(54) Sposób wytwarzania płyt porowatych do aeracjl i ozonowania zbiorników wodnych

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) IntCl5: C04B 38/00 (54) Sposób wytwarzania płyt porowatych do aeracjl i ozonowania zbiorników wodnych (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 01/91 (73) Uprawniony z patentu: Przedsiębiorstwo Naukowo-Produkcyjne Konstrukcji i Technologii "ETECO" Spółka z o. o., Warszawa, PL Instytut Mechaniki Precyzyjnej, Warszawa, (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 01/94 (72) Twórcy wynalazku: Jerzy Raabe, Warszawa, PL Janusz Ewertowski, Milanówek, PL Mikołaj Szafran, Warszawa, PL Andrzej Konopczyński, Warszawa, PL Andrzej Biń, Warszawa, PL Andrzej Kozłowski, Warszawa, PL PL B1 ( 5 7 ) 1. Sposób wytwarzania płyt porowatych do aeracji i ozonowania zbiorników wodnych, opierający się na wykorzystaniu piasku kwarcowego, szkła, kriolitu, CaF2 i szkła wodnego, polegający na mieszaniu składników, formowaniu i wypalaniu w temperaturze powyżej 800 C, znamienny tym, że piasek kwarcowy, korzystnie szklarski, w ilości od 55 do 97, 5 części wagowych miesza się z pyłem szkła, zwłaszcza okiennego, korzystnie pyłem odpadowym z urządzeń odpylających w hutach szkła okiennego w ilości od 2, 5 do 20 części wagowych, kriolitem Na3AlF6 w ilości do 15 części wagowych i CaF2 w ilości do 10 części wagowych, ujednorodnia się i dodaje się szkła wodnego lub roztworu wodnego dekstryny o stężeniu 30-45% lub mieszaniny szkła wodnego z 30-45% wodnym roztworem dekstryny w ilości od 2 do 10 części wagowych, uzyskując masę do formowania płyt, którą formuje się i wypala w temperaturze do 1100 C.

2 SPOSÓB WYTWARZANIA PŁYT POROWATYCH DO AERACJ I I OZONOWANIA ZBIORNIKÓW WODNYCH Z a s t r z e ż e n i a p a t e n t o w e 1. Sposób wytwarzania płyt porowatych do aeracji i ozonowania zbiorników wodnych, opierający się na wykorzystaniu piasku kwarcowego, szkła, kriolitu, CaF2 i szkła wodnego, polegający na mieszaniu składników, formowaniu i wypalaniu w temperaturze powyżej 800 C, z n a m i e n n y t y m, że piasek kwarcowy, korzystnie szklarski, w ilości od 55 do 97, 5 części wagowych miesza się z pyłem szkła, zwłaszcza okiennego, korzystnie pyłem odpadowym z urządzeń odpylających w hutach szkła okiennego w ilości od 2, 5 do 20 części wagowych, kriolitem Na3Al F 6 w ilości do 15 części wagowych i CaF2 w ilości do 10 części wagowych, ujednorodnia się i dodaje się szkła wodnego lub roztworu wodnego dekstryny o stężeniu 30-45% lub mieszaniny szkła wodnego z 30-45% wodnym roztworem dekstryny w ilości od 2 do 10 części wagowych, uzyskując masę do formowania płyt, którą formuje się i wypala w temperaturze do 1100 C. 2. Sposób według zastrz. 1, z n a m i e n n y t y m, że stosuje się piasek kwarcowy zawierający ponad 91% wagowych SiO2. 3. Sposób według zastrz. 1, z n a m i e n n y t y m, że stosuje się pył szklany, kriolit i CaF2 przy czym proporcje wagowe pyłu szklanego do kriolitu i do CaF 2 wynoszą, odpowiednio, około 2 5 : 1 0 : Sposób według zastrz. 1, z n a m i e n n y t y m, że dodaje s i ę mieszaniny szkła wodnego z około 40% roztworem dekstryny. 5. Sposób według zastrz. 