RU2625424C1

RU2625424C1 - Briquette charge for manufacture of mineral fiber

Info

Publication number: RU2625424C1
Application number: RU2016124069A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Викторович Бортников; Александр Дмитриевич Самуков; Павел Анатольевич Спиридонов; Амир Данилович Шулояков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Интерстройпроект"
Priority date: 2016-06-16
Filing date: 2016-06-16
Publication date: 2017-07-13

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: briquetted charge for manufacture of mineral fiber, containing fine-grained waste processing granite by crushing fraction less 0.16 mm with a silica content of less than 60%, fine waste of processing of dolomite to a particle size of less than 0.315 mm and binder, as binder contains bentonite with the following ratio of components, wt %: waste from granite processing 70-76, processing waste of dolomite 20-25, bentonite remaining. The invention is developed in subclaims.

EFFECT: increasing the strength of briquettes while increasing the acidity modulus of the melt charge, which increases the resistance of mineral wool during its operation.

2 cl, 4 tbl

Description

Изобретение относится к производству теплоизоляционных строительных материалов из силикатных расплавов.The invention relates to the production of heat-insulating building materials from silicate melts.

Известна шихта для изготовления минерального волокна [Авторское свидетельство СССР №1477695, C03B 1/00, опубл. 07.05.1989], произведенная на основе горных пород. Известная шихта имеет следующий состав, мас. %: плагиоклаз 30-50, пироксен 15-25, кварц 5-15, рутил 3-5, магнетит 4-7, вулканическое стекло 5-15, роговая обманка 8-13. Минеральное волокно, полученное из расплава шихты, компоненты которой имеют магматическое происхождение, обладает высокими эксплуатационными характеристиками: модуль кислотности 2,92-5,20, водостойкость (рН) 1,9-2,9, температуроустойчивость 830-950°С, диаметр волокна 4-6 мкм. Основным недостатком этого изобретения является необходимость добычи сырья из горных пород. С учетом того, что места добычи и производства отдельных компонентов могут быть достаточно удалены друг от друга, процесс производства минерального волокна становится неоправданно дорогим, особенно с учетом еще и транспортных расходов к месту производства минерального волокна.Known mixture for the manufacture of mineral fibers [USSR Author's Certificate No. 1477695, C03B 1/00, publ. 05/07/1989], produced on the basis of rocks. Known charge has the following composition, wt. %: plagioclase 30-50, pyroxene 15-25, quartz 5-15, rutile 3-5, magnetite 4-7, volcanic glass 5-15, hornblende 8-13. The mineral fiber obtained from the charge melt, the components of which are of magmatic origin, has high performance characteristics: acidity modulus 2.92-5.20, water resistance (pH) 1.9-2.9, temperature resistance 830-950 ° C, fiber diameter 4-6 microns. The main disadvantage of this invention is the need to extract raw materials from rocks. Given that the places of extraction and production of individual components can be quite distant from each other, the process of producing mineral fiber becomes unreasonably expensive, especially taking into account transport costs to the place of production of mineral fiber.

Прогрессивным шагом в развитии производства минерального волокна является использование в качестве компонентов шихты отходов горнодобывающей промышленности.A progressive step in the development of the production of mineral fiber is the use of mining waste as components of the charge.

