Verfahren zur Herstellung von gehlähten Materialien und hiernach hergestelltes Blähgestein
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von geblähten Materialien und ein hiernach hergestelltes Blähgestein.
Es sind bereits eine ganze Reihe von Verfahren bekannt, um geblähte Materialien durch Erhitzung eines Gemisches aus dem jeweiligen Ausgangsmaterial und mit Kohlenstoff versetztem Wasserglas herzustellen, wobei - wenn es sich um geblähte Produkte in Gestalt eines Granulates handelt - ein Trennmittel zur Vermeidung des Zusammenklebens des Granulates verwendet werden kann.
Geblähte Materialien sind bereits in grosser Zahl aus den verschiedensten Stoffen bekannt, insbesondere sind Schaumkunststoffe in der Technik weit verbreitet; hierbei wird ein geeignetes Kunstharz entweder mechanisch verschäumt oder durch Beigabe eines zur Gasbildung geeigneten Blähmittels in ein Material mit Zellstruktur verwandelt.
Neben diesen Schaumkunststoffen sind auch beispielsweise geblähte Materialien glasartiger Natur bekannt, etwa als Granulat von angenähert kugeliger Gestalt, mit einer Zellstruktur, die durch Blähmittel in bis zum Erweichen erhitztem Glaspulver erzeugt wird.
Auch der Blähton ist als Material mit Zellstruktur schon lange bekannt und hat in letzter Zeit in Gestalt von Granulat mit Zellstruktur unter dem Handelsnamen LRCA vor allem als Zuschlagstoff für die Herstellung von sogenanntem Leichtbeton eine grosse Verbreitung erfunden.
Den Vorteilen besonders der beiden zuletzt genannten geblähten Materialien, also Glasschaumgranulat und Blähtongranulat, als Zuschlagstoff zu Leichtbeton für Bauzwecke stehen als Nachteile die verhältnismässig kostspielige Herstellung dieser Blähmaterialien, aber auch die nicht allen Anforderungen genügenden Festigkeitswerte gegenüber. Ferner ist das aus Glasschaum bestehende Granulat stark alkalihaltig, was besonders bei der Verwendung als Zuschlag zu zementhaltigen Baustoffen höchst unerwünscht ist. Es besteht dementsprechend seit längerer Zeit ein Bedürfnis nach einem, billiger als Glasschaum und Blähton herzustellenden geblähten Material, das grössere mechanische Festigkeit besitzt, als Zuschlagstoff einen Leichtbeton für höhere mechanische Beanspruchung ergibt und weniger Alkalien als Glasschaum enthält.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Lösung dieser Aufgabe dar und betrifft ein Verfahren zur Herstellung von geblähten Materialien durch Erhitzung eines Schmelz- und Blähmittel enthaltenden Gemisches.
Kennzeichnend hierbei ist, dass im Gemisch als Komponente (a) solche, gemahlene natürliche Silikate und silikathaltige Erden und Steine verwendet werden, die nach Beimischung der ein Schmelz- und Blähmittel darstellenden Komponente (b) durch Erhitzung auf 800 bis 12000 C verglasen und zu einer Masse mit Zellstruktur aufschäumen, die unterkühlbar ist, ohne zu rekristallisieren.
Die Erfindung betrifft ferner ein nach diesem Verfahren hergestelltes Blähgestein mit Zellstruktur, gekennzeichnet durch eine Glaskomponenten aufweisende Stoffzusammensetzung, die auch die aus natürlichen Silikaten stammenden Verunreinigungen umfasst.
Als natürliche Silikate und silikathaltige Erden und Steine werden Stoffe wie Sandstein, Quarzsand, Molasse-Sandstein, Bims und Bimserde, Lavaerde, Vulkangesteine und ähnliche Materialien bezeichnet.
Die Erfindung ist nachstehend in einigen Ausführungsbeispielen anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert. Von diesen zeigt:
Fig. 1 eine Tafel mit einer photographischen Wiedergabe von Querschnitten durch sechs Muster Nr. 1 bis 6 eines angenähert kugelförmigen Granulats, sowie photographische Vergrösserungen der Querschnitte der Muster Nr. 1, 4 und 6.
Fig. 2 ein Diagramm über Druckfestigkeiten von verschiedenen Körpern mit Zellstruktur.
