CZ285613B6

CZ285613B6 - Způsob výroby minerálních vláken

Info

Publication number: CZ285613B6
Application number: CZ963639A
Authority: CZ
Inventors: Lone Moller Sorensen; Vermund Rust Christensen; Soren Lund Jensen; Hans Hoyer; Thomas Heldgaard; Jorgen Faarborg; Philip Sweeny
Original assignee: Rockwool International A/S
Priority date: 1994-06-15
Filing date: 1995-06-14
Publication date: 1999-09-15
Also published as: HU9603438D0; SK282195B6; DE69508759D1; FI964952A0; PL317854A1; SK160396A3; GB9412007D0; ES2129832T3; DE69508759T3; FI964952A; SK160596A3; SI9520066A; EP0767762B2; ATE191209T1; ES2144130T3; PL317855A1; EP0768283A3; HUT77447A; EP0765295A1; AU2882595A

Abstract

Vsázka pro výrobu minerálních vláken se připravuje lisováním minerálního materiálu s přídavkem pojiva a vláknitého materiálu do briket. Pojivo tvoří melasa s vápnem nebo borátem nebo fosfátem jako aktivátoremŕ

Description

(74) Zástupce:

PATENTSERVIS PRAHA a.s., Jivenská 1273, Praha 4, 14021;

(13) Druh dokumentu: B6 (51) Int. Cl.⁶:

C 03 B 1/02

C 03 C 1/02

C 03 C 13/00

CZ 285 613 B6 (54) Název vynálezu:

Způsob výroby minerálních vláken (57) Anotace:

Minerální vsádka obsahující brikety se taví v peci za vzniku taveniny, ze které se vyrábí umělá skelná vlákna, přičemž se alespoň část minerální vsádky před vsazením do pece upravuje tlakovým lisováním briket ze zrnitého anorganického materiálu spojeného melasou jako pojivém, které obsahují přídavky vláken a aktivátor melasy a to buď vápno, boritan, nebo fosforečnan.

Způsob výroby minerálních vláken

Oblast techniky

Předkládaný vynález se týká výroby umělých skelných vláken neboli MMV vláken. Přesněji se týká způsobu obsahujícího tvorbu taveniny tavením minerální vsádky, která se skládá z briket z převážně anorganického materiálu, v peci a tvorbu MMV vláken z taveniny. Vsádku mohou tvořit pouze brikety nebo směs briket s jiným anorganickým materiálem. Vynález se týká i nového typu briket.

Dosavadní stav techniky

Pro formování zrnitých minerálních materiálů do různých tvarů je známo mnoho metod. Minerální suroviny lze například formovat do pelet formováním s pojivém a vodou a do briket různými dalšími technikami. Obecný přehled těchto technik uvedl John D. Higginbotham na setkání v Seattlu (USA) v říjnu 1933 v přednášce s názvem „Melasa jako ekologicky vhodné pojivo v briketách a aglomerátech“, která se týkala použití např. škrobu, polyvinylalkoholu, ligninového sulfonátu, vápna, piyskyřic a melasy jako pojiv pro briketování široké palety anorganických zrnitých materiálů.

Konkrétně autor popsal použití melasy jako pojivá uhelných briket, bohužel ale, pokud nebyly použity přísady, s malou pevností výlisku bez slinování, a dále použití melasy s vápnem za zvýšení pevnosti výlisku bez slinování ale snížení pevnosti následným slinováním. Dále popsal použití jako přísady pro zlepšení účinnosti melasy kyseliny fosforečné a testování různých dalších přísad. Také byl popsán rozklad ligninu při aglomeraci sazí při 250 °C a odolnost melasy při 300 °C a možnost aglomerace částic odpadní oceli při použití pojivá melasa s vápnem (získaný materiál lze ale použít pouze pro recyklaci do pece na železnou rudu s bazickým kyslíkem, protože teploty vyšší než 1100 °C ve vysoké peci na ocel vedou k tvorbě rafinovaného kovu). Zároveň se zdá, že pojivo melasa s vápencem obsahuje i určitý podíl kyseliny fosforečné.

US patent 2 578 110 uvádí tvorbu skelných briket tvarováním velmi jemného anorganického materiálu, vody a glukosy, bentonitu nebo jiného pojivá a jejich zahřívání v peci po dobu 1/2 až 3 hodin. Vzniklé brikety se taví v tanku za vzniku skelné taveniny. US patent 2 970 924 uvádí použití pojiv při výrobě pelet skelného materiálu pro výrobu laminátu, ale neuvádí tvorbu briket formováním. Cílem toho je rychlejší a rovnoměrnější tání pelet a zlepšení přenosu tepla v tavené vsádce. Podle těchto dvou prací se brikety a pelety přidávají do taveniny a nemusejí být pro tavení významně samonosné.

V konvenčních tavících pecích pro MMV vlákna se taví samonosný sloupec pevného hrubého minerálního materiálu. Tento pevný hrubý minerální materiál může být drcená surovina ale častěji brikety vyrobené z minerálního materiálu s jemným změním. Je nezbytné, aby sloupec byl pro udržení pevného materiálu nad taveninou ve spodní části pece samonosný. Proto je nezbytné, aby brikety v celé vsádce udržely svou celistvost až do teploty blízké teplotě tání (přes 1000 °C). Rozpad briket při teplotách nižších jen o několik set °C je nevyhovující, protože se brikety rozpadnou na prach a sloupec pevného materiálu bude mít tendenci ke zřícení s výsledkem zvýšení odporu pro vzduch pro hoření a zvýšení tlaku a tlakových výkyvů na dně porušujících průtok taveniny výpustí.

