SK280605B6 - Spôsob výroby minerálnych sklených vlákien - Google Patents

Description

Vynález sa týka spôsobu výroby minerálnych sklených vlákien (MMVF - Man Made Vitreous Fibres), ktoré sú biologicky rozpustné, majú prijateľnú rýchlosť biologicky užitočnej degradácie vo fyziologickom roztoku.

Doterajší stav techniky

Výroba minerálnej taveniny v peci je veľmi dobre známa, ako je elektrická pec alebo kupolová pec, a používanie tejto taveniny na rozmanité priemyselné ciele. Minerálna tavenina sa všeobecne vyrába zo zmesi minerálov, ktoré sú vybrané tak, aby tavenina, ktorá sa z nich získa, mala žiadanú teplotu topenia a ďalšie vlastnosti, potrebné na zamýšľané finálne použitie. Minerálne materiály sa obvykle čerstvo vyrábajú na priame použitie alebo sú to vyťažené látky, ako je rozdrtená hornina alebo rozdrtená troska a piesok.

V EP-A-508589 sa navrhuje vyrábať taveninu z veľkého množstva tuhých odpadových látok, ktoré sa používajú v takých pomeroch, aby zloženie taveniny bolo v žiadanom definovanom rozsahu. Väčšinou sa ako vhodné odpadové materiály na zamýšľané použitie považuje odpadový popol zo spodnej časti obyčajnej spaľovne, nebezpečný odpadový popol zo spodných častí spaľovní, prach z domových skládok a zrážacích nádrží, prach z oceliarni, kaly z elektrolytického pokovovania, kaly z elektrochemických strojových zariadení, odpadové zlievarenské piesky, kontaminované zeminy, vysušené a kontaminované tuhé odpadové látky, prach z cementových fixačných konštrukcií, poletavý popolček zo spaľovania uhlia, zvyšky z anorganických pigmentov a vypotrebované žiaruvzdorné materiály. Pec môže byť koksovacia kupolová pec typu, ktorá sa používa v priemysle pri odlievaní sivej liatiny. Tavenina odchádza z pece za podmienok, ktoré dovoľujú oddeľovanie voľného kovu od roztoku oxidov, keď sa môže tavenina vlievať do foriem alebo sa odlieva.

Pri tvorbe vláken MMV z taveniny má vplyv na vlastnosti vláken zloženie taveniny. Je známe, že sa rozpustnosť vláken MMV vo fyziologickom roztoku môže zvyšovať pri vhodne vybranom zložení taveniny. Všeobecne sa najlepšie výsledky získajú, ak je množstvo hliníka v tavenine, merané ako oxidy, nižšie ako 3 alebo 4 % hmotnostné AI2O3. Podľa toho, či je požadovaná biologická rozpustnosť minerálneho materiálu na tvorbu granúl, a akéhokoľvek ďalšieho prídavného materiálu, ktorý je zastúpený v spracovávanej vsádzke, sa látky vyberajú tak, aby bol dodržaný požadovaný nízky obsah hliníka a požiadavka, aby tavenina mala vhodné tavné vlastnosti. Daná vsádzka musí mať vhodnú teplotu tavenia a vhodné vlastnosti z hľadiska viskozity, aby tavenina mala vhodné vlastnosti, potrebné na tvorbu vláken.

Minerálne vlákna sa všeobecne vyrábajú podľa spôsobu, ktorý obsahuje tvarované granuly z kusového minerálneho materiálu, roztavením minerálnej várky obsahujúcej uvedené granuly v peci sa utvorí tavenina a z taveniny sa formujú vlákna. Zložky minerálnej vsádzky musia byť vybrané tak, aby sa získala tavenina, ktorá má vhodné tavné vlastnosti a vlastnosti vláknotvomé podľa zamýšľaného použitia. Pokiaľ sa požaduje, aby tavenina mala nízky obsah oxidu hlinitého, je treba to mať na pamäti pri výbere materiálu na minerálnu vsádzku. Materiály s nízkym obsahom oxidu hlinitého, ktoré prichádzajú do úvahy sú väčšinou drahé a väčšina z týchto materiálov má sklon dávať taveninu s neobvyklými tavnými vlastnosťami, napríklad s vysokou teplotou topenia. V praxi je preto nutné používať veľmi drahé zmesi materiálov na tvorbu biologicky rozpustných MMV vláken, a to znamená vážnu prekážku v dostupnosti takýchto vláken. Je teda žiaduce, aby bolo možné vybrať také minerály, ktoré by boli dostupnejšie a lacnejšie a ktoré by mohli byť použité na vláknotvomú taveninu, ktorá má nízky obsah A1₂O₃.

