СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОЛОКОН Российский патент 2009 года по МПК C03B1/00 C03B37/02 

Данное изобретение относится к способам получения химических стекловидных волокон (MMVF), содержащих фосфор.

Хорошо известно получение химических стекловидных волокон, часто называемых минеральными волокнами, включающее загрузку минерального материала, плавление загрузки в печи и формование (образование) волокон из полученного расплава. Волокна могут быть использованы для самых различных целей, включая тепловую и звуковую изоляцию, защиту от огня, в качестве ростовых субстратов и т.д.

Конечный состав волокон обычно выражают в расчете на оксиды элементов, содержащихся в волокнах, при этом хорошо известно, что состав загрузки из минеральных материалов и, следовательно, состав расплава и конечных волокон способны влиять на свойства конечных волокон.

В частности, в течение нескольких лет было достоверно установлено, что содержание фосфора Р₂О₅ в волокнах при некоторых обстоятельствах может оказывать положительное влияние на свойства расплава. Например, ряд патентных публикаций сфокусирован на том факте, что содержание Р₂О₅ в волокнах способно улучшить биорастворимость волокон и, следовательно, уровень биологической безопасности, обеспечиваемой такими волокнами.

Однако был предложен всего лишь узкий спектр материалов для включения в загрузку в качестве подходящих сырьевых материалов, способных обеспечить содержание Р₂О₅ в конечных волокнах. Например, в WO 99/08970 предложен апатит.

В WO 95/29135 раскрывается, что включение P₂O₅ и B₂O₃ в состав улучшает технологические характеристики и повышает скорость физиологического растворения волокон из минеральной ваты. В качестве фосфоросодержащего сырьевого материала описан фосфат кальция.

В WO 98/40321 описаны минеральные волокна, имеющие состав, включающий от 1 до 6% Р₂О₅. В качестве фосфоросодержащих сырьевых материалов описаны апатит и синтетический фосфат.

В ЕР-А-459897 описаны волокна, содержащие от 1 до 10% Р₂О₅, а в качестве подходящего источника фосфора описан пентоксид фосфора.

В US 5198190 в целом предложено использование промышленных отходов для получения минеральной ваты. Однако особо оговорено, что перед формованием в минеральную вату фосфор удаляют. В самом деле, ни один из используемых видов отходов не содержит фосфор.

Сходство US 5496392 заключается в том, что он касается получения продукта, такого как минеральная вата, из промышленных отходов после удаления из них ценных металлов, сплавов металлов и оксидов металлов. Однако, опять же, не обсуждаются отходы, содержащие значительное количество фосфора. Упомянуто о применении бака отработанного материала (SPL) для вторичной фракции, однако максимальное содержание фосфора в таких отходах составляет 0,20%.

ЕР-А-009418 в целом описывает композицию из стеклянной ваты, которая может содержать до 4% Р₂О₅, и предполагает использование промышленных отходов в целом, однако не содержит конкретного упоминания о фосфоросодержащих отходах, а также конкретных примеров волокон, содержащих Р₂О₅.

В SU 1785520 описана обработка доменного шлака для получения сплава и вторичного шлака, в котором, как указано, содержание Р₂О₅ составляет до 27% и который может быть использован для получения минеральной ваты.

В GB-A-2301351 высказано предположение о том, что содержание Р₂О₅ может быть обеспечено нерафинированной рудой, такой как нерафинированный пироксенит, либо промышленными отходами. Предложены конверторный шлак и отходы минеральной ваты.

В ЕР-А-468414 описано получение бумаги из минеральной (шлаковой) ваты. Таким образом, он не имеет отношения к получению минеральной ваты, предназначенной для общеизвестных видов применения минеральной ваты. Данный способ включает, в целом, подачу обезвоженного шлама в циклонную печь, в которой указанный шлам сжигают до шламовой золы. Затем шламовую золу подвергают плавлению, получая жидкий шламовый шлак, перерабатываемый в минеральную вату. Несмотря на то, что данный способ является обычным, также было высказано предположение, что шламовая зола может быть предварительно получена путем сжигания сухой золы в печи для сжигания отходов, а затем плавления полученного продукта вместе с агентом, регулирующим содержание кальция, в плавильной печи.

