Компактное тело
Данное изобретение относится к брикету для использования в минеральной загрузке печи при производстве стеклянных волокон. Брикет содержит продукт из минеральной шерсти с уменьшенным содержанием углевода и цементное связующее. Упомянутый материал минеральной шерсти в виде фильтров прядильной камеры, отходов со шнека, обрезков кромки, отходов промывки, недоработанных початков с фильтров прядильной камеры и тому подобных отходов содержит углеводсодержащее связующее и обработан способом с целью снижения углеводсодержащего связующего в продукте. Для уменьшения содержания углевода в материале минеральной шерсти материал проходит стадию тонкого измельчения и обработки полученного субстрата одним или несколькими микроорганизмами, способными осуществлять метаболизм углевода, и/или экстрактом одного или нескольких микроорганизмов, способных осуществлять метаболизм углевода. Технический результат изобретения - получение продукта с улучшенной способностью к переработке для повторного использования. 25 з.п. ф-лы, 7 табл.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу уменьшения содержания углевода в материале минеральной шерсти (минеральной ваты), содержащем углеводсодержащее связующее, к продукту, полученному указанным способом, и компактному телу, в частности, брикету, содержащему продукт, полученный упомянутым способом.
Предшествующий уровень техники
Искусственные стекловидные волокна (MMVF), такие как, например, базальтовые волокна, шлаковые волокна, стеклянные волокна и каменные волокна, можно изготовлять путём плавления минеральной шихты в печи и превращения расплава в волокна. Полученные волокна MMV могут образовывать шерстяные продукты, такие как каменная шерсть.
В некоторых печах, используемых для производства волокон MMVF, имеется большой жидкий слой расплава, и минеральная шихта плавится в указанном жидком слое. Примерами такого оборудования являются резервуар и электрические печи, которые можно использовать для производства каменных волокон, но в основном для получения стеклянных волокон.
Другим типом печи, которая используется для формования расплава с целью получения волокон MMVF, особенно волокон типов, которые называются каменными, шлаковыми и базальтовыми волокнами, является шахтная печь или вагранная печь, которая содержит самоподдерживающуюся колонну из твёрдого грубого минерала и горючего материала, а газообразные продукты сгорания проникают через указанную колонну с тем, чтобы нагревать её и вызывать плавление. Расплав стекает в нижнюю часть колонны, где обычно формируется жидкий слой расплава, и расплав удаляется из основания печи. Поскольку колонна должна быть и самоподдерживающейся, и проницаемой, необходимо наличие того обстоятельства, что сырьё должно быть относительно грубым и обладать значительной прочностью для противостояния высоким температурам в колонне, которые могут превышать 1000°C.
Сырьё можно формировать из грубо размолотой горной породы натурального происхождения и шлака или любого другого типа подходящего грубого материала, при условии, что оно будет выдерживать давления и температуры в самоподдерживающейся колонне в шахтной печи. В случае применения более тонко измельчённых исходных материалов известно, что для добавления в печь более мелкие сыпучие материалы, как например, пески, преобразуют в связанные брикеты. Они должны иметь достаточную прочность и термостойкость для противостояния условиям в самоподдерживающейся колонне в шахтной печи с той целью, чтобы они плавились до разрушения.
Для общей загрузки в печь (т.е. только кусковой минерал или кусковой минерал плюс брикеты) необходимо обеспечивать состав, желаемый для волокон MMV, которые следует получать. Однако в шахтных печах время пребывания материала в небольшом жидком слое расплава в основании печи является коротким, и исходные материалы должны включаться в состав указанного слоя расплава достаточно быстро, если следует получать расплав, подходящий для обеспечения образования конечного продукта, обладающего заданными свойствами.
При производстве минеральных шерстяных продуктов волокна, полученные в процессе прядения, вдувают в камеру для сбора, и несомые потоком воздуха и ещё горячие волокна распыляют вместе с раствором связующего и произвольным образом осаждают в виде мата или сетки на движущийся конвейер. Затем волокнистую сетку или мат перемещают в печь отверждения, где для отверждения связующего через мат продувают нагретый воздух. Отверждённый мат или плиту (сляб) обрезают по бокам и разрезают в соответствии с определёнными размерами. Как в ходе прядения, так и при обрезании, разрезании в соответствии с конечными размерами, а также последующем окончательном осмотре и проверке на наличие дефектов появляются отходы, которые либо выбрасывают, либо, предпочтительно, возвращают в процесс производства волокон MMVF.
В конечном итоге указанные отходы раздробляют на более мелкие, тонкозернистые кусочки путём размалывания в стержневой мельнице или при помощи любого соответствующего устройства/оборудования и/или распутывают, а затем уплотняют для образования брикетов. Брикеты из отходов волокон MMVF обычно производят путём формования смеси отходов волокон MMVF, необязательно, вместе с другими тонкозернистыми компонентами в тонко измельчённой форме и соответствующим связующим, в желаемую форму брикета и отверждения связующего. Предпочтительно для получения цементных брикетов используют цементное связующее.
Брикеты, возможно после временного хранения, можно объединять с первичным сырьём и/или другим кусковым исходным материалом, таким как шлак, для получения волокон MMVF и возвращать в процесс производства MMVF через плавильную печь. Брикеты в особенности применимы для формирования части, а нередко основной доли загрузочной смеси шахтной или вагранной печи. Количество брикетов может достигать 100% или меньше, как пример, 80% или меньше, или 50% или менее от общей загрузки. Их также можно использовать как часть загрузочной смеси в электрической печи.
В случае использования отходов волокон MMVF для получения брикетов, отходы могут содержать отверждённое и/или неотверждённое связующее минеральной шерсти, в зависимости от точки производственной линии, где образуются отходы.
Группа связующих минеральной шерсти, не содержащих формальдегид, представляет собой связующие, которые имеют в своём составе углеводы, например, крахмал или сахар, в качестве добавок, расширителей или в качестве реакционноспособных компонентов системы связующего; смотрите, например, публикацию WO 2007/014236.
Такие углеводсодержащие связующие минеральной шерсти являются весьма предпочтительными как с экономической, так и с экологической точки зрения, поскольку углеводы представляют собой недорогой компонент, и в то же время являются нетоксичными и возобновляемыми.
Соответственно, в данной области техники всё больше используются, в частности, связующие минеральной шерсти, которые в качестве основного компонента содержат углеводы.
Однако обнаружено, что присутствие неотверждённого или частично отверждённого углеводсодержащего связующего минеральной шерсти в отходах волокон MMVF в результате приводит к длительным периодам времени отверждения цементсодержащих брикетов, при этом причина заключается в том, что углеводы являются замедлителями схватывания цемента. Термин «углевод», употребляемый в настоящем документе, относится к моносахаридам, дисахаридам, полисахаридам и их смесям.
Соответственно, весьма предпочтительные свойства углеводсодержащих связующих минеральной шерсти несколько ухудшаются вследствие того, что они затрудняют возвращение в цикл отхода производства минеральной шерсти. Следовательно, существует потребность в преодолении указанного недостатка углеводсодержащих связующих минеральной шерсти.
Сущность изобретения
Соответственно, цель настоящего изобретения заключалась в разработке способа, который повышает способность к переработке для повторного использования (способность к рециклингу) материала минеральной шерсти (минеральной ваты). В частности, цель настоящего изобретения заключалась в разработке способа, который позволяет уменьшать содержание углевода в материале из минеральной шерсти.
Дополнительная цель настоящего изобретения заключалась в получении продукта с улучшенной способностью к переработке для повторного использования, производимого путём обработки субстрата, содержащего материал минеральной шерсти, имеющий в своём составе углеводсодержащее связующее, упомянутым способом. В частности, дополнительная цель настоящего изобретения состояла в получении продукта с пониженным содержанием углевода, производимого путём обработки субстрата, содержащего материал минеральной шерсти, имеющий в своём составе углеводсодержащее связующее, упомянутым способом.
Дополнительная цель настоящего изобретения заключалась в получении компактного тела, в частности, брикета, подходящего для использования в качестве минеральной загрузочной смеси (загрузки) при производстве искусственных стекловидных волокон (MMVF), полученных из такого продукта, который характеризуется улучшенной прочностью.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предлагается способ уменьшения содержания углевода в материале минеральной шерсти, причём упомянутый материал имеет в своём составе углеводсодержащее связующее, при этом данный способ включает в себя стадию обработки субстрата, содержащего данный материал, одним или несколькими микроорганизмами, способными осуществлять метаболизм углевода, и/или экстрактом одного или нескольких микроорганизмов, способных осуществлять метаболизм углевода.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предлагается продукт, полученный путём обработки субстрата указанным способом.
В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения предлагается компактное тело, в частности, брикет, подходящее для использования в составе минеральной загрузки при производстве искусственных стекловидных волокон (MMVF), при этом упомянутое компактное тело содержит такой продукт и цементное связующее.
