DE69838798T2

DE69838798T2 - Briketts für mineralfaserherstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69838798T2
Application number: DE69838798T
Authority: DE
Inventors: Jens Ranlov; Peter Wittkamp; Guido Nykyel
Original assignee: Rockwool International AS
Current assignee: Rockwool AS
Priority date: 1997-12-02
Filing date: 1998-12-02
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2018-12-03
Also published as: SK7952000A3; WO1999028252B1; CA2312838C; JP2001524447A; EP1037861B1; PL341005A1; HUP0004516A3; AU2156999A; EP1037861A1; CA2312838A1; CZ20001860A3; SK286948B6; SI1037861T1; EP1911729A1; CZ302028B6; DE98965734T1; DE69838798D1; PL193566B1; WO1999028252A1; HUP0004516A2

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von künstlichen glasartigen Fasern (MMVF) mit einem hohen Aluminiumoxidgehalt aus einer Mineralcharge, die Briketts beinhaltet, und Briketts für diesen Zweck.
MMVF können durch Bilden einer mineralischen Schmelze, durch Schmelzen einer mineralischen Charge in einem Ofen und Zerfasern der Schmelze, gewöhnlich durch ein Schleuderzerfaserungsverfahren, hergestellt werden.
In vielen Öfen, die verwendet werden, gibt es einen großen Schmelzsumpf und die mineralische Charge wird in diesen Sumpf eingeschmolzen. Beispiele sind Wannen- und Elektroöfen. In solchen Öfen ist die physische Form (nämlich Stücke oder Pulver) der mineralischen Schmelze relativ unwichtig, da der Schmelzvorgang in ein großes Volumen von vorher geschmolzenem Material erfolgt.
Es gibt jedoch eine andere Ofenart, die zur Bildung der Schmelze für die MMVF-Herstellung verwendet wird, insbesondere für Fasern der Art, die als Gesteins- (einschließlich Stein- oder Schlacken-)fasern bezeichnet werden. Dies ist ein Schachtofen, bei dem der Ofen eine selbsttragende Säule von festem, grobem, mineralischem Material enthält und Verbrennungsgase durch die Säule dringen, um sie zu erwärmen und zu schmelzen. Die Schmelze läuft zum Boden der Säule ab, an dem sich gewöhnlich ein Schmelzsumpf bildet, und die Schmelze wird vom Boden des Ofens entfernt. Da die Säule sowohl selbsttragend als auch durchlässig sein muss, ist es erforderlich, dass das mineralische Material trotz der hohen Temperaturen in der Säule (die 1.000°C überschreiten können) relativ grobkörnig sein sollte und eine beträchtliche Festigkeit aufweisen sollte.
Das mineralische Material kann aus grob zerkleinertem Gestein und grob zerkleinerter Schlacke gebildet werden, mit der Maßgabe, dass es den Drücken und Temperaturen in der selbsttragenden Säule im Schachtofen widersteht. Es ist bekannt, die feineren teilchenförmigen Materialien, wie Sandsorten, für die Zugabe zum Ofen in gebundene Briketts zu überführen. Diese sollten eine genügende Festigkeit und Temperaturbeständigkeit aufweisen, um den Bedingungen in der selbsttragenden Säule im Schachtofen zu widerstehen, damit sie vor dem Zusammenbruch schmelzen.
Es ist notwendig, dass die Gesamtcharge im Ofen (d.h. das zerkleinerte Mineral allein oder zerkleinertes Mineral plus Briketts) die Zusammensetzung liefert, die für die MMV-Fasern, die hergestellt werden sollen, gewünscht ist.
Es gibt ein besonderes Interesse für die Herstellung von MMV-Isolierung mit mehr als 14% und häufig 18 bis 30% Aluminiumoxid, wie z.B. in WO 96/ 14274 und WO 96/14454 beschrieben. Diese nennen das allgemeine Konzept der Verwendung von Abfallmaterialien als Teil des Ausgangsmaterials. Diese beinhalten Schlacken mit hohem Gehalt an Aluminiumoxid (20 bis 30%), wie z.B. Pfannenschlacke, Filterstaub, und Abfall mit hohem Aluminiumoxid-Gehalt aus der Herstellung von feuerfesten Materialien. WO 96/14274 beschreibt die Herstellung von bestimmten physiologisch löslichen Fasern auf verschiedenen Wegen, einschließlich Verfahren unter Verwendung verschiedener Öfen, wie Elektro- und Kupolöfen. Der Einsatz von Aluminium enthaltenden Abfallmaterialien im allgemeinen ist in der Tat nun bekannt, und in Elektroöfen und anderen Öfen wie vorstehend erörtert, in denen die zugeführten mineralischen Materialien direkt in den Schmelzsumpf geschmolzen werden, kann das Abfallmaterial allgemein in jeder Form, gewöhnlich wie erhalten, direkt in den Schmelzsumpf gegeben werden.
WO 97/30002 beschreibt speziell den Einsatz von Bauxit. In der Praxis ist Bauxit (calciniert oder nicht calciniert) das Material, das für die Herstellung solcher Fasern am häufigsten vorgeschlagen und verwendet worden ist.
