DE2333016C3

DE2333016C3 - Verfahren zur Herstellung von Keramikmaterial aus Abraummaterial

Info

Publication number: DE2333016C3
Application number: DE19732333016
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Nikex Nehezipari Kulkereskedelmi Vallalat
Current assignee: Ganz Baukeramik Ag Embrach Ch
Priority date: 1973-04-06
Filing date: 1973-06-28
Publication date: 1979-05-03
Also published as: CH575893A5; ATA1029873A; HU169755B; DE2333016A1; DE2333016B2; IT1003410B; AT357091B

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Keramikmaterial aus Abraummaterial unter 20 mm Korngröße, welches 40-85 Gew.-% SiO₂ und 5-20 Gew.-% Al₂O₃ enthält und einen Schmelzpunkt unter C besitzt und welches bei dem Abbau von vulkanischen Ergußgesteinen entsteht, wobei aus dem Abraummateriai unter Zugabe von anorganischen Industrieabfällen und/oder Ton enthaltendem Material eine keramische Masse hergestellt wird, die geformt und bei einer Temperatur zwischen 1000 und 125O°C gebrannt wird.

Es sind bereits Verfahren bekannt, bei denen Material aus Steinbrüchen für keramische Zwecke gewonnen wird. Bei den Verfahren gemäß den AT-PS 61 656 und 253,derDE-OS16 71 244 und der GB-PS 11 11974 wird das Schuttmaterial jedoch in steinmetzartiger Verarbeitung gewonnen, also nicht von der Schutthalde. Dies ist ein wesentlicher Unterschied, da das so &o gewonnene Material das abgebaute Steinmaterial in einer Menge von mehr als 50 Gew.-% enthält, während das erfindungsgemäß verwendete Material von der Schutthalde die Deckschicht und auch fremde Gesteine enthält. Ein wesentlicher Fortschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem Stand der Technik besteht dabei darin, das gesamte Material der Schutthalden technisch brauchbar zu machen.

In der Bauindustrie, im Tief- und Wasserbau werden als Baumaterial in großen Mengen Gesteine verschiedener Qualität und Dimension benötigt Die Gewinnung des Gesteins erfolgt in der Regel in Steinbrüchen mittels Sprengung. Oft kommt es vor, daß das abzubauende Gestein unter einer Deckschicht liegt, die sich von den darunter befindlichen Gesteinen unterscheidet oder welche die Gesteine in einer verschmutzten Gebröckelform enthält, also als unverwendbares Abraummaterial. Diese Deckschicht und die Gleitgesteine, also die sogenannten verklemmten bzw. geschichteten Gesteinfremdmaterialien, enthalten aber oftmals solche Mineralien, die zur Herstellung von keramischen Materialien geeignet wären, falls ihre Heterogenität aufgelöst werden könnte. Dies trifft vor allem bei der Deckschicht und Gebröckelmaterialien von jüngeren primären Ergußgesteinen zu. Das Gestein wird in den seltensten Fällen in der Abmessung verwendet, in welcher es nach der Sprengung vorliegt. Die gewonnene Gesteinsmasse wird in der Regel mittels Zerkleinerungsanlagen zerkleinert und durch Sieben nach Korngröße klassifiziert Bei der Zerkleinerung und beim Sieben fallen weitere Fraktionen an, welche bis jetzt überhaupt nicht oder nur in unbedeutenden Mengen genutzt wurden. Dieses, beim Abbau, bei der Zerkleinerung oder beim Sieben entstandene Abraummaterial wird im allgemeinen separat oder gemeinsam auf Halden deponiert.

