FI117383B - Raaka-aine mineraalikuitujen tuottamiseksi - Google Patents

Description

117383

Raaka-aine mineraalikuitujen tuottamiseksi

Keksintö koskee raaka-ainetta mineraalikuitujen, erityisesti kohonneen A1203-pitoisuuden omaavien mineraalikuitujen tuottamiseksi. Keksintö koskee myös 5 menetelmää tällaisten kuitujen valmistamiseksi käyttäen keksinnön mukaista raaka-ainetta.

Alumiini on mineraalivillakuitujen haluttu komponentti, koska se parantaa mineraalikuitujen ja niistä valmistetun mineraalivillatuotteen lämmönkestävyyttä. Kun alumiinia käytetään noin 15-25 paino-%:n määränä, laskettuna Al203:na, kuidulla on 10 myös parantunut liukoisuus biologisiin nesteisiin. Bauksiittia on perinteisesti käytetty pääasiallisena alumiinilähteenä valmistettaessa mineraalikuituja mineraalivilla- tuotantoon. Kuitenkin sulamiskäyttaytymisen ja sulamisominaisuuksien kannalta bauksiitti ei ole optimaalinen raaka-aine alumiinin lisäämiseksi sulaan. Sulatusuunissa bauksiitti ei sula sellaisenaan vaan se kalsinoituu alumiinin liuetessa silikaattisulaan 15 muodostaen ensin oksideja. Tämä on hidas ja energiaa kuluttava prosessi.

*

Leukogabro on kevyt, alumiinia sisältävä kiviaines, jota löytyy monista maistaja kaikilta mantereilta; suurempia esiintymiä löytyy esimerkiksi Kanadasta, Gröönlannista, Norjasta ja Suomesta. Tämän tyyppiset kivilajit sisältävät tavallisesti 25 paino- %:sta 35 paino-%: iin Al203:a. Leukogabron päämineraali on plagioklaasi.

20 Plagioklaasi on alumiinia sisältävä kiinteä silikaattiliuos, jonka mineraalikoostumus . ulottuu albiitista (NaAlSi308) anortiittiin (CaAl2Si208), mineraalikoostumuksen sisältäessä Al203:a määrän, joka vaihtelee 20 paino- %:sta 36 paino- %: iin.

» * « .1··. Mineraalivillatuotannon raaka-ainepanokset sisältävät tavallisesti myös rautaoksideja

Mi •. · : kaksiarvoisessa ja kolmiarvoisessa muodossa, sekä magnesiumoksidia. Raudalla ja 25 magnesiumilla on edullinen vaikutus kuidun lämmönkestävyyteen. Kuituun sisältyvän raudan tavalliset määrät ovat korkeintaan noin 10 paino- %, mutta rauta voidaan * jossain määrin korvata magnesiumilla.

• « · • 1 *« « *. # Troktoliitd on paljon rautaa ja magnesiumia sisältävä kiviaines. Tyypillisesti *···, troktoliitti sisältää enemmän kuin 35 tilavuus-% rauta-ja magnesiumrikasta • 1 * • · 4 Λ 1 2 117383 oliviinimineraalia, jäljelle jäävän mineraalin ollessa pääasiallisesti plagioklaasia yhdessä pienempien määrien kanssa muita mineraaleja. Oliviini on kiinteä rautaa ja/tai magnesiumia sisältävä silikaattiliuos, mineraalin ulottuessa magnesiumrikkaasta forsteriitista rautarikkaaseen fayaliittiin. Riippuen troktoliittityypistä, troktoliitti voi 5 sisältää rautaa määrän, joka on enemmän kuin noin 10 paino- %, jopa määriin, jotka ovat niinkin korkeita kuin noin 40 paino-%. Magnesiumpitoisuus puolestaan voi vaihdella noin 5 paino-%:sta jopa 20 paino-%:iin. Näin ollen troktoliitti on potentiaalinen rauta-ja magnesiumlähde sisällytettäväksi mineraalikuitujen mineraalipanokseen.