Proto je nezbytné, aby byly brikety teplu odolné pro zachování své struktury po co nejdelší dobu zahřívání v peci k teplotě tání. Rovněž je nezbytná možnost vyrábět brikety jednoduchým způsobem, který nevyžaduje dlouhé (několik dní) tvrzení kapalných pojiv. U briket je žádoucí

- 1 CZ 285613 B6 vysoká pevnost výlisku bez slinování, tzn. možnost manipulace s nimi co nejdřív po vyrobení bez tvrzení a rizika rozpadu čerstvých briket.

US patent 2 976 162 uvádí tvorbu briket s použitím směsi jílu (např. bentonitu) a škrobu. Přestože je tento systém navržen na odpovídající pevnost výlisku bez slinování a pevnost v peci (kvůli jílu), není vyhovující a příliš se nepoužívá. Ale vhodná tepelná odolnost a pevnost byla konvenčně dosažena použitím vodných pojiv, obecně cementu.

Použití vodných pojiv poskytuje vyhovující výsledky, ale trpí některými nevýhodami. Jednou z nich je pomalost procesu z důvodu tvorby a tvarování mokré směsi, kterou je třeba tvrdit několik dní.

Další nevýhodou je, že zrnitý materiál musí být pro dosažení dostatečné pevnosti s použitím běžných pojiv, jako je cement, poměrně hrubý. Nejméně 10 % hmotnostních částic musí být normálně větších než 2 až 5 mm a 30 % hmotnostních větších než 1 mm. Uspokojivé výsledky nelze s vodnými ani jinými běžnými pojivý získat, pokud jsou částice stejnoměrně malé, např. pod 1 mm. Protože prostředek musí v peci roztát v určitou dobu, musejí mít poměrně hrubé částice složení, při kterém tají rychle a/nebo musejí být spojeny s tavidlem. Zajištění ekonomického hrubého materiálu nebo směsi, která splňuje tato kritéria, je obtížné zvláště pokud se požaduje, aby měla tavenina malý podíl hliníku, protože materiály i s malým obsahem hliníku mají tendenci ke tvorbě malých částic s vysokou teplotou tání.

Další nevýhodou je, že vodné pojivo ovlivňuje elementární složení finální anorganické taveniny a vláken. Např. cement nebo jíl zanášejí do briket hliník, což je nežádoucí při jejich použití pro výrobu vláken s malým podílem hliníku.

Je známo, že rozpustnost minerálních vláken ve fyziologickém roztoku lze zvýšit vhodným výběrem složení taveniny. Obecně jsou nejlepší výsledky uváděny pro pH 7,5 při obsahu hliníku (měřeno jako oxidy) v tavenině v rozmezí do 3 až 4 % hmotnostních (s výhodou do 1 až 2 % hmotnostních AI2O3). Proto pokud se požaduje biologická rozpustnost v roztoku soli při pH 7,5 musí minerální materiál i všechny přísady pro výrobu briket vyhovovat požadavkům na nízký obsah hliníku a na vhodné vlastnosti taveniny. Vsádka pak musí mít správnou teplotu tání a po roztavení viskozitu tak, aby tavenina měla vhodné vlastnosti pro tvorbu vláken.

Řada minerálů, které byly považovány za vhodné z hlediska výroby MMV vláken s nízkým obsahem AI2O3, mají obsah hliníku tak vysoký, že i když byly použity pro výrobu vláken zcela bez přísad, konečná analýza vláken ukázala obsah oxidu hlinitého vyšší než požadovaná max. 3 až 4 % hmotnostních. Fakt, že je v praxi nutné dále použít běžná pojivá do briket jako cement, zásaditou strusku nebo jíl, dále omezil zrnité minerály, které jsou použitelné.

Proto je třeba získat brikety, které lze vyrobit jednodušším způsobem než jsou stávající briketovací techniky využívající vodná pojivá, při zajištění nevýznamného rozpadu získaných briket v peci před roztavením. Zároveň je třeba získat briketovací systém, kde lze použít anorganické zrnité materiály, které jsou z hlediska dosavadních briketovacích technik nevhodné a/nebo které jsou zejména vhodné pro výrobu vláken s nízkým podílem oxidu hlinitého.

Podstata vynálezu

V souladu s předkládaným vynálezem se vyrábějí umělá sklená vlákna neboli MMV vlákna způsobem, který se skládá z tavení minerální vsádky v peci, kdy vsádka obsahuje tlakově formované brikety zrnitého anorganického materiálu s pojivém - melasou, a výrobu vláken z taveniny.

-2CZ 285613 B6

Vynález je použitelný pro výrobu všech MMV vláken vyráběných ze skelné taveniny např. minerálů, strusky, skla nebo jiné minerální taveniny. Zrnitý anorganický materiál, z kterého se vyrábí brikety i zbytek vsádky se použije tak, aby měla vlákna požadované složení. Obecně se směs pro přípravu briket skládá z SiO₂ a oxidů alkalických kovů a/nebo kovů alkalických zemin.

