PL189752B1

PL189752B1 - Sposób wytwarzania włókien mineralnych

Info

Publication number: PL189752B1
Application number: PL98341004A
Authority: PL
Inventors: Vermund Rust Christensen; Soren Lund Jensen; Jens Ranlov
Original assignee: Rockwool Int
Priority date: 1997-12-02
Filing date: 1998-12-02
Publication date: 2005-09-30
Also published as: DE69802111D1; AU1563799A; WO1999028253A1; DE69802111T2; PL341004A1; CZ20001859A3; EP1036044B2; ATE207042T1; CZ291441B6; SK283402B6; EP1036044B1; HUP0100204A2; ES2163900T5; HU225799B1; HUP0100204A3; CA2312837A1; CA2312837C; US6698245B1; SK7962000A3; EP1036044A1

Abstract

1 Sposób wytwarzania wlókien mineralnych, w którym dostarcza sie mineralne sklad- niki stale do pieca, topi sie te m ineralne skladniki stale w piecu z wytworzeniem stopu i z tego stopu formuje sie wlókna, przy czym stop m a nastepujacy sklad mineralny w przeliczeniu na tlenki w procentach wagowych: 30 - 70% Si02, nie wiecej niz 40% A l 2O 3, 8 - 30% CaO, 2 - 25% M gO, 2 - 15% FeO , powyzej 15% CaO + M gO + FeO, poni- zej 10% Na2 0 + K 2O, nie wiecej niz 6% Ti0 2 oraz nie wiecej niz 8% innych skladników, znamienny tym, ze topi sie (i) mineralne skladniki stale, z których kazdy zawiera ponizej 0,5% wagowych chlorowca, przy czym stosuje sie je w ilosci 80 - 98% wagowych m ine- ralnych skladników stalych, oraz (ii) odpad mineralny o wysokiej zawartosci chlorowca, zawierajacy co najmniej 1% w agowych chlorowca, który stosuje sie w ilosci 2 - 20% w a- gowych mineralnych skladników stalych, przy czym stop zaw iera 0,05 - 2% fluoru. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania włókien mineralnych, należących do sztucznych włókien szklistych (w skrócie MMVF od angielskiej nazwy Man Made Fibres).

Włókna MMVF wytwarza się przez topienie mineralnych składników stałych z wytworzeniem stopu mineralnego, a następnie rozwłóknianie stopu, zazwyczaj odśrodkowym sposobem rozwłókniania.

Włókna mineralne (która to nazwa obejmuje włókna kamienne i włókna żużlowe) wytwarza się zazwyczaj z tanich surowców (często obejmujących materiały odpadowe), bardziej opłacalnymi ekonomicznie sposobami niż w przypadku wytwarzania włókien szklanych. W przypadku wielu włókien szklanych wymagane są ich określone właściwości, których uzyskanie usprawiedliwia związane z tym koszty i niedogodności manipulowania surowcami zawierającymi fluor lub innymi trudnymi surowcami, a zatem wprowadzanie takich surowców do stopu jest opłacalne. Tak więc koszty związane np. z kontrolą gazów odlotowych mogą być w pełni rekompensowane zwiększoną wytrzymałością i innymi właściwościami wytwarzanych włókien szklanych. Jednak włókna mineralne nie muszą mieć takich określonych

189 752 właściwości fizycznych, a ponieważ głównym celem stosowania włókien jest zapewnienie dobrej izolacji, można je wytwarzać jako włókna o małej średnicy, odpowiedniej długości i minimalnej zdolności do tworzenia grudek.

Z tego względu jest nie tylko możliwe, ale i pożądane stosowanie pewnej ilości materiału odpadowego jako części wsadu przy wytwarzaniu stopu kamiennego, z którego wytwarza się włókna mineralne. Do takich odpadowych materiałów należą odpadowe włókna MMVF, ale również różne inne odpady, takie jak popiół lotny.

Pomimo rozpowszechnienia stosowania odpadów w produkcji włókien mineralnych, odpady stosowane w praktyce nigdy nie są odpadami zawierającymi toksyczne materiały w znaczących dla środowiska ilościach. Nie zapewnia to bowiem dostrzegalnych korzyści przy stosowaniu toksycznego odpadu zamiast odpadu nietoksycznego, a ponadto stosowanie toksycznego odpadu niewątpliwie wymagałoby zmodyfikowanych procedur, takich jak stosowanie układów do obróbki gazów odlotowych, którym stawia się rygorystyczne wymagania. Wszystkie liczne publikacje literaturowe dotyczące wytwarzania włókien mineralnych z użyciem odpadów, takich jak popiół lotny, dotyczą stosowania nietoksycznego popiołu lotnego, w przeciwieństwie do specjalnych odmian popiołu lotnego, które mogą zawierać znaczące ilości toksycznego materiału, np. co najmniej 1% fluorku. Ponadto w pewnych surowych skałach zawartość halogenków może być zmienna. Przykładowo pewne gatunki apatytu zawierają małe ilości halogenku, a inne są bardziej toksyczne z uwagi na wyższą zawartość halogenku, toteż muszą być traktowane jako toksyczne odpady.