Podstata vynálezu

Podľa tohto vynálezu sa vyrábajú MMV vlákna podľa spôsobu, pri ktorom sa tvarujú granuly z kusového minerálneho materiálu, pričom tieto granuly sú zastúpené v minerálnej vsádzke, ktorej roztavením v peci sa utvorí tavenina a z tejto taveniny sa formujú vlákna, pričom tavenina aj vlákna majú také zloženie, merané ako oxidy, aby obsah 0xidu hlinitého bol nižší ako 4 % hmotnostné, a granuly boli formované ako kusový minerálny materiál, ktorý obsahuje kontaminovaný zlievarenský piesok.

Kontaminovaný zlievarenský piesok je zlievarenský piesok, ktorý môže byť použitý na výrobu zlievarenskej formy a ktorý je kontaminovaný významným podielom nečistôt, ktoré sú zastúpené v zlievarenskom piesku, po jeho použití ako zlievarenská forma. Kontaminovaný je zvyškami spojiva, ako je fenolformaldehydová živica, íiirán, bentonit alebo iné zlievarenské spojivá, a často tiež zvyškami kovu z operácie odlievania. Zastúpenie týchto rozmanitých zvyškov môže byť všeobecne žiadané tam, kde sa zlievarenský piesok nepoužíva na nejaký účel bez toho, aby bol najskôr vystavený termo/mechanickému regeneračnému postupu, ktorý obsahuje stupne drtenia, presievania, premývania a spaľovania, na odstránenie nečistôt a jemných častíc. Ale takéto regeneračné postupy bývajú veľmi drahé a teda ich použitie na regeneráciu piesku je neekonomické. Takýto spôsob je napríklad opísaný v Minerál Processing č. 8, august 1987, strany 456 až 462 Bauerom, kde sú významné stupne postupu opracovania magnetickou separáciou vo fluidnom lôžku s prietokovou miešacou zarážkou.

Podľa tohto vynálezu sa kontaminovaný zlievarenský piesok používa bez výrazného predchádzajúceho regeneračného postupu. Pokiaľ sa skutočne nejaký regeneračný stupeň realizuje, obvykle sa obmedzuje na presievanie piesku.

Tento vynález rieši súčasne dva problémy, totiž potrebu nájsť spôsob ekonomického použitia kontaminovaného zlievarenského piesku a potrebu nájsť minerál s efektívnymi nákladmi, aby sa mohol použiť na vláknotvomú taveninu pri výrobe vláken s nízkym obsahom oxidu hlinitého.

Jedna z výhod tohto vynálezu spočíva v skutočnosti, že nie je nutné odstraňovanie jemných častíc z kontaminovaného piesku pred jeho použitím. Ako bolo objasnené, bolo to predtým vždy nutné, aby bol zlievarenský piesok vôbec použiteľný. Tento ekonomicky dôležitý faktor pri použití zlievarenského piesku uplatňuje práve tento vynález.

V skutočnosti môže byť prítomnosť jemných častíc podľa tohto vynálezu výhodná. Jemné častice prejavujú pri konvenčné používaných taviacich postupoch vynikajúce tavné vlastnosti vzhľadom na potrebu kratšieho času zdržania vo výrobnom zariadení pri teplote tavenia v porovnaní s väčšími časticami zlievarenského piesku.

Uvedený dôležitý rys znamená, že je možné použiť v vsádzke väčších množstiev látok s vysokou teplotou tavenia ako je kontaminovaný zlievarenský piesok, než ako by inakšie bolo možné. Prítomnosť jemných častíc zlievarenského piesku taktiež minimalizuje alebo eliminuje potrebu začleňovania tavidiel a teda je možné sa vyhnúť ich použitiu pri voľbe chemických zmesí.

