FI61463B - Foerfarande foer framstaellning av ett blaoshaltigt silikatmaterial - Google Patents

Description

[B] (11 KUULUTUSJULKAISU 6 ^ 4 6 Z> J&BTa L J U J UTLÄGGNI NGSSKRIFT ^ ••fAx C (45) Patent Li ayonclty 10 '00 1900 , yCiM Patent 2>.cdd?lat vSSSV 3 3 c 03 c 11/00 // C 03 B 19/08, (Si) Kv.ik. /htXL c 03 C 3/22, C 04 B 21/06 SUO HI—FINLAND (21) Pttanttlhakamua — PKantaraeknlng 772279 (22) H»k«mi*pllv·— AmMcningadag 26.07-77 ^ ^ (23) Aikupilvi—GlMghatadag 26.07.77 (41) Tullut |ulktMksl — Mlvlc effantllg 29 01.78 «•kirterih.llltU. Nlhtivllulpanon Ja kuuU|ulk«Uun pvm. - ranne, och ragiftantyralaan ' * Aiwttkan utlagd och utl.»krlft*n public·™) 30.0U . 82 (32)(33)(31) Pyy4a«y «uoik«i<—Begird priorltrt 28.07.76 OU.01.77 Tanska-Danmark(DK) 3^01/76, 17/77 (Tl)(72) Karl Kristian Kobs KrjSyer, Engtoften 3, 8260 Viby J., Tanska-Danmark(DK) (7^*) Oy Kolster Ab (5M Menetelmä kuplia sisältävän silikaattiaineen valmistamiseksi - Förfarande för framställning av ett bläshaltigt silikatmaterial

Esillä olevan keksinnön kohteena on menetelmä kuplia sisältävän silikaattiaineen valmistamiseksi, jolla on korkea wollastoniittipi-toisuus ja alhainen kristoballiittipitoisuus, jolloin silikaatti-aineen raaka-aineita syötetään osaksi kaltevan kiertouunin yläpäähän ja osaksi kiertouunin alapäähän, niin että raaka-aineet jakautuvat palamisvyöhykkeeseen ja sulavat.

Keksinnön tarkoituksena on valmistaa silikaattiainetta, tarkemmin sanottuna lasiainetta, joka sisältää suuren määrän hyvin hienoja kuplia ja jolla on alhainen kristoballiittipitoisuus. Lisäksi keksinnön tarkoituksena on valmistaa ainetta, joka sopii hyvin keramiikan, pienlämpötilakeramiikan, kuten mineraalimuovausainemuotti-en ja laattamaisten tuotteiden, rakennusaineiden, tiepäällysteiden ja vastaavien aineiden lisäaineeksi. Tanskalaisesta patenttijulkaisusta n:o 100.256 (BP.992 782) tunnetaan menetelmä mainitunlaisen kiteytyvän lasiaineen valmistamiseksi, jolloin raaka-aineita osaksi syötetään kiertouunin yläpäähän, osaksi puhalletaan tai singotaan 2 614 6 7.

sisään kiertouunin alapäästä siten, että oleellinen osa sisäänpubal-letusta tai -singotusta raaka-aineesta jakautuu palamisvyöhykkeeseen. Uunin alapäästä sisäänpuhallettava raaka-aineidm osa on edullisesti hiekkaa, jolloin tarkoituksena on antaa seokselle korkeampi sulamispiste .

Sulanut aine poistetaan uunista ja jäähdytetään edullisesti isku-jäähdyttämällä vesihauteessa ja jauhetaan.Tällöin se on kiteytyvää tai osaksi kiteytynyttä. Kiteytyminen voidaan saada aikaan tai sitä voidaan tehostaa kuumentamalla jauhettu aine uudelleen ja jäähdyttämällä se hitaasti. Tällä tavoin voidaan valmistaa kuplia sisältävää, rakeista ainetta, jolla on epätasainen pinta, koska lohkopinnat edullisesti kulkevat kuplien läpi ja peittävät lukuisia onteloja.

