ZESPÓŁ AUTORSKI:

Sieć Badawcza Łukasiewicz - Krakowski Instytut Technologiczy

• Jadwiga Kamińska (kierownik zespołu),
• Michał Angrecki,
• Sabina Puzio

CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?

Celem wynalazku jest opracowanie technologii wytwarzania bentonitu hybrydowego przeznaczonego dla przemysłu odlewniczego, zawierającego w swoim składzie ił bentonitowy. Opracowana nowoczesna hybryda bentonitowa, o wysokich właściwościach zarówno fizyko-chemicznych jak i technologicznych, pozwoli na zmniejszenie importu bentonitu oraz pozwoli na wykorzystanie polskich złóż iłów.
Podstawową zaletą rozwiązania jest możliwość zagospodarowania polskich złóż iłów bentonitowych, uzyskiwanych jako produkt uboczny przy wydobyciu innych surowców. Daje to określone korzyści w zakresie zmniejszenia ilości importowanego do kraju bentonitu.
Proces przygotowania iłu jest nieskomplikowany i tani. Masy sporządzone na bazie bentonitu hybrydowego zachowują wszystkie wymagane właściwości. I tak na przykład przeprowadzone badania wykazały, iż masy sporządzone na bazie bentonitu hybrydowego zawierającego 15% iłu charakteryzują się dobrą wytrzymałością na ściskanie w stanie na wilgotno, której wartość zawiera się w przedziale od 0,11 do 0,14 MPa w zależności od wilgotności masy. W zależności od gatunku uzyskany bentonit hybrydowy charakteryzuje się następującymi parametrami: min. zawartość montmorylonitu - 75%, max. zawartość węglanów - 5%, wskaźnik pęcznienia w zakresie 10-15 cm3, minimalna wytrzymałość na ściskanie na wilgotno w zakresie 0,055-0,07 MPa oraz max. osypliwość - 5%.