Množství SiO₂ je obecně alespoň 30 % hmotnostních a často alespoň 38 nebo 40 % hmotnostních. Celkové množství oxidů alkalických kovů a/nebo kovů alkalických zemin je obvykle přes 20 a s výhodou přes 30 % hmotnostních. Zejména výhodné je, pokud je množství CaO + MgO v rozsahu 20 až 50% hmotnostních a množství CaO v rozsahu 10 až 35 %. Směs obsahuje i polyvalentní oxidy kovů jako FeO, A1₂O₃, TiO₂ v množství přes 1 % hmotnostní. Množství těchto polyvalentních oxidů kovů může být až 35 nebo 40 % hmotnostních, ale s výhodou do 15 nebo 20 % hmotnostních. Pokud je požadována vysoká rozpustnost při pH 7,5 - je jejich množství obecně do 10 % hmotnostních a A1₂O₃ s výhodou do 5 % hmotnostních a obsah do 4 % hmotnostních, s výhodou do 2 % hmotnostních. Celkové množství Na₂O a K₂O je obecně do 6 % hmotnostních, s výhodou do 4 % hmotnostních. Celkové množství CaO + MgO + MgO je s výhodou do 50 % hmotnostních. Složení vsádky jako celku musí být analogické. Výhodné složení prostředku tohoto typuje 45-60 % hmotnostních SiO₂, 0,5-4 % hmotnostních A1₂O₃, 0.14 % TiO₂, 5-12 % hmotnostních FeO, 10-25 % hmotnostních CaO, 8-18 % hmotnostních MgO, 0-6 % hmotnostních Na₂O, 0-2 % hmotnostních K₂O, 0-6 % hmotnostních Na₂O + K₂O, 2-10 % hmotnostních P₂O₅ a 0-10 % hmotnostních ostatních látek.

Vynález lze úspěšně aplikovat i na výrobu MVV vláken s vyšším obsahem A1₂O₃ (např. do 30 % hmotnostních). Brikety nového typu mohou mít stejné složení.

Výhodný prostředek pro vlákna a brikety obsahuje 32-48% hmotnostních SiO₂, 10-30% hmotnostních A1₂O₃, 10-30% hmotnostních CaO, 2-20% hmotnostních MgO, 2-15% hmotnostních FeO, 0-10% hmotnostních Na₂O + K₂O, 0-6% hmotnostních TiO₂, 0-16% hmotnostních P₂O₅ + B₂O₃ a 0-15 % hmotnostních ostatních látek. Obvykle je množství A1₂O₃nad 18% hmotnostních, ale může být nižší, pak je obsah P₂O₅ + B₂O₃ obvykle alespoň 1 % hmotnostní. S výhodou je obsah SiO₂ 34-45 % hmotnostních, A1₂O₃ 19-28 % hmotnostních, CaO 14-25% hmotnostních a MgO 5-15% hmotnostních. Obsah SiO₂ + Al₂O₃ je 60-75% hmotnostních, s výhodou 61-63 % hmotnostních. Prostředek má s výhodou při 1400 °C viskozitu 10 až 70 dPa.s a rozpustnost alespoň 20 mm/den při pH 4,5.

Brikety použité ve vynálezu si v peci značně udržují pevnost až do roztavení, i když je teplota tání minimálně 1100°C a často minimálně 1200 °C. Proto je vsádka briket a jiného pevného hrubého materiálu ve formě samonosného sloupce, což prodlužuje tání v základně pece a brikety udržují celistvost při zahřívání až k teplotě tání. Místo rozpadu sloupce pevné vsádky za vzniku prachu a výrazné redukce prostupnosti vsádky, se brikety rozpadají až téměř při teplotě tání. Vsádka se tak nerozpadá nad zónou tavení, ale udržuje si svou hrubozmnou povahu až do klesnutí do zóny tavení pece a svého roztavení.

Např. pokud se měřila pevnost různých briket při rostoucí teplotě, zjistilo se, že se brikety v souladu s předkládaným vynálezem začínají rozpadávat až při teplotách nad 1000 °C, např. při 1100 °C, což je stejná teplota jako u briket s běžnými vodnými pojivý.

Je velmi překvapující, že použití hořlavých organických materiálů, a to melasy, vede k systému udržujícímu si svou pevnost do teplot nad 1000 °C a to okolo 1100°C. Zdá se, že existuje interakce mezi melasou a směsí prvků, která je nezbytně přítomna v zrnitém anorganickém materiálu, který je obsažen v mokré směsi, která se tlakově formuje.

Pojivém je podle našeho názoru melasa samotná nebo její reakční produkty s přísadami. Pojivém je i další organická nebo anorganická látka, např. lze melasu použít v kombinaci se škrobem, syntetickou pryskyřicí (fenolformaldehyd) nebo ligninem (s výhodou lignosulfonát vápenatý).

-3 CZ 285613 B6

Melasa (včetně přísad, které s ní reagují) s výhodou tvoří alespoň 30 % hmotnostních a obvykle alespoň 60 % hmotnostních (sušina) veškerého pojivá v briketách.

Melasové pojivo obsahuje aktivátor, který zajišťuje boritan nebo fosforečnan, s výhodou kyselinu fosforečnou, fosforečnan sodný nebo vápenatý. S výhodou ale melasové pojivo obsahuje jako aktivátor vápno a neobsahuje žádný přidaný fosforečnan, kyselinu fosforečnou nebo boritan. V některých případech je ale fosforečnan žádoucí (pokud se vyrábí vlákna obsahující fosfor).

Pojivo s výhodou obsahuje melasu a vápno bez dalších přísad. Vápno se přidává jako oxid nebo hydroxid vápenatý např. pálené vápno, nehašené vápno nebo hašené vápno.

Množství vápna je 50 až 150 % stechiometrického množství nutného pro reakci cukrů v melase a vápníku za vzniku jejich komplexu. Množství vápna měřeno jako CaO je obecně alespoň 0,1 hmotnostního dílu na díl melasy a obvykle alespoň 0,5 dílu. Obecně není třeba víc než 0,7 dílu, ale může být až 0,9 nebo 1,2 dílu.