Množstvo kontaminovaného zlievarenského piesku je výhodne aspoň 10 % hmotnostných, obvykle aspoň 20 % hmotnostných, vzhľadom na celkovú minerálnu vsádzku a často aspoň 30 °s hmotnostných. Obvykle to však nie je viacej ako 75 % a všeobecne sa pohybuje v rozsahu od 20 do 40 % hmotnostných alebo 45 % hmotnostných, vzhľadom na celkovú minerálnu vsádzku.

Tavenina má všeobecne obsah: CaO v rozsahu 10 až 40 % hmotnostných a obsah MgO v rozsahu 5 až 30 % hmotnostných (často 7 až 20 % hmotnostných). Všeobecne je celkové množstvo CaO a zásaditej látky 10 až 48 % a celkové množstvo MgO a FeO v rozsahu od 7 do 30 % hmotnostných. Množstvo SiO₂ je všeobecne v rozsahu od 35 do 75 % hmotnostných. Výhodná je taká zmes, v ktorej je celkový obsah oxidu hlinitého nižší ako 3 % hmotnostné a často nižší ako 1 % hmotnostné. Zmes môže obsahovať rozmanité zlúčeniny, ktoré sa pridávajú k oxidu hlinitému, CaO, MgO, zásaditej látke a FeO a SiO₂ v množstvách, ktoré sú uvedené. Tavenina tiež môže obsahovať iné prvky, ako je fosfor, bór a titán, všeobecne každý v množstve neprevyšujúcom 10 % hmotnostných, merané ako oxid.

K neuspokojivým výsledkom môže viesť použitie granúl, ktoré majú také individuálne zloženie, keď je veľmi vysoký obsah oxidu hlinitého a veľmi nízky obsah CaO a/alebo MgO, najmä preto, že takéto granuly majú skôr nízku teplotu topenia.

Je teda výhodné, ak majú granuly v podstate obsah A1₂O₃ do 4 % hmotnostných, MgO 5 až 30 % hmotnostných a CaO od 5 do 40 % hmotnostných, všetko vzhľadom na celkovú hmotnosť granúl.

Žiadané chemické zloženie sa dá dosiahnuť miešaním kremičitého piesku s olivínovým pieskom a látkou, ktorá je zdrojom CaO, keď všeobecne je všetok piesok kontaminovaný zlievarenský piesok, pričom nejaký môže byť nekontaminovaný piesok. Často však sú granuly formované zo zmesi pieskov s inými anorganickými materiálmi, ktoré samy o sebe môžu byť priemyselný odpadový materiál. Medzi vhodné priemyselné odpadové materiály patria napríklad troska, sklo, vláknitý cement neobsahujúci azbest, drevný popol, prach z oceliareň a produkty z MMV vláken, napr. spojité viazané vláknité materiály. Tieto vláknité materiály môžu byť recyklované z daného spôsobu alebo to môžu byť odpadové materiály, prevažne z výroby.

Vsádzka do pece by mala pozostávať len z granúl obsahujúcich kontaminovaný piesok alebo čo je viacej obvyklé, je to zmes z aspoň 30 % hmotnostných, častejšie aspoň 50 % hmotnostných a typicky do 80 % hmotnostných alebo viacej, takých granúl s iným kusovým materiálom. Tento iný materiál môže obsahovať granuly vyrobené z materiálov neobsahujúcich kontaminovaný zlievarenský piesok a/alebo iný minerálny materiál vhodný na začlenenie do taveniny. Týmto prídavným minerálnym materiálom môže byť priemyselný odpad, ako je uvedené alebo to môže byť pôvodný minerálny materiál, ktorý nebol dosiaľ použitý.

Takýto minerálny materiál, ktorý sa dá použiť ako časť negranulovanej vsádzky alebo ako zložka granúl, môže zahrňovať také materiály, ako je dolomit, železná ruda, vápenec, rútil, magnezit, magnetit, brucit, nehasené vápno, troska a iné materiály vhodné na tvorbu vláknotvomej taveniny. Zmes kontaminovaného zlievarenského piesku, iného priemyselného odpadu a iného minerálneho materiálu by mala byť taká, aby vlákna mali žiadané zloženie.

