用于生产岩棉的团块和生产所述团块的方法.pdf

本发明涉及用于生产岩棉的团块和用于生产所述团块的方法，其中，所述该团块含有：包括具有纤维形态的岩棉废料的原料；用于粘合原料的非纤维状无机粘合剂(例如硅酸钠)；以及加速团块原料的固化过程的活化剂。

1.  用于生产岩棉的团块，所述团块由原料、该原料的粘合剂以及加速 压块原料的固化过程的活化剂组成，其特征在于原料包括具有纤维形态的 岩棉废料，并且该粘合剂是非纤维状无机粘合剂，例如硅酸钠。

2.  如权利要求1所述的用于生产岩棉的团块，其特征在于该纤维形的 岩棉废料具有的密度介于0.18g/cm³和0.99g/cm³之间。

3.  如权利要求1所述的用于生产岩棉的团块，其特征在于岩棉废料的 纤维具有1μm和30μm之间的直径，且纤维长度和纤维直径的比为至少 3:1。

4.  如权利要求1所述的用于生产岩棉的团块，其特征在于该原料额外 包括残余材料细粒和/或残余物来源的燃料。

5.  如前述权利要求所述的用于生产岩棉的团块，其特征在于所用的原 料具有：50％至100％的岩棉废料、0％和50％之间的残余材料细粒以及0％ 和50％之间的残余物来源的燃料的重量百分比。

6.  如权利要求1所述的用于生产岩棉的团块，其特征在于基于原料的 总重量，硅酸钠粘合剂的重量比例为3％-20％。

7.  如权利要求1所述的用于生产岩棉的团块，其特征在于基于原料的 总重量，硅酸钠粘合剂的重量比例为6％-16％。

8.  如权利要求1所述的用于生产岩棉的团块，其特征在于基于原料的 总重量，0％至4重量％的百分比的酯用作活化剂。

9.  如权利要求1所述的用于生产岩棉的团块，其特征在于二氧化碳气 体用作活化剂。

10.  如权利要求9所述的用于生产岩棉的团块，其特征在于使用的二 氧化碳气体是存在于团块存储区内的环境气体。

11.  如权利要求9所述的用于生产岩棉的团块，其特征在于使用的二 氧化碳气体是供应给团块的人造气体。

12.  制备具有前述权利要求所述特征的团块的方法，其中原料与粘合 剂混合以成形为团块，该团块通过活化剂固化，其特征在于非纤维状无机 粘合剂，例如硅酸钠，用作原料的粘合剂，并且该所使用的原料包括具有 纤维形态的岩棉废料。

13.  如权利要求12所述的用于生产团块的方法，其特征在于用作原料 的该纤维形的岩棉废料具有介于0.18g/cm³和0.99g/cm³之间的密度。

14.  如权利要求12所述的用于生产团块的方法，其特征在于用作原料 的岩棉废料的纤维的具有1μm和30μm之间的直径，并且纤维长度和纤维 直径的比为至少3:1。

15.  如权利要求12所述的用于生产团块的方法，其特征在于该原料额 外包括残余材料细粒和/或残余物来源的燃料。

16.  如前述权利要求所述的用于生产团块的方法，其特征在于所用的 原料具有：50％至100％的岩棉废料、0％和50％之间的残余材料细粒以及 0％和50％之间的残余物来源的燃料的重量比例。