Tunnetun menetelmän haittana on kuitenkin se, että valmiissa tuotteessa on jäämäpitoisuus vapaata kvartsia, esim. kristoballiittiki-teiden muodossa, jolloin ee ei ole kovin sopivaa rakennusaineiden, mineraalimuovausainemuottien ja muiden aineiden valmistukseen,joista voi valmistuksen aikana lähteä terveydelle vaarallista pölyä. Tätä saastunisvaaraa voidaan pienentää, jos vapaa kvartsi voidaan muuttaa wollastoniitiksi, ts. kalsiumsilikaattikiteiden erityiseksi muodoksi.

Esillä oleva keksintö perustuu siihen tietoon, että kvartsipitoi-suus voidaan suuressa määrin sitoa wollastoniitin muotoon, kun sulatus suoritetaan, kuten mainittiin, kiertouunissa, jolloin keksinnön mukaisesti alaosaan ruiskutetaan kalsiumpitoista lisäainetta. Kal-siumpitoinen lisäaine voidaan haluttaessa ruiskuttaa sisään samanaikaisesti tai seoksena hiekan kanssa.

Kalsiumpitoinen lisäaine voi olla mitä tahansa mineraalia, jolla on korkea kalsiumpitoisuus. Erityisen sopivaa on keksinnön mukaisesti kalsiumjauhe, edullisesti kipsijauhe. Sen asemesta voidaan kuitenkin käyttää mitä tahansa muuta kalsiumpitoista ainetta. Esimerkkinä mainittakoon kalsiumoksidi, kuten jauhemainen sammuttama-ton kalkki, kalsiumhydroksidi, kuten sammutettu kalkki, ja kalsium-karbonaatti, kuten liitu.

Erään keksinnön erityisen suoritusmuodon mukaisesti kiertouunin alapäähän ruiskutetaan lentotuhkaa. Lentotuhkan kalsiumpitoisuudesta riippuen voi olla tarkoituksenmukaista ruiskuttaa lentotuhka sekoitettuna kalsiumkarbonaattiin tai johonkin muuhun mineraaliin, jolla on korkea kalsiumpitoisuus.

3 61463

Kalsiumpitoisen lisäaineen määrä sovitetaan edullisesti sellaiseksi, ettei valmis kuplia sisältävä silikaattiaine sisällä oleellisia määriä kristoballiittia. Lisämääriä voidaan käyttää, mutta niistä ei yleensä ole mitään etua .

Edelleen on yllättäen todettu, että rakeisen aineen sisältämien ilmakuplien määrä ja hienous nousevat huomattavasti keksinnön mukaisessa menetelmässä. Tätä vaikutusta voidaan edelleen parantaa nostamalla uunin pyörimisnopeutta. Tällöin kuplat jakautuvat yhä hienommiksi. Erityisen edullinen vaikutus saavutetaan, kun pyörimisnopeus keksinnön mukaisesti säädetään n. 45 sekunniksi/kierros verrattuna normaaliin nopeuteen n. 70 sekuntia/kierros. Tällainen pyörimisnopeuden lisäys johtaa lähes kaksinkertaiseen kuplamäärään sen kuplamäärän lisäyksen ohella, joka saavutetaan kipsin sisäänpu-halluksen ansiosta. Ilma- ja kaasukuplien pienemmästä koosta johtuen niillä on pienempi taipumus välttyä sulatusvaiheelta.

Kipsin lisäys johtaa, kuten mainittiin, lisääntyneeseen kaasun kehittymiseen, koska kalsiumsulfaatti lohkotaan kaasumaisiksi rikki-oksideiksi, jotka edistävät kuplien muodostusta. Hienojen kuplien hyvin suuresta määrästä johtuen saadaan jauhatuksen jälkeen rakeinen tuote, jonka pinnan epätasaisuus on suuri, koska lohkopinnat edullisesti kulkevat kuplien läpi ja jakavat nämä siten, että pinnoissa on lukuisia onteloja tai syvennyksiä.