На практике предпочтительным материалом для включения фосфора является апатит из первичной породы. Наиболее часто используемым видом апатита является фторапатит, который в результате обеспечивает наличие галогенов в процессе, которые зачастую необходимо удалять, для того чтобы избежать высвобождения нежелательных отходов в процессе производства. Также используется хлорапатит, вызывающий аналогичные проблемы, а также потенциальную коррозию оборудования.

Таким образом, очевидно, что, несмотря на то, что в течение нескольких лет предлагалось включать фосфор в качестве компонента минеральных волокон, сохраняется необходимость обеспечения сырьевых материалов, которые могут обеспечивать подходящее содержание Р₂О₅ в волокнах без необходимости использования потенциально дорогостоящих сырьевых материалов, а также материалов, неизбежно вызывающих присутствие таких компонентов, как галогены, которые могут быть нежелательными при некоторых видах использования.

Кроме того, апатит из первичной породы имеет тенденцию содержать менее 100% фосфора в апатите, затем в расплаве и, следовательно, в конечных волокнах. Содержание фосфора в апатите, остающемся в волокнах, может составлять менее 90%. Это может привести к тому, что свойства конечных волокон, связанные с содержанием фосфора, могут оказаться неудовлетворительными. Таким свойством является, например, биорастворимость, особенно в волокнах, имеющих довольно низкое содержание оксида алюминия. Подобными свойствами являются также технологические свойства, такие как эластичность, особенно в волокнах, имеющих довольно высокое содержание оксида алюминия. Более того, при использовании вагранки фосфор, который не перешел в расплав, может перейти в расплавленный ваграночный шлак, высвобождаемый из печи. Использование такого побочного продукта на чугунолитейном заводе менее желательно, чем иного продукта, поскольку фосфор как компонент стали имеет тенденцию индицировать ее хрупкость.

Таким образом, в соответствии с данным изобретением предлагается способ получения химических стекловидных волокон, имеющих содержание фосфора по меньшей мере 0,5%, в расчете на мас.% Р₂О₅, включающий обеспечение загрузки минерального материала, который включает брикеты, плавление загрузки в печи для получения расплава и формование волокон из расплава, где брикеты включают материал из непервичной породы, содержащий по меньшей мере 2% фосфора. Материал непервичной породы представляет собой зольный материал, выбранный из золы шлама сточных вод, золы костной муки, гранулированного шламового осадка сточных вод и их смесей.

Было установлено, что указанные материалы являются подходящими для включения в брикеты для получения минеральных волокон и обеспечивают соответствующий уровень (содержание) фосфора при уровнях золы, которые подходящим образом могут быть введены. Преимуществом применения такого зольного сырья является возможность избежания введения в процесс галогенов.

Дополнительное преимущество применения такого зольного сырья, особенно золы шлама сточных вод, перед обычными предпочтительными фосфоросодержащими материалами, такими как апатит, заключается в том, что они могут перенести большее количество фосфора из сырьевого материала в конечные волокна. Например, содержание фосфора в подвергаемой плавлению загрузке и волокнах может составлять по меньшей мере 90%, даже по меньшей мере 92% или 95%. Небольшое повышение указанного содержания может оказаться существенным на практике, особенно с точки зрения содержания фосфора, который является загрязняющей примесью в железном шлаке, выпускаемом из печи.

Более того, применение указанных материалов решает также проблему их дальнейшей утилизации. Это, в частности, касается шлама сточных вод. Образование шлама сточных вод является глобальной проблемой охраны окружающей среды. В настоящее время существует несколько решений по утилизации шлама сточных вод, но сжигание в золу шлама сточных вод является одним из основных способов. Однако оставшаяся зола содержит тяжелые металлы и поэтому не может быть так легко утилизирована, например, в виде удобрения, поскольку содержание тяжелых металлов ограничивает ее использование фермерами. Поэтому наиболее приемлемым решением проблемы утилизации золы шлама сточных вод во многих странах является захоронение ее в землю, что зачастую требует больших затрат. Следующее преимущество применения золы шлама сточных вод заключается в том, что она обеспечивает присутствие в расплаве оксида железа, который может придавать конечным волокнам огнестойкость, и может регулировать вязкость расплава, равно как и оксида кальция, который может регулировать вязкость расплава.