Leider ist Bauxit ein relativ teures Ausgangsmaterial und der Einsatz von Bauxit bringt (neben den Kosten) Schwierigkeiten in einem Schachtofen, der einen selbstragenden mineralischen Stapel enthält, mit sich.
In einem Schachtofen muss Bauxit in einer Form zugegeben werden, die einen Teil des selbsttragenden Stapels bilden kann. Somit kann es als grobes Gestein zugeführt werden.
In Schachtöfen ist die Verweilzeit des Materials in dem kleinen Schmelzsumpf am Boden des Ofens kurz und die Ausgangsmaterialien müssen in diesem Schmelzsumpf ausreichend rasch schmelzen, wenn eine Schmelze erhalten werden soll, die sich zur Bereitstellung eines Endprodukts mit guten Eigenschaften eignet.
Bauxit erfordert für den Schmelzvorgang einen hohen Energieeintrag, insbesondere wenn es in Form von grobem Gestein bereitgestellt wird. Bauxit kann auch als Teil der Brikettkomponente bereitgestellt werden, was einen großen Energieaufwand erfordert, um das Bauxit in eine geeignete Form zu zerkleinern und zu mahlen. Aber selbst wenn es zu feinen Teilchen gemahlen und in die Briketts einverleibt wird, ergibt Bauxit aufgrund des hohen Schmelzpunkts Probleme beim Schmelzen. Tatsächlich schmilzt ein Teil des Bauxits überhaupt nicht, sondern wird stattdessen im Schmelzsumpf am Boden des Ofens gelöst. Um das Schmelzen von Bauxit in der verfügbaren Zeit zu maximieren, ist die Versorgung mit Brennstoff, insbesondere einem festen Brennstoff, wie Koks, erforderlich. Die erhöht die Kosten und verbessert das Schmelzen, aber selbst dann ist es unvermeidlich, dass ein kleiner Anteil des Bauxits nicht vollständig geschmolzen wird. Das nicht geschmolzene Bauxit reichert sich am Boden des Ofens an. Das bedeutet, dass die Schmelze, die aus dem Ofen tritt, nicht genau die gleiche Zusammensetzung aufweist wie die Charge der mineralischen Ausgangsmaterialien. Überdies verringert das angereicherte Bauxit das Volumen des Schmelzsumpfs und so verringert sich die Verweilzeit in diesem Sumpf weiter. Folglich muss das angereicherte, nicht geschmolzene Bauxit von Zeit zu Zeit aus dem Ofen entfernt werden. Bei der Herstellung von Fasern mit hohem Aluminiumoxid-Gehalt in einem Schachtofen ist es häufig erforderlich, einen großen Anteil der Charge als Briketts zuzuführen. Es wäre wünschenswert, wenn man Briketts bereitstellen könnte, die eine gute Beständigkeit gegenüber den hohen Temperaturen und Drücken im Schachtofen aufweisen, und so einen starken selbsttragenden Stapel bilden können, aber auch ausreichend rasch und gleichmäßig schmelzen, so dass ihre Bestandteile gleichmäßig in die Schmelze freigesetzt werden. Es wäre besonders wünschenswert, wenn man Briketts bereitstellt, die verbesserte Eigenschaften im Vergleich mit Briketts, die gemahlenes Bauxit enthalten, aufweisen.
US 5198190 offenbart ein Verfahren zur Wiederverwertung von Industrieabfall, in dem Mineralwolle hergestellt wird. Dieses Verfahren ist nicht auf das Problem gerichtet, Fasern mit einem hohen Gehalt an Aluminiumoxid herzustellen. WO 92/04289 offenbart Briketts für die Mineralwoll-Produktion, welche ein Bindemittel von Alkali-aktivierter Schlacke umfassen, aber Briketts mit einem hohen Gehalt an Aluminiumoxid werden nicht offenbart. EP-A-136767 beschreibt die Herstellung von einer anderen Sorte von Fasern, nämlich Keramikfasern. Verfahren, die Briketts oder Schachtöfen beinhalten, werden nicht erörtert.
US 5045506 offenbart allgemein, dass Aluminiumoxid enthaltende Rückstände aus Metallschmelzvorgängen bei der Herstellung von Mineralfasern verwendet werden können. Der veranschaulichte Rückstand scheint kein metallisches Aluminium zu enthalten. Der Einsatz in Briketts wird nicht offenbart. US 5424260 offenbart auch, dass Oxidprodukte und nichtmetallische Produkte, die aus Aluminiumkrätze gewonnen werden (die sich aus dem Schmelzen von Aluminiumabfall und dem Behandeln der Schmelze mit Salzfluss ergibt), zur Bildung von keramischen Produkten verarbeitet werden können. Bei diesen Produkten kann es sich um Fasern handeln. Briketts werden nicht erörtert.
Somit betrifft die Erfindung die speziellen Probleme, die sich beim Einsatz von Bauxit und den meisten Aluminiumoxid enthaltenden Abfallmaterialien in Briketts in Schachtöfen ergeben. Wir haben festgestellt, dass Verfahren zur Herstellung von Fasern mit hohem Aluminiumoxidgehalt aus Briketts, bevorzugt physiologisch löslichen Fasern, in einem Schachtofen durch die Auswahl von speziellen Ausgangsmaterialien mit definiertem Gehalt an Aluminiumoxid und metallischem Aluminium verbessert werden können.
