УПЛОТНЕННОЕ ТЕЛО ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В КАЧЕСТВЕ МИНЕРАЛЬНОЙ ЗАГРУЗКИ В ПРОИЗВОДСТВЕ МИНЕРАЛЬНОЙ ВАТЫ
SEALED BODY TO BE USED AS MINERAL LOADING IN PRODUCTION OF MINERAL WOOL

Область изобретения
Данное изобретение относится к уплотненному телу, в частности к брикету, пригодному для применения в качестве минеральной загрузки в производстве искусственных стекловидных волокон (MMVF).
Предпосылки изобретения
Искусственные стекловидные волокна (MMVF), такие как, например, стеклянные волокна, керамические волокна, базальтовые волокна, шлаковые волокна и каменные волокна (минеральные волокна), могут быть получены плавлением минеральной загрузки в печи и превращением расплава в волокна, обычно способом центробежного распыления в волокна, таким как, например, способом вращающейся чаши или способом каскадных роторов. Полученные MMV-волокна могут образовывать ватные продукты, такие как стекловата или каменная вата.
В некоторых печах, используемых для производства MMVF, имеется большая ванна для расплава, и минеральная загрузка плавится в эту ванну. Примерами являются печи-ванны и электрические печи, которые можно использовать для производства минерального волокна, но в основном для производства стекловолокна.
Другим типом печи, используемым для образования расплава для производства MMVF, в частности волокон типов, называемых минеральными, каменными, шлаковыми и базальтовыми волокнами, является шахтная печь или башенная печь, содержащая самонесущую колонну твердого грубодисперсного минерала и продуктов сгорания, и сквозь эту колонну проходят газы сгорания так, чтобы нагреть ее и вызвать плавление. Расплав стекает на дно колонны, где обычно образуется ванна с расплавом, и расплав извлекают из основания печи. Поскольку колонна должна быть и самонесущей, и проницаемой, необходимо, чтобы сырье было относительно грубодисперсным и имело значительную прочность, несмотря на высокие температуры в колонне, которые могут превышать 1000°С.
Сырье может быть образовано из грубоизмельченной, природной горной породы и шлака или любого другого типа пригодного грубодисперсного материала, при условии, что они выдержат давления и температуры в самонесущей колонне в шахтной печи. При применении более тонкоизмельченного сырья известно превращение более мелкозернистых материалов, таких как пески, в связанные брикеты для добавления в печь. Они должны иметь достаточную прочность и термоустойчивость для выдерживания условий в самонесущей колонне в шахтной печи, чтобы они плавились до обрушения.
Необходимо, чтобы общая загрузка в печи (т.е. кусковой минерал отдельно или кусковой минерал плюс брикеты) обеспечивала композицию, желаемую для MMV-волокон, которые необходимо изготовить. Однако в шахтных печах время нахождения материала в небольшой ванне для расплава в основании печи короткое, и сырье необходимо вводить достаточно быстро в эту ванну для расплава, если должен получиться расплав, пригодный для обеспечения конечного продукта, имеющего заданные свойства.
В производстве продуктов из минеральной ваты волокна, полученные прядильным способом, выдуваются в сборочную камеру и, будучи взвешенными в воздухе и все еще горячими, распыляются с раствором связующего и беспорядочно осаждаются в виде мата или слоя на движущийся транспортер. Слой или мат волокон затем переносят в камеру для термофиксации, где сквозь мат продувается нагретый воздух для отверждения связующего. Отвержденный мат или плиту обрезают по сторонам и разрезают на части определенных размеров. И во время прядения, и во время обрезки, разрезания до конечных размеров и последующего конечного контроля и проверки на дефекты образуются отходы, которые либо выгружаются, либо, предпочтительно, повторно используются в способе производства MMVF.
С этой целью отходы разделяют на более мелкие, тонкоизмельченные куски размолом в стержневой мельнице или любом подходящем устройстве/оборудовании и/или распускают и затем уплотняют для получения брикетов. Брикеты из отходов MMVF обычно производят формовкой смеси отходов MMVF, необязательно вместе с другими тонкоизмельченными компонентами в тонкодисперсном виде и подходящим связующим, в желаемую форму брикета и отверждением связующего. Предпочтительно используют цементное связующее для производства цементных брикетов.
Брикеты, возможно после временного хранения, можно объединять с исходным сырьем и/или другим кусковым сырьем, таким как шлак, для производства MMVF и возвращать через плавильную печь в способ производства MMVF. Брикеты особенно пригодны для формирования части, часто большей части, загрузки в шахтной или башенной печи. Количество брикетов может быть до 100%, таким как до 80% или 50%, от общей загрузки. Их также можно применять как часть загрузки в электрической печи.
