Брикет, используемый для производства минеральной ваты, и способ его изготовления

Настоящее изобретение относится к брикету, используемому для получения минеральной ваты. Брикет, используемый для производства минеральной ваты, состоящий из сырьевого материала, связующего для сырьевого материала и активирующего агента, ускоряющего процесс отверждения брикетированного сырьевого материала, где сырьевой материал включает отходы производства минеральной ваты, имеющие волокнистую морфологию, коксовую мелочь и подсушенную биомассу, а связующим для сырьевого материала является неволокнистое неорганическое связующее, такое как силикат натрия. В способе изготовления указанного выше брикета сырьевой материал смешивают со связующим для сырьевого материала для придания формы брикету, который отверждают с помощью активирующего агента, где в качестве связующего для сырьевого материала используют неволокнистое неорганическое связующее, такое как силикат натрия, при этом используемый сырьевой материал включает отходы производства минеральной ваты, имеющие волокнистую морфологию, коксовую мелочь и просушенную биомассу. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы. Технический результат – повышение уровня утилизации и снижение вредного влияния на окружающую среду. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к брикетам или твердотельным блокам, используемым для утилизации материалов из отходов производства минеральной ваты и их возможному смешиванию с мелочью из остаточных материалов от других отраслей промышленности или нет, и/или альтернативных топлив остаточного происхождения, которые дают тепло в печах, бойлерах или подобном, предлагая брикеты, которые используются в отрасли изготовления минерального волокна, точнее, для отрасли изготовления минеральной ваты.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Минеральная вата является минеральным волокном, используемым, главным образом, в строительном секторе в качестве теплоизоляции или в качестве огнезащитного элемента. Минеральную вату получают путем плавления базальтового сырьевого материала при более чем 1600°C в плавильной печи обычно в вагранке; расплавленный материал подвергается воздействию влияния центробежной силы для получения волокон, которые будут формировать конечный продукт минеральной ваты.

Современные отходы производства минеральной ваты, остатки и отходы, а также другие остаточные материалы из других отраслей промышленности, компактируют для формирования повторно используемых брикетов, которые вводят в вагранку, чтобы превратить обратно в минеральную вату.

Связывающие вещества, как известно, надо использовать, чтобы изготовить брикеты с механической прочностью, пригодной для промышленной обработки. Цемент с низким содержанием серы используют в настоящее время в качестве связывающего вещества (связующего) для производства брикетов. Тем не менее, интенсивность выделения серы с использованием этих брикетов, которые брикетированы с помощью цемента, продолжает быть высокой, потому что минеральная вата имеет органические соединения, которые взаимодействуют неблагоприятно с цементом, так что необходимо повышать процентное содержание цемента, чтобы изготовить брикеты с пригодной механической прочностью. С другой стороны, вдобавок к проблеме состояния окружающей среды, возникающей с выбросами диоксида серы во время сжигания брикетов, также возникает экономическая проблема, поскольку требуется более высокое процентное содержание цемента для получения желательной механической прочности.

Патентный документ WO 97/25286 раскрывает способ изготовления брикетов, которые используют в производстве минеральной ваты. В изготовлении минеральной ваты, когда расплавленный материал вводят в вагранку и подвергают действию центробежной силы, получаются волокна минеральной ваты, 70% которых имеют волокнистый вид, а 30% имеют вид сферических гранул, которые не являются годными для промышленного применения. Патентный документ WO 97/25286 предлагает повторное использование этих сферических гранул минеральной ваты для формирования брикетов, которые опять используют в производстве новой минеральной ваты.

Сферические гранулы минеральной ваты измельчают в конусной дробилке до получения мелкодисперсного материала с одинаковым размером частиц менее чем 30 мм. Для получения брикета с пригодной механической консистенцией патентный документ WO 97/25286 предлагает связывание мелкодисперсных гранул, используя волокнистое связующее, в частности целлюлозное волокно (вторичную бумагу), которую подобно сферическим гранулам измельчают для получения частиц, имеющих приблизительный размер 2 мм. К тому же, чтобы сделать брикет более крепким, так чтобы его можно было правильно обрабатывать на промышленном оборудовании, патентный документ WO 97/25286 требует добавлять упрочняющий продукт к смеси сферических гранул минеральной ваты и целлюлозного волокна, такой как силикат натрия, силикат кальция или силикат алюминия.

