AT395314B - Verfahren zur herstellung von keramischen formteilen - Google Patents
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Description
AT395314B
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/cm^ gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Insbesondere im Bereich von Ziegelprodukten ist der Einfluß von Magerungs- und Parosierungsmitteln schon 5 häufig untersucht worden.
Eine zusammenfassende Darstellung gibt Mackedanz in „Sprechsaal“, Heft 9/80, SS9.
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 Formteile zu achten. So beschreibt Mackedanz, daß bei Zusatz von Sägemehl die Scherbenrohdichte 10 nur geringfügig abnimmt, jedoch relativ gute Druckfestigkeitswerte erzielt werden, während mit „Styropor” eine drastische Rohdichteerniedrigung ermöglicht wird, die jedoch auch einen starken Druckfestigkeitsabfall mit sich bringt
Einen ähnlichen Stand der Technik beschreibt auch die Einleitung der DE-A-28 53 709, die auch andere Porosierungsmittel wie Torf, Kohlenstaub, Perlit, Getreidespelzen oder Flotationsberge anspricht, gleichzeitig 15 jedoch darauf hinweist daß diese nur wenig praktische Bedeutung erlangt haben und ähnliche Nachteile wie die zuerst beschriebenen Stoffe aufweisen.
Nach der DE-A-28 53 709 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. 20 Als Vorteil wird insbesondere angesprochen, daß durch das erhöhte Schüttvolumen der Heizwert des Zuschlag stoffes gegenüber einem Massivkom erheblich herabgesetzt ist und dieser verringerte Heizwert beim Ausbrennen dem Ofenprozeß zugute kommt und eine Brennenergieerspamis mit sich bringt
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 25 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
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. 30 Der in der DE-A-28 53 709 beschriebene Zerfall des Zuschlagstoffes Perlit beim gemeinsamen Verpressen mit einer Ton-Matrixmasse wird auch durch die DE-C-3614 943 bestätigt, die aus diesem Grunde die Verwendung von glasierten, geblähten Perlitkömem zur Herstellung von Tonziegeln vorsieht.
Durch die Glasierung wird das einzelne Perlitkom stabilisiert so daß es auch beim anschließenden Vermischen mitderTon-Matrixmasse und der sich anschließendenFormgebung durchVerpressen oder dergleichen nichtzerstört 35 wird.
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 wieZiegel oder dergleichen nicht immer akzeptabel ist
Aus der AT-PS 252 091 ist bekannt, daß Perlit in expandiertem Zustand sehr viel Wasser aufnehmen kann. Um 40 das Aufnahmevermögen für Wasser herabzusetzen, wird vorgeschlagen, Silikone in wäßriger Lösung auf einen Strom oder ein Bett durch den Expansionsvorgang noch warmer Perlitkömer aufzusprühen und die besprühten Körner zu durchmischen.
Aus derGB-PS 1,121,266istes ferner bekanntkeramische Produkteauseinerfeuchten Masse eines expandierten minerallischen Werkstoffes mit einer dünnen wässerigen Tonbeschichtung durch Brennen bei 788 bis 927 °C 45 herzustellen.
GegenstandderCH-PS513776ist die Herstellung eines Formkörpers fürden einmaligen Gebrauch, bei dem Ton, poröse silikatische Zuschlagstoffe und Wasser gemischt die Mischung anschließend verformt getrocknet glasiert und gebrannt wird.
Der Derwent Abstract AN76-86543 X/46beschreibtein keramisches Material, das als Estrich zur Bodenbeschich-50 tung dient. Dabei soll ein niedrig schmelzender Ton verwendet werden. Dies schließt eine Verwendung zur Herstel lung eines gebrannten Produktes, wie eines Ziegels, aus.