В настоящем изобретении изложено, что неожиданно можно повышать пригодность к повторному использованию материала минеральной шерсти, содержащего углеводсодержащее связующее, при использовании такого способа. Это достигается путём обработки материала такими микроорганизмами и/или экстрактом таких микроорганизмов. Весьма неожиданно, что, несмотря на присутствие больших количеств других компонентов связующего и волокон минеральной шерсти, является возможным значительное уменьшение содержания углевода в результате обработки микроорганизмами и/или экстрактом микроорганизмов. При помощи настоящего изобретения показано, что таким способом можно понижать содержание углевода без потребности в каком-либо специальном оборудовании или дорогостоящих химических веществах. Способ согласно настоящему изобретению позволяет сочетать преимущества использования связующих минеральной шерсти, имеющих высокое содержание углевода, с преимуществами, связанными с возвращением в цикл повторным использованием) отхода производства минеральной шерсти, эффективным путём, поскольку достигаемое лёгким путём уменьшение содержания углевода в отходе, предусматриваемое способом согласно настоящему изобретению, обеспечивает возможность производства компактных тел повышенной прочности, которые можно легко возвращать в процесс производства волокон MMVF.
Описание предпочтительных вариантов осуществления
Способ согласно настоящему изобретению представляет собой способ уменьшения содержания углевода в материале минеральной шерсти, причём упомянутый материал имеет в своём составе углеводсодержащее связующее, при этом данный способ включает в себя стадию обработки субстрата, содержащего данный материал, одним или несколькими микроорганизмами, способными осуществлять метаболизм углевода, и/или экстрактом одного или нескольких микроорганизмов, способных осуществлять метаболизм углевода.
Для цели настоящего изобретения термин «материал минеральной шерсти» подразумевает любой материал, в котором минеральная шерсть находится в контакте с неотверждённым и/или отверждённым связующим. В частности, термин «материал минеральной шерсти» относится к отходам производственного процесса получения волокон MMVF.
В нижеследующем изложении термин «материал» употребляется для описания материала минеральной шерсти.
Для цели настоящего изобретения термин «субстрат» обозначает композицию, содержащую материал минеральной шерсти и всё, что добавляют к данному материалу до стадии обработки субстрата микроорганизмами и/или экстрактом микроорганизма, либо в течение указанной стадии или после неё, в частности, воду и любую форму добавок.
В предпочтительном варианте осуществления способ согласно настоящему изобретению включает в себя стадию измельчения материала, предпочтительно, путём размалывания на стержневой мельнице.
В предпочтительном варианте осуществления способ согласно настоящему изобретению включает в себя стадию добавления к материалу одного или нескольких компонентов из: микроорганизмов, экстракта микроорганизмов или добавок до стадии измельчения материала, предпочтительно, путём размалывания на стержневой мельнице, или в ходе осуществления этой стадии, или после неё.
В предпочтительном варианте осуществления материал, используемый в способе согласно изобретению, является отходом процесса производства волокон MMVF, который обычно содержит один или несколько видов отходов: фильтры прядильной камеры, отходы со шнека, обрезки кромки, отходы промывки, недоработанные початки с фильтров прядильной камеры, отходы очистки прядильной камеры, отходы со шнека прядильной машины, отверждённые отходы, фильтровальные маты прядильных камер.
Одностадийный суспензионный процесс
В одном из предпочтительных вариантов воплощения способ согласно настоящему изобретению осуществляют таким образом, что субстрат содержит воду в количестве от значения больше 40 до 90 масс.% (т.е. от > 40 до 90 масс.%), предпочтительно от 50 до 76 масс.% в расчёте на общую массу материала.
Указанное относительно высокое содержание воды обычно означает, что материал присутствует в форме суспензии. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что упомянутый вариант осуществления изобретения особенно применим, когда материал содержит фильтры прядильной камеры, недоработанные початки с фильтров прядильной камеры, отходы очистки прядильной камеры и/или фильтровальные маты прядильной камеры.
При воплощении указанного способа данный материал смешивают с водой (и, необязательно, с добавками) в целях получения субстрата с желаемым содержанием воды.
Предпочтительно, затем добавляют один или несколько микроорганизмов в таком количестве, что один или несколько микроорганизмов присутствуют в количестве от 0,0125 x 109 до 500 x 109, предпочтительно от 0,1 x 109 до 250 x 109 микроорганизмов/грамм в расчёте на общую массу субстрата и микроорганизмов и/или экстракта микроорганизмов.
Более предпочтительно, затем добавляют один или несколько микроорганизмов в таком количестве, что один или несколько микроорганизмов присутствуют в количестве от 0,0125 x 109 до 10 x 109, предпочтительно от 0,1 x 109 до 5 x 109 микроорганизмов/грамм в расчёте на общую массу субстрата и микроорганизмов и/или экстракта микроорганизмов.
В альтернативном варианте осуществления добавляют экстракт микроорганизма. Предпочтительно, экстракт микроорганизмов добавляют таким образом, что экстракт присутствует в количестве от 0,5 до 25 масс.%, предпочтительно от 4 до 18 масс.% в расчёте на общую массу субстрата и микроорганизмов и/или экстракта микроорганизмов.
Указанные варианты осуществления также можно объединять, т.е. путём добавления и микроорганизмов, и экстракта микроорганизмов.
Способ согласно настоящему изобретению можно использовать применительно к материалу минеральной шерсти, имеющему в своём составе углеводсодержащее связующее как с высоким, так и с низким содержанием углевода. В предпочтительном варианте осуществления материал имеет содержание углевода от 0,1 до 35, предпочтительно от 0,5 до 25 масс.% углевода в расчёте на общую массу материала.
Способ согласно настоящему изобретению, как правило, не ограничивается определённым диапазоном температур. Однако в предпочтительном варианте осуществления стадия обработки субстрата имеет место при температуре от 10 до 50°C, предпочтительно от 15 до 45°C. Обычно это означает, что стадия обработки имеет место без какой-либо потребности во внешнем нагревании или охлаждении и, следовательно, без необходимости в каком-либо дополнительном оборудовании.
Авторами настоящего изобретения обнаружено, что эффективное уменьшение содержания углевода может достигаться в довольно коротких временных рамках. Хотя способ согласно настоящему изобретению не ограничивается конкретным режимом времени, предпочтительно, чтобы стадия обработки материала имела место в течение периода времени 1 - 72 часа, предпочтительно 6 - 24 часа.
Одностадийный процесс с низким содержанием воды
В альтернативном предпочтительном варианте осуществления способ согласно настоящему изобретению воплощают на субстрате, который содержит воду в количестве от 10 до 40 масс.%, предпочтительно от 20 до 40 масс.% в расчёте на общую массу субстрата.
В указанном альтернативном варианте осуществления материал обычно присутствует в форме влажного порошка тонко измельчённого материала, к которому добавили воду.
В предпочтительном варианте осуществления один или несколько микроорганизмов присутствуют в количестве от 0,000625 x 109 до 125 x 109, предпочтительно от 0,005 x 109 до 75 x 109 микроорганизмов/грамм в расчёте на общую массу субстрата и микроорганизмов и/или экстракта микроорганизмов.
В более предпочтительном варианте осуществления один или несколько микроорганизмов присутствуют в количестве от 0,000625 x 109 до 2,5 x 109, предпочтительно от 0,005 x 109 до 1,5 x 109 микроорганизмов/грамм в расчёте на общую массу субстрата и микроорганизмов и/или экстракта микроорганизмов.
В альтернативном варианте осуществления используют экстракт микроорганизмов. В указанном варианте осуществления экстракт предпочтительно присутствует в количестве от 0,05 до 15 масс.%, предпочтительно от 0,2 до 5 масс.% в расчёте на общую массу субстрата, микроорганизмов и/или экстракта микроорганизмов.
В дополнительном варианте осуществления используют и микроорганизмы, и экстракт микроорганизмов.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что способ может улучшаться, когда субстрат содержит ускоритель ферментации.
Как правило, упомянутый ускоритель ферментации является компонентом, который стабилизирует значение уровня pH и/или служит питательным веществом для микроорганизмов.
В предпочтительном варианте осуществления ускоритель ферментации представляет собой одно или несколько веществ из группы, состоящей из фосфорных кислот и/или фосфатов, уксусной кислоты и/или любых её солей.
Подразумевается, что в контексте настоящего изобретения термин «фосфорные кислоты» охватывает все типы фосфорсодержащих минеральных кислот, а термин «фосфаты», как подразумевается, охватывает соли всех типов фосфорсодержащих минеральных кислот.
В качестве альтернативы, экстракт микроорганизмов также может служить ускорителем ферментации.
Хотя количество используемого ускорителя ферментации в общем случае не ограничивается, предпочтительно, чтобы субстрат содержал ускоритель ферментации в количестве от 0,01 до 5 масс.%, предпочтительно от 0,05 до 0,4 масс.% в расчёте на общую массу субстрата, микроорганизмов и/или экстракта микроорганизмов.
Хотя содержание углевода в материале, который используется для воплощения способа согласно указанному варианту осуществления, не ограничивается, в предпочтительном варианте осуществления данный материал имеет содержание углевода от 0,05 до 70 масс.% углевода, предпочтительно от 0,05 до 50 масс.%, более предпочтительно от 0,05 до 40 масс.%, более предпочтительно от 0,05 до 30 масс.% в расчёте на общую массу материала.
В особенно предпочтительном варианте осуществления материал имеет содержание углевода от 0,05 до 10, предпочтительно от 0,25 до 4 масс.% углевода в расчёте на общую массу материала.
Хотя настоящее изобретение, как правило, не ограничивается определённым диапазоном температур, в предпочтительном варианте осуществления способ включает в себя стадию обработки материала при температуре от 10 до 50°C, предпочтительно от 15 до 45°C. Обычно это означает, что стадия обработки имеет место без какой-либо потребности во внешнем нагревании или охлаждении и, следовательно, без необходимости в каком-либо дополнительном оборудовании.