Следовательно, наряду с новым, полезным и экономичным материалом для обеспечения фосфоросодержащего химического стекловидного волокна (MMVF) настоящее изобретение предлагает решение проблемы утилизации золы шлама сточных вод, а также других отходов, таких как зола костной муки.

Описанные ранее виды применения золы шлама сточных вод относительно ограничены и включают ее применение в качестве компонента кирпичей и для включения в цементный раствор, а также при получении бумаги.

Особенно удивительным является то, что зола шлама сточных вод, зола костной муки и некоторые другие фосфоросодержащие материалы могут быть использованы в определенных видах способов получения волокон. Такие материалы обычно доступны в форме частиц небольшого размера и, следовательно, при использовании шахтной печи подобные зольные материалы не могут быть включены в загрузку в существенном количестве и в полученном виде. Вместо этого согласно общепринятой практике при необходимости они включаются как компонент в брикеты. Однако также общеизвестно, что включение значительного количества фосфоросодержащего материала в брикеты, как ожидается, может отрицательно повлиять на их прочность. По технологическим причинам важно, чтобы брикеты имели соответствующую прочность, но это особенно существенно для шахтной печи, в которой брикеты образуют часть штабеля из минеральных материалов.

Однако к удивлению было обнаружено, что описанные выше материалы фосфоросодержащей золы отходов могут быть включены в брикеты с сохранением их необходимой прочности.

В данном описании, если не имеется иных указаний, все количества компонентов волокон выражены в мас.% в расчете на соответствующий оксид.

Данное изобретение может быть использовано для получения различных видов химического стекловидного волокна, включая минеральные волокна и стекловолокна.

Стекловолокна традиционно содержат относительно низкое общее количество щелочноземельных металлов и железа (кальций, магний и железо), как правило, менее 12% в расчете на общее содержание оксидов (количество железа определяют в расчете на FeO).

Минеральные волокна обычно содержат по меньшей мере 15%, как правило, более 20%, общего количества оксидов железа кальция, магния. Минеральные волокна предпочтительно содержат по меньшей мере 1%, часто по меньшей мере 3%, еще более часто от 5 до 12% железа в расчете на FeO.

Волокна обычно содержат SiO₂ в количестве от 30 до 70%.

Данное изобретение особенно применимо при получении волокон, растворимых в физиологическом солевом растворе. Некоторые такие волокна содержат относительно небольшое количество алюминия, например не более 4%, необязательно, вместе с 1-5% бора. Такие типичные волокна с низким содержанием алюминия описаны, например, в ЕР-А-459897, WO 92/09536, WO 93/22251 и WO 96/00196. Предполагается, что применение указанных сырьевых материалов для получения подобных волокон имеет преимущество, заключающееся в улучшении биорастворимости относительно применения апатита в качестве сырья, имеющего такое же содержание фосфора.

Данное изобретение также может быть использовано для получения волокон, имеющих более высокое содержание алюминия, например, по меньшей мере 15% и даже по меньшей мере 17%, а в некоторых случаях по меньшей мере 18% Al₂O₃, например до 30, 35 или 40% Al₂O₃. Подходящие биологически растворимые волокна с высоким содержанием алюминия, которые могут быть выгодно получены в соответствии с настоящим изобретением, описаны в WO 96/14454 и WO 96/14274. Другие волокна описаны в WO 97/29057, DE-U-2970027, WO 97/30002 и WO 99/08970. Для этих волокон предполагается, что указанные сырьевые материалы, особенно зола шлама сточных вод, могут иметь преимущества, связанные с введением в волокна большего количества фосфора, содержащегося в сырье, такие как улучшенная эластичность волокон и улучшенная вязкость расплава. Данное изобретение также позволяет поддерживать биорастворимость в приемлемом интервале.

Безусловно, при осуществлении изобретения важно, чтобы волокна содержали по меньшей мере 0,5% фосфора, помимо компонентов, указанных в данных композициях.