Известна сырьевая смесь для получения минерального волокна [Патент РФ №2014301, C03C 13/06, опубл. 15.06.1994], включающая компоненты в следующих количествах, мас. %: зола ТЭС, состоящая в основе из стеклообразующих оксидов (SiO₂, Al₂O₃, TiO₂) 42-50; отходы горнодобывающей промышленности 28-32; корректирующая добавка (известняк) 2-10; связующее (жидкое стекло) 6-10; вода - остальное. Однако использование мелкодисперсных фракций применяемых отходов вызывает необходимость брикетирования шихты. Из описанной сырьевой смеси получают брикеты методом формования и последующего оплавления низкотемпературной плазмой. Описанное в патенте РФ 2014301 решение позволяет утилизировать дешевые золы, что способствует снижению загрязнения окружающей среды за счет ликвидации отвалов с отходами. Основным недостатком этого аналога является необходимость применения низкотемпературной плазмы для изготовления брикетов, что делает процесс энергоемким.Known raw material mixture for producing mineral fiber [RF Patent No. 20144301, C03C 13/06, publ. 06/15/1994], including components in the following quantities, wt. %: ash TPP, consisting mainly of glass-forming oxides (SiO ₂ , Al ₂ O ₃ , TiO ₂ ) 42-50; mining waste 28-32; corrective additive (limestone) 2-10; binder (water glass) 6-10; water is the rest. However, the use of finely divided fractions of the used waste necessitates briquetting the charge. Briquettes are obtained from the described raw material mixture by molding and subsequent melting by low-temperature plasma. The solution described in RF patent 2014301 allows the disposal of cheap ash, which helps to reduce environmental pollution by eliminating waste dumps. The main disadvantage of this analogue is the need to use low-temperature plasma for the manufacture of briquettes, which makes the process energy-intensive.

Известна сырьевая смесь, представленная в качестве ближайшего аналога в описании к патенту РФ 2014301. Смесь состоит из отходов горнодобывающей промышленности - 90 мас. % и корректирующей добавки - гранита 10 мас. %. Как в описанном выше патенте РФ 2014301, из смеси исходных компонентов, связующего и воды изготавливаются брикеты, которые оплавляются низкотемпературной плазмой с последующим раздувом расплава. Водостойкость полученного расплава (рН) - 3,4, температуроустойчивость - 860°С.Known raw mix, presented as the closest analogue in the description of the patent of the Russian Federation 2014301. The mixture consists of mining waste - 90 wt. % and corrective additives - granite 10 wt. % As in the RF patent 2014401 described above, briquettes are made from a mixture of the starting components, a binder and water, which are fused with a low-temperature plasma, followed by melt blowing. The water resistance of the obtained melt (pH) is 3.4, temperature resistance is 860 ° C.

В данном составе гранит выполняет роль окислителя (корректирующей добавки), таким образом, в качестве добавки используется добываемое полезное ископаемое, а не отходы производства гранита.In this composition, granite plays the role of an oxidizing agent (corrective additive), thus, the extracted mineral is used as an additive, and not waste from the production of granite.