Хотя способ согласно указанному варианту осуществления не ограничивается каким-либо режимом времени, в предпочтительном варианте осуществления способ включает в себя стадию обработки материала в течение периода времени от 3 часов до 30 дней, предпочтительно от 1 до 3 дней.
Двухстадийный процесс
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что особенно предпочтительные результаты достигаются при объединении одностадийного суспензионного процесса с одностадийным процессом при низком содержании воды в двухстадийный процесс.
В указанном варианте осуществления способ включает в себя, по меньшей мере, две стадии в форме:
(i) обработки субстрата при помощи одностадийного суспензионного процесса, описанного выше и
(ii) обработки объединённого субстрата продукта стадии (i) и дополнительного субстрата при помощи одностадийного процесса при низком содержании воды, описанного выше.
В указанном двухстадийном процессе стадию один используют с целью приготовления «заквасочной культуры» для процесса согласно стадии (ii).
Стадия (i)
В предпочтительном варианте осуществления стадию (i) воплощают таким образом, что субстрат содержит воду в количестве от значения больше 40 до 90 масс.% (т.е. от > 40 до 90 масс.%), предпочтительно от 50 до 76 масс.% в расчёте на общую массу материала.
Указанное относительно высокое содержание воды обычно означает, что материал присутствует в форме суспензии. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что указанный вариант осуществления изобретения особенно применим, когда материал заключает в себе фильтры прядильной камеры, недоработанные початки с фильтров прядильной камеры, отходы очистки прядильной камеры и/или фильтровальные маты прядильной камеры.
При осуществлении упомянутой стадии (i) материал смешивают с водой (и, необязательно, с добавками) в целях получения субстрата с желаемым содержанием воды.
Предпочтительно, затем добавляют один или несколько микроорганизмов в таком количестве, что один или несколько микроорганизмов присутствуют в количестве от 0,0125 x 109 до 500 x 109, предпочтительно от 0,1 x 109 до 250 x 109 микроорганизмов/грамм в расчёте на общую массу субстрата и микроорганизмов и/или экстракта микроорганизмов.
Более предпочтительно, затем добавляют один или несколько микроорганизмов в таком количестве, что один или несколько микроорганизмов присутствуют в количестве от 0,0125 x 109 до 10 x 109, предпочтительно от 0,1 x 109 до 5 x 109 микроорганизмов/грамм в расчёте на общую массу субстрата и микроорганизмов и/или экстракта микроорганизмов.
В альтернативном варианте осуществления добавляют экстракт микроорганизма. Предпочтительно, экстракт микроорганизмов добавляют таким образом, что экстракт присутствует в количестве от 0,5 до 25 масс.%, предпочтительно от 4 до 18 масс.% в расчёте на общую массу субстрата и микроорганизмов и/или экстракта микроорганизмов.
Указанные варианты осуществления также можно объединять, т.е. путём добавления и микроорганизмов, и экстракта микроорганизмов.
Способ согласно стадии (i) можно использовать в отношении материала минеральной шерсти, содержащего углеводсодержащее связующее как с высоким, так и с низким содержанием углевода. В предпочтительном варианте осуществления материал имеет содержание углевода от 0,1 до 35, предпочтительно от 0,5 до 25 масс.% углевода в расчёте на общую массу материала.
Способ согласно стадии (i), как правило, не ограничивается определённым диапазоном температур. Однако в предпочтительном варианте осуществления стадия обработки субстрата имеет место при температуре от 10 до 50°C, предпочтительно от 15 до 45°C. Это обычно означает, что стадия обработки имеет место без какой-либо потребности во внешнем нагревании или охлаждении и, следовательно, без необходимости в каком-либо дополнительном оборудовании.
Авторами настоящего изобретения обнаружено, что эффективное уменьшение содержания углевода может достигаться в довольно коротких временных рамках. Хотя способ согласно стадии (i) не ограничивается конкретным режимом времени, предпочтительно, чтобы стадия обработки материала имела место в течение периода времени 1 - 72 часа, предпочтительно 6 - 24 часа.
В предпочтительном варианте осуществления субстрат, обрабатываемый на стадии (i), заключает в себе фильтры прядильной камеры.
Стадия (ii)
В предпочтительном варианте осуществления объединённый субстрат, используемый на стадии (ii), присутствует в форме влажного порошка тонко измельчённого материала, к которому добавили воду.
В предпочтительном варианте осуществления один или несколько микроорганизмов присутствуют в количестве от 0,000625 x 109 до 125 x 109, предпочтительно от 0,005 x 109 до 75 x 109 микроорганизмов/грамм в расчёте на общую массу субстрата и микроорганизмов и/или экстракта микроорганизмов.
В более предпочтительном варианте осуществления один или несколько микроорганизмов присутствуют в количестве от 0,000625 x 109 до 2,5 x 109, предпочтительно от 0,005 x 109 до 1,5 x 109 микроорганизмов/грамм в расчёте на общую массу субстрата и микроорганизмов и/или экстракта микроорганизмов.
В альтернативном варианте осуществления используют экстракт микроорганизмов. В указанном варианте осуществления экстракт предпочтительно присутствует в количестве от 0,05 до 15 масс.%, предпочтительно от 0,2 до 5 масс.% в расчёте на общую массу материала, микроорганизмов и/или экстракта микроорганизмов.
В дополнительном варианте осуществления используют и микроорганизмы, и экстракт микроорганизмов.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что данный способ может улучшаться, когда материал содержит ускоритель ферментации.
Как правило, упомянутый ускоритель ферментации является компонентом, который стабилизирует значение уровня pH и/или служит питательным веществом для микроорганизмов.
В предпочтительном варианте осуществления ускоритель ферментации представляет собой одно или несколько веществ из группы, состоящей из фосфорных кислот и/или фосфатов, уксусной кислоты и/или любых её солей.
Подразумевается, что в контексте настоящего изобретения термин «фосфорные кислоты» охватывает все типы фосфорсодержащих минеральных кислот, а термин «фосфаты», как подразумевается, охватывает соли всех типов фосфорсодержащих минеральных кислот.
В качестве альтернативы, экстракт микроорганизмов также может служить ускорителем ферментации.
Хотя количество используемого ускорителя ферментации в общем случае не ограничивается, предпочтительно, чтобы субстрат содержал ускоритель ферментации в количестве от 0,01 до 5 масс.%, предпочтительно от 0,05 до 0,4 масс.% в расчёте на общую массу субстрата, микроорганизмов и/или экстракта микроорганизмов.
Хотя содержание углевода в материале, который используется для воплощения способа согласно указанному варианту осуществления, не ограничивается, в предпочтительном варианте осуществления данный материал имеет содержание углевода от 0,05 до 70 масс.% углевода, предпочтительно от 0,05 до 50 масс.%, более предпочтительно от 0,05 до 40 масс.%, более предпочтительно от 0,05 до 30 масс.% в расчёте на общую массу материала.
В особенно предпочтительном варианте осуществления материал имеет содержание углевода от 0,05 до 10, предпочтительно от 0,25 до 4 масс.% углевода в расчёте на общую массу материала.
Хотя стадия (ii) в общем случае не ограничивается определённым диапазоном температур, в предпочтительном варианте осуществления данный способ включает в себя стадию обработки материала при температуре от 10 до 50°C, предпочтительно от 15 до 45°C. Обычно это означает, что стадия обработки имеет место без какой-либо потребности во внешнем нагревании или охлаждении и, следовательно, без необходимости в каком-либо дополнительном оборудовании.
Хотя стадия (ii) не ограничивается каким-либо определённым режимом времени, в предпочтительном варианте осуществления способ включает в себя стадию обработки материала в течение периода времени от 3 часов до 30 дней, предпочтительно от 1 до 3 дней.
Углеводсодержащие связующие, используемые при производстве материала минеральной шерсти, обрабатываемого способом согласно настоящему изобретению
Данный патент согласно настоящему изобретению можно использовать применительно к любому материалу минеральной шерсти, который имеет в своём составе углеводсодержащее связующее.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления углеводсодержащее связующее, используемое при производстве материала минеральной шерсти, содержит фенолформальдегидный резол, а углевод при этом выбран из сахара, такого как декстроза.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления углеводсодержащее связующее, используемое в производстве материала минеральной шерсти, дополнительно содержит:
(a) компонент в виде многоосновной карбоновой кислоты или её любую соль и/или неорганическую кислоту или её любую соль;
(b) компонент, выбранный из группы, состоящей из аминовых соединений, аммиака, и, необязательно,
(c) продукт реакции компонента в виде многоосновной карбоновой кислоты или её ангидрида с алканоламиновым компонентом.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления углеводсодержащее связующее, используемое в производстве материала минеральной шерсти, имеет в своём составе углевод, выбранный из гексозы, такой как декстроза, фруктоза; пентозы, такой как ксилоза и/или сахароза, глюкозного сиропа.
Микроорганизмы или экстракт микроорганизмов
В предпочтительном варианте осуществления один или несколько микроорганизмов выбраны из группы, состоящей из грибков, дрожжей, предпочтительно дрожжей, заключающих в себе культуру saccharomyces cerevisiae, и/или бактерий, в частности, genera lactobacillus, leuconostoc, pediococcos, и/или бифидобактерии.
