WO1998030512A1 - Anorganisches bindemittel - Google Patents

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Jürgen KEPPNER
Alfred Lehnen
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Deutsche Rockwool Mineralwoll-Gmbh
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    • C03C2213/00—Glass fibres or filaments
    • C03C2213/02—Biodegradable glass fibres

Definitions

  • the invention relates to a binder for the production, in particular solidification, of shaped bodies which serve as a raw material for the production of artificial mineral fibers.
  • artificial mineral fibers for example fiber insulation materials for sound and heat insulation
  • natural or artificial rock is used as starting products.
  • This rock is melted in an oven and then fed as a melt to a fiberizing device, so that the melt can be deposited in the form of fibers on a conveyor belt, which conveyor belt feeds the fibers to various processing stations, such as compression stations, cutting stations or the like.
  • the fibers are placed on the conveyor belt in such a way that, for example, an endless mineral fiber mat is created.
  • stones are used as primary raw materials, with artificial stones being increasingly used, which are produced from production residues and / or recycling products. For this, the production backlogs and / or recycling backlogs are processed, i.e. crushed and shaped as artificial stones.
  • binders for example a mixture of calcined bauxite and cement being mixed to produce secondary raw materials from recycled materials. to shape cling processes as well as internal production residues in a pelletizing process to artificial stones.
  • this known binder is particularly well suited for pelleting processes, it is not particularly suitable for briquetting processes which are intended in particular in the production of artificial stones of larger dimensions.
  • the invention is based on the objective of creating a generic binder which is suitable both for pelleting and for briquetting molded bodies which serve as a melt raw material for the production of synthetic mineral fibers.
  • the binder i.a. consists of raw bauxite and marl sintered in a furnace, preferably a shaft or rotary tube furnace and then ground, as starting materials.
  • Such a binder has the advantage that the mixture of raw bauxite and marl enables the briquetting of raw materials and residues for the manufacturing process of mineral wool production. Residues are both internal production residues and external residues, so-called secondary raw materials, which are generated by recycling dismantled mineral fibers.
  • the raw material base for the binder according to the invention are bauxite, clays, other alumina carriers, lime, dolomite, marl and white tere suitable secondary raw materials are provided.
  • the advantages of this binder according to the invention are in particular the reduction in the use of briquettes, the substitution of the cement by up to 100% with this binder and the partial substitution of the calcined bauxite by more than 40%.
  • the binder according to the invention has the advantage that emissions of S0 2 and H 2 S are significantly reduced both in its manufacture and in its intended use, so that the costs for the desulfurization of the exhaust gases produced in this process can also be significantly reduced.
  • This binder is particularly suitable for bio-lent fibers which are advantageous in terms of their further processing in the melting process described at the beginning and their processing on construction sites with regard to substances which are hazardous to health.
  • the production of the artificial stones with the binder according to the invention is considerably more economical than the previous procedures.
  • the binder according to the invention is suitable for processing residual materials from steelworks, foundries, glass factories, thermal power plants and / or garbage incineration plants.
  • the bauxite and marl have Starting materials have a BLAINE value of more than 3000 cm 2 / g after they have been ground. This BLAINE value has been shown to be advantageous for the briquetting of the moldings, the cement used in the prior art being able to be completely replaced and the calcined bauxite used being partially replaced.
  • the ratio A1 2 0 3 to CaO is in the range between 0.5 and 1.8, preferably between 0.8 and 1.65.
  • the melting point of the binder is preferably about 1,300 ° C.
  • Ti0 2 0.1 - 4 preferably ⁇ 3
  • MgO 0 - 5 preferably ⁇ 4
  • this binder is particularly suitable for briquette-shaped articles.
  • the shaped bodies are preferably formed from raw materials and / or residues for the production process of mineral wool production, the residues being designed in particular as recycling stocks.
  • the binder according to the invention is characterized in particular by its high A1 2 0 3 content.
  • the result of an X-ray diffractometric phase examination of the binder according to the invention is shown in the table below.
  • the phase distribution of the binder in silicate chemical notation shows a CA portion that is mainly responsible for the rapid hydration, which is twice as high as that of the known binders.
  • CA 2 responsible for slow hydration.
  • all other identified phases recede quantitatively. Brown millerite and pleochroit are no longer detectable in the binder according to the invention.
  • REPLACEMENT BLADE (RULE 26) with approximately the same position of the maximum in the rough range, a shift of the maximum in the fine range to higher values for the binder according to the invention.
  • a maximum limit of 8% residue on a 0.09 mm screen fabric is reached with a measured residue of 0.2%.
  • FIG. 1 The grain size analysis of the binder according to the invention in comparison with a known binder and Portland cement is shown in FIG. 1, the solid line representing the particle size distribution in the binder according to the invention, the dashed line representing a known binder and the dotted line Portland cement.
  • FIG. 2 shows the grain size analysis according to FIG. 1 as a bar chart for the binder according to the invention.
  • the binder according to the invention is particularly suitable for the production of moldings in the course of a briquetting process.
  • the composition of the binder according to the invention means that a higher degree of stiffness can be achieved after a shorter time than known binders or Portland cement. This behavior is of particular advantage for the production of shaped stones in the field of mineral wool production.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bindemittel für die Herstellung, insbesondere Verfestigung von Formkörpern, die als Schmelzrohstoff zur Erzeugung von künstlichen Mineralfasern dienen. Um ein derartiges Bindemittel zu schaffen, welches sowohl beim Pelletieren als auch beim Brikettieren von Formkörpern geeignet ist, die als Schmelzrohstoff zur Herstellung von künstlichen Mineralfasern dienen, ist vorgesehen, daß das Bindemittel aus in einem Ofen, vorzugsweise einem Schacht- oder Drehrohrofen gesintertem und anschließend aufgemahlenem Rohbauxit und Mergel besteht.