Aiemmin oli siis mahdollista saada lasimassalla, jonka koostumus vastasi ominaistilavuuspainoa 2,7, ja puhaltamalla sisään hiekkaa jonka määrä oli n. 13-20 % sulasta lasimassasta, tuote, joka sisälsi n. 15 tilavuus-% kuplia, joiden pääosan koko oli 0,2-1 mm. Ruiskuttamalla sisään n. 2-3 % kalsiumsulfaattia laskettuna sulasta massasta voidaan saada jopa 30-40 tilavuus-% hienoja kuplia, joiden pääosan koko on 0,1-1 mm, mutta joista huomattava osa kuitenkin on alle 0,1 mm.

Keksinnön mukaisella menetelmällä saadaan tuote, joka kalsium-sulfaattia käytettäessä ei sisällä lainkaan tai ainoastaan hyvin pienen määrä vapaata kalsiumsulfaattia ja joka on erity isen sopivaa käytettäväksi.

1) pienlämpötilakeramiikassa, jota käsitellään tanskalaisen patenttihakemuksen n:o 212/76 selityksessä, 2) mineraalihartsimuoteissa, joita käsitellään brittiläisen patenttihakemuksen n:o 21367/76 ja 30413/76 selityksissä ja 3) laattamaisissa tuotteissa, joita käsitellään tanskalaisen patenttihakemuksen n:o 2729/76 ja 3145/76 selityksissä.

" 61463

Lisäksi aine sopii myös tiepää11ysteisin n ja kalkkibiekkakiven valmistukseen. Kun ainetta käytetään tiepäällysteisiin , saadaan entistä parempi eristysvaikutus (suurempi k-arvo). Tämä estää jääpeit-teen muodostumista.

Edelleen pinnan suurempi epätasaisuus estää rakeiden uppoamista asfalttiin ja parantaa kitkaa a j oneuvoill a ajettaessa .

Tuotteen käyttökelpoisuus edellä mainittuihin tarkoituksiin johtuu erityisesti siitä, että tuotteen jauhatuksessa saadaan halkaistuja kuplia, mikä antaa erityisen hyvän kiinnittymisen, että itse asiassa .voidaan valmistaa erittäin lujua esim. mineraali-hartsi-muotteja, joiden hartsipitoisuus on vain 3-10 %.

Menetelmällä on lisäksi se huomattava valmistustekninen etu, että kalsiumsulfaattia uunin palamisvyöhykkeen seinille ruiskutettaessa muodostuu vaahtoa, joka suojaa kiertouunin tulenkestävää vuorausta paremmin kuin tunnetut menetelmät.

□n todettu, että mainitunlaisella menetelmällä voidaan saada kuplia sisältäviä silikaattiaineita, joilla on vastaavat hyvät ominaisuudet ja joissa kvartsipitoisuus samoin on suuressa määrin sidottu wollastoniitiksi ja joissa ilmakuplien määrä ja hienous niinikään on suurempi, ios uunin alapäästä kipsin sijasta ruiskutetaan sisään ns. lentotuhkaa, jota tuotetaan suuria määriä erityisesti hiili-voimalaitoksissa.

Lehtotuhka sisältää yleensä huomattavia määriä palamatonta hiiltä, usein n. 10-30 %, sekä erilaisia epäorgaanisia aineosia, erityisesti oksideja, joiden koostumus onriippuvainen käytetyn polttoaineen laadusta. Aarhuusissa sijaitsevasta Studstrupin voimalaitoksesta saadulla lentotuhkalla on laitoksen mukaan seuraava koostumus: T ' 17,93%

Loppuunpalanut 7 S.i02 55,9% A1203 A,16%

Fe?Ov 10,6%

CaÖ J 19,1% ΜβΟ 3,31% P20 0,23% SO 1»17%

Ti02 0,18% K20 0,36%

Na20 0,17%

Li20 96 miljoonasosaa 5 61463

Lentotuhkan hiilipitoisuudesta seuraa useita mielenkiintoisia näkökohtia mainitunlaisessa menetelmässä.