Это решение позволяет получать брикет, который уменьшает выбросы диоксида серы во время сжигания брикетов, однако оно требует использования волокнистого связующего, которое способно давать брикет с пригодной механической стойкостью, в дополнение к требованию использования специального механизма для дробления и измельчения гранул минеральной ваты и целлюлозного волокна, и способного давать частицы, имеющие одинаковый размер.

Поэтому является необходимым альтернативное решение, которое позволяет изготовление брикетов с низким выделением диоксида серы и которое предотвращает необходимость использования волокнистого связующего для обеспечения брикета с пригодной механической прочностью для промышленной обработки.

Настоящее изобретение предлагает альтернативный способ используемому способу в настоящее время отраслью, производящей минеральное волокно, и конкретней, отраслью, производящей минеральную вату, который обеспечивает значительные улучшения на уровне, относящемся к окружающей среде, и большую утилизацию энергетических ресурсов, давая в результате брикеты с менее глобальным влиянием в течение всего срока их службы.

Изобретение предлагает брикет, который используют для производства минеральной ваты, при этом брикет состоит из сырьевого материала, его связующего и активирующего агента, ускоряющего процесс отверждения (упрочнения) брикетированного сырьевого материала. Сырьевой материал, используемый для изготовления брикета, включает в себя отходы производства минеральной ваты, при этом используют неволокнистое неорганическое связующее, такое как силикат натрия, чтобы связывать сырьевой материал вместо использования цемента, как в обычных решениях проблемы выделения серы, которая возникает с цементными связующими обычных решений, таким образом, является устранимой.

Конкретно, изобретение предлагает использование обрезков, остатки, брак от производства минеральной ваты, имеющие волокнистую морфологию, такую, что когда используется сырьевой материал волокнистого вида, то не является необходимым использовать волокнистое связующее, как в обычных решениях, для получения брикета с механической стойкостью, необходимой для правильной промышленной обработки. Поэтому изобретение предлагает использование единственного типа неволокнистого связывающего вещества, такого как силикат натрия, чтобы связывать сырьевой материал из волокон минеральной ваты.

Волокна, использованные в качестве сырьевого материала для получения брикетов, имеют диаметр между 1 мкм и 30 мкм с отношением длины волокна к диаметру волокна, по меньшей мере, 3:1. Плотность волокон, использованных в качестве сырьевого материала, находится в диапазоне между 0,18 и 0,99 г/см³.

Предусматривали возможность сырьевого материала, вдобавок к отходам производства минеральной ваты, содержать мелочь из остаточных материалов и/или топлив остаточного происхождения. Мелочь из остаточных материалов не обязательно является мелочью из других отраслей промышленности, такой как, например, коксовая мелочь, сталеплавильный и литейный шлак, литейный песок или другой производственный брак, гранулометрический состав которых не пригоден для прямой подачи в печь. Подсушенная биомасса, обычная биомасса, осадок сточных вод, твердое восстановленное топливо SRF (solid recovered fuel) или любой другой остаток, дающий теплотворную способность и удовлетворяющий техническим параметрам, связанным с окружающей средой и требуемым компетентными организациями, в производственном процессе используются как топливо остаточного происхождения.

Вследствие этого сырьевой материал, используемый для изготовления брикета, имеет состав по весу 50%-100% отходов производства минеральной ваты между 0% и 50% мелочи из остаточных материалов, а также между 0% и 50% топлив остаточного происхождения. Доля по весу связывающего вещества силиката натрия составляет от 3 до 20% относительно общего веса используемого сырьевого материала.

Даже более предпочтительно, доля по весу связывающего вещества силиката натрия составляет от 6 до 16% относительно общего веса используемого сырьевого материала. Путем использования этого количества связующего вместе с волокнами минеральной ваты брикеты получаются с плотностью между 1,2 и 2,8 г/см³, плотностью, которая является достаточной для брикета, обрабатываемого на промышленном уровне, не заставляя его разрушаться.