Granuly sa dajú vyrobiť akýmkoľvek vhodným spôsobom. Všeobecne sa vyrábajú väzbou anorganického mate riálu použitím spojiva, často v spojení s použitím vyššieho tlaku (lisovanie). Spojivom môže byť hydraulické spojivo, ako je cement alebo to môže byť troska aktivovaná zásaditým činidlom, ako je uvedené v WO92/O4289. Spojivom môže byť alternatívne nehasené vápno, ktoré sa hydratuje zahrievaním za prítomnosti vody - dobre známy spôsob vápno/pieskovec. Alternatívne je spojivom organické spojivo, napríklad lignínové spojivo získané zmiešaním lignínsulfonátu vápenatého s kusovým materiálom za prítomnosti vody, po ktorom nasleduje najskôr vytvrdenie a potom sa čiastočne vytvrdená zmes vystaví lisovaniu, napríklad na valcovom lise.

Použitie organického spojiva je výhodné a dá sa tak vyhnúť zavedeniu oxidu hlinitého alebo inej anorganickej zložky a teda je možné zaviesť ďalšie obmedzenie, ktoré sa týka materiálov, ktoré sa použijú do vsádzky.

Granuly majú obvyklé rozmery, napríklad minimálna veľkosť aspoň 5 mm, často aspoň 20 mm a obvykle aspoň 40 mm a maximálna veľkosť do 300 mm, ale obvykle nie väčšia ako 150 mm alebo 200 mm.

Pec je vyhrievaná konvenčným spôsobom, napríklad je to elektrická pec alebo taviaca vaňová pec, alebo viacej je obvyklé použitie spaľovanie alebo spaľovacieho materiálu v kupolovej peci. Teplota tavenia závisí od použitých minerálov a od spôsobu tvorby vláken, ale všeobecne leží v rozsahu 1200 až 1600 °C, často medzi 14000 a 1550 °C. Vlákna sa môžu tvoriť konvenčnými postupmi, ako je spôsob využívajúci spriadací stroj, výhodne naliatím do spriadacieho stroja vybaveného aspoň dvomi spriadacími praslicami, ako je napríklad opísané v WO92/O6047. Vlákna sa vyrobia naliatím taveniny do prvého rotory spriadacieho stroja, potom tavenina pokračuje postupne do ďalších po sebe nasledujúcich spriadacích rotorov, z ktorých sa postupne získavajú vytvárané vlákna.

Produkty podľa tohto vynálezu sa dajú použiť pri akomkoľvek bežnom využití vláken MMV, ako tepelná izolácia, znižovanie hluku a jeho regulácia, protipožiarna ochrana, rastové média, výstuže a plnivá.

Ďalej budú uvedené príklady ilustrujúce tento vynález, pričom vôbec neobmedzujú jeho obsah ani rozsah.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Príklad 1

100 %-ná granulová vsádzka (85 % priemyselného odpadu) % cement % kremičitý zlievarenský piesok % olivínový zlievarenský piesok % konvertorová troska

Príklad 2

100 %-ná granulová vsádzka (57 % priemyselného odpadu) % cement % sklený odpad % kremičitý zlievarenský piesok % olivínový zlievarenský piesok % dolomit % železná ruda

Príklad 3

100 %-ná granulová vsádzka (63 % priemyselného odpadu) 12% cement % dolomit % kremičitý zlievarenský piesok % olivínový zlievarenský piesok % sklený odpad

SK 280605 Β6 % trosková vlna atď.

% železná ruda

Príklad 4 % granulová vsádzka a 11 % vápenca (37 % priemyselného odpadu)

Zloženie granúl:

12% cement % kremičitý zlievarenský piesok % dolomit

Príklad 5

100 %-ná granulová vsádzka (60 % priemyselného odpadu) % olivín % kremičitý zlievarenský piesok % vápenec % železná ruda

Príklad 6

100 %-ná granulová vsádzka (54 % priemyselného odpadu) % kremičitý zlievarenský piesok % dolomit % sklený odpad % trosková vlna atď.

Príklad 7

100 %-ná granulová vsádzka (65 % priemyselného odpadu) % cement % kremičitý piesok % olivínový piesok % dolomit % železná ruda % trosková vlna atď.

Chemické zloženie odpadových materiálov použitých v príkladoch je uvedené v tabuľke 1 a vlastnosti vsádzky a produktov pre každý z uvedených príkladov uvádza tabuľka 2.

