AT511049A2

AT511049A2 - METHOD FOR PRODUCING A POROUS STONE PRODUCT OF CRYSTALLINE NATURAL STONE

Info

Publication number: AT511049A2
Application number: AT15862011A
Authority: AT
Inventors: Franz Dipl Ing Suemecz; Gerhard Mag Steiner
Original assignee: Gst Marketing Service Und Vertriebs Ges M B H
Priority date: 2011-02-10
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2012-08-15
Also published as: AT511049A3; AT510968B1; AT510968A4

Abstract

Bei einem Verfahren zum Herstellen eines porösen Steinerzeugnisses aus kristallinem Naturstein, wird der kristalline Naturstein in pulverförmiger Form einer Temperaturbehandlung unterworfen, wobei die Temperaturbehandlung das kontrollierte Erwärmen des Steins auf eine das Austreten eines Gases aus dem Stein bewirkende Temperatur umfasst, sodass eine geschäumte Struktur entsteht, welche erstarrengelassen wird.In a method for producing a porous stone product from crystalline natural stone, the crystalline natural stone is subjected to a temperature treatment in powder form, wherein the temperature treatment comprises the controlled heating of the stone to a temperature causing the escape of a gas from the stone, so that a foamed structure is formed, which is frozen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines porösen Steinerzeugnisses aus kristallinem Naturstein.The invention relates to a method for producing a porous stone product of crystalline natural stone.

Als Naturstein bezeichnet man ganz allgemein alle Gesteine wie man sie in der Natur vorfindet. Natursteine werden in Steinbrüchen abgebaut und anschließend in steinverarbeitenden Betrieben zerkleinert und hinsichtlich der Oberflächen bearbeitet. Natursteine lassen sich entsprechend ihrer Entstehung in drei Gesteinsklassen unterteilen. Man unterscheidet zwischen Erstarrungsgestein (Magmatite), Ablagerungsgestein (Sedimentite) und Umwandlungsgestein (Meta-morphite). Magmatisches Gestein entsteht durch Erstarrung bzw. Kristallisation von Magma aus dem Erdinneren. Die Erfindung bezieht sich auf jede Art von kristallinem Gestein .As a natural stone is generally referred to all rocks as they are found in nature. Natural stones are mined in quarries and then crushed in stone processing plants and processed in terms of surfaces. Natural stones can be subdivided according to their origin into three classes of rocks. One differentiates between solidification rock (magmatite), sedimentary rock (sedimentite) and transformation rock (meta-morphite). Magmatic rock is formed by solidification or crystallization of magma from the Earth's interior. The invention relates to any type of crystalline rock.

Naturstein wird in den verschiedensten Bereichen eingesetzt und zwar insbesondere in der Industrie, in der Architektur und im Innenausbau. Dabei nützt man die hohe Festigkeit des Natursteins. Als Nachteil ist die hohe Dichte und damit die hohe Masse zu nennen.Natural stone is used in a wide variety of areas, especially in industry, architecture and interior design. This benefits the high strength of natural stone. The disadvantage is the high density and thus the high mass to call.