Es sind bereits Verfahren bekannt mit welchen eruptive Gesteine oder deren Gesteinsmaterialabfalle als solche oder mit Zusatzmaterialien, wie z. B. Kaolin, Ton, Bentonit Feldspat Sand, Tonerde, Aluminiumphosphat ausbrennendes organisches Plastifizierungsmaterial oder Keramikabfall zu einem gebrannten oder geschmolzenen petrurgischen Kunststein oder einer Keramik umgewandelt werden können. Bei diesen Verfahren wird in den meisten Fällen auch schmelzwirksames Material, wie z.B.Soda, Natriumchlorid, Pottasche oder Glas verwendet. Diese Verfahren entsprechen aber nicht den technischen Anforderungen. Zum Zweck des Ersatzes von Feldspat wird in der Keramikindustrie derzeit allgemein eruptives Gesteinsmaterial verwendet Das aus den Graben- oder Steinbruchschutthalden stammende Material wird derzeit nicht als Zusatzmaterial verwendet, und zur Verwendung desselben sind nur Anreicherungsverfahren bekannt Der Zweck dieser Verfahren ist, aus den großen Materialmengen der Schutthalden eine kleinere Menge von brauchbarem Material, z. B. Montmorillonit, Feldspat, Erz und Mineralien, Hydromuskowit, Kaolinit und plastische Tonsorten abzutrennen. Dies wird durch Absetzen, Hydrozyklonabscheidung und Flotieren erreicht Mit Hilfe der bekannten Verfahren kann nur ein geringer Anteil der Schutthalde ausgenützt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Material von geologisch einheitliche primär jüngere Ergußgesteine aufweisenden Gruben- oder Steinbruchschutthalden völlig nutzbar zu machen.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber den herkömmlichen Verfahren besteht darin, daß das Abraummaterial zu einem gegenüber dem Ausgangsmaterial hochwertigen Endprodukt verarbeitet wird, ohne daß wesentliche Abfallmengen anfallen.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Feststellung, daß sich die chemische und mineralogische Zusammensetzung, speziell der SiO₂- und

Al₂O₃-Gehait, der nach Korngröße erhaltenen Fraktionen nur unwesentlich unterscheidet und im Durchschnitt gleich bleibt, obwohl die ursprünglichen, nach Korngröße klassifizierten Komponenten qualitativ und quantitativ stark unterschiedlich gefärbte Verunreinigungen (Metalloxide) enthaltea Die von der gleichen Abraumhalde (Steinbruch) stammenden Fraktionen haben bei vielmals wiederholten Ansätzen stets eine gleichfarbige Keramik ergebea Mittels optimaler Einstellung der Mahlzeiten kann aus allen Kornfraktionen ein solches Mahlgut hergestellt werden, das für die Herstellung von Bau-, Gebrauchs- oder Dekorationskeramik geeignet ist

Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß das während des Abdeckens und des Abbaus der Gesteinslagerstätte entstehende, auch Gesteinsmaterial enthaltende Abraummüterial klassiert wird und getrennt nach einzelnen Fraktionen oder in bestimmter Mischung der Fraktionen zusammen mit Rotschlamm, Ölschieferschlacke, Tonmergel und/oder Tonschiefer zu einer keramischen Masse verarbeitet wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es vorteilhaft, wenn das Abraummaterial in Korngruppen von 20-10 mm, 10-5 mm, 5-2 mm, 2-0,5 mm, 0,5-0,2 mm und 0,2-0 mm unterteilt wird.

Falls ein Zerkleinern nötig ist, so kann dies zweckmäßigerweise durch Vermählen zusammen mit Rotschlamm, Ölschieferschlacke, Tonmergel und/oder Tonschiefer erfolgen.

Während das Abraummaterial eines Steinbruchs in seinem natürlichen Zustand für keramische Zwecke nicht einmal als Zuschlagsstoff geeignet ist, kann es nach erfindungsgemäßer Vorbereitung als keramisches Grundmaterial verwendet werden.

