DE2335146A1 - Verfahren zum herstellen von schaumkeramik - Google Patents
Verfahren zum herstellen von schaumkeramikInfo
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Description
6. Juli 1973 Hg/K
EUROC ADMINISTRATION AB Malmö / Schweden
11 Verfahren zum Herstellen von Schaumkeramik "
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Schaumkeramik.
Der Ausdruck "Schaumkeramik" wie er hier verwendet wird, soll auch solche Produkte umfassen, die normalerweise
mit "Schaumglas" (zellenartiges Glas) bezeichnet werden. Derartige Produkte haben eine gute mechanische Festigkeit bei
geringerem Raumgewicht und weisen eine kräftige Zellstruktur auf, die diese Produkte zur Wärmeisolation besonders geeignet
macht.
'* ο η .π fu /1 ? ? η
2335U6
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von Schaumkeramik aus einem Ausgangsmaterial, das einen
Anteil oder mehrere Anteile, die beim Erhitzen einen viskosen, gesinterten und porösen Körper bilden,und ein relativ schwierig
oxydierendes, porenbildendes Mittel zum Erzeugen der porösen Struktur enthält.
Solche Verfahren sind bekannt. Ein schwerwiegender Nachteil dieser bekannten Verfahren besteht jedoch darin, daß die Endprodukte
relativ teuer sind. Infolgedessen ist die Möglichkeit, sehr billige Abfallwerkstoffe verwenden zu können, die in der
Ausgangszusammensetzung reich an Kieselerdeanteilen sind, sehr wünschenswert. Beispiele solchen Materials umfassen Flugasche,
die aus Abgaskesseln gewonnen wird, Staub, der aus elektrometallogisehen Öfen entnommen wird und Staub, der beim
Zerkleinern von Makadam oder Steinschotter anfällt. Versuche, die mit solchen Abfallstoffen angestellt wurden, haben gezeigt,
daß diese nicht für den gewünschten Zweck verwendet werden können, wenn zur Zeit bekannte Techniken angewandt werden.
Der Grund dafür besteht darin, daß die Produkte Substanzen enthalten, die bei relativ niedrigen Temperaturen oxydieren und
die, wenn sie zum Erzeugen der gewünschten porösen Struktur erhitzt werden, zu einer unkontrollierbaren Porenbildung und/
oder zu einer unerwünschten Schmelze mit niedriger Viskosität neigen. Eine unkontrollierbare Porenbildung kann auftreten,
98ΠΛ/122Ρ
2335H6
wenn das Ausgangsgemenge Kohle oder kohlenstoffenthaltende
Substanzen enthält, während ein unerwünschtes, vorzeitiges Schmelzen eintritt, wenn das Ausgangsgemenge Oxide in einer
niedrigen Valenzstufe enthält, beispielsweise FeO. Solche Oxide bilden relativ leicht schmelzende eutektische Gemische,
so daß das Schmelzen vorzeitig zu einem bezüglich der Bildung von Poren unerwünschten Zeitpunkt erfolgen kann.
Eine Kombination dieser Wirkungen kann auch insofern auftreten, als Kohle oder kohlenstoffhaltige Substanzen Oxide zum Beispiel
Fe2O, in eine niedrigere Valenzstufe überführen, wenn
sie auf die zur Bildung von Schaumkeramik erforderlichen Temperaturen
erhitzt werden.
3s wurde nun festgestellt, daß die "Dilligen vorerwähnten Abfallprodukte
zur Herstellung von Scliaumkeramik verwendet werden könnten, wenn dem Ausgangsgemenge ein Oxidierungszusatz
zugefügt wird, der in der Lage ist, aiit den oxydierenden Substanzen
in dem Ausgangsgemenge und später mit dem schwer oxydierenden und porenbildenden Zusatz zu reagieren um die poröse
Struktur zu bilden, die für die Eigenschaften des fertigen Produktes ausschlaggebend ist.
