A leírás terjedelme 6 oldal
HU 224 808 Β1
A találmány tárgya eljárás, előnyösen hulladék anyagokból, zárt pórusszerkezetű szilikáthab előállítására, és az eljárással előállított termék.
A találmány szerinti eljárással olyan szilikáthabgranulátumot állítunk elő, amely önmagában is felhasználható, de az építő- vagy szigetelőanyag-iparban szilikátszemcsék összetapasztására alkalmazható szervetlen vagy szerves kötőanyagokkal társítva lemezzé vagy formatestté is alakítható.
A találmány szerinti termék kis fajsúlyú, égésgátolt, és kiváló hő- és hangszigetelő és rezgésgátló tulajdonságokkal rendelkezik.
Számos eljárás ismert üveghabok előállítására.
A 171 046 számú magyar szabadalmi leírás hulladék üvegporból habosított termék előállítását írja le. Az eljárás során a hulladék üvegporhoz olvadáscsökkentő adalékanyagként alkálifém-hidroxidokat, foszforsavat és/vagy szilikofluoridot kevernek, és gázképző anyag jelenlétében 600-850 °C hőmérsékleten végzik a habosítást.
A 4 413 907 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás olyan eljárást ismertet, amely során üvegport, adalékokat és vizet elegyítenek, majd az elegyből kemencében magas hőmérsékleten habosított terméket állítanak elő.
A 4 734 322 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban ismertetett eljárásnál üvegporhoz kalcium-karbonát és magnézium-karbonát elegyét adagolják, majd az elegyből 700-800 °C-on habosított terméket gyártanak.
A 03 13 7038 számú japán közzétételi irat olyan eljárást ismertet üveghab előállítására, amelynek során a kiindulási üvegporhoz 1-5 tömeg% stroncium-karbonátot kevernek, és így állítanak elő hőszigetelő tulajdonságú üveghabot.
A fenti eljárásoknak az a hátránya, hogy az eljárásokkal előállított üveghabszemcséknek csak kis hányada zárt pórusú, emiatt szilárdsági tulajdonságaik nem megfelelőek, továbbá rezgésgátlóként nemigen alkalmazhatók.
Célul tűztük ki olyan eljárás kidolgozását, amellyel a fenti eljárások hátrányait kiküszöböljük, és zárt pórusszerkezetű, nagy szilárdságú szilikáthabterméket tudunk előállítani.
A találmány tárgya tehát eljárás zárt pórusszerkezetű szilikáthabtermék előállítására előnyösen hulladék anyagok felhasználásával, szilikátőrlemény, gázképző és lúgoldat összekeverésével, a keverék kívánt esetben vízzel történő nedvesítésével, homogenizálásával, granulálásával és a granulátum hőkezelésével.
A találmány értelmében úgy járunk el, hogy összekeverünk egymással
- 100 tömegrész 2000-8000 cm2/g fajlagos felületű szilikátport, előnyösen hulladék üvegport, zománcfritthulladékot, öntödei homokhulladékot, kerámiahulladékot, szerves vagy szervetlen szilikáthulladékot vagy ezek elegyét,
- 1-10 tömegrész 10-100 pm szemcseméretű gázképző anyagot, előnyösen mészkő- és/vagy dolomit- és/vagy magnezit- és/vagy witherités/vagy bárium-szulfát-őrleményt,
- 0,5-15 tömegrész montmorillonitot és/vagy szerpentinásványt adott esetben aktivált állapotban - ahol az aktiválást 1-10 tömeg%-os alkálifém-hidroxid-oldattal vagy fém-karbonát-oldattal vagy alkálifém-hidroxid- vagy fémkarbonát-forrással való kezeléssel végezzük adott esetben magában az összekeverési-homogenizálási műveletben - és/vagy alumínium-oxidot és/vagy alumínium-oxi-hidroxidot,
- adott esetben 0,2-6 tömegrész alkálifém-hidroxidot és/vagy fém-karbonátot 1-10 tömeg%-os vizes oldat formájában,
- 0,5-2 tömegrész alkálifém-hidrogén-foszfátot és/vagy alkálifém-dihidrogén-foszfátot vagy alkálifém-foszfát és vízüveg elegyét vizes oldat formájában,
- 0,01-5 tömegrész ritkaföldfém-oxidot vagy ilyen oxidok elegyét, és
- adott esetben 0,1-5 tömegrész színesfém-oxidot vagy -oxid elegyet vagy nehézfém-oxidot vagy -oxid elegyet oly módon, hogy két vagy több szilárd komponens összemérése után a kapott keveréket legalább egyszer előhomogenizáljuk, majd a vizes oldat formájában beadagolt komponens(eke)t is tartalmazó végső keveréket homogenizáljuk, kívánt esetben a kellő granulálhatóságot biztosító mértékig vízzel nedvesítjük, majd granuláljuk, a kapott granulátumot a fizikai és fizikai-kémiai módon kötött víz eltávolítására ismert módon előszárítjuk, ezután a granulátumot bevonjuk 1-5 tömegrész titán-dioxiddal és/vagy titán-oxi-hidroxiddal és/vagy alumínium-oxihidroxiddal, majd 720-1000 °C-on hőkezeljük; és adott esetben az így előállított granulátumot 0,1-2 tömeg%, az építő- vagy szigetelőanyag-iparban kötőanyagként szokásosan felhasználható polimer vagy műgyanta filmmel vonjuk be, vagy adott esetben 90-50 tömegrész granulátumot 10-50 tömegrész, az építő- vagy szigetelőanyag-iparban szokásosan felhasználható szerves vagy szervetlen kötőanyaggal elegyítjük és formatestté alakítjuk.
