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Verfahren zur Herstellung von Schaumglas Zur Herstellung von Schaumglas wird hauptsächlich die Eingeschaft Sulfat- bzw. SO3-haltiger Gläser benutzt, in feingemahlenem Zustande und in Gegenwart von 0, 1 bis 0, 3% Aktivruss oder 0,5 bis 1, 5% anderer Kohlenstoffträger, z. B. Koks, Anthrazit od. dgl., beim Erhitzen auf eine Temperatur zwischen
700 und 9000C einen Glasschaum von polyedrischem Zellenaufbau zu bilden, der bei der Abkühlung zu einem geschlossenporigenSchaumglas mit einem üblichen Volumengewichtzwischen 0,14 und 0,2 g/cms erstarrt. Die das Aufblähen bewirkenden Treibgase stammen nach bisherigen Erkenntnissen im wesent- lichen aus Reduktions-und Oxydationsvorgängen zwischen S Og und C.
Es wurde nun gefunden, dass ein dritter Reaktionsteilnehmer das Schaumbildungsvermögen und die Schaumbildungsgeschwindigkeit zu- sätzlich massgebend beeinflusst, nämlich das an der Glasoberfläche anhaftende oder gebundene Wasser.
Bei der Aufbereitung von Schaumglas entstehen bei der Zurichtung der nicht massgerecht anfallen- den Rohblöcke oder Platte im allgemeinen bis zu 30ego und mehr Verschnitt und Bruchabfall. Die Wieder- verwendung dieses Abfalls bei der weiteren Herstellung von Schaumglas stösst auf erhebliche und zum Teil grundsätzliche Schwierigkeiten. So ist es zwar im allgemeinen möglich, die noch kohlenstoffhaltigen Abfälle des Schaumglases zerkleinert und unter Zuschlag von Oxydationsmitteln, z. B. von Sulfaten oder Nitraten zur Zerstörung des Restkohlenstoffs zusammen mit den Rohglaskomponenten wieder einzuschmelzen.
Der Abfallanteil störtaberdenSchmelzprozess durch starkes Schäumen bei derSchmelztemperatur, so dass die Schmelzleistung des Ofens sinkt und die Einhaltung eines konstantenSO-Wertes im Rohglas nicht mehr gesichert ist.
Weiters ist es ohne Beeinträchtigung der Zeitausbeute und der gewünschten Eigenschaften des Schaumglases grundsätzlich nicht ohne weiteres möglich, jene Abfälle in den Mahlprozess von Rohglas und Zuschlägen zurückzuführen. Nachgewiesen ist, dass nach dem Aufblähen der übrigen pulverigen Mahlgüter aus SOg-haltigem Glas und Kohlenstoff zu einem handelsüblichen Schaumglas, z. B. vonO, 14 bis 0,20 g/cms Raumgewicht, in der Substanz des Schaumglases nur Reste von SQ. und C verbleiben, während das Wasser praktisch verbraucht ist.
Die grob zerkleinerte Schaumglassubstanz verfügt über kein nennenswertes Schäumvermögen mehr.
Wird sie jedoch soweit aufgemahlen, dass sie etwa dieselbe Oberfläche wie das ursprüngliche schäum- fähige Mahlgut erhält, z. B. 7000 cm/g, so gewinnt sie wieder ein Blähvermögen, das aber nicht für eine wiederholte Aufschäumung auf das normale Raumgewicht im gleichen Zeitraum ausreicht.
Die Erfindung behebt diese grundsätzlichen Schwierigkeiten. Sie ermöglicht eine vollständige Rückführung der Schaumglasabfälle in den Mahlprozess und damit die Herstellung von Schaumglas, dessen Substanz nach Aufmahlen auf die spezifische Oberfläche des aus Rohglas und Kohlenstoff ermahlenen ursprünglichen, pulverigen, schäumfähigen Mahlgutes nach erneuter Aufnahme von Wasser wieder über soviel Schäumvermögen verfügt, dass das aus ihr erhaltene schäumbare Pulversystem unter denselben Erhitzungsbedingungen beigleicherZeitausbeute erneut zu Schaumglas von Ausgangsvolumengewicht aufgeschäumt werden kann.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von Schaumglas, bei dem SO,-hältiges Glas ge-
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mahlen, in Gegenwart von Aktivruss gesintert und dann verschäumt wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass das einen SO-Gehalt von zumindest 0, 50/0 aufweisende Rohglas in Gegenwart von 0,15 bis 0, 30tao
Aktivruss oder der entsprechenden Menge eines andern Kohlenstoffträgers zu einer spezifischen Oberflä- che von zumindest 5000 cm2/g gemahlen und mit mindestens 0, 7% vorwiegend an der Oberfläche ge- bundenem Wasser versehen wird,
worauf das Gemenge rasch unter Ausbildung einer dünnen äusseren Gla- surhülle vorzugsweise auf eine die Transformationstemperatur um etwa 2000C übersteigende Temperatur erhitzt und in an sich bekannter Weise durch weiteres Erhitzen auf 800-900 C verschäumt wird, wobei das gebildete Schaumglas, nachdem es in gleicher Weise wie das Ausgangs-Rohglas gemahlen und mit
Wasser versorgt wurde und nötigenfalls nach Ergänzung des verbrauchten Anteils an Kohlenstoff auf etwa den ursprünglichen Wert abermals zu einem Schaumglas mit weitgehend analogen Eigenschaften ver- schäumbar ist.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Erhitzen der vorzugsweise dünn, in einer gleinchförmigen Schichtstärke von z. B. 25 bis 40 mm aufgeschichteten Glassmasse in ansich be- kannter Weise in ou-armer bzw. ou-freiner Atmosphäre durchgeführt.
