado a partir de um grupo consistindo em carbonato de litio, hidróxido de lítio, carbonato de potássio, hidróxido de potássio, carbonato de sódio e hidróxido de sódio ou uma combinação dos mesmos. 0 catalisador deveria estar numa quantidade eficaz de maneira a reagir de uma forma capaz de provocar uma fusão controlada, preferivelmente uma que permita uma permuta de iões no interior do pelete, desde uma área de alta densidade até uma área de baixa densidade. A quantidade de catalisador está numa gama de 0,05 até cerca de 5 por cento em peso de catalisador seco na composição. Um catalisador preferido é hidróxido de sódio numa forma líquida. Pensa-se que o catalisador actua como um fluxo que decompõe as fases e melhora a reacção e o fluxo do material.

Ainda noutro modelo de realização, o ligante é à base de sílica. Neste modelo de realização, a presente invenção fornece uma nova composição compreendendo (i) um material de silicato tendo uma fórmula empírica de CaxMgySizO(X+y+2z), onde os valores de x, y e z não são zero e - 13 - ΡΕ1226097 os valores são de molde a que a nova composição seja adequada como um material precursor de vidro, e finas de silica numa quantidade eficaz para conferir uma resistência à compressão suficiente para permitir que um pelete formado a partir da nova composição seja manuseado a temperatura ambiente e sinterizado sem danos estruturais substanciais para o referido pelete.

Esta composição tem uso como material precursor no processo de fabricar vidro. As finas de silica preferidas são aquelas que passam através de um crivo cuja malha tem um calibre de cerca de 200. Essas finas de silica são preferivelmente de cerca de 1 até cerca de 7 por cento em peso da nova composição, mais preferivelmente cerca de 3 até cerca de 5 por cento em peso. A quantidade de finas de silica usada é a que for eficaz para potenciar significativamente a força compressora de um pelete formado a partir da composição comparada com uma composição similar sem finas de silica. A força compressora pode ser medida pelas técnicas padrão conhecidas na técnica de materiais. O uso de uma quantidade eficaz de finas de silica aumenta, preferivelmente, a força compressora em pelo menos cerca de trinta por cento, mais preferivelmente em cerca de cinquenta por cento. Os catalisadores de metal alcalino atrás descritos também são úteis em sistemas nos quais as finas de silica são usadas como ligante.

Modelos de realização eventuais da presente invenção incluem o uso das quantidades de finas de silica - 14 - ΡΕ1226097 atrás referidas e quer os catalisadores ou ligantes atrás referidos, quer ambos, ligante e catalisadores. Algumas das finas de sílica podem ser usadas como a fonte de sílica para o material de CaxMgySiz0(X+y+2z)r mas não têm de ser a fonte.

Noutro aspecto, um modelo de realização da presente invenção é um processo para produzir uma massa sinterizável compreendendo um material de silicato tendo uma fórmula empírica de CaxMgySizO(x+y+2z), onde os valores de x, y e z não são zero e os valores são de molde a que a composição seja adequada como um material precursor de vidro, um ligante de silicato de alumina e uma quantidade eventual de finas de sílica, compreendendo o processo determinar os valores relativos de x, y e z, de molde a que o material seja adequado como um material precursor de vidro, e determinar as proporções de ligante e de eventuais finas de sílica na massa sinterizável para permitir a sinterização sem substanciais danos estruturais à forma.

Ainda noutro modelo de realização, a presente invenção é um processo para produzir uma massa sinterizável compreendendo um material de silicato tendo uma fórmula empírica de CaxMgySiz0(x+y+2Z), onde os valores de x, y e z não são zero e os valores são de molde a que a composição seja adequada como um material precursor de vidro; um catalisador de fluxo iónico e uma eventual quantidade de finas de sílica. 0 processo compreende determinar os valores relativos de x, y e z, de molde a que o material - 15 - PE1226097 seja adequado como um material precursor de vidro, e determinar a proporção do catalisador na massa para produzir eficazmente uma desejada composição do tipo diópsido durante a sinterização da forma, e formação da massa adequada à sinterização e a quantidade eventual de finas de sílica para potenciar a resistência à compressão.

