HU218046B - Brikett és eljárás brikettből ásványi rostok előállítására - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya eljárás kis Al2O3-tartalmú rostok előállítására egyszemcsés ásványi anyagból készült, formázott brikettekből álló önhordóoszlop kemencében történő megolvasztása és az olvadékból rostokképzése útján. A találmány szerinti eljárást az jellemzi, hogy 4tömeg% Al2O3-nál kisebb oxidtartalmú olvadékot és rostokat használnak,és az ásványanyagtöltet legalább 50 tömeg%-a olyan lignin kötőanyagúbrikett, amelynek 4% alatti az Al2O3-tartalma és ami legalább 90%-ban2 mm alatti méretű, lényegében alumíniummentes, a keverék összestömegére számítva 1–10% lignin kötőanyag-tartalmú szemcsés ásványanyagsajtolással végzett formázásával készült. ŕ

Description

A találmány tárgyát olyan mesterséges, üveges ásványi rostok (MMVF) gyártása képezi, amelyek biológiailag oldhatók, vagyis amelyeknek fiziológiás sóoldatban megfelelő lebomlási sebességük van. Az MMV-rostok üvegolvadékból, mint kőzetből, salakból, üvegből és egyéb olvadékokból készülnek. A találmány tárgyát képezik új brikettek is.

Standard gyakorlat az MMV-rostok oly módon történő gyártása is, hogy a szemcsés ásványi anyagból brikettet formáznak, egy kemencében (adott esetben egyéb ásványi anyagokkal együtt) olvadékot képeznek, és az olvadékból rostokat alakítanak ki.

Sokféle módszer ismeretes szemcsés ásványi anyagból készített, formázott testek kialakítására. Az ásványi anyag úgy alakítható például golyókká, hogy azt nedvesség jelenlétében egy kötőanyaggal forgatás közben keverjük, így alakos brikettek különféle technikákkal készíthetők. Ezeknek az alakadási technikáknak átfogó elemzését John D. Higginbotham végezte el, egy Seattle, USA-beli, 1993. évi „Molasses as an Environmentally Acceptable Briquette and Agglomerate Binder” c. előadása során. Ebben az előadásban D. Higginbotham például a keményítő, a poli(vinil-alkohol), a lignin-szulfonát, a mész, a gyanták és melaszok felhasználását tekintette át egy sor szemcsés, szervetlen anyag brikettezése kapcsán. Azt említette meg, hogy abban az esetben, ha lignint használunk korom agglomerálására, akkor az 250 °C-on bomlani kezd, és az eredmény az, hogy rosszabb a szemcsék közötti adhézió.

A 2 587 110 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás szerint igen finom eloszlású szervetlen anyagból, vízből és adott esetben glükózból, bentonitból vagy egyéb kötőanyagból briketteket formáznak, majd azokat kemencében 1,5 órától 3 óráig terjedő ideig hevítik. A kapott briketteket egy tartályban üvegolvadékká olvasztják. A 2 970 924 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás szerint ligno-szulfonsav sókat használnak üvegrostok gyártásánál az üvegsarzs szemcsézésére. Ennek megfelelően itt nem szerszámban történik a brikettek alakadása. A szándék az, hogy a szemcsék gyorsabban és egyenletesebben olvadjanak, és jobb legyen a hőátadás az olvadéksarzsban. Eszerint a két szabadalmi leírás szerint a briketteket és szemcséket az olvadékhoz adják hozzá, azoknak nem kell jelentősen alaktartóknak lenniük az olvasztás alatt.

A szokásos, az MMV-rostok kialakítására szolgáló kemencékben az olvadékot úgy állítják elő, hogy abban szilárd, durva szemcsés ásványi anyagból egy önhordó oszlopot készítenek. Ez a szilárd, durva szemcsés anyag lehet nyers, őrölt ásvány, de gyakran tartalmaz finomabb szemcsés ásványi anyagból kialakított briketteket. Az oszlopnak önhordónak kell lennie, hogy a kemence alján az olvadék felett tudja tartani a szilárd anyagot. Ezért szükség van arra, hogy a sarzsban lévő brikettek megtartsák integritásukat, miközben azokat az 1000 °C-ot meghaladó olvadási hőmérsékletük közelébe hevítik fel. A brikettek csak néhány 100 °C-kal alacsonyabb hőmérsékleten történő szétesése nem megfelelő, mert azok porrá esnek szét, és a durva szemcsés anyag oszlopa összeomlásra válik hajlamossá, ami növeli a levegő-ellenállást, növeli a fenéken a nyomást és nyomásváltozást, megzavarja az olvadék kifolyónyíláson át történő áramlását.

Ezért arra van szükség, hogy a brikettek hőállók legyenek abban az értelemben, hogy minél tovább megtartsák brikettszerkezetüket, miközben azokat a kemencében olvadási hőmérsékletükre hevítjük. Arra is szükség van, hogy a brikettek egyszerű eljárással legyenek előállíthatok, ami elkerüli a hidraulikus kötőanyagok előállításához szükséges hosszú (többnapos) keményítési időt. Kívánatos, hogy a briketteknek nagy legyen a friss állapotban mért szilárdságuk, vagyis az, hogy gyártásuk után rövid idővel mindenféle keményítési művelet nélkül kezelhetők legyenek anélkül, hogy a friss brikettek szétesnének.