Das Rohglas kann durch Einwirken. von Wasser oder Wasserdampf während des Mahlvorganges oder durch Aufnahme aus feuchter Luft mit einer Oberflächenkonzentration von 1, 4 bis 4X10*6 g/cmZ von an der Oberfläche gebundenem Wasser versorgt werden.
Zweckmässig wird ein Rohglas verwendet, das nach der Griessmethode mehr als 1 mg Na2O/g ab- gibt, zur Vermeidung von Entglasungen bei der Wärmebehandlung aber nicht mehr als 71o an Erdalkali- oxyden enthält.
Die Erfindung beruht auf der Feststellung, dass es einer Reaktivierung der Schaumglassubstanz bzw. seiner Komponenten bedarf, u. zw. durch eine erneute Oberflächenbildung bei gleichzeitiger Aufnahme von Wasser, z. B. aus der Luftfeuchte. Die Zusammenhänge werden beispielsweise an Hand der Fig. 1-5 näher erläutert. In Fig. 1 ist in einem Schaumdilatogramm die Schaumvolumenbildung (cm3/g Substanz gegen Schäumzeitminuten) einerseits für ein Mahlgut aus Rohglas und Aktivruss (Linie a) und anderseits für ein Mahlgut'aus 63% der frischen Komponenten gleicher Zusammensetzung und etwa 37% des gebildeten Schaumglasabfalles dargestellt (Linie b).
Es ist zu ersehen, dass eine Zuführung der Schaumglasabfälle in den Mahlprozess vollkommen zwecklos ist, da diese nicht oder nur ungenügend zur Schaumvolumenbildung beitragen. Sie spielen also mehr oder weniger nur die Rolle von Ballaststoffen und verhindern ein Erreichen des Normraumgewichtes. Linie b in Fig.. l lässt erkennen, dass sofort nach Erreichen des Maximums ein Schaumzerfall eintritt.
Untersucht man, in welcherWeise sich mit steigender SO-Konzentration die Schaumausbeute entwickelt, so zeigt sich, dass entsprechend Linie c in Fig. 2 das maximal erreichbare Schaumvolumen mit steigender SOg-Konzentration zunächst-stark anwächst, um dann z. B. bei einer SOg-Konzentration von über 0, 7% sich nur wenig weiter zu verändern.
Linie d in Fig. 3 zeigt die unter den gleichen Bedingungen eintretende Verkürzung der Zeit, die zur Erreichung des Volumenmaximums erforderlich ist, ebenfalls in Abhängigkeit von der SO-Konzen- tration.
Man erkennt auch hier zunächst eine starke Verkürzung der Schäumzeit mit zunehmender SC -Kon- zentration und auch bei der Zeit eine Annäherung an einen konstanten Wert, z. B. von 4 min.
Es ist bekannt, dass bei der Aufblähung des schäumfähigen Mahlgutes zu Schaumglas von handels- üblichem Volumengewicht von 0,14 bis 0, 20 g/cm3 beispielsweise 0, 22% SOj, verbrauchtwerden, so dass das entstandene Schaumglas eine in diesem Ausmass verminderte Konzentration besitzt gegenüber dem pulverförmigen, schäumfähigen, kohlenstoffhaltigen Mahlgut.
