PT1380552E

PT1380552E - Método de produção de fibras minerais

Info

Publication number: PT1380552E
Application number: PT02720693T
Authority: PT
Inventors: Aleksandr Aleksandrovich Medvedev; Yury Lvovich Tsybulya; Leonid Nikolaevich Smirnov; Vladimir Viktorovich Datskevich
Original assignee: Llc Ct Competence Basalt
Priority date: 2001-03-19
Filing date: 2002-03-06
Publication date: 2011-02-09
Also published as: AU2002251619A1; DK1380552T3; EP1380552A4; ATE491675T1; CY1111336T1; EP1380552B9; EP1380552A2; UA76093C2; DE60238601D1; ES2357222T3; WO2002074710A2; EP1380552B1; WO2002074710A3

Description

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DESCRIÇÃO "MÉTODO DE PRODUÇÃO DE FIBRAS MINERAIS" A invenção refere-se à tecnologia para produzir fibras minerais, em particular, fibras minerais continuas, a partir de rocha, misturas à base de rochas e resíduos industriais e técnicos que contêm vidro. É conhecido um método para produzir fibras minerais a partir de rocha, em particular rocha basáltica (daqui por diante basalto), em que a rocha natural é fundida num forno de banho, do qual o fundido prossegue para uma zona de processamento (dispositivo de alimentação), da qual é realizada uma alimentação a jacto do fundido para os bocais, onde tem lugar a formação de fibras ("Basalt-Fiber Composite Materials and Structures", Kiev, "Naukova Dumka" Publishers, 1980). Os critérios básicos para que uma rocha seja ou não adequada para produzir fibras, em particular, fibras contínuas, são a viscosidade dos fundidos, a sua fluidez que é determinada pela energia requerida para activar um fluxo viscoso, a tensão superficial, a gama da temperatura de processamento e outros parâmetros. Substancialmente, todos os parâmetros são definidos pela composição química e a temperatura do fundido. Sabe-se que a densidade das fibras de basalto, bem como a densidade dos fundidos de silicato aos quais os fundidos de basalto podem ser incluídos, dependem, essencialmente, da temperatura e da composição química do meio. Considerando o facto de que a densidade é um factor de fluidez de um fundido e influencia o processo de formação da fibra mineral pelo bocal, para um basalto com uma certa composição química a temperatura de operação no 2 dispositivo de alimentação tem de ser seleccionada de tal modo a extrair o fundido do processamento com viscosidade e densidade ideais. Para a determinação da gama de densidade óptima do fundido, não apenas a composição química tem de ser levada em consideração, mas também a sua composição mineralógica, uma vez que a partir da reologia dos fundidos magmáticos sabe-se, por exemplo, que a densidade de um fundido diminui no caso da cristalização de olivina e piroxénio, e aumenta no caso da cristalização de plagioclase, os referidos minerais estando presentes nas rochas basálticas.