Použít lze konvenční melasu. Její složení je obvykle 40-55% hmotnostních cukrů, 5-15% hmotnostních minerálů, 20-30 % hmotnostních vody, 5-20 % hmotnostních ostatních organických látek. Obecně je zbytečný vyšší obsah vody, ale podle potřeby může být. V tom případě se proporčně množství melasy zvýší nad níže uvedený podíl. Celkové množství melasy je 1 až 15 % hmotnostních, s výhodou 2 až 8 % hmotnostních, nej výhodněji 5 % hmotnostních směsi. Množství vápna měřené jako CaO je 0 až 10 % hmotnostních, s výhodou 2 až 5 % hmotnostních celkové hmotnosti směsi.

Celkové množství volné vlhkosti ve směsi v době tlakového formování je 0,5 až 10% hmotnostních, s výhodou 1 až 5 % hmotnostních, nej výhodněji 1 až 3 % hmotnostních celkové hmotnosti směsi. Její část je podíl v melase a zbytek je podíl v zrnitém anorganickém materiálu nebo se záměrně přidá.

Brikety se normálně vyrábějí smísením zrnitého anorganického materiálu (a volitelně rostlinných vláken s melasou (a vápnem). Směs se nechá ztuhnout a pak se formuje. Pokud se používá doplňkové pojivo, obecně se přidává před, ve směsi nebo po přidání melasy. Výsledkem tuhnutí směsi a pojívaje mazlavá, téměř homogenní, viskóznější a nemíchatelná hmota. Příprava směsi pro formování se uiychlí zvýšením teploty. Teplo lze dodat jako mechanickou nebo tepelnou energii nebo exotermní reakcí např. mezi vápnem a vodou a/nebo melasou.

Pokud má veškerý zrnitý materiál požadovanou velikost částic, lze formování směsi provést pouze jeho smícháním s pojivém obecně při teplotě 20 až 70 °C. Pokud je materiál příliš hrubý, je výhodné jej před nebo během míchání s melasou rozemlít (zároveň zdroj tepla pro potřebné zvýšení teploty) např. současným mícháním, mletím a zahříváním při použití tyčového mlýna.

Melasa se přidá a zamíchá do směsi bud’ v tyčovém mlýně, nebo výhodněji po přípravě směsi zrnitého materiálu (a rostlinných vláken) drcením a mícháním v tyčovém mlýně a následným přidáním melasy v následujícím stupni míchání např. v tradičním lopatkovém nebo cementovém mixéru.

Vápno se do směsi přidá před nebo po přidání melasy např. při mletí v tyčovém mlýně nebo jiném mlecím stupni nebo po rozemletí a před, zároveň, nebo po přidání melasy.

Při výhodném provedení se celá směs (kromě vápna a melasy) mele v tyčovém mlýně, čímž se zvýší teplota, směs se pak převede do konvenčního mixéru (cementový, lopatkový), a pak se za míchání přidá melasa, čímž vznikne téměř homogenní směs. Pak se přidá vápno.

-4CZ 285613 B6

Přidání vápna obecně vede k exotermní reakci např. mezi CaO a vodou. Toho lze využít pro snížení obsahu volné vlhkosti směsi před nebo po přidání melasy a zejména ke zvýšení teploty směsi kvůli urychlení tuhnutí před formováním. Např. použití 45 až 82 % hmotnostních páleného vápna (ze základu melasy) snadno zvýší teplotu na 60 °C.

Směs se po dobu tuhnutí udržuje na vhodně zvýšené teplotě kvůli reakci mezi melasou a vápnem, což lze provést buď při počátečním míchání, nebo v podavači, kde se směs zdrží několik minut (1/2 až 10 min) před převedením do formovacího zařízení.

Formování lze provést všemi vhodnými lisovacími technikami. Velmi výhodné je ale formování ve válcovém lisu. Formovací válcový lis má dva válce, které se otáčejí tak, že dochází ke skřípnutí, kdy alespoň jeden válec je opatřen formovacím výstupem, obvykle jsou ale výstupy na obou válcích, a to proti sobě. Válce mají delší podélnou osu, nebo se jedná o kola. Válcové briketovací lisy jsou známé z přípravy pelet pro krmení zvířat nebo palivových briket.

Tlak působící na směs při formování je 10 až 50 kN/cm.

Rozměry výstupů určují rozměry briket, které se získávají. Obecně má briketa minimální rozměr alespoň 5 mm, s výhodou 40 mm. Maximální rozměr je až 200 mm, s výhodou 150 mm. Typická velikost je 50 až 100 mm.

Brikety se během několika minut z lisu odstraňují přiváděnou směsí. V tomto stupni mají brikety v souladu s předkládaným vynálezem dostatečnou pevnost výlisku bez slinování, aby byla možná přiměřená manipulace ihned po opuštění formy. Pro dosažení dostatečné pevnosti výlisku není třeba zahřívání v peci. Výhodné je pak nechat brikety stát (volně v atmosféře) 1/4 až 2 hodiny, s výhodou 1/2 hodiny, čímž získají další pevnost výlisku bez slinování. Potom s nimi lze manipulovat běžným způsobem. Proto není třeba brikety nechat stát delší dobu (na rozdíl od běžných pojiv), aby se uplatnila vodná pojivá, ale lze s nimi manipulovat a používat je okamžitě po formování.

Brikety lze formovat z anorganických zrnitých materiálů, které jsou běžné při výrobě briket pro MMV vlákna, ačkoli materiály mohou být i jemnější a případně s nízkým obsahem aluminy.