1, z n a m i e n n y t y m, ze stosuje się mieszaninę szkła wodnego i około 40% roztworu dekstryny zawierającą składniki w proporcji odpowiednio od 9 : 1 do 3 : Sposób według zastrz. 1, z n a m i e n n y t y m, że stosuje się szkło wodne i 40% roztwór dekstryny przy czym proporcja wagowa szkła wodnego do około 40% roztworu dekstryny wynosiła około 1 : Sposób według zastrz. 1, z n a m i e n n y t y m, że formuje się płyty w kształcie dysków o średnicy około 18, 5 cm i grubości od 0, 6 cm do 1, 5 cm. * * * Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania płyt porowatych do aeracji i ozonowania zbiorników wodnych. Znany jest z opisu patentowego PRL nr dwuetapowy sposób wytwarzania płyt porowatych do aeracji i ozonowania zbiorników wodnych, opierający się na wykorzystaniu piasku kwarcowego, szkła i szkła wodnego. W pierwszym etapie po wymieszaniu składników: piasku kwarcowego, korzystnie rzecznego, w ilości 50 do 90 części wagowych i pyłu szklanego, kształtuje się brykiety, które ogrzewa się do uzyskania około 75% przemiany niskotemperaturowej odmiany kwarcu w krystobalit i trydymit, uzyskując spiek składający się z przereagowanego piasku kwarcowego i szkła, po czym uzyskany spiek kruszy się, rozdrabnia i segreguje, uzyskując odpowiednie frakcje materiału ziarnistego. W drugim etapie odpowiednią frakcję lub kilka frakcji materiału ziarnistego miesza się z pyłem szklanym i fluorokrzemianem sodowym Na2SiF6 oraz z mieszaniną szkła wodnego i NaOH, uzyskując masę do formowania płyt, po czym wymienioną masę formuje się w płyty lub dyski i wypala w temperaturze C. Sposobem opisanym wyżej można otrzymać płyty porowate o bardzo dob rych parametrach, tzn. wysokiej porowatości otwartej, niskich oporach przepływu na "sucho" i na "mokro" oraz wysokiej wytrzymałości mechanicznej i twardości.

3 Wadą sposobu znanego z opisu patentowego PRL nr jest jednak wysoka energochłonność dwuetapowego procesu wykonywania porowatych dysków, związana z dwukrotnym wypalaniem w wysokiej temperaturze. Stosowanie dwuetapowego procesu związane jest głównie z koniecznością uzyskania odpowiedniego stopnia przemiany kwarcu niskotemperaturowego w krystobalit i trydymit w celu zapobiegania pękaniu wyrobów w procesie wypalania. Wadą o m a w i a n e g o sposobu wytwarzania dysków jest również duże zapylanie pomieszczeń technologicznych pyłem kwarcowym podczas rozdrabniania brykietów spieczonych w pierwszym etapie, stwarzające zagrożenie dla zdrowia pracowników. Wad tych unika się przez opracowanie wytwarzania płyt porowatych do aeracji i ozonowania zbiorników wodnych w procesie jednoetapowym. Istota sposobu polega na j ednoetapowym wypalaniu płyt uformowanych z piasku kwarcowego zmieszanego z pyłem szkła, kriolitem Na3AlF6 i CaF2 ujednorodnionych z dodatkiem mieszaniny szkła wodnego z roztworem dekstryny. Sposób wytwarzania płyt porowatych do aeracji i ozonowania zbiorników wodnych opiera się na wykorzystaniu p iasku kwarcowego, szkła, kriolitu, CaF2 i szkła wodnego i polega na mieszaniu składników, formowaniu i wypalaniu w temperaturze powyżej C. Według istoty wynalazku sposób charakteryzuje się tym, że piasek kwarcowy, korzystnie szklarski, w ilości od 55 do 97, 5 części wagowych miesza się z pyłem szkła, zwłaszcza okiennego, korzystnie pyłem