A 2 976 162 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás szerint a briketteket agyag (mint bentonit) és keményítő keverékéből alakítják ki. Bár ezeknek a rendszereknek megfelelő, a szilárdságuk friss állapotban és a kemencében (az agyag következtében), ez a rendszer úgy tűnik, nem megfelelő, és nem terjedt el széleskörűen. Ezzel szemben szokásos módon megfelelő hőállóságot és szilárdságot értek el a brikettek hidraulikus kötőanyagaival, általában cementtel. Ennek jelentős alumíniumtartalma van, így a kapott brikettek és ennek következtében a töltet elkerülhetetlenül jelentős mennyiségű alumíniumot tartalmaz, függetlenül a brikettkészítéshez használt szemcsés anyag alumíniumoxid-tartalmától. Hasonlóképpen a 2 976 162 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás szerinti kötőanyagrendszer elkerülhetetlenül alumínium-oxidot tartalmaz (az agyag alumínium-oxid-tartalma következtében) a brikettekben.

A WO 92/04289 számú nemzetközi szabadalmi leírásban megjegyzik, hogy ha a rostok jó oldhatósága kívánatos, akkor nem előnyös a nagy mennyiségű alumínium-oxid, vas és az alumínium olvadékban lévő koncentrációját minimálisra csökkenteni, hanem azt javasolják, hogy olyan briketteket használjunk, amelyekben a kötőanyag alkálikus szerrel aktivált salakot tartalmaz. Egy tipikus, ennél az eljárásnál használt salak analízise azt mutatja, hogy a 38,1 tömeg% kalcium-oxidot, 35,1 tömeg% szilícium-dioxidot, 12,2 tömeg% magnézi um-oxidot, 7,6 tömeg% alumínium-oxidot (A1₂O₃) és kisebb komponenseket tartalmaz. Ennek a salaknak és alkalikus aktivátorának bekeverése az olvadékba szükségszerűen alumínium-oxidot, alkáliföldfémet és egyéb komponenseket juttat az olvadékba jelentős és elkerülhetetlen mennyiségben.

A WO 92/04289 számú nemzetközi szabadalmi leírásban azt állítják, hogy a briketteket úgy készítik, hogy a vizet, a lúgoldatot és a száraz brikettkomponenseket összekeverik, majd ismert módon briketté formázzák. Az egyetlen részletezett módszer, amit említenek, a kompresszió és a kompresszív vibráltatás, ami valószínűleg arra az esetre vonatkozik, ha a szokásos típusú öntési eljárások során cement kötőanyagot használnak.

Ismeretes, hogy az ásványi rostok oldhatósága fiziológiai sóoldatban az olvadék-összetétel megfelelő megválasztásával növelhető. Általánosságban 7,5 pH-nál

HU 218 046 Β néha akkor érhetők el a legjobb eredmények, ha az oxidként mért alumínium mennyisége 3 vagy 4 tömeg% alatt van (előnyösen nem több, mint 1 vagy 2 tömeg%). Ennek megfelelően, abban az esetben, ha az oldatban 7,5 pH-nál biológiai oldhatóságra van szükség a brikettek kialakításához, akkor minden további, a sarzshoz szükséges anyag úgy választandó meg, hogy az mind a megkívánt kis alumíniumtartalomnak, mind annak a következménynek feleljen meg, hogy az olvadéknak megfelelőek legyenek a tulajdonságai. így a sarzsnak megfelelő olvadáspontú és viszkozitási jellemzőjű anyagnak kell lennie ahhoz, hogy megfelelő rostképző tulajdonságokkal rendelkezzék.

Sokféle kis, egyébként alumínium-oxid- (A1₂O₃-) tartalmú MMV-rost gyártására alkalmasnak tartott ásványi anyagnak elegendő nagy alumínium-oxid-tartalma van ahhoz, hogy ha csak ezeket az anyagokat használnánk, akkor is az MMV-rostok végső analízise a megkívánt 3 vagy 4 tömeg%-nál nagyobb lenne. Az a tény, hogy a gyakorlatban konvencionális szervetlen brikettező kötőanyagokat, mint cementet vagy alkalikus salakanyagot, vagy agyagot kell használni, tovább korlátozza a felhasználható ásványi anyagok körét.

