ES3031096T3

ES3031096T3 - Method for manufacturing glass fibers from unprocessed mineral materials

Info

Publication number: ES3031096T3
Application number: ES22726491T
Authority: ES
Inventors: Pierro Simonpietro Di; Gonzalez Octavio Cintora; Jean-Patrick Cochard; Aurélie Ortiz
Original assignee: Saint Gobain Isover SA France; Saint Gobain Adfors SAS
Current assignee: Saint Gobain Isover SA France; Saint Gobain Adfors SAS
Priority date: 2021-04-28
Filing date: 2022-04-28
Publication date: 2025-07-03
Anticipated expiration: 2042-04-28
Also published as: CA3216442A1; FR3122417B3; EP4330203C0; WO2022229571A1; EP4330203B1; CN117279869A; US20250074812A1; PL4330203T3; FR3122417A3; EP4330203A1

Abstract

La invención se refiere a un método para fabricar vidrio, en particular fibras de vidrio que tienen una composición objetivo, que comprende la fusión de una mezcla de materias primas que constituyen un baño de fusión que incluye una fuente de silicio, una fuente de sodio, una fuente de boro y al menos una fuente de calcio seleccionada de un óxido mixto de calcio y al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en Si, Mg, Al, en particular un silicato de calcio y/o un silicato de calcio y aluminio, y/o al menos una fuente de magnesio seleccionada de un óxido mixto de magnesio y al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en Si, Ca, en particular un silicato de magnesio y opcionalmente una fuente de aluminio seleccionada de un óxido mixto de aluminio y al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en Si, Ca, Na, K, en el que dichas fuentes de calcio y/o de magnesio y/o de aluminio son materiales minerales naturales, es decir, se obtienen de un medio geológico natural y no están procesadas. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Método para fabricar fibras de vidrio a partir de materiales minerales sin procesar

La invención se refiere al campo de la fusión de una mezcla de materias primas, en particular para la fabricación de lana de vidrio tal como se utiliza en particular en el campo del aislamiento térmico y/o acústico de los edificios o similares. Según otro aspecto, la invención también se refiere a la fabricación de vidrio C utilizado en particular en el campo de las fibras textiles y los materiales compuestos.

La fabricación, en particular por la empresa solicitante, de lana de vidrio por fusión y fibrado de materias primas naturales y abundantes (arena o roca volcánica) es un proceso bien conocido y establecido desde hace mucho tiempo. Los productos aislantes obtenidos por lo tanto están en forma de una “ placa” de lana de vidrio compuesta por una estructura que varía de flexible a rígida y que atrapa el aire de manera estable e inmóvil en el enmarañamiento de las fibras.

La lana de vidrio posee unas excelentes propiedades térmicas y acústicas que le confieren un importante papel en el aislamiento de edificios residenciales y no residenciales (terciarios, comerciales, industriales) desde hace más de 80 años. Las formas bajo las que se vende la lana de vidrio son variadas: rollos, paneles flexibles o semirrígidos para desenrollar, paneles rígidos, envolturas, capas o copos.

En virtud de su estructura enmarañada que genera multitud de pequeñas cavidades, la lana de vidrio es un material poroso que atrapa el aire. El aire inmóvil atrapado en estos poros confiere a la lana de vidrio un gran poder aislante con un mínimo de material.

La base para fabricar lana de vidrio o vidrio C es una arena de cantera (naturalmente abundante) a la que se añaden fundentes, tales como el carbonato de sodio, y al menos un alcalinotérreo (para aportar al vidrio resistencia a la hidrólisis), tales como la caliza (carbonato de calcio) y la dolomita (CaMg(CO3)2). Según ciertas realizaciones, también puede introducirse boro para conferirle una mejor resistencia química e hidrolítica (en particular para el vidrio C) o bien para mejorar las propiedades térmicas del mismo, en particular para la hoja de vidrio. El fibrado se realiza en condiciones tales que sea integral (sin residuos tales como partículas sin fundir). El fibrado se realiza mediante centrifugado a través de placas perforadas. El material fundido pasa a través de una matriz y después hasta placas de fibrado continuo de las que sale en forma de hebras de vidrio que se rocían con polímero (el aglutinante) para formar una placa. Después de añadir aglutinantes y otros elementos específicos para cada uso, la placa de lana se polimeriza y se calandra.

A los criterios de calidad y viabilidad industrial y económica, a los que se añade desde hace algunos años el de la naturaleza biodegradable de la lana de vidrio, a saber, la capacidad de la misma para disolverse rápidamente en un medio fisiológico, con vistas a prevenir cualquier posible riesgo patógeno relacionado con la posible acumulación de las fibras más finas en el organismo por inhalación, se ha propuesto una composición de lana de vidrio adaptada en consecuencia en la solicitud EP 399320, a la que se hará referencia para más detalles sobre esta técnica.

Paralelamente, también se conoce un método para producir fibras de vidrio, en particular fibras de vidrio C.

El vidrio C es un vidrio diseñado específicamente por su mayor resistencia química a los disolventes y al agua. Las materias primas se funden y el vidrio obtenido pasa a través de unos orificios llamados casquillos. Los casquillos generalmente están hechos de Pt. Las fibras de vidrio, después de salir del casquillo, se enfrían en aire o en vapor para formar una placa.

Se puede usar en forma de una fibra de aproximadamente 5 micras de espesor y de 10 a 4000 micras de longitud, o incluso hasta unos pocos centímetros de largo.

La buena resistencia química del vidrio C de borosilicato lo hace ideal para su uso en diversas aplicaciones, tales como en pinturas de éster vinílico, epoxi acrílico y revestimientos acrílicos, como barrera contra los ataques corrosivos de los productos químicos y la humedad.

Usualmente, el vidrio C también se obtiene fundiendo un baño de materia prima que comprende sílice, caliza, feldespato, bórax, carbonato de sodio y, opcionalmente, dolomita; los componentes de base se eligen juiciosamente para obtener una composición de vidrio que produzca fibras que combinen flexibilidad y robustez a la tracción mecánica, así como a los agentes químicos ácidos o básicos.