Tabuľka 1:

Chemické zloženie/odpadové materiály pre rozpustné vlákna

		MA 1		...			M./)		t	£nO,	KnO
Ilieverenský pieook (krsmiíltý piesok:	M. 6	:.«
Zlievereneký piesok toXlvtnsvý piesok)	4?.S			11, s		J6'5
Konvertorová troska	11.1	1.4	1.7	25,3	49.1	2,1	3.1	0.1	7.5
Sklený odpad	n.4	1,1	0.1	0,2	10,4	1,1	11.1	0.1
Vláknitý cewit neosahujúc •’hett	n )	1 1				S.3	0,5	0.2
Drevný popol	1.1			0.7	82,0	1.0		11.8	i.’		1.4
Prach z ocellarefl	3,<				1..1	a.S	2.7	0,8		10.·	4.8

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (9)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Spôsob výroby minerálnych sklených vlákien pozostávajúci z lisovania granúl z kusového minerálneho materiálu, z tvorby taveniny tým, že v peci sa taví vsádzka obsahujúca granuly a z tvarovania vlákien z taveniny, vyznačujúci sa tým, že tavenina a vlákna majú také zloženie, merané ako oxidy, že obsahujú A1₂O₃ v množstve neprevyšujúcom 4 % hmotn. a granuly sú tvarované ako kusový materiál, ktorý obsahuje kontaminovaný zlievarenský piesok.

2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa t ý m , že uvedené granuly sa tvoria z kusového materiálu, ktorý obsahuje kontaminovaný zlievarenský piesok v množstve aspoň 10 % hmotnostných, vzhľadom na celkovú hmotnosť minerálnej vsádzky.

3. Spôsob podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa t ý m , že množstvo kontaminovaného zlievarenského piesku v granulách je 10 až 70 % hmotnostných, vzhľadom na celkovú hmotnosť minerálnej vsádzky.

4. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že v podstate každá z granúl obsahuje MgO od 5 do 30 % hmotnostných a že obsahuje CaO od 5 do 40 % hmotnostných.

5. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že tavenina a vlákna obsahujú do 4 % hmotn. A1₂O₃, 10 až 40 % hmotn. CaO, 5 až 30 % hmotn. MgO a 25 až 75 % hmotn. SiO₂ a každý z ďalších oxidov v množstve nie viac ako 20 % hmotn.

6. Spôsob podľa nároku 5, vyznačujúci sa t ý m , že obsah CaO a zásaditých látok je 10 až 48 % hmotnostných a obsah MgO a FeO je 7 až 30 % hmotnostných.

7. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že sa granuly tvarujú dodatočne z iného priemyselného odpadu, vybraného z konvertorovej trosky, skla, cementu neobsahujúceho vláknitý azbest, drevného popola, prachu z oceliarní a produktov z výroby sklených vláken, pričom celkové množstvo kontaminovaného zlievarenského piesku a iného priemyselného odpadu je aspoň 50 % hmotnostných, vzhľadom na celkovú hmotnosť minerálnej vsádzky.

8. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že pec je kupolová pec.

9. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že tavenina je spracovaná naliatím do prvého spriadacieho rotora, z ktorého následne postupuje do ďalších spriadacích rotorov za vzniku vlákien.

Tabuľka 2: Údaje charakterizujúce jednotlivé príklady

inolotvo jt»n01 v siievereneký piesok· v uď’i.^V- 3 ««L - e (CaO . ilsad látky) KjO v (M90 « teojv rrMM t IN 4 40 i 4 24 4 24 7 >0,4 PrtkMt 100 17 34 1 4 5) 1 n 1 10.3 n ·> Príklsd ) 100 41 31 2 0 :i 1 23 t >2,4 11 S FrJkJW » si n 42 1 J 34 4 36 0 >.3 s S Frlkloe J 100 40 40 0 4 24 6 U 0 10.0 37 7 WtN « 100 14 20 0 » 24 4 33 0 K,« K 7 frlUM 7 1OO 4S ^{3 3 3} ľ « 12,3 >

Koniec dokumentu

Priemyselná využiteľnosť

Minerálne sklené vlákna, pripravené postupom podľa tohto vynálezu, majú význam predovšetkým pre stavebníctvo a príbuzné priemyselné odvetvia.