CH677487A5 - - Google Patents
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Description
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CH677 487A5 CH677 487A5
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Beschreibung description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von leichten keramischen Formteilen, mit einem Gehalt an Perlit als Leichtzuschlagstoff und einer Trockenrohdichte kleiner 2,0 g/cm3. The invention relates to a process for the production of lightweight ceramic moldings, containing perlite as a light aggregate and a dry bulk density of less than 2.0 g / cm 3.
insbesondere im Bereich von Ziegelprodukten ist der Einfluss von Magerungs- und Porosierungsmit-teln schon häufig untersucht worden. The influence of thickening and porosity agents has been investigated frequently, particularly in the field of brick products.
Eine zusammenfassende Darstellung gibt Mackedanz in «Sprechsaal», Heft 9/80,559. Mackedanz provides a summary in “Spoksaal”, issue 9 / 80,559.
Durch porosierende Zusatzmittel wie Sägemehl, Papierschlamm und Schaumkunststoff wird die Scherbenrohdichte zwar zum Teil deutlich herabgesetzt, gleichzeitig ist aber auch auf eine ausreichende Druckfestigkeit der so hergestellten Form-teiie zu achten. So beschreibt Mackedanz, dass bei Zusatz von Sägemehl die Scherbenrohdichte nur geringfügig abnimmt, jedoch relativ gute Druckfestigkeitswerte erzielt werden, während mit «Styro-por» eine drastische Rohdichteerniedrigung ermöglicht wird, die jedoch auch einen starken Druckfestigkeitsabfall mit sich bringt. Porous additives such as sawdust, paper sludge and foam plastic reduce the body density in part significantly, but at the same time ensure that the molded parts are sufficiently compressive. Mackedanz, for example, describes that when adding sawdust, the body density decreases only slightly, but relatively good compressive strength values are achieved, while «Styro-por» enables a drastic reduction in bulk density, which, however, also leads to a sharp drop in compressive strength.
Einen ähnlichen Stand der Technik beschreibt auch die Einleitung der DE-A 2 853 709, die auch andere Porosierungsmittel wie Torf, Kohlenstaub, Perlit, Geireidespelzen oder Flotationsberge anspricht, gleichzeitig jedoch darauf hinweist, dass diese nur wenig praktische Bedeutung erlangt haben und ähnliche Nachteile wie die zuerst beschriebenen Stoffe aufweisen. A similar prior art is also described in the introduction to DE-A 2 853 709, which also addresses other porosity agents such as peat, coal dust, perlite, geide oats or flotation piles, but at the same time indicates that these have gained little practical importance and have similar disadvantages as have the substances described first.
Nach der DE-A 2 853 709 können die genannten Zuschlagstoffe nur dann eingesetzt werden, wenn ein brennbares, pulverförmiges bis feinkörniges Material mit Schaum versetzt und granuliert wird. Auf diese Weise soll ein brennbares Granulat mit lockerer, schaumartiger Struktur erzeugt werden. According to DE-A 2 853 709, the additives mentioned can only be used if a combustible, powdery to fine-grained material is mixed with foam and granulated. In this way, combustible granules with a loose, foam-like structure are to be produced.
Als Vorteil wird insbesondere angesprochen, dass durch das erhöhte Schüttvolumen der Heizwert des Zuschlagstoffes gegenüber einem Mas-sivkorn erheblich herabgesetzt ist und dieser verringerte Heizwert beim Ausbrennen dem Ofenpro-zess zugute kommt und eine Brennenergieersparnis mit sich bringt. In particular, it is mentioned as an advantage that the calorific value of the aggregate is considerably reduced due to the increased bulk volume compared to a solid grain, and that this reduced calorific value benefits the furnace process when it burns out and saves on burning energy.
Unter anderem ist auch der Zusatz von Perlit angesprochen. Es wird darauf hingewiesen, dass ein Zusatz von unbehandeltem Perlit zum Rohton meistens nicht den gewünschten Effekt bringt, da die Perlitkörper beim Pressen zerbröckeln. Die Stabilität der Körner soll nach der deutschen Offenlegungsschrift dann jedoch erhalten bleiben, wenn man sie zusammen mit Kohlenstaub oder dergleichen in einen Schaum einbettet. Among other things, the addition of perlite is also addressed. It is pointed out that adding untreated pearlite to the raw clay usually does not produce the desired effect, since the pearlite bodies crumble when pressed. The stability of the grains should, however, be maintained according to the German published application if they are embedded in a foam together with coal dust or the like.