Das vorliegende Verfahren und die hiernach hergestellten Produkte beruhen auf der empirisch gefundenen und durch umfangreiche Versuchsreihen erhärteten Erkenntnis, dass als Komponente (a) im Gemisch zur Herstellung geblähter Materialien silikathaltige Erden in fein gemahlenem Zustand geeignet sind. Wird eine solche pulverförmige Komponente (a), ähnlich wie dies von der Schaumglasherstellung bekannt ist mit einem Kohlenstoffanteil und einem Blähmittel als Komponenten versehen, dann entsteht beim Erhitzen dieses Gemisches auf eine Temperatur im Bereich von 800 bis 12000 C oder besser von 900 bis 1050 C ein geblähtes Material, das die gewünschte Zellstruktur besitzt.
Als silikathaltige Erden sind besonders Sandstein, Quarzsand, Bims und Bimserde, Lavaerde und ähnliche Vulkangesteine geeignet, aber auch alle anderen der Stoffgruppe natürlicher Silikate angehörenden silikathaltigen Erden und Steine. Das geblähte Material stellt also ein Blähgestein dar, im Gegensatz zu geblähtem Glas oder zu Blähton.
Das vorliegende Verfahren unterscheidet sich in technischer Hinsicht klar und unverwechselbar von der Herstellung geblähten Glases, das aus Glasmehl, als feinkörnig gemahlenem Glas, als Ausgangsmaterial hergestellt wird. Natürlich wird das Glas selbst beispielsweise aus Quarzsand hergestellt, der zu diesem Zwecke aber geschmolzen und durch Zugabe von Chemikalien, z. B. Soda, zu einer Rohglasschmelze verarbeitet werden muss, die dann, nach dem Erstarren zu einer Glasmasse, pulverisiert das Rohmaterial für die Herstellung von geblähtem Glas ergibt. Im Gegensatz hierzu wird beim vorliegenden Verfahren der Quarzsand genügend fein gemahlen und ohne vorher eine Glasmasse herzustellen, als Komponente (a) verwendet.
Da hier der für die Schaumglaserzeugung unentbehrliche Herstellungsprozess der Glasmasse selbst fortfällt, also der hierfür erforderliche erhebliche Energieaufwand eingespart wird, ist das vorliegende Verfahren wesentlich billiger als dasjenige zur Herstellung von geblähtem Glas. Natürlich ist auch das nach dem vorliegenden Verfahren hergestellte Blähgestein im Aussehen und in seinen Eigenschaften deutlich unterschieden von den bekannten Glasschaumsorten und lässt sich auch durch Überprüfung seiner Stoffzusammensetzung deutlich hiervon unterscheiden.
Für das vorliegenden Verfahren ist es wesentlich, dass die Komponente (a) fein gemahlen wird. Die Mahlfeinheit soll vorzugsweise soweit getrieben werden, dass die Blainezahl (Oberfläche in cm2 pro Gramm Gewicht) mindestens den Wert 2500 besitzt.
Die Methoden und Einrichtungen zur Erzielung einer derartigen Mahlfeinheit sind, ebenso wie die Messverfahren zur Bestimmung der sogenannten Blainezahl bekannt, sodass sich eine ausführliche Beschreibung er übrigt.
Der Komponente (a) wird als Komponente (b) ein Blähmittel zugesetzt, das entweder selbst einen Kohlenstoffanteil besitzt oder dem Kohlenstoff, beispielsweise in Form von Russ, fein verteilt zugefügt wird. Ein als Komponente (b) geeignetes Blähmittel ist beispielsweise eine Emulsion aus Russ und Wasserglas (NaOSiO), die mit einem geeigneten Trägermaterial vermischt, eingetrocknet und pulverisiert wird; als geeignetes Trägermaterial hat sich zum Beispiel Glasmehlpulver erwiesen. Diese pulverförmige Komponente (b) wird dann mit der Komponente (a) vermischt, wobei es ohne Einfluss ist, ob die Hinzufügung der pulverisierten Komponente (b) vor dem Mahlprozess der Komponente (a) oder nachher erfolgt.
Auf alle Fälle muss das gesamte trockene Gemisch aus den Komponenten (a) und (b) die oben angegebene Mahlfeinheit besitzen, sodass es zweckmässig ist, dieses Gemisch vor dem Mahlprozess herzustellen, damit sämtliche Komponenten des Gemisches gemeinsam die Mahlvorrichtung durchlaufen.