Erfindungsgemäß eignen sich zur Nutzbarmachung für keramische Zwecke solche Gesteins- und Abraummaterialien, die 5 bis 20% Al₂O₃ und 40 bis 85% SiO₂ enthalten und vorzugsweise vulkanischen Ursprungs sind, wie z. B. Rhyolit, Andesit, Dazit, Obsidian, Perlit und Trachyt Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Korngruppen, die sich in reproduzierbarer Weise farblich unterscheiden, werden einzeln oder miteinander vermischt, vorzugsweise unter Druck geformt und anschließend gebrannt, vorzugsweise bei lOGO bis 1250⁰C. Auf diese Weise entstehen aus den einzelnen Korngruppen des gleichen Gesteins bei gleichen Brennbedingungen im allgemeinen grobkeramische Produkte, die in Abhängigkeit von der verwendeten Korngruppe verschiedene, reproduzierbare Färbung besitzen. Für feinkeramische Produkte werden Korngrößen unter0,25 mm, vorzugsweise 0,065 mm, verwendet Die Brenntemperaturen betragen auch hier 1000 bis 1250°C und vorzugsweise etwa 1150°C.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun anhand der folgenden Beispiele weiter erläutert:

Beispiel 1

Als Grundstoff dient das unbrauchbare Abraummaterial des Sortierwerkes einer Rhyolit-Tuffsteingrube. Die chemische Analyse lieferte folgende Werte (umgerechnet auf Oxide):

SiO₂ =74,7%; Al₂O₃ =11,8%; Fe₂O₃ =0,9%;
FeO = 0,4%; CaO = 3,8%; Na₂O =2,5%
K₂O = 3,5%; MgO = 0,4%; TiO₂ =0,4%;
SO₃ = 1,6%.

Die granu'ometrische Untersuchung ergab folgende Kornzusammensetzung: über 0 20 mm 0,5%; 0 20-10mm 10%; 010-5 mm 13%; 0 5-2 mm 27%; 0 2-0,5 mm 31,5%; 00,5-0,2 mm 12%; 00,2-0,0 mm 6%.

Ergebnis der mineralogischen Untersuchung: 30% Schmirgelstein; Zustand: porös-glasig, am Rand aufgesprungen. 35% Grundmaterial, devitrifiziert, amorphglasig geschmolzen. Ferner 35% glasiges Verwitterungsprodukt, länglich und tropfenförmig deformiert, splittrig (teilweise in Bentonit übergegangen).

Nach der Korngröße ergibt sich folgende Zusammensetzung (umgerechnet auf Oxide):

	Korndurchmesser in mm	10-5	5-2	2,0-0,5	0,5-0,2	0,2-0
	20-10	75,6	73,0	71,0	70,5	69,3
SiO₂,%	79,6	10,7	12,0	13,6	14,0	14,7
A1₂O₃,%	10,0	0,6	1,5	1,8	2,8	3,0
Fe₂O₃,%	0,4	0,8	1,2	1,5	2,2	2,'i
FeO,%	0,4	3,6	4,5	4,3	3,2	2,9
CaO,%	2,1	0,9	2,7	2,8	2,8	3,0
Na₂O,%	0,5	3,2	3,9	3,9	4,2	4,3
K₂O,%	3,0	0,4	0,4	0,3	0,1	0,05
MgO,%	0,8	0,8	0,4	0,2	0,1	0,05
TiO₂,%	0,9

Dieses Abfallgestein ergibt in gemahlenem Zustand, nachdem das Produkt während des Brennvorgangs mindestens etwa V₂ Stunde lang auf ca. 1000-1250°C gehalten wurde, feinkeramische Produkte in folgenden Naturfarben (d. h. ohne Zugabe von zusätzlichen Farbstoffen):

Korngruppe
20-10

10-5

5-2 2,0-0,5

0,5-0,2

0,2-0

Farbe rriiicnigweiu

gelbiichweiß

!· η m _v* r\\

ηαιαιιιΐΊ gclbüchrot

dunkelrot rotbraun

Beispiel 2

Grobkeramische Produkte werden aus dem sortierten, jedoch ungemahlenen Abfallgestein dieser Rhyolit-Tuffsteingrabe wie folgt erhalten:

a) Herstellung von Klinkerplatten (für Boden- und Wandverkleidung):