Při použití vodných pojiv je do směsi nezbytné zavést značné množství hrubého materiálu kvůli dosažení dostatečné pevnosti. V souladu s předkládaným vynálezem, to ale není nutné, a tak zrnitý materiál může obsahovat hlavně částice menší, než je běžné pro brikety pro MMV vlákna. A tak ačkoli je možné pro provedení vynálezu použít materiál o 90% zrnitosti do 2 mm, výhodné je provedení s materiálem s menší velikostí částic. Např. obvykle s alespoň 98 % hmotnostních, s výhodou 100% hmotnostních, pod 2 mm. Zejména výhodné je do 80% hmotnostních, např. 50-80 % hmotnostních pod 1 mm, nejvýhodněji pod 0,5 mm. Žádoucí je dále přítomnost alespoň 20 % hmotnostních hrubšího materiálu nad 1 mm. Zrnitý materiál má velikost částic většinou nad 0,1 mm, s výhodou nad 0,2 mm.

Použití poměrně jemných částic má dvě hlavní výhody. První - umožňuje při dostatečné době pobytu a tepelných podmínkách v peci rychlejší tavení, než je přípustné u běžných hrubších částic a umožňuje použití materiálů s vyšší teplotou tání. Např. nejméně 70 % hmotnostních složek anorganického materiálu může mít teplotu tání nad 1450 °C. Druhá - umožňuje použití materiálů s nízkým obsahem A1₂O₃ nebo jiných materiálů snadno dostupných s malou velikostí částic hlavně písek. Proto může být veškerý materiál v briketách v souladu s předkládaným vynálezem písek. Jemné částice také zmenšují nebo odstraňují potřebu použití tavidel, a tak zabraňují omezení při výběru chemických látek.

Vhodné jemné materiály jsou jemné anorganické materiály (struska vznikající při přípravě minerálů pro tavení), odpadní sklo, železná ruda, použitý slévárenský písek a různá odpadní

-5CZ 285613 B6

MMV vlákna (např. odpad z výroby vláken nebo nepoužitý nebo odpadní finální produkt). V dříve známé technice nebylo použití MMV odpadu ve velkém množství možné. Tyto vláknité materiály zahrnují odpad z přádelen a suchá odpadní příze, což je odpadní tvrzený vláknitý produkt (odpadní vláknité desky, role, trubky atd.) mokrá odpadní příze, což je odpadní netvrzená příze (z odstavení výrob a jiných přerušení), a filtrační podložky.

Kromě nebo navíc k uvedeným anorganickým vláknům je do směsi, ze které se brikety vyrábí, žádoucí zahrnout organická vlákna. Výhodná organická vlákna jsou rostlinná vlákna (i dřevo), mořské řasy, citrusový odpad a sláma. Použití slámy je výhodné, protože ji lze použít suchou, a tak nemá vliv na obsah vlhkosti ve směsi, ze které se formují brikety, zatímco ostatní vlákna se nejlépe zavádějí mokrá, a tak mají vliv na obsah vlhkosti ve směsi. Použití rostlinných vláken zlepšuje pevnost výlisku bez slinování a resultuje v dostatečnou nebo zvýšenou pevnost výlisku bez slinování kvůli zvýšenému obsahu vlhkosti. Množství rostlinných nebo jiných organických vláken je obecně 0,2 až 10 dílů, s výhodou 0,5 až 5 dílů na díl hmotnosti melasy. Sláma se používá řezaná nebo sekaná na délku do 5 až 10 mm, což je vhodné maximum pro všechna rostlinná vlákna.

Zrnitý minerální materiál pro formování briket je mletý minerální materiál nebo přírodní minerální materiál s jemnou zrnitostí. Vhodné materiály jsou složky s vysokou teplotou tání jako křemen, olivínový písek, vápenec, dolomit, rutil, bauxit, železná ruda, magnesit, magnetit a brucit. Lze použít i jiné běžné složky pro brikety pro MMV vlákna jako jíl, horniny a další minerální produkty (diabas a čedič).

Minerální materiály pro formování briket se vyberou podle požadovaného chemického složení a tavitelnosti. Obecně 20 až 75 % hmotnostních briket taje při 1250 °C, ale brikety jsou zcela roztaveny při 1300 °C a často 1375 °C.

Minerální vsádka v peci může obsahovat pouze brikety s melasou nebo lze minerální vsádku (do 70 % hmotnostních, s výhodou do 50 % hmotnostních) uložit i v jiné formě. Vsádka může např. obsahovat brikety spojené jiným způsobem např. cementem nebo může obsahovat složky běžné pro přípravu taveniny pro MMV vlákna jako další horniny, jíl, odpadní sklo a další běžné materiály. Pokud se zbytek vsádky nezavede jako brikety, jeho forma je obvykle s velikostí částic 40 až 160 mm. Pokud se ve finálních vláknech požaduje nízký obsah oxidu hlinitého, musí mít doplňkové materiály obsah oxidu hlinitého do 6 % hmotnostních, s výhodou do 4 % hmotnostních, a to tak, že celá vsádka má obsah oxidu hlinitého do 4 % hmotnostních, s výhodou do 2 % hmotnostních. Pokud se požaduje vysoký obsah oxidu hlinitého, celá vsádka se zvolí tak, aby měl produkt požadované složení.

Brikety s melasou nebo zbytek vsádky obsahují látky, které jsou vhodné pro podporu rozpustnosti (sloučeniny boru a fosforu) obecně v celkovém množství do 10 až 20% hmotnostních (měřeno jako oxidy).

Tavení se provádí v pecích, kde se taví samonosný sloupec pevného hrubého minerálního materiálu obsahujícího brikety. Tento sloupec je vysoký alespoň 1 metr. Pec se používá elektrická, vanová nebo s výhodou kuplovna, kde vsádka obsahuje palivo. Teplota tání závisí na použitých materiálech a technice tvorby vláken, ale obecně je 1200 až 1600 °C, často 1400 až 1550 °C.