La mezcla fundida (fibra de vidrio o vidrio C aislante) usualmente por lo tanto se prepara fundiendo, en un horno, materias primas que comprenden sílice, una fuente de sodio, usualmente carbonato de sodio, Na2CO3, al menos una fuente de metales alcalinotérreos (magnesio y/o calcio) en forma de caliza (carbonato de calcio) y/o dolomita (CaMg(CO3)2). Los documentos CN 104418500 A, CN 103 103695 B y EP 0525 816 A1 exponen, por ejemplo, la utilización de minerales naturales como materias primas para la fabricación de fibras de vidrio.

Durante la fusión de la mezcla inicial para la fabricación de lana de vidrio o vidrio C, los carbonatos liberan gas de dióxido de carbono, cuyas burbujas contribuyen a la mezcla de la masa durante la fusión. Asimismo, determinados carbonatos tales como la dolomita, antes aun de liberar su CO2, se dividen en partículas más finas según el fenómeno denominado decrepitación, que puede ser bastante violento y generar polvo que obstruirá e aun corroerá los diversos conductos que equipan los hornos (chimeneas, regeneradores, etc.). En un proceso convencional de fabricación de vidrio o lana de vidrio C, la emisión de CO2 debida a la fusión de las materias primas generalmente es del orden del 10 al 25 % de la masa total de las materias primas utilizadas.

Es más, el dióxido de carbono es un gas de efecto invernadero y se prefiere para desarrollar procesos de fabricación de lana mineral que generen la menor cantidad posible de CO2 por razones medioambientales, al tiempo que conduce a un producto de buena calidad y por un coste aceptable.

Además de la liberación de CO2 directamente durante el proceso de fusión del baño de materias primas, es importante por lo tanto considerar el proceso de fabricación del vidrio en su conjunto, teniendo en cuenta otros factores tales como el transporte de las materias primas o el coste energético de la puesta a disposición de dichas materias primas con vistas a su utilización en el proceso de fabricación del vidrio. Para tal fin, la utilización de materias primas minerales no transformadas, en lugar de las materias sintéticas liberadas de sus impurezas que se utilizan actualmente, tiene la ventaja de contribuir a la reducción de las emisiones de CO2, ya que en el balance global de dicha fabricación no entra más energía de conversión que la de la etapa de fusión.

La elección de las materias primas mencionadas anteriormente es esencial para obtener una buena calidad del vidrio, en particular después de su hilado de fibras. Entre las propiedades consideradas esenciales, cabe mencionar en particular el rendimiento de fusión (relación entre la cantidad de vidrio producido y la cantidad de materias primas cargadas), la calidad del refinado que se refleja en un número mínimo de burbujas residuales en el vidrio, la homogeneidad del vidrio (en particular la homogeneidad del SiO2), así como el número de materias no fundidas.

El consumo de energía (energía necesaria para fundir la mezcla de materias primas) también es un factor a tener en cuenta. En resumen, con el objetivo de reducir los costes energéticos y optimizar el equilibrio de CO2, es importante tener en cuenta todas las etapas que resultan en la formación del vidrio y la preparación de las materias primas, además de la etapa final de fusión del baño de materias primas.

El objeto de la presente invención es contribuir a resolver tal problema técnico proponiendo un método de fabricación de fibra de vidrio para el que se reducen las emisiones de CO2 eficazmente, sobre la base de todas las etapas que resultan en la formación de dicha fibra de vidrio y para el que se han simplificado las etapas de transformación del material antes de la fusión del baño, y ello para una calidad al menos equivalente del vidrio finalmente obtenido.

Esta mezcla de materias primas está prevista para calentarse a una temperatura y en condiciones que permitan que se funda para obtener un baño fundido correspondiente a dicha composición objetivo final de la fibra de vidrio.

La originalidad de la presente invención reside en la elección de las materias primas. En efecto, se ha descubierto que es posible utilizar óxidos minerales naturales, en particular silicatos naturales, es decir bajo su composición geológica inicial después de su extracción de su yacimiento, en particular sin alteración química prevista para modificar la composición inicial de los mismos, es decir, materiales minerales químicamente no transformados como fuente de magnesio y/o calcio, o aun como fuente de aluminio, conduciendo esta elección a la reducción de la liberación de CO2 durante la reacción de la fusión. En particular, según el método de la presente invención, se basa inicialmente en la composición exacta de estos materiales minerales geológicos no transformados, determinada justamente mediante cualquier técnica adecuada (p. ej., análisis químico, difracción de rayos X, etc.) para determinar la composición del baño inicial. Más justamente, sobre la base de esta determinación inicial de la composición del material mineral, se calculan y ajustan las proporciones necesarias de los demás componentes del baño inicial (tales como sílice, carbonato o hidróxido de sodio y, opcionalmente, una caliza y/o dolomita adicional) para llegar a dicha composición objetivo; por lo tanto, se minimiza la cantidad de CO2 liberada, medida en todas las etapas que conducen a la formación de las fibras de vidrio, y no solo sobre la base de la etapa final de fusión del baño de materias primas. Según la invención, sin embargo, dichos óxidos minerales pueden someterse, por supuesto, a etapas previas a su utilización como materia prima para la fusión, pero sin transformación química de los granos de cristal que constituyen el óxido mineral. Tales etapas pueden ser una trituración, un cribado, un lavado o flotación, una separación magnética o cualquier otra separación física de las impurezas presentes entre dichos granos del material mineral natural.

Más justamente, la presente invención se refiere a un método para fabricar vidrio, en particular fibras de vidrio que tienen una composición objetivo, que comprende la fusión de una mezcla de materias primas que constituyen un baño de fusión, dicha composición objetivo cumple los siguientes criterios, en porcentajes en peso:

SO 2: entre el 50 y el 75 %, preferiblemente entre el 60 y el 70 %,

Na2O: entre el 10 y el 25 %, preferiblemente entre el 10 y el 20 %,

CaO: entre el 5 y el 15 %, preferiblemente entre el 5 y el 10 %,

MgO: entre el 1 y el 10 %, preferiblemente entre el 2 y el 5 %,

CaO y MgO juntos representando preferiblemente entre el 5 y el 20 %,

B2O3: entre el 0 y el 10 %, preferiblemente entre el 2 y el 8 %, preferiblemente menos del 6 %,