Die Erfindung stellt neue Briketts bereit, die sich zur Verwendung bei der Herstellung von MMVF mit hohem Aluminiumgehalt (z.B. MMVF mit mindestens 14% Aluminium) eignen, die mindestens 5% (bezogen auf das Gewicht des Briketts) von teilchenförmigem Aluminiumoxid enthaltendem Mineral enthaltend 0,5 bis 10 Gew.-% metallisches Aluminium, 50 bis 90 Gew.-% Aluminiumoxid Al₂O₃ und 0 bis 49,5 Gew.-% andere Materialien enthalten.
Die Erfindung umfasst auch das Verfahren zur Verwendung dieser neuen Briketts zur Herstellung von MMVF.
In besonders bevorzugten Aspekten der Erfindung weist das teilchenförmige Aluminiumoxid enthaltende Mineral eine kontrollierte Teilchengrößenverteilung auf. Insbesondere weist das teilchenförmige Aluminiumoxid enthaltende Mineral zu 90 Gew.-% eine Größe von unter 1 mm auf, bevorzugt zu 90 Gew.-% unter 200 Mikron auf. Bevorzugt ist die mittlere Teilchengröße 10 bis 100 Mikron, z.B. 20 bis 30 Mikron.
Wir haben festgestellt, dass die Auswahl der definierten speziellen teilchenförmigen Aluminiumoxid enthaltenden Mineralien aus allen bekannten allgemeinen Bereichen von frischen und Abfallmaterialen, die Aluminium enthalten, besondere Vorteile bei Verfahren ergeben, bei denen Briketts in einem Schachtofen geschmolzen werden. Die Anwesenheit des definierten Anteils von metallischem Aluminium gibt Vorteile im Schmelzverfahren, da es im Schachtofen exotherm oxidiert wird. Dies trägt zur Energie für das Schmelzen der anderen Komponenten, wie Aluminiumoxid Al₂O₃, bei und kann den Brennstoffbedarf verringern. Der definierte maximale Anteil von Aluminiumoxid Al₂O₃ im Mineral vermindert den Schmelzpunkt des Minerals im Vergleich zu Bauxit und Abfällen mit sehr hohem Gehalt an Al₂O₃, wie Filterstaub, und schmilzt daher leichter und vollständiger in der verfügbaren Verweilzeit. Die bevorzugten Materialien von kleiner Teilchengröße tragen ferner auch zu den Schmelzvorteilen bei.
Wir haben auch festgestellt, dass der Einsatz des angegebenen Aluminiumoxid enthaltenden Materials mit hohem Gehalt an Aluminium, insbesondere wenn es in einer Form bereitgestellt wird, die die vorstehend definierte bevorzugte Teilchengrößenverteilung aufweist, eine verbesserte Festigkeit der Briketts ergibt.
Das Mineral mit hohem Gehalt an Aluminium muss 0,5 bis 10 Gew.-% metallisches Aluminium enthalten. Es enthält bevorzugt 2 bis 6 Gew.-%, bevorzugter unter 5 Gew.-%, metallisches Aluminium.
Das Mineral mit hohem Gehalt an Aluminium enthält 50 bis 90 Gew.-% Aluminiumoxid Al₂O₃, bevorzugt unter 85 Gew.-% und bevorzugter 60 bis 72 Gew.-%.
Der Gehalt an metallischem Aluminium und Aluminiumoxid (und anderen Komponenten) ist auf Trockenbasis und kann auf Basis herkömmlicher Verfahren ermittelt werden. Der Gehalt an metallischem Aluminium kann z.B. durch Umsetzung des Materials mit einer starken Säure, wie Salzsäure, bestimmt werden. Die Menge an metallischem Aluminium kann aus der Menge an freigesetztem Wasserstoffgas bestimmt werden.
Das Aluminiumoxid enthaltende Mineral enthält 0 bis 49,5 Gew.-% andere Materialien, im allgemeinen mindestens 5 Gew.-%. Die richtige Wahl dieser anderen Materialien kann die Brauchbarkeit des Materials mit hohem Aluminiumgehalt in den Briketts erhöhen. Insbesondere können bestimmte andere Materialien als Flussmittel dienen, die das Schmelzvermögen des Materials in den Briketts verbessern. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die anderen Materialien mindestens 5 Gew.-% SiO₂ und MgO enthalten. Die Gesamtmenge dieser Oxide beträgt z.B. im allgemeinen 3 bis 35%, bevorzugt 10 bis 25%. Bevorzugte Mengen SiO₂ sind 3 bis 20%, bevorzugter 6 bis 15%. Bevorzugte Mengen an MgO sind 3 bis 15%, bevorzugter 5 bis 10%.
Das Aluminiumoxid enthaltende Mineral enthält Fe₂O₃ in einer Menge von 0,5 bis 10 Gew.-%, bevorzugter 1 bis 6 Gew.-%.
Insbesondere ist es bevorzugt, dass das Aluminiumoxid enthaltende mineralische Material Oxide von Korund, Spinell und Mullit enthält. Die Kristalle dieser Oxide in dem Mineral erfüllen bevorzugt die oben diskutierten Bereiche der Teilchengröße.