A találmány tárgya továbbá a fenti eljárással előállított 0,28-0,45 g/cm3 térfogatsúlyú zárt pórusú szilikáthab-granulátum, amely adott esetben felületén 0,1-2 tömegrésznyi polimer vagy műgyanta film bevonatot tartalmaz, vagy a fenti eljárással előállított 90-50 tömegrész zárt pórusú szilikáthab-granulátumot és 10-50 tömegrész, az építő- vagy szigetelőanyagiparban szokásosan felhasználható szerves vagy szervetlen kötőanyagot tartalmazó formatest.
A formatest lehet lemez vagy kívánt kialakítású építőipari idom.
A találmány szerinti eljárásban alkalmazott ritkaföldfém-oxid vagy ritkaföldfém-oxid elegy szerepe az, hogy a keverék felületi feszültségét optimálisra állítja be, és gyors kristályosodást indít el az anyagban, (gy a képződött granulátumok szilárdsága meglepő módon megnő.
HU 224 808 Β1
A hőkezelés előtt alkalmazott titán-dioxid- vagy titán-oxi-hidroxid-adalék szerepe az, hogy a granulátumok összetapadását megakadályozza.
A színesfém-oxid vagy -oxid elegy, illetve a nehézfém-oxid vagy -oxid elegy adalék alkalmazásával kívánt színű granulátumokat tudunk előállítani.
Az adalékként adott esetben alkalmazott witherit: bárium-karbonát-alapú ásványi anyag.
Az eljárásban lúgoldatként napraforgóhéj hamujának vizes extraktumát is alkalmazhatjuk.
A montmorillonit és/vagy szerpentinfélék aktiválását az egyéb komponensekhez való hozzákeverés előtt elvégezhetjük, de az aktiválás in situ, az elegybe való bekeveréskor is elvégezhető.
A granuláltumok előállítására a nedvesgranulálásra évtizedek óta alkalmazott, szakember számára igen jól ismert technológiát használjuk. A granulálandó massza szilárd komponenseit tetszőleges sorrendben keverhetjük össze úgy, hogy két vagy több szilárd komponens összemérése után a kapott keveréket legalább egyszer homogenizáljuk (ezt a lépést nevezzük előhomogenizálásnak). Ezután adagoljuk be a vizesoldat-komponenseket és az adott esetben fennmaradt további szilárd komponenseket. Az így kapott végső keveréket homogenizáljuk, és kívánt esetben a granulálhatóság elősegítésére vagy javítására vízzel nedvesítjük. Az ebben a lépésben adott esetben bekeverendő víz mennyiségét empirikusan határozzuk meg. A kapott, még nedves granulátumból ezután előszárítással eltávolítjuk a fizikai és fizikai-kémiai módon (így adszorpciós, ozmotikus és kapilláriserőkkel) kötött vizet. Ezt a lépést az utóbb kiégetendő nedvesszilikát-alapú formatestek gyártástechnológiájából (például a téglagyártásból vagy a korábban idézett közleményekből) jól ismert módon és körülmények között végezzük. Az előszárítás hőmérséklete - a szakmai gyakorlattal egyezően - szobahőmérséklet és 180 °C közötti érték (célszerűen 120-130 °C) lehet; az előszárítás időigényét a hőmérséklet, a kiindulási anyag nedvességtartalma és az alkalmazott szárítási technológia szabja meg.