17.  如权利要求12所述的用于生产团块的方法，其特征在于基于原料 的总重量，用作粘合剂的硅酸钠添加到原料中的比例为3-20重量％。

18.  如权利要求12所述的用于生产团块的方法，其特征在于基于原料 的总重量，用作粘合剂的硅酸钠添加到原料中的比例为6-16重量％。

19.  如权利要求12所述的用于生产团块的方法，其特征在于用于固化 团块的活化剂是酯，基于原料的总重量，所述酯添加到原料中的重量百分 比介于0％和4％之间。

20.  如权利要求12所述的用于生产团块的方法，其特征在于用于固化 团块的活化剂是二氧化碳气体。

21.  如权利要求20所述的用于生产团块的方法，其特征在于所述团块 使用存在于团块存储区内气氛中的环境二氧化碳气体固化。

22.  如权利要求20所述的用于生产团块的方法，其特征在于所述团块 使用直接供应到团块的人造二氧化碳气体固化。

23.  如权利要求20所述的用于生产团块的方法，其特征在于用二氧化 碳固化的该团块经历加热过程以促进该固化过程。

用于生产岩棉的团块和生产所述团块的方法
技术领域
本发明涉及团块(briquette)或固体块，其用于从岩棉废料中回收材料， 以及其可能的与来自其他行业或非其他行业的残余物料的细粒和/或残余 物起源的替代燃料的混合，其为炉子、锅炉等提供热量，本发明提出用于 矿物纤维制造业-更具体地为用于岩棉制造业-的团块。
现有技术
岩棉是矿物纤维，主要用在诸如热绝缘的建筑部件中，或者作为防火 组件。通过在超过1,600℃下在熔化炉中(一般在圆顶鼓风炉中)熔化玄 武岩原料获得岩棉；熔融材料受到离心力的作用，产生将形成岩棉终产物 的纤维。
目前岩棉废料、剩余料或废弃料以及来自其他行业的其他残余的材料， 被压实形成回收团块，这些回收团块被导入圆顶鼓风炉中以便转化回岩棉。
已知粘合剂可用于生产具有适于工业处理的机械强度的团块。低含硫 量的水泥目前用作制备团块的粘合剂。然而，使用这些用水泥压块的团块 的硫排放率仍然很高，因为岩棉具有对水泥产生不利作用的有机化合物， 因此有必要增加水泥的比例，以制备具有适当机械强度的团块。另一方面， 除了由团块燃烧过程中二氧化硫的排放所产生的环境问题，还产生经济问 题，因为获得所需的机械强度要求更高百分比的水泥。
专利文献WO97/25286中公开了用于制备岩棉的团块的生产方法。在 岩棉生产中，当熔融材料被引入圆顶鼓风炉并经受离心力的作用的时候， 产生了岩棉纤维，其中70％具有纤维状的形式，30％具有对于工业用途无 效的球形颗粒形式。专利文献WO97/25286提出回收岩棉的这些球形颗粒， 形成可以再次用于制备新岩棉的团块。
岩棉的球形颗粒被回转破碎机磨碎，直至产生具有小于30mm的均匀 粒度的细粒状材料。为了生产具有合适的机械一致性的团块，专利文献 WO97/25286提出使用纤维状粘合剂粘合球形细粒状颗粒，具体地为纤维素 纤维(再生纸)，像球形颗粒一样，纤维素纤维被研磨以产生具有大约2mm 的尺寸的颗粒。此外，为了制备更硬的团块，使其可以在工业环境中被正 确地处理，专利文献WO97/25286要求添加硬化产物到岩棉球形颗粒和纤 维素纤维的混合物中，例如硅酸钠、硅酸钙或硅酸铝。
该解决方案允许产生团块，该团块在燃烧过程中减少了二氧化硫的排 放量，然而，除了需要使用特殊的机械来铣削和研磨岩棉颗粒和纤维素纤 维，它还要求使用纤维状粘合剂，以便能够产生具有适当的机械一致性的 团块并且以便能够产生具有均匀尺寸的颗粒。