Jedes Aluminiumoxid enthaltende mineralische Material, das die oben aufgeführten Anforderungen erfüllt, kann verwendet werden. Bevorzugt handelt es sich um ein Abfallmaterial. Insbesondere Abfälle aus der Sekundärproduktion von Aluminium, z.B. Verfahren des Giessens von Aluminium, sind geeignet. Sie werden oft allgemein als "Aluminiumkrätze" oder "Aluminiumoxidkrätze" bezeichnet. Insbesondere liefert das Aluminiumgussverfahren ein spezielles Aluminiumoxid-reiches Abfallmaterial, das gewöhnlich als "Alukrätze " bezeichnet wird. Es enthält in der Regel beträchtliche Anteile an metallischem Aluminium und wird demzufolge zur Rückgewinnung von Aluminiummetall behandelt. Die Alukrätze wird im allgemeinen gebrochen, gemahlen und gesiebt. Dies erzeugt etwas Aluminium für den Weiterverkauf und eine aluminiumreiche Fraktion, die zur Wiederverwendung in einen Ofen überführt wird. Als Nebenprodukt wird auch ein Aluminiumoxid-reiches Pulver gebildet. Dieses Pulver eignet sich für die Aufnahme in Briketts zur Verwendung in der Erfindung und wird hier als "gebrochene Alukrätze" bezeichnet. Dieses aus der Behandlung von Alukrätze (gebrochene Alukrätze) gebildete Aluminiumoxid-reiche Pulver kann Gehalte an Halogenmaterialien (bezogen auf das Gewicht) von z.B. 1 bis 10%, bevorzugt 1 bis 8%, enthalten. Halogene beinhalten insbesondere Fluorid und Chlorid.
Die aluminiumreiche Fraktion, gegebenenfalls zusammen mit anderen Aluminium enthaltenden Abfallmaterialien, wird in einem Ofen umgeschmolzen.
Dabei kann es sich um einen Drehofen oder einen Brennofen handeln. Der Aluminiumabfall kann plasmaerwärmt werden. Es kann auch ein herkömmlicher Ofen verwendet werden. Üblicherweise wird Salz in den Ofen gegeben, um die Oberflächenspannung des Aluminiums zu senken und die Oxidation zu verringern. Dieses Verfahren erzeugt eine Aluminiumfraktion für den Wiederverkauf, weitere Alukrätze und ein Salzschlacken-Material. Die Salzschlacke kann einem nasschemischen Verfahren (das ein Waschen mit Wasser und eine Hochtemperaturbehandlung beinhaltet) unterworfen werden, das eine Salzfraktion, die in den Ofen zurückgeführt wird, und weiteres Aluminiumoxid-reiches Pulver erzeugt. Dieses zweite Aluminiumoxid-reiche Pulver kann auch geeigneterweise in die Briketts der Erfindung aufgenommen werden und wird hier als "behandelte Aluminiumsalzschlacke" bezeichnet. Dieses Produkt weist in der Regel einen geringeren Gehalt an Halogenmaterialien (z.B. Fluorid) als das aluminiumreiche Pulver auf, das durch Behandlung von Alukrätze (gebrochene Alukrätze) gebildet wird. Der Gehalt an Halogen (bezogen auf das Gewicht) ist in der Regel 0 oder 5%, häufig mindestens 0,5 oder 1%, und bevorzugt nicht mehr als 3 %.
Das spezielle Aluminiumoxid-reiche Pulver, das ausgewählt wird, hängt von den Anforderungen des Verfahrens ab. Halogen enthaltende Aluminiumoxid-reiche Pulver können vorteilhaft sein, wie in unserer Veröffentlichung Nr. WO 99/28253 beschrieben. Pulver, die 1 bis 3% Halogen enthalten, z.B. behandelte Aluminiumsalzschlacke, sind in der Erfindung bevorzugt.
Sowohl gebrochene Alukrätze als auch behandelte Aluminiumsalzschlacke weisen den Vorteil auf, dass sie wie erhalten eine Teilchengröße besitzen, die in oder an den vorstehend erörterten bevorzugten Bereichen liegt. Somit können sie für die Aufnahme in die Briketts ohne weitere Verkleinerung oder, wenn die Verteilung nicht genau wie vorstehend diskutiert ist, nach Auswahl geeigneter Fraktionen, verwendet werden. Daher besitzen sie den weiteren Vorteil gegenüber Bauxit, dass umfangreiches Mahlen und Zerbrechen nicht erforderlich sind.
Einige der aluminiumreichen Pulver werden in der Zementindustrie verwendet und unter den Markennamen Oxiton, Valoxy und Oxidur vertrieben. Diese können in der Erfindung verwendet werden. Große Anteile des Aluminiumoxidreichen Pulvers werden derzeit aber auf die Deponie gebracht und ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie für weitere Anwendungen für diese Materialien sorgt (neben den technischen Vorteilen, die durch deren Verwendung erzielt werden).
Die nach der Erfindung hergestellten Fasern haben einen hohen Aluminiumgehalt (gemessen als Gewicht von Al₂O₃), d.h. mindestens 14%, bevorzugt mindestens 15%, bevorzugter mindestens 16% und insbesondere mindestens 18%. Im allgemeinen beträgt die Menge an Aluminium nicht mehr als 35%, bevorzugt nicht mehr als 30%, bevorzugter nicht mehr als 26 oder 23%.
