SE459088B - Foerfarande foer framstaellning av korniga material med slutna gasceller - Google Patents

Description

459 088 10 15 20 25 30 35 2 en allt vidare användning. Vid expansion av perlit utvecklas ur utgângsmaterialet likaledes en gas, varvid emellertid hastigheten för denna gasutveckling är så hög, att inga slutna gasceller bildas, utan de små kornen "exploderar". Expanderad perlit har just av denna anledning en öppen porstruktur. Härigenom uppstår sådana oönskade egenskaper, att perlitens användningsområde - trots att det redan är brett - ej kan utsträckas till vissa bestämda verksamhetsom- råden. Dessa egenskaper är dålig mekanisk hållfasthet och vattenuppsugningsförmâga. Till följd av dessa båda nackdelar kan expanderad perlit endast användas i begränsad omfattning inom byggnads- och byggmaterial- industrin.

För att man ska kunna lösa ett flertal praktiska och tekniska uppgifter finns ett behov av ett material, som består av glasartade, små eller något större korn.

Sådana materials användbarhet skulle förbättras ytter- ligare, om de små kornen hade en struktur med slutna porer, dvs om cellernas inre var fyllt med gas. Material med dessa egenskaper kan framställas på olika vis, varvid emellertid den gemensamma egenheten hos samtliga kända förfaranden består däri, att de är komplicerade och dyra och att de framställda ytorna är svåra att behandla och därför det erhållna materialet är ekonomiskt endast vid speciella användningar, så att det på ett visst område, t ex inom byggmaterialindustrin, ej lönar sig att använda material av denna typ på grund av att de är oekonomiska. Ändamålet med föreliggande uppfinning är sålunda att åstadkomma ett förfarande, vilket resulterar i en produkt, som uppfyller följande krav: - Lämplighet för massproduktion, - att man ur ett billigt utgångsmaterial erhåller en relativt prisvärd produkt, produktens volymvikt, ytegenskaper och kornstor- lek skall kunna varieras inom ett brett omrâde eller 10 15 20 25 30 35 459 088 3 kunna bestämmas i förväg med hänsyn till användnings- området, - produkten får inte vara hygroskopisk, - den skall vara värmebeständig och eldfastf - dess mekaniska hàllfasthet skall vara relativt hög, - den skall även lämpa sig för användning vid värme- och ljudisolering samt vid elektrisk isolering.

Lösningen av den förelagda uppgiften grundar sig på den kunskapen, att när man väljer ett utgångs- material, vars kemiska sammansättning liknar den för de glasartade materialen, eller när metallföreningen hör till oxidmíneralerna, vilka emellertid i obearbetat tillstànd innehåller såväl kristallvatten som vid upphettning sönderfallande ämnen, och när utgångs- materialet underkastas en lämplig termisk förbehandling och en värmebehandling som orsakar förgasning, blir det möjligt att framställa ett kornigt material, som allt efter utgångsmaterialets sammansättning, tempera- turen och värmebehandlingens typ och längd har de avsedda egenskaperna samt innehåller slutna gasceller.

Grundtanken bakom förfarandet enligt uppfinningen är att utgångsmaterialet, som innehåller komponenter vilka sönderfaller eller frigöres på grund av värmein- verkan, till exempel silikatmineraler, metallföreningar och oxidmineraler med kornstorlekar av 5-8000 um, företrädesvis under 300 um, vid behov sorteras, värme- behandlas för dehydratisering, eventuellt behandlas kemiskt med ytstabilíserande eller uppskumningsframkal- lande tillsatsämnen, och, eventuellt efter en förvär- mande, termisk behandling, utsätts för en förgasande värmechock av hög temperatur.

Förfarandet enligt uppfinningen kännetecknas av att utgångsmaterialet vid en beskickningstemperatur av 800-2000°C och en likformig ugnsrumsbelastning av 0,1-500 kg/m3/h förs till ett ugnsrum, som åstadkommer den förgasande värmechocken, varvid utgångsmaterialet, utgående från beskickningstemperaturen, leds genom 459 10 15 20 25 30 35 088 4 ugnsomràden med ständigt ökande temperatur, medan kornen uppskummas på grund av sina sönderfallande respek- tive frigjorda komponenter tills uppskumningen avslutas i ett ugnsutrymme med en elastiskt föränderligftempera- tur av 1000-3500°C, varvid de små kornens ytor görs flytande och det på så sätt bildade korniga materialet med slutna gasceller med en densitet av 0,12-2,7 g/cm3 respektive en volymvikt av 0,01-1,6 kg/liter vid bildan- det omedelbart uppfångas, insamlas och avlägsnas från det varma ugnsrummet.