Description

ANORGANISCHES BINDEMITTEL
Die Erfindung betrifft ein Bindemittel für die Herstellung, insbesondere Verfestigung von Formkor- pern, die als Schmelzrohstoff zur Erzeugung von künstlichen Mineralfasern dienen.
Bei der Erzeugung von kunstlichen Mineralfasern, beispielsweise Faserdammstoffen zur Schall- und Wärmedämmung ist es üblich, als Ausgangsprodukte Gestein in naturlicher oder Kunstform zu verwenden. Dieses Gestein wird in einem Ofen aufgeschmolzen und anschließend als Schmelze einem Zerfaserungsge- rat zugeführt, sodaß die Schmelze in Form von Fasern auf einem Forderband ablegbar ist, welches Forderband die Fasern verschiedenen Verarbeitungs- Stationen, wie Verdichtungsstationen, Schneidstation oder dergleichen zufuhrt. Die Fasern werden derart auf dem Förderband abgelegt, daß beispielsweise eine endlose Mineralfasermatte entsteht. Wie bereits ausgeführt, werden als Primarrohstoffe Ge- steine verwendet, wobei in zunehmendem Maße Kunststeine Verwendung finden, die aus Produktionsruck- standen und / oder Recyclingprodukten hergestellt werden. Hierzu werden die Produktionsruckstande und / oder Recyclingruckstande aufgearbeitet, d.h. zer- kleinert und als Kunststeine geformt.
Um die Fasern miteinander zu verbinden ist es üblich, Bindemittel zu verwenden, wobei beispielsweise eine Mischung aus calzmiertem Bauxit mit Zement vermischt wird, um Sekundar-Rohstoffe aus Recy- clingprozessen als auch interne Produktionsreststoffe in einem Pelletiervorgang zu Kunststeinen zu formen. Dieser vorbekannte Binder eignet sich zwar besonders gut für Pelletiervorgange, ist jedoch für Brikettiervorgange, die insbesondere bei der Herstellung von Kunststeinen größerer Ausmaße vorgesehen sind, nicht besonders gut geeignet.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die A u f g a b e zugrunde, ein gat- tungsgemaßes Bindemittel zu schaffen, welches sowohl beim Pelletieren als auch beim Brikettieren von Formkorpern geeignet ist, die als Schmelzrohstoff zur Herstellung von kunstlichen Mineralfasern dienen.
Die L o s u n g dieser Aufgabenstellung sieht vor, daß das Bindemittel u.a. aus in einem Ofen, vorzugsweise Schacht- oder Drehrohrofen gesintertem und anschließend aufgemahlenem Rohbauxit und Mergel als Ausgangsstoffe besteht.
Ein derartiges Bindemittel hat den Vorteil, daß die Mischung aus Rohbauxit und Mergel die Brikettierung von Roh- und Reststoffen für den Fertigungsprozeß der Mineralwolleherstellung ermöglicht. Reststoffe sind dabei sowohl interne Produktionsreststoffe als auch externe Reststoffe, sogenannte Sekundärrohstoffe, die durch Recycling ruckgebauter Mineralfasern anfallen. Als Rohstoffbasis für den erfin- dungsgemaßen Binder sind Bauxite, Tonerden, sonstige Tonerdetrager, Kalk, Dolomit, Mergel sowie wei- tere geeignete Sekundärrohstoffe vorgesehen. Die Vorteile dieses erfmdungsgemaßen Binders liegen insbesondere in der Reduzierung des Briketteinsatzes, in der Substitution des Zementes bis zu 100% durch diesen Binder sowie in der Teilsubstitution des calzinierten Bauxits zu mehr als 40%. Weiterhin hat der erfmdungsgemaße Binder den Vorteil, daß sowohl bei seiner Herstellung als auch bei seiner bestimmungsgemaßen Verwendung Emissionen von S02 und H2S wesentlich reduziert werden, sodaß auch die Kosten für die Entschwefelung der bei diesem Prozeß entstehenden Abgase wesentlich reduziert werden können .
Insbesondere eignet sich dieser Binder für biolos- liehe Fasern, die hinsichtlich ihrer Weiterverarbeitung im eingangs dargestellten Schmelzprozeß und ihrer Verarbeitung auf den Baustellen vorteilhaft in Bezug auf gesundheitsgefahrdende Stoffe sind. Daruberhmaus ist die Herstellung der Kunststeine mit dem erfmdungsgemaßen Bindemittel wesentlich wirtschaftlicher als die bisherigen Vorgehensweisen.
Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, daß das erfmdungsgemaße Bindemittel zur Verarbeitung von Restwertstoffen aus Stahlwerken, Gießereien, Glasfabriken, thermischen Kraftwerken und / oder Mullverbrennungsanlagen geeignet ist.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß die Rohbauxit und Mergel aufweisenden Ausgangsstoffe nach ihrem Aufmahlen einen BLAINE- Wert von mehr als 3000 cm2/g aufweisen. Dieser BLAINE-Wert hat sich als vorteilhaft für die Brikettierung der Formkörper gezeigt, wobei sich der im Stand der Technik eingesetzte Zement vollständig und das eingesetzte calzinierte Bauxit partiell ersetzen läßt.
Es ist ferner vorgesehen, daß das Verhältnis A1203 zu CaO im Bereich zwischen 0,5 und 1,8, vorzugswei- se zwischen 0,8 und 1,65 liegt.
Der Schmelzpunkt des Bindemittels liegt vorzugsweise bei ca. 1.300°C.
Die folgende Tabelle zeigt eine bevorzugte Zusammensetzung der Bestandteile des Bindemittels in Ge- ichtsprozenten:
Kalkstein oder Robauxit 40 - - 60
SiO, 3 - 10 vorzugsweise 6 - 10
A1203 50 - - 70 vorzugsweise 52 - - 60
Ti02 0,1 - 4 vorzugsweise < 3
Fe,03 0,1 - 30 vorzugsweise < 12
CaO 1 - 51 vorzugsweise 30 - - 40
MgO 0 - 5 vorzugsweise < 4
K20 0 - 1
Na20 0 - 1
ERSATZBLAπ(REGEL 26) Wie bereits ausgeführt eignet sich dieses Bindemittel insbesondere für brikettförmige Formkörper.
Vorzugsweise sind die Formkörper aus Roh- und / oder Reststoffen für den Fertigungsprozeß der Mineralwolleherstellung ausgebildet, wobei die Reststoffe insbesondere auch als Recyclingbestände ausgebildet sind.
Ein besonders vorteilhaftes Bindemittel weist folgende Zusammensetzung auf:
Si02 7,54 Gew%
A1203 52, 66 Gew% Ti02 2, 13 Gew%
Fe203 3,43 Gew%
CaO 32,70 Gew%
MgO 0,34 Gew%
K20 <0,05 Gew% Na20 <0,05 Gew%
So3 0,36 Gew%
Summe 99, 16 Gew%
Das erfindungsgemäße Bindemittel zeichnet sich ins- besondere durch seinen hohen Gehalt an A1203. Eine röntgendiffraktometrische Phasenuntersuchung des erfindungsgemäßen Bindemittels ist im Ergebnis in der nachfolgenden Tabelle dargestellt.
Figure imgf000008_0001
Die Phasenverteilung des Bindemittels in silikatchemischer Schreibweise zeigt einen für die schnelle Hydratation hauptverantwortlichen CA-Anteil, der gegenüber den bekannten Bindemitteln um das Doppelte höher liegt. Hinzu tritt mit deutlichem Anteil das für eine langsame Hydratation zuständige CA2. Ein Anstieg der Hydratation ist für die Gehlenit- phase zu verzeichnen, die kein nennenswertes hydraulisches Erhärtungsvermögen hat. Neben den drei Hauptphasen CA, CA2 und C2AS (nach SOLACOLU- Definition) treten alle anderen identifizierten Phasen quantitativ zurück. Brownmillerit und Pleochroit sind bei dem erfindungsgemäßen Bindemittel nicht mehr feststellbar.
Bei einer lasergranulometrischen Körnungsanalyse des erfindungsgemäßen Bindemittels kann festge¬ stellt werden, daß gegenüber bekannten Bindemitteln eine sehr geringe Mahlfeinheit vorhanden ist. Ein Vergleich der Dichteverteilung des erfindungsgemäßen Bindemittels mit bekannten Bindemitteln zeigt
ERSATZBLÄIT(REGEL26) bei annähernd gleicher Lage des Maximums im Grobbereich eine Verschiebung des Maximums im Feinbereich zu höheren Werten für das erfindungsgemäße Bindemittel. Ein maximaler Grenzwert von 8% Rückstand auf einem 0, 09-mm-Siebgewebe wird mit einem gemessenen Rückstand von 0,2% erreicht.
Die Korngrößenanalyse des erfindungsgemäßen Bindemittels im Vergleich zu einem bekannten Bindemittel und zu Portlandzement ist in Figur 1 dargestellt, wobei die durchgezogene Linie die Teilchengrößenverteilung beim erfindungsgemäßen Bindemittel, die gestrichelte Linie eine bekanntes Bindemittel und die punktierte Linie Portlandzement darstellt.
In Figur 2 ist die Korngrößenanalyse nach Figur 1 als Säulendiagramm für das erfindungsgemäße Bindemittel dargestellt.
Das erfindungsgemäße Bindemittel eignet sich insbesondere für die Herstellung von Formkörpern im Zuge eines Brikettiervorgangs. Die Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Bindemittels führt dazu, daß gegenüber bekannten Bindemitteln bzw. gegenüber Port- landzement ein höherer Steifegrad nach kürzerer Zeit erzielbar ist. Dieses Verhalten ist für die Herstellung von Formsteinen im Bereich der Mineralwolleherstellung von besonderem Vorteil.