Um die hohe Masse von Werkstoffen zu reduzieren, ist in verschiedenen Industriebereichen bekannt geworden, die betreffenden Werkstoffe zu porösen Erzeugnissen zu verarbeiten. Dies ist beispielsweise in der Kunststein-, aber auch in der Metallindustrie bereits verbreitet. Aluminiumschaum wird beispielsweise dadurch hergestellt, dass Aluminiumpulver mit einem Treibmittel abgemischt und kompaktiert wird. Dieses schaumfähige Vormaterial wird in Kokillen eingelegt und auf Schmelztemperatur erwärmt, bis das Treibmittel aufschäumt. Unmittelbar nach dem Einsetzen des Schäumprozesses wird die Form gekühlt und somit der Alumi- niumschaum in der Form eingefroren. Durch diesen Prozess entsteht ein geschlossenporiger Aluminiumschaum, welcher an der Oberfläche mit einer dünnen Gusshaut überzogen ist. 5 Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, ein poröses Steinerzeugnis aus einem kristallinen Naturstein herzustellen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der kristalline Naturstein in pulverförmiger Form einer Temperaturbehandlung unterworfen wird, wobei die Temperaturbe-10 handlung das kontrollierte Erwärmen des Steins auf eine das Austreten eines Gases aus dem Stein bewirkende Temperatur umfasst, sodass eine geschäumte Struktur entsteht, welche erstarren gelassen wird. Es wurde überraschend festgestellt, dass bestimmte Natursteine bei Erwärmung auf einen 15 bestimmten Temperaturbereich ausgasen, sodass ohne weitere Einwirkung eine geschäumte Struktur entsteht, die nach der beim Abkühlen eintretenden Erstarrung einen porösen bzw. geschäumten Stein ergibt und so wie das Ausgangsprodukt eine überaus hohe Festigkeit, allerdings eine überaus ge-20 ringe Dichte aufweist. Die erfindungsgemäße Herstellung des porösen Steinerzeugnisses kommt somit ohne gesondertes Treibmittel aus, sodass die Herstellung überaus einfach und kostengünstig erfolgen kann. Der für das Ausgasen verantwortliche Mechanismus konnte noch nicht vollständig erklärt 25 werden. Es wird jedoch gegenwärtig vermutet, dass das Gasvolumen von den in der Glimmerfraktion vorhandenen 0H-Gruppen, die sich bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur verflüchtigen, herrührt. 30 Wesentlich ist, dass der kristalline Naturstein in pulverförmiger Form eingesetzt wird, um die für die Temperaturbehandlung erforderliche Oberfläche bereitstellen zu können. Das Pulver kann bevorzugt auch in aufgeschlämmter Form 5 5 # ♦ » * ·- Λ -# • · r*#« eingesetzt werden. Alternativ ist es auch möglich, den pulverförmigen, kristallinen Naturstein in verpresster Form einzusetzen. Um die für die Temperaturbehandlung erforderliche Oberfläche bereitstellen zu können, ist es vorteilhaft, wenn eine bestimmte Korngröße nicht überschritten wird. Die Erfindung sieht daher bevorzugt vor, dass der kristalline Naturstein in einer Korngröße von < 0,5 mm, bevorzugt < 0,1 mm, bevorzugt < 50 μπι, insbesondere < 30 pm eingesetzt wird. 10 15 20 25In order to reduce the high mass of materials, it has become known in various industrial sectors to process the relevant materials into porous products. This is already common in the artificial stone, but also in the metal industry. Aluminum foam is produced, for example, by mixing aluminum powder with a blowing agent and compacting it. This foamable starting material is placed in molds and heated to melting temperature until the blowing agent foams. Immediately after the onset of the foaming process, the mold is cooled, thus freezing the aluminum foam in the mold. This process creates a closed-pore aluminum foam, which is coated on the surface with a thin casting skin. The present invention aims to produce a porous stone product from a crystalline natural stone. This is achieved according to the invention by subjecting the crystalline natural stone in powdered form to a temperature treatment, wherein the temperature treatment comprises the controlled heating of the stone to a temperature resulting in the escape of a gas from the stone, resulting in a foamed structure which solidifies is left. It has surprisingly been found that certain natural stones outgas when heated to a certain temperature range, so that without further action a foamed structure is formed, which results in a porous or foamed stone after the solidification which occurs during cooling and, like the starting product, has an extremely high strength. however, has a very low density. The production according to the invention of the porous stone product thus does not require a separate blowing agent, so that the production can be carried out very simply and inexpensively. The mechanism responsible for the outgassing could not yet be completely explained. However, it is currently believed that the volume of gas is due to the 0H groups present in the mica fraction, which volatilize when a certain temperature is exceeded. It is essential that the crystalline natural stone is used in powder form in order to provide the surface required for the temperature treatment. The powder may preferably also be used in a slurried form 5 5 # ♦ »* · - Λ - # • · r * #«. Alternatively, it is also possible to use the powdery, crystalline natural stone in compressed form. In order to provide the required surface for the temperature treatment, it is advantageous if a certain particle size is not exceeded. The invention therefore preferably provides that the crystalline natural stone in a grain size of < 0.5 mm, preferably < 0.1 mm, preferably < 50 μπι, in particular < 30 pm is used. 10 15 20 25