Als Grundstoff wird die Korngruppa 0,5 bis 0,2 mm des sortierten Abfallgesteins verwendet 100 kg werden unter Zugabe von 81 Wasser in eine Drehtrommel eingebracht Die Mischung wird während 15 Minuten intensiv homogenisiert, anschließend wird die Masse bei ca. 100 kg/cm² Druck mittels einer automatischen Presse zu Platten von 100 X 200 X10 mm gepreßt Diese Platten werden auf hitzebeständige Unterlagen, z. B. aus Schamotte, gelegt und bei einer Durchlaufgeschwindigkeit von ca. 1,5 m/Stunde gebrannt, wobei das Produkt mindestens etwa 'Λ Stunde auf eine Temperatur von 1150°C gehalten werden muß. Die so hergestellten Klinkerplatten sind frostbeständig, abriebfest, haben eine glänzende, feinkörnige Oberfläche und ein Raumgewicht von 2 bis 2,2 g/cm².

b) Herstellung von mikroporösen Platten (für Schall- und Wärmedämmung, als wärmeisolierende und schallschluckende Wandplatten u. dgl.):

Als Grundstoff werden die Korngruppen 2 bis 0,5 mm und 0,2 bis 0 mm des sortierten Abraummaterials verwendet 90 kg der Korngruppe von 0,2 bis 0 mm Durchmesser werden trocken in einen Homogenisator eingegeben und mit 13,51 Wasser versetzt Nach 15minütigem intensiven Mischen wird das nasse Material mittels automatischer Presse zu Platten von 200 X 200 X 40 mm gepreßt, bei einem Druck von 1,51 pro Platte. Die Platten können auch folgendermaßen hergestellt werden: Vio b'^s V₄ der nassen Preßmasse werden 0,5 bis 3,0% Metalloxid als Farbstoffe zugesetzt (anstelle von Metalloxid kann auch eine geeignete Keramikfarbe verwendet werden) sowie 1 bis 5% farblose Keramikglasur. Nach Mischen dieser Komponenten wird eine Menge dieser Masse, welche 10 bis 25 % des Gewichts einer Platte ausmacht, in die Preßform gegeben. Über diese Schicht wird der Rest der für eine Platte benötigten Gesamtmasse geschüttet Die gepreßten Platten können in einem Ofen bei einem Vorschub von ca. 2 m/Stunde gebrannt werden, wobei das Material mindestens etwa V₂ Stunde auf eine Temperatur von etwa 1150°C erhitzt werden muß. Die so erhaltenen Platten sind porös mit offenen Poren, sie haben ein Raumgewicht von ca. 1,21 pro m³,50 bis 70 % Porenvolumen, eine Wärmeleitzahl 1 von 0,21. Sie sind frostbeständig, wärmeisolierend, schallschluckend, können leicht geschnitten und verarbeitet (z. B. auf Möitel verlegt und befestigt) werden.

Beispiel 3

Feinkeramische Produkte werden aus dem sortierten, gemahlenen Abraummaterial wie folgt erhalten:

a) Herstellung von Bodenplatten in Naturfarbe mit hohem Raumgewicht (weitgehend porenfrei):