Bei der Herstellung der Komponente (b) als Emulsion aus Russ, Wasserglas und einem Trägermaterial haben sich auch Stoffe wie Bentonit und Kieselgur als ein solches Trägermaterial brauchbar erwiesen. Natürlich sind darüber hinaus eine grosse Anzahl anderer Stoffe als Trägermaterial geeignet, jedoch muss gewährleistet sein, dass durch dieses Trägermaterial dem Gemisch keine Stoffe beigefügt werden, die den nachfolgenden Blähprozess nachteilig beeinflussen oder für die Verwendung des hergestellten Blähgesteins von Nachteil wären.
Bei der Durchführung des vorliegenden Verfahrens hat es sich als zweckmässig, aber nicht als unbedingt notwendig herausgestellt, ausser der Komponente (a) und der Kohlenstoff enthaltenden Komponente (b) noch zusätzlich ein Bindemittel beizumengen. Vorzugsweise wird ein Bindemittel mit hydraulischen Eigenschaften verwendet, beispielsweise Zement, gebrannter und gemahlener Klinker, Gips oder dergleichen. Aber auch Kunstharze sind als solche Bindemittel geeignet, insbesondere Kunstharze jener Gruppe, der auch Phenol-Formaldehydharze und Furanharze angehören.
Vorzugsweise sollen solche Bindemittel verwendet werden, die sich bei der für den Blähvorgang vorgesehenen Temperatur wenigstens teilweise auflösen. Die genannten Bindemittel können bereits mit der Komponente (a) vermischt werden, bevor noch die Komponente (b) beigefügt wird. Aber auch die Beigabe des Bindemittels zur Komponente (b) ist möglich, oder das trockene Gemisch aus den Komponenten (a > und (b) kann mit dem genannten Bindemittel vermengt werden.
Durch die Beifügung eines Bindemittels zu dem Gemisch aus den Komponenten (a) und (b wird die Verarbeitung dieses Gemisches vor dem Erhitzen zu einem Granulat erleichtert. Die maschinellen Einrichtungen zur Granulierung von pulverförmigen Stoff gemengen sind allgemein bekannt, sodass eine ausführliche Beschreibung nicht erforderlich erscheint. Es kann im Prinzip jede Methode der Formung eines Granulats, sei es mittels eines Pressvorgangs oder einer Strangpressung verwendet werden.
Das derart hergestellte Rohgranulat wird dann erhitzt, damit der erwünschte Blähvorgang stattfindet und das Granulat eine angenähert ovale oder kugelförmige Gestalt annimmt mit einer harten aber zerklüfteten Oberfläche und einer feinzelligen Struktur im Inneren. Wird die Erhitzung des Granulats im obengenannten Temperaturbereich von etwa 900 bis 1050 C vorgenommen, dann bildet sich ein Granulat aus Blähgestein von grosser Gleichmässigkeit sowohl bezüglich seiner Gestalt, als auch seiner mechanischen Eigenschaften.
Es hat sich als zweckmässig erwiesen, durch ein sogenanntes Trennmittel das Zusammenkleben und Zusammenbacken des Granulats an seinen Berührungsstellen zu verhindern. Dies ist deshalb von Wichtigkeit, weil bei der vorgesehenen Temperatur das Material, aus welchem das Granulat besteht, erweicht und klebrig wird. Dieses Trennmittel muss auf die Oberfläche des Granulats vor und/oder während des Erhitzens aufgebracht werden, zweckmässigerweise in Form eines trockenen Pulvers und solange die Oberfläche des Granulats noch feucht ist, damit die Granulatoberfläche vollständig bedeckt ist und eine am Granulat haftende Oberflächenschicht aus diesem Trennmittel geschaffen wird.
Zweckmässiger - aber nicht notwendigerweise wird als Trennmittel der gleiche Stoff verwendet, der dem Gemisch vor seiner Verformung bereits als Bindemittel beigefügt worden ist. Jedenfalls sind Zement, gebrannter und gemahlener Klinker, Hütten-Tonerde (Aluminiumoxyd), oder andere Stoffe mit hydraulischen Eigenschaften als Trennmittel besonders gut geeignet. Dagegen können die, oben als Bindemittel erwähnten Kunststoffe nicht als Trennmittel dienen; wohl aber ist es möglich, ein Granulat, das beispielsweise Kunststoffe als Bindemittel enthält, mit einem der genannten hydraulischen Trennmittel an seiner Oberfläche derart zu behandeln, dass dort die gewünschte, möglichst lükkenlose Schicht sich bildet.