Ln Derwent Abstract 72-33264 T/21 werden säureresistente Ziegel beschrieben, die aus feuerfestem Ton und Perlit bestehen. Dabei werden die Komponenten zerkleinert Durch die Zermahlung verliert der Perlit sein offenes Porenvolumen, so daß keine porösen keramischen Formteile hergestellt werden können. 55 Schließlich ist aus der DE-AS 1253 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 -2-
AT 395 314 B
Perlit in Kontakt zu bringen. Anschließend wird das so behandelte Material getrocknet.
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. 5 Zur Lösung der gestellten Aufgabe dienen erfindungsgemäß die Merkmale der Ansprüche 1 bis 10. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß die Stabilität eines Zuschlagstoffes wie expandierter Perlit durch Aufnahme einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser, drastisch erhöhtwerden kann. Dabei wird die Stabilisierung jedes einzelnen Periitkoms 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 10 entweder vollständig separat zugegeben werden, zum Beispiel durch Tränken des expandierten Perlits in einer Flüssigkeit oder durch Besprühen der expandierten Perlitkömer, 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 IS der theoretisch maximalen Wassermenge zuzugeben, die das offene Porenvolumen des Perlits aufnehmen kann. Dabei sollten aber mindestens SO % 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 hochporösen Perlitteilchen erfüllen dann gleichzeitig eineFunktion als „Trocknungsmittel“ für den Ton, gleichzeitig 20 können größere Oberflächenporen mit Ton-Matrixmaterial ausgefüllt werden, von denen wieder Feuchtigkeit in die
Kapillarporen des Perlits abgesaugt wird.
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 25 können. Entsprechend setzt sich die Gesamt-Flüssigkeitsmenge 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 jedem Fall liegen dann wassergesättigte Perlitkömer vor, wobei die Flüssigkeit auch beim anschließenden 30 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. 35 Das so gebildete Ton-Periit-Gemisch kann auf konventionelle Art und Weise weiterverarbeitet werden.
Weder in einer Strangpresse (Schneckenpresse) noch in diskontinuierlich arbeitenden Pressen kommt es zu einer nennenswerten Zerstörung der mit Wasser gefüllten Perlit-Teilchen. Die inkompressiblen Flüssigkeiten wie Wasser stabilisieren vielmehr das an sich zerbrechliche Gerüst eines geblähten Periitkoms, das auch nach der Formgebung praktisch sein gesamtes ursprüngliches Porenvolumen, das zu dieser Zeit noch mit Wasser gefüllt ist, zur Verfügung 40 stellen kann.
Das Wasser wird anschließend während der üblichen Trocknung aus den Poren ausgetrieben, und das Produkt kann danach auf bekannte Art und Weise gebrannt werden.
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 Festigkeit des gebrannten Form-45 teils zusätzlich zugute kommt.
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. 50 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 Perlitkömer beschrieben werden.
Tatsächlich läßt sich trockener, expandierter Perlit auch nur sehr schwer oder gar nicht in eine normale Ton-SS Matrixmasse einarbeiten, insbesondere läßt sich keine homogene Verteilung der Perlitkömer in der Matrixmasse erreichen. Die Oberfläche der Perlitkömer ist offensichtlich zu rauh, als daß eine homogene Vermischung möglich wäre. -3-
Claims (10)
- AT395 314B Selbst wenn man aber einmal eine inhomogene Ton/Perlit-Mischung akzeptieren würde, so ließen sich daraus keine technisch verwendbaren Produkte herstellen, weil die Perlitkömer - wie beschrieben - bei der anschließenden Formgebung zerquetscht würden. Dabei würde gleichzeitig der gewünschte Effekt einer Porosierung verlorengehen. Die genannten Mängel können zwar möglicherweise durch eine Glasierung der einzelnen Perlitkömer überwunden werden, jedoch mit einem unverhältnismäßig hohen technologischen Aufwand. Demgegenüber ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur besonders einfach, sondern von hoher Effizienz, und es ermöglicht in überraschend einfacher Weise ohne weiteres die Einbringung der Perlitkömer 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 Perlitkom. Durch diese Doppelfunktion kann der Wasseranteil nach oben begrenzt weiden, in Abhängigkeit von der gewünschten Konsistenz. 