Однако в настоящее время на территории России накопились тонны отходов гранитных пород (отсевы щебеночного производства), которые, как описано в патенте на изобретение РФ №2584170, могут быть применены для изготовления минерального волокна. Описанная в патенте РФ №2584170 (принятом в качестве прототипа) брикетированная шихта содержит: 70-75% мелкодисперсных отходов переработки гранита фракции менее 0,16 мм с содержанием оксида кремния менее 60%; 20-25% мелкодисперсных отходов переработки доломита и цемент в качестве вяжущего. Шихта имеет физико-химические свойства, позволяющие получать из нее минеральное волокно с высокими эксплуатационными свойствами. Основным недостатком прототипа является недостаточно высокая прочность брикетов. В перерабатывающей промышленности прочность является важной характеристикой брикетированного материала. В сущности, она является браковочным критерием, по которому оценивают брикеты на пригодность к технологическому процессу получения конечного продукта из шихты. Недостаточная механическая прочность брикетов приводит к преждевременному измельчению материала и изменению условий, при которых процесс получения минерального волокна является оптимальным. Брикеты с низкой прочностью при перегрузке и транспортировании частично разрушаются с образованием мелкой крошки и пылевидных частиц. Применение в технологии получения минеральной ваты обломков брикетов и образованной при разрушении брикетов пылевидной фракции приводит, с одной стороны, к уменьшению газопроницаемости насыпной массы брикетов и ухудшению условий протекания технологического процесса плавления, с другой стороны, к потерям сырья вследствие уноса пыли и мелких частиц газом при плавке шихты. Таким образом, при применении брикетов низкой прочности для сохранения высокого качества конечного продукта необходимо вводить дополнительную технологическую операцию - отсев пыли.However, at present, tons of granite waste (gravel screenings) have accumulated in Russia, which, as described in RF patent No. 2584170, can be used for the manufacture of mineral fiber. The briquetted mixture described in the patent of the Russian Federation No. 2584170 (adopted as a prototype) contains: 70-75% of fine waste from processing granite fractions of less than 0.16 mm with a silicon oxide content of less than 60%; 20-25% of fine waste from the processing of dolomite and cement as a binder. The mixture has physico-chemical properties, allowing to obtain mineral fiber from it with high performance properties. The main disadvantage of the prototype is the insufficiently high strength of the briquettes. In the processing industry, strength is an important characteristic of briquetted material. In fact, it is a rejection criterion by which briquettes are evaluated for their suitability for the technological process of obtaining the final product from the charge. The insufficient mechanical strength of the briquettes leads to premature grinding of the material and a change in the conditions under which the process of obtaining mineral fiber is optimal. Briquettes with low strength during overload and transportation are partially destroyed with the formation of fine chips and dust particles. The use in the technology of producing mineral wool of fragments of briquettes and the dust fraction formed during the destruction of briquettes leads, on the one hand, to a decrease in the gas permeability of the bulk mass of briquettes and to a deterioration in the conditions of the technological process of melting, and, on the other hand, to losses of raw materials due to entrainment of dust and small particles by gas during melting the mixture. Thus, when using briquettes of low strength to maintain the high quality of the final product, it is necessary to introduce an additional technological operation - dust screening.

В основу изобретения поставлена задача улучшения экологической обстановки за счет расширения сырьевой базы и обеспечения возможности применения отходов переработки гранита в качестве сырья для производства минерального волокна. Достигаемый технический результат - повышение прочности брикетов при одновременном повышении модуля кислотности расплава шихты, что повышает стойкость минеральной ваты при ее эксплуатации.The basis of the invention is the task of improving the environmental situation by expanding the raw material base and making it possible to use granite processing waste as a raw material for the production of mineral fiber. The technical result achieved is an increase in the strength of briquettes while increasing the acidity modulus of the charge melt, which increases the resistance of mineral wool during its operation.

Поставленная задача и технический результат достигаются путем замены вяжущего при изготовлении брикетов. Заявляемая брикетированная шихта для изготовления минерального волокна содержит мелкодисперсные отходы переработки гранита дроблением фракции менее 0,16 мм с содержанием оксида кремния менее 60%, мелкодисперсные отходы переработки доломита до крупности 0,315 мм, а также бентонит в качестве вяжущего, при следующем соотношении компонентов, мас. %:The task and technical result are achieved by replacing the binder in the manufacture of briquettes. The inventive briquetted mixture for the manufacture of mineral fiber contains finely divided waste from granite crushing fractions of less than 0.16 mm with a silica content of less than 60%, finely divided waste from processing dolomite to a particle size of 0.315 mm, and bentonite as a binder, in the following ratio of components, wt. %:

- отходы переработки гранита 70-76;- Granite processing waste 70-76;

- отходы переработки доломита 20-25;- waste processing dolomite 20-25;

- бентонит остальное.- bentonite rest.

Предпочтительное количество бентонита составляет 4-5%.The preferred amount of bentonite is 4-5%.

Изобретение реализуется следующим образом.The invention is implemented as follows.