Vlákna se připravují běžnými technikami jako je zvlákňovací vytahování, nebo s výhodou nalití na zvlákňovač, který tvoří alespoň dvě kooperující zvlákňovací kola popsaná např. v W092/06047. Vlákna tak lze vyrábět nalitím taveniny na první zvlákňovací rotor, z kterého je postupně převedena na jeden nebo několik následujících zvlákňovacích rotorů, kterými jsou spřádána vlákna.

-6CZ 285613 B6

Výrobky v souladu s předkládaným vynálezem lze použít pro všechny konvenční aplikace MMV vláken jako je tepelná a hluková izolace, protipožární ochrana, plnidla a výztuhy.

Vynález se týká i nového typu briket a způsobu jejich výroby. Konkrétně jde o tlakově formované brikety z anorganického materiálu s obsahem (měřeno jako oxidy) přes 30 % hmotnostních SiO₂, přes 20 % hmotnostních oxidů alkalických kovů a/nebo kovů alkalických zemin a které obsahují rostlinná vlákna a melasové pojivo.

Příklady provedení vynálezu

Ve všech následujících příkladech byl pro mletí a míchání minerálního materiálu a organického i anorganického odpadu použit tyčový mlýn. Kvůli uvolněné energii při mletí dochází v tyčovém mlýnu ke zvýšení teploty. Směs se převede do tradičního cementového mixéru a za míchání se přidá melasa. Během dvou minut je směs homogenní a pak se přidá pálené vápno. To způsobí exotermní reakci a směs dosáhne teploty 60 °C. Směs se pak převede do přivaděče, kde se ponechá několik minut před transferem do formovacích dutin válcového lisu, kde se směs za tlaku 20 kN/cm lisuje do briket s velikostí 50 až 100 mm. Brikety po několika minutách lis opouštějí, protože se přivaděč plní výchozí směsí a přivádí ji do lisu. Nyní mají hladce lesklý povrch a velkou hustotu. Okamžitě po opuštění lisu mají pevnost výlisku bez slinování takovou, že odolají pádu ze 2 m výšky.

Brikety se nechají 1/2 h stát. Okamžitě nebo po určité době skladování se plní do kuplovny, která obsahuje jako palivo koks a volitelně další anorganický materiál. U základny se do pece přivádí předehřátý vzduch, který zahřeje a zapálí koks, čímž začne taviči proces v základně sloupce briket nebo jiné vsádky. Proces pokračuje přiváděním materiálu tak, aby teplota tání byla 1510 °C. Tavenina z pece přichází na horní zvlákňovací rotor stejně jako u W092/06047. Výsledná MMV vlákna se shromažďují jako chomáč a spojují se konvenčním způsobem organickými pojivý.

Ve všech pokusech v souladu s předkládaným vynálezem si sloupec briket udržuje prostupnou strukturu a před roztavením se nerozpadá. To je rozdíl od tepelně nestabilních briket, které při předehřátí degradují i při teplotě jen několik set stupňů Celsia, což způsobuje zhoustnutí a neprostupnost sloupce. To vede ke zvýšení tlaku v peci a následným pulsům ve výstupním toku z pece. V pokusech v souladu s předkládaným vynálezem tavenina z výstupu pece odtéká rovnoměrně, což znamená, že sloupec je prostupný a v peci je konstantní tlak.

Příklad 1

Použije se vsádka, kterou tvoří 45 % hmotnostních diabasu, 7 % hmotnostních dolomitu a 48 % hmotnostních briket. Brikety obsahují 23% hmotnostních bauxitu, 19% hmotnostních konvertorového jílu, 35 % hmotnostních odpadu z výroby minerální příze, 20 % hmotnostních popílku a 3 % hmotnostní páleného vápna a jako pojivo 5 % hmotnostních melasy celkové hmotnosti směsi. Obsah vlhkosti ve směsi u době tlakového formování je 9 % hmotnostních. Složení vláken je:

SiO₂A1₂O₃

TiO₂FeO CaO MgO

Na₂O

38,7%

22,0%

1,9%

6,8%

16,9%

9,1 %

1,9%

-7 CZ 285613 B6

MnO

0,3%

P₂O₃

0,3%

Příklad 2

Použije se vsádka, kterou tvoří 45 % hmotnostních briket typu A a 55 % hmotnostních briket typu B. Brikety typu A tvoří 39 % hmotnostních křemenného písku, 16 % hmotnostních olivínového písku, 28 % hmotnostních konvertorového jílu, 14 % hmotnostních železné rudy a 3 % hmotnostních páleného vápna a 5 % hmotnostních melasy celkové hmotnosti směsi. Tyto brikety mají teplotu tání 1264 °C.

Brikety typu B tvoří 38 % hmotnostních křemenného písku, 35 % hmotnostních olivínového písku, 15 % hmotnostních apatitu, 9 % hmotnostních odpadu z výroby minerální příze a 3 % hmotnostních páleného vápna a 5 % hmotnostních melasy celkové hmotnosti směsi. Tyto brikety mají teplotu tání 1363 °C. Složení vláken je:

SiO₂A1₂O₃TiO₂FeO CaO MgO Na₂O K₂O MnO p₂o₅

53,9%

1,8%

0,5%

6,8% 16,7% 14,7%

0,2%

0,4%

3,6%

Příklad 3

Použije se vsádka, kterou tvoří 45 % hmotnostních briket typu C a 55 % hmotnostních briket typu D. Brikety typu C tvoří 6 % hmotnostních citrónového odpadu, 14 % hmotnostních železné rudy, 3 % hmotnostních páleného vápna, 26 % hmotnostních konvertorového jílu, 35 % hmotnostních křemenného písku a 16 % hmotnostních olivínového písku a 5 % hmotnostních melasy (ze základu zbytku směsi).