Im allgemeinen weisen die Fasern und die Schmelze, aus der sie gebildet werden, eine Analyse (gemessen als Gew.-% Oxide) von anderen Elementen innerhalb der verschiedenen Bereiche auf, die durch die folgenden normalen und bevorzugten unteren und oberen Grenzen definiert sind:
SiO₂: mindestens 30, 32, 35 oder 37, nicht mehr als 51, 48, 45 oder 43
CaO: mindestens 8 oder 10, nicht mehr als 30, 25 oder 20
MgO: mindestens 2 oder 5, nicht mehr als 25, 20 oder 15
FeO (einschließlich Fe₂O₃): mindestens 2 oder 5, nicht mehr als 15, 12 oder 10
FeO + MgO: mindestens 10, 12 oder 15, nicht mehr als 30, 25 oder 20
Na₂O + K₂O: Null oder mindestens 1, nicht mehr als 10
CaO + Na₂O + K₂O: mindestens 10 oder 15, nicht mehr als 30 oder 25
TiO₂: Null oder mindestens 1, nicht mehr als 6, 4 oder 2
TiO₂ + FeO: mindestens 4 oder 6, nicht mehr als 18 oder 12
B₂O₃: Null oder mindestens 1, nicht mehr als 5 oder 3
P₂O₅: Null oder mindestens 1, nicht mehr als 8 oder 5
Andere: Null oder mindestens 1, nicht mehr als 8 oder 5.
In der Erfindung ist es bevorzugt, dass die Menge von Eisen in den Fasern 2 bis 15%, bevorzugt 5 bis 12%, beträgt. Schachtöfen wie Kupolöfen weisen in der Regel eine reduzierende Atmosphäre auf, die zu einer Reduktion von Eisenoxiden und der Bildung von metallischem Eisen führen kann. Dies wird nicht in die Schmelze und die Fasern aufgenommen und muss aus dem Ofen entfernt werden. Daher müssen die Bedingungen im Ofen sorgfältig kontrolliert werden, um eine übermäßige Reduktion von Eisen zu vermeiden. Es ist überraschend, dass die Aufnahme von metallischem Aluminium in solchen Verfahren vorteilhaft ist, da es in dem Ofen oxidiert wird, und man erwarten könnte, dass dies die Reduktion von Eisen vermehrt. Wir haben aber festgestellt, dass es in der Erfindung möglich ist, Faser-Endprodukte mit beträchtlichen Mengen an Eisenoxid herzustellen.
Die Erfindung ist von besonderem Wert bei der Herstellung von Fasern, von denen gezeigt werden kann, dass sie in physiologischer Salzlösung löslich sind. Geeignete biolösliche Fasern mit hohem Aluminiumgehalt, die nach der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise hergestellt werden können, sind in WO 96/14454 und WO 96/14274 beschrieben. Andere sind in WO 97/29057 , DE-U-2970027 und WO 97/30002 beschrieben. Es sollte auf jedes von diesen Bezug genommen werden.
Die Fasern haben vorzugsweise eine geeignete Löslichkeit in Lungenflüssigkeit, wie durch in vivo-Tests oder in vitro-Tests gezeigt wird, die typischerweise in physiologischer Salzlösung ausgeführt werden, die auf einen pH-Wert von etwa 4,5 gepuffert ist. Geeignete Löslichkeiten werden in WO 96/14454 beschrieben. Gewöhnlich beträgt die Auflösungsgeschwindigkeit mindestens 10 oder 20 nm pro Tag in dieser Salzlösung.
Die Fasern haben vorzugsweise eine Sintertemperatur über 800°C, vorzugsweise über 1.000°C.
Die Schmelze hat vorzugsweise eine Viskosität bei Faserbildungstemperatur von 5 bis 100 Poise, bevorzugt 10 bis 70 Poise, bei 1.400°C.
Es ist in der Erfindung bevorzugt, dass der Ofen ein Schachtofen ist, in dem ein selbsttragender Stapel von mineralischem Material erwärmt wird und Schmelze zum Boden des Stapels abläuft. Gewöhnlich bildet sie einen Sumpf, aus dem sie zum Faserbildungsprozess abläuft. In einigen Fällen kann die Schmelze vom Boden des Stapels in eine andere Kammer laufen, in der sie sich als Sumpf sammelt und von der sie zum Faserbildungsprozess abläuft. Der bevorzugte Typ von Schachtöfen ist ein Kupolofen.
Es ist in der Erfindung auch wesentlich, dass die Charge Briketts enthält. Die Briketts werden in bekannter Weise durch Formen einer Mischung der gewünschten teilchenförmigen Materialien (einschließlich des Materials mit hohem Aluminiumgehalt) und eines Bindemittels in die gewünschte Brikettform und Härten des Bindemittels hergestellt.
Bei dem Bindemittel kann es sich um ein hydraulisches Bindemittel handeln, das ist eines, das durch Wasser aktiviert wird, z.B. Portland-Zement. Andere hydraulische Bindemittel können als teilweiser oder vollständiger Ersatz für den Zement verwendet werden und Beispiele beinhalten Kalk, Schachtofen-Schlackenpulver ( JP-A-51075711 ) und bestimmte andere Schlacken und sogar Zementofenstaub und gemahlene MMVF-Shots ( US 4662941 und US 4724295 ).
Alternative Bindemittel beinhalten Ton. Die Briketts können auch mit einem organischen Bindemittel, wie Melasse, gebildet werden, z.B. wie in WO 95/34514 beschrieben; solche Briketts werden hier als Formsteine beschrieben.