В целом, волокна и расплав, из которого они сформованы, имеют составы в пределах различных интервалов, определяемых следующими предпочтительными нижними и верхними пределами:

SiO₂ - по меньшей мере 30, 32, 35 или 37; не более 51, 48, 45 или 43;

Al₂O₃ - по меньшей мере 12, 14, 15, 16 или 18; не более 35, 30, 26 или 23 (альтернативно, Al₂O₃ не более 4%);

СаО - по меньшей мере 8 или 10; не более 30, 25 или 20;

MgO - по меньшей мере 2 или 5; не более 25, 20, 15 или 12;

FeO (включая Fe₂O₃) - по меньшей мере 2, 3 или 5; не более 15, 12, 10 или 8;

FeO+MgO - по меньшей мере 8, 10, 12; не более 25, 20, 15;

Na₂O+К₂O - нулю или по меньшей мере 1 или 2; не более 10 или 8;

CaO+MgO - по меньшей мере 20, 25, 30; не более 45, 40;

TiO₂ - нулю или по меньшей мере 1; не более 4, 2;

TiO₂+FeO - по меньшей мере 4, 6; не более 12, 10;

В₂O₃ - нулю или по меньшей мере 1; не более 5, 3.

Прочие равны нулю или по меньшей мере 1; не более 8, 5.

В химических стекловидных (MMV) волокнах содержание фосфора, в расчете на мас.% Р₂О₅, составляет по меньшей мере 0,5%. Содержание Р₂О₅ может составлять до 10%, однако часто оно составляет не более 5 или 6%, предпочтительно может быть от 0,5 до 4%.

Один предпочтительный класс волокон, получаемых в соответствии с данным изобретением, включает от 16 до 18% мас. Al₂O₃. Предпочтительно такие волокна формуют из расплава, имеющего вязкость при 1400°С от 15 до 17 пуаз. Второй класс предпочтительных волокон включает от 12 до 15% Al₂O₃ и сформован из расплава, имеющего вязкость при 1400°С от 10 до 14 пуаз. Указанные классы волокон предпочтительно содержат по меньшей мере 4% мас. Р₂О₅.

Примеры предпочтительных интервалов состава включают от 35 до 45% SiO₂, от 12 до 17,5% Al₂O₃, от 15 или 18 до 28% СаО, от 5 до 15% MgO, от 3 до 8% FeO, от 0 до 5% Na₂O плюс К₂O, от 0 до 3% TiO₂, от 0,5 до 5% Р₂О₅ и от 0 до 1% MnО.

Другие предпочтительные волокна включают от 35 до 42% SiO₂, от 12 до 16,5%

Al₂O₃, от 20 до 24% СаО, от 9 до 15% MgO, от 3 до 8% FeO, от 0 до 5% Na₂O плюс К₂O, от 0 до 3% TiO₂, от 0,5 до 5% Р₂О₅ и от 0 до 1% MnО.

При обоих указанных предпочтительных составах расплав имеет вязкость при 1400°С не более 20 пуаз.

Волокна предпочтительно имеют температуру спекания (в соответствии с WO 96/14274) выше 800°С, более предпочтительно выше 1000°С.

Расплав предпочтительно имеет вязкость при температуре формования волокон от 2 до 100 пуаз, предпочтительно от 3 до 70 пуаз, более предпочтительно от 10 до 30 пуаз при 1400°С (в соответствии с WO 96/14274).

Как показывают тесты in vivo или in vitro, обычно осуществляемые в физиологическом солевом растворе, забуференном до рН около 4,5, волокна предпочтительно имеют соответствующую растворимость в легочных жидкостях. Подходящие уровни растворимости описаны в WO 96/14454. Обычно скорость растворения в таком солевом растворе составляет по меньшей мере 10 или 20 нм в сутки.

Особенно желательно, чтобы некоторые составы содержали менее 22% или даже менее 14% алюминия и по меньшей мере 1% фосфора. Высокое содержание оксида алюминия приводит к высокой вязкости расплава, что является полезным для целей обработки - слишком низкая вязкость расплава может вызвать проблемы при обработке. Таким образом, волокна, имеющие относительно низкое содержание алюминия, могут иметь тенденцию получаться из расплава, имеющего довольно низкую вязкость. Включение фосфора позволяет повысить вязкость без одновременного ухудшения биорастворимости.