AbO3: entre el 0 y el 8 %, preferiblemente entre el 1 y el 6 %,

K2O: entre el 0 y el 5 %, preferiblemente entre el 0,5 y el 2 %,

Na2O y K2O juntos representando preferiblemente entre el 12 y el 20 %,

Óxido de hierro: entre el 0 y el 3 %, preferiblemente menos del 2 %, más preferiblemente menos del 1 %, otro(s) óxido(s): entre el 0 y el 5 % en total en peso, preferiblemente menos del 3 % en total

el resto consiste en impurezas inevitables,

dicho método se caracteriza por que comprende las siguientes etapas:

a) seleccionar las materias primas de dicha forma de baño fundido al menos:

- una fuente de silicio, en particular elegida entre sílice, un vidrio de desecho, fibras minerales recicladas, en particular lana de vidrio reciclada, en particular una mezcla de sílice y vidrio de desecho o una mezcla de sílice y fibras minerales recicladas, o bien una mezcla de sílice, vidrio de desecho y fibras minerales recicladas,

- al menos una fuente de sodio preferiblemente seleccionada de entre hidróxido de sodio, NaOH, carbonato de sodio, Na2CO3, o una mezcla de hidróxido de sodio NaOH y carbonato de sodio Na2CO3,

- al menos una fuente de boro preferiblemente seleccionada de entre un óxido de boro tal como el pentaborato de sodio o un óxido mixto de boro con al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en Si, Mg, Ca, en particular un óxido seleccionado del grupo que consiste en colemanita, ulexita, tincalconita o kernita,

- al menos una fuente de calcio seleccionada de entre un silicato de calcio mineral natural que comprenda, en porcentaje en peso, más del 30 % de SiO2 y más del 10 % de CaO, representando el CaO y el SiO2 juntos más del 60 % del peso total de dicha fuente, y/o

- al menos una fuente de magnesio elegida de entre un silicato de magnesio mineral natural que comprenda, en porcentaje en peso, más del 30 % de SiO2 y más del 10 % de MgO, representando el MgO y el SiO2 juntos más del 60 % del peso total de dicha fuente,

- opcionalmente, al menos una fuente de aluminio elegida de entre un óxido de aluminio mixto con al menos un elemento elegido del grupo que consiste en Si, Ca, Na, K, en particular un silicato de aluminio, por ejemplo, caolín, nefelina o pirofilita, en el que dichas fuentes de calcio y/o magnesio y/o aluminio son materiales minerales naturales, es decir, materiales minerales no procesados procedentes de un entorno geológico natural,

- opcionalmente, caliza CaCO3 o un hidróxido de calcio tal como la portlandita Ca(OH)2,

- opcionalmente, dolomita CaMg(CO3)2,

- opcionalmente, alúmina hidratada (Al(OH)3) o calcinada AbO3,

b) determinar la composición de dichas fuentes naturales de calcio y/o magnesio y/o aluminio,

c) sobre la base de dicha(s) composición(es) determinada(s) según el punto b), determinar las cantidades necesarias de dichas materias primas para obtener un vidrio de dicha composición objetivo,

d) mezclar dichos materiales según dichas cantidades,

e) fundir dicha mezcla y enfriarla en condiciones que hagan posible obtener dicho vidrio, en particular en forma de fibras después del fibrado.

Según realizaciones particulares y ventajosas de la presente invención, que por supuesto pueden combinarse entre sí:

- Una fuente de calcio es un silicato de calcio mineral natural que comprende, en porcentaje en peso, más del 30 % de SiO2 y más del 15 % de CaO, representando el CaO y el SiO2 juntos más del 60 %, o aun más del 70 % o aun más del 80 % del peso total de dicha fuente.

- Una fuente de magnesio es un silicato de magnesio mineral natural que comprende, en porcentaje en peso, más del 30 % de SiO2 y más del 15 % de MgO, representando el MgO y el SiO2 juntos más del 60 %, o aun más del 70 % o aun más del 75 % del peso total de dicha fuente.

- Las materias primas de dicho baño fundido comprenden una fuente de calcio como se ha descrito anteriormente y una fuente de magnesio como se ha descrito anteriormente.

- Una fuente de magnesio es un material mineral natural que corresponda a la siguiente composición, en porcentajes en peso:

- SiO2: entre el 40 y el 55 %, preferiblemente entre el 45 y el 50 %,

- AbO3: entre el 0 y el 10 %, por ejemplo, entre el 1 y el 10 %,

- MgO: entre el 20 y el 40 %, preferiblemente entre el 25 y el 35 %,

- MgO y SiO2 que representen acumulativamente preferiblemente al menos el 70 %, o aun al menos el 75 %, - Fe2O3: entre el 0 y el 4 %, por ejemplo, entre el 1 y el 3 %,

- menos del 5 % de otros óxidos, preferiblemente menos del 3 % de otros óxidos,

- opcionalmente agua, en particular presente en dicha fuente en forma de hidróxido(s), preferiblemente en una cantidad de menos del 20 % y, en particular, entre el 5 y el 15 %.

- SiO2: entre el 55 y el 70 %, preferiblemente entre el 58 y el 65 %,

- AbO3: entre el 0 y el 10 %, por ejemplo, entre el 1 y el 10 %,

- MgO: entre el 20 y el 40 %, preferiblemente entre el 25 y el 35 %,

- MgO y SiO2 que representen acumulativamente preferiblemente al menos el 85 %, o aun al menos el 90 %, - Fe2O3: entre el 0 y el 4 %, por ejemplo, entre el 0,5 y el 2 %,

- opcionalmente agua, preferiblemente en una cantidad de menos del 20 % y, en particular, entre el 5 y el 15 %. - Una fuente de magnesio es un material mineral natural que corresponda a la siguiente composición, en porcentajes en peso:

- SiO2: entre el 30 y el 50 %, preferiblemente entre el 35 y el 45 %,

- AbO3: entre el 0 y el 10 %, por ejemplo, entre el 1 y el 5 %,

- MgO: entre el 25 y el 45 %, preferiblemente entre el 30 y el 40 %,

- MgO y SiO2 que representen acumulativamente preferiblemente al menos el 70 %, o aun al menos el 75 %, - Fe2O3: entre el 0 y el 10 %, por ejemplo, entre el 5 y el 10 %,

- opcionalmente agua, preferiblemente en una cantidad de menos del 20 % y, en particular, entre el 5 y el 15 %. - Una fuente de calcio es un material mineral natural que corresponda a la siguiente composición, en porcentajes en peso:

- SÍO2: entre el 30 y el 55 %, preferiblemente entre el 35 y el 52 %,

- CaO: entre el 35 y el 55 %, preferiblemente entre el 40 y el 50 %,

- CaO y SiO2 que representen acumulativamente preferiblemente al menos el 80 %, o aun al menos el 85 %, - Fe2O3: entre el 0 y el 4 %, por ejemplo, entre el 0,1 y el 0.5 %,

- AbO3: entre el 0 y el 5 %, por ejemplo, entre el 0,5 y el 2 %,

- CO2: entre el 0 y el 20 %, en particular, entre el 5 y el 15 %,

- menos del 5 % de otros óxidos, preferiblemente menos del 3 % de otros óxidos.