При использовании отходов MMVF для производства брикетов отходы могут содержать отвержденное и/или неотвержденное связующее минеральной ваты, в зависимости от точки производственной линии, где образуются отходы. Связующие смолы минеральной ваты могут, например, быть обычными фенол/формальдегидными смолами, необязательно удлиненными мочевиной, или не содержащими формальдегид связующими, такими как, например, композиции связующих на основе поликарбоксильных полимеров и полиолов или полиаминов, такие как раскрытые в ЕР-А-583086, ЕР-А-990727, ЕР-А-1741726, US-A-5318990 и US-A-2007/0173588.
Другой группой связующих, не являющихся фенол/формальдегидными, являются продукты реакции присоединения/отщепления алифатических и/или ароматических ангидридов с алканоламинами, например, как раскрыто в WO 99/36368, WO 01/05725, WO 01/96460, WO 02/06178, WO 2004/007615 и WO 2006/061249.
Дополнительной группой не содержащих формальдегид связующих для минеральной ваты являются такие, которые содержат углеводы, например, крахмал или сахар, в качестве добавок, наполнителей или в качестве активных компонентов системы связующего; смотри, например, WO 2007/014236.
Однако было обнаружено, что присутствие неотвержденного или частично отвержденного сахаросодержащего связующего для минеральной ваты в отходах MMVF приводит к неприемлемому времени отверждения цементосодержащих брикетов, при этом причиной является то, что сахар является замедлителем схватывания для цемента. Выражение сахар, как используется в данном документе, относится к углеводам, таким как моносахариды, дисахариды, полисахариды, и их смесям.
Краткое описание изобретения
Таким образом, целью данного изобретения является обеспечить цементосодержащие брикеты, пригодные для применения в качестве минеральной загрузки в производстве MMV-волокон, которые, несмотря на присутствие сахаросодержащего связующего для минеральной ваты в отходах MMVF, проявляют удовлетворительную кинетику набора прочности во время производства брикетов.
Было обнаружено, что возможно избежать или уменьшить проблему недостаточного отверждения цемента и кинетики набора прочности брикетов из цементосодержащих отходов MMVF, если сахаросодержащее связующее для MMVF дополнительно включает определенную связующую смолу.
Соответственно, данное изобретение обеспечивает уплотненное тело, в частности брикет, пригодное для применения в качестве минеральной загрузки в производстве искусственных стекловидных волокон (MMVF), причем указанное уплотненное тело включает:
(i) переработанные отходы минеральной ваты, содержащие MMV-волокна, контактирующие с неотвержденным связующим для MMVF, содержащим:
(a) сахарный компонент и
(b) продукт реакции поликарбоновокислотного компонента и аминного компонента, и
(ii) отвержденное цементное связующее.
В дополнительном аспекте данное изобретение относится к способу производства уплотненного тела, в частности брикета, пригодного для применения в качестве минеральной загрузки в производстве искусственных стекловидных волокон (MMVF), причем указанный способ включает этапы:
смешивания переработанных отходов минеральной ваты, содержащей MMV-волокна, контактирующие с неотвержденным связующим для MMVF, содержащим
(a) сахарный компонент и
(b) продукт реакции поликарбоновокислотного компонента и аминного компонента,
с цементным связующим и
уплотнения/придания формы и отверждения смеси для образования указанного уплотненного тела.
В соответствии с еще одним аспектом данное изобретение относится к применению уплотненного тела, в частности цементного брикета, как определено выше, в качестве компонента минеральной загрузки в производстве MMV-волокон или ваты.
Подробное описание и предпочтительные варианты осуществления
Данное изобретение обеспечивает уплотненное тело, в частности брикет, пригодный для применения в качестве компонента в процессе плавления в производстве минеральной ваты или стекловаты. Далее выражения «уплотненное тело» и «брикет» применяются взаимозаменяемо.
Уплотненное тело по данному изобретению включает:
(i) переработанные отходы минеральной ваты, содержащей MMV-волокна, контактирующие с неотвержденным связующим для MMVF, содержащим:
(a) сахарный компонент и
(b) продукт реакции поликарбоновокислотного компонента и аминного компонента, и
(ii) отвержденное цементное связующее.
Скорость реакции цементосодержащих брикетов не должна быть ни слишком быстрой, ни слишком медленной. Короткое время затвердевания менее чем 30 минут затрудняет обработку брикетной смеси, содержащей отходы MMVF и цементное связующее. С другой стороны, период более чем 5 или 6 дней для достаточного отверждения нежелателен в непрерывном производстве MMVF, поскольку способ должен быть настолько экономически эффективным, насколько возможно.
Авторы данного изобретения обнаружили, что получают достаточное время отверждения цемента даже в присутствии сахарных компонентов, действующих как замедлитель отверждения, если при отверждении цемента присутствует продукт реакции поликарбоновокислотного компонента и аминного компонента, предпочтительно как часть связующего для MMVF в отходах MMVF. Это было еще более неожиданно, поскольку продукт реакции поликарбоновой кислоты и амина сам по себе также проявляет слабое замедляющее влияние на отверждение цемента.