Würde man beispielsweise ein Glas mit einer Konzentration von 0, 45% SO, anwenden, so könnte daraus einSchaumglas mit 0, 23% Rest-SO3 entstehen, welches-noch einmal verschäumt - ein Schaumglas liefern würde, das praktisch über keinen SOs-Gehalt mehr verfügt. Wie sich aus Fig. 2, Linie c ergibt, würde dabei ein starker Abfall in der Schaumausbeute und eine erhebliche Verzögerung bei der Verschäumung eintreten.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren ist daher vorgesehen, eine derart hohe SO-Konzentration im Rohglas zu wählen, beispielsweise 0, 8%, dass das aus diesem zunächst erhaltene Schaumglas noch eine Rest-Konzentration an SOg enthält, die auf dem nahezu waagrecht verlaufenden Kurvenast der Linie c in Fig. 2 liegt. Trotz des Verlustes von z. B. 0, 221o SO, ergibt sich eine unveränderte Schäumfähigkeit; für das Zeitverhalten gilt nach Linie d der Fig. 3 eine analoge Aussage.
Wird also ein Rohglas gewählt, dessen Ausgangskonzentration an SOg mindestens um den Betrag des in einem Schaumprozess zur Volumenbildung und für Verluste verbrauchten SOg grösser ist als jene Grenz-
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konzentration von SQj, so lässt sich aus der Substanz des ursprünglichen Schaumglases nach dem erfin- dungsgemässen Verfahren ein Schaumglas ohne wesentliche Verminderung an Schäumvermögen und ohne wesentliche Verzögerung der Schaumbildungsgeschwindigkeit herstellen.
Die für das jeweils angewendete schäumbare Mahlgut aus Frischglas und Kohlenstoffträger gültige charakteristische Grenzkonzentration kann in Schäumversuchen durch Variation desSO -Gehaltes des Rohglases unter wiederholbaren Bedingun- gen ermittelt werden und liegt in der Regel über 0, e SO, während die bei den Verschäumungen um- gesetzten SOg-Anteile in bekannter Weise analytisch erfasst werden.
Die schäumbaren Mahlgüter aus SQ,-haltigem Glas und Kohlenstoffträgern erleiden beim Erhitzen auf die Erweichungs- bzw. Sinterungstemperatur und darunter bereits Verluste anWasser, SO, und C.. Ein ) Teil des am Rohglas haftenden oder gebundenen Wassers wird z. B. an die Aussenatmosphäre bzw. die
Herdraumatmosphäre abgegeben. Bei der Annäherung an die genannten Temperaturen, z. B. bei 500-600 C, kommen die entsprechenden Reaktionen zwischen den Reaktionspartnern HO, SO, und C bereits zum Anlaufen und aus der Masse entweichen Reaktionsgase.
Durch die Konzentrationsverluste an
Reaktionsteilnehmern wird das potentielle Schäumvermögen des Gutes und die Reaktionsgeschwindigkeit i verringert. Zur Steigerung der Zeitausbeute an Schaumglas und zur Konservierung einer für die zweite
Aufschäumung hinreichenden SOj-Konzentration kommt es also darauf an, jene Verluste der bei der
Treibgasbildung beteiligten Stoffe so niedrig wie möglich zu halten.
Gemäss der Erfindung werden die in eine Form oder auf freien Flächen in möglichst gleichmässiger
Dicke aufgebrachten schäumfähigen pulverigen Massen einer derart intensiven Beheizung ausgesetzt, dass sie sich im Verhältnis zur angewendeten Schichtdicke mit einer dünnen, allseitig geschlossenen, gas- dichten Glasurhülle überziehen, u. zw. so schnell, dass bis zum Erreichen dieses Zustandes im überwie- genden Teil der gasdicht umhüllten Pulvermassen noch so tiefe Temperaturen hemchen, dass ein Ent- weichen von am Glase gebundenem Wasser odervon Reaktionsgasen verhindert wird, so dass die Reaktion- partner bei dem in bekannter Weise erfolgenden Erhitzen der gesamten Masse auf 700-9000C praktisch ungeschmälerte Konzentrationen aufweisen.
Linie e in Fig. 4 zeigt als Beispiel den Temperaturverlauf im Inneren der Masse im Augenblick des Erreichens des Zustandes einer gasdichten Glasurhülle. Wesentlich ist danach die Anweisung, die
Formen bzw. das Mahlgut bis zur Bildung der gasdichten Glasur, also gleich vom Beginn der Erwärmung an, einer möglichst intensiven Wärmebelastung auszusetzen. Danach ist die Wärmebelastung so zu regeln, dass die Masse möglichst durch den ganzen Querschnitt gleichmässig weiter erwärmt wird.