- Una fuente de calcio es un material mineral natural que corresponda a la siguiente composición, en porcentajes en peso:

- SiO2: entre el 40 y el 55 %, preferiblemente entre el 40 y el 50 %,

- CaO: entre el 10 y el 30 %, preferiblemente entre el 12 y el 20 %,

- CaO y SiO2 que representen acumulativamente preferiblemente al menos el 55 %, o aun al menos el 60 %, - AbO3: entre el 10 y el 40 %, por ejemplo, entre el 25 y el 35 %,

- Fe2O3: entre el 0 y el 4 %, por ejemplo, entre el 0,1 y el 1 %,

- Na2O: entre el 0 y el 4 %,

- Al menos una fuente de magnesio como se ha descrito anteriormente y al menos una fuente de calcio como se ha descrito anteriormente se utilizan como materias primas.

- Todos los silicatos presentes en el baño fundido representan más del 20 % del peso total de dicho baño, excluidos la sílice y el vidrio de desecho, preferiblemente más del 30 %, o aun más del 40 % o aun más del 45 % del peso total de dicho baño excluidos la sílice y el vidrio de desecho.

- Se introducen en el baño fundido el vidrio de desecho reciclado y/o fibras minerales recicladas, en particular fibras de lana de vidrio recicladas, representando el vidrio de desecho reciclado y/o las fibras minerales recicladas preferiblemente entre el 1 y el 60 % del peso total del baño fundido, preferiblemente entre el 1 y el 50 % del peso total del baño fundido, más preferiblemente entre el 20 y el 40 % del peso total del baño fundido.

- Dicho vidrio de desecho responde a la siguiente composición, en porcentaje en peso:

- SiO2: entre el 65 y el 80 %, preferiblemente entre el 70 y el 75 %,

- Na2O: entre el 5 y el 20 %, preferiblemente entre el 8 y el 15 %,

- CaO: entre el 5 y el 20 %, preferiblemente entre el 8 y el 15 %,

- AbO3: entre el 0 y el 10 %, preferiblemente menos del 5 %,

- MgO: entre el 0 y el 5 %, preferiblemente menos del 3 %,

- Fe2O3: entre el 0 y el 2 %, preferiblemente menos del 1 %,

La invención también se refiere a una mezcla de materias primas como la descrita anteriormente.

Los hidróxidos (OH) se consideran según la presente invención como óxidos y como parte de conformación de la composición química de la fuente, a diferencia del agua libre (es decir, presente en forma de humedad en el material mineral natural).

Por lo tanto, fue posible obtener fibras de vidrio sin defectos a partir de la mezcla inicial según la invención, como se mostrará en los ejemplos siguientes.

Según la invención, se introduce la menor cantidad posible de carbonato, o incluso nada de carbonato, en la mezcla de materias primas. Preferiblemente, la suma del peso de carbonato alcalino y carbonato alcalinotérreo es de menos del 35, preferiblemente menos del 30 %, y preferiblemente menos del 10 %, y preferiblemente menos del 5 %, y preferiblemente menos del 1 % en peso, o incluso es cero en la mezcla de materias primas. Según una posible realización ventajosa, la mezcla de materias primas está exenta de cualquier carbonato. De forma ventajosa, es capaz de no liberar sustancialmente nada de óxido de carbono durante su calentamiento y su fusión en lana mineral. Una de las materias primas portadora de silicio puede introducirse en la mezcla de materias primas en forma de arena como fuente primaria o secundaria de silicio. También una fuente primaria o secundaria de silicio puede consistir en vidrio de desecho.

Una posible materia prima portadora de aluminio puede introducirse en la mezcla de materias primas en forma de bauxita AbO3 o de polvo de feldespato, por ejemplo, de composición general (K,Na)AlSi3O8, como fuente principal o secundaria de aluminio.

La mezcla de materias primas se calienta hasta obtener un baño fundido, generalmente en un horno. El calentamiento se efectúa a mayor o menor temperatura y en mayor o menor medida dependiendo de la calidad de fibras minerales que se busque, en particular dependiendo del grado de tolerancia a las partículas no fundidas (conocidas como “ partículas sólidas” ). Generalmente, la temperatura de calentamiento de la mezcla inicial está entre 1200 y 1500 °C para su fusión completa. Para la conversión de la mezcla de materias primas, se pueden utilizar las técnicas de fusión bien conocidas por un experto en la materia. Esta transformación puede llevarse a cabo en cualquier tipo de horno, tal como un horno eléctrico de electrodos, un horno de quemador elevado, tal como un horno de fuego cruzado o un horno de bucle, un horno de quemador sumergido.

La mezcla de materias primas, en particular las materias primas en polvo, puede humidificarse opcionalmente antes de introducirla en un horno para reducir el desprendimiento de materias primas en el horno debido a las corrientes de gas de combustión.

Para el calentamiento y la fusión, la mezcla de materias primas, humidificada si procede, puede introducirse en un horno en estado en polvo, lo que implica que cada materia prima que contiene está en estado en polvo o en forma de briquetas o gránulos, pudiendo realizarse la introducción en una o más etapas. Para el calentamiento y la fusión, la mezcla de materias primas, posiblemente humidificada, puede introducirse en un horno en forma de una composición que comprenda el vidrio de desecho y la mezcla de materias primas, esta última estando posiblemente en forma de polvo.

Los siguientes ejemplos, dados únicamente a modo de ilustración, muestran las ventajas obtenidas mediante la aplicación de la presente invención.