Es ist offensichtlich, dass ein derartiges zweistufiges Verfahren, bei dem in der ersten Stufe der Zuschlagstoff zu einem Schaum aufbereitet werden muss und bei dem in der zweiten Stufe der Schaum mit dem Ton vermischt wird, für ein Massenprodukt wie Ziegel oder dergleichen relativ aufwendig ist. It is obvious that such a two-stage process, in which the additive has to be processed into a foam in the first stage and in which the foam is mixed with the clay in the second stage, is relatively complex for a mass product such as brick or the like.
Der in der DE-A 2 853 709 beschriebene Zerfall des Zuschlagstoffes Perlit beim gemeinsamen Ver-pressen mit einer Ton-Matrixmasse wird auch durch die DE-C 3 614 943 bestätigt, die aus diesem Grunde die Verwendung von glasierten, geblähten Perlit-körnern zur Herstellung von Tonziegeln vorsieht. The decay of the additive perlite described in DE-A 2 853 709 when pressed together with a clay matrix mass is also confirmed by DE-C 3 614 943, which for this reason is the use of glazed, expanded perlite grains Production of clay bricks.
Durch die Glasierung wird das einzelne Perlit-korn stabilisiert, so dass es auch beim anschliessenden Vermischen mit der Ton-Matrixmasse und der sich anschliessenden Formgebung durch Ver-pressen oder dergleichen nicht zerstört wird. The individual pearlite grain is stabilized by the glazing, so that it is not destroyed even by the subsequent mixing with the clay matrix mass and the subsequent shaping by pressing or the like.
Auch dabei muss jedoch der Zuschlagstoff vor der Vermischung mit der Ton-Matrixmasse separat aufbereitet (hier: glasiert) werden, was zusätzliche Zeit und Kosten verursacht, was für Massenprodukte wie Ziegel oder dergleichen nicht immer akzeptabel ist. Here too, however, the aggregate has to be prepared separately (here: glazed) before mixing with the clay matrix material, which causes additional time and costs, which is not always acceptable for mass products such as bricks or the like.
Aus der AT-PS 252 091 ist bekannt, dass Perlit in expandiertem Zustand sehr viel Wasser aufnehmen kann. Um das Aufnahmevermögen für Wasser herabzusetzen, wird vorgeschlagen, Silikone in wässri-ger Lösung auf einen Strom oder ein Bett durch den Expansionsvorgang noch warmer Perlitkörner aufzusprühen und die besprühten Körner zu durchmischen. From AT-PS 252 091 it is known that perlite can absorb a lot of water in the expanded state. In order to reduce the absorption capacity for water, it is proposed to spray silicones in aqueous solution onto a stream or a bed through the expansion process of still warm pearlite grains and to mix the sprayed grains.