10 Mineraalivi llatuotannon raaka-ainepanos sisältää tavallisesti myös flussaavia komponentteja mineraalisulan viskositeetin ohjaamiseksi ja säätelemiseksi. Tällaisia flussaavia aineita ovat tavallisesti kalsiumia ja magnesiumia sisältävät yhdisteet. Myös dolomiittikiveä käytetään sulatusta edistävänä komponenttina ja kalsiumin ja magnesiumin lähteenä. Dolomiitilla on kuitenkin haittapuolena se, että kun sitä 15 käytetään suurempia määriä panoksessa, se pyrkii vaahtoamaan, mikä ei ole sulan toivottu ominaisuus kuitutuotanto-olosuhteisessa. Lisäksi dolomiitti lisää hiilidioksidin emissioita sulasta, mikä ympäristön kannalta ei ole toivottavaa. Edelleen tällaiset emissiot merkitsevät väistämättömästi myös energiamenetyksiä tuotannossa.

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada mineraalikuitutuotannon raaka-ainepanos, 20 joka on optimaalinen paitsi sulan kemiallisen koostumuksen ja täten valmistetun 4 : kuidun kannalta, erityisesti mitä tulee alumiini- ja rauta/magnesiumpitoisuuksiin, • * « * ··· * mutta joka myös tuottaa sulan, jolla on hyvä sulamiskäyttäytyminen ja hyvät ' sulaominaisuudet. Keksinnön toisena tarkoituksena on aikaansaada raaka-ainepanos, • * * * * \ jossa osa dolomiitista, joka lisätään flussaustarkoitusta varten, korvataan kalsiumia j a • « ... 25 magnesiumia sisältävillä mineraaleilla, jolloin on mahdollista muodostaa sula * * pienemmällä energiamäärällä ja vähemmällä ympäristökuormituksella.

....: Vaihtoehtoisesti keksintö mahdollistaa sulan muodostamisen, jolla sulalla on suurempi ·*“: kalsium- ja magnesiumpitoisuus ilman, että samanaikaisesti ympäristökuormitus • · * [·„ lisääntyy kohonneiden hiilidioksidipäästöjen muodossa.

§·*· 4 4« 4 4 4 4 • 4 4 4 4 4 4 4 4 _ 3 117383 Nämä päämäärät saavutetaan keksinnön mukaisella, mineraalikuitujen tuottamiseksi tarkoitetulla raaka-ainepanoksella, joka sisältää leukogabro-, troktoliitti- ja j dolomiittikiveä.

5 Tarkemmin katsoen keksinnön raaka-ainepanos sisältää - leukogabroa 25 - 45 paino-% - troktoliittia 5-20 paino- %, ja - dolomiittia 5-30 paino-%.

Lisäksi raaka-ainepanos voi sisältää yhden tai useamman kiviaineksen, joka on 10 emäksinen tai ultraemäksinen kivi, joita ovat gabro, diabaasi, basaltti ja peridotiitti. Näiden määrä on tyypillisesti 7-58 paino-%.

Tässä selityksessä käsite "leukogabro” tarkoittaa kiviainesta, joka sisältää yli 65 tilavuus-% plagioklaasimineraalia. Plagioklaasimineraalin anortiittipitoisuuden tulisi edullisesti olla ainakin 50 mooli-%.

15 Tässä keksinnössä käsitteen "troktoliitti” on tarkoitettu käsittävän minkä tahansa troktoliittikiviaineksen, joka sisältää yli 50 tilavuus-% oliviinimineraalia. OUviinimineraalin fayaliittipitoisuuden tulisi edullisesti olla ainakin 35 mooli- %. Mieluummin pitoisuuden tulisi olla 35-65 mooli-%.

• · * · · *·· · . . *. Edellä mainittujen pääkomponenttien lisäksi panokseen on mahdollista sisällyttää ··« , 20 kierrätettyjä mineraaliaineksia, kuten ylijäämäkuituja ja kuiduttamatonta materiaalia, :’**· niin kutsuttuja helmiä, tai erilaisista teollisista prosesseista, kuten vaahdotus- • * *: * *: prosesseista, peräisin olevia jätemateriaaleja, kuonaa, lasia ja/tai sementtituotteita, jne.