Ejemplos

Según una primera serie de ejemplos, se preparan diferentes mezclas de materias primas para comparar una mezcla como se utiliza actualmente para la fabricación de lana de vidrio o vidrio C para obtener un vidrio de composición sustancialmente idéntica, que presenta sustancialmente la siguiente formulación en porcentaje en peso de óxidos:

[Tabla 1]

Ejemplo 1 (estado de la técnica)

Según un primer ejemplo, se sintetiza una composición de vidrio correspondiente a la formulación anterior, según las técnicas actuales.

La Tabla 2 siguiente muestra las proporciones de las diversas materias primas y la composición final de la mezcla por lo tanto obtenida:

[Tabla 2]

La mezcla de materias primas se introduce en caliente en un crisol de platino en un horno de llama (combustión airegas u oxi-gas) a 1450 °C hasta que la mezcla se haya fundido por completo con una duración total de 3h 15 incluidos 120 min de refinado. La cantidad de CO2 liberada es de 190 gramos.

Ejemplo 2:

En este ejemplo, la mezcla de materias primas es esta vez como se describe en la Tabla 3 siguiente.

En esta mezcla inicial, se introdujo como reactivo otro material mineral natural de un óxido de magnesio y silicio procedente directamente de una cantera de “ Trimouns” , ubicada en Luzenac en Francia, para sustituir a la dolomita. Se considera que los hidróxidos, según la presente invención, forman parte de la composición química de la fuente, a diferencia del agua libre (es decir, presente en forma de humedad en el material mineral natural). Se indican en la tabla siguiente en H2O equivalente.

Este material se introduce directamente, sin ninguna conversión química y después de una simple molienda destinada a adaptar la distribución de tamaño de las partículas del mismo, como una mezcla con los otros constituyentes en proporciones ajustadas en consecuencia para obtener un baño fundido de óxidos con una composición muy próxima a la del ejemplo 1 de referencia.

[Tabla 3]

En cuanto al ejemplo 1, la mezcla de materias primas se introduce en caliente en un crisol de platino en un horno de llama (combustión aire-gas u oxi-gas) a 1450 °C hasta la fusión completa de la mezcla con una duración total de 3h 15 incluidos 120 min de refinado. La cantidad de CO2 liberada es de 164 gramos, es decir, un 14 % menos en comparación con el ejemplo de referencia.

Ejemplo 3:

En este ejemplo, la mezcla de materias primas es esta vez como se describe en la Tabla 4 siguiente.

En esta mezcla inicial, se introdujo como reactivo otro material mineral natural de un silicato de magnesio procedente directamente de una cantera ubicada en Cariño, en España, para sustituir a la dolomita. La composición de óxido de este material mineral se indica a continuación.

[Tabla 4]

En cuanto al ejemplo 1, la mezcla de materias primas se introduce en caliente en un crisol de platino en un horno de llama (combustión aire-gas u oxi-gas) a 1450 °C hasta la fusión completa de la mezcla con una duración total de 3h 15 incluidos 120 min de refinado. La cantidad de CO2 liberada es de 163 gramos, es decir, un 14 % menos en comparación con el ejemplo de referencia.

Ejemplo 4:

En este ejemplo, la mezcla de materias primas es esta vez como se describe en la Tabla 5 siguiente.

Más justamente, la fuente mineral utilizada en este ejemplo es el material mineral de “ Cariño” descrito en el ejemplo anterior, y también otro material mineral natural de un silicato de calcio procedente directamente de una cantera ubicada en Hermosillo, en México.

[Tabla 5]

En cuanto al ejemplo 1, la mezcla de materias primas se introduce en caliente en un crisol de platino en un horno de llama (combustión aire-gas u oxi-gas) a 1450 °C hasta la fusión completa de la mezcla con una duración total de 3h 15 incluidos 120 min de refinado. La cantidad de CO2 liberada es de 120 gramos, es decir, un 37 % menos con respecto al ejemplo de referencia.

Ejemplo 5:

En este ejemplo, la mezcla de materias primas es esta vez como se describe en la Tabla 6 siguiente.

Más específicamente, en este ejemplo se utilizaron los mismos silicatos naturales de magnesio y calcio que en el ejemplo anterior, pero esta vez se utilizó hidróxido de sodio como materia prima, que es la fuente de Na.

[Tabla 6]

En cuanto al ejemplo 1, la mezcla de materias primas se introduce en caliente en un crisol de platino en un horno de llama (combustión aire-gas u oxi-gas) a 1450 °C hasta la fusión completa de la mezcla con una duración total de 3h 15 incluidos 120 min de refinado. La cantidad de CO2 liberada es esta vez de 20 gramos, es decir, un 90 % menos con respecto al ejemplo de referencia.

Según una segunda serie de ejemplos, se preparan diversas mezclas de materias primas para obtener un vidrio de composición sustancialmente idéntica a la formulación descrita en la Tabla 1, pero utilizando vidrio de desecho reciclado como materia prima.

Ejemplo 6 (Comparativo)

Según un ejemplo de referencia, se sintetiza una composición típica de vidrio para la fabricación de lana de vidrio o vidrio C que corresponde a la composición descrita en la Tabla 7, según las técnicas actuales y las materias primas utilizadas habitualmente, pero introduciendo un 36 % de vidrio de desecho de botellas en la misma, cuya composición de óxidos se indica a continuación.

La Tabla 7 siguiente muestra las proporciones de las diversas materias primas y la composición final de la mezcla por lo tanto obtenida:

[Tabla 7]

La mezcla de materias primas se introduce en caliente en un crisol de platino en un horno de llama (combustión airegas u oxi-gas) a 1450 °C hasta que la mezcla se haya fundido por completo con una duración total de 3h 15 incluidos 120 min de refinado. La cantidad de CO2 liberada es de 111 gramos.

Ejemplo 7:

En este ejemplo, la mezcla de materias primas es esta vez como se describe en la Tabla 8 siguiente.

Más específicamente, se utilizó vidrio de desecho en este ejemplo y, como fuente de magnesio, el compuesto mineral natural de “Trimouns” descrito anteriormente. Estos materiales se introducen directamente, sin ninguna transformación química y después de una simple molienda destinada a adaptar la distribución de tamaño de las partículas de los mismos, como una mezcla con el vidrio de desecho y los otros constituyentes en proporciones ajustadas en consecuencia para obtener una mezcla fundida de composición muy próxima a la del ejemplo de referencia.