I enlighet med uppfinningen är det fördelaktigt om utgàngsmaterialet, innan det beskickas och/eller efter det att det utsatts för den till förgasning ledande värmechocken, en eller flera gånger under- kastas en ytförbehandling och/eller -efterbehandling med ett lämpligt ämne, såsom silikonolja, i syfte att säkerställa de önskade ytegenskaperna samt egen- skaperna vad gäller uppskumning hos färdigprodukten.

Den termiska förbehandlingen kan utföras på olika sätt: Man kan förfara så, att t ex det obearbetade hydrosilikatet behandlas under tillräckligt lång tid vid konstant temperatur och sedan underkastas en till förgasning ledande värmechock, varvid emellertid en i praktiskt avseende snabb och tillförlitlig inställning av fuktigheten och en reglering av de flyktiga eller sönderfallande ämnenas egenskaper kan genomföras genom att man slår samman den termiska förbehandlingen med den till förgasning ledande värmechocken till en kon- tinuerlig och steglös arbetsetapp, dvs på så vis, att det material som skall införas utsätts för upphett- ning och att man därefter utför den kontinuerliga införingen i ugnsrummet med hög temperatur på så sätt, att de små kornen under kort tid först passerar det ugnsrum som har en temperatur av 800-2000°C (beskick- ningstemperatur) och sedan kommer fram till det ugnsrum som har en av materialet beroende temperatur av 1000-3500°C och som åstadkommer den till förgasning ledande värme- 10 15 20 25 30 35 459 088 5 chocken. En sådan dynamisk förbehandling kan åstadkommas och styras genom lämpligt val av tillförselhastighet, ugnsrumsbelastning och ugnsrumstemperatur eller genom en kombination av dessa. De små korn som på detta vis underkastats en termisk förbehandling utsätts nu för en till förgasning ledande värmechock, vilket sker i ett ugnsrum med hög termisk elasticitet och lämplig temperatur (1000-3500°C), under det att en helt likformig tillförsel av det korniga materialet säkerställs, varvid under behandlingens gång de sönder-_ fallande, sig frigörande komponenterna i silikatmine- ralerna, metallföreningarna och oxidmineralerna bildar små blåsor inuti de små kornen, vilka blåsor omges av en (glasartad, metallartad osv) genom smältning alstrad yta och hålls inneslutna som slutna celler.

När det i sådana fall erfordras att de små kornens yta skall få speciella egenskaper eller när förgasnings- steget mäste förbättras flera gånger, genomförs i enlighet med uppfinningen - i beroende av de önskade speciella ytegenskaperna och de övriga egenskaperna - lämpliga för- och/eller efterbehandlingar med kemikalier, t ex genom beläggningar med organiska föreningar, mineraloljedestillat, färgämnen, plast, silikoner osv i lämplig mängd på de små kornens yta. Med tanke på de slutliga ytegenskaperna (vätbarhet, övriga ytegen- skaper vid användning som substrat osv) underkastas det korniga materialet, vilket redan innehåller slutna gasceller, även en efterföljande ytbehandling, varvid ytbehandlingsämnet eller -ämnena anbringas på de små kornen som en slamma, torkas och bränns, eventuellt även innan de små kornen avsvalnat, eller sker be- läggningen på annat vis.

För ett flertal användningsändamål räcker det med en efterföljande ytbehandling av de små kornen, som bildar färdigprodukten.

För att egenskaperna vad gäller densitet och kornstorleksfördelning hos det korniga materialet, 459 088 6 vilket innehåller de slutna gascellerna, skall på bästa vis motsvara det eller de uppställda målen och för att produkten skall få en jämn kvalitet, är det vid en föregående ytbehandling ytterst viktigt, att man beaktar dels valet av det ämne som skall behandlas, dels noggranna föreskrifter och dessas efterföljande vad gäller det sätt på vilket, och den temperatur vid vilken samt den tid under vilken den termiska förbehandlingen utförs, dels den värmekälla som er- 10 fordras för att åstadkomma ett ugnsrum, där tempe- raturen är hög och varierbar inom ett brett område, och för att åstadkomma en till förgasningen ledande värmechock, och dels för àstadkommande av tillförseln av utgángsmaterial en likformig ugnsrumsbelastning.

