PT90971B

PT90971B - Processo para a preparacao de um material ceramico granular, poroso

Info

Publication number: PT90971B
Application number: PT90971A
Authority: PT
Inventors: Franz Dieter Kunst; Arthur Frank Payne; Paul Anthony Wilkinson
Original assignee: Wattsblake Bearne & Co Plc
Priority date: 1988-06-24
Filing date: 1989-06-23
Publication date: 1995-01-31
Also published as: DE68909324T2; GB2221675B; US5177036A; PT90971A; AU3847189A; EP0348241A1; WO1989012608A1; GB8914633D0; EP0348241B1; DE68909324D1; GB2221675A

Description

MEMORIA descritiua

D presente invento refere-se a materiais cerâmicos poro, sos e a processos para a sua produção. Em particular, o presente invento proporciona um material cerâmico poroso possuindo proprie dades absorventes, as quais, pelo menos quando numa forma granular, o tornam adequado para finalidades tais como camas de animais ou absorventes industriais para líquidos.

presente invento proporciona um material cerâmico gra nular poroso possuindo uma dimensão de grânulo predominantemente ' dentro da gama de 1 a 5 mm, uma densidade especifica aparente na gama de cerca de 200 a 700 g/l, uma porosidade dentro da gama de 55 a 80% v/v e uma absorvância de liquidos dentro da gama de 20 a 200% de água, com base no peso de material granular. 0 material tem, preferivelmente uma densidade especifica aparente dentro da gama de 350 a 700 g/l e uma absorvância de líquidos dentro da gama de 40 a 150%, mais preferivelmente dentro da gama de 70 a 150% de água, com base no peso do material granular. Mais preferivelmente □ material tem uma densidade especifica aparente de cerca de 350 a 550 g/l e uma porosidade de 65 a 80% v/v.

Num aspecto do invento, em tal material cerâmico granular poroso, os poros são constituídos por vazios derivados da com bustão de um material combustível prevíamente nele contido. 0 re ferido material combustível á, vantajosamente, lenhite. 0 mater_i al cerâmico á, preferivelmente, um material à base de argila.

presente invento proporciona ainda um processo de pre paração de um material cerâmico poroso compreendendo a calcinação de uma mistura de argila e de um material combustível em partículas, sendo a temperatura e o tempo de calcinação tais que uma quantidade substancial de minerais de argila permanecem não vitri ficados e pelo menos uma parte do material combustível é queimado. Preferivelmente quando □ produto é para ser usado como camas para animais, substancialmente todo o material combustível é queimado.

A temperatura de calcinação está, de preferência, na ga ma de 800Q a ÍIOOSC, mais preferivelmente de 1Q000C a 11QQQC.

546

Como exemplos de argilas adequadas para uso no invento podem ser mencionadas a argila plástica, em particular argila ca£ bonácea.

Quando o material poroso do invento ó produzido a partir de uma mistura de argila e de lenhite a proporção argila:lenhite está, de preferência, na gama de 1:9 a 9:1, mais preferível, mente, de 1:2 a 2:1.

A mistura de argila e de um material combustível pode ser obtida por mistura de uma argila em pó ou em partículas e de material combustível, com água suficiente para levar as partículas a formar aglomerados e secagem da mistura aglomerada.

Se desejado ou necessário* pode ser empregue um surfactante ou um agente desfloculante para auxiliar a formação de uma mistura satisfatória.

material aquoso é* de preferência* seco até um teor de humidade de não mais de 5%, base húmida. A mistura á preferivelmente seca a uma temperatura nSo superior a 200QC. Vantajosamente* as condiçSes do passo de calcinação são tais que a perda de peso da mistura é de 40 a 65%, preferivelmente 40 a 55%, com base no peso da mistura seca.

Num processo preferido de acordo com o presente invento, a mistura húmida á conformada antes de secagem e, se necessário, a mistura seca é dividida em grânulos. A mistura pode ser, por exemplo conformada por extrusão, usando, por exemplo, um moinho de argamassa ou um extrusor de tijolo e o extrudido seco, partido e peneirado de modo a recuperar grânulos dentro da gama de tamanhos desejada. Qualquer material peneirado rejeitado pode ser re ciciado para utilização, de modo que o processo produza muito pojj co desperdício.

Num modo particularmente vantajoso de operação, a mistu^ ra é extrudida sobre uma superfície plana de modo que os grânulos têm pelo menos uma superfície plana. Isto permite um amontoamento dos grânulos mais eficaz num leito e, quando utilizados como camas de animais, este amontoamento melhorado reduz a penetração de líquidos através do leito.