Mindestens ein Viertel des Aluminiums in den Fasern wird bevorzugt durch das definierte, in die Briketts aufgenommen Mineral mit hohem Aluminiumgehalt bereitgestellt. Bevorzugt werden mindestens 50%, bevorzugter mindestens 75% und am meisten bevorzugt im wesentlichen das ganze Aluminium in den Fasern durch das definierte Material mit hohem Aluminiumgehalt bereitgestellt.
Im allgemeinen werden mindestens 20 bis 25%, bevorzugt mindestens 30% der Charge (bezogen auf das Gewicht) durch Briketts bereitgestellt. In einigen Verfahren sind höhere Mengen, z.B. 45 bis 55%, bevorzugt und manchmal sind Mengen über 75% oder sogar über 80% bevorzugt. Die Erfindung ist besonders vorteilhaft in Verfahren, bei denen ein beträchtlicher Anteil (z.B. über 25%) der Charge in Form von Briketts vorliegt.
Die Briketts enthalten (bezogen auf das Gewicht) mindestens 5% des definierten Aluminium enthaltenden Mineral, bevorzugt mindestens 10 oder 15%. Sie können mehr als 20% enthalten, im allgemeinen enthalten sie aber nicht mehr als 45 oder 50% des definierten Aluminium enthaltenden Materials.
Bei den anderen Materialien in den Briketts und beim Rest der Charge kann es sich um alle geeigneten unverbrauchten oder Abfallmaterialien handeln. Andere geeignete Abfälle, die in der Erfindung verwendet werden können, beinhalten Schlacken aus der Hüttenindustrie, insbesondere Schlacken aus der Stahlproduktion, wie Konverterschlacken oder EAF-Schlacken, und Schlacken aus der Eisenlegierungsindustrie, wie Ferrochrom-, Ferromangan- und Ferrosilicium-Schlacken; Schlacken und Rückstände aus der Primärproduktion von Aluminium, wie verbrauchte Aluminiumbehälterverkleidung oder Rotschlamm; getrockneter oder nasser Schlamm aus der Papierindustrie; Klärschlamm, Melasse; Bleicherde; Rückstände aus der Hausmüllverbrennung und Industriemüllverbrennung, insbesondere Schlacken oder Filteraschen aus der Verbrennung von festem Hausmüll; Glasabfall (oder Schlacken) aus der Verglasung anderer Abfallprodukte; Glasbruch; Abfallprodukte aus der Montanindustrie, insbesondere Grubenstein aus dem Kohleabbau; Rückstände aus der Verbrennung von fossilem Brennstoff, insbesondere aus der Verbrennung von Koks in Kraftwerken; verbrauchter Schleifsand; verbrauchter Formsand aus dem Eisen- und Stahlguss; Siebsand-Abfall; mit Glas verstärkter Kunststoff; und Feingut- und Bruchabfall aus der Keramik- und Ziegelindustrie. Toxisches, frisches Gestein kann auch als Abfall verwendet werden.
Da in der Erfindung vorteilhafterweise Abfallmaterialien verwendet werden können, die einen variablen Gehalt haben können, kann es zweckmäßig sein, die Schmelze oder die Fasereigenschaften zu überwachen und die Prozessbedingungen nach Bedarf zu ändern, um eine gleichmäßige Produktion aufrechtzuerhalten. Dies erfolgt bevorzugt wie in unserer Veröffentlichung Nr. WO 99/28252 beschrieben.
Die MMV-Fasern können aus der faserbildenden mineralischen Schmelze auf herkömmliche Weise hergestellt werden. Im allgemeinen werden sie durch ein Faserbildungs-Schleuderverfahren hergestellt. Z.B. können die Fasern durch ein Schleuderbecherverfahren gebildet werden, in welchem sie durch Perforationen in einem Schleuderbecher nach außen geschleudert werden, oder die Schmelze kann von einer Drehscheibe abgeschleudert werden, und die Faserbildung kann durch Einblasen von Gasstrahlen durch die Schmelze gefördert werden. Vorzugsweise wird die Faserbildung durch Gießen der Schmelze auf den ersten Rotor einer Kaskadenschleudervorrichtung durchgeführt. Vorzugsweise wird die Schmelze auf den ersten von einem Satz von 2, 3 oder 4 Rotoren gegossen, die sich jeweils um eine im wesentlichen horizontale Achse drehen, wodurch die Schmelze auf dem ersten Rotor hauptsächlich auf den zweiten (niedrigeren) Rotor geschleudert wird, obwohl ein Teil von dem ersten Rotor als Fasern abgeschleudert werden kann, und die Schmelze auf dem zweiten Rotor als Fasern abgeschleudert wird, obwohl etwas in Richtung des dritten (niedrigeren) Rotors geschleudert werden kann, usw.
Es folgen Beispiele. Jedes davon beschreibt eine Charge für einen Kupolofen und die Analyse der anschließenden Schmelze, die zerfasert werden kann, z.B. mit einer Kaskadenschleudervorrichtung.
Beispiel 1
Zementbriketts mit behandelter Aluminiumsalzschlacke