Als Grundmaterial wird die Korngruppe mit 5 bis 2 mm Durchmesser des sortierten Abraummaterials verwendet In einer Kugelmühle werden mit 60% Raumfüllung 100 kg dieses Materials mit 1201 Wasser sowie 300 kg Mahlkies 22 Stunden gemahlen. Das Mahlgut wird über ein Sieb mit Maschenweite 0,125 mm gelassen, im Vakuum entwässert, auf einen Wassergehalt von 6 bis 8 % gebracht und zum Schluß auf Korngröße von 1 bis 0 mm granuliert Das Granulat wird unter einem Druck von 100 bis 250 kg/cm² zu Mosaikplatten (Bodenplatten) von 42,5 X 42,5 X10 mm gepreßt Diese Platten werden auf feuerfester Unterlage mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 1,5 m pro Stunde gebrannt wobei das Produkt mindestens V₂ Stunde auf eine Temperatur von ca. 1150⁰C gehalten werden muß. Die so hergestellten Bodenplatten haben ein spezifisches Ge-

wicht von 2,5 bis 2,7 g pro cm³, nehmen kein Wasser auf, sind frostbeständig, abriebfest, karamelfarben und entsprechen den höchsten technischen und ästhetischen Anforderungen. Aus allen Korngruppen des sortierten Abraummaterials können ähnliche Bodenplatten von gleicher Qualität jedoch anderer Farbe, hergestellt werden.

b) Herstellung von naturfarbener Gebrauchskeramik (z. B. Teller, Tassen, Aschenbecher u. dgl.):
Als Grundmaterial wird die Korngruppe mit 10 bis 5 mm Durchmesser des sortierten Abraummaterials verwendet. 100 kg werden unter Beigabe von 1501 Wasser und 2,5 kg Natriumcarbonat sowie 300 kg Mahlkies in einer Kugelmühle behandelt Nach 12stündigem Mahlen wird das Mahlgut durch ein Sieb mit der Maschenweite 0,065 mm gelassen, im Beruhigungsmischer während 12 Stunden behandelt und unter Vakuum entlüftet sowie zum Schluß in Gipsform mit ca. 5 % Wassergehalt in die gewünschte Form gebracht. Die Formstücke werden nach 15 Minuten Abtropfen der Form entnommen und auf Unterlagen getrocknet. Die trokkenen Formlinge werden gereinigt, eventuelle Gußfehler werden ausgebessert, dann wird in einem Brennofen auf hitzebeständiger Unterlage, wie Schamotte, bei einer Vorschubgeschwindigkeit von 1,5 m pro Stunde ausgebrannt, wobei das Produkt mindestens V₂ Stunde auf eine Temperatur von ca. 115O⁰C gehalten werden muß. Die so hergestellten Keramiken haben ein spezifisches Gewicht von 2,5 bis 2,7 g pro cm³ und eine gelblichweiße Farbe. Der Scherben ist porenfrei, dicht, nimmt kein Wasser auf und ist frostbeständig. Er besitzt gute Beständigkeit gegen chemische Einflüsse.

Beispiel 4

Dekorative Oberflächen bildendes keramisches Material wird aus dem sortierten ungemahlenen Abraummaterial wie folgt erhalten:
18 kg eines Abraummaterials der Korngröße von 10 bis 5 mm wurde mit 2 kg Natriumcarbonat und 2 kg Rotschlamm 46 Stunden lang vermählen. Das so erhaltene Mahlgut wurde mit 180 kg eines ungemahlener Abraummaterials mit einer Korngröße von 20 bis 10 mm Durchmesser in einer Drentrommel-Homogenisieranlage ca. 2 Stunden lang unter Beimischen von 501 Wasser vermischt Das so erhaltene Produkt wurde zu einem keramischen Material gebrannt wobei das Produkt mindestens '/2 Stunde auf einer Temperatur von ca. 1150⁰C gehalten werden muß.

Zwecks Färbung können zum Einbrennen geeignete Erdfarben, keramische Unterglasurfarben, beim Ausbrand sich verfärbende Tonarten und färbende Metalloxide verwendet werden. Im vorliegenden Fall wurde ein rostroter Scherben erhalten. Das Raumgewicht

des Scherbens betrug 0,8 bis 1,2 g pro cm³, der Scherben war frostbeständig, die Farbe lichtecht, die Oberfläche abwaschbar und er konnte gut verarbeitet (geklebt, mit Mörtel befestigt) werden. Dieses Material

eignet sich zur Herstellung von dekorativen Fassadenplatten.

