DE2604793C3

DE2604793C3 - Verfahren zur Herstellung eines Schaumkeramikelements

Info

Publication number: DE2604793C3
Application number: DE2604793A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Schneider & Co 5020 Frechen De GmbH
Current assignee: Schneider & Co 5020 Frechen De GmbH
Priority date: 1976-02-07
Filing date: 1976-02-07
Publication date: 1984-05-03
Also published as: BE851098A; DE2604793A1; US4123285A; NL7701254A; DE2604793B2; FR2340283A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schaumkeramikelement auf Basis mineralischer Rohstoffe mit einer Porengrößenverteilung, die zwei Maxima aufweist, wobei das Keramikelement als Leichtbauelement ausgeführt ist.

Keramische Leichtbauelemente sind bekannt. Sie werden z. B. hergestellt, indem geblähte oder blähfähige Granulate etwa einheitlicher Größe in einen Formkasten eingebracht werden und dann das Haufwerk beispielsweise mit hocherhitztem Gas bis zum Erreichen eines keramisch bindefähigen Zustandes der Oberfläche aller Granulate und bis zum Einsetzen des Blähvorganges durchblasen werden. Dabei werden die Granulate in der Regel unnachgiebig abgestützt, damit sie sich in die f>5 freien Lückenräume ausdehnen und zu einem Körper aus keramisch gebundenen Granulaten vereinigt werden.

Bei diesen bekannten keramischen Leichtbauelementen weist das Endprodukt eine Primärkornstruktur auf, d. h. es bleiben in der Regel sichtbare Phasengrenzen erhalten. Außerdem ist das Porengefüge im fertigen Erzeugnis im Hinblick auf Größe und Verteilung der Poren nicht homogen, so daß das Leichtbauelement keine isotropen Eigenschaften, insbesondere in bezug auf Wärmeleitfähigkeit und Festigkeit, besitzt Zudem besitzen die bekannten Elemente ein hohes Wasseraufnahmevermögen. Die Verfahren zur Herstellung dieser Leichtbauelemente sind technologisch kompliziert und aufwendig.

Es ist ferner versucht worden massive Körper, Briketts und zusammenhängende Stränge aus blähfähigem tonhaltigen Material in einem Ofen zu blähen. Dabei trennt sich das geblähte vom ungeblähten Material, fällt au^f die Ofensohle und wird von dort abgezogen. Ein homogenes isotropes Element geringer Wasseraufnahme kann ;uf diese Weise ebenfalls nicht erzeugt werden.

Zudem ist ein keramisches Leichtbauelement beschrieben worden, das hergestellt wird, indem man einen Tonschlicker mit einem Schaum- oder Gärmittel versetzt und dann den Luftporen enthaltenden Tonschlicker keramisch brennt.

Aufgabe der Erfindung ist, ein Schäumkeramikelement zu schaffen, das gegenüber bekannten keramischen Leichtbauelementen eine bessere isotrope Struktur aufweist.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Schäumkeramikelements mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Unteransprüche 2 bis 6 kennzeichnen zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Das erfindungsgemäß hergestellte Schäumkeramikelement weist relativ große Kugelporen nahezu gleicher Größe homogen verteilt auf. Der diese Poren stegartig umgebende Feststoff enthält je nach Art der Rohstoffe kristalline Bestandteile, vorzugsweise Anorthit, während die anderen Bestandteile der Feststoffphase röntgenamorph sind. Überraschend ist, daß die Feststoffstege eine Eigenporosität besitzen, wobei diese Poren einen von den relativ großen Poren stark abweichenden mittleren Durchmessser aufweisen. Eine Analyse der Porenverteilung im erfindungsgemäßen Keramikelement ergibt daher zwei voneinander deutlich zu unterscheidende Maxima. Die Rohdichte des Keramikelements liegt zwischen 300 und 600 kg/m³ und die Druckfestigkeit in diesem Rohdichtebereich zwischen 4 und 8 N/mm². Es ist besonders vorteilhaft, daß die relativ großen Poren im Keramikelement gleichmäßig verteilt sind, wobei die Abweichung vom mittleren Porendurchmesser nicht mehr als ±50% betragen soll. Das erfindungsgemäße Keramikelement ist in hohem Maße mörtelverträglich und besitzt eine hohe Feuerbeständigkeit. Des weiteren ist es resistent gegen Feuchtigkeit, Fäulnis und Einwirkung von Nagetieren und Schädlingen.