Jeden z konkretnych sposobów z użyciem odpadów przemysłowych podano w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5364447. Opisano w nim złożony sposób obróbki odpadów i wytwarzania włókien ze stopu wytwarzanego w jednym z etapów procesu. Nie opisano szczegółowo, jaki wsad należy zastosować do wytwarzania stopu, ale wygląda na to, że wsad będzie wytwarzany w całości z niebezpiecznych materiałów odpadowych.

Podobnie inny złożony sposób postępowania z niebezpiecznymi materiałami opisano w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5134944, jednak również w tym przypadku nie jest jasne, czy w rzeczywistości można uzyskać korzyści przy wytwarzaniu włókien z użyciem niewielkich ilości określonych odpadów.

Tak więc w produkcji włókien szklanych stosuje się rozsądne i kontrolowane ilości surowców zawierających fluorek, aby łatwiej można było uzyskać właściwości wymagane w pewnych konkretnych zastosowaniach włókien szklanych, z tym że zasadniczo nie stosuje się odpadów o zmiennym składzie (z uwagi na zmienny wpływ na właściwości włókien szklanych); natomiast w produkcji włókien mineralnych stosuje się odpady, jednak odpady zawierające fluor i inne odpady toksyczne uważa się za niepożądane, gdyż brak jest wystarczających powodów usprawiedliwiających wprowadzanie modyfikacji procedur, np. obróbki gazów odlotowych.

Nieoczekiwanie stwierdzono, że wydajność produkcji włókien mineralnych (zwłaszcza w odniesieniu do ilości powstających grudek) zwiększa się dzięki stosowaniu odpadu o wysokiej zawartości chlorowca, i, wbrew znanemu poglądowi, w rzeczywistości bardzo pożądane jest wytwarzanie włókien mineralnych z wsadu zawierającego odpad mineralny o wysokiej zawartości chlorowca.

Tak więc wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania włókien mineralnych, w którym dostarcza się mineralne składniki stałe do pieca, topi się te mineralne składniki stałe w piecu z wytworzeniem stopu i z tego stopu formuje się włókna, przy czym stop ma następujący skład mineralny w przeliczeniu na tlenki w procentach wagowych: 30 - 70% SiO₂, nie więcej niż 40% Al₂O3, 8 - 30% CaO, 2 - 25% MgO, 2 - 15% FeO, powyżej 15% CaO + MgO + FeO, poniżej 10% Na20 + K2O, nie więcej niż 6% TiO₂ oraz nie więcej niż 8% innych składników, a cechą tego sposobu jest to, że topi się (i) mineralne składniki stałe, z których każdy zawiera poniżej 0,5% wagowych chlorowca, przy czym stosuje się je w ilości 80 - 98% wagowych mineralnych składników stałych, oraz (ii) odpad mineralny o wysokiej zawartości chlorowca, zawierający co najmniej 1% wagowych chlorowca, który stosuje się w ilości 2 - 20% wagowych mineralnych składników stałych, przy czym stop zawiera 0,05 - 2% fluoru.

Korzystnie gazy odlotowe zawierające chlorowiec, powstające przy topieniu odpadu mineralnego o wysokiej zawartości chlorowca, przed wypuszczeniem do atmosfery płucze się

189 752 materiałem tworzącym stały halogenek, a otrzymaną substancję stałą dodaje się do mineralnych składników stałych jako część odpadu o wysokiej zawartości chlorowca.

Korzystnie materiały mineralne o niskiej zawartości chlorowca i odpad mineralny o wysokiej zawartości chlorowca topi się razem w piecu.

Korzystnie wytwarza się stop materiału mineralnego o niskiej zawartości chlorowca i odpad mineralny o wysokiej zawartości chlorowca dodaje się jako proszek do stopu lub bezpośrednio nad stop.