Considerando-se que um fundido de basalto não é diatérmico e o aquecimento ocorre predominantemente sobre a superfície externa (na superfície do fundido) devido à energia de combustão da mistura gás-ar, as características do fundido mudam substancialmente em relação à profundidade do dispositivo de alimentação e, desse modo, tem de ser definida uma área de extracção de fundido, na qual os parâmetros de processamento do fundido são óptimos. É conhecido um método para produzir fibras minerais a partir de rochas que compreende preparar um fundido a partir de uma matéria prima num forno de fundição, alimentar o fundido num dispositivo de alimentação para formar uma área de extracção de onde o fundido é extraído por meio de um dispositivo de alimentação e alimentado aos bocais (Patente UA N° 3, 1993, Int. Cl. C03B 37/00). A área de extracção de fundido é mantida na gama de 0,8 a 0,2 da altura do nível do fundido na zona de processamento. A utilização do referido método de produção permitiu obter fibras de mineral contínuas com uma taxa de 3 ruptura específica média não inferior a 0,7 rupturas por quilograma. A desvantagem do referido método consiste em que não há ligação da qualidade de preparação do fundido no formo de banho e o dispositivo de alimentação, em particular, a altura da zona de extracção do fundido do dispositivo de alimentação não é ligada à altura do fundido no forno. No caso de uma altura insuficiente do fundido no formo de banho, que pode ser o resultado de uma temperatura de aquecimento insuficiente do basalto, pode ocorrer a alimentação de um fundido insuficientemente homogeneizado (com restos de gás e/ou formações policristalinas) para a zona de processamento (dispositivo de alimentação) e, consequentemente, para a área de extracção do fundido para alimentação por jacto aos bocais. Além disso, no método conhecido, a gama óptima de densidade do fundido na zona de processamento (dispositivo de alimentação) e, consequentemente, na zona de extracção, não é especificada. Como resultado as fibras obtidas de acordo com o método conhecido nem sempre cumprem com as exigências modernas para fibras minerais contínuas para aplicações têxteis, uma vez que estas fibras têm de ter uma taxa de ruptura específica média de no máximo 0,6 -0,5 rupturas por quilograma. É conhecido um forno para fundição de vidro com um tanque de fundição e um tanque de trabalho, a área de superfície do tanque de fundição correspondendo de 0,6 a 1,3 da área de superfície do tanque de trabalho (Patente RU N° 2033977, 1995, Int. Cl. C03B 5/00). No referido aparelho o fundido é extraído por meio de dispositivos de alimentação a jacto a partir de uma área de extracção que fica 4 localizada no tanque de trabalho (o dispositivo de alimentação) de uma maneira análoga aos exemplos da patente anterior. Com o referido aparelho foi obtida uma produtividade média por unidade individual de até 150 quilogramas de fibras de basalto por 24 horas. A desvantagem do referido aparelho consiste em que não há ligação entre a área de superfície como um todo das aberturas frontais dos dispositivos de alimentação através dos quais o fundido é alimentado desde a área de extracção até os bocais e a área de superfície do tanque de fundição. Este facto pode ter um impacto negativo sobre o aumento da produtividade no forno. Por exemplo, se a área de superfície como um todo das aberturas frontais dos dispositivos de alimentação exceder o valor óptimo, é intensificada a alimentação do fundido do tanque de fundição para o tanque de trabalho e para os bocais para a formação das fibras. Como resultado, fundido insuficientemente homogeneizado entra na área de extracção, o que leva a um aumento da taxa de ruptura e a uma diminuição da eficiência das unidades de processamento. Deste modo, o aparelho conhecido não permite assegurar uma produtividade média de 170 quilogramas por 24 horas por unidade individual ou mais, o que inibe uma diminuição nos custos de produção de fibras minerais contínuas. Um outro método de fazer fibras minerais é conhecido do documento DE-A-195 38 599. É um objectivo da presente invenção aumentar a qualidade das fibras, o que é expresso em termos de uma taxa de ruptura específica média diminuída durante a fiação da fibra contínua, e aumentar a produtividade do processamento da fibra gerando uma área para a extracção 5 do fundido com as melhores características de processamento. 0 objectivo é atingido por meio de um método para produzir fibras minerais a partir de rocha, misturas à base de rochas e resíduos industriais e técnicos que contêm vidro, no qual, depois da separação mecânica do material que não contém vidro e material que predominantemente contém vidro, o material que predominantemente contém vidro com um tamanho de partícula que não excede 80 mm é fundido num forno de fundição e o fundido é alimentado a uma zona de processamento (dispositivo de alimentação) para formar uma área de extracção para a alimentação a jacto do fundido aos bocais que formam as fibras, em que a proporção entre a altura do fundido no forno e a altura das aberturas do dispositivo de alimentação a jacto varia de 1,4 a 50, preferencialmente de 7,51 a 50. O objectivo é também atingido por um respectivo método, em que a proporção entre a área de superfície do fundido no forno e a área como um todo das aberturas frontais do dispositivo de alimentação a jacto varia de 1000 a 3500. Desse modo, a área de extracção do fundido ("ponto" de extracção do fundido) fica posicionada em relação à altura dentro dos limites do fundo do dispositivo de alimentação até 0,9 vezes o nível do fundido no dispositivo de alimentação. Além disso, a área da projecção da área de extracção do fundido sobre um plano horizontal não é inferior à área de superfície como um todo das aberturas de extremidade dos dispositivos (elementos), o que assegura a extracção do fundido da zona de extracção do fundido.