В предпочтительном варианте осуществления один или несколько микроорганизмов имеют в своём составе дрожжи, заключающие в себе культуру saccharomyces cerevisiae.
В конкретном предпочтительном варианте осуществления микроорганизм представляет собой культуру saccharomyces cerevisiae.
Продукт, полученный данным способом
Настоящее изобретение относится также к продукту, полученному путём обработки субстрата способом настоящего изобретения.
Упомянутый продукт имеет существенно пониженное содержание углевода по сравнению с исходным материалом минеральной шерсти и, следовательно, характеризуется повышенной степенью применимости повторного использования.
Компактное тело
Настоящее изобретение относится также к компактному телу, в частности, брикету, подходящему для использования в составе минеральной загрузочной смеси при производстве искусственных стекловидных волокон (MMVF), при этом упомянутое компактное тело заключает в себе:
a) продукт, полученный путём обработки субстрата способом согласно изобретению;
b) цементное связующее.
Компактное тело согласно настоящему изобретению обладает повышенной прочностью и, следовательно, его можно использовать весьма предпочтительно в качестве загрузочной смеси в шахтных печах.
Примеры
Следующие ниже примеры предназначены для дополнительного пояснения изобретения без ограничения его объёма.
Дрожжи и добавки, а также другие компоненты
Свежие, прессованные пекарные дрожжи, активные клетки культуры Saccharomyces cerevisiae, приблизительно 30% сухого вещества (>31% сухого вещества), получали от фирмы De Danske Gaerfabrikker. Быстродействующие сухие пекарные дрожжи Instaferm® RED, культура Saccharomyces cerevisiae, приблизительно 95% сухого вещества (<6% влаги), приблизительно 20 миллиардов живых клеток на грамм, получали от фирмы Lallemand. Для простоты свежие и сухие пекарные дрожжи учитывались как безводные.
Фосфатные буферные растворы, ледяную уксусную кислоту и моногидрат дигидрофосфата натрия для использования в качестве добавок для лабораторных исследований ферментации получали от фирмы Sigma-Aldrich. Ледяную уксусную кислоту и моногидрат дигидрофосфата натрия для исследований ферментации в масштабе 1 тонны получали от фирмы Panreac.
Углеводсодержащие связующие
Связующее алканоламин – ангидридная смола w - сироп глюкозы
Основой данного связующего являются продукты реакции алканоламина с ангидридом многоосновной карбоновой кислоты.
Диэтаноламин (DEA; 120,5 г) помещают в 5-литровый стеклянный реактор, снабжённый мешалкой и нагревающей/охлаждающей рубашкой. Температуру диэтаноламина повышают до 60°C, к которому после этого добавляют тетрагидрофталевый ангидрид (THPA, 67,1 г). После повышения температуры и выдерживания её при 130°C добавляют вторую часть тетрагидрофталевого ангидрида (33,6 г) с последующим добавлением тримеллитового ангидрида (TMA; 67,1 г). После осуществления взаимодействия при 130°C в течение 1 часа смесь охлаждают до 95°C. Добавляют воду (241,7 г) и продолжают перемешивание в течение 1 часа. Затем добавляют мочевину (216,1 г) и продолжают перемешивание до растворения всех твёрдых веществ. После охлаждения до температуры окружающей среды смесь выливают в воду (3,32 кг) и при перемешивании добавляют 50%-ный водный раствор гипофосфорной кислоты (5,0 г) и 25%-ный водный раствор аммиака (56,3 г).
Сироп глюкозы (1,24 кг) нагревают до 60°C и затем добавляют при перемешивании с последующим введением 50%-ного водного раствора силана (продукт Momentive VS-142) (5,0 г).
Связующее аскорбиновая кислота - глюкоза
Смесь L-аскорбиновой кислоты (1,50 г; 8,52 ммоль) и 75,1%-ного водного сиропа глюкозы (18,0 г; таким образом, продуктивное количество сиропа глюкозы 13,5 г), а также мочевины (0,75 г) в воде (30,5 г) перемешивают при комнатной температуре до получения прозрачного раствора. Затем добавляют 50%-ный водный раствор гипофосфорной кислоты (0,6015 г; таким образом, продуктивное количество гипофосфорной кислоты 0,30 г; 4,55 ммоль) (pH 1,3). После этого добавляют по каплям 28%-ный водный раствор аммиака (0,99 г; таким образом, продуктивное количество аммиака 0,28 г; 16,3 ммоль) до достижения уровня pH = 6,7. Затем определяют количество твёрдых веществ связующего (20,1 масс.%). Силан добавляют в количестве, соответствующем 0,5% твёрдых веществ.
Связующее фенолформальдегид с мочевиной (PUF) - сироп глюкозы
Указанное связующее представляет собой фенолформальдегидную смолу, модифицированную мочевиной, PUF-резол.
Фенолформальдегидную смолу получают при взаимодействии 37%-ного водного раствора формальдегида (606 г) и фенола (189 г) в присутствии 46%-ного водного раствора гидроксида калия (25,5 г) при температуре реакции 84°C, предварительно достигаемой со скоростью нагрева приблизительно 1°C в минуту. Реакцию продолжают при 84°C до достижения кислотостойкости смолы, равной 4, и превращения большей части фенола. Затем добавляют мочевину (241 г) и охлаждают смесь.
Кислотостойкость (AT) выражает число раз, которое данный объём связующего можно разбавлять кислотой без помутнения смеси (связующее осаждается). Для определения критерия прекращения образования связующего используют серную кислоту, и на окончание реакции связующего указывает кислотостойкость ниже 4.
Для измерения величины AT приготовляют титрант путём разбавления 2,5 мл концентрированной серной кислоты (>99%) 1 литром подвергнутой ионному обмену воды. Затем 5 мл связующего, подлежащего исследованию, титруют при комнатной температуре указанным титрантом, одновременно поддерживая связующее в состоянии движения при помощи ручного встряхивания его; в случае предпочтения используют магнитное перемешивающее устройство и магнитный стержень. Титрование продолжают до появления в связующем слабой мути, которая не исчезает при встряхивании связующего. Кислотостойкость (AT) вычисляют путём деления объёма кислоты, использованной для титрования (мл), на объём образца (мл):
AT = (Объём, использованный для титрования (мл)) / (объём образца (мл))
С использованием полученной, модифицированной мочевиной фенолформальдегидной смолы приготовляют связующее путём добавления 25%-ного водного раствора аммиака (90 мл) и сульфата аммония (13,2 г) с последующим добавлением воды (1,30 кг) и силана (2,4 г).
Модельные отходы, размолотые на стержневой мельнице, (RMW), содержащие связующее алканоламин – ангидридная смола w - сироп глюкозы или аскорбиновая кислота - глюкоза, получали путём смешивания размолотых на стержневой мельнице и подвергнутых термообработке отходов, поступивших из различных источников, с данной смесью связующего, водой и другими добавками, соответственно случаю. Термообработку размолотых на стержневой мельнице отходов осуществляли при 590°C в течение ночи для удаления других органических компонентов. Модельные отходы, размолотые на стержневой мельнице, содержащие связующее фенолформальдегид с мочевиной (PUF) - сироп глюкозы, получали путём смешивания размолотых на стержневой мельнице отходов PUF с водными растворами сиропа глюкозы, водой и другими добавками, соответственно случаю.
Измерения содержания глюкозы с использованием ВЭЖХ и/или устройства для определения количества сахара в крови
Изменение содержания глюкозы в ферментативных смесях отслеживали при помощи метода ВЭЖХ и/или устройства для определения количества сахара в крови (модель AccuChek® Aviva Nano) в водных экстрактах ферментативных смесей.
Представление результатов
Результаты приведены в таблицах, которые содержат следующую информацию:
• Ферментативные смеси (%): Состав ферментативных смесей, вычисленный в виде масс.% дрожжей, связующего, волокон, влаги и добавок от общей массы смеси (таким образом, что дрожжи + связующее + волокна + влага + добавки = 100% масс.). Данные, приведённые курсивом, заключают в себе информацию, которая дополнительно подробно описывает, сколько% масс. общей смеси приходится на выбранный определённый подкомпонент.
• Условия: Условия, в которых осуществили реакции ферментации. Это включает в себя такую информацию, как температура выдерживания, время измерения и уровень pH водных экстрактов, достигаемый в начале и в конце реакций ферментации.
• Удаление глюкозы: подробно описано время (дни/часы), требуемое для уменьшения содержания глюкозы на величину >25%, >50%, >75% и >90% в водных экстрактах ферментативных смесей, вычисленного относительно начальных значений. Измерено при помощи метода ВЭЖХ или устройства для определения количества сахара в крови. В испытаниях, в которых изготовляли брикеты, кроме того подробно описано уменьшение содержания глюкозы за дни брикетирования.
• Состав испытательных брусков (%): Состав испытательных брусков, изготовленных в институте FEhS в Дуйсбурге. В таблицах подробно описано только содержимое ферментативной смеси или эталонной шерсти, размолотой на стержневой мельницe. Другие компоненты испытательных брусков, изготовленных из ферментированных отходов, включают в себя: цемент 52,5R (12,3%), песок (53,8%). Другие компоненты испытательных брусков, изготовленных из эталонных отходов, размолотых на стержневой мельницe, включают в себя: цемент 52,5R (13,0%), песок (57,0%).