Отходы MMVF
Переработанные отходы MMVF, используемые в соответствии с данным изобретением, могут быть любым отходом MMVF, полученным во время способа производства MMVF, таким как отходы волокнообразования и отходы обрезки, и другим образом отбракованным материалом MMVF из производства MMV-волокон, таких как стеклянные волокна, керамические волокна, базальтовые волокна, шлаковые волокна, минеральные волокна, каменные волокна и другие.
В зависимости от места возникновения в способе производства MMVF переработанные отходы MMVF могут не содержать связующее, содержать полностью неотвержденное связующее и/или полностью отвержденное связующее. Предпочтительно отходы MMVF являются смесью отходов, возникающих в различных местах производственной линии. Для целей данного изобретения, однако, требуется, чтобы отходы MMVF содержали, по меньшей мере, неотвержденное связующее для MMVF. Содержание неотвержденных отходов MMVF в конечной смеси отходов MMVF может, например, варьировать между 10 и 90 процентами по массе.
Уплотненное тело по данному изобретению предпочтительно содержит от 10 до 80, более предпочтительно от 20 до 60 процентов по массе переработанных отходов MMVF на основе сухого вещества.
Цементное связующее
Гидравлическое связующее брикета, используемое в соответствии с данным изобретением, включает цемент, факультативно вместе с обычными добавками к цементу.
Цемент обычно является гидравлическим цементом, выбранным из портландцемента, смесей портландцемента и гидравлических цементов, не являющихся портландцементом. Пригодными смесями портландцемента являются, например, шлакопортландцемент, цемент с добавкой зольной пыли, пуццолановый цемент, цемент с добавкой пыли кремнезема и шлаковый цемент. Пригодными гидравлическими цементами, не являющимися портландцементом, являются, например, шлакоизвестковые цементы, кальциевоалюминатные цементы и кальциевосульфоалюминатные цементы.
Портландцемент обычно содержит клинкер и гипс в качестве контролирующего схватывание материала. Однако, чтобы избежать нежелательных серных выбросов, также возможно в данном изобретении использовать цемент, не содержащий гипс.
В соответствии с данным изобретением прессованное тело обычно содержит от 1 до 30 процентов по массе, предпочтительно от 3 до 25 процентов по массе и более предпочтительно от 5 до 15 процентов по массе цемента на основе общей массы (сухого вещества) прессованного тела.
Сахарный компонент (а)
Сахарный компонент (а), используемый в соответствии с данным изобретением, предпочтительно выбран из сахарозы и восстанавливающих сахаров или их смесей.
Восстанавливающий сахар представляет собой любой сахар, который в растворе имеет альдегидную или кетонную группу, позволяющую сахару действовать в качестве восстанавливающего средства. В соответствии с данным изобретением восстанавливающие сахара можно использовать сами по себе или в виде углеводного соединения, дающего один или больше восстанавливающих сахаров in situ при условиях термического отверждения. Сахар или углеводное соединение может быть моносахаридом в его альдозной или кетозной форме, дисахаридом, триозой, тетрозой, пентозой, гексозой или гептозой; или ди-, олиго- или полисахаридом; или их комбинациями. Конкретными примерами являются глюкоза (=декстроза), гидролизаты крахмала, такие как кукурузный сироп, арабиноза, ксилоза, рибоза, галактоза, манноза, фруктоза, мальтоза, лактоза и инвертный сахар. Сахар может также быть растворимым крахмалом, гидролями от очистки глюкозы и мелассой от очистки сахарозы. Такие соединения, как сорбит и маннит, с другой стороны, которые не содержат или не несут альдегидную или кетонную группы, менее эффективны в данном изобретении.
Кристаллическую декстрозу обычно получают подверганием водной взвеси крахмала гидролизу посредством нагрева, действия кислоты или ферментов. В зависимости от условий реакции, используемых при гидролизе крахмала, получают ряд смесей глюкозы и промежуточных соединений, который может быть охарактеризован их числом DE. DE представляет собой сокращение для декстрозного эквивалента и определяется как содержание восстанавливающих сахаров, выраженное как количество граммов безводной D-глюкозы на 100 г сухого вещества в образце, при определении способом, установленным в Международном стандарте ISO 5377-1981 (Е). Этот способ измеряет восстанавливающие концевые группы и присваивает DE 100 чистой глюкозе (=декстрозе), а DE 0 - чистому крахмалу.
Только сироп глюкозы с высоким DE может легко кристаллизоваться и давать продукт в виде порошка или в гранулированном виде. Наиболее распространенным кристаллизованным продуктом является моногидрат декстрозы, который применяют в медицине и жевательных таблетках. Моногидрат декстрозы - это чистая глюкоза (DE 100).