Korzystnie odpad mineralny o wysokiej zawartości chlorowca topi się w piecu elektrycznym lub plazmowym z wytworzeniem stopu o wysokiej zawartości chlorowca, a materiał mineralny o niskiej zawartości chlorowca topi się w odrębnym piecu, z wytworzeniem stopu mineralnego o niskiej zawartości chlorowca, po czym stopy o wysokiej i niskiej zawartości chlorowca miesza się z wytworzeniem mieszanego stopu i włókna wytwarza się z tego mieszanego stopu.

Korzystnie stop zawiera 0,2 - 5% chlorowca.

Korzystnie stop zawiera 0,3 - 2% fluoru.

Korzystnie stop zawiera co najmniej 15% glinu.

W opisie stosuje się określenie „włókna mineralne” dla odróżnienia tych produktów od włókien szklanych. W poniższym opisie składu, wszystkie ilości są wyrażone jako ilości wagowe tlenków.

Włókna szklane tradycyjnie zawierają metale ziem alkalicznych i żelazo (wapń, magnez i żelazo) w stosunkowo małej całkowitej ilości, zazwyczaj poniżej 12%. Natomiast włókna mineralne wytworzone sposobem według wynalazku zawierają powyżej 15%, a zwykle powyżej 20% wapnia, magnezu i żelaza (łącznie 3 tlenków). Włókna szklane zasadniczo są wolne od żelaza, podczas gdy włókna mineralne wytworzone sposobem według wynalazku zzwierają zazwyczaj co najmniej 1%, często co najmniej 3%, a η^ε^ε^ 5 - 12% lub więcbj welaza w przeliczeniu na FeO.

Włókna szklane tradycyjnie zawierają duże ilości metali alkalicznych (tlenku sodu + tlenku potasu), podczas gdy włókna mineralne wytworzone sposobem według wynalazku korzystnie zawierają mniej niż 10% metalu alkalicznego.

Włókna mineralne zawierają zazwyczaj krzemionkę w ilości 30 - 70%. Często obecne są różne inne tlenki, w tym zwłaszcza tlenek glinu.

Sposób według wynalazku jest szczególnie przydatny przy wytwarzaniu włókien, które, jak można wykazać, są rozpuszczalne w fizjologicznym roztworze soli. Pewne takie włókna zawierają stosunkowo niską ilość glinu, np. nie więcej niż 4%, ewentualnie wraz z 1 - 5% fosforu i 1 - 5% boru (w przeliczeniu na tlenki, wagowo). Typowe włókna o niskiej zawartości glinu ujawniono np. w publikacjach EP-A-459897 oraz W092/09536, W093/22251 i W096/00196.

Sposób według wynalazku jest również szczególnie przydatny przy wytwarzaniu włókien o wyższej zawartości glinu, np. co najmniej 15%), a zwykle co najmniej 17%, a jeszcze częściej co najmniej 18% Al₂O3, np. do 30, 35 lub 40% Al₂O₂.

Sposób według wynalazku jest szczególnie przydatny przy wytwarzaniu włókien o wysokiej zawartości glinu, gdyż wiele odpadów zawierających więcej niż 30 lub 40% glinu (jako Al₂O3), zawiera również znaczne ilości fluorku lub innego halogenku. Odpowiednie włókna o wysokiej zawartości glinu, rozpuszczalne biologicznie, które można dogodnie wytwarzać sposobem według wynalazku, opisano w publikacjach W096/14454 i W096/14274. Inne włókna opisano w publikacjach W097/2905', DE-U-2970027 i W097/30002. Ogólnie skład włókien (w przeliczeniu na tlenki w % wagowych) i stopu, z których się je wytwarza, mieści się w różnych zakresach określonych następującymi normalnymi i korzystnymi granicami, dolną i górną:

SiO₂: co najmnij., 30, 32 , 35 lub 37, nie w-ęcej niż 51, 48 , 45 lub 43;

AI2O3: co n^tjjnnii^j 14, 15 , 16 lub 18 , me w^jj niż , 30, 26 lub 23;

CaO: co najmniej 8 lub 10; nie więcej niż 30, 25 lub 20

MgO: co najmniej 2 lub 5, rne diięcej niż 25, 20 lub 15;

FeO (w tym Fe2C>3): co najmniej 2 lub 5, me diięcej nżż 15, 12 lub 10;

189 752

FeO + MgO: co najmniej 10, 12, 15; nie więcej niż 30, 25, 20;

Na20 + K2O: 0 lub co najmniej 1; nie więcej niż 10;

CaO + Na2O3 + K2O: co najmniej 10, 15; nie więcej niż 30, 25;

T1O2: 0 lub co najmniej 1; nie więcej niż 6, 4, 2;

T1O2 + FeO: co najmniej 4, 6, nie więcej niż 18 , 12;

B2O3: 0 lub co najmniej b nie więcej niż 5, 3;

P2O5: 0 lub co najmniej b nie więcej niż 8, 5;

Inne: 0 lub co najmniej b nie więcej niż 8, 5.