Bas erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß
sls Äusgangsmaterial für die Herstellung von Schaumkeramik ein
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Gemenge verwendet wird, das mindestens ein Abfallprodukt, das reich an Kieselerde ist und leicht oxydierende Substanzen enthält,
die beim Erhitzen unkontrollierbare Porenbildung und/oder ein unerwünschtes Schmelzen erzeugen, und ein schwierig oxydierendes
Mittel enthält, dessen Menge so gewählt ist, daß die oxydierenden Substanzen zur Verhütung oder zur Verhinderung der
unkontrollierbaren Porenbildung und/oder des Schmelzens oxydieren, und wobei die gewünschte Porenstruktur durch Oxidation
des schwierig oxydierenden, kohlenstoffenthaltenden, porenbildenden
Mitteis erreicht wird.
Bas schwierig oxydierende, porenbildende in Betracht zu ziehende
Mittel ist in erster Linie ein kohlenstoffenthaltendes Mittel.
Ein gemeinsame ε Merkmal der gemäi3 der Erfindung verwendeten
•and lie Eigenschaft von Abfallprodukten besitzenden Ausgangswerkstoffe besteht tiarin} daß se^ einen relativ hohen Kieselerdegehalt
haben und sehr fein zerteilt sind. Die vorerwähnten Abfallprodukte, nämlich Staub von Abgasen, die von elektrometallogischen
"Verfahren herrühren, und Staub, der sich in Steinzerkleinerungsmaschinen ansammelt, beispielsweise zur Herstellung
von Makadam oder Straßenbelag, besitzen die vorgenannten Kombinationen von Eigenschaften.
Gemäß der Erfindung kann das Ausgangsgemenge mit anderen Produkten
zum Zwecke der Korrektur der keramischen Analyse ver-
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mischt werden. Beispiele solcher Produkte sind natürliche Mineralien, nämlich Feldspat, Glacialton, Quarz, Basalt,
Nephelin Syenit, Kaolin oder Mischungen davon, beispielsweise Sand.
Gemäß der Erfindung kann das Ausgangsgemenge zwischen etwa 2596 bis etwa 80% des Gewichtes des Ausgangsgemenges an Abfallprodukten
enthalten, die reich an Kieselerde sind.
Staub, der beim Zerkleinern von Steinen anfällt, enthält natürliche
Minerale, wie Feldspat, Quarz, Asphalt usw. Solcher Staub hat gewöhnlich eine spezifische Oberfläche, die schmaler
als diejenige von Staub ist der bei metaliogischen Verfahren abfällt, nämlich 3000 bis 4000 cm2/g gegenüber von-7 10 000
cm /g. Wird aus Steinzerkleinerungsanlagen entnommener Staub allein verwendet, istdieser vorzugsweise bis zu einer spezifischen
Oberfläche von annähernd 8000 cm /g zusätzlich zu schleifen, um einen ausreichend hohen Reaktionswert beim Sintern
zu erreichen.
Es ist festgestellt worden, daß dieser zusätzliche Schleif Vorgang
eingespart werden kann, wenn der aus Steinzerkleinerungsanlagen entnommene Staub mit Flugasche gemischt wird.
Um eine erwünschte Schaumkeramik beim Sintern gemäß der Erfindung zu erhalten, kann das Ausgangsmaterial die folgende
30988A/122 0 "6"
60 - | 75% | SiO2 | MgO | Fe2O3 |
5 - | 13% | Al2O3 + | CaO | |
eta | 2% | |||
0 - | 6% |
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chemische Zusammensetzung haben. Wegen jedes speziellen Rohmaterials,
das verwendet wird, muß jedoch ein Test gemacht werden, um in jedem speziellen Fall die geeigneten Analysen
zu bestimmen.