Предварительно из отходов переработки гранита выделяют дисперсную фракцию крупностью менее 0,16 мм. Необходимость соблюдения этого параметра обусловлена следующим. При дроблении гранитных пород менее прочные минералы, входящие в его состав (амфибол, биотит, пироксен, микроклин, в меньшей степени плагиоклаз), более подвержены разрушению и измельчаются до мелких фракций в большей степени, чем прочные (кварц). Данное явление избирательного или селективного дробления приводит к некоторому перераспределению содержания минералов по фракциям крупности, при этом менее прочные минералы концентрируются в пылевидных фракциях. Химический состав фракций крупности изменяется в соответствии с перераспределением по ним минералов. Это позволяет выделять мелкодисперсную фракцию (менее 0,16 мм), обогащенную основными оксидами (CaO, Al₂O₃ и т.д.), что обеспечивает снижение количества оксида кремния (SiO₂) менее 60% в этой фракции. Получение такого продукта из отходов переработки гранита позволяет его использовать в качестве основного компонента (70-76% мас.) при приготовлении сырьевой смеси для изготовления минеральной ваты.Preliminarily, a dispersed fraction with a particle size of less than 0.16 mm is isolated from granite processing waste. The need to comply with this parameter is due to the following. When crushing granite rocks, the less durable minerals that make up its composition (amphibole, biotite, pyroxene, microcline, and to a lesser extent plagioclase) are more susceptible to destruction and are crushed to fine fractions to a greater extent than strong (quartz). This phenomenon of selective or selective crushing leads to some redistribution of the mineral content among the coarse fractions, while less durable minerals are concentrated in the dust fractions. The chemical composition of the size fractions varies in accordance with the redistribution of minerals over them. This allows you to select a fine fraction (less than 0.16 mm), enriched in basic oxides (CaO, Al ₂ O ₃ , etc.), which reduces the amount of silicon oxide (SiO ₂ ) less than 60% in this fraction. Obtaining such a product from granite processing waste allows it to be used as the main component (70-76% wt.) In the preparation of the raw material mixture for the manufacture of mineral wool.

Основные породообразующие минералы гранита имеют температуру плавления около 1000°С при атмосферном давлении, так как они образуют низкоплавкие эвтектики. Однако столь низкие температуры плавления реализуются лишь при нагревании минералов алюмосиликатных горных пород в течение нескольких дней, поскольку их расплавы обладают очень высокой вязкостью. Для понижения вязкости расплава в смесь добавляется функциональная добавка - отходы переработки доломита дроблением исходной крупностью менее 20 мм, которые перед добавлением в смесь подвергаются дроблению до крупности менее 0,315 мм.The main rock-forming granite minerals have a melting point of about 1000 ° C at atmospheric pressure, since they form low-melting eutectics. However, such low melting points are realized only by heating the minerals of aluminosilicate rocks for several days, since their melts have a very high viscosity. To reduce the viscosity of the melt, a functional additive is added to the mixture - waste from dolomite processing by crushing with an initial particle size of less than 20 mm, which before being added to the mixture is crushed to a particle size of less than 0.315 mm.

В Таблице 1 представлены примеры полученных и исследуемых составов, в Таблице 2 приведен химический состав (содержание оксидов) конечного продукта - минерального волокна, полученного из расплавов с нормированным компонентным составом. В примерах приведены сведения для брикетированной шихты с применением в качестве вяжущего натриевого бентонита. Для кальциевого бентонита показатели практически не отличаются.Table 1 presents examples of the obtained and studied compositions, Table 2 shows the chemical composition (oxide content) of the final product - mineral fiber obtained from melts with normalized component composition. The examples provide information for a briquetted mixture using sodium bentonite as a binder. For calcium bentonite, the indices are practically the same.

Подготовленные компоненты сырьевой смеси смешиваются в соответствующей пропорции с добавлением связующего компонента (бентонита) и воды, после чего из полученной смеси изготовляют брикеты с помощью вальцевого пресса или вибропресса.The prepared components of the raw mix are mixed in the appropriate proportion with the addition of a binder component (bentonite) and water, after which briquettes are made from the resulting mixture using a roller press or vibrating press.