Zusammensetzung von behandelter Aluminiumsalzschlacke

SiO₂ (Gew./ Gew.%)	Al₂O₃ (Gew./ Gew.%)	TiO₂ (Gew./ Gew.%)	FeO (Gew./ Gew.%)	CaO (Gew./ Gew.%)	MgO (Gew./ Gew.%)	Na₂O (Gew./ Gew.%)	K₂O (Gew./ Gew.%)	F (Gew./ Gew.%)	Glühverlust (Gew./ Gew.%)
7,0	65,3	0,3	1,4	3,0	8,6	1,0	0,4	2,2	9

Zementbriketts

Behandelte Aluminiumsalzschlacke: 16,5%, Zement: 14,5%, Prozessabfallwolle: 37%, Prozessabfallschlacke: 21%, Pfannenschlacke 4,5%, Bodenschlacke: 3,5%, Bauxit: 3%

Diese Zementbriketts haben gegenüber "normalen" Zementbriketts einen Vorteil bezüglich ihrer höheren Beständigkeit gegen mechanische Spannungen beim Transport und der Logistik mit einem verringerten Verlust an Feinteilen und ihrer verbesserten Stabilität im Ofen.
Charge zum Ofen

Zementbriketts: 50%, Basalt: 50%

Schmelzzusammensetzung aus dem Ofen

SiO₂ (Gew./ Gew.%)	Al₂O₃ (Gew./ Gew.%)	TiO₂ (Gew./ Gew.%)	FeO (Gew./ Gew.%)	CaO (Gew./ Gew.%)	MgO (Gew./ Gew.%)	Na₂O (Gew./ Gew.%)	K₂O (Gew./ Gew.%)	MnO (Gew./ Gew.%)	Poise
40,2	20,6	2,1	5,4	17,9	10,0	1,3	1,4	0,3	20,2

Beispiel 2
Tonbriketts mit behandelter Aluminiumsalzschlacke
Tonbriketts

Behandelte Aluminiumsalzschlacke: 8%, Ton: 50%, Olivinsand: 4%, Eisenerz: 2%, Prozessabfallwolle: 32%, anderer Prozessabfall: 4%,

Zementbriketts

Behandelte Aluminiumsalzschlacke: 40%, Pfannenschlacke: 51%, Zement: 9%

Charge zum Ofen

Tonbriketts: 86%, Zementbriketts: 6%, Konverterschlacke: 6%, Prozessschlackenbrocken: 2%

Der Gesamtgehalt an behandelter Aluminiumsalzschlacke in der Charge ist 9,3%. Schmelzzusammensetzung aus dem Ofen

SiO₂ (Gew./ Gew.%)	Al₂O₃ (Gew./ Gew.%)	TiO₂ (Gew./ Gew.%)	FeO (Gew./ Gew.%)	CaO (Gew./ Gew.%)	MgO (Gew./ Gew.%)	Na₂O (Gew./ Gew.%)	K₂O (Gew./ Gew.%)	MnO (Gew./ Gew.%)	Poise
42,9	18,8	0,8	6,3	20,5	6,6	0,6	1,7	0,5	26,1

Verglichen mit den üblichen Bedingungen war der Koksverbrauch um 1,5% (von 13,2 auf 11,7%) verringert, wenn die Tonbriketts mit der behandelten Aluminiumsalzschlacke verwendet wurden. Dies wurde von einer erhöhten Schmelztemperatur (von 1.495 – 1.510 auf 1.526 – 1.530°C) begleitet.
Beispiel 3
Formsteine mit behandelter Aluminiumsalzschlacke
Formsteine