Um das Ausgasen des Steins zu bewirken, ist eine kontrollierte Erwärmung des Steins erforderlich. Je nach dem, ob die Temperaturbehandlung bei Umgebungsdruck, bei unteratmosphärischem Druck oder unter Einwirkung eines Überdruckes auf das Steinpulver erfolgt, ergeben sich unterschiedliche Mindesttemperaturen. Das erfindungsgemäße Verfahren wird in diesem Zusammenhang bevorzugt derart vorgenommen, dass die Temperaturbehandlung das Erwärmen des Steins auf eine Temperatur von mindestens 500°C, bevorzugt mindestens 800°C, bevorzugt mindestens 1000°C, insbesondere mindestens 1200°C umfasst. Die genannte Temperatur hängt auch von der Zusammensetzung des Natursteins ab. So kann es unter Umständen auch erforderlich sein, dass die Temperaturbehandlung das Erwärmen des Steins auf eine Temperatur von mindestens 1400°C, bevorzugt mindestens 1600°C, bevorzugt mindestens 1800°C umfasst. Bevorzugt erfolgt das Erwärmen des Steins unter Anwendung eines vorgegebenen Temperaturprofils. Das Temperaturprofil bestimmt hierbei den zeitlichen Verlauf der Temperatur während der Temperaturbehandlung, wobei insbesondere die Aufwärmgeschwindigkeit von Bedeutung ist. Bevorzugt wird hierbei derart vorgegangen, dass das Erwärmen des Steins mit einer Rate von höchstens 10°C pro Minute, bevorzugt höchstens 7°C pro Minute, bevorzugt höchstens 30 5°C pro Minute erfolgt. Die Temperaturerhöhung erfolgt bevorzugt linear, wobei es aber auch denkbar ist, zwischen linear ansteigenden Abschnitten des Temperaturprofils Abschnitte mit konstanter Temperatur vorzusehen. 5In order to cause the outgassing of the stone, a controlled heating of the stone is required. Depending on whether the temperature treatment is carried out at ambient pressure, at subatmospheric pressure or under the effect of an overpressure on the stone powder, different minimum temperatures result. The process according to the invention is preferably carried out in this context such that the heat treatment comprises heating the stone to a temperature of at least 500 ° C., preferably at least 800 ° C., preferably at least 1000 ° C., in particular at least 1200 ° C. The temperature mentioned also depends on the composition of the natural stone. Under certain circumstances, it may also be necessary for the temperature treatment to comprise heating the stone to a temperature of at least 1400 ° C., preferably at least 1600 ° C., preferably at least 1800 ° C. Preferably, the heating of the stone is carried out using a predetermined temperature profile. The temperature profile in this case determines the time course of the temperature during the temperature treatment, wherein in particular the warm-up is of importance. Preference is given here in such a way that the heating of the stone at a rate of at most 10 ° C per minute, preferably at most 7 ° C per minute, preferably at most 30 5 ° C per minute. The temperature increase is preferably linear, but it is also conceivable to provide sections of constant temperature between linearly rising portions of the temperature profile. 5

Das Erwärmen des Steins erfolgt bevorzugt in einem geschlossenen Ofen, wobei die Ofenatmosphäre entsprechend den jeweiligen Erfordernissen gewählt werden kann. Die Ofenatmosphäre kann Luft sein. Alternativ wird das Verfahren so 10 geführt, dass das Erwärmen des Steins in einer Sauerstoff-, Stickstoff und/oder Argon enthaltenden oder einer daraus bestehenden Atmosphäre vorgenommen wird.The heating of the stone is preferably carried out in a closed oven, wherein the furnace atmosphere can be selected according to the respective requirements. The furnace atmosphere can be air. Alternatively, the process is performed so that the heating of the stone is carried out in an atmosphere containing oxygen, nitrogen and / or argon or an atmosphere thereof.