После высыхания брикеты загружаются в плавильный агрегат. В качестве плавильного агрегата могут быть использованы ванные электрические, электрогазовые печи и вагранки. В процессе плавления при температуре, не превышающей 1450°С, был получен однородный гомогенный расплав. Расплав сырьевой смеси характеризуется низкой кристаллизационной способностью (t_в.п.к=1160°С), расширяющей температурный интервал выработки из него волокон. Вязкость расплава сырьевой смеси находится в интервале 1400-1450°С. Переработку полученного расплава в волокно осуществляют, например, многовалковыми центрифугами.After drying, the briquettes are loaded into the melting unit. As a melting unit can be used bath electric, electric-gas furnaces and cupolas. In the process of melting at a temperature not exceeding 1450 ° C, a homogeneous homogeneous melt was obtained. The melt of the raw material mixture is characterized by low crystallization ability (t _vpc = 1160 ° C), expanding the temperature range of fiber production from it. The melt viscosity of the raw material mixture is in the range of 1400-1450 ° C. Processing the obtained melt into fiber is carried out, for example, by multi-roll centrifuges.

Свойства продукта, полученного из брикетированной шихты, представлены в Таблице 3, где представлены как показатели шихты, так и показатели минеральной ваты. Для сравнения в Таблице 3 представлены показатели по прототипу.The properties of the product obtained from the briquetted mixture are presented in Table 3, where both the indicators of the mixture and the indicators of mineral wool are presented. For comparison, Table 3 presents the indicators of the prototype.

Как видно из Таблицы 3, заявляемый состав брикетированной шихты для изготовления минерального волокна обладает более высокими показателями - модулем кислотности и модулем вязкости по отношению к прототипу. При этом такие показатели, как водостойкость (рН), гидролитическая стойкость и температуроустойчивость, остались на прежнем уровне. Эти данные свидетельствуют о частичном повышении эксплуатационных свойств минерального волокна.As can be seen from Table 3, the inventive composition of the briquetted mixture for the manufacture of mineral fibers has a higher performance - acidity module and viscosity module in relation to the prototype. At the same time, indicators such as water resistance (pH), hydrolytic resistance and temperature resistance remained at the same level. These data indicate a partial increase in the operational properties of the mineral fiber.

Также были проведены сравнительные испытания прочностных характеристик брикетов шихты по прототипу и заявляемой брикетированной шихты. При этом ввиду отсутствия нормативных документов для испытания брикетированных материалов испытания на прочность во вращающемся барабане и на сбрасывание проводились в соответствии методиками ГОСТа 15137-77 и ГОСТ 25471-82 соответственно, распространяющимися на кусковые и окускованные материалы (руды, агломераты, окатыши). Результаты сравнительных испытаний отражены в Таблице 4.Also, comparative tests were conducted of the strength characteristics of the briquettes of the charge of the prototype and the inventive briquetted mixture. Moreover, due to the lack of regulatory documents for testing briquetted materials, strength tests in a rotating drum and for dropping were carried out in accordance with the methods of GOST 15137-77 and GOST 25471-82, respectively, applicable to lumpy and agglomerated materials (ores, agglomerates, pellets). The results of the comparative tests are shown in Table 4.

Как видно из Таблицы 4, замена цемента на бентонит приводит к повышению прочности на сжатие и прочности во вращающемся барабане. Значение сопротивления истиранию во вращающемся барабане снижается, что в соответствии с ГОСТ 25471-82 свидетельствует об улучшении прочности брикетов, при этом прочность на сбрасывание практически остается на уровне прототипа.As can be seen from Table 4, the replacement of cement with bentonite leads to an increase in compressive strength and strength in a rotating drum. The value of abrasion resistance in the rotating drum is reduced, which in accordance with GOST 25471-82 indicates an improvement in the strength of the briquettes, while the drop resistance practically remains at the level of the prototype.