Az előszárított granulátumot bevonjuk titán-dioxiddal és/vagy titán-oxi-hidroxiddal és/vagy alumíniumoxi-hidroxiddal, majd 720-1000 °C-on hőkezeljük. Ebben a lépésben távozik el a granulátumból a kémiailag kötött víztartalom (az agyagásványokban kötött szerkezeti vagy rácsvizet is ideértve), és alakul ki a granulátum végső zárt pórusú habszerkezete. Kívánt esetben az így kapott granulátumok felszínét hőre lágyuló vagy hőre keményedő polimer vagy műgyanta filmmel vonhatjuk be; ezek az építő- vagy szigetelőanyag-iparban kötőanyagként szokásosan alkalmazott anyagok lehetnek.
Amennyiben kötőanyaggal elegyítjük a granulátumot, az elegyből formatesteket tudunk előállítani.
Kötőanyagként az építő- vagy szigetelőanyag-iparban szokásosan felhasználható szerves és szervetlen kötőanyagok bármelyikét alkalmazhatjuk. Szakember számára az ilyen kötőanyagok rendkívül széles választéka ismert. Alkalmas szervetlen kötőanyagok például a levegőn szilárduló nem hidraulikus kötőanyagok (így mész, gipsz és magnézia), a gyengén hidraulikus kötőanyagok (így hidraulikus mész, cement és mészpuccolán) és a hidraulitok. Alkalmas szerves kötőanyagok például a következők: bitumen; termoreaktív polimer alapú ragasztók (így fenol-formaldehid gyanták, módosított fenol-formaldehid gyanták, rezorcin-formaldehid gyanták, epoxigyanták, poliuretánragasztók, karbamidformaldehid gyanták és szerves szilíciumvegyületek); termoplasztikus polimer alapú ragasztók (így poliizobutilén-, karbonil-, akril- és poliamidalapú polimerek).
A találmány szerinti eljárás és termék előnyei az alábbiak:
- Az ismerteknél homogénebb szemcseméretű zárt pórusú szilikáthab-granulátum állítható így elő, amely javított szilárdsági tulajdonságokkal rendelkezik.
- Az eljárással nem csupán üveghulladékot, hanem egyéb szilikáthulladékot is fel lehet dolgozni hő- és hangszigetelő tulajdonságú termékké, és adalék anyagokként is alkalmazhatók különféle hulladék anyagok. A találmány szerinti eljárással azonban nem csupán hulladék anyagok, hanem originál üvegporok és szilikátporok is feldolgozhatok zárt pórusú szilikáthabbá.
- Az eljárással előállított termék rezgésgátlósága is kiváló.
A találmány szerinti eljárást az alábbi példákkal ismertetjük:
1. példa
100 tömegrész ólomüveg-hulladék 4000 cm2/g fajlagos felületű porát nátrium-hidroxid-oldattal előkezelt montmorillonittal keverjük, és hozzáadunk 5 tömegrész 50-70 pm szemcseméretű dolomitőrleményt. Az elegyet golyósmalomban történő együtt őrléssel homogenizáljuk.
A montmorillonit előkezelését úgy végezzük, hogy 2 tömegrész nátrium-hidroxidot, 18 tömegrész vizet és 8 tömegrész montmorillonitot golyósmalomban együtt őriünk.
Az ólomüveg-hulladékot tartalmazó homogenizált elegyhez dezintegrátorban hozzáadunk 2 tömegrész alkálifém-hidrogén-foszfátot és 18 tömegrész vizet, valamint 0,2 tömegrész ritkaföldfém-oxid elegyet, amely lantán-, cérium- és európium-oxid elegye. A nedvesített elegyet granuláljuk, és a granulátumot 120 °C-on előszárítjuk. Az így előállított granulátumot dezintegrátorban 4 tömegrész titán-dioxiddal vonjuk be, ezután kemencében 720 °C-on 2 percig hőkezeljük, végül környezeti hőmérsékleten kihűlni hagyjuk.
Az előállított granulátumtermék zárt pórusú, térfogatsúlya 0,35 g/cm3, vízfelvétele 0,9 tömeg%.
2. példa
Mindenben az 1. példa szerint járunk el azzal a különbséggel, hogy kiindulási anyagként ólomkristály polírozásából képződött és szárított iszapport alkalmazunk, és ezt dolomitőrlemény helyett mészkőőrleménnyel homogenizáljuk.