(Glasbildner)
(glasabbauverhinderndes Mittel) (glasabbauverhinderndes Mittel) (glasabbauverhinderndes Mittel)
1o - 15% Na2O + K2O (Flußmittel)
Es wurde festgestellt, daß der Reaktionsgrad im Schmelzvorgang erhöht werden kann, indem Alkalihydroxide als Flußmittel verwendet
werden. Insbesondere wurde festgestellt, daß mindestens 80% des Flußmittels Alkalihydroxid sein sollte. Dieses Hydroxid
ist sehr wirksam, da es zu einer konzentrierten wässrigen Lösung führt und in der Lage ist, beim Erhitzen seine Wirksamkeit zu
behalten. Das Alkalihydroxid ist sehr reaktiv bei solchen Temperaturen,
die zur Bildung von Schaumkeramik gemäß der Erfindung
erforderlich sind. Ferner bildet Alkalihydroxid zusammen mit anderen Komponenten, in erster Linie mit Kieselerde und Al2O3,
eutektische Schmelzen. Die Menge an "aktivem Alkali" sollte in bezug auf die anderen Komponenten des Gemenges sorgfältig
bestimmt werden, da eine übermäßige Menge an aktivem Alkali in einem verschlechterten Widerstand des Produktes gegen Wasser
_ 7 — 3 09884/122 0
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resultiert, während eine ungenügende Menge die Bildung einer ausreichenden Menge von geschmolzener Phase bei den gewünschten
niedrigen Temperaturen verhindert, bei denen Produkte erhalten werden, die ein relativ hohes Vöiumeiigewicht haben.
Gemäß der Erfindung ist das normalerweise verwendete Oxidationsmittel
ein anorganisches Mittel. Beispiele solcher gemäß der Erfindung verwendeter Oxidationsmittel umfassen Magnesiumoxid,
Nitrate, Permanganate usw. Wie bereits ausgeführt wurde, wirkt das Oxidationsmittel durch Verbrennen des gesamten freien Kohlenstoffes
und auch des Schwefels, vorzugsweise in Verbindung mit Luft? bei einer relativ niedrigen Temperatur, bei der die
Sinterung noch nicht begonnen hat, und durch Oxidieren aller, zweiwertigen Dioxide zu dreiwertigen Sisenoxiden und/oder
durch Verhindern der Reduktion von höheren Oxiden, wie beispielsweise Fe2O, und 30,. Da alle freien Sohlenstoffe, die normalerweise
als ein porenbiidendes Mittel in keramischen Herstellungsverfahren
dienen, wegoxidiert wurder^ müssen zusätzliche porenbildende
Mittel beigefügt werden. Silikonkarbia, das ein kohlenstoffhaltiges
porenbildendes Mittel ist, ist in dieser Verbindung als geeignet gefunden worden, Silikonkarbide werden
nicht mit den Oxidationsmitteln reagieren, bis das Gemenge in geschmolzener Form anliegt, Danach bilden sie die gewünschte
Porenstruktur.
309884/122 Π
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann dem Ausgangsgemenge
ein Wasserbindemittel oder ein latentes Wasserbindemittel zugefügt werden und nach dem Erstarren kann die Zusammensetzung
in kleine Stücke zerbrochen werden, die dann zum Bilden von Schaumkeramik erhitzt werden.
Zur Herstellung von Schaumkeramik kann das nachstehend aufgeführte
Verfahren angewandt werden. Ein fein zerteilter Abfallstaub, reich an Kieselerde und optimal vermengt mit natürlichem
Mineral (zusammen etwa 80% des Trockengewichtes des Gemenges) kann vermengt werden, beispielsweise durch Naßmahlen in einer
Kugelmühle, mit etwa 1o bis 15% wässriger Lösung von Alkalihydroxid,^
bis 4% Wasser oder LaHtentwasserbindemittel, beispielsweise Portland-Zementbinder oder Hochofenschlacke 1 bis
3J" eines schwierig oxydierenden Mittels, wie Mangandioxid, und
0,1 bis 0,5% Porenbildungsmittel, beispielsweise Silikonkarbid, und der so erhaltene Schlicker kann entwässert werden, um dünnwandige
poröse Klümpchen oder ein feinkörniges Produkt zu erhalten,
Diesee Produkt wird danach sehr schnell in speziellen
Formen auf etwa 800 bis 9000C erhitzt, wobei bei dieser Temperatur
eine Schmelze erzeugt wird. Die Reaktion zwischen dem porenbildenden Mittel und dem verbleibenden Überschuß an Oxydationsmittel
bewirkt die Bildung von Gasen, die in der Schmelze Poren bilden. Das poröse Produkt enthält eine sehr gleichmäßige
Porenstruktur. Das Produkt wird dann schnell auf annähernd
600°C abgekühlt, wonach es dann in einem Kühlungsofen langsam erkalten kann.