Das neue Keramikelement weist eine Schaumstruktur auf, die durch einen Schäumvorgang hervorgerufen wird, der während des pyroplastischen Zustandes der Masse stattfindet. Dieser Schäumvorgang kann durch die Einwirkung zweier Substanzen, nämlich eines Sulfats und eines Sulfids, gewährleistet werden. Es war völlig überraschend, daß bei Verwendung eines Gemischs aus einem Sulfat und einem Sulfid der Schaumvorgang des nicht blähfähigen, tonmineralhaltigcn Rohstoffs derart gesteuert werden kann, daß ein

isotroper keramischer Körper mit Schaumstruktur entsteht. Zwar ist aus der Blähtonherstellung bekannt, daß nicht blähfähigen Material durch den Zusatz eines Blähhilfsmittels blähfähig wird. Dabei kommt es jedoch bei der Blähtonherstellung zunächst darauf an, ein im Vergleich mit einem Bauelement relaitv kleines Granulatkorn mit dicht gesinterer Außenhaut zu schaffen und die Gasentwicklung des Blähhilfsmittels anschließend freizusetzen, damit das Granulatkorn blähen kann. Als Blähhilfsmittel ist unter anderem auch Gips oder Ligninsulfat eingesetzt worden. Die Gasabspaltung bei diesen Verbindungen und den bekannten Blähhilfsmittel geht nach Erreichen einer bestimmten Temperatur so schnell vor sich, daß das Schäumen von großformatigen Elementen mit den bekannten Blähhilfsmittel dieser Art nicht durchgeführt werden kann. Das Gleiche gut für die Verwendung von Sulfiden, die als Biähhilfsmittel ebenfalls schon verwendet worden sind. Es hat sich jedoch unerwartet gezeigt, daß bei einem Gemisch aus einem Sulfat und einem Sulfid die Gasentwicklung nicht schlagartig, sondern allmählich abläuft, so daß ein temperaturabhängiges regel- und steuerbares Schäumen tonmineralhaltiger, nicht blähfähiger Rohstoffe ermöglicht wird.

Besonders geeignet ist eine Kombination aus Eisensulfat und Eisensulfid. Es können aber z. B. ebenso Barium- oder Calciumverbindungen verwendet werden. Dabei ist es tuch möglich. Verbindungen verschiedener Kationen einzusetzen. Ferner können Verbindungen verwendet werden, die teilweise oder vollkommen wasserlöslich sind. Wesentlich ist, daß das Sulfat mit dem Sulfid während des 5>chäumprozesses in Kontakt kommen kann, was unter anderem durch eine innige Vermischung der tonmineralhaltigen Rohstoffe mit dem Schäumhilfsmittel erreicht wird.

Die Schäumhilfsmittel müssen nicht als reine Verbindungen vorliegen, sondern können auch im Gemisch mit anderen, mit d~n tonmineralhaltigen zu schäumenden Rohstoffen verträglichen Produkten vorliegen. Insofern sind Sulfat oder Sulfid enthaltende Produkte, insbeson- *o dere industrielle oder natürliche Abfallprodukte, verwendbar. Dies können unter anderem Schlacken, Abfälle aus der chemischen Industrie, kommunale Abfallprodukte, Aschen aus Verbrennungsanlagen, Stäube, Filteraschen oder Rückstände aus der Aufberei- ⁴S tung sein. Wenn in diesen Produkten nur eine der Schwefelverbindungen vorliegt, wird sie durch Zusetzen eines Produktes mit der anderen Schwefelverbindung und/oder einer reinen anderen Schwefelverbindung ergänzt.