• Прочность при сжатии (МПа): Прочность при сжатии испытательных брусков по истечении определённого количества дней, измеренная в институте FEhS, Дуйсбург.
• Составы брикетов (%): Состав испытательных брикетов. В таблицах подробно описано только содержимое ферментативной смеси или эталонной шерсти, размолотой на стержневой мельницe, а также содержание цемента. Другие компоненты брикетов, изготовленных из ферментированных отходов, включают в себя: Valdi (6,9%), доломитовый песок (4,9%), просеянный шлак (9,8%), MTMS (5,9%), SSA SSIAAP (7,9%), просеянную смесь (4,9%), летучую золу (3,9%), боксит (14,7%). Другие компоненты брикетов, изготовленных из эталонных отходов, размолотых на стержневой мельницe, включают в себя: Valdi (7,0%), доломитовый песок (5,0%), просеянный шлак (10,0%), MTMS (6,0%), SSA SSIAAP (8,0%), просеянную смесь (5,0%), летучую золу (4,0%), боксит (15,0%).
• Подробная информация о брикетах (%): Масса, высота, плотность испытательных брикетов, а также значения прочности при сжатии испытательных брикетов по истечении определённого количества дней. Значения прочности при сжатии брикетов, составляющие 5 МПа или больше, могут считаться адекватными.
Таблица 1
| Пример | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| Ферментативная смесь (%) | ||||||||
| Свежие пекарные дрожжи | 0,30% | 0,30% | 0,30% | 0,30% | 0,20% | 0,20% | 0,20% | 0,20% |
| алканоламин-ангидридная смола w – сироп глюкозы |
0,70% | 0,70% | 0,70% | 0,70% | 0,80% | 0,80% | 0,80% | 0,80% |
| Волокна | 69% | 69% | 69% | 69% | 79% | 79% | 79% | 79% |
| Влажность | 30% | 30% | 30% | 30% | 20% | 20% | 19% | 19% |
| Фосфатный буфер рН 3,0; 0,1M | 0,32% | 0,20% | ||||||
| Фосфатный буфер рН 3,0; 0,5M | 1,0% | |||||||
| Фосфатный буфер рН 6,5; 0,02M | 0,06% | |||||||
| Фосфатный буфер рН 6,5; 0,5M | 1,0% | |||||||
| Фосфатный буфер рН 8,5; 0,02M | 0,06% | |||||||
| Условия ферментации | ||||||||
| Температура | комн. | комн. | комн. | комн. | комн. | комн. | комн. | комн. |
| Время измерения (дни) | 3 | 1 | 1 | 1 | 3 | 3 | 1 | 1 |
| Начальный уровень pH | 9,6 | 7,9 | 9,2 | 9,4 | 9,8 | 8,4 | 8,1 | 8,1 |
| Конечный уровень pH | 7,2 | 7,7 | 7,6 | 8,0 | 9,7 | 7,5 | 7,1 | 7,1 |
| Удаление глюкозы | ||||||||
| Снижение >25% (дни) | 1 | 1 | 1 | 1 | >3 | 1 | 1 | 1 |
| Снижение >50% (дни) | 3 | 1 | 1 | 1 | >3 | 1 | 1 | 1 |
| Снижение >75% (дни) | 3 | 1 | 1 | 1 | >3 | 3 | 1 | 1 |
| Снижение >90% (дни) | 3 | 1 | 1 | 1 | >3 | 3 | 1 | 1 |
Для сравнения включены два примера без фосфатов (прим. 1 и 5).
При влажности 30% включение фосфатных буферов pH 3,0; pH 6,5 или pH 8,5 во всех случаях оказывало сокращающее влияние на время удаления глюкозы (прим. 2-4 против 1). Таким образом, все три ферментации завершались в пределах одного дня.
При влажности 19-20%, а также слегка пониженном содержании пекарных дрожжей и слегка повышенном содержании связующего включение фосфатных буферов аналогичным образом оказывало сокращающее влияние на время удаления глюкозы (прим. 6-8 против 5).
Таблица 2
| Пример | l | 2 | 3 | 4 |
| Ферментативная смесь (%) | ||||
| Свежие пекарные дрожжи | 0,20% | 1,1% | 2,2% | 5,0% |
| Алканоламин – ангидридная смола w – сироп глюкозы |
0,80% | 0,79% | 0,78% | 0,75% |
| Волокна | 79% | 78% | 77% | 74% |
| Влага | 20% | 20% | 20% | 20% |
| Условия ферментации | ||||
| Температура | комн. | комн. | комн. | комн. |
| Время измерения (дни) | 6 | 1 | 1 | 1 |
| Начальный уровень pH | 9,0 | 8,0 | 7,5 | 7,0 |
| Конечный уровень pH | 7,5 | 7,5 | 7,5 | 8,0 |
| Удаление глюкозы | ||||
| Снижение >25% (дни) | 2 | 1 | 1 | 1 |
| Снижение >50% (дни) | 2 | 1 | 1 | 1 |
| Снижение >75% (дни) | 3 | 1 | 1 | 1 |
| Снижение >90% (дни) | 6 | 1 | 1 | 1 |
| Составы испытательных брусков (%) | ||||
| Отходы, размолотые на стержневой мельнице | 34,0 | 34,0 | 34,0 | 34,0 |
| Прочность при сжатии (МПа) | ||||
| 3 дня | 6,3 | 5,5 | 5,0 | 4,3 |
| 7 дней | 8,9 | 8,4 | 7,7 | 6,4 |
Влияние содержания дрожжей изучали при изменении концентрации дрожжей от 0,2% до 5,0% (прим. 1-4) с использованием размолотых на стержневой мельницe отходов, подвергнутых термообработке. Включение возрастающих количеств дрожжей в результате приводило к сокращению требуемого времени ферментации: при включении 0,2% дрожжей требовалось 6 дней для удаления >90% глюкозы (прим. 1), тогда как при концентрации дрожжей 1,1-5,0% требовался всего 1 день для удаления >90% глюкозы (прим. 2-4). Начальный уровень pH постепенно снижался от 9 до 7 с увеличением содержания дрожжей.
Оказывается, с увеличением содержания свежих пекарных дрожжей имеет место постепенное снижение прочности испытательных брусков (прим. 1-4).
Таблица 3
| Пример | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| Ферментативная смесь (%) | ||||||||
| Свежие пекарные дрожжи | - | 0,20% | 0,59% | 1,0% | - | 0,20% | 0,59% | 1,0% |
| Алканоламин – ангидридная смола w -сироп глюкозы | 1,6% | 1,6% | 1,6% | 1,6% | - | - | - | - |
| Аскорбиновая кислота - глюкоза | - | - | - | - | 1,6% | 1,6% | 1,6% | 1,6% |
| Волокна | 79% | 79% | 78% | 78% | 79% | 79% | 78% | 78% |
| Влага | 20% | 20% | 20% | 19% | 20% | 20% | 20% | 19% |
| Условия ферментации | ||||||||
| Температура | комн. | комн. | комн. | комн. | комн. | комн. | комн. | комн. |
| Время измерения (дни) | 70 | 70 | 57 | 23 | 70 | 51 | 23 | 16 |
| Начальный уровень pH | 8,5 | 8,5 | 8,5 | 8,5 | 8,0 | 7,5 | 8,0 | 8,0 |
| Конечный уровень pH | 7,5 | 6,5 | 7,5 | 7,0 | 6,5 | 5,5 | 5,5 | 5,5 |
| Удаление глюкозы | ||||||||
| Снижение >25% (дни) | 63 | 35 | 28 | 14 | 57 | 28 | 14 | 9 |
| Снижение >50% (дни) | 70 | 57 | 51 | 19 | 70 | 35 | 19 | 14 |
| Снижение >75% (дни) | >70 | 70 | 51 | 21 | >70 | 41 | 21 | 14 |
| Снижение >90% (дни) | >70 | 70 | 57 | 23 | >70 | 51 | 23 | 16 |
Данные результаты показывают, что ферментация в присутствии 1,6% связующего алканоламин – ангидридная смола w - сироп глюкозы с 0,2-1,0% свежих пекарных дрожжей является возможной (прим. 2-4). Все ферментации характеризовались начальным уровнем pH, равным 8,5, и завершались при pH 6,5-7,5. Время, требуемое для удаления >90% содержания глюкозы, уменьшалось как функция увеличения содержания дрожжей (70 дней в случае 0,2% дрожжей против 23 дней в случае 1,0% дрожжей, прим. 2 против 4). Некоторую степень удаления глюкозы наблюдали в примере без добавления дрожжей, но превращение было очень медленным (прим. 1).
Удаление глюкозного содержимого в присутствии 1,6% связующего аскорбиновая кислота - глюкоза с 0,2-1,0% свежих пекарных дрожжей является возможным (прим. 6-8). Указанные ферментации характеризовались начальным уровнем pH 7,5-8 и завершались при 5,5. Время, требуемое для удаления >90% глюкозного содержимого, значительно уменьшалось как функция увеличения содержания дрожжей (51 день в случае 0,2% дрожжей против 16 дней в случае 1,0% дрожжей, прим. 6 против 8). Некоторую степень удаления глюкозы наблюдали в примере без добавления дрожжей, но превращение было очень медленным (прим. 5).