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 Feinkomanteil 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. Die verwendete Flüssigkeit wird in erster Linie Wasser sein. Ebenso können aber auch Abwässer industrieller Anlagen Verwendung finden, wobei Schadstoffanteile dieser Wässer, wie Schwametalle etc. beim Brand des keramischen Produktes gleichzeitig noch in das gebildete keramische Gerüst eingelagert (eingebunden) werden können. Die Perlit-Zugabe soll in einer solchen Weise erfolgen, daß das fertige Produkt eine Trockenrohdichte kleiner 2,0 g/cm^, vorzugsweise kleiner 1,7 g/cm^ aufweist. In der Regel werden sich diese Werte bei einer Perlit-Zugabemenge zwischen 50 bis 500 1 je 1000 kg Ton einstellen lassen. Bevorzugt ist eine Perlit-Zugabemenge zwischen 100 bis 2501 je 1000 kg Ton-Matrixmasse. Sofern von einer Ton-Matrixmasse gesprochen wird, umfaßt dieser Begriff selbstverständlich nicht nur eine Masse aus einem Ton, sondern übliche Versätze, wie sie zur Herstellung von keramischen Farmteilen dienen. Auch die Aufbereitung erfolgt im übrigen im wesentlichen auf bekannte Art und Weise. Wird dabei ein Kollergang ausgeführt, so soll nach dem erfindungsgemäßen 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 Perlitkömer zerquetscht würden. Demgegenüber hat sich gezeigt, daß die mit Wasser gesättigten Perlitkömer 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 Gerüst hoher offener Porosität nahezu unverändert aufrechterhalten weiden kann. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich praktisch alle Arten von Tonwaren hersteilen, die geringe Trockenrohdichten und damit günstige Wärmedämmeigenschaften aufweisen sollen. Beispielhaft seien Mauerziegel, Dachziegel, Schamotteteile, Deckenziegel, Drainrohre, Schomsteinziegel 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 solange 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. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung von leichten keramischen Formteilen mit einem Gehalt an expandiertem Perlit als Leichtzuschlagstoff durch Einmischen von expandiertem Perlit in eine feuchte Ton-Matrix-Masse in Anwesenheit einer Flüssigkeit, wobei dieMischung danach zu Formteilen verarbeitet sowie anschließend getrocknet und gebrannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das offene Porenvolumen des Perlits mit einer Korngröße kleiner 10 mm mit mindestens 50 % da theoretischen Flüssigkeitsmenge mit Flüssigkeit gefüllt und gleichzeitig und/oder danach homogoi in da Ton-Matrix-Masse derart verteilt wird, daß das offene Porenvolumen des Palits nach der Mischung vollständig mit Wassa gefüllt ist. -4- 5 10 15 AT395 314B
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigkeit Wasser verwendet wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit vor der Befüllung der Perlitporen mit einem oberflächenaktiven Zusatzmittel vermischt wird.
- 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzmittel ein Tensid verwendet wird.
- 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ton-Matrix-Masse soviel Perlit zugesetzt wird, daß die Trockenrohdichte des gebrannten Formteiles weniger als 2,0 g/cm^, vorzugsweise weniger als 1,7 g/cm^ beträgt
- 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Perlit in einer Menge von 50 bis 5001 je 1000 kg Ton zugegeben wird.
- 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Perlit-Zugabemenge 100 bis 2501 beträgt.
- 8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Flüssigkeit getränkte Perlit nach einem Kollergang und vor der Formgebung in einer Strangpresse der Ton-Matrix-Masse zugegeben wird. 20
- 9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Perlit vermischte Ton-Matrix- Masse zu Formteilen wie Ziegeln verpreßt wird.
- 10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Perlit mit einer Korngröße zwischen 1 und 6 mm sowie einem Schüttgewicht zwischen 80 und 130 kg/m^ eingesetzt wird. 25 30 35 40 45 50 -5- 55
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