odpadowym z urządzeń odpylających w hutach szkła okiennego w ilości od 2, 5 do 2 0 części wagowych, kriolitem Na3A l F 6 w ilości do 15 części wagowych i CaF2 w ilości do 10 części wagowych, ujednorodnia się i dodaje się szkła wodnego lub roztworu wodnego dekstryny o stężeniu 30-45% lub mieszaniny szkła wodnego z % wodnym roztworem dekstryny w ilości od 2 do 10 części wagowych, uzyskując masę do formowania płyt, którą formuje się i wypala w temperaturze do 1100 C. Korzystnie jest aby piasek kwarcowy zawierał powyżej 91% wagowych SiO2. Wskazane jest aby proporcja wagowa szkła wodnego do kriolitu i do CaF2 wynosiły, odpowiednio, około 25: 10: 1. Korzystnie jest dodawać szkła wodnego z około 40% roztworem dekstryny. Wskazane jest zgodnie z wynalazkiem, aby mieszanina szkła wodnego i około 40% roztworu dekstryny zawierała składniki w proporcji, odpowiednio od 9: 1 do 3: 4. Najkorzystniej jest gdy proporcja wagowa szkła wodnego do około 40% roztworu dekstryny wynosi około 1: 1. Wskazane jes t według wynalazku formować płyty w kształcie dysków o średnicy około 18, 5 cm i grubości od 0, 6 cm do 1, 5 cm. Oczywiste jest, że można formować płyty o średnicy około 30 cm i grubości od 1, 5 cm do 3 cm lub o innych wymiarach. Znane jest, że najstosowniejsze jest wykorzystywanie odpadowego pyłu szkła o frakcji sitowej poniżej 100 mikrometrów. Opracowany zgodnie z wynalazkiem sposób umożliwia wytwarzanie tych płyt w procesie jednoetapowym, pozwalającym na 50% obniżenie energochłonności i pracochłonności w stosunku do sposobu wytwarzania płyt porowatych znanego z opisu patentowego PRL nr Istotne jest w sposobie według wynalazku zastosowanie odpowiedniego gatunku p iasku kwarcowego i dodatku CaF2. Płyty wytwarzane sposobem zgodnym z wynalazkiem charakteryzuję się porowatością otwartą przelotową wynoszącą około 40% lub wyższą, niskimi oporami przepływu i wytrzymałością na ściskanie wynoszącą około 10 MPa lub więcej. Zaletą sposobu według wynalazku jest wyeliminowanie etapu rozdrabniania spieku po pierwszym wypalaniu, przez co unika się dużego zapylenia i przyczynia się do skrócenia i uproszczenia technologi i. Wytwarzanie płyt z surowców nie wymagających przemiału, takich jak piasek kwarcowy i pył szklany odpadowy jest dodatkową zaletą sposobu. Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania. P r z y k ł a d I. Frakcję sitową 0, 1-0, 2 mm piasku kwarcowego o zawartości SiO2 ponad 95% wagowych w ilości 10 kg miesza się z odpadowym pyłem szkła okiennego o frakcji sitowej poniżej 100 mikrometrów w ilości 0, 5 kg, 0, 3 kg kriolitu i 0, 024 kg CaF2. Dodaje się 0, 5 kg 40% roztworu dekstryny zmieszanego ze szkłem wodnym o gęstości 1, 41 kg/dm3

4 w stosunku wagowym 1: 1. Składniki miesza się mieszadłem zetowym przez 15 minut w temperaturze pokojowej, uzyskując jednorodną masę łatwą do formowania. Formuje się dyski o średnicy 300 mm i grubości 20 mm pod ciśnieniem 10 MPa. Dyski wypala się w temperaturze 950 C przez 3 godziny. P r z y k ł a d II. Frakcję sitową 0, 3-0, 5 mm piasku kwarcowego o zawartości SiO2 ponad 99% wagowych w ilości 7 kg miesza się z odpadowym pyłem szkła okiennego o frakcji sitowej poniżej 100 mikrometrów w ilości 1 kg, 0, 5 kg kriolitu i 0, 