Schliesslich ist aus der DE-AS 1 253 133 ein Verfahren zum Behandeln von Perlit bekannt, bei dem Perlit mit vernebelten, gelösten, dispergierten oder verflüssigten Binde- und Imprägnierungsmitteln getränkt oder besprüht und zentrifugiert wird. Dabei dient das Besprühen dem Zweck, im Wasser gelöste Imprägnierungsstoffe mit dem Perlit in Kontakt zu bringen. Anschliessend wird das so behandelte Material getrocknet. Finally, DE-AS 1 253 133 discloses a process for treating pearlite, in which pearlite is impregnated or sprayed and centrifuged with atomized, dissolved, dispersed or liquefied binders and impregnating agents. Spraying serves the purpose of bringing impregnation substances dissolved in water into contact with the pearlite. The material treated in this way is then dried.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem eingangs genannten Stand der Technik preiswertere und einfachere Möglichkeit anzugeben, poröse Zuschlagstoffe wie Perlit so zu stabilisieren, dass sie bei der anschliessenden Vermischung mit Ton und Formgebung nicht zerstört werden. The invention has for its object to provide a cheaper and easier way compared to the above-mentioned prior art to stabilize porous additives such as perlite so that they are not destroyed during the subsequent mixing with clay and shaping.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die Stabilität eines Leichtzuschlagstoffes wie expandierter Perlit durch Aufnahme einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser, drastisch erhöht werden kann. Dabei wird die Stabilisierung jedes einzelnen Periit-korns dann maximal, wenn das offene Porenvolumen vollständig mit der Flüssigkeit gefüllt ist. Das Einbringen der Flüssigkeit in die offenen Poren kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen. Die Flüssigkeit kann entweder vollständig separat zugegeben werden, zum Beispiel durch Tränken des expandierten Perlits in einer Flüssigkeit oder durch Besprühen der expandierten Perlitkörner, zum Beispiel über entsprechende Wasserdüsen an der Innenwand einer Förderschnecke, durch die der Perlit hindurchgeführt wird. Je nach Konsistenz des Tons kann dies aber auch zuviel sein, weil zusammen mit der Eigenfeuchtigkeit des Tons das Gemisch dann zu wässrig wird. Für diese Fälle wird vorgeschlagen, vor dem Zusammenmischen mit dem Ton dem expandierten Perlit nur einen Teil der theoretisch maximalen Wassermenge zuzugeben, die das offene Porenvolumen des Perlits aufnehmen kann. Dabei sollten aber mindestens 50% der theoretischen Wassermenge bereits zugegeben werden, um eine homogene Verteilung des Perlits im Ton zu ermöglichen. In diesem Fall saugt der Perlit die noch fehlende Restflüssigkeit aufgrund der hohen kapillaren Saugkräfte der offenen Poren aus dem Ton bis zu einer «vollständigen Sättigung». Die Surprisingly, it has been shown that the stability of a lightweight aggregate such as expanded pearlite can be drastically increased by taking up a liquid, in particular water. The stabilization of each individual periite grain becomes maximal when the open pore volume is completely filled with the liquid. The liquid can be introduced into the open pores in various ways. The liquid can either be added completely separately, for example by soaking the expanded pearlite in a liquid or by spraying the expanded pearlite grains, for example via corresponding water nozzles on the inner wall of a screw conveyor, through which the pearlite is passed. Depending on the consistency of the clay, this can also be too much, because together with the inherent moisture of the clay, the mixture then becomes too watery. In these cases, it is proposed to add only a portion of the theoretically maximum amount of water that the open pore volume of the pearlite can take up to the expanded pearlite before mixing with the clay. However, at least 50% of the theoretical amount of water should already be added to enable a homogeneous distribution of pearlite in the clay. In this case, the perlite sucks the remaining liquid that is still missing due to the high capillary suction forces of the open pores from the clay until it is “completely saturated”. The
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hochporösen Perlitteilchen erfüllen dann gleichzeitig eine Funktion als «Trocknungsmittel» für den Ton, gleichzeitig können grössere Oberflächenporen mit Ton-Matrixmaterial ausgefüllt werden, von denen wieder Feuchtigkeit in die Kapillarporen des Perlits abgesaugt wird. Highly porous pearlite particles then simultaneously serve as a “drying agent” for the clay, at the same time larger surface pores can be filled with clay matrix material, from which moisture is sucked back into the capillary pores of the pearlite.
Auf jeden Fall ist sicherzustellen, dass stets eine ausreichende Flüssigkeitsmenge zur Verfügung steht, um das offene Porenvolumen des Perlites vollständig mit der Flüssigkeit zu füllen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass das Ton-/Perlit-Gemisch anschliessend eine ausreichende Konsistenz aufweist, um die Mischung weiterverarbeiten zu können. Entsprechend setzt sich die Gesamt-Flüssig-keitsmenge aus der im Ton befindlichen Flüssigkeit und der extern zugegebenen Flüssigkeit zusammen und wird so gewählt, dass auch bei vollständiger Befüllung der offenen Poren des Perlits eine Konsistenz der Mischung Ton/Perlit erreicht wird, wie sie für die nachfolgenden Aufbereitungsschritte notwendig ist. In any case, it must be ensured that there is always a sufficient amount of liquid available to completely fill the open pore volume of the perlite with the liquid. It should be taken into account that the clay / pearlite mixture then has a sufficient consistency to be able to process the mixture further. Accordingly, the total amount of liquid is made up of the liquid in the clay and the externally added liquid and is selected so that even when the open pores of the pearlite are completely filled, a consistency of the clay / pearlite mixture is achieved, as it is for the subsequent preparation steps is necessary.