Obwohl pulverförmige trockene Trennmittel bevorzugt werden, besteht prinzipiell auch die Möglichkeit, die Oberfläche des Granulats mit solchen Lösungen oder Emulsionen zu behandeln, die nach dem Trocknen einen Rückstand von Stoffen auf der Oberfläche bilden, die als Trennmittel geeignet sind.
Wie bereits oben erwähnt, sind als Komponente (a) silikathaltige Erden jener Gruppe geeignet, der auch Sandstein, Quarzsand, Bims und Bimserde, Lavaerde und ähnliche Vulkangesteine angehören. Die Komponente (a) muss dabei nicht unbedingt aus nur einer der genannten Erden bestehen. Es hat sich vielmehr als vorteilhaft herausgesaellt, bei Verwendung jener silikathaltigen Erden als Ausgangsmaterial, die keine sogenannten gasbildungsfähigen Substanzen enthalten, wie dies bei Bimserde, Lavaerde und anderen Vulkangesteinen im allgemeinen der Fall ist, der Komponente (a); einen gewissen Anteil von Stoffen beizufügen, die wie beispielsweise Bims, Bimserde, Lavaerde, Vulkangesteine usw. gewisse gasbildungsfähige Substanzen enthalten.
Solche Stoffe können entweder einen Sohlenstoff- anteil besitzen, der beim nachfolgenden Erhitzen des Gemisches die erwünschte Gasbildung bewirkt oder einleitet, in welchem Falle es natürlich nicht notwendig ist, die Komponente (b) in der oben beschriebenen Weise mit einem Kohlenstoffanteil, beispielsweise Russ, zu versehen. Es hat sich aber auch herausgestellt, dass Vulkangesteine wie Bims und Lavaerde infolge ihrer Porosität gierig Feuchtigkeit aufsaugen und ihren Wassergehalt bei der Erhitzung des Gemisches in Form fein verteilter Dampfblasen abgeben, was dann den erwünschten Blähvorgang bewirkt, oder mindestens unterstützt. Derartige poröse Stoffe mit gasbildungsfähigen Substanzen können der gemahlenen Komponente (a) zweckmässigerweise in einer Menge von etwa 10-50 Gew.-O/o beigemengt werden.
Wird also beim vorliegenden Verfahren eine Komponente (a) verwendet, die aus solchen silikathaltigen Erden wie beispielsweise Sandstein und Quarzsand besteht, die selbst keine gasbildungsfähigen Substanzen enthalten, dann können diesem Ausgangsmaterial poröse Stoffe in der genannten Menge beigefügt werden, die ihrerseits gasbildungsfähige Substanzen enthalten. Dieses Gemisch wird dann gemahlen und als Komponente (b) eine verdünnte Wasserglaslösung Na2SiOs beigefügt, worauf die feuchte Masse zu einem Granulat geformt und dieses dann durch Erhitzung im obengenannten Temperaturbereich gebläht wird. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, der gemahlenen Komponente (a) samt porösen Stoffen diese Komponente (b) in einer Menge von etwa 0,5-10 Gew.-O/o Na2SiO3 beizufügen.
Auch hier kann dem trockenen gemahlenen Gemisch aus Komponente (a) mit porösen Stoffen oder auch der bereits die Komponente (b) enthaltenden feuchten Masse vor dem Granulieren ein hydraulisches Bindemittel beigefügt werden, etwa Zement oder gebrannter und gemahlener Klinker. Vor der Erhitzung des Granulats wird zweckmässigerweise wieder ein Trennmittel, etwa als trockenes Pulver auf die Oberfläche des feuchten Granulats aufgebracht und eine am Granulat haftende, möglichst lückenlose Oberflächenschicht geschaffen. Das Trennmittel kann ein hydraulisches Bindemittel, etwa Zement oder gebrannter und gemahlener Klinker sein.