Von besonderem Vorteil ist, wenn im Schäumhilfsmittel das Sulfat an das Sulfid bereits derart angtiagert ist, daß die beiden Schwefelverbindungen als Gemisch, insbesondere im Primärkorn des Schäumhilfsmittels, vorliegen, wobei die Körnungen des Schäumhilfsmittels möglichst unter 200 m, vorzugsweise unter 60 μΐη, liegen sollen. In diesem Fall kann der Homogenisierungsprozeß auf die Vermischung der toi.mineralhaltigen Rohstoffe mit dem Schäumhilfsmittel beschränkt werden. Weiterhin vorteilhaft ist, wenn neben dem 6" Sulfat und und Sulfid S1O2. AI2O3, Eisenoxid und Alkalioxide vorhanden sind. Diese besonders günsige Kombination der Verbindungen liegt in der Regel in Klärschlammprodukten, insbesondere in Klärschlammaschen, vor, so daß derartige Abfallprodukte sich ^h<> besonders gut zur Verwendung als Schäumhilfsmittel eignen.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise in oxidierender Atmosphäre geschäumt Es ist in Abhängigkeit vom Sulfat/Sulfid-Verhältnis und von der Menge des Schäumhilfsmittels möglich, Rohstoffe mit großen Schäumtemperaturintervallen zu verwenden und den Schäumprozeß temperatur- und zeitabhängig so zu steuern, daß Keramikelemente bestimmter Eigenschaften in bezug auf Festigkeit, Porosität und Wärmeleitfähigkeit entstehen.

Als tonmineralhaltige, nicht biähfähige Rohstoffe sind Tone, insbesondere Steinzeugtone, vorzugsweise mit illitischem Anteil, und Lehme geeignet Flußmittel können an sich bekannte Alkaliverbindungen sein, die selbstverständlich auch im Schäumhilfsmittel bereits enthalten sein können.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Balielemente jeder Form und Größe herstellen. Sie besitzen höhere Festigkeiten im Vergleich zu bekannten Produkten gleicher Porosität und dabei gleichzeitig eine geringere Wärmeleitfähigkeit Dieser synergistische Effekt beruht möglicherweise auf der außerordentlichen günstigen Beeinflussung des Gefüges des Keramikelements durch das kombinierte Schäumhilfsmittel, d. h. auf der Ausbildung von zwei Maxima der Porenverteilung.

Beispiel 1

Es wurde ein Gemenge aus 70 Gew.-% Steinzeugton, 20 Gew.-°/o Basaltmehl, 3 Gew.-% Eisensulfid und 7 Gew.-% Eisensulfat hergestellt. Zu einem Gewichtsanteil des Versatzes wurden zwei Gewichtsanteile Wasser zugesetzt und das Gemisch in der Kugelmühle 4 Stunden innig gemischt. Anschließend wurde die Mischung in Schalen gegossen. Es folgte eine Trocknung bis auf einen Restwassergehalt von unter 2 Gew.-% Wasser. Das getrocknete Material wurde anschließend zerstoßen, in eine Form 20 χ 20 χ 15 cm, 8 cm hoch eingefüllt und in den Ofen eingebracht. Das Aufheizen erfolgte mit 2°C/min auf 1160⁰C. Dabei schäumte das Material gleichmäßig im Temperatiirintervall von 1140 bis 117O⁰C. Nach dem Abkühlen lag eine Schaumkeramikplatte mit einem Raumgewicht von 500 kg/m³, einer Druckfestigkeit von 8 N/mm² und einer Wärmeleitfähigkeit von 0,1 kcal/m h ⁰C vor. Der mittlere Porendurchmesser der relativ großen Poren betrug 3 mm.

Beispiel 2

Der Versatz bestand aus 50 Gew.-% Steinzeugton und 50 Gew.-% Klärschlammaschenprodukt tonsubstanzähnlicher Zusammensetzung.