309884/122 0 -9-
2-335H6.
Nach einer Ausführungsfonn der Erfindung kann die Ausgangszusammensetzung
in Form einer wässrigen Mischung hergestellt werden und diese Mischung kann einem Sprühtrocknungsverfahren
vor dem Schmelzvorgang unterworfen werden.
Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann das Ausgangsmaterial einer Röstung unterworfen werden, um die
Kohle in Oxide umzuwandeln, wenn das Ausgangsmaterial oder das Abfallprodukt, das reich an Kieselerde ist, eine relativ
große Menge an Kohle oder kohlenstoffhaltigem Material enthält. Es ist nicht möglich mit einem solchen Röstungsvorgang kohlenstoffhaltige
oxidierbare Substanzen vollständig wegzuoxidieren.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von mehreren Beispielen näher erläutert.
Eine wässrige Rohmaterialmasse mit folgender Zusammensetzung wurde hergestellt:
- 1o -
309884/122 U
- 1ο -
Flugasche 55 kg SiO2- Inhalt etwa 90% spezifische Oberfläche
annähernd 30000 cm2/g
Staub von
zerkleinerten
Steinen
zerkleinerten
Steinen
Glazial
Ton
Ton
1o kg SiO0- Inhalt etwa 75% spezifische Oberfläche
annähernd 4000 cm /g
17 kg »
" 58%
Granulierte
Hochofenschlacke 3 kg "
Hochofenschlacke 3 kg "
Natrium
Hydroxid
Hydroxid
13 kg "
" 40% spezifische Oberfläche annähernd 3000 cm /g
» übliche Qualität
Pyrolisit 1,8 kg MnO2, übliche Qualität
Silikon
Karbid 0,2 kg Partikelgröße 4.5/u
Wasser
55 Liter.
Die Masse der Rohmaterialien konnte sich bei 80 bis 90 C setzen,
wonach die harte Masse in Partikel mit der Größe von £4 mm
zerkleinert wurde, wonach das Material in einen Ofen eingebracht und auf 6000C erhitzt wurde, da praktisch das gesamte
Wasser aus der Masse entfernt werden mußte, um die endgültige Porenbildung nicht zu stören. Während dieses Verfahrens erfolgt
bereits eine anfängliche Porenbildung im Material, als Ergeb-
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- 11 -
2335U6
nis einer Reaktion zwischen Alkalihydroxid und fein zerteilten Metallpartikeln, die aus der Flugasche stammen.
Das anfänglich ausgedehnte Material wurde entweder sofort oder nach einer Kühlung in Formen überführt ohne zerkleinert worden
zu sein, um weiter auf 800 bis 8500C für ein bis zwei Stunden
erhitzt zu werden. Während dieser Zeit erfolgte die endgültige Porenbildung. Nach einer schnellen Abkühlung auf eine Temperatur
von etwa 600°C konnte das Produkt langsam auskühlen.
Die Eigenschaften des Schaumglasproduktes, das auf die vorbeschriebene
Weise erzeugt wurde, wurde als sehr zufriedenstellend bezeichnet. Gleichmäßige Porenverteilung mit geschlossenen ·
Poren, niedriges Volumengewicht 25o kg/m , gute Kompressionsfestigkeit und sehr gute Wasserbeständigkeit.
Beispiel 2 , ", '
Durch Naßschleifen wurde ein Schlicker mit den folgenden Komponenten hergestellt:
Flugasche 29,8 kg
Sand 34,5 kg SiO2 -Inhalt 7k% spezifische Ober-
Hochofenschlacke 3»0 kg
fläche 4000 cm2/g
- 12 4/1220
Natriumhydroxid 11,6 kg Pyrolusit 0,9 kg
Silikonkarbid 0,2 kg
Wasser 25 Liter
Dieser Schlicker wurde sprühgetrocknet zu einem Feuchtigkeitsgehalt
von 0,2#. Das getrocknete Material wurde in Formen überführt und direkt auf 83o°C erhitzt, wonach diese wie vorbeschrieben
gekühlt wurden.
Das erhaltene Schaumglasprodukt wies eine gleichmäßige und gut geformte Porenstruktur auf, während das Volumengewicht 27o kg
pro m war und die Wasserbeständigkeit als gut festgestellt wurde.