Aus Untersuchungen bei fortschreitender Erhitzung von Granulat, das in der zuletzt genannten Weise aus einem feuchten Gemisch enthaltend die Komponente (a), poröse Stoffe und verdünnte Wasserglaslösung als Komponente (b) besteht, hat sich gezeigt, dass anscheinend von diesen porösen Zusatzstoffen tatsächlich Teile des Wassergehaltes aus der verdünnten Wasserglaslösung zurückgehalten werden. Mit zunehmender Temperatur sintern dann zunächst die durch das Wasserglas verkitteten übrigen Partikel der Komponente (a) zusammen. Dann dürfen zunächst die porösen Stoffe schmelzen und zu blähen beginnen, wodurch die wie ein Impfstoff auch die Blähung des restlichen Anteils der schmelzenden pulverförmigen Partikel der Komponente (a) durch Dampfblasen in den an die letzteren Partikel angeschmolzenen porösen Stoffteilen verursachen.
Obwohl es sich hier nur um eine Arbeitshypothese handelt, scheint sich der Blähvorgang doch in dieser oder einer sehr ähnlichen Weise abzuspielen; jedenfalls wird durch dieses Verfahren ein Granulat aus Blähgestein geschaffen, das in seiner Zellstruktur sehr gleichmässig ist und besonders vorteilhafte mechanische Eigenschaften zeigt. Ausserdem läuft der Herstellungsprozess mit grosser Regelmässigkeit und ohne wesentliche Schwierigkeiten ab.
Die oben genannten silikathaltigen Erden gehören der Klasse der sogenannten natürlichen Silikate an, die von den künstlich hergestellten Silikaten, also den eigentlichen Gläsern, verschieden sind. Zwar enthalten auch die natürlichen Silikate jene Bestandteile, die bei Glasgemengen üblich sind aber zusätzlich noch die für natürliche Silikate charakteristischen Verunreinigungen wie wie Eisenverbindungen, einen höheren Tonerdegehalt und andere Verunreinigungen, ohne aber jene Stoffkombination zu erreichen. die bereits als Keramik anzusprechen ist. Dementsprechend ist das nach dem vorliegenden Verfahren hergestellte Blähgestein durch seine Stoffzusammensetzung von Schaumglas und anderen geblähten Materialien wie Blähton eindeutig zu unterscheiden.
Als silikathalbige Erde hat sich Sandstein mit einer Analyse gemäss Tabelle I als gut brauchbar erwiesen:
Tabelle I
Gehalt an SiO2 62,9 Gew.-O/o
Gehalt an Al2OS 8,9 Gew.-O/o
Gehalt an CaO 5,0 Gew.-O/o
Gehalt an Fe2O5 1,3 Gew.-O/o
Gehalt an MgO 1,1 Gew.-O/o
Gehalt an Alkalien 4,8 Gew.-O/o
Rest andere Stoffe 16,0 Gew.-O/o Dieser Sandstein besitzt natürlich keinen Gehalt an gasbildungsfähigen Substanzen, kann also in der oben beschriebenen Weise mit 10-50 Gew.-o/o solcher Zusatzstoffe vermischt werden, die gasbildungsfähige Substanzen enthalten, beispielsweise Bims oder Lavaerde.
Eine geeignete Sorte Lavaerde besitzt beispielsweise die in Tabelle II wiedergegebene Analyse.
Tabelle II
Gehalt an SiO2 44,2 Gew.-O/o
Gehalt an Al3O3 17,0 Gew.-O/o
Gehalt an CaO 12,0 Gew.-O/o
Gehalt an Fe2O8 13,0 Gew.-O/o
Gehalt an MgO 6,5 Gew.-O/o
Gehalt an Alkali 5,6 Gew.-O/o
Rest andere Stoffe 1,7 Gew.-O/o
Auch Bimskies und bimshaltige Erden können als Zusatzstoffe verwendet werden und weisen beispielsweise die in Tabelle III wiedergegebenen Analysenwerte auf.
Tabelle III
Gehalt an SiO2 58,0 56,9 Gew.- /o
Gehalt an A1203 23,3 18,8 Gew.-O/o
Gehalt an CaO 1,4 2,2 Gew.- /o
Gehalt an Je205 2,8 4,7 Gew.-O/o
Gehalt an MgO 0,3 1,5 Gew.-0/o
Gehalt an Na2O + K2O 13,9 11,0 Gew.-O/o
Rest andere Stoffe 0,3 4,9 Gew.- /o
Wie oben bereits erwähnt, enthalten solche silikathaltigen Erden wie Bims, Bimserde, Lavaerde und Vulkangesteine erfahrungsgemäss gasbildungsfähige Substanzen, nämlich organische kohlenstoffhaltige Be bandteile oder fein verteiltes, beim Erhitzen als Dampfblasen austretendes Wasser.