Как указано выше, зола шлама сточных вод имеет особое преимущество, заключающееся в том, что она может вводить железо и кальций в расплав, что также может регулировать вязкость.

Согласно данному способу минеральные материалы загружают в печь. Могут быть использованы любые подходящие печи, применяемые для формования MMVF расплавов. Печь может представлять собой ванную печь, включая газовые или ванные печи, работающие на жидком топливе, ванные печи с молибденовыми и графитовыми электродами и электродуговые печи. Однако предпочтительно печь представляет собой шахтную печь, в которой штабель из гранулированного минерального материала нагревается и стекает в виде расплава к основанию штабеля в виде резервуара, из которого его подают в процессе получения волокна. В некоторых случаях расплав переносят от основания штабеля в другую камеру, где его собирают в виде резервуара и откуда его подают в процессе получения волокна. Предпочтительным видом шахтной печи является вагранка.

Однако сырьевой материал в соответствии с данным изобретением может быть использован в способах, согласно которым печь представляет собой ванную печь (т.е. электрическая печь), и в дополнительном аспекте данного изобретения предлагается способ получения химических стекловидных волокон, имеющих содержание фосфора по меньшей мере 0,5% в расчете на мас.% Р₂О₅, включающий загрузку минерального материала, содержащего золу шлама сточных вод, золу костной муки или их смесь в виде порошка, плавление загрузки в ванной печи для получения расплава и формование расплава с получением волокон. Такие волокна применяют, как правило, для изготовления волокнистого изолирующего материала (включая материалы для тепловой и звуковой изоляции, а также материалы для защиты от огня) или материала для ростовых субстратов.

Химические стекловидные (MMV) волокна могут быть получены из минерального расплава обычным способом. Их обычно получают центрифужным способом формования волокон. Например, волокна могут быть сформованы способом с применением прядильной чашки, согласно которому их выбрасывают наружу через отверстия в прядильной чашке, либо расплав может быть выброшен с вращающегося диска и формование волокна может быть промотировано дутьем струи газа через расплав. Альтернативно, волокна могут быть сформованы путем заливки расплава на первый ротор каскадной прядильной машины. Расплав предпочтительно заливают на первый ротор комплекта из двух, трех или четырех роторов, каждый из которых вращается вокруг по существу горизонтальной оси, при этом расплав с первого ротора вначале сбрасывают на второй (более низкий) ротор, несмотря на то, что некоторая часть расплава может быть сброшена с первого ротора в виде волокон, а расплав со второго ротора сбрасывают в виде волокон, несмотря на то, что некоторая его часть может быть сброшена на третий (более низкий) ротор и так далее.

Существенной особенностью данного изобретения является то, что загрузка минерального материала включает вышеописанный материал из непервичной породы. Такой материал предпочтительно представляет собой золу, выбранную из золы шлама сточных вод и золы костной муки.

В данном изобретении может быть использована любая зола шлама сточных вод. Предпочтительная зола шлама сточных вод содержит компоненты в следующих интервалах в расчете на оксиды, за исключением хлора.

SiO₂: от 25 до 35%

Al₂O₃: от 5 до 15%

TiO₂: от 0,5 до 3%

Fe₂О₃: от 8 до 20%

СаО: от 15 до 25%

MgO: от 0 до 5%, предпочтительно от 0,5 до 4%

Na₂O: от 0 до 3%, предпочтительно от 0,1 до 2%

К₂O: от 0 до 3%, предпочтительно от 0,5 до 2%

Р₂О₅: от 10 до 35%, предпочтительно от 14 до 30%, более предпочтительно до 25%

MnO₂: от 0 до 2%, предпочтительно от 0,1 до 1%

ZnO: от 0 до 2%, предпочтительно от 0,1 до 1%

SО₃: от 0 до 7%, предпочтительно от 2 до 6%

Cl: от 0 до 2%, предпочтительно от 0,1 до 1%.

Как правило, зола шлама сточных вод содержит по меньшей мере SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, Fe₂О₃, СаО и Р₂О₅, а остальные компоненты являются необязательными.