При более низких значениях DE сироп постепенно теряет свою склонность к кристаллизации. Ниже приблизительно 45 DE сироп может быть сконцентрирован в устойчивую, некристаллизующуюся жидкость, например, стандартный сироп с 42 DE, находящий широкое применение в консервированных плодово-ягодных вареньях, мороженом, хлебобулочных изделиях, джеме, конфетах и всех видах кондитерских изделий.
Предпочтительный сахарный компонент для применения в данном изобретении представляет собой восстанавливающий сахар, имеющий декстрозный эквивалент DE от 40 до 100, предпочтительно от 50 до 100 и более предпочтительно от 85 до 100. Особенно предпочтительными компонентами - восстанавливающими сахарами - являются сироп глюкозы с высоким DE, сироп с высоким содержанием фруктозы и их смеси.
По коммерческим и практическим причинам (доступность) декстроза и сахароза являются наиболее предпочтительными сахарными компонентами в данном изобретении.
В соответствии с данным изобретением связующее для MMVF обычно содержит от 10 до 90 процентов по массе, предпочтительно от 20 до 85 процентов по массе и более предпочтительно от 35 до 75 процентов по массе сахарного компонента (а) на основе общей массы (сухого вещества) компонентов связующего для MMVF.
Продукт реакции поликарбоновокислотного компонента и аминного компонента
В соответствии с данным изобретением связующее для MMVF содержит один или несколько водорастворимых продуктов реакции поликарбоновокислотного компонента и аминного компонента, которые, очевидно, нейтрализуют или снижают замедляющий эффект сахарного компонента на отверждение цемента.
Поликарбоновокислотный компонент
Поликарбоновокислотный компонент обычно выбирают из дикарбоновых, трикарбоновых, тетракарбоновых, пентакарбоновых и подобных мономерных поликарбоновых кислот и ангидридов, солей и их комбинаций, а также полимерных поликарбоновых кислот, ангидридов, сополимеров, солей и их комбинаций.
Конкретными примерами пригодных поликарбоновокислотных компонентов являются лимонная кислота, аконитовая кислота, адипиновая кислота, азелаиновая кислота, бутантрикарбоновая кислота, бутантетракарбоновая кислота, хлорэндиковая кислота, цитраконовая кислота, аддукты дициклопентадиена и малеиновой кислоты, диэтилентриаминпентауксусная кислота, аддукты дипентена и малеиновой кислоты, этилендиаминтетрауксусная кислота (EDTA), полностью малеинированная канифоль, малеинированные жирные кислоты таллового масла, фумаровая кислота, глутаровая кислота, изофталевая кислота, итаконовая кислота, малеинированная канифоль, окисленная до карбоновой кислоты, малеиновая кислота, яблочная кислота, мезаконовая кислота, щавелевая кислота, фталевая кислота, тетрагидрофталевая кислота, гексагидрофталевая кислота, терефталевая кислота, себациновая кислота, янтарная кислота, винная кислота, аспарагиновая кислота, тримеллитовая кислота, пиромеллитовая кислота, тримезиновая кислота и их ангидриды, соли и комбинации.
Аминный компонент
Выражение «аминный компонент», как используется в данном документе, относится к аммиаку и производным аммиака, таким как, например, соли аммония, первичные или вторичные амины, алканоламины и аминокислоты.
Конкретными примерами солей аммония являются хлорид аммония, сульфат аммония, фосфат аммония и аммонийные соли поликарбоновых кислот.
Конкретными примерами пригодных первичных и вторичных аминов являются алкиламины и диалкиламины, такие как метиламин, диметиламин, пропиламин, бутиламин и полиамины, такие как этилендиамин.
Конкретными примерами пригодных алканоламинов являются моноэтаноламин, диэтаноламин, триэтаноламин, диизопропаноламин, триизопропаноламин, метилдиэтаноламин, этилдиэтаноламин, н-бутилдиэтаноламин, метилдиизопропаноламин, этилизопропаноламин, этилдиизопропаноламин, 3-амино-1,2-пропандиол, 2-амино-1,3-пропандиол, аминоэтилэтаноламин и трис(гидроксиметил)аминометан.
Конкретными примерами аминокислот являются глицин, аланин, валин, лейцин, серин, бетаин и аргинин.
Мочевина и соединения мочевины, такие как циклические мочевины, могут также использоваться в качестве источника аминного компонента.
Реакция между поликарбоновокислотным компонентом и аминным компонентом может приводить к различным продуктам реакции в зависимости от природы исходных соединений и типа реакции между их функциональными группами. Например, реакции присоединения-отщепления могут приводить к образованию амидов и имидов, нейтрализация может приводить к солям, таким как триаммонийцитрат. Если исходные материалы имеют дополнительные функциональные группы, такие как гидроксильные группы, вероятно образование сложных эфиров.
