DE19731653A1 - Verfahren zur Herstellung von Kügelchen oder Pellets aus Reisschaltenasche sowie ein danach hergestelltes Produkt - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Kügelchen oder Pellets aus Reisschaltenasche sowie ein danach hergestelltes ProduktInfo
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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:
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.
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 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:
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 folgenden Beispiele werden zur Veranschaulichung ange
geben und sind nicht dazu gedacht, den Schutzumfang der
Erfindung einzuschränken.
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.
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.
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.
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.
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:
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 (4)
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%
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