Предвидели возможность использования сложного эфира в качестве активирующего агента, используемого для ускорения процесса отверждения брикета, в процентном содержании 0%-4% по весу относительно общего веса используемого сырьевого материала. Предвидели использование газа диоксид углерода (CO₂) в качестве активирующего агента как альтернативы сложному эфиру.

Диоксид углерода (CO₂) может быть синтетическим, подающимся прямо из баллонов, содержащих этот газ, или он может быть диоксидом углерода (CO₂) из окружающей среды, который присутствует в атмосфере, в которой хранятся брикеты.

Принимая во внимание вышеизложенное, для случая ежегодного получения вновь 10000 МТ (метрических тонн) отходов производства минеральной ваты посредством изготовления брикетов использование связывающего вещества силикат натрия и способа настоящего изобретения, как замены для цемента, используемого в качестве связующего в обычных решениях, снижение выбросов было бы эквивалентно 35300 кг диоксида серы (SO₂) (расчеты сделаны для брикетов с процентным содержанием по весу 15% цемента в брикете и 2% SO₃, присутствующем в используемом цементе).

Указанное выше снижение выделений серы является даже более значительным, когда топливо остаточного происхождения из подсушенной биомассы используется в качестве сырьевого материала как замена мелочи от остаточного материала, конкретно, как замена коксовой мелочи, и в пропорции 50% по весу относительно общего веса используемого сырьевого материала. В этих условиях и согласно предварительно упомянутому производству получаются снижения в 131550 кг диоксида серы (SO₂) и 23400 кг диоксида углерода (SO₂) от ископаемых топлив.

Брикеты, полученные согласно настоящему изобретению, должны характеризоваться:

- механической прочностью, достаточной для промышленной обработки,

- высокой производительностью, которая обеспечит гарантированный сбыт в будущем,

- использование коксовой мелочи на первоначальном этапе в случае такой мелочи, используемой в качестве сырьевого материала, оптимизируя эффективность доступных энергоресурсов,

- заменой кокса подсушенной биомассой, которая благоприятствует удалению серы, которая поступает путем ее использования, и снижению выбросов СО₂ из ископаемых топлив.

Таким образом, получают брикет, используемый в отрасли производства минерального волокна, и более конкретно, в отрасли производства минеральной ваты, который обеспечивает значительные экологические улучшения и лучшее использование энергоресурсов.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фигура 1 показывает схематическую диаграмму изготовления брикета согласно варианту осуществления изобретения.

Фигура 2 показывает графическое сравнение элементного состава отходов производства минеральной ваты и брикета, который брикетирован со связывающим веществом силикатом натрия согласно настоящему изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фигура 1 показывает неограничивающий вариант осуществления способа получения брикетов согласно настоящему изобретению. В сооружении (1) для изготовления минеральной ваты получаются отходы производства минеральной ваты, коксовая мелочь и другие сырьевые материалы, которые повторно используются для производства новой минеральной ваты. Отходы производства минеральной ваты и коксовая мелочь хранятся соответственно в вертикальном накопителе минеральной ваты (2) и вертикальном накопителе коксовой мелочи (3).

Подсушенную биомассу или другое топливо остаточного происхождения, которое хранится в вертикальном накопителе (5) подсушенной биомассы, транспортируют с помощью внешней системы материально-технического обеспечения (4). Каждый из вертикальных накопителей (2, 3, 5), в которых хранятся сырьевые материалы для получения брикетов, связан с соответствующими датчиками массы (6), которые определяют пригодные доли сырьевого материала, которые вводят в смеситель (7).

Сырьевой материал, используемый для формирования брикета, может включать в себя минеральную вату, или он может включать в себя минеральную вату с коксовой мелочью и/или подсушенной биомассой. Точнее, используемая минеральная вата находится в волокнистой форме, причем волокна имеют диаметр в пределах между 1 мкм и 30 мкм с отношением длины волокна к диаметру волокна, по меньшей мере, 3:1. Плотность волокон, используемых в качестве сырьевого материала, находится в диапазоне между 0,18 и 0,99 г/см³.

Поэтому, пропорции по весу всегда используемого сырьевого материала могут изменяться от 50% до 100% отходов производства минеральной ваты, от 0 до 10% коксовой мелочи, а также от 0 до 50% подсушенной биомассы. Процентное содержание по весу представлено относительно общего веса сырьевых материалов на входе миксера (7).