[Tabla 8]

En cuanto al ejemplo 1, la mezcla de materias primas se introduce en caliente en un crisol de platino en un horno de llama (combustión aire-gas u oxi-gas) a 1450 °C hasta la fusión completa de la mezcla con una duración total de 3h 15 incluidos 120 min de refinado. La cantidad de CO2 liberada es de 48 gramos, es decir, una disminución del 75 % con respecto al ejemplo 1 de referencia y del 57 % con respecto al ejemplo 6 comparativo.

Ejemplo 8:

En este ejemplo, la mezcla de materias primas es esta vez como se describe en la Tabla 9 siguiente.

Más justamente, se utilizó vidrio de desecho en este ejemplo y, como fuente de magnesio, el compuesto mineral natural de “ Cariño” descrito anteriormente. Estos materiales se introducen directamente, sin ninguna transformación química y después de una simple molienda destinada a adaptar la distribución de tamaño de las partículas de los mismos, como una mezcla con el vidrio de desecho y los otros constituyentes en proporciones ajustadas en consecuencia para obtener una mezcla fundida de composición muy próxima a la del ejemplo de referencia.

[Tabla 9]

En cuanto al ejemplo 1, la mezcla de materias primas se introduce en caliente en un crisol de platino en un horno de llama (combustión aire-gas u oxi-gas) a 1450 °C hasta la fusión completa de la mezcla con una duración total de 3h 15 incluidos 120 min de refinado. La cantidad de CO2 liberada es esta vez de 48 gramos, es decir, una disminución del 75 % con respecto al ejemplo 1 de referencia y del 57 % con respecto al ejemplo 6 comparativo.

Ejemplo 9:

En este ejemplo, la mezcla de materias primas es esta vez como se describe en la Tabla 10.

Más específicamente, se utilizó vidrio de desecho en este ejemplo y el compuesto mineral natural de “ Cariño” descrito anteriormente como se utilizó como fuente de magnesio, y NaOH como una fuente de sodio. Estos materiales se introducen directamente, sin ninguna transformación química y después de una simple molienda destinada a adaptar la distribución de tamaño de las partículas de los mismos, como una mezcla con el vidrio de desecho y los otros constituyentes en proporciones ajustadas en consecuencia para obtener una mezcla fundida de composición muy próxima a la del ejemplo de referencia.

[Tabla 10]

En cuanto al ejemplo 1, la mezcla de materias primas se introduce en caliente en un crisol de platino en un horno de llama (combustión aire-gas u oxi-gas) a 1450 °C hasta la fusión completa de la mezcla con una duración total de 3h 15 incluidos 120 min de refinado. Esta fusión no libera CO2.

Las ventajas y la calidad del vidrio obtenido a partir de los baños de vidrio fundido según los Ejemplos 1 a 9 anteriores se indican en la Tabla 11 siguiente, en la que se han comunicado diversos criterios de evaluación obtenidos según las mediciones siguientes:

1. °) Rendimiento

Esta es la relación entre la cantidad de vidrio producido y la cantidad de materias primas cargadas. Cuanto mayor sea esta relación, superior será la cantidad de vidrio que se pueda producir e inferiores serán las emisiones de gas (CO2, H2O).

2. °) Cantidad de arena: es la cantidad de arena utilizada con respecto al ejemplo 1 de referencia (en un porcentaje del peso guardado). Además de las consideraciones sanitarias relacionadas con la ingesta excesiva de arena (riesgo de silicosis), la reducción de la cantidad de arena utilizada en beneficio de otros materiales minerales, tales como los silicatos naturales, hace posible reducir la energía necesaria para fundir el vidrio, ya que la materia prima más refractaria del baño es la sílice.

3. °) Energía consumida: es la cantidad de energía ahorrada con respecto al ejemplo 1 de referencia (en porcentaje). Esta medida corresponde a la energía requerida para fundir la mezcla de materias primas correspondiente a cada ejemplo.

4. °) Calidad del refinado (o tasa de burbujas):

El número de burbujas por kilogramo de vidrio fundido se midió a 1480 °C durante 120 minutos. Cuanto más alto sea este índice, mejor será la calidad del refinado.

***: número de burbujas en el ejemplo / número de burbujas en el ejemplo 1 de referencia <100 %

****: número de burbujas en el ejemplo / número de burbujas en el ejemplo 1 de referencia <50 %

5. °) Homogeneidad del SO 2:

El índice de calidad es proporcional a la homogeneidad del SiO2 (medida por microsonda/EDS) del vidrio fundido a 1480 °C durante 120 min.

La homogeneidad se mide mediante una serie de mediciones de la cantidad de SiO2 en diferentes puntos del vidrio y se determina una desviación estándar a continuación.

**: Desviación estándar del SiO2 (medida por microsonda/EDS) >0,5 %

***: Desviación estándar del SiO2 (medida por microsonda/EDS) comprendida entre 0,1 y 0,5 %

****: Desviación estándar del SiO2 (medida por microsonda/EDS) <0,1 %

[Tabla 11]

La comparación de los resultados anteriores muestra que los Ejemplos 2 a 5 y 7 a 9 según la invención presentan en general índices de calidad superiores a los de los ejemplos 1 y 6 de referencia.

Los Ejemplos 4 y 5 según la invención, en los que se utilizan en combinación una fuente de calcio que consiste en un silicato de calcio mineral natural y una fuente de magnesio que consiste en un silicato de magnesio mineral natural como materias primas para dicho baño fundido, parecen particularmente ventajosos, según todos los criterios indicados en la tabla 9 anterior.