További megszorítást jelent az a tény, hogy a szemcsés anyagnak viszonylag durva eloszlásúnak kell lennie, ha szokásos kötőanyagokat, mint cementet használunk. így például a szemcséknek legalább 10 tömeg%-a normális körülmények között 2 mm-nél vagy még inkább 5 mm-nél nagyobbnak, gyakran 30 tömeg%-nak 1 mm-nél nagyobbnak kell lennie. Nem kapunk kielégítő eredményeket hidraulikus és más szokásos kötőanyagokkal, ha a szemcseméret egyenletesen kicsi, például 1 mm alatti. Mivel a készítménynek a kemencében előre meghatározott idő alatt meg kell olvadnia, ezért a viszonylag durva szemcséknek olyan összetételűeknek kell lenniük, hogy azok a kemence hőmérsékletén gyorsan megolvadjanak és/vagy egyesülniük kell a folyatószerrel. Nehéz mindezen kívánalmaknak megfelelő, kis alumínium-oxid-tartalmú vagy gazdaságos, viszonylag durva szemcsés anyagoknak vagy keverékeknek az előállítása. Van néhány nagyon kis alumínium-oxid-tartalmú anyag, így sokféle fajta homok is, de ezeknek túl kicsi a részecskemérete és túl magas az olvadáspontja ahhoz, hogy a szokásos brikettező- kötő- és formázótechnikákkal legyenek formázhatok.

A sarzshoz felhasznált anyagok megválasztása tekintetében további megszorítás, hogy azok használata nem járhat más, a kemencével vagy az eljárás során gáz- vagy egyéb alakban távozó anyagokkal kapcsolatosan fellépő problémákkal.

Ezért a brikettek formázására felhasználható, részben vagy egészben a kemence töltetét képező szemcsés anyagok kiválasztása tekintetében szigorú megszorítások állnak fenn. Kívánatos lenne ezért egy egyszerű és könnyen megvalósítható módszer kifejlesztése brikettek gyártására olyan anyagokból, amelyek könnyebben hozzáférhetők, nem költségesek, és mégis felhasználhatók megfelelő tulajdonságokkal, különösen testnedvekben jó oldékonySággal és kis alumínium-oxid-tartalommal rendelkező MMV-rostok gyártására.

A találmány szerint kis Al₂O₃-tartalmú MMV-rostokat úgy állítunk elő, hogy szemcsés ásványi anyagból öntőformában briketteket alakítunk ki, a brikettet tartalmazó ásványanyag-önhordó oszlopból egy kemencében olvadékot képezünk, az olvadékból rostokat alakítunk ki, mi mellett ennél az eljárásnál az olvadék és a rostok oxidtartalma kisebb, mint 4 tömeg% A1₂O₃, és az ásványanyagtöltet legalább 50 tömeg%-a 4 tömeg%nál kisebb Al₂O₃-tartalmú lignin kötőanyagú brikett, ami olyan szemcsés ásványanyag sajtolásával készült lényegében alumíniummentes, a keverék összes tömegére számítva 1-10% lignint tartalmazó kötőanyaggal, amelynek mérete legalább 90 tömeg%-ban 2 mm alatti.

A lignin kötőanyagú brikettek egy kötőanyag-keverékkel tapaszthatok össze, ami mind lignint, mind egy szekunder kötőanyagot tartalmaz, feltéve, hogy ennek a szekunder kötőanyagnak a minősége és mennyisége ólján, hogy a teljes kötőanyagrendszer lényegében alumíniummentes (például 0,5%-nál és előnyösen 0,l%ná] kisebb mennyiségű Al₂O₃-ot visz be a sarzsba). A kötőanyag előnyös módon lényegében csak szerves ragasztó, bár egyes eljárásoknál kis mennyiségű szerveden ragasztó is megengedhető.

Szekunder szerves kötő(ragasztó)anyagként használható például a keményítő, szintetikus gyanták, mint a fenol-formaldehid gyanta és a melaszok. A melaszokat előnyös módon mésszel kombinálva használjuk. A lignin a teljes kötőanyagrendszemek legalább 30%át, szokásos módon legalább 60%-át képezi száraz tömegre számítva.

A lignin kötőanyag előnyösen kalcium-lignoszulfonát. A lignoszulfonát előnyös módon a facellulóz mellékterméke. A lignoszulfonát, amit a találmány szerint használunk, ugyanaz a kereskedelemben kapható típusú anyag lehet, mint amit szokásos módon agyag lágyítószereként vagy mezőgazdasági vegyszerek diszpergá lőszereként használnak. Alkalmas minőségű ilyen anyag a Borrespherse CAFN kereskedelmi elnevezésű termék.

A briketteket normális körülmények között úgy készítjük, hogy a szemcsés ásványi anyagot (és adott esetben a növényi rostokat) a lignin kötőanyag oldatával keverjük össze, a keveréket hagyjuk megmerevedni, majd formázzuk. Ha segédkötőanyagot használunk, akkor azt a ligninnel keverjük be.

A szemcsés ásványi anyagnak a kötőanyag vizes oldatával történő kezdeti összekeverése úgy végezhető, hogy az ásványi anyagot (és adott esetben növényi rostokat) összekeverjük a por alakú lignin kötőanyaggal és vízzel, aminek az az eredménye, hogy a por alakú kötőanyag a keverés alatt feloldódik. Alternatív módon a keverés úgy is történhet, hogy a szemcsés ásványanyagot a lignin kötőanyag oldatával keverjük össze.

A keverék összes nedvességtartalma általában 0,5-10%, előnyösen 1-5%, az összes lignintartalom 1-10%, gyakran 2-5% a keverék össztömegére számítva.

A keverés bármilyen megfelelő keverőberendezéssel történhet, például csillag- vagy forgókeverővei, vagy egy csigaműves szállítószalagon történő átengedéssel.