Behandelte Aluminiumsalzschlacke: 19%, Kalk: 3%, Melasse: 9%, Prozessabfall: 64%, Eisenerz: 5%

Charge zum Ofen

Formsteine: 31%, Diabas: 47%, Hochofenschlacke: 16%, Dolomit: 6%

Schmelzzusammensetzung aus dem Ofen

SiO₂ (Gew./ Gew.%)	Al₂O₃ (Gew./ Gew.%)	TiO₂ (Gew./ Gew.%)	FeO (Gew./ Gew.%)	CaO (Gew./ Gew.%)	MgO (Gew./ Gew.%)	Na₂O (Gew./ Gew.%)	K₂O (Gew./ Gew.%)	MnO (Gew./ Gew.%)	Poise
40,1	20,3	1,8	6,2	18,4	7,9	3,0	1,1	0,2	24,6

Der Ersatz der Bauxitbrocken, die gewöhnlich mit 20% der Formsteine verwendet werden, sparte 1% (von 12,8 auf 11,8%) Koks.

Claims

Verfahren zur Herstellung von künstlichen glasartigen Fasern, umfassend das Bereitstellen einer mineralischen Charge, die Briketts beinhaltet, das Schmelzen der Charge, um eine Schmelze bereitzustellen, und das Zerfasern der Schmelze, dadurch gekennzeichnet, dass die Briketts mindestens 5%, bezogen auf das Gewicht des Briketts, eines teilchenförmigen Aluminiumoxid enthaltenden Minerals enthaltend 0,5 bis 10 Gew.-% metallisches Aluminium, 50 bis 90 Gew.-% Aluminiumoxid Al₂O₃ und 0 bis 49,5 Gew.-% andere Materialien umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Fasern eine Zusammensetzung aufweisen, die mindestens 14% Aluminium, gemessen als Gewicht Al₂O₃ auf Basis der Oxide, enthält.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die mineralische Charge als ein selbsttragender Stapel in einem Schachtofen bereitgestellt wird und geschmolzen wird, um eine Schmelze am Boden des Ofens bereitzustellen.
Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Briketts mindestens 10%, bezogen auf das Gewicht des Briketts, des teilchenförmigen Aluminiumoxid enthaltenden Minerals enthalten.
Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem das teilchenförmige Aluminiumoxid enthaltende Mineral zu 90 Gew.-% eine Größe von unter 200 Mikron aufweist.
Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem das Aluminiumoxid enthaltende Mineral einen Gehalt an metallischem Aluminium von 2 bis 6 Gew.-% aufweist.
Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem das Aluminiumoxid enthaltende Mineral einen Gehalt an Aluminiumoxid Al₂O₃ von 60 bis 72 Gew.-% aufweist.
Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem das Aluminiumoxid enthaltende Mineral 3 bis 20 Gew.-% SiO₂ und 3 bis 15 Gew.-% MgO enthält.
Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem das Aluminiumoxid enthaltende Material zerkleinerte Alukrätze ist.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das Aluminiumoxid enthaltende Mineral behandelte Aluminiumsalzschlacke ist.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die behandelte Aluminiumsalzschlacke einen Gehalt an Halogen, bevorzugt Fluor, von 1 bis 4 Gew.-% aufweist.
Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem das teilchenförmige Aluminiumoxid enthaltende Mineral einen Gehalt an Fe₂O₃ in einer Menge von 0,5 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 6 Gew.-%, aufweist.
Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Fasern einen Aluminiumgehalt, gemessen als Gewicht von Al₂O₃, von 18 bis 30% aufweisen.
Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Fasern einen Eisengehalt, gemessen als Gewicht von FeO, von 5 bis 12% aufweisen.
Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem der Ofen ein Kupol-Ofen ist.
Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem mindestens 25% der mineralischen Charge durch Briketts gebildet sind.
Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem mindestens ein Viertel des Aluminiums in der Charge als teilchenförmiges Aluminiumoxid enthaltendes Mineral in die Briketts eingebracht wird.
Brikett, das sich zur Herstellung von künstlichen glasartigen Fasern eignet, enthaltend mindestens 5%, bezogen auf das Gewicht des Briketts, eines teilchenförmigen Aluminiumoxid enthaltenden Minerals enthaltend 0,5 bis 10 Gew.-% metallisches Aluminium, 50 bis 90 Gew.-% Aluminiumoxid Al₂O₃ und 0 bis 49,5 Gew.-% andere Materialien.
Brikett nach Anspruch 17, welches mindestens 10%, bezogen auf das Gewicht des Briketts, des teilchenförmigen Aluminiumoxid enthaltenden Minerals enthält.
Brikett nach Anspruch 18 oder Anspruch 19 mit irgendeinem der zusätzlichen Merkmale, die in den Ansprüchen 5 bis 12 dargelegt sind.
Verwendung eines Briketts nach irgendeinem der Ansprüche 18 bis 20 zur Verbesserung der Schmelzeigenschaften einer mineralischen Charge, in der es aufgenommen ist.