Таблица 4
| Пример | 1 | 2 | 3 | 4 |
| Ферментативная смесь (%) | ||||
| Свежие пекарные дрожжи | 0,20% | 0,20% | 0,20% | - |
| Связующее PUF | 1,8% | 1,8% | 1,8% | - |
| Сироп глюкозы | 0,77% | 0,77% | 0,77% | - |
| Волокна | 77% | 77% | 77% | - |
| Влага | 20% | 20% | 20% | - |
| NaH2PO4 | - | 0,20% | - | - |
| AcOH | - | - | 0,10% | - |
| Условия ферментации | ||||
| Температура | комн. | комн. | комн. | - |
| Время измерения (дни) | 1 | 1 | 1 | - |
| Начальный уровень pH | 6,0 | 6,0 | 6,0 | - |
| Конечный уровень pH | 6,0 | 6,0 | 6,0 | - |
| Удаление глюкозы | ||||
| Снижение >25% (дни) | 1 | 1 | 1 | - |
| Снижение >50% (дни) | 1 | 1 | 1 | - |
| Снижение >75% (дни) | 1 | 1 | 1 | - |
| Снижение >90% (дни) | 1 | 1 | 1 | - |
| Составы испытательных брусков (%) | ||||
| Ферментативная смесь | 34,0 | 34,0 | 34,0 | |
| Прочность при сжатии (МПа) | ||||
| 3 дня | 3,3 | 2,1 | 2,8 | 5,9 |
| 7 дней | 5,7 | 5,2 | 5,9 | 8,6 |
Во всех ферментативных испытаниях наблюдалась быстрая ферментация, и удаление >90% глюкозы обнаруживалось в пределах одного дня (прим. 1-3).
Испытательные бруски из материалов, полученных в результате проведения указанных ферментаций, показали сравнительно низкие значения прочности при сжатии по истечении 3 дней (2,1-3,3 МПа, прим. 1-3) и 7 дней (5,2-5,9 МПа, прим. 1-3). Указанные значения ниже эталона (5,9 МПа после 3 дней; 8,6 МПа после 7 дней, прим. 4).
Пример 2: 25%-ный водный сироп глюкозы (32,0 г; таким образом, продуктивное количество сиропа глюкозы 8,0 г; 24,0 г влаги) при перемешивании добавляли порциями к размолотым на стержневой мельницe отходам PUF (868,4 г; 2,1% связующего; 92,1% волокон; 5,8% влаги; таким образом, продуктивное количество связующего 18,2 г; 799,8 г волокон; 50,4 г влаги). Перемешивание продолжали дополнительно в течение нескольких минут, а затем порциями добавляли смесь гидрата дигидрофосфата натрия (2,37 г; таким образом, продуктивное количество дигидрофосфата натрия 2,06 г и 0,31 г влаги) и свежих пекарных дрожжей (2,09 г; рассчитанных как безводные) в воде (132,7 г) при постоянном перемешивании. Таким образом, ферментативная смесь в целом первоначально состояла из 20% масс. влаги; 0,20% масс. свежих пекарных дрожжей; 0,77% масс. сиропа глюкозы; 1,8% масс. связующего PUF; 0,20% масс. дигидрофосфата натрия и 77% масс. волокон. После дополнительного перемешивания в течение 10 минут смесь переносили в пластиковую кружку объёмом 2,5 л и покрывали кружку алюминиевой фольгой.
Измерения содержания глюкозы и уровня pH водных экстрактов выполняли непосредственно после перенесения смеси в кружку, а также в соответствующие дни после этого (с интервалами 1-2 дня в зависимости от изменения содержания глюкозы). Пробу ферментативной смеси (16 г, указана точная масса) разбавляли водой (40 г, указана точная масса) в бутылочке с завинчивающимся колпачком объёмом 100 мл и встряхивали образовавшуюся суспензию в течение 10 минут. Для исследований методом ВЭЖХ подвергнутую встряхиванию смесь фильтровали, после чего измеряли уровень pH и содержание глюкозы в фильтрате (ВЭЖХ, двукратные определения). С целью исследований при помощи устройства для определения количества сахара в крови подвергнутой встряхиванию смеси просто давали оседать в течение нескольких минут и измеряли уровень pH и содержание глюкозы (устройство для определения количества сахара в крови, двукратные определения) в надосадочной жидкости.
Таблица 5
| Пример | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Ферментативная смесь (%) | |||||
| Свежие пекарные дрожжи | 0,20% | 0,20% | 0,20% | 0,20% | - |
| Алканоламин – ангидридная смола w - сироп глюкозы |
2,1% | 2,1% | 2,1% | 2,1% | - |
| Волокна | 78% | 77% | 78% | 78% | - |
| Влага | 20% | 20% | 20% | 20% | - |
| NaH2PO4 | 0,20% | 0,40% | - | - | - |
| AcOH | - | - | 0,10% | 0,20% | - |
| Условия ферментации | |||||
| Температура | комн. | комн. | комн. | комн. | - |
| Время измерения (дни) | 12 | 12 | 12 | 12 | - |
| Время до брикетирования (дни) | 8 | 8 | 8 | 8 | - |
| Начальный уровень pH | 8,0 | 7,5 | 8,5 | 8,5 | - |
| Конечный уровень pH | 8,7 | 8,7 | 8,1 | 7,6 | - |
| Удаление глюкозы | |||||
| Снижение >25% (дни) | 4 | 4 | 4 | 4 | - |
| Снижение >50% (дни) | 4 | 4 | 4 | 4 | - |
| Снижение >75% (дни) | 4 | 4 | 4 | 4 | - |
| Снижение >90% (дни) | 4 | 4 | 12 | 12 | - |
| Снижение за день брикетирования (%) | >97 | >96 | >78 | >88 | - |
| Составы брикетов (%) | |||||
| Ферментативная смесь | 31,6 | 31,6 | 31,6 | 31,6 | - |
| Размолотая на стержневой мельницe шерсть | - | - | - | - | 30,0 |
| Цемент 52,5R | 9,8 | 9,8 | 9,8 | 9,8 | 10,0 |
| Подробные данные брикетов | |||||
| Масса (кг) | 2,17 | 2,23 | 2,43 | 2,22 | 2,07 |
| Высота (мм) | 131,4 | 132,6 | 138,4 | 133,4 | 140,4 |
| Плотность (кг/дм3) | 2,10 | 2,14 | 2,23 | 2,11 | 1,88 |
| Прочность при сжатии, 3 дня (МПа) | 5,4 | 4,8 | 8,8 | 6,8 | 4,1 |
Результаты ферментации и брикетирования приведены на основе осуществления ферментации размолотых на стержневой мельницe отходов со связующим алканоламин-ангидридная смола w - сироп глюкозы в масштабе 1 тонны. Использовали следующие условия ферментации: 20% влаги; 0,2% свежих пекарных дрожжей; 2,1% связующего алканоламин-ангидридная смола w - сироп глюкозы и 0,1-0,4% дигидрофосфата натрия или уксусной кислоты.
Ферментации завершались в пределах 4-12 дней (прим. 1-4). Реакции ферментации начинались при уровне pH 7-8,5 (наиболее низкое значение в присутствии 0,2-0,4% дигидрофосфата натрия) и завершались при уровне около 7,5-9 (наиболее низкое значение в присутствии 0,1-0,2% уксусной кислоты). Реакции ферментации протекали быстрее при осуществлении их в присутствии 0,2-0,4% дигидрофосфата натрия, чем в присутствии 0,1-0,2% уксусной кислоты (4 дня против 12 дней для удаления >90% глюкозы, прим. 1-2 против 3-4).
Ферментированные отходы использовали в производстве брикетов по истечении 8 дней ферментации. За указанный период времени две ферментации, осуществляемые в присутствии дигидрофосфата натрия, почти завершились, тогда как две ферментации, осуществляемые в присутствии уксусной кислоты, достигли степени удаления глюкозы примерно 80-90%. Более высокие значения прочности брикетов достигались при наиболее низком содержании добавки, а уксусная кислота в качестве добавки приводила в результате к получению более прочных брикетов, чем дигидрофосфат натрия. Три из четырёх ферментированных композиций отходов по истечении 3 дней давали брикеты с прочностью выше 5 МПа (0,2% дигидрофосфата натрия; 0,1 и 0,2% уксусной кислоты в качестве добавок, прим. 1 и 3-4), при этом четвёртая композиция приводила к достижению близкого значения (0,1% дигидрофосфата натрия в качестве добавки, прим. 2). Брикеты, изготовленные из всех четырёх ферментативных смесей, по истечении 3 дней были прочнее эталона (4,8-8,8 против 4,1 МПа, прим. 1-4 против 5). Однако это может быть частично обусловлено меньшей массой и плотностью эталонных брикетов.
Пример 1. Смесь гидрата дигидрофосфата натрия (2,6 кг; таким образом, продуктивное количество дигидрофосфата натрия 2,3 кг и 0,3 кг влаги) и свежих пекарных дрожжей (2,3 кг; рассчитанных как безводные) в воде (133 кг) порциями смешивали с размолотыми на стержневой мельницe отходами (1015 кг; 2,4% связующего; 88,1% волокон; 9,5% влаги; таким образом, продуктивное количество связующего 24,4 кг; 894,2 кг волокон; 96,4 кг влаги). Таким образом, ферментативная смесь в целом первоначально состояла из 20% масс. влаги; 0,20% масс. свежих пекарных дрожжей; 2,1% масс. связующего алканоламин - ангидридная смола w -сироп глюкозы; 0,20% масс. дигидрофосфата натрия и 78% масс. волокон. После дополнительного смешивания в течение 15 минут смесь переносили в ёмкость среднего размера IBC объёмом 1000 л, которую затем покрывали пластиковым пакетом.