HU 218 046 Β

Ha a lignin kötőanyagot előre elkészített oldat alakjában alkalmazzuk, akkor előnyös lehet az oldatot enyhén megemelt (például 20 vagy 30 °C-tól 70 °C-ig terjedő) hőmérsékleten tartani, hogy csökkentsük az oldat viszkozitását, de a tárolási körülményeknek olyanoknak kell lenniük, hogy eközben a kötőanyag polimerizációja vagy bomlása ne induljon meg.

A lignin kötőanyagoldat és a szemcsés anyag keverékét előnyösen dermedni hagyjuk (hogy az jelentősen viszkózusabbá és a keverésnek ellenállóbbá váljon), mielőtt azt formáznánk. Ennek a folyamatnak a gyorsítása érdekében a keveréket ajánlatos melegíteni. Ez úgy végezhető, hogy azt keverés közben melegítjük. így a keverésre használt berendezésnek belső fűtése lehet és fűtött lapátkeverői, amelyek elősegítik a melegítést, vagy külső fűtőberendezése vagy vízköpenye lehet, amelyen keresztül a keverési művelet közben meleg víz cirkuláltatható.

A keverék belső hőmérséklete a kötőanyaggal végzett keverés alatt általában 20-70 °C, mert ez elősegíti annak dermedését. Ez a dermedés lehet a kémiai térhálósodás következménye, de általában annak tulajdonítható, hogy keverés alatt a keverékből elpárolog a nedvesség.

Az ilyen módon végzett keverés akkor megfelelő, ha a szemcsés anyagnak már a végső megkívánt szemcseméret-eloszlása van. Ha azonban a szemcsés anyag egy része vagy annak egésze túl durva szemcsés, akkor az ásványi anyagot keverés közben őröljük. A keverés közben végzett őrlésnek az az előnye, hogy az őrlés alatt fejlődő hőenergia a kívánt mértékben megemeli a hőmérsékletet.

A találmány szerint egy különösen előnyös eljárási módnál egyidejűleg keverjük, őröljük és melegítjük az ásványi és a kötőanyag (valamint adott esetben a rostok) keverékét olyan őrlési művelettel, ami a keverést is elvégzi. Ez előnyös módon rúd őrlőmalomban történik. A keverést és őrlést előnyös módon megfelelő tartózkodási idő, mint 10-20 perc betartása mellett végezzük, hogy elérjük a kívánt szemcseméret-eloszlást és a kötőanyagnak a szemcsés anyaggal történő optimális összekeverését.

Az ily módon végzett őrlés és keverés nem csak azért különösen előnyös, mert gazdaságos módja a keverék melegítésének, de azért is, mert a szemcsék felületét igen jól bevonja minimális mennyiségű kötőanyag felhasználása mellett.

Amikor már a keverék megfelelő tulajdonságokkal (például szemcsemérettel és merevséggel) rendelkezik, akkor az formázásra kész, és azt formázni kell mielőtt kiszárad vagy annyira térhálósodik, hogy túl merevvé válik ahhoz, hogy megfelelő módon a formázószerszámba legyen tölthető.

A formázás bármilyen sajtolásos formázási technikával történhet. Igen előnyös, ha a formázás préshengeres sajtolóberendezésen történik. A préshengeres sajtológép egy pár hengerből áll, amelyek ellenirányba forogva szerszámüreget alakítanak ki, amely lehet az egyik hengerben kialakított mélyedés vagy mindkét érintkező hengerben kialakított, összeillő mélyedés. A hengerek lehetnek jelentős tengelyhosszúságúak vagy lehetnek kerekek. Az ilyen típusú préshengeres sajtolóberendezéseket állati takarmányok vagy tüzelőanyagok brikettezésére használják.

A szerszámüregben lévő keverékre gyakorolt nyomás gyakran 10-50 kN/cm.

A hengerek mélyedéseinek méretei szabják meg a kapott brikettek dimenzióit. A brikettek mérete általában legalább 5 mm, szokásos módon legalább 40 mm. A maximális méret például 200 mm-ig terjedhet, de általában 150 mm-nél kisebb. A találmány előnye, hogy igen gyors kötést érünk el, azzal az eredménnyel, hogy a termékeknek megfelelő szilárdságuk van, amikor azok a brikettezőgépet elhagyják (ami igen gyorsan történik). Teljes szilárdságukat rövid idő alatt, például 2 órán belül, és gyakran 1 órán belül elérik attól számítva, hogy megkezdtük a kötőanyag és a szemcsés anyag összekeverését. Anélkül érik el ezt a szilárdságot, hogy kemencében térhálósítanánk őket. Ehelyett általában atmoszferikus levegőn tároljuk azokat. Ennek megfelelően a brikettek nem igényelnek hosszú tárolást (mint ez a szokásos kötőanyagoknál szükséges), hogy végbemenjen a hidraulikus kötés, hanem azonnal formázás után kezelhetők és felhasználhatók.