In jedem Fall liegen dann wassergesättigte Perlitkörner vor, wobei die Flüssigkeit auch beim anschliessenden beziehungsweise weiteren Vermischen mit der Ton-Matrixmasse weitestgehend in den Poren verbleibt, wofür in erster Linie die Oberflächenspannung des Wassers verantwortlich ist. Dieser Effekt kann zusätzlich durch Zugabe eines oberflächenaktiven Mittels wie eines Tensides, optimiert werden. Dabei kann es von Fall zu Fall vorteilhaft sein, die Flüssigkeit unter leichtem Druck in die Perlitporen zu bringen, zumal dann auch Poren kleineren Durchmessers mit Flüssigkeit ausgefüllt werden können. In any case, there are water-saturated pearlite grains, the liquid remaining largely in the pores even after subsequent or further mixing with the clay matrix mass, which is primarily responsible for the surface tension of the water. This effect can also be optimized by adding a surface-active agent such as a surfactant. It can be advantageous from case to case to bring the liquid into the pearlite pores under slight pressure, especially since pores of smaller diameter can then also be filled with liquid.
Das so gebildete Ton-Perlit-Gemisch kann auf konventionelle Art und Weise weiterverarbeitet werden. The clay-pearlite mixture thus formed can be processed further in a conventional manner.
Weder in einer Strangpresse (Schneckenpresse) noch in diskontinuierlich arbeitenden Pressen kommt es zu einer nennenswerten Zerstörung der mit Wasser gefüllten Perlit-Teilchen. Die inkompres-siblen Flüssigkeiten wie Wasser stabilisieren vielmehr das an sich zerbrechliche Gerüst eines geblähten Perlitkorns, das auch nach der Formgebung praktisch sein gesamtes ursprüngliches Porenvolumen, das zu dieser Zeit noch mit Wasser gefüllt ist, zur Verfügung stellen kann. Neither in an extrusion press (screw press) nor in discontinuously operating presses is there any appreciable destruction of the pearlite particles filled with water. Rather, the incompressible liquids such as water stabilize the fragile structure of a blown pearlite grain, which, even after shaping, can provide practically its entire original pore volume, which at that time was still filled with water.
Das Wasser wird anschliessend während der üblichen Trocknung aus den Poren ausgetrieben, und das Produkt kann danach auf bekannte Art und Weise gebrannt werden. The water is then expelled from the pores during normal drying, and the product can then be burned in a known manner.
Je nach gewählter Brenntemperatur brennt der Perlit dann entweder aus oder aber er bildet eine zumindest teilweise Schmelzphase, die ein glasartiges Gerüst hinterlässt, das der mechanischen Fèstig-keit des gebrannten Formteils zusätzlich zugute kommt. Depending on the chosen firing temperature, the pearlite either burns out or forms an at least partial melting phase, which leaves behind a glass-like framework that also benefits the mechanical strength of the fired molded part.
Selbst bei relativ geringen Brenntemperaturen, wie sie heute zum Teil angestrebt werden, ist jedoch stets sichergestellt, dass das hohe Porenvolumen eines expandierten Perlits die Scherbenrohdichte des gebrannten Produktes in einem Masse herabsetzt, wie es für gute Wärmedämmeigenschaften gewünscht wird, ohne grössere Festigkeitseinbussen in Kauf nehmen zu müssen. Even at relatively low firing temperatures, such as are sometimes sought today, it is always ensured that the high pore volume of an expanded pearlite reduces the body density of the fired product to a degree that is desirable for good thermal insulation properties, without accepting major losses in strength to have to.
Der erfolgreiche Einsatz von Perlit als Porosierungsmittel in Tonwaren überrascht in zweifacher Hinsicht. Zum einen, weil im Stand der Technik beschrieben ist, dass die Verwendung von Perlit als Zuschlagstoff sich technisch nicht hat realisieren lassen; zum anderen, weil gleichzeitig die Festigkeitsverluste durch zerfallende Perlitkörner beschrieben werden. The successful use of perlite as a porosity agent in pottery surprises in two ways. Firstly, because it is described in the prior art that the use of perlite as an additive has not been technically feasible; on the other hand because the loss of strength due to disintegrating pearlite grains is described at the same time.