Авторами установлено, что неутилизируемые мелкодисперсные отходы переработки гранита фракции менее 0,16 мм являются приемлемой основой шихты для изготовления минеральной ваты, т.к. эта фракция содержит существенно меньшее количество оксида кремния (SiO₂), чем гранит как алюмосиликатная порода. При этом заявляемое соотношение компонентов позволяет достигнуть технического результата. Количество бентонита 4-5% в общей массе шихты позволяет производить брикеты без применения оплавления плазмой, как в описанном выше аналоге. Это количество является оптимальным. При этом такая добавка не ухудшает свойства конечного продукта, а некоторые показатели, как показано в Таблице 3, даже повышаются. Также установлено, что увеличение процентного соотношения отходов гранита выше 76% мас. не только увеличивает температуроустойчивость конечного продукта, но увеличивает вязкость расплава, что в конечном итоге приводит к необходимости повышения температуры и необоснованному повышению энергозатрат. С другой стороны, увеличение процентного соотношения отходов доломита (тугоплавкого компонента) к алюмосиликатной породе (легкоплавкого компонента) выше 38% мас. не позволит доломиту полностью раствориться в расплаве легкоплавкого компонента и, соответственно, получить минеральное волокно требуемого качества. Таким образом, заявляемые количественные соотношения компонентов являются оптимальными.The authors found that non-recyclable finely dispersed waste from processing granite fractions of less than 0.16 mm are an acceptable basis for a mixture for the manufacture of mineral wool, since this fraction contains a significantly lower amount of silicon oxide (SiO ₂ ) than granite as an aluminosilicate rock. Moreover, the claimed ratio of components allows to achieve a technical result. The amount of bentonite 4-5% in the total mass of the charge allows the production of briquettes without the use of plasma fusion, as in the analogue described above. This amount is optimal. Moreover, such an additive does not impair the properties of the final product, and some indicators, as shown in Table 3, even increase. It was also found that an increase in the percentage of granite waste above 76% wt. not only increases the temperature stability of the final product, but also increases the viscosity of the melt, which ultimately leads to the need to increase the temperature and unreasonable increase in energy consumption. On the other hand, an increase in the percentage of waste dolomite (high-melting component) to aluminosilicate rock (low-melting component) above 38% wt. will not allow dolomite to completely dissolve in the melt of the low-melting component and, accordingly, to obtain mineral fiber of the required quality. Thus, the claimed quantitative ratio of the components are optimal.

Предлагаемая брикетированная шихта позволяет расширить сырьевую базу производства минеральной ваты, а также утилизировать мелкодисперсные отходы переработки гранита и доломита, что способствует снижению загрязнения окружающей среды за счет ликвидации отвалов с отходами. При этом минеральная вата, изготавливаемая из предлагаемой брикетированной шихты, отличается высокими эксплуатационными свойствами благодаря высокой водостойкости, температуроустойчивости и за счет высокого модуля кислотности. Эти показатели минеральной ваты способствуют увеличению ее срока службы. Бентонит является широко распространенным природным материалом. Применение бентонита в качестве вяжущего позволяет повысить прочностные свойства брикетов, что уменьшает производственные отходы при производстве минеральной ваты.The proposed briquetted mixture allows you to expand the raw material base for the production of mineral wool, as well as to utilize fine waste from the processing of granite and dolomite, which helps to reduce environmental pollution by eliminating waste dumps. At the same time, mineral wool, made from the proposed briquetted mixture, has high operational properties due to its high water resistance, temperature resistance and due to its high acidity modulus. These indicators of mineral wool contribute to an increase in its service life. Bentonite is a widespread natural material. The use of bentonite as a binder can increase the strength properties of briquettes, which reduces industrial waste in the production of mineral wool.

Claims

1. Briquetted mixture for the manufacture of mineral fibers containing fine waste from granite processing by crushing fractions of less than 0.16 mm with a silicon oxide content of less than 60%, fine waste from processing dolomite to a particle size of less than 0, 315 mm and a binder, characterized in that as a binder use bentonite in the following ratio of components, wt. %:

granite processing waste 70-76;

waste processing dolomite 20-25;

bentonite rest.

2. Briquetted mixture according to claim 1, characterized in that sodium bentonite is used as a binder.