Особенно предпочтительное связующее для MMVF включает водорастворимый продукт реакции по меньшей мере одного ангидрида карбоновой кислоты и по меньшей мере одного алканоламина.
Предпочтительными алканоламинами для использования в получении данного конкретного связующего для MMVF являются алканоламины, имеющие по меньшей мере две гидроксильные группы, такие как, например, алканоламины, представленные формулой
,
1
2
3
2
3
1
1-10
1-10
1-10
2-5
2-5
2-5
где R представляет собой водород, Cалкильную группу или Cгидроксиалкильную группу; а R и R представляют собой Cгидроксиалкильные группы. Предпочтительно R и R независимо представляют собой Сгидроксиалкильные группы, а R представляет собой водород, Салкильную группу или Сгидроксиалкильную группу. Особенно предпочтительными гидроксиалкильными группами являются В-гидроксиалкильные группы.
Конкретными примерами пригодных алканоламинов являются моноэтаноламин, диэтаноламин, триэтаноламин, диизопропаноламин, триизопропаноламин, метилдиэтаноламин, этилдиэтаноламин, н-бутилдиэтаноламин, метилдиизопропаноламин, этилизопропаноламин, 3-амино-1,2-пропандиол, 2-амино-1,3-пропандиол, аминоэтил-этаноламин и трис(гидроксиметил)аминометан. Диэтаноламин является на данный момент предпочтительным алканоламином.
Реагент ангидрид карбоновой кислоты можно выбрать из насыщенных или ненасыщенных алифатических и циклоалифатических ангидридов, ароматических ангидридов и их смесей, насыщенных или ненасыщенных циклоалифатических ангидридов, при этом ароматические ангидриды и их смеси являются предпочтительными. В особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения используют два различных ангидрида, выбранных из циклоалифатических и/или ароматических ангидридов. Эти различные ангидриды предпочтительно вводят в реакцию последовательно.
Конкретными примерами пригодных алифатических ангидридов карбоновых кислот являются янтарный ангидрид, малеиновый ангидрид и глутаровый ангидрид. Конкретными примерами пригодных циклоалифатических ангидридов являются тетрагидрофталевый ангидрид, гексагидрофталевый ангидрид, метилтетрагидрофталевый ангидрид и надикангидрид, т.е. эндо-цис-бицикло[2.2.1]-5-гептен-2,3-дикарбоновый ангидрид. Конкретными примерами пригодных ароматических ангидридов являются фталевый ангидрид, метилфталевый ангидрид, тримеллитовый ангидрид и пиромеллитовый диангидрид.
В вышеупомянутом варианте осуществления, в котором используют два различных ангидрида, комбинация циклоалифатического ангидрида и ароматического ангидрида является особенно предпочтительной, например, комбинация тетрагидрофталевого ангидрида (ТИРА) и тримеллитового ангидрида (ТМА). Молярное соотношение циклоалифатического ангидрида к ароматическому ангидриду предпочтительно находится в диапазоне от 0,1 до 10, более предпочтительно в диапазоне от 0,5 до 3.
При получении связующей смолы соотношение реагентов алканоламина и ангидрида карбоновой кислоты предпочтительно выбирают таким, чтобы отношение эквивалентов аминных плюс гидроксильных групп (NH+OH) к эквивалентам карбоксильных групп (СООН) составляло по меньшей мере 0,4, более предпочтительно по меньшей мере 0,6.
С другой стороны, свойства готовой композиции связующего, такие как способность к отверждению, долговечность и влагостойкость, определяют общим соотношением присутствующих активных групп. Поэтому для оптимальных характеристик соотношение эквивалентов аминных плюс гидроксильных групп (NH+OH) к эквивалентам карбоксильных групп (СООН) в готовой композиции связующего предпочтительно доводят до 2,0 или менее, более предпочтительно до 1,7 или менее. В общем, готовая композиция связующего имеет соотношение эквивалентов (NH+OH)/(СООН) в диапазоне от 1,25 до 1,55.
Реакцию между реагентами алканоламином и ангидридом карбоновой кислоты проводят обычным образом, например, как описано в WO 99/36368, WO 01/05725, WO 02/06178, WO 2004/007615 и WO 2006/061249, полное содержание которых включено в данный документ ссылкой.
При необходимости в реакции может быть использована дополнительная поликарбоновая кислота, и ее предпочтительно добавляют в реакционную смесь перед добавлением реагента ангидрида карбоновой кислоты. Конкретными примерами таких дополнительных поликарбоновых кислот являются адипиновая кислота, аспарагиновая кислота, азелаиновая кислота, бутантрикарбоновая кислота, бутантетракарбоновая кислота, цитраконовая кислота, лимонная кислота, фумаровая кислота, глутаровая кислота, итаконовая кислота, малеиновая кислота, яблочная кислота, мезаконовая кислота, щавелевая кислота, себациновая кислота, янтарная кислота, винная кислота и тримезиновая кислота.