546

Alternativamente, a mistura húmida pode ser conformada directamente em grânulos. A granulação pode ocorrer num misturador ou a mistura pode ser submetida a pelotizaçSo, por exemplo, num pelotizador de tambor ou de tina.

Preferivelmente, os tamanhos de partícula da argila e do material combustível na mistura inicial nSo sSo, cada um, maio res do que 2 mm.

Algumas argilas carbonáceas estSo geologicamente associadas com a lenhite e tais argilas podem conter lenhite suficieri te para serem usadas, no seu estado bruto, no processo do invento, sem a adição de mais matâria combustível. Neste caso a argila p_o de ser usada sozinha em lugar de uma combinação de argila e de ma terial combustível.

Preferivelmente, quando o produto é para ser usado como camas de animais, substancialmente todo o material combustível é queimado durante a calcinação. Com muitas argilas, p.e. argilas carbonáceas, isto permite a obtençSo ds um produto branco.

Assim, de acordo com a concretização preferida do invej} to, o produto cerâmico granular poroso 6 feito formando uma mist_u ra húmida compreendendo argila e lenhite, conformando, secando subdividindo a mistura para formar grânulos e calcinando os grânu los, de modo a queimar a lenhite.

produto tem usualmente um pH substancialmente neutro e normalmente 6 suficientemente forte para resistir ao atrito, e à formação de pú quando utilizado. 0 material tem uma estrutura de poros abertos, cuja matriz é permeável. Isto é, o material tem uma rede de poros relativamsnte grandes, que estão interligados por poros relativamente pequenos.

As propriedades do produto dependem de vários factores, que podem ser ajustados de modo a obter um produto com caracterís ticas desejadas particulares. Estes factores incluem, por exemplo: o tipo de argila empregue, que afecta a cor e resistência do produto; os tamanhos de partícula da argila e do material com bustível, que determinam o tamanho do poro e as propriedades de absorção; a proporção de argila para material combustível, que controla a densidade e assim a porosidade e a resistência; o tem

546

-5ο, po e temperatura de secagem, que podem afectar a forma da partícula e também a resistência; e o ambiente do forno (isto é, a temperatura, perfil de queina e atmosfera), que podem afectar as propriedades de cor, densidade, resistência e absorção. Por exem pio, pode ser obtida uma resistência aumentada, num material de acordo com o invento, utilizando uma temperatura de secagem mais elevada ou uma temperatura do forno mais elevada.

Quando se emprega um processo de extrusão, o tipo de extrusor afectará a resistência e forma da partícula do produto final. 0 tipo de aparelho de trituração ou de cominuição utiliz_a do para partir o material após conformação e secagem também afectarão a forma e a distribuição de tamanho da partícula do produto

Os seguintes exemplos ilestram a invenção.

Exemplo 1

Colocam-se num misturador Eirich 50 kg de argila moída (teor de humidade 28%, base húmida), 90 kg de lenhite moída (teor de humidade 51,8%, base húmida) e 14,7 litros de água, e misturara -se durante 5 minutos. A mistura granular húmida resultante é alimentada para um moinho de argamassa ou para um extrusor de tijolo o qual comprime a mistura e a extrude na forma de barra ou barras continuas. As barras são passadas através de um secador a 1D0SC, até o teor em humidade ser reduzido a não mais de 5%, base húmida. Isto endurece as barras de modo que possam ser partidas e peneiradas para recuperar grânulos com uma gama de tamanhos de 1-5 mm. Os grânulos seleccionados são finalmente calcinados por passagem através de um forno rotativo a 10509C, até que substancialmente toda a lenhite tenha sido queimada.

□ produto deste processo 6 um material cerâmico granular poroso, de forma irregular, com uma dimensão de grânulo na ga ma de 1 a 5 mm. Consegue-se, por este processo, uma densidade es pecífica aparente do produto de 460 g/l. 0 produto tem pH substancialmente neutro e ô capaz de absorver 77% do seu próprio peso de água ou de urina. A porosidade do produto está dentro da gama de 55 a 80% v/v. 0 produto possui uma resistência intrínseca ele vada e ó muito resistente ao atrito e à formação de pó, tanto se69 546

-6co como utilizado. As propriedades do material reduzem a quantidade de espalhamento do material pelos animais quando usado como cama. A descoloraçSo do produto quando utilizado é mínima.