Um modelo de realização preferido é um processo para produzir uma massa sinterizável compreendendo um material de silicato tendo uma fórmula empírica de CaxMgySiz0(X+y+2z)t onde os valores de x, y e z não são zero e o material de silicato é adequado como um material precursor de vidro, um ligante de silicato de alumina, um catalisador de fluxo iónico e uma quantidade eventual de finas de sílica. 0 processo compreende determinar os valores relativos de x, y e z de molde a que o material seja adequado como um material precursor de vidro, determinar a proporção de ligante na massa sinterizável para permitir a formação, a partir da massa, de uma forma sinterizável sem substanciais danos estruturais à forma, determinar a proporção do catalisador na massa para produzir eficazmente uma composição do tipo diópsido durante a sinterização e formação da massa adequada à sinterização e determinar a quantidade eventual de finas de sílica para potenciar a resistência à compressão.

Ainda noutro modelo de realização, a presente invenção é um método de produzir um vidro fundido usando um precursor de silicato sintético que reduz os problemas de - 16 - ΡΕ1226097 manuseamento e melhora o processo de fusão para produzir o vidro fundido. Este método envolve aquecer a sílica com um componente do lote que forneça a maior porção de sódio no vidro fundido resultante e que fornece o silicato sintético, tal como atrás descrito, tendo as pretendidas quantidades de componentes de magnésio e de cálcio. É vantajoso que o silicato sintético tenha um tamanho e uma distribuição de partículas similar ao do principal material precursor do fabrico de vidro (por exemplo, a areia) que minimiza a segregação potencial de materiais precursores. Além disso, ao contrário do calcário, uma dolomita, o silicato sintético não está tão sujeito a decrepitação durante o aquecimento. Além disso, os silicatos sintéticos não são (menos) friáveis de modo a criarem poeiras durante a formação dos lotes ou outro manuseamento durante os processos de fabricar vidro. Em conformidade, um método preferido é o de formar um pelete de silicato sintético de acordo com um dos modelos de realização inventivos atrás descritos e combiná-los com as necessárias quantidades de sílica e sódio para formarem um vidro fundido pretendido e aquecer esse material para formar esse tipo de vidro fundido. As fontes de sílica e de sódio podem ser as que são típicas na indústria vidreira e no processo de enforna de vidro de um tipo tipicamente usado em processos de fusão de vidro.

Em conformidade, um modelo de realização da presente invenção é um processo para produzir um vidro - 17 - PE1226097 fundido compreendendo aquecer sílica com um componente de enforna compreendendo uma fonte de sódio e um silicato sintético que compreenda um material de silicato de acordo com a reivindicação 1 e finas de sílica numa quantidade que torne a composição adequada como material precursor de vidro.

Num modelo de realização ainda mais preferido, a presente invenção é um processo para produzir um vidro fundido compreendendo aquecer sílica com um componente de enforna compreendendo uma fonte de sódio e um pelete de silicato sintético que compreenda um material de silicato tendo uma fórmula empírica de CaxMgySizO(X+y+2z) t onde os valores de x, y e z não são zero e os valores são de molde a que a composição seja adequada depois de ser calibrada como um material precursor de vidro; um ligante de silicato de alumina numa quantidade eficaz para conferir uma resistência à compressão suficiente para permitir que um pelete formado a partir da composição destinada a ser manuseada a temperatura ambiente e sinterizada sem substanciais danos estruturais ao pelete; um catalisador compreendendo um composto seleccionado a partir do grupo consistindo em lítio, potássio e sódio. Sendo o catalisador fornecido numa quantidade suficiente para controlar eficazmente o fluxo iónico num pelete formado a partir da composição de maneira que o fluxo iónico forme eficazmente a pretendida formação do tipo volastonite, do tipo diópsido ou do tipo enstatita durante a sinterização do pelete; e finas de sílica numa quantidade de maneira a fazer com que - 18 - PE1226097 a composição seja adequada depois de calibrada como um material precursor de vidro. Os valores preferidos para x e y são como atrás descritos, bem como os ligantes de silicato de alumínio e catalisadores preferidos.

Portanto, a presente invenção permite fabricar vidro melhor num processo preferido no qual: i. As fontes de silicatos de cálcio e/ou magnésio são misturadas em conjunto com o ligante e o catalisador; ii. As misturas são peletizadas na presença de água para formar peletes "verdes"; iii. Os peletes são secos; iv. Os peletes são tratados num forno de maneira a ficarem suficientemente fortes para manuseamento subsequente e são convertidos na forma e composição óptimas para uso em subsequente fabrico de vidro, estando os peletes substancialmente isentos de iões de carbonato; v. Os peletes são então misturados com uma fonte de sódio e uma fonte de sílica e são aquecidos para produzirem vidro fundido. O material escolhido e as proporções usadas dependerão da natureza do vidro acabado a ser produzido. - 19 - PE1226097

Contudo, qualquer que seja o processo, são obtidas consideráveis poupanças de energia devido à ausência de iões de carbonato, que reduzem a formação de bolhas no processo de fabricar vidro devido à formação de C02. Isto, por sua vez, faz com que o tempo necessário para o fabrico do vidro seja mais curto e haja poupança de energia. A quantidade de vidro que necessita de ser rejeitada também é reduzida.