Brikety typu D tvoří 15 % hmotnostních apatitu, 36 % hmotnostních křemenného písku, 37 % hmotnostních olivínového písku, 9 % hmotnostních odpadu z výroby minerální příze a 3 % hmotnostních páleného vápna a 5 % hmotnostních melasy. Složení vláken je:

SiO₂A1₂O₃TiO₂FeO CaO MgO Na₂O K₂O MnO P₂O₅

53,2%

1,9%

0,5%

7,6% 15,5% 15,5%

0,2%

0,4%

3,8%

V následujících příkladech jsou vlastnosti briket stanoveny 60 min po začátku míchání. Veškerý obsah vlhkosti je stanoven v momentu přidání vápna.

-8CZ 285613 B6

Příklad 4

Brikety tvoří 3 hmotnostní díly křemenného písku, 15 hmotnostních dílů olivínového písku, 3 hmotnostní díly bauxitu, 73 hmotnostních dílů odpadu z výroby minerální příze, 6 hmotnostních dílů apatitu, 4 hmotnostní díly hašeného vápna a 3 hmotnostní díly melasy s různými přísadami a vodou přidanou při tlakovém formování za dosažení specifického obsahu vlhkosti.

Pokud nejsou přítomny zvláštní přísady, mají brikety pevnost 4,5 kN při obsahu vlhkosti 2 % hmotnostní a 3 kN při obsahu vlhkosti 5 % hmotnostních.

Pokud se přidá 9 hmotnostních dílů citrónového pektinu, produkt má pevnost 10 kN při obsahu vlhkosti 2 % hmotnostní a 6 kN při obsahu vlhkosti 7 % hmotnostních.

Pokud se přidá 11 hmotnostních dílů pektinu mořských řas, produkt má pevnost 22 kN při obsahu vlhkosti 1 % hmotnostní a 13 kN při obsahu vlhkosti 5 % hmotnostních.

Pokud se přidá předsušený mokrý papírový odpad, produkt má značně zvýšenou pevnost na 6 až 11 kN při obsahu vlhkosti 2 až 5 % hmotnostních.

Tyto výsledky ukazují, že přidání vláknitých přísad vede ke zvýšení pevnosti výlisku bez slinování a snížení citlivosti na množství volné vlhkosti ve směsi.

Pokud se měří pevnost briket při zvýšené teplotě, zjistí se, že brikety bez přísad mají při 825 °C nevýznamně menší pevnost a při 1122 až 1167 °C pevnost významně menší. Pokud se stejný test provede s briketami obsahujícími pektin nebo papír, získají se stejné výsledky.

Příklad 5

Brikety tvoří 6 hmotnostních dílů křemenného písku, 15 hmotnostních dílů olivínového písku, 6 hmotnostních dílů bauxitu, 46 hmotnostních dílů odpadu z výroby minerální příze, 12 hmotnostních dílů apatitu, 4 hmotnostní díly vápna a 3 hmotnostní díly melasy.

Pokud se přidají 4 hmotnostní díly sekané slámy, produkt má pevnost 9 kN při obsahu vlhkosti 2,5 % hmotnostní a 6,5 kN při obsahu vlhkosti 4 % hmotnostní. Použitá sekaná sláma má délku maximálně 5 mm, mletá sláma značně menší. Bez slámy je pevnost 4,5 kN při obsahu vlhkosti 2 % hmotnostní a 2 kN při obsahu vlhkosti 4 % hmotnostní.

Příklad 6

Brikety tvoří 10 hmotnostních dílů křemenného písku, 50 hmotnostních dílů olivínového písku, 10 hmotnostních dílů bauxitu, 10 hmotnostních dílů odpadu z výroby minerální příze, 20 hmotnostních dílů apatitu a 10 hmotnostních dílů melasy.

V jedné sérii pokusů brikety obsahují 4 % hmotnostní hašeného vápna a 2 % hmotnostní předželatinovaného škrobu. Pevnost po 60 minutách od začátku míchání je při konstantním obsahu vlhkosti při přítomnosti škrobu o 0,5 až 1,5 kN vyšší, než když se škrob vynechá.

V druhé sérii pokusů směs obsahuje 4,75 % hmotnostní vody s buď 4 % hmotnostními hašeného vápna nebo 4 % hmotnostními cementu. Pevnost se stanoví 60 minut po míchání a pak v různých intervalech až do 50 hodin. Směs s vápnem má v tomto testu počáteční pevnost 3 kN po 1 hodině, která se po 48 hodinách zvýší na 8 kN. Směs s cementem má počáteční pevnost 0,5 kN po 1 hodině, která se po 48 hodinách zvýší na 4,2 kN. Zahrnutí vápna tak značně pevnost v

-9CZ 285613 B6 porovnání s cementem zvýší. Je tedy zřejmé, že vápno musí s melasou spíše reagovat než působit jako vodné pojivo.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

1. Způsob výroby umělých skelných minerálních vláken při němž se taví minerální vsádka v peci a z taveniny se vyrábí vlákna, vyznačující se tím, že se alespoň část minerální vsádky před vsazením do pece upravuje tlakovým lisováním briket ze zrnitého anorganického materiálu spojeného melasou jako pojivém, které obsahují přídavky vláken a aktivátor melasy a to buď vápno, boritan, nebo fosforečnan.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že melasové pojivo obsahuje vodu a před lisováním briket se tuhá směs zrnitého anorganického materiálu a pojivá nechá začít tuhnout při zvýšené teplotě před tlakovým lisováním před následným zahrnutím briket do minerální vsádky v peci k přípravě taveniny pro výrobu umělých sklených minerálních vláken z taveniny.