Измерения содержания глюкозы и уровня pH водных экстрактов выполняли непосредственно после перенесения смеси в ёмкость IBC, а также в соответствующие дни после этого (с интервалами 1-2 дня в зависимости от изменения содержания глюкозы). Пробу ферментативной смеси (50 г, указана точная масса) разбавляли водой (50 г, указана точная масса) в бутылочке с завинчивающимся колпачком объёмом 100 мл и встряхивали образовавшуюся суспензию в течение 10 минут. Для исследований методом ВЭЖХ подвергнутую встряхиванию смесь фильтровали, после чего измеряли уровень pH и содержание глюкозы в фильтрате (ВЭЖХ, двукратные определения). С целью исследований при помощи устройства для определения количества сахара в крови подвергнутой встряхиванию смеси просто давали оседать в течение нескольких минут и измеряли уровень pH и содержание глюкозы (устройство для определения количества сахара в крови, двукратные определения) в надосадочной жидкости.
После 8 дней ферментации (снижение содержания глюкозы >97%) ферментативную смесь используют в производстве испытательных брикетов.
Таблица 6
| Пример | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| Ферментативная смесь (%) | ||||||||
| Свежие пекарные дрожжи | - | 8% | 18% | 7% | 12% | 10% | 4% | 4% |
| алканоламин-ангидридная смола w – сироп глюкозы | 7% | 7% | 15% | 12% | 16% | 17% | 18% | 18% |
| Волокна | 10% | 9% | 20% | 16% | 22% | 23% | 24% | 24% |
| Влага | 83% | 76% | 46% | 66% | 50% | 51% | 54% | 54% |
| Условия ферментации | ||||||||
| Температура | ком. | ком. | ком. | ком. | ком. | ком. | ком. | ком. |
| Время измерения (часы) | 72 | 2 | 3 | 3 | 4 | 4 | 7 | 8 |
| Начальный уровень pH | 5,0 | 5,0 | 5,0 | 5,0 | 5,0 | 5,0 | 5,0 | 5,0 |
| Конечный уровень pH | 5,0 | 5,0 | 5,0 | 5,0 | 5,0 | 5,0 | 5,0 | 5,0 |
| Удаление глюкозы | ||||||||
| Снижение >25% (часы) | >72 | 1,0 | 1,0 | 1,3 | 2,1 | 2,0 | 4,2 | 4,8 |
| Снижение >50% (часы) | >72 | 1,0 | 2,2 | 2,0 | 3,2 | 2,5 | 5,2 | 4,8 |
| Снижение >75% (часы) | >72 | 1,5 | 2,2 | 2,5 | 3,2 | 3,5 | 6,8 | 6,1 |
| Снижение >90% (часы) | >72 | 1,5 | 2,8 | 3,0 | 3,2 | 4,0 | 6,8 | 7,2 |
Результаты показывают, что можно удалять >90% глюкозного содержимого в фильтрах прядильной камеры (SCF) всего за несколько часов, в зависимости от условий (прим. 2-8). Содержание дрожжей при осуществлении указанных суспензионных ферментаций было высоким (4-18%), поскольку дрожжи теперь концентрировались только на фильтрах SCF. Соответственно, содержание связующего было также очень высоким (7-18%). Как можно было ожидать, наблюдалась общая тенденция в направлении более быстрой ферментации вследствие высоких концентраций влаги (> 60%, прим. 2 и 4) и/или большого содержания дрожжей (>4%, прим. 2-6).
При проведении указанных ферментаций с высокой концентрацией влаги не требовалось никаких добавок. Хотя не исключено, что такие добавки, как те, что использовались в предыдущих испытаниях, могут ещё больше повышать скорости ферментации. Контрольный опыт без добавления дрожжей не показал существенного уменьшения содержания глюкозы за 72 часа (прим. 1).
Таблица 7
| Пример | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Смесь для ферментации фильтров прядильной камеры (SCF) (%) | - | - | ||||
| Свежие пекарные дрожжи | 4% | 12% | - | 4% | 12% | - |
| алканоламин – ангидридная смола w - | ||||||
| сироп глюкозы | 18% | 16% | - | 18% | 16% | - |
| Волокна | 24% | 22% | - | 24% | 22% | - |
| Влага | 54% | 50% | - | 54% | 50% | - |
| Условия ферментации SCF | ||||||
| Температура | комн. | комн. | - | комн. | комн. | - |
| Время до следующей стадии (часы) | 25 | 8 | - | 25 | 8 | - |
| Начальный уровень pH | 5,0 | 5,0 | - | 5,0 | 5,0 | - |
| Конечный уровень pH | 5,0 | 5,0 | - | 5,0 | 5,0 | - |
| Удаление глюкозы из SCF | ||||||
| Снижение >90% (часы) | 7,2 | 3,2 | - | 7,2 | 3,2 | - |
| Смесь для ферментации шерсти, размолотой на стержневой мельнице (RMW) (%) | ||||||
| Пекарные дрожжи | 0,24% | 0,70% | 0,59% | 0,24% | 0,70% | 0 58% |
| алканоламин – ангидридная смола | ||||||
| w - сироп глюкозы | 1,2% | 1,2% | 1,6% | 2,1% | 2,1% | 2,8% |
| Волокна | 78% | 78% | 78% | 77% | 77% | 77% |
| Волокна из фильтров SCF | 1,4% | 1,3% | - | 1,3% | 1,3% | - |
| Влага | 20% | 20% | 20% | 20% | 20% | 19% |
| Условия ферментации RMW | ||||||
| Температура | комн. | комн. | комн. | комн. | комн. | комн. |
| Время измерения (дни) | 21 | 2 | 46 | 70 | 5 | 63 |
| Начальный уровень pH | 8,5 | 8,0 | 8,5 | 8,0 | 7,5 | 8,5 |
| Конечный уровень pH | 7,5 | 6,5 | 6,5 | 7,5 | 6,5 | 5,5 |
| Удаление глюкозы из RMW | ||||||
| Снижение >25% (дни) | 14 | 1 | 22 | 10 | 1 | 26 |
| Снижение >50% (дни) | 14 | 2 | 36 | 21 | 2 | 42 |
| Снижение >75% (дни) | 21 | 2 | 42 | 63 | 4 | 57 |
| Снижение >90% (дни) | 21 | 2 | 46 | 70 | 5 | 63 |
Двухстадийные ферментации осуществляли вначале путём проведения суспензионной ферментации фильтров SCF, а затем добавления определённого количества указанной ферментированной смеси к размолотым на стержневой мельнице модельным отходам со связующим алканоламин-ангидридная смола w - сироп глюкозы. Ферментированные смеси фильтров SCF добавляли в таком количестве, которое приводило бы к достижению общей концентрации дрожжей 0,2-0,7%, и таким образом, чтобы волокна, полученные в результате ферментации фильтров SCF, составляли 1,3-1,4% от общей массы ферментативной смеси. Для сравнения включены два примера, выполненные путём прямой ферментации размолотых на стержневой мельнице модельных отходов со связующим алканоламин - ангидридная смола w - сироп глюкозы (прим. 3 и 6).
Результаты, полученные для двухстадийной ферментации размолотых на стержневой мельнице модельных отходов со связующим алканоламин - ангидридная смола w - сироп глюкозы (прим. 1-2 и 4-5), демонстрируют, что действительно возможно проводить ферментации как двухстадийный процесс вначале путём быстрого ферментирования фильтров SCF, а затем переноса указанной смеси в оставшиеся отходы, размолотые на стержневой мельнице, для завершения общей ферментации.
Пример 2, первая стадия: Фильтры прядильной камеры со связующим алканоламин - ангидридная смола w - сироп глюкозы (250 г; 37,3% связующего; 49,9% волокон; 12,8% влаги; таким образом, продуктивное количество связующего 93,3 г; 124,8 г волокон; 32,0 г влаги) разрезали на блоки размером приблизительно 5x5x5 см, а затем перемешивали в воде (250 г) в течение 25 мин при комнатной температуре. К образовавшейся суспензии добавляли смесь свежих пекарных дрожжей (65,9 г; рассчитанных как безводные) и продолжали медленное перемешивание в течение 8 часов при комнатной температуре перед использованием полученной смеси на следующей стадии. Таким образом, ферментативная смесь в целом первоначально состояла из 50% масс. влаги; 12% масс. свежих пекарных дрожжей; 16% масс. связующего алканоламин -ангидридная смола w - сироп глюкозы и 22% масс. волокон.
Измерения содержания глюкозы и уровня pH водных экстрактов выполняли непосредственно после смешивания всех ингредиентов, а также в соответствующие моменты времени после этого (с интервалами 1-2 ч в зависимости от изменения содержания глюкозы). Пробу ферментативной смеси (0,5 г; указана точная масса) разбавляли водой (7,5 г; указана точная масса) в маленьком стаканчике и встряхивали образовавшуюся суспензию в течение 1 минуты. Для исследований методом ВЭЖХ подвергнутую встряхиванию смесь фильтровали, после чего измеряли уровень pH и содержание глюкозы в фильтрате (ВЭЖХ, двукратные определения). С целью исследований при помощи устройства для определения количества сахара в крови подвергнутой встряхиванию смеси просто давали оседать в течение нескольких минут и измеряли уровень pH и содержание глюкозы (устройство для определения количества сахара в крови, двукратные определения) в надосадочной жидкости.