Зола костной муки (которая может быть также названа «золой мясной и костной муки»), как правило, имеет следующее содержание оксидов:

SiO₂: от 5 до 15%

Al₂O₃: от 0 до 5%, предпочтительно от 0,5 до 4%

FeО: от 0 до 2%, предпочтительно от 0,1 до 1%

СаО: от 25 до 55%

MgO: от 0 до 5%, предпочтительно от 0,5 до 3%

Na₂O: от 0 до 4%, предпочтительно от 0,5 до 3%

К₂O: от 0,5 до 6%, предпочтительно от 2 до 5%

Р₂О₅: от 20 до 50%, предпочтительно от 30 до 40%

SО₃: от 1 до 10%, предпочтительно от 2 до 6%.

Загрузка предпочтительно включает по меньшей мере 3 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 4 мас.%, наиболее предпочтительно по меньшей мере 5 мас.% определенного материала из непервичной породы. Содержание определенного материала из непервичной породы в загрузке может составлять до 25%, однако предпочтительно оно составляет не более 20% и может составлять до 15%.

Зола шлама сточных вод является наиболее предпочтительным зольным материалом, применимым в данном изобретении.

В соответствии с данным изобретением материал из непервичной породы представляет собой материал, являющийся продуктом отходов предыдущего процесса, т.е. промышленными отходами (который часто отправляют на утилизацию).

В соответствии с данным изобретением материал из непервичной породы перед его включением в брикеты находится в виде частиц.

Если материал из непервичной породы представляет собой золу, размер по меньшей мере 90 мас.% частиц, как правило, составляет менее 300 микрон, предпочтительно, размер по меньшей мере 75 мас.% частиц составляет менее 200 микрон. Часто по меньшей мере 30%, предпочтительно по меньшей мере 50% частиц имеют размер менее 120 микрон. Предпочтительно по меньшей мере 40% частиц имеют размер менее 90 микрон. Предпочтительно по меньшей мере 45% частиц имеют размер менее 75 микрон. Предпочтительно по меньшей мере 60% частиц имеют размер менее 45 микрон. Однако, как правило, по меньшей мере 70% частиц имеют размер более 25 микрон.

В некоторых случаях, особенно если материал из непервичной породы представляет собой золу шлама сточных вод, предпочтительно не более 40 мас.% частиц имеют диаметр менее 100 мкм. Предпочтительно не более 60% частиц имеют диаметр менее 200 мкм. Более предпочтительно не более 70% частиц имеют диаметр менее 500 мкм. Предпочтительно не более 80 мас.% частиц имеют диаметр менее 1000 мкм.

Дополнительным материалом, подходящим для использования в качестве материала из непервичной породы в соответствии с данным изобретением, является гранулированный шлак шлама сточных вод. Данный продукт получают, нагревая шлам сточных вод в печи с получением расплавленного шлака и гранулируя полученный отвержденный шлак. Обычно перед подачей в печь шлам сточных вод подвергают дегазации и формуют в виде брикетов. Печь обычно представляет собой шахтную печь, такую как вагранка. Образец такого продукта коммерчески доступен в компании RGS90 Industri под названием Carbogrit. В US 2003/0083187 описано получение продукта такого рода. Описана термическая обработка сырья, включающего золу шлама сточных вод и других сырьевых материалов, для получения расплава. Расплав гасят в воде и формуют гранулят. Полученный гранулят имеет размер частиц порядка от 0,4 до 1,4 мм. Сырье может быть подвергнуто брикетированию до осуществления термической обработки и плавления. Такое брикетирование является частью процесса получения самого гранулята. Имеется краткое упоминание о том, что конечный гранулят может быть использован для получения «шлаковой ваты», но не приведено никаких подробностей.