För att i ugnsrummet säkerställa den höga temperatur, som är nödvändig för 15 värmebehandlingen, kan man använda en direkt eller indirekt verkande värmekälla, som är av elektriskt upphettad, gas- eller oljeupphettad, plasmaupphettad eller på annat sätt upphettad typ. 20 I enlighet med förfarandet enligt uppfinningen säkerställs den för den till förgasning ledande värme- chocken erforderliga, jämna beskickningen av små korn (ugnsrumsbelastning) med hjälp av en lämplig anordning (vibrations- eller skruvmatare eller dyl). 25 Fördelarna med förfarandet enligt uppfinningen är följande: - Det korniga materialet med föränderliga densitetsegen- skaper och vidsträckt användning samt med slutna gasceller framställs av billigt hydrosilikat, företrä- desvis av perliter, och samtidigt är det vid detta förfarande möjligt att som utgàngsmaterial använda andra ämnen, t ex olika metallföreningar, oxidmine- raler osv, som innehåller sönderfallande eller sig frigörande komponenter. ' 30 35 - Densiteten hos den i enlighet med förfarandet fram- ställda slutprodukten kan ställas in på det önskade värdet inom ett densitetsområde av 0,12-2,7 g/cm3 (volymviktsomrâde 0,01-1,6 kg/liter). 10 15 20 25 30 459 088 7 - De små kornens yta kan i kemiskt avseende betraktas som en inert smälta, vars fysikaliska och kemiska ytegenskaper kan regleras medelst en föregående och/eller efterföljande ytbehandling i beroende av fordringarna från användningsändamålet för det korniga materialet med slutna gasceller (vilket användningsändamål kan vara bärare med stor specifik yta, fyllmedel, utfyllnadsmedel, isoleringsmaterial för värme, ljud och elektricitet, förpackningsmaterial osv).

- Förfarandet kan på liknande sätt användas för för- - gasande värmebehandling av silikatmineral, konst- gjort glas, silikater och andra naturliga och syn- tetiska utgàngsmaterial som innehåller sönderfallande eller sig frigörande komponenter, liksom för fram- ställning av sàväl genomsynliga som även opala slut- produkter.

- Det uppfyller flera fordringar vad gäller vätbara och icke-vätbara isolerings-, bär-, fyll- och utfyll- nadsmaterial osv.

Utföringsexempel Den fraktion av finmald råperlit som har en korn- storlek av under 65 um förbehandlas i en lämplig metall- behållare vid en temperatur av 60°C under 20 min, och därefter förs det pà detta vis förbehandlade utgångs- materialet till en snäck- eller víbrationsdoseringsanord- ning. Denna doseringsanordning ställs in så, att till- förselhastigheten (ugnsrumsbelastningen) in i förgas- ningsrummet med hög temperatur uppgår till l-2 kg/h.

Beskickningstemperaturen, som illustrerar den termiska förbehandlingens andra steg, ställs, genom en mot- svarande reglering av värmekällan, in på en temperatur av 700-l200°C (t ex med hjälp av sekundärluft, syre, föruppvärmd gasström osv i beroende av värmekällan).

In i det första partiet av det på detta vis regle- rade värmerummet förs med hjälp av matningsanordningen den en gång föruppvärmda råperliten, som under en uppehàllstid av 0,10-1,0 s först upptar beskickníngs- 459 088 8 -ugnsrumstemperaturen och därefter, under det att den utsätts för en snabb föruppvärmning, kommer in i högtemperaturrummet, där den som en följd av den till förgasning ledande värmechocken omvandlas till 5 den färdigprodukt som kännetecknas av motsvarande parameter. Vid utarbetandet av förfarandet enligt uppfinningen undersöktes som utföringsexempel följande varianter: Exempel 1: l0 Av perlitmalgods (kornstorlek under 65 um) fram- ställdes i enlighet med förfarandet enligt uppfinningen ett kornigt material med slutna gasceller vid följande behandlingsparametrar: Förbehandlingstemperatur: 60°C 15 Förbehandlingstid: 20 min Beskicknings-ugnsrumstemperatur: 800°C Förgasnings-ugnsrumstemperatur: l800°C Ugnsrumsbelastning: l kg/h Den framställda produktens viktigaste kännetecken 20 sammanfattas i tabell 1.