As características indicadas são essenciais pelas seguintes razões: 6 1) A proporção entre a altura do fundido no forno de banho e a altura da área de extracção do fundido que varia de 1,4 a 50 assegura uma ligação entre a qualidade do fundido (preparação) da matéria prima de partida no forno de banho e parâmetros óptimos do fundido na zona de processamento e na zona de extracção. Uma vez que o intervalo de temperatura de processamento de basaltos conhecidos varia de 30 a 100 °C, e a temperatura do fundido durante o aquecimento diminui da superfície em média de 15 - 17 °C a cada 10 mm, a proporção reivindicada das alturas de facto permite óptimas condições térmicas para qualquer tipo concreto de matéria prima (em particular basalto) no forno de banho e no dispositivo de alimentação, incluindo a área de extracção do fundido para a alimentação a jacto para os bocais. Isto, por sua vez, assegura uma alimentação de um fundido homogeneizado para o processamento e estabiliza o processo de formação de fibra e melhora a qualidade da fibra, o que fica evidente numa taxa de ruptura específica média mais baixa em comparação com o valor anteriormente obtido de 0,7 rupturas por quilograma. 2) A proporção entre a área de superfície do fundido no forno de banho (o tanque de fundição) e a área como um todo das aberturas frontais do dispositivo de alimentação a jacto que varia de 1000 a 3500 assegura o prosseguimento do fundido do forno de banho para dentro do dispositivo de alimentação e para dentro da área de extracção do fundido com características de processamento óptimas. Se a referida proporção for inferior a 10 ocorre uma alimentação intensa indevida do fundido para o processamento. Como consequência, a 7 matéria prima mineral no forno de banho não é capaz de ficar totalmente homogénea, e um fundido com restantes de gases e/ou formações policristalinas pode entrar na área de extracção bem como nos bocais. Isto resulta num aumento da taxa de ruptura e limita um aumento na capacidade produtiva por unidade individual. Se a proporção entre a área de superfície do fundido no forno de banho (o tanque de fundição) e a área da projecção da área de extracção do fundido sobre um plano horizontal exceder 6000, as capacidades de fundição não são utilizadas à escala total e a eficiência de produção das fibras continuas diminui essencialmente. A manutenção da proporção entre a área de superfície do fundido no forno de banho (o tanque de fundição) e a área como um todo das aberturas frontais do dispositivo de alimentação a jacto na gama de entre 10 e 6000 assegura uma alta eficiência de produção de fibras minerais continuas e aumenta a produtividade média por unidade individual a um nivel de mais de 150 quilogramas por 24 horas. O método é ilustrado pelos seguintes exemplos.

Exemplo 1

Uma rocha de basalto que tem a seguinte composição (massa por cento): 52, 8-53, 7 de Si02, 0,5-0,6 de Ti02, 17,3-19,7 de A1203, 9,8-10, 6 de Fe203 + FeO, 3,1-6,3 de MgO, 7,1-8,0 de CaO, 2,8 de Na20, 1,6 de K20, outros: 1,8 foi moida a um tamanho de partícula de 40-70 mm, classificada mecanicamente e carregada num forno de fundição, onde uma temperatura de 1450 ± 10 °C foi mantida por meio de energia de combustão de uma mistura de gás-ar para obter um fundido homogéneo. O fundido entra na zona de 8 processamento, isto é, o dispositivo de alimentação, por fluxo por gravidade no fundo do qual os tubos da tubagem de alimentação a jacto estão situados, os referidos tubos tendo aberturas nas superfícies frontais e laterais próximo à frente. A temperatura do fundido no dispositivo de alimentação foi mantida na gama de 1350 - 1300 °C e foi assegurada uma densidade do fundido na gama de 3,05 ± 0,05 g/cm3. As aberturas dos dispositivo de alimentação a jacto ficam situadas na área de extracção nos limites de 0,7 -0,4 da altura do nível do fundido no dispositivo de alimentação, a proporção entre o nível do fundido no forno de banho e a altura da zona de extracção sendo 25. A proporção entre a área de superfície do fundido no forno de banho (o tanque de fundição) e a área como um todo das aberturas frontais dos dispositivo de alimentação a jacto é de 2500. Por meio dos dispositivo de alimentação a jacto o fundido é fornecido da zona de processamento para o bocal a jacto onde ocorre a formação das fibras. Em produção contínua, foi obtida uma taxa de ruptura específica média das fibras de basalto de 0,5 rupturas por quilograma, e a produtividade média por unidade individual foi de 170 quilogramas por 24 horas.

