DE19731653A1

DE19731653A1 - Verfahren zur Herstellung von Kügelchen oder Pellets aus Reisschaltenasche sowie ein danach hergestelltes Produkt

Info

Publication number: DE19731653A1
Application number: DE19731653A
Authority: DE
Inventors: Asis Kumar Dr Roy; Goutam Dr Banerjee
Original assignee: Council of Scientific and Industrial Research CSIR
Current assignee: Council of Scientific and Industrial Research CSIR
Priority date: 1997-07-23
Filing date: 1997-07-23
Publication date: 1999-01-28
Anticipated expiration: 2017-07-24
Also published as: DE19731653C2; JPH1149559A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kügelchen oder Pellets aus Reisschalen, die als Wärmedämm stoff nützlich sind, und die Kügelchen oder Pellets, die mit dem Verfahren hergestellt werden. Eine der möglichen Anwendungsbereiche dieser Kügelchen liegt in der Wärmedäm mung von geschmolzenem Stahl.

Reisschalenasche wird in großen Mengen in vielen Reis pro duzierenden Ländern hergestellt, z. B. beträgt die Reis schalenascheproduktion in Indien etwa 14 Mio. Tonnen/Jahr. Wenn sie verbrannt wird, läßt Reisschale eine Asche zu rück, die hauptsächlich aus Siliciumdioxid in amorpher Form besteht.

In modernen Reismühlen werden große Mengen von Reisscha lenasche aus dem Kessel ausgetragen und in der Umgebung verkippt. Die Asche stellt in vielen Reismühlen ein Ent sorgungsproblem dar. Dieser Agroabfall ist das primäre Rohmaterial für die Herstellung der mit dem vorliegenden Verfahren entwickelten Produkte.

Die chemische Analyse von Reisschalenasche ergibt sich aus der folgenden Tabelle I:

Tabelle I

Chemische Analyse von Reisschalenasche

Die geringe Wärmeleitfähigkeit, der hohe Schmelzbereich, die geringe Schüttdichte und die hohe Porosität machen diese Asche zu einem hervorragenden Material für die Wär medämmung.

Die Anmelder haben zwei Arten von isolierendem Ziegel aus Reisschalen entwickelt, die patentiert (Indisches Patent Nr. 160164) und kommerzialisiert worden sind. Dieses Ver fahren besteht aus den folgenden Schritten: (1) Sieben von Reisschalenasche (RHA), (2) Vermischen von Asche mit re fraktorischem Ton und chemischem Bindemittel, (3) Verpres sen der Mischung, um Formziegel zu erhalten (230 × 115 × 75 mm), (4) Trocknen und (5) abschließendes Aushärten bei 500°C, um Endprodukte mit den folgenden Eigenschaften zu erhalten:

P.C.E. (Orton-Kegel)	20-23
Porosität %	60-70
Schüttdichte (g/cc)	0,7-0,78
CCS (kg/m)	12-16
Permanente lineare Veränderung bei Erhitzen (PLCR)	< 1,0% bei 1200°C

Diese Ziegel werden im großen Umfang für sowohl die Heiß- als auch die Kaltflächenverkleidung von Öfen verwendet.

Die Reisschalenasche selbst wird ebenfalls im großen Um fang als Dämmstoff über geschmolzenem Metall verwendet, nicht nur Indien, sondern überall auf der Welt. Eine sol che Anwendung von Asche zur Dämmung von geschmolzenem Stahl hat jedoch bestimmte Nachteile:

i. Gefährlich während der Handhabung und bewirkt auch Umweltverschmutzung. Diese Einschränkung ist sehr signifikant angesichts erhöhter Aufmerksamkeit im Hinblick auf Umweltschutzkontrollen.
ii. Nichtverteilungseigenschaften der Asche, was zu ge ringerer Oberflächenüberdeckung führt.
iii. Transportprobleme.
iv. Reisschalenasche ist amorphes Siliciumdioxid, sie verursacht beim Menschen "Silikose", wenn sie in den Körper als Feinstaub/-teilchen eintritt.