Kaasun kehitys hiilen palamisessa vaikuttaa edullisesti hienojen kuplien muodostumiseen lopputuotteessa.

Tämän lisäksi hiilipitoisuutta käytetään palamisessa hyväksi uunin kuumentamiseen ja raaka-aineiden sulatukseen, jolloin voidaan päästä huomattavaan energian säästöön, usein jopa 20-3S %:iin.

Lopuksi lentotuhkan käyttö mahdollistaa tumman kuplia sisältävän tuotteen valmistuksen.

Tämä on erityisen tärkeää kattopäällysteaineiden valmistuksessa. Tunnetuille kattopäällysteille on yleensä suoritettu värjäys, joka on usein hankalaa ja/tai kestämätöntä.

Tumman värin ansiosta voidaan mm. auringon lämpöä käyttää entistä paremmin hyväksi, mikä voi pitkällä tähtäimellä olla tärkeää aurinkoenergiataloja rakennettaessa. Tällaisia aineita on ollut vaikea valmistaa edellä mainituilla tunnetuilla menetelmillä. Lisäksi voidaan mainita, että tumman lasin valmistus ns. vanriauuneissa on erityisen vaikeaa ja/tai hyvin kallista.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetyt lentotuhkan määrät vaihtelevat laajojen rajojen puitteissa, mm. tuhkan mineraalikoostumuksen funktiona, joka voi kokonaan tai osaksi korvata yhden tai useamman tavallisen raaka-aineen, kuten hiekan, liidun tai dolomiitin. Raaka-aineiden tarvittavan sulavuuden aikaansaamiseksi ja kristobal-liittipitoisuuden toivotun alenemisen aikaansaamiseksi on usein tarkoituksenmukaista, että lentotuhka lisätään sekoitettuna pienehköön määrään erityisesti liidun muodossa olevaa kalsiumkarbonaattia, esim. sekoitussuhteessa 80 paino-osaa lentotuhkaa ja 20 paino-osaa liitua.

Lentotuhka, mahdollisesti sekoitettuna liituun, puhalletaan sisään edullisesti suhteellisen pitkän vyöhykkeen yli uunin alapäässä ja mahdollisesti sekoitettuna uunin lämmitykseen käytettyyn öljyyn. Aine, joka ei joudu uunissa olevaan sulatteeseen, joutuu uunin läpi kuljettuaan suodattimille pölynä, joka voidaan sinänsä tunnetulla tavalla kierrättää uudelleen uuniin.

Lehtotuhkan käytön etuna on tavalliseen hiekkapuhallukseen verrattuna myös se, että SiO-pitoisuus esiintyy tuhkaan hienoksi jakautuneina hiukkasina, joilla on hyvin pieni raekoko, mikä helpottaa sulatteeseen menoa.

6 61463

Haluttaessa voidaan osa kiertouunista poistettua osaksi kiteistä ainetta kierrättää uudelleen ja ruiskuttaa se sisään uunin alapäässä yhdessä kipsijauheen tai lentotuhkan kanssa.

Tästä on etuna, että aine toimii kideituna myöhemmin tapahtuvassa kiteytymisessä ja että useampia kuplia voidaan viedä massaan pinnan avoimista kuplista johtuen kuin olisi mahdollista vastaavaa hiekkamäärää käytettäessä. Lopuksi kiteytynyt aine osaltaan myös suojaa uunin vuorausta korkean sulamispisteensä ansiosta.

Keksinnön mukaista menetelmää havainnollistaa seuraava esimerkki.