因此，有必要给出替代解决方案，其允许生产具有低二氧化硫排放的 团块，并且避免了提供具有合适的机械强度以便进行正确的工业处理的团 块对使用纤维状粘合剂的需要。
发明目的
本发明提出了目前矿物纤维制造业(具体是岩棉制造业)使用的方法 的替代方法，它提供了显著改善的环境水平和更高的能源利用率，得到在 其整个使用周期中具有较少全局影响的团块。
本发明提出了用于生产岩棉的团块，该团块由原料、该原料的粘合剂 以及加速团块原料(briquetted raw material)的固化(硬化)过程的活化剂组 成。用于制备团块的原料包括岩棉废料，然而非纤维状无机粘合剂(例如 硅酸钠)用于粘接原料，而不是像在传统解决方案中那样使用水泥，从而 避免传统解决方案的水泥粘合剂产生的硫排放问题。
具体地，本发明提出了使用岩棉生产中具有纤维形态的碎料、剩余料 或废弃料，结果在使用纤维状形式的原材料时，不必像传统的解决方案那 样使用纤维状的粘合剂来制备具有正确工业处理所必需的机械一致性的团 块。因此，本发明提出使用单一类型的非纤维状的粘合剂(例如硅酸盐) 来粘合岩棉纤维原料。
用作生产团块的原料的纤维具有1μm-30μm的直径，具有纤维长度和 纤维直径的比为至少3:1。作为原料的纤维的密度是0.18-0.99g/cm³。
除了岩棉废料之外，已设想原料可以包括残余材料细粒和/或残余物来 源的燃料的可能性。残余材料的细粒来自于其他行业或者本行业，例如焦 炭粉、钢厂和铸造炉渣、铸造砂或其它原料废弃料，其粒径分布不适合作 为直接进炉料。焙干的生物质、常规的生物质、污水污泥、SRF或任何其 他残余物，其供给热值，符合管理机关的环境和工艺参数要求，并且生产 过程用作残余物来源的燃料。
因此，制备团块所用的原料具有的组成(以重量计)：50％至100％的 岩棉废料、0％和50％之间的残余材料细粒以及0％和50％之间的残余物来 源的燃料。基于所用原料的总重量，硅酸钠粘合剂的重量比例为3％-20％。
甚至更优选地，基于所用原料的总重量，以重量计的硅酸钠粘合剂的 比例为6％至16％。通过使用此份量的粘结剂与岩棉纤维，产生具有1.2-2.8 g/cm³的密度的团块，该密度足以运行在工业水平处理团块，而不会使其破 裂。
基于所用原料的总重量，已设想使用0％至4重量％的百分比的酯作为 活化剂以加速团块的固化过程的可能性。还已设想使用二氧化碳气体(CO₂) 作为活化剂以代替酯。
二氧化碳(CO₂)可以是人造的，其直接从含有该气体的气瓶施加，或者 它可以是存在于存储团块的气氛中的环境二氧化碳(CO₂)。
据此，对于通过制备团块每年回收10,000MT的岩棉废料的情况下， 使用本发明的硅酸钠粘合剂和方法代替传统解决方案的用作粘合剂的水 泥，相当于减少排放35,300kg二氧化硫(SO₂)(对团块进行计算，团块含有 按重量百分比计15％的水泥，在使用的水泥中SO₃为2％)。
当焙干的生物质的残余物来源的燃料替换残余物来源的细粒，特别是 作为焦炭粉的替代物作为原料并且基于所用原料的总重量，其重量比为 50％时，硫排放量的减少更为显著。在这些条件下并根据前面提到的生产， 实现来自化石燃料的131,550kg二氧化硫(SO₂)和23,400,000kg二氧化碳 (CO₂)的削减。
根据本发明生产的团块满足以下需要：
·足以进行工业处理的机械强度。
·允许确保当前和未来的需求的高生产效率。
·用硅酸钠代替目前用作粘合剂的水泥，这有利于消除使用水泥所提供 的硫。