Die Asche ist teilweise schwarz gefärbt, was den Eindruck vermittelt, daß sie große Mengen unverbrannten Kohlen stoffs enthält. Der Glühverlust von Proben variiert nur von 2 bis 4%.

Reisschalenasche besteht hauptsächlich aus einer amorphen Form von Siliciumdioxid. Bei Wärmebehandlung wandelt sie sich bei einer Temperatur von etwa 800°C zu Tridymit und Cristobalit um. Cristobalit ist die stabile Form von Sili ciumdioxid. Die umgewandelte Form behält ihre Gestalt und Größe über den gesamten Temperaturbereich bis zu 1.400°C bei. Die thermische Stabilität der Masse wird jedoch auf grund des Vorhandenseins einer hohen Porosität in der Ma trix wegen der Umwandlung von Cristobalit nicht beein trächtigt.

Das Röntgendiffraktionsmuster der Reisschalenasche, die bei 300°C, 500°C, 800°C, 900°C, 1.000°C verbrannt ist, zeigt, daß die Reisschalenasche überwiegend bis zu 800°C im amorphen Zustand existiert, die sich aus dem Peak bei 22,2° Theta ergibt. Der amorphe Zustand verändert sich jedoch bei 800°C und darüber. Genauer gesagt steigt dieser Peak oberhalb von 980°C abrupt an. Dies wird gestützt durch die Bestimmung von Cristobalit durch Röntgendiffrak tionsuntersuchungen. Die Menge an Cristobalit, die bei verschiedenen Temperaturen gebildet wird, ist in Tabelle II dargestellt.

Tabelle II

Cristobalitumwandlung bei verschiedenen Temperaturen
Veraschungstemperatur °C
Cristobalit
300	3,85
500	3,76
800	6,29
900	14,62
1000	19,42

Aus dem obigen haben die Anmelder entnommen, daß das Aus maß der Cristobalitbildung mit Anstieg der Temperatur zu nimmt und somit eine stabile Form von Siliciumdioxid ge bildet wird.

Die hauptsächliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zur Herstellung von Kügelchen oder Pellets aus Reisschalen zur Verfügung zu stellen, das die bisher bekannten Nachteile vermeidet, die bei der Verwendung von Asche selbst angetroffen werden.

Eine weitere Aufgabe ist, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das Reisschalenasche verwendet, ein Agroabfall produkt, das in großen Mengen verfügbar ist.

Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, Kügelchen oder Pellets aus Reisschalenasche herzustellen, die als Wärmedämmstoff nützlich sind.

Demgemäß stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Kügelchen oder Pellets aus Reisscha lenasche zur Verfügung, die als Wärmedämmstoff nützlich sind, welches Pulverisieren von Reisschalenasche mit be kannten Verfahren auf ∼325 Mesh, Vermischen der pulveri sierten Reisschalenasche mit einer oberflächenaktiven Sub stanz im Bereich von 0,1 Gew.-%-1,0 Gew.-% der Asche und einem Bindemittel im Bereich von 2-20 Gew.-% der Asche, Kügelchenbildung/Pelletierung mit bekannten Verfahren, Trocknung der Kügelchen/Pellets, die so erhalten werden, und Erhitzen der getrockneten Kügelchen/Pellets bei einer Temperatur im Bereich von 800°C-1.400°C umfaßt.

Die Erfindung stellt auch Kügelchen oder Pellets aus Reis schalenasche zur Verfügung, mit der folgenden chemischen Zusammensetzung:

SiO₂	88-92%
Al₂O₃	0,2-0,1%
Fe₂O₃	0,1-1,5%
CaO	0,4-0,5%
MgO	0,1-0,25%
K₂O	1,02-1,36%
P₂O₅	3,1-3,6%
Glühverlust	2,1-3,9%

Die oberflächenaktive Substanz kann ausgewählt werden aus Natriumalginat, Natriumsalz von Carboxymethylcellulose, Natriumhexametaphosphat oder Mischungen derselben.

Das verwendete Bindemittel kann ausgewählt werden aus Po lyvinylalkohol, Melasse, Natriumhexametaphosphat, Port land-Zement, Natriumsilikat und ausgefälltem Calciumcarbo nat oder Mischungen derselben.