Exemplo 2

Uma rocha de basalto que tem a seguinte composição (massa por cento): 48,0-51,9 de Si02, 0,5-2,5 de Ti02, 12,5-16,6 de A1203, 14,3-14, 7 de Fe203 + FeO, 4,8-5,7 de MgO, 9,3-9,4 de CaO, 2,8 de Na20 + K20, outros: 1,0-1,8 foi moída a um tamanho de partícula de 5-10 mm, classificada mecanicamente e carregada num forno de fundição, onde uma temperatura de 1450 ± 30 °C foi mantida por meio de energia de combustão de uma mistura de gás-ar para obter um fundido homogéneo. O fundido entra na zona de 9 processamento, isto é, o dispositivo de alimentação, por fluxo por gravidade no fundo do qual recipientes de bocal estão situados com uma superfície frontal aberta, através da qual o fundido é fornecido aos bocais para a formação das fibras. A temperatura do fundido no dispositivo de alimentação foi mantida na gama de 1350 - 1300 °C e foi assegurada uma densidade do fundido na gama de 3,05 ± 0,05 g/cm3. As superfície frontais dos dispositivo de alimentação a jacto ficam situadas na área de extracção nos limites de 0,8 - 0,2 da altura do nível do fundido no dispositivo de alimentação. A proporção entre a área de superfície do fundido no forno de banho e a área como um todo das aberturas frontais do dispositivo de alimentação dos bocais é de 18. Nessas condições de produção foi obtida uma produtividade média de 160 quilogramas por 24 horas por unidade individual.

Exemplo 3

Foram produzidas fibras minerais por meio do método tal como descrito no Exemplo 2 a partir de cinzas de instalações de central eléctrica às quais foi adicionada calcita de acordo com a invenção.

As cinzas consistiam dos seguintes componentes (massa por cento): 43,6 de Si02, 16,2 de A1203, 1, 6 de Fe203, 5, 25 de FeO, 0,7 de Li20, 26, 7 de CaO, 3,11 de MgO, 0,67 de K20 e outros componentes: 2,17.

De 63 por cento de cinzas com a composição indicada, com a adição de calcita, foram produzidas fibras minerais com uma produtividade média por unidade individual de 155 quilogramas por 24 horas. 10

Exemplo 4

Foram produzidas fibras minerais por meio do método tal como descrito no Exemplo 2 a uma temperatura no forno de banho de 1300 ± 30 °C e uma temperatura no dispositivo de alimentação de 1100 - 1270 °C a partir de resíduos industriais contendo vidro (tubos de dispositivos luminescentes) de acordo com a invenção.

Os resíduos industriais contendo vidro consistiam dos seguintes componentes (massa por cento): 72,0 de Si02, 2,0 de A1203, < 0,01 de FeO, 19,5-18 de (Na20 + K20 ), 8,0 de (CaO + MgO + BaO), resíduos de PbO, Sb203, As203, óxidos de Cd e Ti e outros componentes.

Nas condições experimentais foram produzidas fibras minerais com uma produtividade média por unidade de 155 quilogramas por 24 horas.

Lisboa, 2 de Fevereiro de 2011

Claims

11 REIVINDICAÇÕES 1. Método para produzir fibras minerais a partir de rocha, misturas à base de rochas, resíduos industriais e técnicos que contêm vidro, nos quais, depois de separação mecânica do material que não contém vidro e material que predominantemente contém vidro, o material que predominantemente contém vidro com um tamanho de partícula que não excede 80 mm é fundido num forno de fundição, e o fundido é alimentado a uma zona de processamento (dispositivo de alimentação) para formar uma área de extracção para a alimentação a jacto do fundido aos bocais que formam as fibras, caracterizado pelo facto de a proporção entre a altura do fundido no forno e a altura as aberturas do dispositivo de alimentação a jacto variar de 1,4 a 50.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto da proporção entre a altura do fundido no forno e a altura das aberturas do dispositivo de alimentação a jacto variar de 7,51 a 50.

3. Método para produzir fibras minerais a partir de rocha, misturas à base de rochas, resíduos industriais e técnicos que contêm vidro, nos quais, depois de separação mecânica do material que não contém vidro e material que predominantemente contém vidro, o material que predominantemente contém vidro com um tamanho de partícula que não excede 80 mm é fundido num forno de fundição, e 12 o fundido é alimentado a uma zona de processamento (dispositivo de alimentação) para formar uma área de extracção para a alimentação a jacto do fundido aos bocais que formam as fibras, caracterizado pelo facto de a proporção entre a área de superfície do fundido no forno e a área como um todo das aberturas frontais do dispositivo de alimentação a jacto variar de 1000 a 3500. Lisboa, 2 de Fevereiro de 2011