Неволокнистое неорганическое связывающее вещество, конкретно - силикат натрия, который используют для связывания сырьевых материалов в растворе, хранится в резервуаре (8) для связующего. Силикат натрия инжектируют в миксер (7) через нагнетательный насос (9). Сложный эфир, который вводят в миксер (7) посредством нагнетательного насоса (11) для сложного эфира, в случае использования сложного эфира в качестве активирующего агента смеси, расположенной в миксере (7), хранится в другом резервуаре (10).

Количества, инжектируемые в смеситель (7) нагнетательным насосом (9) для связующего и нагнетательным насосом (11) для сложного эфира, регулируются при помощи расходомеров (12). Поэтому доля по весу связывающего вещества силиката натрия составляет от 3% до 20% относительно общего веса сырьевых материалов на входе миксера (7). Силикат натрия, используемый в качестве связывающего вещества, позволяет получение брикетов, которые, единожды отвержденные, имеют стекловидную структуру с хорошей степенью механической прочности.

Доля по весу связывающего вещества силиката натрия составляет предпочтительно от 6% до 16% относительно общего веса используемого сырьевого материала.

Когда активирующим агентом для ускорения отверждения смеси является сложный эфир, то процентное содержание эфира относительно общего веса сырьевых материалов на входе миксера (7) составляет между 0% и 4%.

Как только время, необходимое для гомогенизации смеси, истекло, червячная загрузочная воронка (13) проливает смесь из миксера (7) в брикетирующую машину (14), формируя брикеты.

Когда эфир не используется в качестве активирующего агента, то возможность камеры (15), которая располагается на выходе брикетирующей машины (14) для воздействия СО₂ газа и нагревателя (16), которые дают возможность ускорения кинетики для реакции отверждения брикета, предусматривали с целью гарантирования механической прочности, необходимой для последующей промышленной обработки. В конце концов, брикеты перемещают на складской участок (17), в котором они хранятся до тех пор, пока не будут использованы в сооружении (1) для получения новой минеральной ваты.

СО₂ газ, используемый для активации отверждения брикета, может быть синтетическим или он может быть СО₂ газом, присутствующим на участке хранения (17) брикетов.

Фигура 2 показывает графическое сравнение элементного состава отходов минеральной ваты и брикета, использующего отходы производства минеральной ваты, скомпонованных со связывающим веществом силикатом натрия в качестве сырьевого материала. Элементы, составляющие отходы производства минеральной ваты, алюминий (Al), барий (Ba), висмут (Bi), кальций (Ca), кадмий (Cd), кобальт (Co), хром (Cr), медь (Cu), железо (Fe), калий (K), магний (Mg), марганец (Mn), натрий (Na), никель (Ni), свинец (Pb), кремний (Si), цинк (Zn) показаны на оси Х. Отклонение каждого из элементов, вызванное добавлением связывающего вещества силиката натрия (Na₂SiO₃), показано на оси Y. Как можно видеть, химическое изменение состава из-за добавления связующего является практически незначительным.

1. Брикет, используемый для производства минеральной ваты, состоящий из сырьевого материала, связующего для сырьевого материала и активирующего агента, ускоряющего процесс отверждения брикетированного сырьевого материала, отличающийся тем, что сырьевой материал включает в себя отходы производства минеральной ваты, имеющие волокнистую морфологию, коксовую мелочь и подсушенную биомассу, а связующим для сырьевого материала является неволокнистое неорганическое связующее, такое как силикат натрия.

2. Брикет, используемый для производства минеральной ваты, по п.1, отличающийся тем, что отходы производства минеральной ваты в виде волокон имеют плотность в диапазоне от 0,18 до 0,99 г/см³.

3. Брикет, используемый для производства минеральной ваты, по п.1, отличающийся тем, что волокна отходов производства минеральной ваты имеют диаметр между 1 мкм и 30 мкм с отношением длины волокна к диаметру волокна, по меньшей мере, 3:1.

4. Брикет, используемый для производства минеральной ваты, по п.1, отличающийся тем, что сырьевой материал дополнительно включает в себя мелочь из оставшихся материалов и/или топлив остаточного происхождения.