A kemencében az olvasztási hőfok szokásos módon magasabb mint 1400 °C, és a brikettek olvadáspontja általában 1100 °C vagy 1200 °C felett van. A lignin kötőanyag ebben a tekintetben különösen előnyös, mert az ilyen kötőanyagú brikettek általában elég ellenállók ahhoz, hogy az olvadást megelőzően megfelelő a szilárdságuk.

A lignin kötőanyagok másik előnye, hogy a belőlük terhálósodás és olvadás alatt elpárolgó anyagok olyan típusúak, hogy azok könnyen feldolgozhatok a kemencéknél normálisan használt, szokásos gázkezelő rendszerekkel.

A találmány egy fontos előnye, hogy finom szemcsés anyaggal jó kötés és brikettek érhetők el. Bár lehetséges a találmány megvalósítása olyan szemcsés anyaggal, amelynek szemcsemérete legalább 90%-ban 2 mm alatt van, a szemcseméret előnyös módon kisebb ennél. Például szokásosan a szemcsék legalább 98%-a, előnyösen 100%-a 2 mm-nél kisebb méretű. Előnyös módon legalább 80%-uk, például 50-80%-uk kisebb mint 1 mm, legelőnyösebben kisebb mint 0,5 mm. Durvább, például legalább 20% 1 mm feletti méretű szemcsék jelenléte kívánatos. A szemcsés anyag szemcsemérete gyakran többnyire 0,1 mm, szokásos módon többnyire 0,2 mm feletti.

A kötőanyag-tartalmú brikettekben sokféle szervetlen szemcsés ásványi anyag használható. Mint a fentiekben említettük, a lignin kötőanyagok használatának a konvencionális, hidraulikus kötőanyagokhoz képest különös előnye, hogy kis szemcseméret mellett is jó eredmények érhetők el. Ha hidraulikus kötőanyagot használunk, akkor jelentős mennyiségű durvább szemcsés anyagot kell a keverékben használni ahhoz, hogy a brikettnek megfelelő szilárdsága legyen. A találmány szerint erre nincs szükség, és így a szemcsés anyag lényegében olyan anyagból áll, amelynek szemcsemérete ki4

HU 218 046 Β sebb, mint ez konvencionális MMFV-briketteknél szokásos.

E finom szemcseméret-eloszlás használatának két jelentős előnye van. Először is lehetővé teszi azonos tartózkodási idő és hőmérséklet-viszonyok mellett a kemencében a gyorsabb olvasztást, mint az a szokásos, durvább szemcseméretű anyagokkal lehetséges, és lehetővé teszi magasabb olvadáspontú anyagok alkalmazását. így például a szervetlen anyag komponensei legalább 70 tömeg%-ban 1450 °C feletti olvadáspontú anyagok lehetnek. Másodszor lehetővé teszi olyan kis Al₂O₃-tartalmú anyagok használatát, amelyek igen finom szemcsés formában könnyen hozzáférhetők, nevezetesen a homok használatát. így kívánt esetben a találmány szerint a brikettek egész szemcsés anyagtartalma homok lehet. A finom szemcseméret minimálisra csökkenti vagy megszünteti a folyatószerek használatának szükségét is, és így elkerülhetők azok a megszorítások, amelyeket a kémiai összetétel megválasztása tekintetében ezek használata jelent.

Alkalmas használható finom szemcsés anyagok közé tartoznak a kőzetőrlemények (mint az ásványok ásványolvadék gyártásánál konvencionális módon képződő salakőrlemények), az üveghulladék, vastartalmú ásványok, a használt öntödei homok és a különböző MMVhulladék rostanyagok, melyek a rostképzési eljárás hulladék anyagai vagy fel nem használt vagy hulladék végtermékek. A találmányt megelőző időben az MMV-hulladékok jelentős mennyiségben történő felhasználása gyakran lehetetlen volt. Ilyen rostos anyagok közé tartoznak a fonóeljárásból és fonókamrából származó fonási hulladékok, a száraz gyapothulladék, ami térhálósított rostos anyagok hulladéka, mint lemez-, henger-, csőgyártási stb. hulladékok, a nedves gyapothulladék, amelyek a nem térhálósított gyapotból a gyártási eljárás során bekövetkező leállások és egyéb üzemhibák termékei, szűrőszövetek.

A szervetlen rostok helyett vagy azok mellett a keverékbe, melyből a brikettek készülnek, kívánatos szerves rostokat is bekeverni. Előnyös szerves rostok a növényi, ezen belül a farostok, különösen papírrostok, tengerimoszat-rostok, citromhulladékok és a szalma. A szalma felhasználása azért előnyös, mert az szárazon vihető be, ezért nem befolyásolja annak a keveréknek a nedvességtartalmát, amiből a briketteket kialakítjuk, míg a többi rost a legmegfelelőbben nedves alakban vihető be, amikor is ezek befolyásolják a keverék nedvességtartalmát. A növényi rostok felhasználása javíthatja a brikettek friss állapotú szilárdságát, és azt eredményezheti, hogy azok kezdeti szilárdsága nagyobb nedvességtartományban lesz jobb. A növényi és egyéb szerves rostok mennyisége általában 0,2-10 rész, gyakran körülbelül 0,5-5 rész egy rész ligninre (száraz tömeg) számítva. A szalmát szokásos módon 5 vagy 10 mm-nél rövidebbre vágjuk vagy aprítjuk, és ez valamennyi növényi rost esetében egy megfelelő maximális méret.