Exempel 2: Av perlitmalgods (kornstorlek under 65 um) fram- ställdes i enlighet med förfarandet enligt uppfinningen ett kornigt material med slutna gasceller vid följande 25 behandlingsparametrar: Förbehandlingstemperatur: 80°C Förbehandlingstid: 20 min Beskicknings-ugnsrumstemperatur: l000°C Förgasnings-ugnsrumstemperatur: l9Û0°C 30 Ugnsrumsbelastning: 2 kg/h Den framställda produktens viktigaste kännetecken x sammanfattas i tabell 1. _ Exempel 3: Av en glaskomposition med hög borhalt (kornstor- 35 lek under 65 pm) framställdes i enlighet med förfa- randet enligt uppfinningen ett kornigt material med gasblåsor vid följande behandlingsparametrar: 10 15 20 25 30 35 459 088 9 Förbehandlingstemperatur: 60°C Förbehandlingstid: 20 min Beskicknings-ugnsrumstemperatur: I 800°C Förgasnings-ugnsrumstemperatur: l800°C Ugnsrumsbelastning: 1 kg/h Den framställda produktens viktigaste kännetecken sammanfattas i tabell l.

Exempel 4: Av en glaskomposition med hög borhalt (kornstorlek under 65 um) framställdes i enlighet med förfarandet . enligt uppfinningen ett kornigt material med gasblàsor, varvid såväl det obearbetade utgángsmaterialet som även slutprodukten underkastades en ytbehandling (silikon- behandling) i syfte att erhålla en hydrofob yta.

Framställningsparametrarna var som följer: Förbehandling med silikon: 0,03 kg/kg material Förbehandlingstemperatur: 60°C "' Fn Förbehandlingstid: 20 min Beskicknings-ugnsrumstemperatur: 800°C Förgasnings-ugnsrumstemperatur: l800°C Ugnsrumsbelastning: 1 kg/h Efterbehandling: 0,03 kg/kg material Den framställda produktens viktigaste kännetecken sammanfattas i tabell 1.

Exempel 5: Av perlitmalgods (kornstorlek under 65 um) fram- ställdes i enlighet med förfarandet enligt uppfinningen ett kornigt material med slutna gasceller medelst en före värmebehandlingen av ràmalgodset utförd sili- konbehandling vid följande behandlingsparametrar: Förbehandling med silikon: 0,020 kg/kg material Förbehandlingstid: 20 min Beskicknings-ugnsrumstemperatur: 800°C Förgasnings-ugnsrumstemperatur: l800°C Ugnsrumsbelastning: l kg/h Den framställda produktens viktigaste kännetecken sammanfattas i tabell 1. 459 088 10 15 20 25 30 35 10 Exempel 6: Av perlitmalgods (kornstorlek under 65 um) fram- ställdes i enlighet med förfarandet enligt uppfinningen ett kornigt material med slutna gasceller vid efter- följande silikonbehandling av färdigprodukten vid följande parametrar: Förbehandlingstemperatur: 60°C Förbehandlingstid: 20 min Beskicknings-ugnsrumstemperatur: 800°C Förgasnings-ugnsrumstemperatur: l800°C _ Ugnsrumsbelastníng: 1 kg/h Efterföljande silikonbehandling: 0,20 kg/kg material Den framställda produktens viktigaste egenskaper sammanfattas i tabell l.

Exempel 7: Av perlitmalgods (kornstorlek under 65 pm) fram- ställdes i enlighet med förfarandet enligt uppfin- ningen ett kornigt material med slutna gasceller medelst föregående silikonbehandling av rámalgodset och därefter efterföljande silikonbehandling vid följande parametrar: Förbehandling med silikcnz av färdigprodukten 0,020 kg/kg material Förbehandlingstemperatur: 60°C Förbehandlingstid : 20 min Beskicknings-ugnsrumstemperaturz 800°C Förgasnings-ugnsrumstemperatur: l800°C Ugnsrumsbelastning: 1 kg/h Efterföljande behandling med silikon: 0,020 kg/kg material De viktigaste egenskaperna hos den i exempel 7 framställda produkten sammanfattas i tabell 1.