Włókna korzystnie wykazują temperaturę spiekania powyżej 800°C, korzystniej powyżej 1000°C.

Lepkość stopu w temperaturze formowania włókien wynosi 0,5 - 10 Pa-s, korzystnie 1-7 Pa-s w 1400°C.

Włókna korzystnie wykazują odpowiednią rozpuszczalność w płynach płucnych, co wykazują testy in vivo i testy in vitro, prowadzone zazwyczaj w fizjologicznym roztworze soli, buforowanym do pH 4,5. Odpowiednie rozpuszczalności opisano w publikacji W096/14454. Zazwyczaj szybkość rozpuszczania w tym roztworze soli wynosi co najmniej 20 nm/dzień.

Zgodnie z wynalazkiem co najmniej 4/5 całości wsadu mineralnego stanowi materiał o niskiej zawartości chlorowca, tak że może to być dowolny z materiałów (odpadowych lub świeżych) tradycyjnie stosowanych do wytwarzania stopu kamiennego. Natomiast niewielką część całkowitego wsadu stanowi odpad o wysokiej zawartości chlorowca, a wprowadzanie tego materiału ma tę zaletę, że nie tylko wykorzystuje się ten materiał (który ma obecnie bardzo ograniczone zastosowanie w przemyśle), ale wywiera on również korzystny wpływ na właściwości stopu.

Ilość chlorowca w materiałach o niskiej zawartości chlorowca wynosi zawsze poniżej 0,5%, a zwykle poniżej 0,2%, np. 0,01 - 0,1%.

Ilość chlorowca w materiałach o wysokiej zawartości chlorowca wynosi zawsze co najmniej 1%, zwykle co najmniej 3%, a często co najmniej 5 lub 10%, a może wynosić do 25% (wagowych) lub więcej.

Udział materiału o wysokiej zawartości chlorowca w całości mineralnych składników stałych wynosi zawsze co najmniej 2%, a zwykle co najmniej 5%. Powinien on wynosić nie więcej niż około 20%, gdyż przy wyższej zawartości może być trudno uzyskać równocześnie wymagany skład chemiczny włókien i dobrą zdolność do rozwłókniania. Zazwyczaj co najmniej 50%, a często 80% lub nawet 95% wagowych chlorowca stanowi fluor.

Do odpadów mineralnych o wysokiej zawartości chlorowca, które można stosować zgodnie z wynalazkiem, należą popiół lotny o wysokiej zawartości chlorowca, popiół płuczkowy, zużyte wyłożenie grafitowe z produkcji Al, żużel odlewniczy i żużel konwertorowy. Do innych odpowiednich odpadów o wysokiej zawartości glinu oraz chlorowca należą żużle aluminiowe, np. odpady z wtórnej produkcji aluminium. Takie materiały ogólnie określa się jako „kożuch aluminiowy” lub „kożuch tlenku glinu”. W szczególności do odpowiednich materiałów należą te, które zawierają 0,5 - 10% wag. korzystnie 2 - 6% wag., korzystniej poniżej 5% wag. metalicznego aluminium, oraz 50 - 90% wag., korzystnie poniżej 85% wag., korzystniej 60 - 72% wag. tlenku glinu AbO;. Do korzystnych odpadów należą odpady pochodzące z procesów odlewania aluminium. Wiele z tych materiałów określa się ogólnie jako kożuch aluminiowy, z tym że w szczególności dostarcza jednego konkretnego materiału odpadowego wzbogaconego w tlenek glinu, określanego w przemyśle jako „alukożuch”. Zawiera on zwykle znaczące ilości metalicznego aluminium i dlatego jest poddawany obróbce w celu odzyskania metalicznego aluminium. Alukożuch zazwyczaj kruszy się, miele i przesiewa. Otrzymuje się pewną ilość aluminium do ponownej sprzedaży, oraz frakcję wzbogaconą w aluminium, którą przesyła się do pieca, do ponownego użycia. Jako produkt uboczny powstaje również produkt wzbogacony w tlenek glinu, określany jako „pokruszony alukożuch”. Ten proszek wzbogacony w tlenek glinu powstały w wyniku obróbki alukożucha (pokruszony alukożuch) może zawierać materiały chlorowcowe w ilości np. 1 - 10%, i może być stosowany zgodnie z wynalazkiem jako odpad o wysokiej zawartości chlorowca. Frakcję bogatą w aluminium, ewentualnie wraz z innymi materiałami odpadowymi zawierającymi