(A densidade especifica aparente do produto ê calculada determinando o peso de um dado volume (não inferior a 500 cm ) do material tratado de acordo com o 8.S. 1460, mas utilizando cojn pressão manual. A absorção de líquidos é determinada cobrindo o material com liquido, misturando e deixando repousar durante 5 mi nutos, sendo então o liquido residual removido. A absorção, em % ô calculada a partir do peso do material (P^) e do peso do liquido absorvido (P^) de acordo com a equação (P^ x l00)/P_m« A poros, dade é determinada utilizando o mesmo método, excepto em que a pçi rosidade é calculada a partir do volume do material V e do volum me do liquido absorvido de acordo com a equação (V^ x 100)/1/^.

□ volume V é o volume do material per se₍ isto é, excluindo o vo Π) lume entre partículas. 0 pH do material é determinado dispersando partículas do material de tamanho inferior a 190 em água desio nizada e após mistura deixando repousar, pelo menos, durante 12 horas, sendo a amostra então agitada durante um minuto antes de medir □ pH da solução.)

Exemplo 2

Moem-se separadamente 50 kg de argila carbonácea (teor de humidade de 26%, base húmida) e 90 kg de lenhite (teor de humi dade de 31,8%, base húmida), até um tamanho de partícula inferior a 2 mm e colocam-se em seguida num misturador Eirich com 14,7 litros de água e misturam-se durante 2 minutos. Obtém-se uma mistu ra contendo grânulos descontínuos. Os grânulos são secos directa mente a 1502C durante 20 minutos. 0 material demasiado grande e os finos são reciclados para o passo de mistura. 0 remanescente é queimado a 10709C durante 20 minutos, na presença de um excesso de oxigénio.

produto obtido tem todas as propriedades do do obtido no exemplo 1, excepto que a resistência é marginalmente inferior. Este processo evita □ uso de maquinaria de extrusão e é portanto mais barato de operar. Além disto, a absorção de água ou de urina do produto pode, em alguns casos, ser superior à da de um mate

546 zr

-7feito a partir de uma mistura com a mesma comporial extrudido, sição.

Exemplo 3

Colocam-se num misturador Eirich 50 kg de argila carbonácea (teor de humidade de 28%, base húmida), 90 kg de lenhite moída (teor de humidade de 31,8%, base húmida) e 14,7 litros de água e mistura-se durante 5 minutos. A mistura granular húmida resultante é extrudida na forma de uma folha continua por um extrudor de tijolo ou extrusor de tambores gémeos, sobre a correia de um secador contínuo. A folha ô passada através de um secador a 1508C, até o teor em humidade não ser superior a 5%, base húmida. A folha quebradiça é ainda partida por um triturador de rolo e após pensiramsnto são recuperados grânulos com uma gama de tama nhos de 1-5 mm.

Os finos são reciclados para o passo de mistura e o material grande demais é reciclado para o triturador. 0 remanesceri te é calcinado por passagem através de um forno rotativo a 1050&C até que, substancialmente toda a lenhite esteja queimada.

□ produto tem propriedades semelhantes às do exemplo 1, com a excepção de que os grânulos têm agora pelo menos uma superfície plana. Isto permite a formação de um leito compacto melhorado e quando usado como camas de animais, reduz a penetração do líquido através do leito.

Exemplo 4

Colocam-se num misturador 50 kg de argila, 30 kg de lenhite e 10 litros de água e misturam-se durante 15 minutos. A massa granular húmida resultante ô alimentada a um extrusor de t_i joio, que comprime os grânulos e os extrude na forma de barra ou barras continuas. As barras são passadas através de um secador a 100SC. Isto endurece as barras de modo que possam ser esmagadas e peneiradas para recuperar partículas na gama de tamanhos de 1 a 5 mm. As partículas seleccionadas são finalmente calcinadas por passagem através de um forno rotativo a 10500C.

produto deste processo é um material cerâmico granular de forma irregular, aparência porosa e um tamanho de partícula de_n

546

tro da gama de 1 a 5 mm. Conseguem-se densidades especificas ap.a rentes do produto de 250 a 650 g/l através deste processo, mas es tão, de preferência, entre 350 e 500 g/l. 0 produto tem pH neutro e pode absorver 70 a 200%, de preferência 100 a 150%, do seu próprio peso de água ou de urina. 0 produto possui elevada resis^ tência intrínseca e ô muito resistente no que diz respeito ao atrito e formação de pó, tanto seco como em utilização. 0 materi al não é, portanto, espalhado nem pisado pelos animais quando usa do como cama. A descoloração do produto quando utilizado ô mínima.