Вторая стадия: 20% влаги, 0,7% свежих пекарных дрожжей, 1,2% связующего алканоламин-ангидридная смола w - сироп глюкозы.
Связующее алканоламин - ангидридная смола w - сироп глюкозы (68,0 г; 18,0% твёрдых веществ; таким образом, продуктивное количество связующего 12,2 г и 55,8 г влаги) добавляли порциями при перемешивании к размолотым на стержневой мельницe отходам, подвергнутым термообработке (780 г). Перемешивание продолжали дополнительно в течение нескольких минут, а затем при постоянном перемешивании порциями добавляли воду (121,4 г). При перемешивании добавляли порциями часть смеси, содержащей ферментированные фильтры прядильной камеры, полученные на первой стадии (51,6 г; 26,4% волокон; 59,7% влаги; 13,9% дрожжей, с учётом предположения, что все твёрдые вещества связующего превратились в СО2 и испарились, тогда как все другие компоненты остаются неизменными; таким образом, продуктивное количество волокон 13,6 г; 30,8 г влаги; 7,2 г дрожжей). Таким образом, ферментативная смесь в целом первоначально состояла из 20% масс. влаги; 0,70% масс. свежих пекарных дрожжей; 1,2% масс. связующего алканоламин - ангидридная смола w - сироп глюкозы и 78% масс. волокон. После дополнительного перемешивания в течение 10 минут смесь переносили в пластиковую кружку объёмом 2,5 л и покрывали кружку алюминиевой фольгой.
Измерения содержания глюкозы и уровня pH водных экстрактов выполняли непосредственно после перенесения смеси в кружку, а также в соответствующие дни после этого (с интервалами 2-7 дней в зависимости от изменения содержания глюкозы). Пробу ферментативной смеси (10 г, указана точная масса) разбавляли водой (75 г, указана точная масса) в бутылочке с завинчивающимся колпачком объёмом 100 мл и встряхивали образовавшуюся суспензию в течение 10 минут. Для исследований методом ВЭЖХ подвергнутую встряхиванию смесь фильтровали, после чего измеряли уровень pH и содержание глюкозы в фильтрате (ВЭЖХ, двукратные определения). С целью исследований при помощи устройства для определения количества сахара в крови подвергнутой встряхиванию смеси просто давали оседать в течение нескольких минут и измеряли уровень pH и содержание глюкозы (устройство для определения количества сахара в крови, двукратные определения) в надосадочной жидкости.
1. Компактное тело в виде брикета, подходящего для использования в составе минеральной загрузки при производстве искусственных стекловидных волокон, при этом упомянутое компактное тело содержит:
a) продукт, полученный обработкой субстрата способом уменьшения содержания углевода в материале минеральной шерсти, причем материал имеет в своем составе углеводсодержащее связующее, при этом способ включает в себя стадию обработки субстрата, содержащего данный материал, одним или несколькими микроорганизмами, способными осуществлять метаболизм углевода, и/или экстрактом одного или нескольких микроорганизмов, способных осуществлять метаболизм углевода;
b) цементное связующее.
2. Компактное тело по п. 1, в котором способ включает в себя стадию тонкого измельчения материала, предпочтительно путем размалывания материала на стержневой мельнице.
3. Компактное тело по п. 1 или 2, в котором материал содержит один или несколько из следующего: фильтры прядильной камеры, отходы со шнека, обрезки кромки, отходы промывки, недоработанные початки с фильтров прядильной камеры, отходы очистки прядильной камеры, отходы со шнека прядильной машины, отвержденные отходы, фильтровальные маты прядильных камер.
4. Компактное тело по любому из предшествующих пунктов, в котором на стадии обработки субстрат содержит воду в количестве от значения больше 40 масс.% до 90 масс.%, предпочтительно от 50 до 76 масс.% в расчете на общую массу субстрата.
5. Компактное тело по любому из предшествующих пунктов, в котором на стадии обработки один или несколько микроорганизмов присутствуют в количестве от 0,0125×109 до 10×109, предпочтительно от 0,1×109 до 5×109 микроорганизмов/грамм в расчете на общую массу субстрата и микроорганизмов и/или экстракта микроорганизмов.
6. Компактное тело по любому из предшествующих пунктов, в котором на стадии обработки экстракт присутствует в количестве от 0,5 до 25 масс.%, предпочтительно от 4 до 18 масс.% в расчете на общую массу субстрата и микроорганизмов и/или экстракта микроорганизмов.
7. Компактное тело по любому из предшествующих пунктов, в котором до стадии обработки материал имеет содержание углевода от 0,1 до 35, предпочтительно от 0,5 до 25 масс.% углевода в расчете на общую массу материала.
8. Компактное тело по любому из предшествующих пунктов, в котором стадия обработки субстрата происходит при температуре от 10 до 50°C, предпочтительно от 15 до 45°C.
9. Компактное тело по любому из предшествующих пунктов, в котором стадия обработки субстрата происходит в течение периода времени 1-72 часа, предпочтительно 6-24 часа.
10. Компактное тело по любому из пп. 1-3, в котором на стадии обработки субстрат содержит воду в количестве от 10 до 40 масс.%, предпочтительно от 20 до 40 масс.% в расчете на общую массу субстрата.
11. Компактное тело по п. 10, в котором на стадии обработки один или несколько микроорганизмов присутствуют в количестве от 0,000625×109 до 2,5×109, предпочтительно от 0,005×109 до 1,5×109 микроорганизмов/грамм в расчете на общую массу субстрата и микроорганизмов и/или экстракта микроорганизмов.
12. Компактное тело по любому из пп. 10, 11, в котором на стадии обработки экстракт присутствует в количестве от 0,05 до 15 масс.%, предпочтительно от 0,2 до 5 масс.% в расчете на общую массу субстрата, микроорганизмов и/или экстракта микроорганизмов.
13. Компактное тело по любому из пп. 10-12, в котором на стадии обработки субстрат содержит ускоритель ферментации предпочтительно в форме минеральной или органической кислоты, либо любой ее соли.
14. Компактное тело по п. 13, в котором на стадии обработки ускоритель ферментации представляет собой одно или несколько веществ из группы, состоящей из фосфорных кислот и/или фосфатов, уксусной кислоты и/или любых ее солей.
15. Компактное тело по п. 13 или 14, в котором на стадии обработки субстрат содержит ускоритель ферментации в количестве от 0,01 до 5 масс.%, предпочтительно от 0,05 до 0,4 масс.% в расчете на общую массу субстрата, микроорганизмов и/или экстракта микроорганизмов.
16. Компактное тело по любому из пп. 10-15, в котором до стадии обработки материал имеет содержание углевода от 0,05 до 10, предпочтительно от 0,25 до 4 масс.% углевода в расчете на общую массу материала.
17. Компактное тело по любому из пп. 10-16, при этом способ включает в себя стадию обработки субстрата при температуре от 10 до 50°C, предпочтительно от 15 до 45°C.
18. Компактное тело по любому из пп. 10-17, при этом способ включает стадию обработки субстрата в течение периода времени от 3 часов до 30 дней, предпочтительно от 1 до 3 дней.
19. Компактное тело по любому из предшествующих пунктов, при этом способ включает по меньшей мере две стадии, на которых проводят:
(i) обработку субстрата по п. 4, и
(ii) обработку объединенного субстрата продукта стадии (i) и субстрата по п. 10.
20. Компактное тело по п. 19, в котором стадия (i) включает один или несколько признаков, указанных в любом из пп. 5-9.
21. Компактное тело по п. 19 или 20, в котором стадия (ii) включает один или несколько признаков, указанных в любом из пп. 10-18.
22. Компактное тело по любому из пп. 19-21, в котором субстрат, подвергаемый обработке на стадии (i), содержит фильтры прядильной камеры.
23. Компактное тело по любому из предшествующих пунктов, в котором углеводсодержащее связующее, используемое в производстве материала минеральной шерсти, содержит фенолформальдегидный резол, а углевод при этом выбран из сахара, такого как декстроза.
24. Компактное тело по любому из пп. 1-22, в котором углеводсодержащее связующее, используемое в производстве материала минеральной шерсти, дополнительно содержит:
(a) компонент в виде многоосновной карбоновой кислоты или ее любую соль и/или неорганическую кислоту или любую ее соль;
(b) компонент, выбранный из группы, состоящей из аминовых соединений, аммиака;
и, необязательно,
(c) продукт реакции компонента в виде многоосновной карбоновой кислоты или ее ангидрида с алканоламиновым компонентом.
25. Компактное тело по любому из пп. 1-22 или 24, в котором углеводсодержащее связующее, используемое в производстве материала минеральной шерсти, содержит углевод, выбранный из гексозы, такой как декстроза, фруктоза; пентозы, такой как ксилоза и/или сахароза; глюкозного сиропа.
26. Компактное тело по любому из предшествующих пунктов, в котором один или несколько микроорганизмов для обработки субстрата выбраны из группы, состоящей из грибков, дрожжей, предпочтительно дрожжей, заключающих в себе культуру saccharomyces cerevisiae, и/или бактерий, в частности, genera lactobacillus, leuconostoc, pediococcos, и/или бифидобактерии.