189 752 aluminium, poddaje się ponownemu topieniu w piecu. Może to być piec obrotowy lub piec do wypalania. Odpad aluminiowy można poddać ogrzewaniu w plazmie. Można także zastosować zwykły piec. Do pieca zwykle dodaje się sól w celu obniżenia napięcia powierzchniowego aluminium i zmniejszenia utleniania. W procesie tym· otrzymuje się frakcję aluminium do ponownej sprzedaży, więcej alukożucha i materiał w postaci żużla solnego. Żużel solny można poddać procesowi chemicznemu na mokro (obejmującemu przemywanie wodą i obróbkę wysokotemperaturową), w którym otrzymuje się frakcję solną, którą zawraca się do pieca, oraz proszek wzbogacony w tlenek glinu. Ten drugi proszek wzbogacony w tlenek glinu określa się jako „poddany obróbce solny żużel aluminiowy”. Produkt ten może zawierać chlorowiec w ilości od 0 lub 0,5% do 3 lub 5 % i może być stosowany zgodnie z wynalazkiem jako materiał o wysokiej zawartości chlorowca, gdy ilość ta wynosi co najmniej 1%. Odpad o wysokiej zawartości chlorowca może stanowić świeża skała o wysokiej zawartości chlorowca, np. gatunek apatytu, zawierający ponad 2 lub 5% fluorku lub innego halogenku. Popiół lotny i inne odpady wysokiej zawartości chlorowca różnią się od zwykłych popiołów lotnych i innych odpadów proponowanych w literaturze, gdyż odpady o wysokiej zawartości chlorowca zawierają co najmniej 1% (a zwykle więcej) chlorowca, zwykle samego fluoru lub fluoru i chloru.

Możliwość ich stosowania jest szczególnie korzystna, gdyż są one powszechnie dostępne oraz istnieje bardzo mało zastosowań dla takich materiałów.

Całkowita zawartość chlorowca w stopie wynosi zazwyczaj od 0,2 lub 0,3% do 5%. Korzystnie wynosi ona ponad 0,5, a najkorzystniej ponad 1 lub ponad 2%. Chlorowiec jest obecny w postaci związanej, jako halogenek metalu. Ilość chloru w stopie jest zwykle stosunkowo niska, z uwagi na jego niską rozpuszczalność w stopie, i typowo wynosi 0,01 - 0,5%. Ilość fluoru w stopie może być wyższa i wynosić 0,05 - 2%. Najlepsze wyniki otrzymuje się, gdy stop zawiera od 0,3 do 2%, często ponad 0,5 lub 1% fluoru. Biorąc pod uwagę te ilości należy zdawać sobie sprawę, że przed dokonaniem wynalazku ilość fluoru lub innego chlorowca we wsadzie wynosiła zazwyczaj 0 lub była możliwie jak najbardziej zbliżona do zera, oraz powinna być znacznie niższa od ilości, które teraz świadomie dodaje się. W szczególności wytwarzanie stopu zawierającego więcej niż 0,2% fluoru, przed dokonaniem wynalazku, było uważane za niedopuszczalne i niepotrzebne przy wytwarzaniu włókien mineralnych.

Zaletą wprowadzania fluoru (lub chloru) w ilościach zaproponowanych powyżej jest to, że wykazuje on skłonność do obniżania lepkości stopu w stosunkowo szerokim zakresie temperatury. Z uwagi na to, że lepkość stopu jest bardzo ważnym parametrem w kontroli wytwarzania włókien, możliwość jej obniżania w taki sposób, a zwłaszcza jej zmniejszania w szerokim zakresie temperatury umożliwia znaczącą poprawę w możliwości kontrolowania procesów wytwarzania włókien. Taka kontrola jest szczególnie istotna, gdy minerał o niskiej zawartości chlorowca zawiera odpady, gdyż ich skład może zmieniać się.

Wprowadzenie fluoru (lub innego chlorowca) wywiera również korzystny wpływ na temperaturę likwidusu, co również może ułatwić kontrolę procesu wytwarzania włókien lub obniżenie temperatury topienia, a tym samym zapewnić oszczędności energii zużywanej do ogrzewania.