5. Брикет, используемый для производства минеральной ваты, по п.1, отличающийся тем, что используемый сырьевой материал имеет процентное содержание по весу от 0,1% до 50% коксовой мелочи и от 0,1% до 50% подсушенной биомассы, при этом весовая доля силиката натрия составляет от 3% до 20% относительно общего веса сырьевого материала.

6. Брикет, используемый для производства минеральной ваты, по п.1, отличающийся тем, что весовая доля связующего в виде силиката натрия составляет от 6% до 16% относительно общего веса сырьевого материала.

7. Брикет, используемый для изготовления минеральной ваты, по п.1, отличающийся тем, что в качестве активирующего агента используют сложный эфир в процентном содержании 0,1-4% по весу относительно общего веса сырьевого материала.

8. Брикет, используемый для изготовления минеральной ваты, по п.1, отличающийся тем, что в качестве активирующего агента используют газообразный диоксид углерода.

9. Брикет, используемый для изготовления минеральной ваты, по п.8, отличающийся тем, что используемый газообразный диоксид углерода является газом окружающей среды, присутствующей на складе брикетов.

10. Брикет, используемый для изготовления минеральной ваты, по п.8, отличающийся тем, что используемый газообразный диоксид углерода является синтетическим газом, подаваемым на брикеты.

11. Способ изготовления брикетов по любому из предшествующих пунктов, в котором сырьевой материал смешивают со связующим для сырьевого материала для придания формы брикету, который отверждают с помощью активирующего агента, отличающийся тем, что в качестве связующего для сырьевого материала используют неволокнистое неорганическое связующее, такое как силикат натрия, при этом используемый сырьевой материал включает в себя отходы производства минеральной ваты, имеющие волокнистую морфологию, коксовую мелочь и просушенную биомассу.

12. Способ изготовления брикетов по п.11, отличающийся тем, что отходы производства минеральной ваты в волокнистом виде, используемые в качестве сырьевого материала, имеют плотность в диапазоне от 0,18 до 0,99 г/см³.

13. Способ изготовления брикетов по п.11, отличающийся тем, что волокна отходов производства минеральной ваты, использованные в качестве сырьевого материала, имеют диаметр волокон между 1 нм и 30 нм с отношением длины волокон к диаметру волокон, по меньшей мере, 3:1.

14. Способ изготовления брикетов по п.11, отличающийся тем, что сырьевой материал дополнительно включает в себя мелочь из остаточных материалов и/или топлив природного происхождения.

15. Способ изготовления брикетов по п.11, отличающийся тем, что использованный сырьевой материал имеет процентное содержание по весу от 0,1% до 50% коксовой мелочи и от 0,1% до 50% подсушенной биомассы, при этом весовая доля силиката натрия составляет от 3% до 20% относительно общего веса сырьевого материала.

16. Способ изготовления брикетов по п.11, отличающийся тем, что силикат натрия, использованный в качестве связующего для сырьевого материала, добавляют к сырьевому материалу в пропорции от 3% до 20% по весу относительно общего веса сырьевого материала.

17. Способ изготовления брикетов по п.11, отличающийся тем, что силикат натрия, использованный в качестве связующего, добавляют к сырьевому материалу в пропорции от 6% до 16% по весу относительно общего веса сырьевого материала.

18. Способ изготовления брикетов по п.11, отличающийся тем, что активирующим агентом, использованным для отверждения брикета, является сложный эфир, который добавляют к сырьевому материалу в процентном отношении 0,1-4% по весу относительно общего веса сырьевого материала.

19. Способ изготовления брикетов по п.11, отличающийся тем, что активирующим агентом, использованным для отверждения брикета, является газообразный диоксид углерода.

20. Способ изготовления брикетов по п.19, отличающийся тем, что брикет отверждают с использованием газообразного диоксида углерода, присутствующим в атмосфере, в которой хранятся брикеты.

21. Способ изготовления брикетов по п.19, отличающийся тем, что брикет отверждают с использованием синтетического газообразного диоксида углерода, который подают непосредственно на брикеты.

22. Способ изготовления брикетов по п.19, отличающийся тем, что брикет, отвержденный с помощью газообразного диоксида углерода, подвергают воздействию термообработки для ускорения процесса отверждения.