Dieser Versatz enthielt 0,9 Gew.-% S~² und 2,6 Gew.-% SO4"². Die Aufbereitung und das Schäumen erfolgte gemäß Beispiel 1. Dabei ergab sich eine Schaumkeramikplatte mit einem Raumgewicht von 400 kg/m³. Die Biegefestigkeit lag bei 3 N/mm², die Druckfestigkeit bei 7 N/mm². Die Gasdurchlässigkeit betrug 10 Nanoperm und die Wärmeleitfähigkeit 0,1 kcal/m h ⁰C. Der mittlere Porendurchmesser der relativ großen Poren betrug 2 mm.

Beispiel 3

Gemäß Beispiel 1 wurde ein Versatz, bestehend aus 50 Gew.-% Lehm, 10 Gew.-°/o Basaltmehl und 40 Gew.-% Klärschlammaschenprodukt, mit der Zusammensetzung nach Beispiel 2 aufbereitet. Das Gemenge wurde bis 1150⁰C erhitzt und das geschäumte Produkt abgekühlt. Es ergab sich eine Schaumkcramikpiatte mit einem Raumgewicht von 400 kg/m³ und den gleichen Fiigcnschaften in bezug auf Biegefestigkeit, Druckfestig-

keit. Gasdurchlässigkeit und Wärnieleitfähigkeit sowie Porenverteilung, wie sie in Beispiel 2 ermittelt wurden. Anhand der Figur wird die Struktur des erfindungsgemäßen Keramikelements beispielhaft näher beschrieben: Dabei stellt Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem Keramikelement dar, das gemäß Beispiel 2 hergestellt wurde, und zeigt die Porenverteilung des lilements, das aus dem Stegmaierial 1. den relativ großen Poren 2 und den relativ kleinen Poren 3 besteht. Dabei liegt das Verhältnis des mittleren Porendurchmessers der großen Poren zum mittleren Porendurchmesser der kleineren Poren im Stegmaterial bei etwa 4,5 zu 1.

Hierzu 1 Blatt Zeichnunp.cn

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Schaumkerarnikelements, wobei nicht blähfähiger, tonmineralhaltigen Rohstoffen Schäumhilfsmittel und gegebenenfalls übliche Flußmittel zugemischt werden, das Gemisch mit Wasser gemengt wird, das Gemenge getrocknet, in Formen eingebracht und bis zum Schäumen erhitzt sowie anschließend abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Schäumhilfsmittel ein Sulfat und ein Sulfid zugesetzt werden, wobei das Gewichtsverhältnis Sulfat: Sulfid 10 :1 bis 1 :1, vorzugsweise 3:1, beträgt, und daß das Schäumhilfsmittel in Mengen von 0,2 bis 10 Gew.-%, insbesondere von 2 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die Feststoffsubstanz, zugesetzt wird ui-d daß im Temperaturbereich von 1000 bis 1200⁰C derart geschäumt wird, daß eine Schaumstruktur entsteht, bei der große Kugelporen mit Durchmessern im Bereich von 1,5 bis 2,5 mm stegartig vom Feststoff umgeben sind, der mittlere Durchmesser der Kugelporen ein Maximum bildet, der Feststoff von kleineren Poren durchsetzt ist, deren mittlerer Durchmesser ein anderes Maximum bildet, wobei das Verhältnis des mittleren Durchmessers der großen Poren zum mittleren Durchmesser der kleineren Poren zwischen 3 : 1 und 8 : 1, vorzugsweise zwischen 4 :1 und 5:1, liegt und das Element eine Rohdichte von 300 bis 600 kg/m³ aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schäumhilfsmittel ein Gemenge aus Eisensulfat und Eisensulfid zugesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß natürliche und/oder industrielle Abfallprodukte zugesetzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Klärschlammasche, insbesondere einer Körnung unter 200 μιη, vorzugsweise unter 60 μπι, zugesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als tonmineralhaltiger Rohstoff Steinzeugton, vorzugsweise mit illitischem Anteil, verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schäumzeit 10 bis 180 Min beträgt.