Гранулированный шлак шлама сточных вод обычно содержит следующие компоненты:

Минерал Обычно содержит Пример SiO₂ 40-45 мас.% 43,4 мас.% Al₂O₃ 10-18 мас.% 14,5 мас.% Fe₂O₃ 5-12 мас.% 9,2 мас.% CaO 15-20 мас.% 18,1 мас.% MgO 2-8 мас.% 5,4 мас.% MnO₂ 0-3 мас.% 0,1 мас.% TiO₂ 0-3 мас.% 0,6 мас.% P₂O₅ 5-10 мас.% 7,3 мас.% K₂O 0-3 мас.% 0,9 мас.% Na₂O 0-3 мас.% 1,0 мас.% SrO 0-2 мас.% 0,3 мас.% SO₃ 0-1 мас.% 0,03 мас.% Прочие 0-2 мас.% -

В соответствии с данным изобретением брикеты предпочтительно включают по меньшей мере 1 или по меньшей мере 3 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 4 мас.% материала из непервичной породы. Его содержание может достигать 50%, однако предпочтительно оно составляет не более 35%, более предпочтительно не более 25%.

Содержание золы шлама сточных вод не более 25%, предпочтительно не более 20% может быть выгодным. Если материал из непервичной породы представляет собой гранулированный шлак шлама сточных вод, то брикеты обычно включают не более 50%, предпочтительно не более 35%, более предпочтительно не более 25% гранулированного шлака шлама сточных вод.

В соответствии с данным изобретением брикеты могут быть получены обычным способом путем приготовления смеси гранулированных материалов, включающих материал из непервичной породы, формования и прессования указанных материалов, как правило, в присутствии влаги и связующего. Затем брикетам дают возможность для выдержки и затвердевания.

Связующее может представлять собой любое известное связующее для брикетов, используемое при получении минеральной ваты. Таким образом, связующее может быть неорганическим, таким как цемент, в частности портландцемент. Альтернативно, оно может быть неорганическим, таким как мелесса.

Брикеты обычно имеют стандартный размер, в частности, их наименьший размер составляет по меньшей мере 50 мм, а наибольший размер составляет по меньшей мере 100 мм.

Содержание влаги в составе брикета, который формуют, предпочтительно составляет по меньшей мере 10%, предпочтительно по меньшей мере 12%, более предпочтительно по меньшей мере 15%. Как правило, оно составляет не более 25%, предпочтительно не более 20%. Было установлено, что указанные величины содержания влаги способствуют получению адекватной прочности.

В состав брикета предпочтительно входят отходы минеральной ваты, как правило, такого же типа, как и получаемая вата, также с целью повышения прочности брикета. Предпочтительное количество составляет по меньшей мере 1%, предпочтительно по меньшей мере 5%, однако, как правило, не более 15%, предпочтительно не более 10%.

После формования брикетам дают возможность затвердеть перед использованием. Затвердевание предпочтительно осуществляют в течение по меньшей мере 24 часов, предпочтительно по меньшей мере 48 часов и более предпочтительно по меньшей мере 36 часов. В некоторых случаях предпочтительно осуществлять затвердевание по меньшей мере 72 часов. После затвердевания брикеты используют, включая их в загрузку.

Сразу же после получения брикеты предпочтительно имеют плотность по меньшей мере 1,8 кг/дм³.

В соответствии с данным изобретением волокна формуют из расплава. Расплав получают, загружая в печь минеральный материал, включающий брикеты. Если печь представляет собой шахтную печь, такую как вагранка, то вместе с загрузкой минерального материала в печь обычно добавляют топливо. Часто оно имеет вид кокса, который не является частью расплава.

Волокна, получаемые в соответствии со способами согласно данному изобретению, могут быть использованы для любого известного вида применения MMV волокон. Например, они могут быть использованы для изоляции и защиты от огня, звуковой изоляции, в качестве ростового субстрата и в гранулированном виде в качестве наполнителя.

Пример

Представленная ниже загрузка 1 может быть использована в соответствии с данным изобретением в качестве расплавляемой и формуемой в волокна загрузки. Загрузка 2 является сравнительной. По меньшей мере 90% фосфора, содержащегося в загрузке 1, переходят в волокна. В загрузке 2 данная величина составляет 87%.