Tatsächlich lässt sich trockener, expandierter Perlit auch nur sehr schwer oder gar nicht iri eine normale Ton-Matrixmasse einarbeiten, insbesondere lässt sich keine homogene Verteilung der Perlitkörner in der Matrixmasse erreichen. Die Oberfläche der Perlitkörner ist offensichtlich zu rauh, als dass eine homogene Vermischung möglich wäre. In fact, dry, expanded pearlite is very difficult or even impossible to incorporate into a normal clay matrix mass; in particular, it is not possible to achieve a homogeneous distribution of the pearlite grains in the matrix mass. The surface of the pearlite grains is obviously too rough for homogeneous mixing.
Selbst wenn man aber einmal eine inhomogene Ton-/Perlit-Mischung akzeptieren würde, so Hessen sich daraus keine. technisch verwendbaren Produkte herstellen, weil die Perlitkörner - wie beschrieben - bei der anschliessenden Formgebung zerquetscht würden. Dabei würde gleichzeitig der gewünschte Effekt einer Porosierung verlorengehen. However, even if one were to accept an inhomogeneous clay / pearlite mixture, Hessen would not do so. Manufacture technically usable products because the pearlite grains - as described - would be crushed during the subsequent shaping. At the same time, the desired effect of porosity would be lost.
Die genannten Mängel können zwar möglicherweise durch eine Glasierung der einzelnen Perlitkörner überwunden werden, jedoch mit einem unverhältnismässig hohen technologischen Aufwand. The deficiencies mentioned can possibly be overcome by glazing the individual pearlite grains, but with a disproportionate amount of technological effort.
Demgegenüber ist das eriindungsgemässe Verfahren nicht nur besonders einfach, sondern von hoher Effizienz, und es ermöglicht in überraschend einfacher Weise ohne weiteres die Einbringung der Perlitkörner in die Ton-Matrixmasse und ihre homogene Verteilung dort. Dabei wirkt das Wasser zum einen offensichtlich als Gleitmittel, gleichzeitig aber auch - wie beschrieben - als Stabilisator für das einzelne Periitkorn. Durch diese Doppelfunktion kann der Wasseranteil nach oben begrenzt werden, in Abhängigkeit von der gewünschten Konsistenz. In contrast, the method according to the invention is not only particularly simple, but of high efficiency, and it enables the pearlite grains to be introduced into the clay matrix mass and their homogeneous distribution there in a surprisingly simple manner. The water obviously acts as a lubricant, but at the same time - as described - as a stabilizer for the individual periite grain. This double function allows the water content to be capped, depending on the desired consistency.
Vorgeschlagen wird die Verwendung eines expandierten Perlits in einer Korngrösse kleiner 10 mm, wobei für die meisten Anwendungsbereiche eine Korngrösse kleiner 6 mm die obere Grenze darstellen wird. Dabei soll ein Feinkornanteil unter 1 mm möglichst nicht verwendet werden, weil er relativ viel Wasser aufnimmt, das später ausgetrieben werden muss und kaum zur wärmetechnisch wirksamen Porosierung beiträgt. Insbesondere bei Verwendung fetter Tone liegt eine bevorzugte Korngrösse deshalb zwischen 1 und 6 mm. The use of an expanded pearlite with a grain size of less than 10 mm is proposed, with a grain size of less than 6 mm being the upper limit for most areas of application. A fine grain fraction of less than 1 mm should not be used, because it absorbs a relatively large amount of water, which has to be expelled later and hardly contributes to the thermally effective porosity. Particularly when using rich clays, a preferred grain size is therefore between 1 and 6 mm.
Die verwendete Flüssigkeit wird in erster Linie Wasser sein. Ebenso können aber auch Abwässer industrieller Anlagen Verwendung finden, wobei Schadstoffanteile dieser Wässer, wie Schwermetalle etc. beim Brand des keramischen Produktes gleichzeitig noch in das gebildete keramische Gerüst eingelagert (eingebunden) werden können. The liquid used will primarily be water. However, wastewater from industrial plants can also be used, pollutant components of these waters, such as heavy metals, etc., can also be incorporated (integrated) into the ceramic structure formed when the ceramic product burns.