·在此类细粒用作原料的情况下，在初始步骤中利用焦炭粉，优化现有 能源的效率。
·用焙干的生物质代替焦炭，这有利于消除由焦炭的使用而供应的硫， 并减少化石燃料排放的二氧化碳。
如此，制备了在矿物纤维制造业(更具体地在岩棉制造业)中使用的 团块，其提供了显著改善的环境水平和能源的更高利用率。
附图说明
图1示出制备根据本发明的实施方案的团块的示意图。
图2示出比较岩棉废料和团块的元素组成的图，该团块已经采用根据 本发明的硅酸钠粘合剂进行制团。
发明内容
图1示出了根据本发明的产生团块的方法的非限制性的实施方案。在 用于制备岩棉的装置(1)中，生成重新用于制备新岩棉的岩棉废料、焦炭粉 和其他原材料。岩棉废料和焦炭粉被分别存储在岩棉筒仓(2)和焦炭粉筒仓 (3)内。
存储在焙干的生物质筒仓(5)的焙干的生物质或者残余物来源的另外燃 料通过外部物流(4)运送。每个存储生产团块的原料的筒仓(2,3,5)与各自的 称重单元(6)相关联，称重单元确定引入混合器(7)的原料合适比例。
用于形成团块的原料可以包括岩棉，或者它可以包括带有焦炭粉和/或 焙干的生物质的岩棉。具体而言，所使用的岩棉是纤维形式，纤维具有的 直径介于1μm和30μm之间，纤维长度和纤维直径的比例为至少3:1。作 为原料的纤维的密度在0.18g/cm³和0.99g/cm³之间。
因此，在任何时候都使用的原料重量比的范围可以是：50％-100％的岩 棉废料、0％-10％的焦炭粉以及0％-50％的焙干的生物质。基于混合器(7)入 口处的原料总重量来表示重量百分比。
用于粘合溶液中的原料的非纤维状的无机粘合剂，尤其是硅酸钠，被 存储在粘合剂罐(8)内。通过粘合剂喷射泵(9)将硅酸钠注入混合器(7)。在使 用酯作为位于混合器(7)内的混合物的活化剂的情况下，通过酯喷射泵(11) 导入混合器(7)的酯被存储在另一个罐(10)内。
由粘合剂喷射泵(9)和酯喷射泵(11)注射到混合器(7)内的量由各自的流 量计(12)控制。因此，基于在混合器(7)入口处原料的总重量，以重量计的 硅酸钠粘合剂的比例为3％-20％。用作粘合剂的硅酸钠允许团块的制备，该 团块一旦固化则具有良好机械强度的玻璃状结构。
基于所用原料的总重量，硅酸钠粘合剂的重量比例优选为6％至16％。
当加速混合物固化的活化剂是酯时，基于混合器(7)入口处的原料的总 重量，酯的百分比介于0％和4％之间。
一旦均化混合物所需的时间已经结束，螺旋料斗(13)将混合物从混合器 (7)倾入使团块成形的制团机(14)。
当不用酯作为活化剂时，已设想将腔室(15)设置在制团机(14)出口的可 能性，以便使团块暴露于CO₂气体以及加热器(16)，其允许加速团块固化 反应的动力学，目的是确保后续工业处理必需的机械强度。最后，该团块 被输送到存储区域(17)，它们被存储在其中，直到用于生产新岩棉的装置 (1)。
用于激活团块固化的二氧化碳气体可以是人造的，或者它可以是存在 于团块的存储区域(17)中的环境二氧化碳气体。
图2示出了比较岩棉废料和采用岩棉废料与硅酸钠粘合剂作为原材料 压实的团块的元素组成的图。构成岩棉废料的元素铝(Al)、钡(Ba)、铋(Bi)、 钙(Ca)、镉(Cd)、钴(Co)、铬(Cr)、铜(Cu)、铁(Fe)、钾(K)、镁(Mg)、锰(Mn)、 钠(Na)、镍(Ni)、铅(Pb)、硅(Si)和锌(Zn)示出在X轴。加入硅酸钠(Na₂SiO₃) 粘合剂导致的每种元素偏差显示在Y轴上。可以看出，加入粘合剂所致的 组合物的化学改变几乎可以忽略不计。