Загрузка 1: 58 мас.% брикет   12% камня 1   30% камня 2   Брикет:   16,5% Донная зола из установки для сжигания угля   10,5% Цемент   15% Отработанный катализатор   3% Зольная добавка   34% Рециркулированные волокна   10% Донный шлак   1% Фильтровальная пыль   10% SSA (зола шлама сточных вод) (15,9 мас.% Р₂О₅)   Р₂О₅ в брикете: 2,0 мас.%   Состав SSA:   SiO₂ 29,5 мас.%   Al₂O₃ 11,6   TiO₂ 0,6   Fe₂О₃ 13,5   Mn₂О₄ 0,2   MgO 1,7   СаО 18,9   K₂О 1,5   Na₂O 0,9   Р₂О₅ 15,9   SО₃ 0,2   Остальное 4   Н₂О 1 Загрузка 2: 66% брикета 1   34% брикета 2   Брикет 1:   12% Цемент   45% Кварцевый песок   25% Оливиновый песок   13% Конверторный шлак   5% Железная руда   Р₂О₅ в брикете 1: 0,5 мас.%   Брикет 2:   12% Цемент   36% Апатит   26% Кварцевый песок

Данное изобретение относится к способу получения химических стекловидных волокон, имеющих содержание фосфора по меньшей мере 0,5% в расчете на мас.% P₂O₅. Способ включает загрузку минерального материала, который содержит брикеты, плавление загрузки в печи для получения расплава и формование волокон из расплава. Брикеты включают материал из непервичной породы, содержащий по меньшей мере 2% фосфора, при этом материал из непервичной породы представляет собой золу шлама сточных вод, где брикеты включают до 15 мас.% золы шлама сточных вод. Техническая задача изобретения - повышение прочности брикетов при сжатии. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения химических стекловидных волокон, имеющих содержание фосфора по меньшей мере 0,5% в расчете на мас.% P₂O₅, включающий:
обеспечение загрузки минерального материала, который включает брикеты,
плавление загрузки в печи для получения расплава, и
формование волокон из расплава,
где брикеты включают материал из непервичной породы, содержащий по меньшей мере 2% фосфора, при этом материал из непервичной породы
представляет собой золу шлама сточных вод, где брикеты включают до 15 мас.% материала из непервичной породы.

2. Способ по п.1, в котором материал из непервичной породы содержит по меньшей мере 3% фосфора.

3. Способ по п.2, в котором материал из непервичной породы содержит по меньшей мере 5% фосфора.

4. Способ по п.1, в котором брикеты включают по меньшей мере 3 мас.%, предпочтительно по меньшей мере 4 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 5 мас.% материала из непервичной породы.

5. Способ по п.1, в котором брикеты включают не более 10 мас.% материала из непервичной породы.

6. Способ по п.1, в котором загрузка минерального материала содержит от 1 до 15%, предпочтительно от 4 до 15% золы шлама сточных вод, от массы загрузки.

7. Способ по п.1, в котором брикеты дополнительно включают отходы минеральной ваты.

8. Способ по п.1, в котором брикеты получают по меньшей мере за два дня до их включения в загрузку.

9. Способ по п.1, в котором волокна включают менее 22% алюминия, предпочтительно менее 17%, наиболее предпочтительно от 10 до 15% алюминия, в расчете на мас.% Al₂O₃.

10. Способ по п.1, в котором волокна включают от 0,5 до 10% фосфора, предпочтительно менее 5% фосфора, в расчете на мас.% P₂O₅.

11. Способ по п.10, в котором волокна включают по меньшей мере 1%, предпочтительно по меньшей мере 2% фосфора.

12. Способ по п.1, в котором по меньшей мере 90%, предпочтительно по меньшей мере 92%, более предпочтительно по меньшей мере 95%, фосфора в загрузке переходят в расплав и волокна.

13. Способ по п.1, в котором печь представляет собой шахтную печь, предпочтительно, вагранку.

14. Способ по п.13, в котором железо выпускают из печи и, предпочтительно, используют повторно в чугунолитейном производстве.

15. Способ по п.1, в котором волокна включают менее 4% алюминия в расчете на мас.% Al₂O₃.

16. Способ получения химических стекловидных волокон, включающий обеспечение загрузки минерального материала, включающего брикеты, плавление загрузки в печи для получения расплава и формование волокон из расплава, где брикеты включают до 15 мас.% золы шлама сточных вод.