Claims

REIVINDICACIONES

Un método para fabricar vidrio, en particular fibras de vidrio que tienen una composición objetivo, que comprende la fusión de una mezcla de materias primas que constituyen un baño de fusión, dicha composición objetivo cumple los siguientes criterios, en porcentajes en peso:

SiO2: entre el 50 y el 75 %, preferiblemente entre el 60 y el 70 %

Na2O: entre el 10 y el 25 %, preferiblemente entre el 10 y el 20 %

CaO: entre el 5 y el 15 %, preferiblemente entre el 5 y el 10 %

MgO: entre el 1 y el 10 %, preferiblemente entre el 2 y el 5 %

CaO y MgO juntos representando preferiblemente entre el 5 y el 20 %

B2O3: entre el 0 y el 10 %, preferiblemente entre el 2 y el 8 %

Al2O3: entre el 0 y el 8 %, preferiblemente entre el 1 y el 6 %

K2O: entre el 0 y el 5 %, preferiblemente entre el 0,5 y el 2 %

Na2O y K2O juntos representando preferiblemente entre el 12 y el 20 %

Óxido de hierro: entre el 0 y el 3 %, preferiblemente menos del 2 %, más preferiblemente menos del 1 %

otro(s) óxido(s): entre el 0 y el 5 % en total en peso, preferiblemente menos del 3 % en total el resto consiste en impurezas inevitables,

dicho método se caracteriza por que comprende las siguientes etapas:

a) seleccionar las materias primas de dicha fusión entre al menos:

-una fuente de silicio, en particular elegida entre sílice, un vidrio de desecho, fibras minerales recicladas, en particular de lana de vidrio reciclada, en particular una mezcla de sílice y vidrio de desecho o una mezcla de sílice y fibras minerales recicladas, o una mezcla de sílice, vidrio de desecho y fibras minerales recicladas, -al menos una fuente de sodio preferiblemente seleccionada de entre hidróxido de sodio, NaOH, carbonato de sodio, Na2CO3, o una mezcla de hidróxido de sodio NaOH y carbonato de sodio Na2CO3,

-al menos una fuente de boro preferiblemente seleccionada de entre un óxido de boro tal como el pentaborato de sodio o un óxido mixto de boro con al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en Si, Mg, Ca, en particular un óxido seleccionado del grupo que consiste en colemanita, ulexita, tincalconita o kernita, -al menos una fuente de calcio seleccionada de entre un silicato de calcio mineral natural que comprenda, en porcentaje en peso, más del 30 % de SiO2 y más del 10 % de CaO, representando el CaO y el SiO2 juntos más del 60 % del peso total de dicha fuente, y/o

-al menos una fuente de magnesio seleccionada de entre un silicato de magnesio mineral natural que comprenda, en porcentaje en peso, más del 30 % de SiO2 y más del 10 % de MgO, representando el MgO y el SiO2 juntos más del 60 % del peso de dicha fuente,

-opcionalmente, al menos una fuente de aluminio seleccionada de entre un óxido de aluminio mixto con al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en Si, Ca, Na, K, en particular un silicato de aluminio,

en donde dichas fuentes de calcio y/o magnesio y/o aluminio son materiales minerales naturales, es decir, materiales minerales no procesados procedentes de un entorno geológico natural,

-opcionalmente, caliza CaCO3 o un hidróxido de calcio tal como la portlandita Ca(OH)2,

-opcionalmente, dolomita CaMg(CO3)2,

-opcionalmente, alúmina hidratada (Al(OH)3) o calcinada AbO3,

b) se determina la composición de dichas fuentes naturales de calcio y/o magnesio y/o aluminio,

c) sobre la base de dicha(s) composición(es) determinada(s) según el punto b), determinar las cantidades necesarias de dichas materias primas para obtener un vidrio de dicha composición objetivo,

d) mezclar dichos materiales según dichas cantidades,

efundir dicha mezcla y enfriarla en condiciones que hagan posible obtener dicho vidrio, en particular en forma de fibras después del fibrado.

El método según la reivindicación anterior, en donde dicha fuente de calcio es un silicato de calcio mineral natural que comprende, en porcentaje en peso, más del 30 % de SiO2 y más del 15 % de CaO, representando el CaO y el SiO2 juntos más del 60 %, o más del 70 % o aun más del 80 % del peso total de dicha fuente.

3. El método según una de las reivindicaciones anteriores, en donde dicha fuente de magnesio es un silicato de magnesio mineral natural que comprende, en porcentaje en peso, más del 30 % de SiO2 y más del 15 % de MgO, representando el MgO y el SiO2 juntos más del 60 %, o más del 70 % o aun más del 75 % del peso de dicha fuente.

4. El método según las reivindicaciones 2 y 3, en donde las materias primas de dicho baño fundido comprenden una fuente de calcio que es un silicato de calcio mineral natural que comprende, en porcentaje en peso, más del 30 % de SiO2 y más del 10 % de CaO, preferiblemente más del 15 % de CaO, representando el CaO y el SiO2 juntos más del 60 % o más del 70 % o incluso más del 80 % del peso total de dicha fuente y una fuente de magnesio que es un silicato de magnesio mineral natural que comprende, en porcentaje en peso, más del 30 % de SiO2 y más del 10 % de MgO, preferiblemente más del 15 % de MgO, MgO y SiO2 representando juntos más del 60 % o más del 70 % o aun más del 75 % del peso total de dicha fuente.

5. El método según una de las reivindicaciones anteriores, en donde dicha fuente de magnesio es un material mineral natural correspondiente a la siguiente composición, en porcentajes en peso:

-SiO2: entre el 40 y el 55 %, preferiblemente entre el 45 y el 50 %,

-AbO3: entre el 0 y el 10 %, por ejemplo, entre el 1 y el 10 %,

-MgO: entre el 20 y el 40 %, preferiblemente entre el 25 y el 35 %,

-MgO y SiO2 que representen acumulativamente al menos el 70 %, o aun al menos el 75 %, -Fe2O3: entre el 0 y el 4 %, por ejemplo, entre el 1 y el 3 %,

-menos del 5 % de otros óxidos, preferiblemente menos del 3 % de otros óxidos, -opcionalmente agua, en particular presente en dicha fuente en forma de hidróxido(s), preferiblemente en una cantidad de menos del 20 % y, en particular, entre el 5 y el 15 %.

6. El método según una de las reivindicaciones 1 a 4, en donde dicha fuente de magnesio es un material mineral natural correspondiente a la siguiente composición, en porcentajes en peso:

-SiO2: entre el 55 y el 70 %, preferiblemente entre el 58 y el 65 %,

-AbO3: entre el 0 y el 10 %, por ejemplo, entre el 1 y el 10 %,

-MgO: entre el 20 y el 40 %, preferiblemente entre el 25 y el 35 %,

-MgO y SiO2 que representen acumulativamente al menos el 85 %, o aun al menos el 90 %, -Fe2O3: entre el 0 y el 4 %, por ejemplo, entre el 0,5 y el 2 %,

-menos del 5 % de otros óxidos, preferiblemente menos del 3 % de otros óxidos, -opcionalmente agua, preferiblemente en una cantidad de menos del 20 % y, en particular, entre el 5 y el 15 %.