Inną ważną zaletą wprowadzenia fluoru (lub innego chlorowca) jest to, że zmniejsza on napięcie powierzchniowe stopu, np. nawet o 10%, co z kolei wywiera znaczący wpływ na proces formowania włókien, w odniesieniu zarówno do inicjowania, jak i osłabiania włókien. W szczególności może to spowodować zmniejszenie ilości grudek (czyli grubych cząstek o średnicy powyżej 63 pm).

Inną ważną zaletą wprowadzenia fluoru (lub innego chlorowca) do stopu jest to, że wykazuje on skłonność do zwiększania rozpuszczalności włókien MMVF w płynach fizjologicznych, np. przy badaniu w testach rozpuszczania in vitro w symulowanym płynie płucnym. Tak więc przez zwiększenie ilości fluoru i/lub chloru dzięki wprowadzeniu odpadu mineralnego o wysokiej zawartości chlorowca, ale przy utrzymaniu zasadniczo niezmienionego składu innych składników w stopie, zwiększa się rozpuszczanie fizjologiczne. Tak np. gdy rozpuszczanie mierzy się w sposób opisany przez S. Mattsona w Ann. Ocup. Hyg, 38, 857-877, 1994, analiza metodą regresji (w odniesieniu do % wag.) potwierdza, że F2 wywiera na szybkość

189 752 rozpuszczania wpływ porównywalny z wpływem CaO i BaO (które zwiększają szybkość rozpuszczania).

Gdy warunki topienia są takie, że powstają gazy odlotowe zawierające niedopuszczalne ilości chlorowca, to takie gazy odlotowe korzystnie przepuszcza się przez płuczkę przed wypuszczeniem do atmosfery, wraz z materiałem, który będzie tworzyć stały halogenek w reakcji z gazami odlotowymi. Odpowiednim materiałem jest wilgotne lub suche wapno, zwykle wapno palone. Innym materiałem jest wodorowęglan sodu. Stały halogenek można wywozić na hałdę lub stosować w pewnych innych celach, ale korzystnie dodaje się go do mineralnych składników stałych jako część wsadu mineralnego, zwykle jako część odpadu mineralnego o wysokiej zawartości chlorowca. W ten sposób halogenek z gazu odlotowego korzystnie zawraca się do mineralnych składników stałych.

Topienie mineralnych składników stałych można prowadzić przez wspólne stapianie materiałów mineralnych o niskiej zawartości chlorowca i odpadu mineralnego o wysokiej zawartości chlorowca w piecu, zazwyczaj w wyniku wstępnego zmieszania materiałów i załadowania ich jako mieszanki do pieca.

Alternatywnie odpad mineralny o wysokiej zawartości chlorowca topi się w piecu z wy₇tworzeniem stopu o wysokiej zawartości chlorowca, a materiał mineralny o niskiej zawartości chlorowca topi się w odrębnym piecu z wytworzeniem stopu o niskiej zawartości chlorowca (z tym że oczywiście w razie potrzeby do pieca, do materiału o wysokiej zawartości chlorowca, można dodać pewną ilość materiału mineralnego o niskiej zawartości chlorowca), po czym otrzymane stopy o wysokiej i małej zawartości chlorowca miesza się z wytworzeniem mieszanego stopu, tak że włókna wytwarza się z mieszanego stopu.

Można stosować dowolny z typowych pieców stosowanych do wytwarzania stopów na włókna MMVF. Tak np. piecem może być piec szybowy, w którym stos granulowanego materiału mineralnego ogrzewa się, tak że stop spływa na spód stosu tworząc basen, z którego jest odprowadzany do procesu wytwarzania włókien, z tym że w pewnych przypadkach stop wypływa z dna stosu do innej komory, w której zbiera się go jako basen, i z którego jest on odprowadzany do procesu wytwarzania włókien. Korzystnym typem pieca szybowego jest żeliwiak.

Zamiast pieca szybowego można stosować piece zbiornikowe, obejmujące piece zbiornikowe opalane gazem lub olejem, piece zbiornikowe z elektrodą molibdenową i grafitową, oraz piece z łukiem elektrycznym. Korzystnie odpad o wysokiej zawartości chlorowca topi się w piecu elektrycznym lub plazmowym, tak aby ograniczyć do minimum ilość gazów odlotowych, a odpad o niskiej zawartości chlorowca można stapiać w dowolnym zwykłym piecu, takim jak żeliwiak lub inny piec szybowy. Taki sposób opisano w W099/28247.