Em todos os modelos de realização atrás referidos pode ser usada uma eventual quantidade de finas de silica para aumentar a resistência à compressão dos peletes.

Os exemplos que se seguem são ilustrativos da presente invenção mas não limitam o seu âmbito.

Os termos que se seguem estão descritos para ajudar a compreender a experiência mas não se destinam a limitar o âmbito desta invenção.

Forno de Mufla - Forno de escala laboratorial em que a temperatura pode ser ajustada para simular o calor de um forno rotativo. Usado para medir a resistência dos peletes a várias temperaturas.

Forno Rotativo - Um cilindro com forro refractário, usualmente inclinado, que roda e pode ser aquecido. Nesta aplicação produz a calcinação dos peletes em escala comercial. - 20 - ΡΕ1226097

Testador de compressão - O testador consiste numa plataforma que tem um pistão colocado por cima da mesma. O pistão é descido lentamente, a uma velocidade fixa, até entrar em contacto com o pelete e o pelete se partir. O instrumento fornece a força necessária para partir o pelete em libras.

Testador de Atrito - Um cilindro com 3 pés por 6 polegadas que roda de ponta a ponta. A quantidade de quebra dos peletes a temperaturas elevadas pode ser determinada e o testador simula um forno rotativo.

Areia de Vidro - Uma areia com reduzido teor em ferro do tamanho usado pela indústria vidreira para fornecer a fonte de dióxido de silício (sílica, ou materiais do tipo α-quartzo, por exemplo).

Teste de Hidratação em Batedeira/Misturadora -Este teste é para determinar o grau de hidratação de CaO numa batedeira ou misturadora. Este teste utiliza uma balança de humidade, um cadinho de platina, uma balança analítica e um forno de laboratório. Antes de efectuar este teste, deve determinar-se a quantidade de CaO e MgO na amostra de calcário original (a titulação de EDTA é a maneira mais fácil para o determinar). Também se deve saber qual a proporção de calcário/área usada na batedeira ou misturadora. Uma amostra tirada da batedeira ou misturadora é colocada na balança de humidade para retirar toda a humidade livre e o peso seco é registado. O material é - 21 - ΡΕ1226097 colocado no cadinho e é aquecido até 600° C durante trinta (30) minutos. O material é pesado novamente e volta a ser colocado no forno a 950° C durante trinta (30) minutos. O material calcinado é pesado outra vez. Usando estes pesos e a informação acerca das amostras de calcário/areia, pode determinar-se o grau de hidratação.

Peletes - Misturar e hidratar o calcário dolomitico e o óxido de cálcio com sílica para gerar uma mistura que é rolada em "peletes" e seca. O diâmetro dos peletes é de cerca de meia polegada.

Aquecimento - Tempos de residência a certa temperatura a que um pelete é submetido na fornalha ou forno.

Teste de Resistência à Compressão em Frio - Usado para determinar a resistência dos peletes secos a temperatura ambiente.

Teste de Resistência à Compressão em Quente -Usado para avaliar a resistência à compressão dos peletes num perfil térmico determinado. Usa-se o mesmo aparelho de teste para medir tanto a resistência à compressão em quente como a resistência à compressão em frio.

Teste de Atrito dos Peletes - Isto simula a dinâmica de um forno rotativo para testar a quebra e a produção de finas dos peletes padrão. Os peletes represen- - 22 - ΡΕ1226097 tativos são seleccionados e colocados num forno de laboratório, a uma temperatura pretendida, durante trinta (30) minutos. Remover os peletes e permitir que arrefeçam o suficiente para os manusear. Duzentos e cinquenta (250) gramas de peletes (de malha superior a 6) são pesados e cuidadosamente vertidos no tubo de atrito (atrás descrito). A velocidade do ciclo de rotação é marcada para uma rotação por minuto durante trinta (30) minutos. No fim do ciclo de rotação, o tubo de atrito é esvaziado do seu conteúdo para cima de um crivo de malha 6 e batido levemente para passar as finas através do crivo. O material que não foi filtrado através do crivo é então pesado para determinar a quantidade de finas que foram perdidas através do crivo.

Sinterização - Os peletes são passados através de um forno de mufla ou forno rotativo em que é seguido um perfil de temperatura para produzir um produto pretendido.