A brikettek formázására szánt ásványi anyagokat a kémiai analízisnek és a megkívánt olvadási tulajdonságoknak megfelelően választjuk meg. A brikettnek általában 75 tömeg% alatti, gyakran 20 tömeg% alatti mennyisége olvad meg 1250 °C-on, de a brikett szokásosan 1300 °C-on, gyakran 1375 °C-on olvad meg teljesen.

A brikettek kémiai analízise előnyös módon olyan, hogy az alumíniumtartalom 4 tömeg% alatt, legelőnyösebben 2 tömeg% alatt, és általában 1 tömeg% alatt van. A Na₂O és K₂O együttes mennyisége általában nem több mint 6 tömeg%, előnyösen 4 tömeg% alatt van. A FeO+MgO+CaO együttes mennyisége előnyösen 50 tömeg% alatti.

A kemence ásványianyag-töltete állhat csupán a szerves kötőanyagú brikettekből vagy 50 tömeg%-ig terjedő, általában 20 vagy 30 tömeg%-ot meg nem haladó mennyiségű ásványi töltetből, ami valamilyen más formában táplálható be. így például a sarzs egy része másfajta, például cementkötésű brikettből állhat vagy állhat szokásos rost-olvadék képző komponensekből, mint ásványból, salakból, üveghulladékból és egyéb konvencionális anyagokból. Ha ezeket nem brikett alakban tápláljuk be, akkor azokat normálisan 40-160 mm szemcseméretben töltjük be. Ezeknek a további anyagoknak az alumíniumtartalma maximálisan 6 tömeg%, előnyösen kisebb mint 4 tömeg%.

Az összsarzs Al₂O₃-tartalmának 4 tömeg% alattinak, általában 2 tömeg%-nak, előnyösen 1 tömeg% alattinak kell lennie.

Az olvadék a szerves kötőanyagú brikettekben vagy a sarzs többi részében tartalmazhat olyan komponenseket, amelyek az oldhatóság elősegítése érdekében hasznosak, mint a foszfor- és bórvegyületek (oxidok alakjában mérve) 10-20 tömeg%-nál nem nagyobb mennyiségben.

A rostok és az olvadék, és gyakran a brikettek előnyös összetétele 45-60% SiO₂,0,5-4% A1₂O₃,0,1-4% IiO₂, 5-12%, FeO, 10-25% CaO, 8-18% MgO, 0-4% Na₂Ö, 0-2% K₂O, 0-6% Na₂O+K₂O, 2-10% P₂O₅ és 0-10% egyéb komponens tömeg%-ban.

A kemence lehet olyan, hogy abban a briketteket tartalmazó önhordó oszlopot olvasztunk meg. Ez az oszlop gyakran legalább 1 méter magas. A kemence lehet elektromos fűtésű vagy egy tartálykemence, vagy előnyösen boltíves kemence, amelyben a tüzelőanyag benne van a sarzsban. Az olvasztási hőfok a használt ásványanyagoktól és a szálformázási technikáktól függ, de általában 1200-1600 °C tartományban, gyakran 1400-1550 °C körül van.

A szálképzés történhet a szokásos technikákkal, mint fonócsészés technikával, vagy úgy, hogy az olvadékot legalább két, együttműködő fonóorsót tartalmazó rokkára öntjük, mint ezt a WO 92/06047 számú nemzetközi közzétételi leírás leírja. így a rostok úgy készülnek, hogy az olvadékot az első fonóorsóra töltjük, amelyről az olvadék ezután egy vagy több ezt követő fonóorsóra kerül, melyekről a rostok leszóródnak.

A találmány szerinti termékek bármilyen szokásos MMV-rost felhasználási célra használhatók, így hőszigetelésre, hangszigetelésre vagy -szabályozásra, tűzvédelemre, termesztő közegként, erősítésre vagy töltőanyagként.

A következő példák mindegyikében a felsorolt szervetlen anyagokat és szerves rostokat rúdmalomban meg5

HU 218 046 Β őröljük, és az őrlés kezdetén ezekhez a lignin kötőanyag vizes oldatát adjuk hozzá olyan mennyiségben, hogy a keverék víztartalma (száraz anyagra számított mennyisége 12% lignintartalom mellett 4% legyen. Az őrlést 10-20 percig folytatjuk, amikor is a keverék hőmérséklete 20-50 °C, szemcsemérete legalább 90 tömeg%-ban 2 mm alatt és 80%-ban legalább 1 mm alatt, végül legalább 50 tömeg%-ban 0,5 mm alatt van. A keveréket fűtött, lapátos keverőberendezésben melegítjük, amelyben a nedvességtartalom 1-3 tömeg%-ra csökken. Alternatív módon a keverék örvényágyas szárítóberendezésben 60 °C-on szárítható ugyanerre a nedvességtartalomra. A keveréket a préshengeres sajtolóberendezés formázóüregeibe visszük át, ahol azokat 20 kN/vonal cm-nél nagyobb nyomással brikettekké sajtoljuk, melyek mérete tipikusan 100x50 mm. A briketteket a sajtolóberendezésből a betáplálástól számított néhány perc múlva eltávolítjuk. A brikettek szilárdsága friss állapotban megfelelő ahhoz, hogy azok a szerszámból történő kivétel után azonnal kezelhetők legyenek, és körülbelül fél óráig állni hagyjuk őket, mialatt szilárdságuk tovább nő.