Besonders bevorzugt ist es, wenn das Erwärmen des Steins in 15 einer Schutzgasatmosphäre, insbesondere einer im Wesentlichen sauerstofffreien Atmosphäre, insbesondere einer Inertgasatmosphäre vorgenommen wird.It is particularly preferred if the heating of the stone in a protective gas atmosphere, in particular a substantially oxygen-free atmosphere, in particular an inert gas atmosphere is carried out.

In einem Ofen kann auch in einfacher Weise der während der 20 Erwärmung herrschende Druck kontrolliert werden. Das Erwärmen kann hier in herkömmlicher Weise bei Atmosphärendruck vorgenommen werden. Alternativ kann auch so vorgegangen werden, dass das Erwärmen bei unteratmosphärischem Druck, insbesondere bei einem Druck von <0,8 bar, bevorzugt <0,5 25 bar, bevorzugt < 0,2 bar, bevorzugt im Vakuum vorgenommen wird. Bei einem unteratmosphärischen Druck wird das Ausgasen des Steins begünstigt.In an oven, the pressure prevailing during heating can also be controlled in a simple manner. The heating can be done here in a conventional manner at atmospheric pressure. Alternatively, it may also be possible to carry out the heating under subatmospheric pressure, in particular at a pressure of <0.8 bar, preferably <0.5 bar, preferably <0.5 bar. 0.2 bar, preferably in vacuo. At a subatmospheric pressure, the outgassing of the stone is favored.

In Versuchen hat sich gezeigt, dass das erfindungsgemäße 30 Verfahren insbesondere bei kristallinen Natursteinen vorteilhaft eingesetzt werden kann, deren Hauptbestandteile Feldspat, Quarz und Glimmer ist. Besonders bevorzugt wird ·* · Μ ·· · ·· • « · ·- ·{> —· · · ί • · ·· · ·ΜExperiments have shown that the method according to the invention can be advantageously used in particular in the case of crystalline natural stones whose main constituents are feldspar, quartz and mica. Particular preference is given to * * · Μ ··· ··· «· · - · {> - · · · · · · · · · · · ·

····· * · I····· * · I

·· ··· ·» »> ··· II als kristalliner Naturstein ein Tiefengestein, insbesondere Granit verwendet.····· · »» > ··· II used as a crystalline natural stone a plutonic rock, especially granite.

Um das Ausgasungsverhalten während der Temperaturbehandlung zu beeinflussen, kann es voreilhaft sein, dem pulverförmigen kristallinen Naturstein ein Zusatzmittel zuzugeben. Das Zusatzmittel kann aber auch dazu eingesetzt werden, um die Materialeigenschaften des erhaltenen porösen Steinerzeugnisses zu beeinflussen.In order to influence the outgassing behavior during the temperature treatment, it may be premature to add an additive to the powdery crystalline natural stone. However, the additive can also be used to influence the material properties of the resulting porous stone product.

Bevorzugt wird als Zusatzmittel eine Fettsäure gewählt, wobei sich insbesondere Stearinsäure als nützlicher Zusatz erwiesen hat, um das Ausgasen während der Temperaturbehandlung zu fördern. Dabei wurde beobachtet, dass die Menge des zugesetzten Zusatzmittels die Porengröße beeinflussen kann. Es ist in diesem Zusammenhang bevorzugt, das Zusatzmittel· in einer Menge von 0,1 - 15 Gew.-%, insbesondere 1-10 Gew.-%, insbesondere 1-5 Gew.-%, jeweils bezogen auf den pulverförmigen kristallinen Naturstein einzusetzen. Je mehr Zusatzmittel vor der Temperaturbehandlung unter den pulverförmigen kristallinen Naturstein gemischt wird, desto größer sind die im erhaltenen porösen Steinerzeugnis vorhandenen Poren.Preferably, a fatty acid is chosen as the additive, with stearic acid in particular having proved to be a useful additive in order to promote outgassing during the temperature treatment. It was observed that the amount of additive added can influence the pore size. In this context, it is preferred to use the additive in an amount of 0.1-15% by weight, in particular 1-10% by weight, in particular 1-5% by weight, in each case based on the crystalline crystalline natural stone , The more additive is mixed under the powdery crystalline natural stone before the temperature treatment, the larger the pores present in the resulting porous stone product.