»«· # · • · • · · Käyttämällä leukogabroa alumiinilähteenä, saadaan raaka-aineelle parempi .;..: sulamiskäyttäytyminen, esimerkiksi korkeampi viskositeetti ja alhaisempi pintajännitys ·]*': 25 verrattuna siihen, jos alumiinilähteenä käytetään bauksiittia. Tämä johtuu siitä, että leukogabrossa alumiini on sitoutunut suolana silikaattiin, ts. alumiinisilikaattina. Näin • *te .*1·1*; ollen raaka-aineen ei tarvitse läpikäydä kalsinointia tai silikaatin muodostumista, kuten ··« on laita bauksiitilla, joka täytyy kalsinoida alumiinihydroksidista. Täten alumiinin * * 4 117383 sisältävä mineraali sulaa helpommin ja vähemmällä energialla kuin perinteiset materiaalit.

Samanlaisia etuja sulakäyttäytymisessä saavutetaan myös käytettäessä troktoliittia raudan ja magnesiumin lähteenä mieluummin kuin perinteisiä materiaaleja. Erityisen 5 arvokkaita etuja saavutetaan verrattaessa tilanteeseen, jossa käytetään ainoana lähteenä perinteisiä raudan sisältäviä lähteitä, kuten rautamalmeja, joissa rauta on pääasiallisesti sitoutuneena hydroksidien ja sulfidien muodossa. Tällaiset lisäykset poikkeuksetta merkitsevät menetyksiä pelkistetyn metallisen raudan muodossa, joka kerääntyy uunin pohjalle ja/tai eneigiamenetyksiä vesihöyrypäästöjen muodossa ja/tai ympäristön 10 kuormittumista rikkipäästöjen muodossa.

Näin ollen käyttämällä leukogabro- ja troktoliittikiviainesten yhdistelmää raaka-ainepanoksessa, on mahdollista lisätä sulaan ja siten kuituun alumiinia ja rautaa/magnesiumia halutuissa määrissä kyseessä olevaan tarkoitukseen. Lisäksi on mahdollista vaikuttaa mineraalipanoksen sulamiskäyttäytymiseen, silikaattina 15 sitoutuneiden metallimineraalien aikaansaadessa tasaisen sulamisprosessin, tuottaen sulan, jonka viskositeettialue on sopiva kuitujen kehräämiseksi. Lisäksi voidaan välttää energiahäviöitä.

Raaka-aine voidaan panostaa sähköuuniin, jossa se sulatetaan käyttäen sulapanokseen ulottuvia elektrodeja. Vaihtoehtoisesti raaka-ainepanos voidaan laittaa kupoliuuniin, . 20 jossa polttoaineena tavallisesti käytetään koksia. Raaka-aine panostetaan uuniin tavallisesti hienojakoisessa muodossa, partikkelikoon yleensä vaihdellessa muutamasta millimetristä aina esim. 15 senttimetriin. Keksinnön mukaisen suoritusmuodon · * mukaan ainakin osa raaka-aineesta on hienojakoisessa muodossa, mutta on myös I * mahdollista, että osa raaka-aineesta voi olla kappalemuodossa. Erityisesti • * ***** 25 fayaliittirikasta troktoliittia voidaan edullisesti käyttää kappalemuotoisena ilman, että ; sulatusuunissa esiintyy minkäänlaisia vakavia sulamisongelmia.

* *

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti raaka-aine saatetaan hienojakoiseen muotoon ja puristetaan sopivan muotoisiksi ja kokoisiksi briketeiksi käyttäen \.s tavanomaisia briketointitekniikoita ja -laitteita, kuten puristus-tärinätekniikoita.

* · * · I5 117383

Briketit sisältävät edullisesi sideainetta raaka-ainetta varten, kuten sementtiä, savea, vesilasia tai orgaanisia sideaineita, kuten melassia. Menetelmä brikettien valmistamiseksi on sellaisenaan alan ammattimiehen tuntema.