A briketteket minden esetben boltíves kemencébe töltjük, melybe tüzelőanyagként kokszot táplálunk. A brikettek képezik a kemence egyedüli ásványianyagtöltetét. A kemence olvasztási hőfoka 1510 °C. Az olvadék a kemencéből egy, a WO 92/06047 nemzetközi közzétételi leírásban leírt fonóberendezés felső fonórokkájára folyik. A kapott rostokat paplanná gyűjtjük össze, azok szerves kötőanyaggal a szokásos módon köthetők meg.

1. példa (A %-ok mindenütt tömeg%-ban értendők)

7% vas-ásvány 10% dolomit

27% mész

42% szilícium-oxid (homok)

14% olivin (homok) lignin kötőanyag, amely a következő kémiai összetételű rostot adja (mennyiségek tömeg/tömeg%-ban)

SiO₂ A1₂O₃ TiO₂ FeO CaO MgO Na₂O K₂O

59,3 0,8 0,2 6,4 19,9 11,8 0,1 0,5

2. példa

10% dolomit

34% mész

42% szilícium-dioxid (homok)

14% olivin (homok) lignin kötőanyag, amely a következő kémiai összetételű rostot adja (mennyiségek tömeg/tömeg%-ban)

SiO₂ A1₂O₃ TiO₂ FeO CaO MgO Na₂O K₂O

60,4’ 0,8’ 0,2’ 1,0 24,5 11,7 0,l 0,5

3. példa

18% dolomit

26% mész

26% szilícium-dioxid (homok)

10% olivin (homok)

20% ásványigyapot-hulladék (diopszidkészítmény) lignin kötőanyag, amely a következő kémiai összetételű rostot adja (mennyiségek tömeg/tömeg%-ban)

SiO₂ AUO₃ TiO₂ FeO CaO MgO Na₂O K₂O

52,0’ 0,8’ 0,2 ’ 0,8 28,7 16,0 0,3 0,2

4. példa

Az 1-3. példákkal lényegében egyező módon végeztük az eljárást 7% kvarchomokból, 33% olivinhomokból, 48% alacsony alumínium-oxid-tartalmú ásványi rostból, 12% apatitból készített brikettekkel, 6% kalcium-lignoszulfonát-oldattal. Egyes kísérletek során a keverékhez további vízmennyiséget adtunk. Egyes kísérleteknél nedves papírhulladékot is hozzáadtunk, így 9,6% vagy 19,1% szárazpapír-anyagot tartalmazó keveréket kaptunk.

A brikett szilárdságát 60 perces térhálósítás után megmértük.

Amikor a keverék papírhulladék-mentes, és nedvességtartalma 1 -2 tömeg% a sajtolás folyamán, akkor szilárdsága körülbelül 5,5 kN, de ha nedvességtartalma a sajtolás alatt 4% körüli, akkor szilárdsága körülbelül 1,? kN.

A nedves papírhulladékot felhasználó kísérletekben a szilárdság 1-2% nedvességtartalomnál 8 és 10 kN között van és 4% nedvességtartalomnál körülbelül 5-6 kN, 19% papírhulladék-tartalom mellett pedig valamivel nagyobb mint 9,6% papírhulladék-tartalom.

5. példa

Annak érdekében, hogy meghatározzuk a lignin kötőanyag lebomlással szembeni ellenállását, a kemencében a megolvasztást megelőzően, a következő vizsgálatot végeztük.

A brikettek szilárdságát akkor mértük, amikor a hőfokot 1200 °C-ra emeltük.

A szilárdság fő és egyedüli fontos csökkenése az 1135-1190 °C hőmérséklet-tartományban következik be, ami körülbelül ugyanaz, mint a szokásos hidraulikus kötőanyagú briketteknél. Ennek megfelelően a brikettek körülbelül azon a hőfokon kezdenek összeesni (szokásos módon legalább 1100 vagy 1200 °C-on vagy ennél magasabb hőfokon), ahol a jelentős mértékű olvadás megy végbe. Ennek következtében a sarzs nem esik össze az olvadási hőmérséklet-tartomány felett, hanem megtartja nyitott, szemcsés természetét, amíg eléri az olvadási zónát a kemencében. 800 °C körül van egy kisebb szilárdságcsökkenés, de ez nem jár a brikettek szétesésével.

Az előnyös brikettek csak 1000 °C feletti hőfokon szenvednek jelentős szilárdságcsökkenést és szokásos módon 1100 °C-on vagy ennél magasabb hőfokon, akkor is, ha a kötőanyag szerves.