045 kg CaF2. Dodaje się następnie 0, 5 kg szkła wodnego zmieszanego z 40% wodnym roztworem dekstryny w stosunku wagowym 3: 1. Komponenty miesza się w mieszalniku zetowym przez 15 minut w temperaturze pokojowej, uzyskując jednorodną masę łatwa do formowania. P r z y k ł a d III. Frakcję sitową 0, 1-0, 2 mm piasku kwarcowego o zawartości S io2 ponad 95% wagowych w ilości 3 kg miesza się z 0, 15 kg pyłu szklanego o frakcji sitowej poniżej 100 mikrometrów i 0, 075 kg kriolitu. Dodaje się następnie 0, 225 kg szkła wodnego zmieszanego z 40% wodnym roztworem dekstryny w stosunku wagowym 3: 1. Komponenty miesza się w mieszalniku zetowym przez 15 minut w temperaturze pokojowej, uzyskując jednorodną masę do formowania. Formuje się dyski o średnicy 300 mm i wysokości 25 mm w ten sposób, że frakcja 0, 3-0, 5 mm stanowi 2/3 do 3/4 grubości dysku natomiast frakcja 0, 1-0, 2 mm s tanowi 1/4 do 1/3 grubości dysku. Ciśnienie prasowania wynosi 5 M P a. Dyski wypala się w 1000 C przez 2 godziny. Dyski wytworzone sposobem według wynalazku porównywano z dyskami wytwarzanymi w znany sposób. Porównanie niektórych własności dysków wytwarzanych sposobem według wynalazku i wytwarzanych w znany sposób przedstawiono w tablicy 1. T a b l i c a 1. Porównanie wybranych własności porowatych płyt ceramicznych wytwarzanych sposobem według wynalazku 1 wytwarzanych znanymi sposobami Własność Elementy wg wynalazku Elementy znane gęstość pozorna dv/kg/dm3/ 1,40 1, 34 nasiąkliwość , 8 porowatość otwarta Pc/%/ wytrzymałość na ściskanie /MPa/ 10 3 wgłębienie w mm powstające w wyniku działania strumienia piasku wypływającego pod ciśnieniem 0, 02 MPa /miara twardości spieku/ 4, 5-5, 4 6, 9 J ak wynika z tablicy 1, parametry fizyczne płyt wytworzonych sposobem według wynalazku, takie jak nasiąkliwość i porowatość otwarte są porównywalne lub minimalnie niższe od nasiąkliwości i porowatości otwartej płyt porowatych wytwarzanych znanymi sposobami. W y - trzymałość na ściskanie i twardość są wyraźnie korzystniejsze. Zupełnie nieoczekiwanie uzyskano wytrzymałość na ściskanie około trzykrotnie większą a twardość wyższą o około 50%. Zbadano także własności hydrodynamiczne dysków wytwarzanych sposobem według wynalazku i dysków produkowanych w znany sposób. Porównanie podstawowych parametrów hydrodynamicznych przedstawiono w tablicy 2.

5 T a b l i c a 2 Objętościowe na tęż enie przepływu powietrza w 2 0 C / m 3/h/ Op or y przepływu przez "s u c h e " elementy /Pa/ według l sposobem wyna- l znan ym lazku Op ory przepływu przez "mokre" el em en ty / k P a / we dług l sposobem w y n a l a z - l znanym ku l Zatr z y m a n i e fazy gazowej wedł ug w y n a -- lazku sposobem znanym 2 54 l 69 2, 75 4, 20 3, 2 2, l 106 2, 00 l 4, 70 4, 6 4, l 143 2, 15 l 4, 90 6,2 6, l 183 2, 30 l 5, 10 7,8 8, 1 J ak wynika z tablicy 2 za ró wn o o p o r y pr zepływu przez " s u c h e " e l e m e n t y j ak i op or y p r z e - pływu przez "mokre" elementy w y r a ź n i e niższe dla el e m e n t ó w w y k o nanych w e dług wynalazku w porównaniu z el em en ta mi w y k o n a n y m i w z n a n y sposób, przy porównywalnych wartościach z a - trzy ma nia fazy g azowej.

6 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena zł