Keksintö koskee myös menetelmää mineraalikuitujen tuottamiseksi, käsittäen sulan 5 muodostamisen raaka-ainepanoksesta, joka sisältää leukogabro-, troktoliitti- ja dolomiittikiveä, ja kuitujen muodostamisen näin muodostuneesta sulasta.

Kuituja muodostava menetelmä voi olla mikä tahansa alalla tunnettu menetelmä, jolla muodostetaan kuituja mineraalisulasta. Yhdessä sopivassa menetelmässä käytetään kaskadityyppistä kehruujäij estelyä. Tässä menetelmässä sula mineraaliainesvirta 10 ohjataan osumaan Saijoina lukuisiin toisiaan seuraavia, pyöriviä roottoreita. Tämän prosessin kuluessa sula sulate vedetään tehokkaasti sopivan pituuden ja paksuuden omaaviksi kuiduiksi.

Keksinnön mukaisesti sulan muodostamiseksi tarkoitettu raaka-ainepanos sisältää 15 - leukogabroa 25-45 paino-% - troktoliittia 5-20 paino-% ja - dolomiittia 5-30 paino- %.

Lisäksi raaka-ainepanos voi sisältää 7-58 paino-% yhtä tai useampaa emäksistä tai ultraemäksistä kivilajia, joka on gabro, diabaasi, basaltti tai peridotiittL

20 Seuraavassa keksintö kuvataan viitaten esimerkkeihin, jotka eivät millään tavoin rajoita keksintöä.

ESIMERKKI 1

Raaka-ainepanos valmistettiin jakamalla hienoksi ja sekoittamalla kiviainekset, jotka mainitaan seuraavassa taulukossa, esitetyissä määrissä, jotka on ilmoitettu paino-25 %:ssa.

117383

Panos paino-% paino-% paino-% paino-% paino-% i Leukogabro 40 31 32,5 35,5 34,5

Peridoditti 30,5 17,5 32 33,5

Troktoliitti 13,5 13 14,5 13,5 13

Gabro 16 25

Dolomiitti 16 22,5 28 19 19

Yhteensä 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0

Panos paino-% paino-% paino-%

Leukogabro 28 28,5 28,5 i * Troktoliitti 9,5 14,7 13,5 *·· φ « 1 ' - - - * a *

Diabaasi 37,5 15,5 32,5 • ♦ il* :···| Dolomiitti 25 13,5 25,5 · -------- 1 ................. · \Sentrifugijäte 17 ·...: Sementti 6,4 taa T* Oliviini 4,4 9 999 ......

Ml#

Yhteensä 100,0 100,0 100,0 M« 7 7 7

9 - 1 I I

5 9 9 9 • · 7 117383

Panos paino-% paino-%

Leukogabro 25 25

Basaltti 28^5 28,5

Troktoliitti 12 13

Gabro 16 15,5

Dolomiitti 18,5 18

Yhteensä 100,0 100,0 5

Lisäkokeita käyttäen kolmea keksinnön mukaisesti valmistettua panosta (panokset 1, H ja ΙΠ) sekä panosta (vertailu), jossa alumiinilahteenä käytettiin bauksiittia leukogabron sijasta. Sulien viskositeetit mitattiin, panoksen 1 arvo on kahden mittauksen keskiarvo ja panosten Π ja m arvot ovat kahdeksan ja vastaavasti kuuden mittauksen 10 keskiarvoja. Bauksiittipanoksen arvot perustuvat 18 mittauksen keskiarvoon. Tulokset on esitetty seuraavassa taulukossa.