Claims

Ansprüche
1. Bindemittel für die Herstellung, insbesondere Verfestigung von Formkörpern, die als Schmelz- rohstoff zur Erzeugung von künstlichen Mineralfasern dienen, u.a. bestehend aus in einem Ofen, vorzugsweise Schacht- oder Drehrohrofen gesintertem und anschließend aufgemahlenem Bauxit und Mergel als Ausgangsstoffe
2. Bindemittel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Rohbauxit und Mergel aufweisenden Ausgangsstoffe nach ihrem Aufmahlen einen BLAINE- Wert > 3000 cm2/g aufweisen.
3. Bindemittel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als weitere Bestandteile Tonerden, Tonerdeträger, Kalk und / oder Dolomit enthalten sind.
4. Bindemittel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Verhältnis Al.O. zu CaO im Bereich zwischen 0,5 und 1,8, vorzugsweise zwischen 0,8 und 1, 65 liegt .
5. Bindemittel nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen Schmelzpunkt von 1300°C.
6. Bindemittel nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent:
Kalkstein 40 - - 60 oder Robauxit
Si02 3 - 10 vorzugsw . 6 - 10 insbes . 7,54
A1--0-- 50 - - 70 vorzugsw . 52 - 60 insbes . 52,66
Ti02 0,1 - 4 vorzugsw. < 3 insbes . 2,13
Fe203 0,1 - 30 vorzugsw. < 12 insbes . 3,43
CaO 1 - 51 vorzugsw . 30 - 40 insbes . 32,
7
MgO 0 - 5 vorzugsw. < 4 insbes . 0,34
K20 0 - 1
Na20 0 - 1
Mn304 < o, 5 vorzugsw. 0
S03 < o, 5 vorzugsw . 0
Chloride < o, 01
Fluoride < o, 01
Bindemittel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Formkörper brikettförmig ausgebildet sind.
8. Bindemittel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Formkörper aus Roh- und / oder Reststoffen für den Fertigungsprozeß der Mineral-
IRSATZBLATT (REGEL 26) wolleherstellung ausgebildet sind.
9. Bindemittel nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Reststoffe als Recyclingbestände ausgebildet sind.
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