Das mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltene poröse Steinerzeugnis kann aufgrund seiner vorteilhaften Eigenschaften in den verschiedensten Bereichen eingesetzt werden. Beispielsweise ist die Verwendung in der Architektur oder im Innenausbau denkbar. Weiters ist eine Reihe von industriellen Anwendungen denkbar. Eine denkbare Verwendung ist im Leichtbau, z.B Fahrzeugbau. Die Materialeigenschaften des porösen Steinerzeugnisses können noch dadurch verändert, angepasst bzw. verbessert werden, dass dem pulver- förmigen kristallinen Naturstein bevorzugt ein Pulver eines anderen Materials, z.B. ein Metallpulver zugemischt wird. Es entsteht hierbei ein Steinmetallverbund, der bevorzugt derart ausgebildet sein kann, dass er elektrisch leitet und/oder magnetisierbar ist, sodass sich eine Vielzahl weiterer Anwendungsmöglichkeiten ergibt.The porous stone product obtained by means of the method according to the invention can be used in a wide variety of fields due to its advantageous properties. For example, the use in architecture or interior design is conceivable. Furthermore, a number of industrial applications are conceivable. One conceivable use is in lightweight construction, for example vehicle construction. The material properties of the porous stone product may be further altered, adjusted or improved by giving the powdered crystalline natural stone preferably a powder of another material, e.g. a metal powder is added. This results in a stone metal composite, which may preferably be designed such that it conducts electrically and / or is magnetizable, so that there are a variety of other applications.

Das erfindungsgemäße poröse Steinerzeugnis kann entweder eine offen- oder geschlossenporige Struktur aufweisen, wobei bevorzugt Porengrößen von mindestens 0,5 mm, bevorzugt mindestens 0,8 mm, insbesondere mindestens 1 mm vorgesehen sind.The porous stone product according to the invention can either have an open or closed-pore structure, wherein pore sizes of at least 0.5 mm, preferably at least 0.8 mm, in particular at least 1 mm, are preferably provided.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to embodiments.

Bei einem ersten Ausführungsbeispiel wurde ein Granitstein zu einem Pulver mit einer mittleren Korngröße von ca. 30 pm zermahlen. Das Granitpulver wurde in einen Keramikbehälter gegeben und in der Folge in einem Ofen bei einem Absolutdruck von 400 mbar und unter Schutzgas langsam auf 1500°C aufgewärmt. Die Erwärmung erfolgte dabei derart, dass die Temperatur des Steinpulvers um 5°C pro Minute zugenommen hat. Ab einer Temperatur von 1200°C wurde beobachtet, dass der Stein ausgast. Aufgrund der Ausgasung wird das bei dieser Temperatur bereits geschmolzene Steinpulver aufgeschäumt. Danach wurde die geschäumte Struktur aus dem Ofen genommen und bei Umgebungsluft abgekühlt, wobei die Struktur erstarrt ist und ein poröses Steinerzeugnis erhalten wurde.In a first embodiment, a granite stone was ground to a powder having an average particle size of about 30 pm. The granite powder was placed in a ceramic container and subsequently heated to 1500 ° C. in an oven at an absolute pressure of 400 mbar and under protective gas. The heating was carried out in such a way that the temperature of the stone powder has increased by 5 ° C per minute. From a temperature of 1200 ° C was observed that the stone outgassing. Due to the outgassing the already melted at this temperature stone powder is foamed. Thereafter, the foamed structure was taken out of the furnace and cooled in ambient air, whereby the structure was solidified and a porous stone product was obtained.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel wurde grundsätzlich in gleicher Weise vorgegangen wie im ersten Ausführungsbei- spiel, aber dem Granitpulver wurde Stearinsäure in einer Menge von 8 Gew.-% bezogen auf das Granitpulver zugegeben. Die Temperaturbehandlung wurde vorgenommen wie beim ersten Ausführungsbeispiel, es wurde ab einer Temperatur von ca. 5 1200 °C eine starke Ausgasung beobachtet und nach dem Ab kühlen wiederum ein poröses Steinerzeugnis erhalten.In a second embodiment, basically the same procedure was used as in the first embodiment, but stearic acid was added to the granite powder in an amount of 8% by weight, based on the granite powder. The temperature treatment was carried out as in the first embodiment, it was observed from a temperature of about 5 1200 ° C, a strong outgassing and, after cooling, in turn obtained a porous stone product.