Температура реакции обычно находится в диапазоне от 50°С до 200°С. В предпочтительном варианте осуществления и, в особенности, если используют два различных ангидрида, алканоламин сначала нагревают до температуры по меньшей мере приблизительно 40°С, предпочтительно по меньшей мере приблизительно 60°С, после чего добавляют первый ангидрид и температуру реакции повышают до по меньшей мере приблизительно 70°С, предпочтительно по меньшей мере приблизительно 95°С и более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 125°С, при этой температуре в реакционную смесь добавляют второй ангидрид, когда практически весь первый ангидрид растворился и/или прореагировал. Повышение температуры реакции от 70-95°С до 100-200°С приводит к более высокой степени превращения мономеров в олигомеры. В этом случае предпочтительный температурный диапазон составляет 105-170°С, более предпочтительно 110-150°С.
Если воду добавляют после того как прореагировал первый ангидрид, либо вместе со вторым ангидридом, либо перед добавлением второго ангидрида, либо в конце реакции, в количестве, достаточном для того, чтобы сделать связующее легко поддающимся перекачке насосом, то получают связующее с увеличенной молекулярной массой (по сравнению с добавлением воды вначале), которое все еще имеет желаемую перекачиваемость, вязкость и разбавляемость водой и содержащее меньше непрореагировавших мономеров.
Чтобы улучшить растворимость и разбавляемость водой связующего, можно добавить основание до рН приблизительно 8, предпочтительно рН между приблизительно 5-8 и более предпочтительно рН приблизительно 6. Кроме того, добавление основания приведет к, по меньшей мере, частичной нейтрализации непрореагировавших кислот и сопутствующему снижению коррозионной активности. Обычно основание будут добавлять в количестве, достаточном для достижения желаемой водорастворимости или разбавляемости водой. Основание предпочтительно выбирают из летучих оснований, которые испарятся на уровне или ниже температуры отверждения и, следовательно, не окажут влияния на отверждение. Конкретными примерами пригодных оснований являются аммиак (NN3) и органические амины, такие как диэтаноламин (DEA) и триэтаноламин (TEA). Основание предпочтительно добавляют в реакционную смесь после того, как реакция между алканоламином и ангидридом карбоновой кислоты была активно остановлена посредством добавления воды.
Другие компоненты связующего для MMVF
Помимо сахарного компонента и продукта реакции поликарбоновокислотного компонента и аминного компонента связующее для MMVF согласно данному изобретению может содержать обычные добавки для связующего, например, ускорители отверждения, такие как фосфорноватистая кислота и фосфоновая кислота, силановые связующие средства, такие как γ-аминопропилтриэтоксисилан; термостабилизаторы; УФ-стабилизаторы; эмульгаторы; поверхностно-активные вещества и/или обычно используемые увлажняющие средства; пластификаторы; заполнители и наполнители; пигменты; гидрофобизаторы; замедлители горения; ингибиторы коррозии; антиоксиданты и другие. Эти необязательные добавки и присадки для связующего используются в количествах, обычно не превышающих 20 масс.% твердой фазы связующего.
Производство брикетов
В данном изобретении брикеты можно производить любым пригодным способом, известным в данной области техники. Обычно процесс производства включает этапы:
смешивания переработанных отходов минеральной ваты, содержащих MMV-волокна, контактирующие с неотвержденным связующим для MMVF, содержащим
(a) сахарный компонент и
(b) продукт реакции поликарбоновокислотного компонента и аминного компонента,
с цементным связующим и
уплотнения/придания формы и отверждения смеси для образования уплотненного тела/брикета.
Помимо отходов MMVF и цементного связующего брикеты могут включать другие пригодные исходные материалы или отходные материалы минеральной загрузки, например, сырьевые материалы, такие как сода; железная руда; борсодержащие материалы; фосфорсодержащие материалы, такие как апатит; доломит, кварцевый песок; оливиновый песок; известняк; рутил; магнезит; магнетит; брусит, боксит, каолин, ильменит, содержащий оксид алюминия материал, такой как боксит и пыль от фильтров обжига боксита и других процессов, включающих нагревание и/или обжиг материалов с высоким содержанием оксида алюминия; шлак металлургической промышленности, в частности, сталелитейный шлак, такой как конвертерный шлак или шлак электродуговой печи, и шлак ферросплавной промышленности, такой как феррохромный, ферромарганцевый или ферросилициевый шлак; шлак и остатки от первичного производства алюминия, такие как отработанная футеровка емкостей алюминиевого производства или красный шлам; высушенный или влажный шлам бумажной промышленности; шлам сточных вод; белильную глину; остатки от сжигания бытовых и промышленных отходов, в частности, шлак или зола с фильтров от сжигания твердых городских отходов; отходы стекла, например, от остекления других отходов производства; стеклянный бой; отходы производства горнодобывающей промышленности, в частности, смесь отходов каменного угля с пустой породой при выработке угля; остатки от сжигания ископаемого топлива, в частности, от сгорания угля на электростанциях; отработанный шлифовальный песок; отработанный формовочный песок железной и стальной опалубки; отходы просеивания песка; армированный стеклопластик; и мелкодисперсный порошок и отходы лома керамической и кирпичной промышленности.