Tässä tapauksessa viskosimetrisilla mittauksilla mitataan ainoastaan suhteellisia viskositeetteja eri sulien välisten viskositeettien vertailemiseksi. Mittaukset suoritettiin «': 15 yksinkertaisessa laitteessa, joka käsittää kartiomaisen astian sulan vastaanottamiseksi, joka astia avautuu pystykuiluun, joka liittyy sen pohjaan. Sula virtaa aluksi lyhyen matkaa pystykuilun läpi, ja sen jälkeen vaakasuoraan putkeen, joka liittyy ja avautuu • ·· pystykuiluun. Riippuen sulan viskositeetista, sula virtaa jonkin matka vaakasuoraan * * putkeen kunnes se jäähtyessään muuttuu kiinteäksi. Mitä alhaisempi sulan viskositeetti • * ***** 20 on, sitä pidemmälle putkeen sula virtaa ennen jäähtymistä. Vaakasuoran putken . toisessa päässä on mittatikku, joka on asennettavissa putken suuhun. Sulan, ennen sen • · kiinteäksi muuttumista, kulkema matka mitataan sen jälkeen syvyytenä, joka saadaan *, kun mittatikku laitetaan putkeen niin, että se koskettaa kiinteäksi muuttunutta sulaa.

’!!! Näin ollen mitä suurempi on mitattu syvyys mm:ssä, sitä korkeampi on sulan » » *·’ 25 viskositeetti ja päinvastoin.

« * * » 8 117383

Panos (paino- %) I Π III vert.

Peridotiitti 18 17 17 21

Metagabro 9 14,5 16 48

Dolomiitti 19 20 21 15,5

Leukogabro 38 34 34

Troktoliitti 16 14,5 12

Masuuniuunikuona 10

Bauksiitti 7,5

Viskositeetti (mm) 100 mm 108 mm 98 mm 80 mm

Tuloksista voidaan todeta, että käyttämällä alumiinilähteenä mieluummin leukogabroa kuin bauksiittia, saadaan suhteellisesti olennainen viskositeetin lisääntyminen.

5 φ m • 1 · ·» · • · » * « · • « 1 * ♦ mmm • φ • m ··· * 1 • 1 1 • « • · m m mm mmm • · m mmm « • · 1 m m m m m mmm m 1 mmm m > « 9

Claims (8)

1. 9 117383 L Raaka-ainepanos mineraalikuitujen tuottamiseksi, joka panos sisältää leukoga-5 bro-, troktoliitti-ja dolomiittikiveä, seuraavasti - leukogabroa 25 - 45 paino-% - troktoliittia 5-20 paino-%, ja - dolomiittia 5 -30 paino- %.
2. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen raaka-ainepanos, joka sisältää 7-58 paino-% yhtä tai useampaa kivimateriaalia, joka on gabro, diabaasi, basaltti tai perido-tiitti.
3. 3. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen raaka-ainepanos, jossa 15 plagioklaasimineraali leukogabrossa sisältää ainakin noin 50 mooli-% anortiit- : tia. * • · * • · * ·· * *♦* *
4. 4. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen raaka-ainepanos, jossa • · • « oliviinimineraali troktoliitissa sisältää ainakin noin 35 mooli-% fayaliittia. 20 m « • «♦
5. 5. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen raaka-ainepanos, joka ai- •\ j nakin osaksi on hienojakoisesta raaka-aineesta puristettujen brikettien muodos- » * ··« • ; sa. #♦· ♦ · • · · • »f • · .···. 25
6. 6. Menetelmä mineraalikuitujen tuottamiseksi, käsittäen sulan muodostamisen raa- • · · • . ka-ainepanoksesta, joka sisältää leukogabro-, troktoliitti- ja dolomiittikiveä, seu- ♦ « . raavasti • - leukogabroa 25 - 45 paino-% - troktoliittia 5-20 paino-%, ja 30. dolomiittia 5-30 paino-%, ja kuitujen muodostamisen näin muodostetusta sulasta. 10 1 1 7383
7. 7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, jossa panos sisältää 7-58 painosi yhtä tai useampaa kivimateriaalia, joka on gabro, diabaasi, basaltti tai peri-dotiitti. 5
8. 8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen menetelmä, jossa panos on ainakin osaksi hienojakoisesta raaka-aineesta puristettujen brikettien muodossa. ♦ · · ··· · • φ » · « * * 1 2 3 • 1 *♦· ♦ *··«· * » • 1 ♦ · t«« • · · • M • · ·»» • 9 9 • 1 • · 1 • ·· « 2 • · 3 I t * · 11 1 1 7383