Exemplo 5

Moem-se com menos de 2 mm, 50 kg de argila carbonácea e 30 kg de lenhite, e colocam-se então num misturador com 10 litros de água. Após 15 minutos de mistura, formam-se grânulos descontai nuos que podem ser secos directamente a 150BC durante 10 minutos. 0s finos e o material grande demais são reciclados para o passo de mistura. 0 remanescente é queimado a 1070&C durante 10 minutos em presença de um excesso de oxigénio.

produto obtido tem todas as qualidades do do exemplo 4, com a excepção de que a resistência está marginalmente reduzida. Este processo evita o uso de maquinaria de extrusão e é, pojr tanto, mais barato de operar. Além disto, a capacidade de absorção de liquidos do produto é superior à de um material extrudido, estando entre 100 e 300% peso por peso, e mais usualmente entre 150 e 250%. A utilização de argila carbonácea produz um produto calcinado branco.

Exemplo 6

Dispersam-se 50 kg de argila carbonácea em 20 litros de água com o auxilio de 100 gramas de silicato de sódio como desfio culante. Dispersam-se, separadamente, 35 kg de lenhite em 20 litros de água, com agitação. 0s dois componentes sâo então misturados durante 15 minutos e a massa resultante ó extrudida sob a forma de folha, sobre a correia de um secador contínuo. A secagem a 105QC durante 15 minutos torna a folha quebradiça, fazendo-a fracturar sob o seu próprio peso. 0s pedaços partidos são

546

transportados sobre um crivo vibratório que recolhe o material de 1-5 mm de tamanho, rejeita os finos e recicla o material grande demais. A fracção com 1 a 5 mm ô queimada a 11002C, durante 2 mi nutos, num forno de leito toroidal.

produto possui propriedades semelhantes às do do exem pio 4, excepto que os grânulos possuem agora uma superfície plana Isto permite-lhes formar um efeito compacto melhorado e, quando usado como camas de animais, reduz a penetração de líquidos através do leito.

546

Ζ*

Claims

1 - Processo de preparação de um material cerâmico granular poroso, possuindo uma dimensão de grânulos predominantemeri te na gama de 1 a 5 mm, uma densidade aparente na gama de 200 a 700 g/l, uma porosidade na gama de 55 a 80% v/v e uma absorvência de líquidos na gama de 20 a 200% de água, com base no peso do material granular, caracterizado por compreender calcinar grânulos compreendendo uma mistura de lenhite em partículas e argila, sendo a temperatura e □ tempo de calcinação tais que uma quantidade substancial dos minerais de argila permanecem não vitrificados e pelo menos uma parte da lenhite é removida por queima.

2 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o material poroso possuir uma densidade aparente na gama de 350 a 550 g/l, uma porosidade na gama de 65 a 80% v/v e uma absorvência de líquidos na gama de 40 a 150% de água, com base no peso do material granular.

3 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado por o material poroso possuir um pH substancialmente neutro.

4 - Processo de acordo com as reivindicaçães 1 a 3, caracterizado por a temperatura de calcinação ser de 8008 a 11008C.

5 - Processo de acordo com as reivindicações 1 a 4, caracterizado por a mistura de argila e de lenhite em partículas ser obtida por mistura de argila, de lenhite e de água, de modo a obter uma mistura aglomerada húmida, e secagem dos aglomerados formados a partir da mistura.

6 - Processo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por a mistura ser seca até um teor de humidade de não mais de 5%.

7 - Processo de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado por a mistura aquosa ser seca a uma temperatura não excedendo 20D9C.

69 546

-η

8 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por as condições do passo de calcinação serem tais que a perda de peso da mistura se situa entre 40 e 65%, com base no peso da mistura seca.

9 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 8, caracterizado por a mistura ser conformada antes da secagem e a mistura seca ser dividida em grânulos.

10 - Processo de acordo com a reivindicação 9, caracteri zado por a mistura ser conformada por extrusão, e por o extrudido ser seco, partido e peneirado para recuperar grânulos numa qa ma de tamanhos desejada.

11 - Processo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por a mistura ser extrudida sobre uma superfície plana.

12 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por a argila, a lenhite em partículas e a água serem misturadas em conjunto, sendo a quantidade de água tal que a mistura assim obtida está na forma de grânulos hú midos discretos, os quais são secos e peneirados antes de serem calcinados.

13 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por os tamanhos de partícula da argila e da lenhite, na mistura de partida, serem, cada um, não superiores a 2 mm.

14 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por os grânulos dentro de uma gama de tamanhos de 1 a 5 mm serem calcinados.

15 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por substancial mente toda a lenhi te ser queimada durante a calcinação.