В предпочтительном на данный момент способе производство брикетов включает следующие этапы:
Сбор отходов MMVF с неотвержденным связующим
3 .
Фильерную рвань с переменным содержанием неотвержденного связующего собирают и размалывают отдельно, или в комбинации с отвержденными отходами ваты, или в комбинации с отвержденными отходами ваты и мелкой фракцией горных пород и брикетов и отходами ваты, которые не удалось сбыть. Размол осуществляют в стержневых мельницах, или молотковых мельницах, или другом подходящем устройстве, которые работают с или без дополнительной воды. Размол предпочтительно проводят до такой степени, что размолотая смесь имеет плотность, например, от 900 до 1500 кг/м
Смешивание с цементом/водой
В соответствии с составом брикета в мешалку добавляют различное грубодисперсное сырье, включая отходы MMVF. Затем другие материалы, например, 3-15 масс.% цемента, 1-5 масс.% зольной пыли, 3-20 масс.% других материалов, таких как клинкерная пыль, известь, материал, содержащий оксид алюминия, и т.п. Содержание воды в смеси составляет приблизительно 8-18 масс.%.
Чтобы достичь достаточного времени отверждения цемента, несмотря на присутствие сахара, который действует как замедлитель отверждения, важно правильно отрегулировать массовое соотношение сахарного компонента и цемента. Предпочтительно массовое соотношение сахарного компонента к цементу находится в диапазоне от 0,1 до 5,0 частей по массе, более предпочтительно от 0,3 до 3,0 частей по массе сахарного компонента на 100 частей по массе цемента.
Уплотнение/придание формы смеси брикета
Смесь укладывают в формы и прессуют скачком под давлением, например, от 25 до 60 кПа. Форма не ограничена, но предпочтительна компактная форма для избежания неправильного укладывания в шахтную печь. В данный момент предпочтительным является производство брикетов шестигранной формы, имеющих диаметр от приблизительно 5 до 15 см и высоту от приблизительно 5 до 13 см.
Отверждение
Отверждение брикетов предпочтительно проводят при температуре отверждения от 15 до 65°С, более предпочтительно от 25 до 40°С и при относительной влажности >70%, более предпочтительно >90%. Время отверждения обычно лежит в диапазоне от 6 ч до 120 ч.
Брикеты, полученные в соответствии с данным изобретением, обычно имеют прочность на сжатие, достаточную, чтобы позволить транспортировать брикеты и удерживать колонну сырья в шахтной или башенной печи. Предпочтительной является прочность на сжатие, например, от 3,5 до 5,5 МПа.
3
3
Свежие брикеты имеют плотность по меньшей мере 70%, предпочтительно 80-90% от теоретической плотности, которая может варьировать от 2200 до 5000 кг/м в зависимости от выбора сырья. Плотность брикетов предпочтительно находится в диапазоне от 1700 до 2200 кг/м.
Масса брикета зависит от размера и плотности и, например, варьирует между 0,4 и 3 кг, предпочтительно между 1,5 и 2,2 кг.
Применение брикетов в качестве минеральной загрузки в производстве MMV-волокон
Брикеты, полученные в соответствии с данным изобретением, применимы в качестве минеральной загрузки в любом типе печи, которую можно применять для плавления сырья для изготовления MMV-волокон. Изобретение особенно применимо в шахтных печах, в частности в башенной печи.
Данное изобретение особенно выгодно в способах, где значительная часть (например, >10%) загрузки находится в форме брикетов. Обычно по меньшей мере 20-25%, предпочтительно по меньшей мере 30%, загрузки (по массе) обеспечивается брикетами. В некоторых способах большие количества, например, 45-55%, являются предпочтительными, и иногда предпочтительны количества свыше 75% или даже свыше 80% вплоть до 100%. Оставшаяся часть загрузки может быть любым пригодным исходным материалом или отходами.
MMV-волокна можно получать из волокнообразующего минерального расплава обычным путем. Обычно их получают центрифужным способом волокнообразования. Например, волокна могут образовываться способом вращающейся чаши, в котором они выбрасываются наружу через отверстия во вращающейся чаше, или расплав может отбрасываться с вращающегося диска, и образование волокон может вызываться прорывающимися сквозь расплав струями газа. Предпочтительно используется каскадное вращающееся устройство, и образование волокон проводится выливанием расплава на первый ротор в каскадном вращающемся устройстве. Предпочтительно расплав выливается на первый из набора двух, трех или четырех роторов, каждый из которых вращается вокруг практически горизонтальной оси, посредством чего расплав на первом роторе прежде всего перебрасывается на второй (нижний) ротор, хотя часть может выбрасываться с первого ротора в виде волокон, а расплав на втором роторе выбрасывается в виде волокон, хотя часть может перебрасываться на третий (нижний) ротор и так далее.