HU 224 808 Β1
Az elegyhez napraforgóhéj égetéséből származó
2.5 tömegrész hamuval és 19 tömegrész vízzel együtt őrölt 4 tömegrész montmorillonitot adunk. Az elegyet őrléssel homogenizáljuk.
Ezután az 1. példában leírtak szerint járunk el, de titán-dioxid helyett titán-oxi-hidroxidot alkalmazunk.
A kapott zárt pórusú granulátumtermék vízfelvétele
1.5 tömeg%, térfogatsúlya 0,32 g/cm3.
3. példa tömegrész vegyes hulladék üveget (kommunális - zöld, fehér, barna) az 1. példában leírtak szerint
2.5 tömegrész mészkőőrleménnyel, 2,5 tömegrész szárított fúróiszap-hulladékkal (szennyezett bárium-szulfát), 10,0 tömegrész alumínium-oxiddal és 8 tömegrész öntészeti héjformahulladékkal őrölünk és homogenizálunk, majd hozzákeverünk 1 tömegrész nátrium-hidroxidot, 20 tömegrész vizet, 2 tömegrész 1. példa szerinti ritkaföldfém-oxid elegyet és 0,5 tömegrész trinátriumfoszfát és 1,5 tömegrész vízüveg elegyét 5 tömeg%-os vizes oldat formájában alkalmazva. A keveréket homogenizáljuk, majd granuláljuk, és a granulátumot 130 °C-on szárítjuk.
Ezt követően a granulátumot 2 tömegrész titán-dioxiddal vonjuk be, majd 820 °C-on 2 percig hőkezeljük gyorsfűtésű kemencében. Ezután a hőmérsékletet 950 °C-ra emeljük, és 1 perc hőn tartás után a granulátumot a kemencéből eltávolítjuk, majd levegőn szobahőmérsékletre hűtjük.
A termék vízfelvétele 1,0 tömeg%, térfogatsúlya 0,30 g/cm3.
4. példa
100 tömegrész vegyes kommunális üveghulladék porhoz hozzáadunk 8 tömegrész dolomitot és 3 tömegrész magnézium-szerpentinit ásványdúsítmányt. Az elegyet golyósmalomban őrölve homogenizáljuk, ezután hozzáadunk 5 tömegrész cink-karbonátot 5 tömeg%-os vizes oldat formájában, 1 tömegrész nátrium-hidroxidot, 20 tömegrész vizet, 2 tömegrész 1. példa szerinti ritkaföldfém-oxid elegyet és 0,5 tömegrész trinátrium-foszfát és 1,5 tömegrész vízüveg elegyét 5 tömeg%-os vizes oldat formájában alkalmazva. A keveréket homogenizáljuk, majd granuláljuk, és a granulátumot 130 °C-on szárítjuk.
Ezután a 3. példában leírtak szerint folytatjuk az eljárást azzal a különbséggel, hogy a hőkezelést 780 °C-on 2,5 percig történő hőn tartással végezzük.
A termék zárt pórusú, térfogatsúlya 0,35 g/cm3, vízfelvétele 1,2 tömeg%.
5. példa
100 tömegrész vegyes kommunális üveghulladékból előállított porhoz hozzáadunk 5 tömegrész mészkőőrleményt, 0,7 tömegrész montmorillonitot és 1 tömegrész 1. példa szerinti ritkaföldfém-oxidot. Az elegyet őrléssel homogenizáljuk.
A granulálás előtt hozzáadunk 3 tömegrész cinkkarbonátot 10 tömeg%-os vizes oldat formájában, és 2 tömegrész nátrium-dihidrogén-foszfát és dinátrium-hidrogén-foszfát 1:1 arányú elegyét 5 tömeg%-os vizes oldat formájában. Az elegyet homogenizáljuk és granuláljuk.
Megfelelő szemcseméret elérése után az osztályozott, 3-6 mm szemcseméretű granulátumot 120 °C-on előszárítjuk, és a granulátum felületén 4 tömegrész alumínium-oxi-hidroxid és titán-dioxid 1:1 tömegarányú elegyének bekeverésével 10 μ-os bevonatot képezünk. Ezután a granulátumot 850 °C-on 3 percnyi hőn tartással hőkezeljük, majd lehűtjük.
A termék térfogatsúlya 0,30 g/cm3, vízfelvétele 0,8 tömeg%.