W celu ograniczenia do minimum przechodzenia chlorowca w stan lotny korzystne może być dodawanie odpadu mineralnego o wysokiej zawartości chlorowca do stopu lub bezpośrednio nad stopem. Przykładowo sproszkowany odpad mineralny o wysokiej zawartości chlorowca można wprowadzać do stopu w piecu zbiornikowym lub do basenu stopu w piecu szybowym za pomocą ślimaka podającego odpadowy proszek do stopu, albo przez wdmuchiwanie sproszkowanego odpadu, zawartego w powietrzu, za pomocą lanc do stopu. Proszek będzie następnie topić się w stopie z minimalnym ulatnianiem się chlorowca.

W innych procesach, gdy stosuje się piec szybowy, powietrze do spalania zazwyczaj wdmuchuje się przy podstawie pieca szybowego przez dysze powietrzne, tak że sproszkowany odpad mineralny o wysokiej zawartości chlorowca można wprowadzać w powietrzu do spalania. Również w tym przypadku wprowadzanie w takim miejscu będzie ograniczać do minimum ulatnianie się chlorowca z gazami odlotowymi. Aby umożliwić wprowadzanie znaczących ilości odpadu o wysokiej zawartości chlorowca przez dysze powietrzne bez niepożądanego efektu chłodzenia, pożądane może być wprowadzanie odpadu zawartego w powietrzu do spalania ogrzanym do temperatury powyżej 700°C, np. w sposób opisany w W099/28246.

Gdy odpad o wysokiej zawartości chlorowca wprowadza się w postaci proszku, wielkość jego cząstek wynosi zwykle poniżej 3 mm, np. 0,1-2 mm.

Gdy odpadu o wysokiej zawartości chlorowca nie wprowadza się w postaci proszku, można go załadować do pieca, w którym ma być topiony, w postaci zwykłego granulatu, a resztę wsadu można również wprowadzić w postaci zwykłego granulatu. Tak np. może on

189 752 mieć postać granulek o wielkości ponad 50 mm przy topieniu w piecu szybowym, oraz g - 30 mm przy topieniu w piecu zbiornikowym. Granulowany materiał może być w postaci brykietów. Można stosować brykiety wytworzone z mieszaniny materiałów o wysokiej i niskiej zawartości chlorowca.

Materiały o niskiej zawartości chlorowca mogą stanowić dowolne świeże lub zawracane materiały zwykle stosowane do wytwarzania włókien mineralnych. Materiały o wysokiej zawartości chlorowca mogą stanowić dowolne materiały o pożądanej wysokiej zawartości fluoru lub innego chlorowca, jak to zaznaczono powyżej.

Z uwagi na to, że materiały odpadowe mogą mieć zmienny skład, celowe może być monitorowanie właściwości stopu lub włókien, oraz zmienianie warunków procesu w zależności od potrzeb, tak aby utrzymać równomierną produkcję. Korzystnie prowadzi się to w sposób opisany w W099/28251.

Włókna MMVF można wytwarzać z włóknotwórczego stopu mineralnego w zwykły sposób. Ogólnie wytwarza się je sposobem odśrodkowego wytwarzania włókien. Tak np. włókna można formować w procesie z garnkiem przędzalniczym, w którym są one odrzucane na zewnątrz przez otwory w kubku przędzalniczym, albo też stop może być odrzucany przez wirującą tarczę, a tworzenie się włókien może być inicjowane przez przedmuchiwanie strumieni gazu przez stop, bądź też włókna mogą być wytwarzane przez wylewanie stopu na pierwszy rotor w przędzarce kaskadowej. Korzystnie stop wylewa się na pierwszy z zestawu dwóch, trzech lub czterech rotorów, z których każdy obraca się wokół zasadniczo poziomej osi, tak że stop na pierwszym rotorze jest odrzucany przede wszystkim na drugi (niższy) rotor, choć część jego może być odrzucana z pierwszego rotora jako włókna, a stop na drugim rotorze jest odrzucany w postaci włókien, choć część jego może być odrzucana w kierunku trzeciego (niższego) rotora itd.

Wynalazek ilustrują poniższe przykłady. W każdym w nich podano wsad do żeliwiaka, oraz skład otrzymanego stopu, który można rozwłókniać, np. z użyciem przędzarki kaskadowej.

Przykład 1

40% diabazu

60% brykietów o składzie:

9% cementu

14% żużla konwertorowego

13% kożucha aluminiowego (poddanego obróbce solnego żużla aluminiowego) 41% odpadowej wełny 23% diabazu łupanego

Skład chemiczny (w % wag.)