Granitpulver fällt in großen Mengen als Abfallprodukt in der steinverarbeitenden Industrie an, sodass für das erfin-10 dungsgemäße Verfahren ein überaus kostengünstiges Ausgangsmaterial zur Verfügung steht. 15Granite powder is produced in large quantities as a waste product in the stone-processing industry, so that a very cost-effective starting material is available for the process according to the invention. 15

Claims

tt ·· ϊ_ Z & Claims 1. A process for producing a crystalline stone natural porous stone product in which the crystalline natural stone in powder form is subjected to a temperature treatment, the temperature treatment comprising controlled heating of the stone to a temperature causing the escape of a gas from the stone, so that a foamed structure is created, which is allowed to solidify.

2. The method according to claim 1, characterized in that the powdery crystalline natural stone is used in slurried form.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the powdery crystalline natural stone is used in ver-pressed form.

4. The method of claim 1, 2 or 3, characterized in that the crystalline natural stone in a grain size of < 0.5 mm, preferably < 0.1 mm, preferably < 50 pm, in particular < 30 pm is used.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the temperature treatment comprises heating the stone to a temperature of at least 500 ° C, preferably at least 800 ° C, preferably at least 1000 ° C, in particular at least 12009C.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the heating of the stone at a rate

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of at most 10 ° C per minute, preferably at most 7 ° C per minute, preferably at most 5 ° C per minute.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized 5 characterized in that a stone with feldspar, quartz and mica is used as the main components as a crystalline natural stone.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized 10, that as crystalline natural stone, a plutonic rock, in particular granite is used.

Process according to any one of Claims 1 to 8, characterized in that the powdered crystalline natural stone is a powder of another material, e.g. a metal powder is added.

10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the heating of the stone in an oxygen-20, nitrogen and / or argon-containing or an existing atmosphere is carried out.

11. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the heating of the stone in a protective gas atmosphere, in particular a substantially oxygen-free atmosphere, in particular an inert gas atmosphere is carried out.

12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the heating at subatmospheric pressure, in particular at a pressure of < 0.8 bar, preferably < 0.5 bar, preferably < 0.2 bar, preferably in vacuo. ΦΦ «·

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13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the solidification of the foamed stone takes place in ambient air.

14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the powdery crystalline natural stone, an additive is added.

15. The method according to claim 14, characterized in that a fatty acid is chosen as the additive.

16. The method according to claim 15, characterized in that is selected as the additive stearic acid.

17. The method according to claim 14, 15 or 16, characterized in that the additive in an amount of 0.1 to 15 wt .-%, in particular 1-10 wt .-%, in particular 1-5 wt .-%, each based on the powdered crystalline natural stone is used.

18. Foamed natural stone, obtainable by a method according to one of claims 1 to 17.

19. Porous stone product which consists of natural stone and which has an open or closed-pore structure with a pore size of at least 0.5 mm, preferably at least 0.8 mm, in particular at least 1 mm.

20. Porous stone product according to claim 19, characterized in that the natural stone is a plutonic rock. 99 * 9 9 9 • * * «9 ♦ · C- 9

9 9 9 9 9

21. Porous stone product according to claim 19 or 20, characterized in that the natural stone is granite. Applicant by: 5 Vienna, 27.10.2011

Haffner, the Kesc patent

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