MMV-волокна можно применять для любых целей, для которых известны продукты из MMVF. Они включают изоляцию и защиту от огня, теплоизоляцию, снижение и нормирование шума, строительство, среды для садоводства и армирование других продуктов, таких как пластмассы, и в качестве наполнителя. Материалы могут быть в виде соединенных валяных тканей, или материалы могут быть измельчены в гранулят. Соединенные валяные ткани включают такие материалы, как плиты и трубную изоляцию.
Следующие примеры предназначены для дальнейшей иллюстрации изобретения без ограничения его объема.
Приготовление связующего В1 для MMVF
158 г диэтаноламина (DEA) помещают в 1-литровый стеклянный реактор, снабженный мешалкой и рубашкой для нагрева/охлаждения. Температуру диэтаноламина поднимают до 60°С, после чего добавляют 91 г тетрагидрофталевого ангидрида (ТНРА). После поднятия температуры и поддержания ее на 130°С добавили вторую порцию 46 г тетрагидрофталевого ангидрида и затем 86 г тримеллитового ангидрида (ТМА). После реакции при 130°С в течение 1 часа смесь охлаждают до 95°С,  добавляют 210 г воды и смесь перемешивают в течение 1 часа. После охлаждения до окружающей температуры полученная смола готова к использованию. Содержание твердых веществ связующего составляло 58%.
Связующее смешали со стандартным силаном (гамма-аминопропилтриэтоксисилан) в количестве 1,4% от общего содержания твердых веществ. Также добавили фосфорноватистую кислоту в количестве 2% от связующей смолы. Наконец, связующее разбавили водой до 15%-20% твердых веществ и далее разбавили перед применением для получения связующего для MMVF, обозначенного В1.
Производство брикетов
Следуя описанному выше в данном документе общему способу производства брикетов, были получены брикеты шестигранной формы из отходов MMVF и портландцемента. Отходы MMVF содержали различные типы неотвержденного связующего для MMVF:
(1) связующее В1; (2) связующее В1 + декстроза; (3) только декстроза.
Следующие таблицы показывают кинетику набора прочности на сжатие цементных брикетов для различных типов неотвержденного связующего для MMVF в отходах MMVF. Можно видеть, что чистая декстроза имеет наиболее выраженное замедляющее действие на отверждение цемента, тогда как связующее В1 имеет лишь слабое замедляющее действие. Неожиданно смесь связующего В1/декстрозы замедляет значительно меньше, чем чистая декстроза, очевидно благодаря нейтрализующему действию связующего В1 на замедление декстрозой.
Таблица 1
Влияние связующего В1 на кинетику набора прочности на сжатие
Влияние связующего В1/декстрозы на кинетику набора прочности на сжатие
Соотношение В1-С(%)
Прочность (МПа)
Соотношение Dex-C(%)
Прочность (МПа)
1 день
2 дня
3 дня
7 дней
1 день
2 дня
3 дня
7 дней
0,38
32,4
34,8
32,4
39,1
0,29
33,40
33,25
38,95
43,85
0,50
27,7
32,3
34,5
39,1
0,39
33,40
32,30
35,60
46,40
0,63
30,0
32,3
37,0
38,8
0,48
33,10
33,15
34,40
41,40
0,75
28,7
33,7
33,8
40,8
0,58
33,90
35,00
38,00
47,85
0,88
31,5
33,8
35,5
39,3
0,68
34,10
35,40
36,80
44,65
1,0
27,9
33,3
34,3
42,0
0,77
32,85
34,90
37,50
43,75
1,5
27,5
30,2
34,7
36,5
1,16
24,65
34,10
30,50
39,60
2,0
26,2
32,5
33,9
35,2
1,55
3,75
22,00
26,20
33,40
4,0
26,6
31,4
27,0
33,7
3,09
2,50
22,20
25,60
30,30
6,0
21,8
27,9
31,4
31,5
4,64
3,85
20,35
23,60
28,30
Таблица 2
Влияние декстрозы на кинетику набора прочности на сжатие
Соотношение Dex-C (%)
Прочность (МПа)
1 день
2 дня
3 дня
7 дней
0
34,15
39,9
35,8
41
0,53
29,3
33
35,5
39,05
1,06
1,6
1,45
7,85
26,2
2,12
2,1
2,45
2,95
31,05
3,18
0,75
2,25
2,35
23,15
4,24
0,55
2,15
2,55
3,35
Соотношение Dex-C=массовое соотношение декстрозы к цементу
Соотношение В1-С=массовое соотношение связующего В1 к цементу