Exempel 8: Av ett glasemaljmalgods (kornstorlek under 65 um) framställdes i enlighet med förfarandet enligt uppfin- ningen ett kornigt material med gasblåsor vid nedan- stående parametrar: Förbehandlingstemperatur: l00°C Förbehandlingstid: 60 min 459 Û88 ll Beskickníngs-ugnsrumstemperatur: l200°C Förgasnings-ugnsrumstemperatur: 2l00°C Ugnsrumsbelastning: 1,5 kg/h Den framställda produktens viktigaste egenskaper sammanfattas i tabell l.

Tabell 1 Viktigaste kännetecknen hos den i utföringsexemplen l-8 framställda, korniga slutprodukten med slutna gasceller (gasblåsor) Exempel Gencnsnittlig Korndensš- Litervikt Oljeupp- Vatten- _ nr korndianeter tet g/on för de små ta 3 upgtag x kornen kg/l cm /100 an un / 100 m3 1 150 0,151 0,070 1,3 34,0 z 165 0,272 0,160 2,1 35,4 3 110 0,432 0,206 4,4 30,0 4 95 0,400 0,311 10,0 29,1 x 5 160 0,145 0,060 22,0 3,3 x 6 160 0,146 0,060 20,1 0,0 x 7 100 0,145 0,000 32,5 0,0 x 0 00 0,065 0,532 4,2 33,0 X Värdena för vattenupptaget mättes efter beröring med vatten under 2 h.

Utföringsexemplen visar att det korniga materia- let, vilket innehåller slutna gasceller, får lägst densitet respektive lägst litervikt, när man utgår från hydrosilikat som naturligt silikatmaterial. Ytan hos glaskompositionen med hög borhalt är starkt hydro- fil, och ytan hos den glassmälta som omsluter blåsorna är mikroskopiskt ej slät, och därför sker även efter sílikonbehandlingen ett avsevärt vattenupptag. Som konstgjort glas ger glasemaljen med avseende på gas- blåsorna ej något tillfredsställande resultat, eftersom de blåsinnehàllande kornens talförhállande är förhål- landevis lågt och de blàsinnehållande kornens ytterhud är tjock.

Claims (2)

459 Û88 12 PATENTKRAV

1. Förfarande för framställning av korniga material med slutna gasceller, vid vilket förfarande utgångs- materialet, som innehåller komponenter vilka sönder- faller eller frigöres på grund av värmeinverkan, till exempel silikatmineraler, metallföreningar och oxid- mineraler med kornstorlekar av 5-8000 um, företrädesvis under 300 um, vid behov sorteras, värmebehandlas för dehydratisering, eventuellt behandlas kemiskt med ytstabiliserande eller uppskumningsframkallande till- 10 satsämnen, och, eventuellt efter en förvärmande, termisk behandling, utsätts för en förgasande värmechock av hög temperatur, k ä n n e t e c k n a t därav, att utgángsmaterialet vid en beskickningstemperatur av 800-2000°C och en likformig ugnsrumsbelastning av 0,1-500 kg/m3/h förs till ett ugnsrum, som åstad- kommer den förgasande värmechocken, varvid utgångs- 15 materialet, utgående från beskickningstemperaturen, leds genom ugnsrumsomràden med ständigt ökande tempe- ratur, medan kornen uppskummas pà grund av sina sön- derfallande respektive frigjorda komponenter tills uppskumningen avslutas i ett ugnsutrymme med en elas- tiskt föränderlig temperatur av 1000-3500°C, varvid de små kornens ytor görs flytande och det på så sätt bildade korniga materialet med slutna gasceller med en densitet av 0,12-2,7 g/cm3 respektive en volymvikt av 0,01-1,6 kg/liter vid bildandet omedelbart uppfángas, 20 25 insamlas och avlägsnas från det varma ugnsrummet.

2. Förfarande enligt kravet 1, k ä n n e t e c k - n a t därav, att utgângsmaterialet behandlas med silikon före-och/eller efter beskickningen för för- ändring av ytegenskaperna. 30