Esimerkki 1

Sinänsä tunnettuun kiertouuniin syötetään hiekkaa, liitua ja dolomiittia uunin yläpäähän. Samanaikaisesti ruiskutetaan uunin alapäähän palamisvyöhykkeen lähelle, 6-8 m:n päässä poistoaukosta, kipsiä, jonka määrä, laskettuna raaka-aineiden kokonaismäärästä, on 4 %, joka vastaa 8 000 kg/24 h. Uunia pyöritetään nopeudella, joka on n. 45 sekuntia/kierros. Hiekan, liidun ja dolomiitin välinen suhde sovitetaan sellaiseksi, että lopputuote saa seuraavan koostumuksen:

Si02 : 55 %

CaO : 27,9 %

MgO : 2,1% A1203 : 3,1 %

Fe203 : 0,4 % K90 <0,5 %

Na20 <0,5 % Jäännös : erilaisia epäpuhtauksia ym.

Sula massa jäähdytetään vesihauteessa ja jauhetaan.

Saatu tuote sisälsi 33 tilavuus-% kuplia, kun taas tavanomaisella tavalla valmistettu lasisintteri (puhaltamalla noin 15 % hiekkaa uunin alapäähän) sisältää noin 15 tilavuus-% kuplia.

Vastaavanlaisen kokeen yhteydessä, jossa alapäähän puhalletaan 0,5 % kipsiä (laskettuna raaka-aineiden kokonaismäärästä), joka vastaa 1 000 kg/24 h, ei sulatteessa tai jäähdytetyssä sintterissä voitu havaita eroja tunnettuun menetelmään nähden, jossa uunin alapäähän puhalletaan hiekkaa.

7 61463

Esimerkki 2

Sinänsä tunnettuun kiertouuniin syötetään hiekkaa, liitua ja dolomiittia uunin yläpäähän. Samanaikaisesti ruiskutetaan uunin alapäähän lentotuhkaa, jonka määrä, laskettuna raaka-aineiden kokonaismäärästä, on keskimäärin 12 %, joka vastaa 24 tonnia/24 h.

Lentotuhkalla oli sivulla 4 (viimeinen kappale) esitetty koostumus.

Hiekan, kalkin ja dolomiitin välinen suhde sovitettiin sellaiseksi, että lopputuotteella oli seuraava koostumus:

Si02 noin 70 %

CaO " 24 %

MgO " 2,5 % A1203 " 2 %

Fe03 " 0,5 % K20 + Na20 " 1 %

Sula massa jäähdytetään vesihauteessa ja jauhetaan .,

Saatu tuote sisälsi 30 tilavuus-% kuplia.

Claims (6)

8 61463 Patenttivaat imukset:

1. Menetelmä kuplia sisältävän silikaattiaineen valmistamiseksi, jolla on korkea wollastoniittipitoisuus ja alhainen kristoballiitti-pitoisuus ja jossa on lukuisia pieniä kuplia, jolloin silikaattiaineen raaka-aineita syötetään osaksi kaltevan kiertouunin yläpäähän ja osaksi kiertouunin alapäähän, niin että raaka-aineet jakautuvat palamisvyöhykkeeseen ja sulavat, tunnettu siitä, että kiertouunin alapäähän ruiskutetaan kalsiumpitoista lisäainetta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kalsiumpitoinen lisäaine on kalsiumsulfaattia, edullisesti kipsijauheen muodossa.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kalsiumpitoinen lisäaine on lentotuhkaa.

4. Patenttivaatimusten 1 ja 3 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että lentotuhka ruiskutetaan sisään sekoitettuna kalsium-karbonaattiin tai muuhun mineraaliin, jolla on korkea kalsiumpitoisuus.

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kalsiumpitoisen lisäaineen sisäänruiskutus suoritetaan kiertouunin pyörimisnopeuden ollessa n. 45 sekuntia/ kierros.

6. Patenttivaatimusten 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että osa kiertouunista poistetusta osaksi kiteisestä aineesta kierrätetään uudelleen ruiskuttamalla sitä kiertouunin alapäähän yhdessä kalsiumpitoisen lisäaineen kanssa.