Beispiel 3 Ein Schlicker wurde aus den folgenden Komponenten hergestellt:
Έ1 ugasche | 63,6 | kg | 8 U / 1 2 2 f J |
Ton | 2o,3 | kg | |
Portiand-Zement Klinker |
1,6 | kg spezi | |
Natriumhydroxid | 11,5 | kg | |
Pyrolusit | 2,7 | kg | |
Silikonkarbid | 0,2 | kg | |
Wasser | 45 Liter | ||
30 9 8 |
- 13 -
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Der Schlicker wurde in der gleichen Weise behandelt, wie dies in Beispiel 1 beschrieben worden ist. Das erhaltene Produkt
hatte ein Volumengewicht von 300 kg/nr und feine Porenverteilung,
gut geschlossene Poren und gute Wasserbeständigkeit.
Ein Schaumglas wurde mit den folgenden Komponenten wie in Beispiel
1 beschrieben hergestellt:
Staub, der beim Makadam-
herstellungsverfahren anfällt 41,1 kg (reich an Feldspat)
Staub, der beim Zerkleinern
von Quarz anfällt 42,3 kg
Hochofenschlacke 3,0 kg
Natriumhydroxid 12,8 kg
Pyrolusit 0,5 kg
Silikonkarbid 0,3 kg
Wasser 2o Liter
Die Güte des Produktes glich dem Produkt, das aus dem vorhergehenden
Beispiel erhalten wurde. Das Volumengewicht betrug 3oo kg/m .
- 14 -
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Claims (9)
1. Verfahren zum Herstellen von Schaumkeramik aus einem Ausgangsgemenge,
das mindestens einen Anteil, der beim Erhitzen eine viskose, gesinterte und poröse Masse bildet,
und ein relativ schwierig oxydierendes, porenbildendes Mittel zur Erzeugung einer porösen Struktur enthält, d a durch
gekennzeichnet, daß das Ausgangsgemenge erstens mindestens ein Abfallprodukt, das
reich an Kieselerde ist und leicht oxydierende Substanzen enthält, die beim Erhitzen unkontrollierbare Porenbildung
und/oder ein unerwünschtes Schmelzen erzeugen, und zweitens ein schwierig oxydierendes Mittel enthält, dessen Menge so
gewählt ist, daß die oxydierenden Substanzen zur Verhütung oder zur Verringerung der unkontrollierbaren Porenbildung
und/oder des Schmelzens oxydieren und wobei die gewünschte Porenstruktur durch Oxidation des schwierig oxydierenden,
kohlenstoffenthaltenden, porenbildenden Mittels erreicht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das im Ausgangsgemenge anteilig enthaltene Abfallprodukt, das reich an Kieselerde ist,
Flugasche ist, die in elektrometallogisehen Öfen anfällt.
- 15 -
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3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Ausgangsgemenge zwischen etwa 25% und annähernd 8o% Abfallprodukt enthält, das
reich an Kieselerde ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Ausgangsgemenge ein anorganisches oxydierendes Mittel enthält, wie MnOp,
NaNO^, KMnO,.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsgemenge Silikon-Karbid
als porenbildendes Mittel enthält.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß das Ausgangsgemenge Alkalihydroxid als Flußmittel enthält.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Alkalianteil des Ausgangsgemenge 8 bis 12% gerechnet als RpO des Gewichtes des fertigen
Produktes beträgt, wobei R ein Alkalimetallatom bezeichnet.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgangsgemenge ein
Wasserbindemittel oder ein latentes Wasserbindemittel zu-
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gefügt ist und daß die erhaltene Mischung nach dem Verfestigen in Stücke zerkleinert und danach erhitzt
wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß das Ausgangsgemenge in Form einer wässrigen Mischung hergestellt und diese
dann sprühgetrocknet wird.
1o. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß das Ausgangsgemenge oder das Abfallprodukt, das reich an Kieselerde ist,einem
Röstvorgang in Luft unterworfen wird, um den Inhalt an oxydierenden Substanzen auf ein niedrigeres Niveau herabzusetzen.
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