ISTOTA WYNALAZKU

Wykonywanie odlewów wymaga, aby podczas zalewania formy, nie następowało odkształcanie jej wnęki. Powoduje to konieczność stosowania materiałów wiążących, nadających osnowie (piaskowi formierskiemu) odpowiedniej wytrzymałości. Podstawowymi materiałami wiążącymi są lepiszcza i gliny formierskie. W przemyśle odlewniczym można stosować skały ilaste zasobne w materiały ilaste, takie jak: kaolinit, haloizyt, hydromik, montmorillonit, poligorskit wermikulit oraz alofan. Ze względu na zdolność wiązania, najbardziej interesujące spośród plastycznych skał ilastych są montmorillonity. Podstawową skałą ilastą zawierającą montmorillonit, stosowaną jako powszechny materiał wiążący dla mas klasycznych w odlewnictwie, jest bentonit. Powstaje on w wyniku przeobrażenia czyli bentonityzacji szkliwa wulkanicznego występującego w osadach piroklastycznych takich jak tufy i tufity. Zbudowany jest on głównie z minerałów grupy smektytów przy minimum 75% montmorillonitu, którym towarzyszą inne minerały ilaste oraz relikty materiału piroklastycznego.
Krajowe zapotrzebowanie na surowce bentonitowe zaspakajane jest niemal całkowicie przez import ze Słowacji, Turcji, Włoch, Niemiec oraz Czech, w kolejności wielkości importu. W Polsce złoża bentonitów właściwych występują w bardzo małych ilościach.
Znacznie częściej występują pokrewne bentonitom iły bentonitowe zawierające, obok smektytów, większą ilość innych minerałów ilastych. Ze względu na zbyt niską zawartość montmorylonitu wynoszącą poniżej 75% oraz gorsze właściwości to jest niski wskaźnik pęcznienia oraz niedostateczną wartość wytrzymałości na ściskanie na wilgotno, materiał ten może zostać wykorzystany do klasycznych mas formierskich jedynie jako spoiwo w postaci bentonitu hybrydowego.
Celem wynalazku jest opracowanie technologii wytwarzania bentonitu hybrydowego przeznaczonego dla przemysłu odlewniczego, zawierającego w swoim składzie ił bentonitowy. Opracowana nowoczesna hybryda bentonitowa, o wysokich właściwościach zarówno fizyko-chemicznych jak i technologicznych, pozwoli na zmniejszenie importu bentonitu oraz pozwoli na wykorzystanie polskich złóż iłów. Eksploatowanie nowych złóż iłów bentonitowych nie będzie generować dodatkowych kosztów, gdyż stanowią one kopalinę towarzyszącą wydobyciu innych surowców.
Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że do iłu bentonitowego w postaci kopaliny dodaje się 0,5 % wagowych węglanu sodu i dokładnie miesza, po czym odstawia się na czas nie krótszy niż 21 dni. Następnie wprowadza się do powyższej mieszanki 3,5 % wagowych węglanu sodu, powtórnie dokładnie miesza i pozostawia na czas nie krótszy niż 9 dni, po czym uzyskany materiał suszy się w temperaturze nie wyższej niż 105˚C dostosowując czas suszenia do wilgotności materiału. Po wysuszeniu materiał mieli się w młynie kulowym lub misowo-kołowym zintegrowanym z separatorem powietrznym do osiągnięcia uziarnienia określonego jako maksymalny odsiew na sicie 0,16 mm na poziomie 2 % i maksymalny odsiew na sicie 0,056% na poziomie 20%. Dla tak przygotowanego materiału określa się zawartość montmorylonitu. Następnie dodaje się przygotowany materiał do bentonitu w takiej ilości aby całkowita zawartość montmorylonitu nie była mniejsza niż 75% bentonit i całość miesza się w mieszarce wolnoobrotowej do osiągnięcia jednorodności składu mieszaniny. Podstawową zaletą rozwiązania według wynalazku jest możliwość zagospodarowania polskich złóż iłów bentonitowych, uzyskiwanych jako produkt uboczny przy wydobyciu innych surowców. Daje to określone korzyści w zakresie zmniejszenia ilości importowanego do kraju bentonitu.
Proces przygotowania iłu jest nieskomplikowany i tani. Masy sporządzone na bazie bentonitu hybrydowego zachowują wszystkie wymagane właściwości nrmatywnego bentonitu odlewniczego.

POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU

Wnioskodawca planuje wdrożenie rezultatów projektu na zasadach udzielenia licencji (na zasadach rynkowych) na korzystanie z przysługujących Wnioskodawcy praw do wyników prac B+R w działalności gospodarczej prowadzonej przez innego przedsiębiorcę.
Wdrożenie wyników projektu może być realizowane przez krajowych producentów bentonitów odlewniczych jak i mieszkanek bentonitowo-węglowych o najwyższej na rynku zawartości węgla błyszczącego. Są to Zębiec Minerals S.A. z siedziba w Zębcu k. Starachowic, Certech z siedzibą w Niedomicach oraz Celpap Sp. z o.o. z siedziba w Wieliczce. Firma produkująca komercyjną mieszankę na bazie bentonitu hybrydowego wykorzysta obecnie posiadane zasoby oraz aktualnie posiadane linie produkcyjne. Uruchomienie produkcji nowego materiału otwiera przed przedsiębiorstwem nowe perspektywy sprzedaży na rynku krajowym jak i na rynkach zagranicznych.
Firma, planująca wdrożenie nowego materiału, tj. bentonitu hybrydowego oraz mieszanki na jego bazie, powinna posiadać własne kanały dystrybucji i marketingu, za pomocą których planuje wprowadzić wdrożony produkt na rynek. Powinna dysponować ponadto sprawdzonymi i skutecznymi kanałami promocji, m.in. poprzez publikacje branżowe, konferencje, prezentacje produktu podczas targów oraz spotkania bezpośrednie z największymi odbiorcami.