6. példa
Fénycsőgyártás (vegyes magnézium-, ólom-, boroszilikát) hulladék porából 100 tömegrésznyi mennyiséghez hozzákeverünk 6 tömegrész mészkőőrleményt, 8 tömegrész montmorillonitot és 1 tömegrész 1. példa szerinti ritkaföldfém elegyet. A keveréket golyósmalomban 3500 cm2/g fajlagos felületű porrá őrölve homogenizáljuk. Ezután hozzáadjuk 2 tömegrész vízüveg és trinátrium-foszfát 2:1 tömegarányú elegyét 5 tömeg%-os vizes oldat formájában. A masszát homogenizáljuk, granuláljuk, a granulátumot 120 °C-on előszárítjuk, majd 4 tömegrész titán-dioxid, titán-oxi-hidroxid és alumínium-oxi-hidroxid 1:1:1 tömegarányú elegyével bevonjuk. Ezután a granulátumot 850 °C-on 3 percig hőkezeljük, majd szobahőmérsékletre lehűtjük.
Az így előállított termék 0,38 g/cm3 térfogatsúlyú, vízfelvevő képessége 0,5 tömeg%.
7. példa
100 tömegrész boroszilikátüveg-hulladék porhoz 8 tömegrész dolomitot, 5 tömegrész montmorillonitot és 0,5 tömegrész 1. példa szerinti ritkaföldfém-oxid elegyet adunk. Az elegyet golyósmalomban őrölve homogenizáljuk. A kapott keverékhez hozzáadunk 5 tömegrész hulladék cink-karbonátot 10 tömeg%-os vizes oldat formájában és 2 tömegrész vízüveg és trinátriumfoszfát 2:1 tömegarányú elegyét 5 tömeg%-os vizes oldat formájában. A nedves masszát homogenizáljuk, granuláljuk, a granulátumot osztályozzuk, és a 3-5 mm szemcseméretű granulátumot 120 °C-on előszárítjuk. Az előszárított granulátumot az 5. példában leírtak szerint bevonjuk alumínium-oxid-hidroxid és titán-dioxid 1:1 tömegarányú keverékével, ezután 790 °C-on hőkezeljük.
A kapott zárt pórusú termék térfogatsúlya 0,32 g/cm3, vízfelvétele 1,2 tömeg%.
8. példa
Magnéziumüveg és boroszilikátüveg elegyének 98 tömegrésznyi mennyiségéhez 8 tömegrész dolomitot, 3 tömegrész montmorillonitot, 3 tömegrész alumínium-oxidot, 1 tömegrész 1. példa szerinti ritkaföldfém-oxid elegyet és 2 tömegrész mennyiségben hulladék etil-szilikát és kolloid szilícium-dioxid elegyét adjuk. A keveréket golyósmalomban őrölve homogenizáljuk. Ezután a 6. példában leírtak szerint járunk el azzal a különbséggel, hogy a hőkezelést 750 °C-on 4 percig
HU 224 808 Β1 végezzük. Az így kapott termék 0,28 g/cm3 térfogatsúlyú, vízfelvétele 1,6 tömeg%.
9. példa
Mindenben a 8. példában leírtak szerint járunk el, azzal a különbséggel, hogy a homogenizálás előtt az elegyhez 3 tömegrész mangán-, réz-, króm-oxid elegyet adagolunk színezőanyagként.
A termék 0,28 g/cm3 térfogatsúlyú, vízfelvétele
1,6 tömeg%.
10. példa
A 8. példában leírtak szerint járunk el azzal a különbséggel, hogy a vízfelvétel visszaszorítására a végső granulátumot elektrosztatikusán felvitt epoxigyanta-hulladékkal vonjuk be, majd 10 percig 140 °C-on tartjuk.
Az így kapott termék 0,32 g/cm3 térfogatsúlyú, vízfelvétele 1,0 tömeg%.
11. példa
Az 1. példa szerint előállított granulátum 70 tömegrésznyi mennyiségét 30 tömegrész gipsszel és vízzel elegyítjük. A masszát lemezformába öntjük, majd szárítjuk. Az így előállított lemez kiváló hő- és hangszigetelő képességgel rendelkezik.
12. példa
Az 1. példa szerint előállított granulátum 80 tömegrésznyi mennyiségét 20 tömegrész poliésztergyantával elegyítjük, majd a masszát idomsablonba töltjük, és 120 °C-on kikeményítjük. Jó hő- és hangszigetelő képességű építőipari idomot kapunk.