Der Unterschied in Verfahrensparametern bei der Herstel lung von Isolierungsziegeln und Kügelchen aus Reisschalen asche liegt in der Tatsache, daß im früheren Verfahren die Masse nach dem Vermischen einer Verpreßtechnik unterworfen wird, um die gewünschte Form zu erhalten, hingegen für die Herstellung der Kügelchen/Pellets die Masse nach dem Ver mischen in einer Vorrichtung zur Bildung von Kügelchen/- Pellets zu Kügelchen/Pellets ausgeformt wird, um eine spe zifische Form zu ergeben, wie etwa rundgeformte Kügel chen/Pellets, die abhängig von den Gegebenheiten des Fal les einer Wärmebehandlung unterworfen werden. Die Ver gleichseigenschaften der zwei Produkte sind unten angege ben:

Das vorliegende Verfahren ist kurz wie folgt:
Die Reisschalenasche wird zunächst mit bekannten Verfahren auf ∼325 Mesch pulverisiert, wie etwa in einer Rohrmühle/- Raymond-Mühle, und mit oberflächenaktiver Substanz und einem Bindemittel vermischt und danach einer Massepelle tierung und Kügelchenbildung unterworfen. Die Proben wer den anschließend getrocknet und wärmebehandelt, um Kügel chen oder Pellets zu erhalten, wie durch die spezifische Verwendung erfordert. Die Pelletier- und/oder Kügelchen bildungsschritte können mit allen bekannten Verfahren durchgeführt werden.

Die chemische Zusammensetzung der Kügelchen aus Reisscha lenasche:

Die folgenden Beispiele werden zur Veranschaulichung ange geben und sind nicht dazu gedacht, den Schutzumfang der Erfindung einzuschränken.

Beispiel 1

Reisschalenasche wird in einer Rohrmühle pulverisiert, bis sie durch ein Sieb mit ∼325 Mesh hindurchzugeht. Carbox ymethylcellulose (Na-Salz), 0,5% in Wasserlösung, wird zur pulverisierten RHA zugegeben und gründlich vermischt. Diese Mischung wird anschließend in eine Maschine zur Kü gelchenbildung gegeben, in der 5% Na₂SiO₃ versprüht wer den, bis sie Kügelchen bildet. Die Kügelchen werden an schließend für erste 24 Stunden luftgetrocknet und bei 110°C im Ofen getrocknet und schließlich bei 1.300°C ge brannt.

Beispiel 2

Die Asche wird in einer Rohrmühle pulverisiert, um ∼325 Mesh zu erhalten. Diese gemahlene Asche wird mit 0,5% Natriumalginat (Gew.-%) vermischt. Zu der Mischung werden 5% Melasse und 5% Na₂SiO₃ als Bindemittel zugegeben. Die Mischung wird anschließend zu Kügelchenbildung in die Ma schine gegeben. Die so gebildeten Kügelchen werden luftge trocknet, anschließend bei 110°C ofengetrocknet und schließlich bei 1.000°C gebrannt.

Beispiel 3

Die Asche wird auf ∼325 Mesh gemahlen. Sie wird mit einer Lösung von 5% (Gew.-%) Natriumhexametaphosphat vermischt. Diese Mischung wird anschließend in eine Maschine zur Kü gelchenbildung gegeben, in der eine 5%ige Lösung Polyvi nylalkohol in Wasser versprüht wird. Die Kügelchen werden luftgetrocknet und anschließend bei 110°C ofengetrocknet und bei 800°C gebrannt.

Beispiel 4

Die Asche wird pulverisiert, um ∼325 Mesh zu erhalten. Diese gemahlene Asche wird mit 5% (Gew.-%) Calciumcarbo nat und 5% Portland-Zement vermischt. Diese Mischung wird einem Kügelchenbildungsverfahren durch Versprühen von 5 Gew.-% PVA-Lösung unterzogen. Die so gebildeten Kügelchen werden zunächst luftgetrocknet und anschließend bei 110°C ofengetrocknet. Die getrockneten Kügelchen werden an schließend bis 1.300°C gebrannt, um das Endprodukt zu er halten.