Beispiel S

Herstellung von mikroporösen Keramikplatten mit guten Isoliereigenschaften für »warme« Wand- und Bodenbeläge:

Als Grundmaterial wurde die Korngruppe mit 5 bis 2 mm Durchmesser des sortierten Abraummaterials sowie Rotschlamm oder Ölschieferschlacke verwendet 50 kg Abraummaterial der Korngruppe 5 bis 2 mm und 50 kg Ölschieferschlacke (Rückstand bei der Ölgewinnung durch Vercracken von Ölschiefer) sowie 1201 Wasser wurden unter Beimengung von 350 kg Mahlkies in einer Kugelmühle 22 Stunden gemahlen. Das Mahlgut wurde durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,125 mm gelassen und im Vakuum entwässert. Dabei wurde die Mischung auf 6 bis 8 % Wassergehalt gebracht und dann auf eine Korngröße von 1 bis 0 mm Durchmesser granuliert Aus dem Granulat wurden Platten von 100 X 200 X 20 mm gepreßt. Die Platten wurden auf feuerfesten Unterlagen bei einer Vorschubgeschwindigkeit von 1,5 m pro Stunde gebrannt, wobei das Produkt etwa 2 Stunden auf ca.l 150 C gehalten wurde. Die fertig gebrannten Platten besaßen ein Raumgewicht von 0,7 bis 1,5 g pro cm³, der Scherben wies geschlossene Mikroporen auf. Die Platten waren frostbeständig, ihre Oberfläche war geschlossen.

Anstelle von Rotschlamm oder Ölschieferschlacke kann auch Tonmergel und/oder Tonschiefer verwendet werden.

Bei der Herstellung von mikroporöser Keramik wird im Anschluß an den oben beschriebenen Brennvorgang, also nach dem Sintern, die Sintertemperatur noch 1 bis 5, vorzugsweise 1 bis 3 Stunden beibehalten. Dabei nimmt das Keramikmaterial dem vorausgegangenen Schwinden entsprechend erneut an Volumen zu. Auf diese Weise wird die Parallelität der Seiten und Flächen wieder hergestellt.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Keramikmaterial aus Abraumraateridi unter 20 mm Korngröße, s welches 40-85 Gew.-% SiO₂ und 5-20 Gew.-% Al₂O₃ enthält und einen Schmelzpunkt untei 1450⁰C besitzt und welches bei dem Abbau von vulkanischen Ergußgesteinen entsteht, wobei aus dem Abraummaterial unter Zugabe von anorganischen Industrieabfällen und/oder Ton enthaltendem Material eine keramische Masse hergestellt wird, die geformt und bei einer Temperatur zwischen 1000 und 1250⁰C gebrannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das während des Abdekkens und des Abbaus der Gesteinslagerstätte entstehende, auch Gesteinsmaterial enthaltende Abraummaterial klassiert wird und getrennt nach einzelnen Fraktionen oder in bestimmter Mischung der Fraktionen zusammen mit Rotschlamm, Ölschieferschlacke, Tonmergel und/oder Tonschiefer zu einer keramischen Masse verarbeitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abraummaterial zusammen mit Rotschlamm, Ölschieferschlacke, Tonmergel und/ oder Tonschiefer gemahlen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abraummaterial in Kornklassen von 20-10 mm, 10-5 mm, 5-2 mm, 2-0,5 mm, 0,5-0,2 mm und 0,2-0 mm unterteilt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die keramische Masse nach Formen und Pressen durch Erhitzen auf 1000 bis 1250 C bis zum maximalen Schwinden und zum Entstehen geschlossener Mikroporen sowie geschlossener Oberfläche gesintert und anschließend I bis 5 Stunden bei dieser Temperatur gehalten wird.