Anel de forno - Um pó de finas acumulado na parede do forno. Isto provoca alterações no perfil térmico do forno reduzindo, assim, a sua eficiência. "Secar 71" - Marca de cimento de aluminato de cálcio produzido pela La Farge Cement. Este é um cimento de endurecimento rápido que é anunciado como sendo 30% de cálcio e 70% de aluminato. - 23 - PE1226097

Aditivo Liqante para Peletizagão O Exemplo 1 e o Exemplo 2 ilustram o aumento de resistência no pelete quando um ligante é adicionado durante a formação dos peletes. Depois de os componentes da formulação serem misturados em conjunto, o material é então "rolado" em peletes com um diâmetro de meia polegada. São efectuados os testes de compressão e de atrito como a seguir descritos.

Exemplo 1

Lote de controlo

Setenta e duas (72) libras de cascalho de calcário e setenta e sete (77) libras de areia são colocados numa batedeira. Dissolvem-se três (3) libras de hidróxido de sódio em trinta e seis (36) libras de água. Esta solução é adicionada à batedeira a uma velocidade de 1,1 libras por minuto até a hidratação estar completa. Depois de se completar a adição de água continuar a misturar durante dois (2) minutos. Este material é então formado em peletes com um diâmetro de meia polegada e é seco ao ar durante vinte e quatro (24) horas.

Ligante de Seis por Cento de Aluminato de Cálcio e Sílica

Fumada

Quarenta e sete (47) libras de cascalho de calcário, quarenta e sete libras de areia e seis (6) libras - 24 - ΡΕ1226097 de sílica fumada são colocados numa batedeira. Duas (2) libras de hidróxido de sódio são dissolvidas em vinte e três (23) libras de água. Esta solução é adicionada à mistura de calcário, areia e sílica a 1,1 libras por minuto até a hidratação se completar. Depois de se completar a adição de água, adicionam-se seis (6) libras de cimento Secar 71 à batedeira e continua a bater-se durante dois (2) minutos. Este material é então formado em peletes com um diâmetro de meia polegada e é seco ao ar durante vinte e quatro (24) horas.

Seleccionam-se vinte e um peletes representativos de cada uma das formulações atrás referidas. Peletes individuais são colocados no testador e avaliados como atrás descrito. Uma média dos resultados está indicada na TABELA 1. TABELA 1 Teste de Resistência à Compressão (libras) Temperatura Temp. Ambiente 500°C 600°C 700°C 800°C 900°C 1000°C 1100°C Controlo 34,3 56,4 34 17, 1 12 3 1 N/A 6% Secar 71 61, 7 71,6 31, 8 18, 0 20,0 17, 6 25, 4 18, 8

Exemplo 2

Os peletes produzidos pelos processos descritos no Exemplo 1 são submetidos a um teste de atrito, tal como atrás foi descrito. É efectuado um teste de atrito como - 25 - ΡΕ1226097 atrás se descreveu para determinar a quantidade de finas produzidas pelo movimento dinâmico de um forno rotativo. Neste teste, a mistura sem ligante é comparada com a mistura em que se adicionam seis (6) por cento de cimento Secar 71.

Passados trinta (30) minutos no testador de atrito, os peletes de controlo tinham sessenta e sete e meio (67,5) por cento de finas enquanto os peletes com seis (6) por cento de ligante tinham apenas quinze e um décimo (15,1) por cento de finas. Isto refere-se a um aumento superior a setenta e sete (77) por cento em produto utilizável quando se usa um ligante.

Efeito de um Catalisador sobre a Produção do Produto

Pretendido

Exemplo 3 (um exemplo de referência)

Neste exemplo, seiscentos (600) gramas de calcário dolomitico pulverizado (contém 56,06% de CaO e 38,31% de MgO) são misturados com setecentos e trinta e um (731) gramas de silica numa batedeira. Adicionam-se setecentos e trinta (730) gramas de água e mistura-se durante três (3) minutos. Isto produz um material que é formado em cubos de meia polegada e é seco durante a noite a 110°C. Faz-se uma segunda mistura de acordo com este processo com a diferença de que um (1) por cento, em peso - 26 - ΡΕ1226097 seco, de NaOH é dissolvido na água e esta solução é adicionada à mistura de calcário/silica. Os resultados estão apresentados na TABELA 2. TABELA 2 Efeito catalisador do NaOH "Experiência de Controlo" 1350°C - 45 minutos Sem NaOH 1350°C - 45 minutos Com NaOH Substância % de Fase Cristalina % de Fase Cristalina Diópsido 2-4 51-68 a-Quartzo 45-60 7-10 Cristobalita 2-4 2-4 Akermanita 2-4 10-15 Merwinita 2-4 2-4 Calcário 2-4 Nenhum detectado < 0,5 Periclase 10-15 2-4 Y-Ca2Si04 2-4 Nenhum detectado < 1,0 Larnita, Ca2Si04 2-4 Nenhum detectado < 1,0 Ciclovolastonite, CaSi03 2-4 Nenhum detectado < 1,0 Onticelita, CaMgSi04 Nenhum detectado < 0,5 4-7 Fase Amorfa (vidro-Si02, silicato de Ca/Mg <5 <5