7. El método según una de las reivindicaciones 1 a 4, en donde dicha fuente de magnesio es un material mineral natural correspondiente a la siguiente composición, en porcentajes en peso:

-SiO2: entre el 30 y el 50 %, preferiblemente entre el 35 y el 45 %,

-AbO3: entre el 0 y el 10 %, por ejemplo, entre el 1 y el 5 %,

-MgO: entre el 25 y el 45 %, preferiblemente entre el 30 y el 40 %,

-MgO y SiO2 que representen acumulativamente al menos el 70 %, o aun al menos el 75 %, -Fe2O3: entre el 0 y el 10 %, por ejemplo, entre el 5 y el 10 %,

-menos del 5 % de otros óxidos, preferiblemente menos del 3 % de otros óxidos, -opcionalmente agua, preferiblemente en una cantidad de menos del 20 % y, en particular, entre el 5 y el 15 %.

8. El método según una de las reivindicaciones anteriores, en donde dicha fuente de calcio es un material mineral natural correspondiente a la siguiente composición, en porcentajes en peso:

-SiO2: entre el 30 y

55 %, preferiblemente entre el 35 y el 52 %,

-CaO: entre el 35 y 55 %, preferiblemente entre el 40 y el 50 %, -CaO y SiO2 que representen acumulativamente al menos el 80 %, o aun al menos el 85 %, -Fe2O3: entre el 0 y el 4 %, por ejemplo, entre el 0,1 y el 0.5 %,

-AbO3: entre el 0 y el 5 %, por ejemplo, entre el 0,5 y el 2 %,

-CO2: entre el 0 y el 20 %, en particular, entre el 5 y el 15 %,

-menos del 5 % de otros óxidos, preferiblemente menos del 3 % de otros óxidos.

9. El método según la reivindicación 1, en donde dicha fuente de calcio es un material mineral natural correspondiente a la siguiente composición, en porcentajes en peso:

-SiO2: entre el 40 y 55 %, preferiblemente entre el 40 y el 50 %, -CaO: entre el 10 y el 30 %, preferiblemente entre el 12 y el 20 %, -CaO y SiO2 que representen acumulativamente al menos el 55 %, o aun al menos el 60 %, -AI2O3: entre el 10 y el 40 %, por ejemplo, entre el 25 y el 35 %,

-Fe2O3: entre el 0 y el 4 %, por ejemplo, entre el 0,1 y el 1 %,

-Na2O: entre el 0 y el 4 %,

-menos del 5 % de otros óxidos, preferiblemente menos del 3 % de otros óxidos.

10. Un método en donde se utilizan al menos una fuente de magnesio como se describe en una de las reivindicaciones 5 a 7 y al menos una fuente de calcio como se describe en una de las reivindicaciones 8 o 9 como materias primas.

11. El método según una de las reivindicaciones anteriores, en donde se introducen vidrio de desecho reciclado y/o fibras minerales recicladas, en particular fibras de lana de vidrio recicladas, en un baño fundido.

12. El método según la reivindicación anterior, en donde el vidrio de desecho reciclado y/o las fibras minerales recicladas representan entre el 1 y el 50 % del peso total del baño fundido, preferiblemente entre el 20 y el 40 % del peso total del baño fundido.

13. El método según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el vidrio de desecho satisface la siguiente composición, en porcentaje en peso:

-SiO2: entre el 65 y el 80 %, preferiblemente entre el 70 y el 75 %,

-Na2O: entre el 5 y el 20 %, preferiblemente entre el 8 y el 15 %,

-CaO: entre el 5 y el 20 %, preferiblemente entre el 8 y el 15 %,

-AbO3: entre el 0 y el 10 %, preferiblemente menos del 5 %,

-MgO: entre el 0 y el 5 %, preferiblemente menos del 3 %,

-Fe2O3: entre el 0 y el 2 %, preferiblemente menos del 1 %,

-menos del 5 % de otros óxidos, preferiblemente menos del 3 % de otros óxidos.

14. Una mezcla de materias primas como se describe en una de las reivindicaciones anteriores, que comprende:

-una fuente de silicio, en particular elegida entre sílice, un vidrio de desecho, fibras minerales recicladas, en particular de lana de vidrio reciclada, en particular una mezcla de sílice y vidrio de desecho o una mezcla de sílice y fibras minerales recicladas, o una mezcla de sílice, vidrio de desecho y fibras minerales recicladas,

-al menos una fuente de sodio preferiblemente seleccionada de entre hidróxido de sodio, NaOH, carbonato de sodio, Na2CO3, o una mezcla de hidróxido de sodio NaOH y carbonato de sodio Na2CO3,

-al menos una fuente de boro preferiblemente seleccionada de entre un óxido de boro tal como el pentaborato de sodio o un óxido mixto de boro con al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en Si, Mg, Ca, en particular un óxido seleccionado del grupo que consiste en colemanita, ulexita, tincalconita o kernita, o mezclas de los mismos,

-al menos una fuente de calcio seleccionada de entre un silicato de calcio mineral natural que comprenda, en porcentaje en peso, más del 30 % de SiO2 y más del 10 % de CaO, preferiblemente más del 15 % de CaO, representando el CaO y el SiO2 juntos más del 60 %, o más del 70 % o aun más del 80 % del peso total de dicha fuente, y/o

-al menos una fuente de magnesio seleccionada de entre un silicato de magnesio mineral natural que comprenda, en porcentaje en peso, más del 30 % de SiO2 y más del 10 % de MgO, preferiblemente más de 15 % de MgO, representando el MgO y el SiO2 juntos más del 60 %, o más del 70 %, o aun más del 75 % del peso de dicha fuente,

-opcionalmente, al menos una fuente de aluminio seleccionada de entre un óxido de aluminio mixto con al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en Si, Ca, Na, K, en particular un silicato de aluminio,

en donde dichas fuentes de calcio y/o magnesio y/o aluminio son materiales minerales naturales, es decir, materiales minerales no procesados procedentes de un entorno geológico natural, -opcionalmente, caliza CaCO3 o un hidróxido de calcio tal como la portlandita Ca(OH)2, -opcionalmente, dolomita CaMg(CO3)2,

-opcionalmente, alúmina hidratada (Al(OH)3) o calcinada AbO3.