3. Způsob podle nároků la2, vyznačující se tím, že brikety se vyrábí tlakovým lisováním při tlaku 0,10 až 0,50 Mpa.

4. Způsob podle kteréhokoliv nároku laž3, vyznačující se tím, že se brikety vyrábí lisováním pomocí lisovacího válce.

5. Způsob podle kteréhokoliv nároku laž4, vyznačující se tím, že alespoň 50 % hmotnostních vsádky tvoří brikety z tlakově lisovaného zrnitého minerálního materiálu, který má alespoň z 90 % hmotnostních zrnitost do 2 mm.

6. Způsob podle kteréhokoliv nároku laž5, vyznačující kuplovna. s e tím, že pec je 7. Způsob podle kteréhokoliv nároku 1 až 6, vyznačující obsahují odpadní vlákna, a že aktivátorem melasy je vápno. s e tím, že brikety 8. Způsob podle kteréhokoliv nároku laž7, vyznačující s e tím, že vsádka obsahuje měřeno jako hmotnost oxidů méně než 4 % hmotnostních Al₂o₃, přes 30 % hmotnostních SiO₂ a 20 až 50 % hmotnostních CaO + MgO. 9. Způsob podle kteréhokoliv nároku laž8, vyznačující s e tím, že vsádka

obsahuje měřeno jako hmotnost oxidů méně než 4 % hmotnostních AI2O3 a alespoň 50 % hmotnostních minerální vsádky tvoří melasou spojené brikety z tlakově lisovaného zrnitého minerálního materiálu, který má alespoň z 90 % hmotnostních zrnitost do 2 mm, odpadních vláken a pojivá, které v podstatě neobsahuje žádný hliník.

10. Způsob podle kteréhokoliv nároku laž9, vyznačující se tím, že brikety se vyrábí smísením zrnitého anorganického materiálu, vápna jako aktivátoru a vláken s melasovým pojivém a ponecháním směsi tuhnout při zvýšené teplotě a pak tlakovým lisováním tuhé směsi.

-10CZ 285613 B6

11. Způsob podle kteréhokoliv nároku 1 až 10, vyznačující se tím, že se zrnitý anorganický materiál, vlákna a vápno zamíchají do mokré směsi za zvýšení teploty směsi a dále se přidá před, během nebo po přidání vápna do směsi melasa.

12. Způsob podle nároků 10 a 11, vyznačující se tím, že v průběhu smísení melasy s vápnem a vodou se ve vlhké směsi nechá proběhnout exotermní reakce vápna.

13. Způsob podle kteréhokoliv nároku 8 až 12, vyznačující se tím, že vápno je pálené.

14. Způsob podle kteréhokoliv nároku 8 až 13, vyznačující se tím, že množství vápna měřené jako CaO je 0,1 až 1 hmotnostní díl na hmotnostní díl melasy.

15. Způsob podle kteréhokoliv nároku 1 až 14, vyznačující se tím, že vlákna jsou buď organická, anorganická nebo jejich směs.

16. Způsob podle nároku 15, vyznačující se tím, že organická vlákna se skládají z rostlinných vláken v množství 0,2 až 10 hmotnostních dílů na hmotnostní díl melasy.

17. Způsob podle nároků 15 a 16, vyznačující se tím, že organická vlákna jsou papírová, z mořských řas, citrusového odpadu nebo slámy.

18. Způsob podle kteréhokoliv nároku 15ažl7, vyznačující se tím, že se anorganická vlákna skládají z odpadních vláken.

19. Způsob podle kteréhokoliv nároku lažl8, vyznačující se tím, že umělá skelná minerální vlákna sestávají měřeno jako hmotnost oxidů z 45 až 60 % hmotnostních SiO₂, 0,5 až 4 % hmotnostních AI2O3, 0.1 až 4 % TiO₂, 5 až 12 % hmotnostních FeO, 10 až 25 % hmotnostních CaO, 8 až 18 % hmotnostních MgO, až 6 % hmotnostních Na₂O, až 2 % hmotnostních K₂O, až 6 % hmotnostních Na₂O + K₂O, 2 až 10 % hmotnostních P₂O₅ a až 10 % hmotnostních ostatních látek.

20. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že umělá skelná minerální vlákna sestávají měřeno jako hmotnost oxidů z 32 až 48 % hmotnostních SiO₂, 10 až 30% hmotnostních A1₂O₃, 10 až 30 % hmotnostních CaO, 2 až 20 % hmotnostních MgO, 2 až 15 % hmotnostních FeO, až 10% hmotnostních Na₂O + K₂O, až 6 % hmotnostních TiO₂, až 16 % hmotnostních P₂O₅ + B₂O₃ a až 15 % hmotnostních ostatních látek.

21. Způsob podle kteréhokoliv nároku laž20, vyznačující se tím, že se v uvedené peci tavenina získává tavením samonosného sloupce pevného hrubého materiálu obsahujícího brikety.

22. Způsob podle kteréhokoliv nároku laž20, vyznačující se tím, že se umělá skelná minerální vlákna vyrábí nalitím taveniny na první zvlákňovací rotor, z kterého se převádí postupně na jeden nebo několik následujících zvlákňovacích rotorů, kterými jsou spřádána vlákna.