Exemplo 4

Efectuaram-se ensaios à escala comercial usando condições que, normalmente, produziriam 2,8 toneladas de vidro acabado em 23 horas e meia. Usando as técnicas da presente invenção foram produzidas 3,16 toneladas de vidro acabado em 18 horas.

Numa segunda experiência padrão efectuada de um dia para o outro produziu-se 1,58 toneladas de vidro em 12 - 27 - ΡΕ1226097 horas usando as técnicas da presente invenção ao contrário das convencionais 1,1 toneladas em 13 horas e meia.

Lisboa, 3 de Dezembro de 2007

Claims (5)

1. ΡΕ1226097 - 1 - REIVINDICAÇÕES 1. Uma composição compreendendo um material de silicato ligado preparado por sinterização a partir de fontes de sílica, cálcio e magnésio e tendo uma fórmula empírica de CaxMgySizO(x+y+2z) onde os valores de x, y e z não são zero e a proporção de cálcio para magnésio é de meio até dez e os referidos valores são de maneira que a referida composição seja adequada como um material precursor de vidro e contendo 0,1 até 10 por cento em peso da composição de um ligante à base de alumina ou sílica pelo que a composição pode suportar uma resistência à compressão suficiente para permitir que um pelete formado a partir da referida composição seja manuseado a temperatura ambiente e sinterizado sem danos estruturais substanciais ao referido pelete e a sinterização é efectuada na presença de 0,05 até 5 por cento em peso de um catalisador compreendendo um composto seleccionado a partir do grupo consistindo em sais de lítio, potássio e sódio.
2. 2. A composição de Reivindicação 1 onde a proporção é de um para dois .
3. 3. A composição de Reivindicação 1 ou Reivindicação 2 onde o catalisador compreende um ou mais compostos seleccionados a partir do grupo consistindo em carbonato de lítio, hidróxido de lítio, carbonato de sódio e hidróxido de sódio. - 2 - PE1226097
4. 4. Um processo para produzir vidro fundido compreendendo aquecer sílica com um componente de lote compreendendo uma fonte de sódio e um silicato sintético ligado por goma compreendendo um material de silicato tendo uma fórmula empírica de CaxMgySizO(x+y+2z) onde os valores de x, y e z não são zero e a proporção de cálcio para magnésio é de meio até dez e os referidos valores são de molde a que a referida composição seja adequada como um material precursor de vidro em que o material de silicato sintético foi preparado pela sinterização de fontes de sílica, cálcio e magnésio na presença de 0,1 até 10 por cento em peso da composição de um ligante à base de alumina ou sílica e 0,05 até 5 por cento em peso de um catalisador compreendendo um composto seleccionado a partir do grupo consistindo em sais de lítio, potássio e sódio e onde o silicato sintético é ligado com o ligante à base de sílica ou alumina numa quantidade eficaz para conferir uma resistência à compressão suficiente para permitir que um pelete formado a partir da referida composição seja manuseado a temperatura ambiente e sinterizado sem danos estruturais substanciais ao referido pelete.
5. 5. Um processo para fabricar vidro compreendendo um processo de acordo com a Reivindicação 4 que compreende (i) misturar fontes de silicatos de cálcio e de magnésio com 0,1 até 10 por cento em peso de um ligante à base de alumina ou sílica e 0,05 até 5 por cento - 3 - PE1226097 em peso de um catalisador compreendendo um composto seleccionado a partir do grupo consistindo em sais de lítio, potássio e sódio; (ii) peletizar a mistura na presença de água para formar peletes "verdes"; (iii) secar os peletes; (iv) cozer os peletes num forno de maneira a ficarem ligados e a estarem substancialmente isentos de iões de carbonato; (v) misturar os peletes cozidos com uma fonte de sódio e uma fonte de sílica e aguecer a mistura para produzir vidro fundido. Lisboa, 3 de Dezembro de 2007