E tekintetben segíthet, ha a sajtolási formázásnak alávetett nedves keverék olyan komponenskeverékből áll, ami (oxidtömegben mérve) jelentős mennyiségű (általában 40 vagy 50% feletti mennyiségű) SiO₂-ot, alkálifoldfem- és/vagy alkálifém-oxidot (általában 20 vagy 30% feletti mennyiséget) és néhány többértékű fém-oxidot, így FeO-ot, Al₂O₃-ot és TiO₂-ot (általában 1% feletti, de 15% alatti, szokásosan 10% alatti mennyiségben) tartal6

HU 218 046 Β máz. A CaO + MgO mennyisége gyakran 20-50%. A CaO mennyisége gyakran 15-35%.

Meglepő, hogy ezek az új, lignin kötőanyagú brikettek ilyen magas hőfokon is egyben maradnak és, hogy az alacsonyabb hőfokon bekövetkező bomlás sem vezet jelentős széthullásra.

6. példa

Ugyanezzel a technikával briketteket alakítottunk ki 15% ásványgyapot-termelésből származó hulladékból, 26% kvarchomokból, 10% olivinhomokból, 18% dolomitból, 26% mészből, 5% tengerimoszat-hulladékból és lignin kötőanyagból. A termékanalízis adatai (oxid-tömegben mérve) a következők:

SiO₂ A1₂O₃ TiO₂ FeO CaO MgO Na₂O K₂O

49,47 0,84 0,27 0,82 28,7 31,16 1,65 0,46

Claims (16)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Eljárás kis Al₂O₃-tartalmú rostok előállítására egy, szemcsés ásványi anyagból készült, formázott brikettekből álló önhordó oszlop kemencében történő megolvasztása és az olvadékból rostok képzése útján, azzal jellemezve, hogy 4 tömeg% Al₂O₃-nál kisebb oxidtartalmú olvadékot és rostokat használunk, és az ásványanyagtöltet legalább 50 tömeg%-a olyan lignin kötőanyagú brikett, amelynek 4% alatti az Al₂O₃-tartalma, és ami legalább 90%-ban 2 mm alatti méretű, lényegében alumíniummentes, a keverék összes tömegére számítva 1-10% lignin kötőanyag-tartalmú szemcsés ásványanyag sajtolással végzett formázásával készült.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a sajtolásos formázás préshengeres formázás.
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a lignin kötőanyagú briketteket 10-50 kN/vonal cm nyomással végzett sajtolással állítjuk elő.
4. 4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a lignin kötőanyagú briketteket úgy készítjük, hogy a szemcsés ásványanyagot a kötőanyaggal víz jelenlétében összekeverjük, a kötőanyagot dermedni hagyjuk, majd a megdermedt keveréket nyomás alatt formázzuk.
5. 5. A 4. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a dermesztést fűtött keverővei és/vagy oly módon végezzük, hogy a keveréket közvetett hőcsere útján melegítjük.
6. 6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a lignin kötőanyagú brikettek készítésére olyan szemcsés ásványanyagot használunk, amelynek szemcsemérete legalább 80 tömeg%-ban 1 mm alatti.
7. 7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kötőanyagot úgy keverjük össze az ásványanyaggal, hogy a keveréket közben melegítjük, és az ásványanyagot vagy annak egy részét mdmalommal őröljük a kívánt szemcseméretre.
8. 8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a lignin kötőanyagú brikettek szervetlenanyag-komponenseinek legalább 70 tömeg%-a 1450 °C-nál magasabb olvadáspontú.
9. 9. Az 1-8. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az MM-rostokat úgy állítjuk elő, hogy az olvadékot egy első fonórokkára öntjük, amiről az olvadék ezután egy vagy több fonórokkára, majd azokról leszóródik.
10. 10. Az 1-9. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy kötőanyagként lényegében csak lignint használunk.
11. 11. Az 1-10. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy ligninként kalcium-lignoszulfonátot használunk.
12. 12. Az 1-11. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a brikettek formázására rosttartalmú keveréket használunk.
13. 13. Az 1-12. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a brikettek a kemencében lényegében megőrzik szilárdságukat a legalább 1100 °Coa bekövetkező olvadásig, és a brikettek formázására használt keverék jelentős - oxid-tömegben mért - menynyiségű, előnyösen több mint 40% SiO₂-ot és alkáliföldfém- és/vagy alkálifém-oxidot, előnyösen 20-50% CaO-ot+Mg-ot tartalmaz.
14. 14. Az 1-13. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a brikettek formázására növényi rostokat tartalmazó keveréket használunk.
15. 15. Az 1-14. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy olyan rostokat használunk, amelyek oxid-tömegre számítva 45-60% SiO₂-ot, 0.5-4% Al₂O₃-ot, 0,1-4% TiO₂-ot, 5-12% FeO-ot, 10-25% CaO-ot, 8-18% MgÓ-ot, 0,4% Na₂O-ot, 0-2% H₂O-ot, 0-6% Na₂O+K₂O-ot, 2-10% P₂O₅-ot és 0-10% egyéb komponenst tartalmaznak.
16. 16. Az 1-15. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy boltíves kemencét használunk.