SiO2 A^Oa TiO₂ FeO

43,1 17,3 1,8 7,8

Przykład 2 75% diabazu g% wapienia 20% żużla kadziowego Skład chemiczny (w % wag.)

SiO2 AI2O3 TiO₂ FeO

39,7 19,9 1,9 8,0

Przykład 3 Diabaz

Odpadowe wyłożenie pieca

Brykiety

Skład brykietów:

Cement portlandzki

Odpad z produkcji wełny mineralnej

Prażony boksyt chiński

Żużel konwertorowy

CaO

15,5

MgO	Na2O	K₂O	F2
9,8	2,2	1,0	0,35

CaO

17,8

50%

10%

40%

15%

40%

24%

211%

MgO	Na₂O	K2O	F2
8,1	2,2	0,9	0,5

189 752

Wyłożenie pieca i żużel zawierają fluor.

Skład chemiczny stopu:

SiO₂ 38,,5

Al20₃ 23,1

TiO₂ 1,9

FeO 7,4

CaO 11,9

MgO 7,8

Na₂O 4,0

K₂0 0,8

F2 0,6

Cl2 0,0

Lepkość stopu w 1400°C wynosi nie więcej niż 2,5 Pa-s.

Przykład 4

Diabaz 50%

Odpadowe wyłożenie pieca 10%

Brykiety 40%

Skład brykietów:

Cement portlandzki 15%

Odpad z produkcji wełny mineralnej 40%

Kożuch aluminiowy (poddany obróbce solny żużel aluminiowy) 24% Żużel konwertorowy 21%

Skład chemiczny stopu:

S1O2 39,4

Al₂0₃ 20,,3

T1O2 L6

FeO 7,7

CaO 16,5

MgO 8,7

Na20 4,,2

K20 0,9

F2 0,-7

Cl2 0,0

Lepkość stopu w 1400°C wynosi nie więcej niż 2,1 Pa-s.

189 752

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania włókien mineralnych, w którym dostarcza się mineralne składniki stałe do pieca, topi się te mineralne składniki stałe w piecu z wytworzeniem stopu i z tego stopu formuje się włókna, przy czym stop ma następujący skład mineralny w przeliczeniu na tlenki w procentach wagowych: 30 - 70% SiO2, nie więcej niż 40% Λ^Θβ, 8 - 30% CaO, 2 - 25% MgO, 2 - 15% FeO, powyżej 15% CaO + MgO + FeO, poniżej 10% N a20 + K2O, nie więcej niż 6% TiO2 oraz nie więcej niż 8% innych składników, znamienny tym, że topi się (i) mineralne składniki stałe, z których każdy zawiera poniżej 0,5% wagowych chlorowca, przy czym stosuje się je w ilości 80 - 98% wagowych mineralnych składników stałych, oraz (ii) odpad mineralny o wysokiej zawartości chlorowca, zawierający co najmniej 1% wagowych chlorowca, który stosuje się w ilości 2 - 20% wagowych mineralnych składników stałych, przy czym stop zawiera 0,05 - 2% fluoru.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że gazy odlotowe zawierające chlorowiec, powstające przy topieniu odpadu mineralnego o wysokiej zawartości chlorowca, przed wypuszczeniem do atmosfery płucze się materiałem tworzącym stały halogenek, a otrzymaną substancję stałą dodaje się do mineralnych składników stałych jako część odpadu o wysokiej zawartości chlorowca.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że materiały mineralne o niskiej zawartości chlorowca i odpad mineralny o wysokiej zawartości chlorowca topi się razem w piecu.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wytwarza się stop materiału mineralnego o niskiej zawartości chlorowca i odpad mineralny o wysokiej zawartości chlorowca dodaje się jako proszek do stopu lub bezpośrednio nad stop.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że odpad mineralny o wysokiej zawartości chlorowca topi się w piecu elektrycznym lub plazmowym z wytworzeniem stopu o wysokiej zawartości chlorowca, a materiał mineralny o niskiej zawartości chlorowca topi się w odrębnym piecu, z wytworzeniem stopu mineralnego o niskiej zawartości chlorowca, po czym stopy 0 wysokiej i niskiej zawartości chlorowca miesza się z wytworzeniem mieszanego stopu i włókna wytwarza się z tego mieszanego stopu.
6. Sposób według z astrz. 1 , znamienny tym, że stop zawiara 0,2 - 5% chlorowca.
7. Sposób w^lug zaatrZz 1 , znan^icmie tym, żm stop zawżara era 0 2% fluoru.
8. Sposób w^luu zaatrZz 1, znamienny inmt żm sżop zawżara er pąjmajej glinu.