Beispiel 5

Die Asche wird mit einer Rohrmühle auf ∼325 Mesh pulveri siert. Die Asche wird anschließend mit 0,5% Natriumhexa metaphosphat und 5 Gew.-% Calciumcarbonat gemischt. Diese Mischung wird anschließend in eine Pelletiervorrichtung eingebracht, in der 8 Gew.-% Na₂SiO₃ versprüht werden. Die so gebildeten Pellets werden an Luft und bei 110°C ge trocknet und bis 1.300°C gebrannt.

Die erhaltenen Ergebnisse sind angegeben in der folgenden Tabelle III:

Tabelle III

Eigenschaften der Kügelchen/Pellets
SiO₂	88-92
Schüttdichte (g/cc)	0,64-0,8
Größe (Durchmesser in mm)	1-10
Porosität	55-65
Festigkeit (kg/cm²)	6-100

Einige Vorteile der Kügelchen oder Pellets der vorliegen den Erfindung sind unten angegeben:

1. Die Kügelchen oder Pellets haben, im Vergleich zu Asche, unterschiedliche Verteilungseigenschaften, die zu einer größeren Flächenüberdeckung führen.
2. Transportverlust von Asche, der manchmal mehr als 20% übersteigt wohingegen kein Verlust auftritt, wenn Kü gelchen/Pellets transportiert werden.
3. Die Reisschalenasche verursacht während der Handhabung Umweltverschmutzung und schafft Probleme im anschlie ßenden Betrieb und bedarf daher einer ausgetüftelten Ausrüstung, um die Umweltschutznormen zu erfüllen. Da hingegen schaffen Kügelchen oder Pellets keines dieser Probleme.
4. Reisschalenasche ist amorphes Siliciumdioxid, das, wenn es in den menschlichen Körper als Feinstaubpartikel eintritt, Silikose verursacht. Solche Risiken von Sili kose werden jedoch im vorliegenden Fall vollständig eliminiert, wenn die Kügelchen oder Pellets verwendet werden.
5. Durch Umwandlung von Asche zu Kügelchen/Pellets kann man die Masse zu isolierenden Aggregaten umformen, die primären Bestandteile von Gußisolationen und monolyti schen Feuerfestprodukten. Dies wird einen neuen Anwen dungsbereich zur Verwendung von isolierenden Produkten zur Verwendung in der Eisen-, Stahl- und Zement-Indu strie darstellen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Kügelchen oder Pellets aus Reisschalenasche, die als Wärmedämmstoff nützlich sind, welches umfaßt: Pulverisieren von Reisschalenasche mit bekannten Verfahren auf ∼325 Mesh, Vermischen der pulveri sierten Reisschalenasche mit einer oberflächenaktiven Sub stanz im Bereich von 0,1 Gew.-%-1,0 Gew.-% der Asche und einem Bindemittel im Bereich von 2-20 Gew.-% der Asche, Kügelchenbildung/Pelletierung mit bekannten Verfahren, Trocknen der so erhaltenen Kügelchen/Pellets und Erhitzen der getrockneten Kügelchen/Pellets bei einer Temperatur im Bereich von 800°C-1.400°C.

2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, wobei die verwendete oberflächenaktive Substanz ausgewählt aus Natriumalginat, Natriumsalz von Carboxymethylcellulose und Natriumhexame taphosphat und Mischungen derselben.

3. Ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das verwen dete Bindemittel ausgewählt ist aus Polyvinylalkohol, Me lasse, Natriumhexametaphosphat, Portland-Zement, Natrium silikat und ausgefälltem Calciumcarbonat und Mischungen derselben.

4. Kügelchen oder Pellets aus Reisschalenasche, die als Wärmedämmstoff nützlich sind, erhaltbar nach dem Verfahren von Anspruch 1, mit der folgenden chemischen Zusammenset zung:
SiO₂ 88-92% Al₂O₃ 0,2-0,1% Fe₂O₃ 0,1-1,5% CaO 0,4-0,5% MgO 0,1-0,25% K₂O 1,02-1,36% P₂O₅ 3,1-3,6% Glühverlust 2,1-3,9%