Ein weiteres Erfindungsmerkmal besteht darin, dass das zum wiederholten Verschäumen vorgesehene
Schaumglas bis zu einer spezifischen Oberfläche von z. B. 5000 bis 8000 cm/g aufgemahlen wird, wie sie auch bei dem pulverigen Ausgangsmahlgut aus Frischglas und Kohlenstoff erforderlich ist. Diese Ober- fläche ist insbesondere nötig, um das Schäumgut mit der erforderlichen oberflächenkonzentration an
Wasser entweder durch Aufnahme von Feuchtigkeit aus der Luft oder durch Einführung von Wasser oder
Wasserdampf beim Mahlprozess auszustatten. Wird das Schaumglas auf eine ungenügende Oberfläche von z. B. nur 2000 cmz/g gemahlen, so zeigt es praktisch kein Blähvermögen mehr, auch wenn beide vorge- nannten Bedingungen erfüllt sind.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird nun noch an Hand des nachstehenden Beispieles und unter Be- zugnahme auf Fig. 5 näher erläutert. In an sich bekannter Weise wird aus sulfathaltigen Rohstoffgemen-
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fische Oberfläche von 6000 cmz/g gemahlen. Es können aber auch alle andem Arten geeigneter Kohlenstoffträger angewendet werden. Das zur Reaktion erforderliche Wasser kann aus der Luftfeuchte aufgenommen oder auch vorzugsweise während des Mahlprozesses in flüssigem oder dampfförmigem Zustand zugesetzt werden. Dieses schäumfähige Mahlgut, z. B. 5 kg, wird in 25-40 mm dicker Schicht in einer flachen Stahlform mit oder ohne Deckel frei aufgetragen und in den eine möglichst sauerstoff-freie Atmosphäre aufweisenden Herdraum eines Kammer- oder Tunnelofens eingeschoben.
Die Wärmezuführung wird so intensiv eingerichtet, dass die Form gleichmässig, z. B. nach 5-20 min eine Temperatur von mittlerer Rotglut, mindestens jedoch 700OC, annimmt bzw. dass zum Zeitpunkt der Bildung der allseitig geschlossenen gasdichten Glasurhülle die eingeschlossene Hauptmasse im Kern nicht heisser als etwa 4000C geworden ist. Dann werden Form und Einsatzgut weiter erhitzt, so dass sie innerhalb von 10-30 min, z. B. 20 min, eine Scheiteltemperatur von z. B. 8500C annehmen, bei der sich in bekannter Weise das Aufschäumen zum Schaumglas vollzieht. Im Herstellungsablauf werden nun die entstandenen Abfälle
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aus dem so erhaltenen Schaumglas in beliebigem Anteil mit Frischglas und Kohlenstoffträgern versetzt.
Die Mischung wird in gleicher Weise wie das pulverige Ausgangsgut auf die ursprüngliche Oberfläche gemahlen, mit Wasser erneut aufgeladen und dann in gleicher Weise und in annähernd gleicher Zeit wärmebehandelt und in Schaumglas übergeführt.
In Fig. 5 stellt die Linie f das Schäumverhalten des nach dem Beispiel dargestellten pulverigen
Ausgangsgutes und die Linie g das Schäumverhalten eines Mahlgutes aus 2/3 des pulverigen Ausgangs- gutes und 1/3 Schaumglasabfall dar. Es ist zu erkennen, dass das Schaumverhalten im letztgenannten
Falle die Werte für das schäumfähige Pulvergut nicht nur erreicht, sondern sogar übertrifft.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Schaumglas, bei dem SO-hältiges Glas gemahlen, in Gegenwart vonAktivruss gesintert unddann verschäumtwird, dadurch gekennzeichnet, dass das einen SO - Gehaltvon zumindest 0, 5% aufweisende Rohglas in Gegenwart von 0, 15 bis 0, 300/0 Aktivruss oder der entsprechenden Menge eines andern Kohlenstoffträgers zu einer spezifischen Oberfläche von zumindest 5000 cm2/g gemahlen und mit mindestens 0, 70/0 vorwiegend an der Oberfläche gebundenem Wasser versehen wird,
worauf das Gemenge rasch unter Ausbildung einer dünnen äusseren Glasurhülle vorzugsweise auf eine die Transformationstemperatur um etwa 2000C übersteigende Temperatur erhitzt und in an sich bekannter Weise durch weiteres Erhitzen auf-800-9000C verschäumt wird, wobei das gebildete Schaumglas, nachdem es in gleicher Weise wie das Ausgangs-Rohglas gemahlen und mit Wasser versorgt wurde und nötigenfalls nach Ergänzung des verbrauchten Anteils an Kohlenstoff auf etwa den ursprünglichen Wert abermals zu einem Schaumglas mit weitgehend analogen Eigenschaften verschäumbar ist.