Die Perlit-Zugabe soll in einer solchen Weise erfolgen, dass das fertige Produkt eine Trockenrohdichte kleiner 2,0 g/cm3, vorzugsweise kleiner 1,7 g/cm3 aufweist. The pearlite should be added in such a way that the finished product has a dry bulk density of less than 2.0 g / cm 3, preferably less than 1.7 g / cm 3.
In der Regel werden sich diese Werte bei einer Perlit-Zugabemenge zwischen 50 bis 5001 je 1000 kg Ton einstellen lassen. As a rule, these values can be set when the amount of perlite added is between 50 and 5001 per 1000 kg of clay.
Bevorzugt ist eine Perlit-Zugabemenge zwischen 100 bis 2501 je 1000 kg Ton-Matrixmasse, A perlite addition amount of between 100 to 2501 per 1000 kg of clay matrix mass is preferred,
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CH677 487 A5 CH677 487 A5
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Sofern von einer Ton-Màtrixmasse gesprochen wird, umfasst dieser Begriff selbstverständlich nicht nur eine Masse aus einem Ton, sondern übliche Versätze, wie sie zur Herstellung von keramischen Formteilen dienen. Insofar as one speaks of a clay matrix, this term naturally does not only encompass a mass made of a clay, but also conventional offsets, such as those used for the production of ceramic molded parts.
Auch die Aufbereitung erfolgt im übrigen im wesentlichen auf bekannte Art und Welse. Wird dabei ein Kollergang ausgeführt, so soll nach dem erfin-dungsgemässen Verfahren die Perlit-Zugabe erst nach diesem Kollergang erfolgen, da aufgrund der hohen mechanischen Belastung des Materials im Kollergang dort auch die mit Wasser stabilisierten Perlitkörner zerquetscht würden. The rest of the processing is essentially done in a known manner and catfish. If a pan mill is carried out, pearlite should only be added after this pan mill according to the method of the invention, since the pearlite grains stabilized with water would also be crushed there due to the high mechanical load on the material in the pan mill.
Demgegenüber hat sich gezeigt, dass die mit Wässer gesättigten Perlitkörner sowohl in einer kontinuierlichen Presse wie einer Strangpresse, als auch in einer diskontinuierlichen Presse wie einer Kniehebelpresse oder dergleichen bei Anwendung üblicher Drücke nicht zerstört werden, vielmehr ihr öerüst hoher offener Porosität nahezu unverändert aufrechterhalten werden kann. In contrast, it has been shown that the pearlite grains saturated with water are not destroyed in a continuous press, such as an extrusion press, or in a discontinuous press, such as a toggle press or the like, when conventional pressures are used, rather their high open porosity can be maintained almost unchanged .
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren lassen sich praktisch alle Arten von Tonwaren herstellen, die geringe Trockenrohdichten und damit günstige Wärmedämmeigenschaften aufweisen sollen. Beispielhaft seien Mauerziegel, Dachziegel, Schamotteteile, Deckenziegel, Drainrohre, Schornsteinziegel oder dergleichen genannt. Überwiegend sollen nach dem Verfahren poröse Produkte hergestellt werden? ebenso können aber zum Beispiel auch Klinker - die ihrem Gefüge nach dem Steinzeug zugerechnet werden können - nach dem Verfahren hergestellt werden, wobei diese Teile dann lediglich so lange gebrannt werden, bis die offene Porosität weitestgehend verschwunden ist. Ebenso ist es möglich, das Ton-/Perlitgemisch zu brennen und anschliessend zur Herstellung entsprechender Schamotteprodukte weiter aufzubereiten. With the method according to the invention, practically all types of pottery can be produced which should have low dry bulk densities and thus favorable thermal insulation properties. Wall bricks, roof tiles, fireclay parts, ceiling tiles, drain pipes, chimney bricks or the like may be mentioned as examples. Mostly should porous products be produced using the process? however, clinker - which can be attributed to its structure according to the stoneware - can also be produced using the method, whereby these parts are then only fired until the open porosity has largely disappeared. It is also possible to burn the clay / pearlite mixture and then further process it to produce the corresponding chamotte products.
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