Falls erwünscht, kann das Ausgangsmaterial auch ausschliesslich aus Bims, Bimserde, Lavaerde oder Vulkangesteinen mit einem Gehalt an gasbildungsfähigen Substanzen bestehen.
Als Ausgangsmaterial ist auch Molasse - Sandstein geeignet, etwa gemäss den drei in Tabelle IV angegebenen Analysen:
Tabelle IV Gehalt an SiO2 57,55 62,68 69,49 Gew.- /o
Gehalt an A1203 20,42 17,64 15,07 Gew.-0/o
Gehalt an CaO 2,17 2,20 0,98 Gew.-O/o
Gehalt an Fe2O2 5,98 5,17 4,34 Gew.-O/o
Gehalt an MgO 2,65 3,28 3,56 Gew.-O/o
Rest unbestimmt bzw. Glühverlust.
Nachstehend sind einige Beispiele zur Herstellung von Blähgestein nach dem vorliegenden Verfahren angegeben.
Beispiel 1
Es wird als Komponente (a) Bimserde gemäss der Analyse von Tabelle III mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 3 O/o staub ein gemahlen bis zu einer Feinheit entsprechend der Blainezahl von etwa 5000. Diese Komponente (a) wird mit 33 Gew.-O/o einer Anmachflüssigkeit innig vermischt, die aus handelsüblichem Natronwasserglas verdünnt mit der gleichen Gewichtsmenge Wasser besteht und die Komponente (b) darstellt.
Nach Fertigstellung dieser feuchten Masse wird hieraus ein Granulat von etwa 1 bis 15 mm Korngrösse hergestellt. Das feuchte Granulat wird mit gebranntem und gemahlenem Klinker bepudert bis die Oberfläche allseits bedeckt ist und dann in einem Drehofen mit Aussenheizung bei einer Temperatur von etwa 400" C getrocknet. Anschliessend wird das Granulat auf eine Temperatur im Bereich von 900 bis 1050 C gebracht, zweckmässigerweise wieder in einem Drehofen mit Aussenheizung und etwa 5 bis 10 Minuten auf dieser Temperatur gehalten, damit der Blähprozess stattfindet.
Nach dieser Blähzeit wird das Granulat möglichst langsam bis auf etwa 100 bis 2000 C abgekühlt, womit dann die Wärmebehandlung abgeschlossen ist.
Beispiel 2
Zu der gemäss Beispiel 1 hergestellten gemahlenen Komponente (a) wird als Komponente (b) eine Anmachflüssigkeit hinzugefügt, die aus etwa 50 Gewichtsteilen handelsüblichem Natronwasserglas, etwa 50 Gewichtsteilen Wasser und 1 bis 2 Gewichtsteilen Glyzerin besteht. Das übrige Herstellungsverfahren bleibt ungeändert.
Beispiel 3
Es werden als Komponente (a) 100 Gewichtsteile Bimserde gemäss der Analyse von Tabelle III und einem Feuchtigkeitsgehalt von etwa 3 0/0 mit einer Komponente (b) aus 4 Gewichtsteilen trockenem festem Rohwasserglas (N3SiO3) vermengt und das Gemisch gemeinsam bis zu einer Feinheit entsprechend einer Blainezahl von etwa 5000 gemahlen. Das gemahlene Gemisch wird ausgebreitet und mit einer Lösung aus 1 Gewichtsteil handelsüblichem Natronwasserglas und 9 Gewichtsteilen Wasser solange besprüht, bis eine Masse von etwa 300/0 Feuchtigkeit entstanden ist.
Diese feuchte Masse wird auf bekannte Weise granu liert, beispielsweise mittels eines sogenannten Granuliertellers; bei Verwendung des Granuliertellers kann dieser auch mit dem gemahlenen trockenen Gemisch beschickt und die Besprühung auf dem Granulierteller vorgenommen werden, wodurch die vom Feuchtigkeitsgrad abhängige Korngrösse beeinflusst werden kann (geringere Feuchtigkeit ergibt ein Granulat kleinerer Korngrösse und umgekehrt). Die weitere Verarbeitung des feuchten Granulats erfolgt wie im Beispiel 1 angegeben.
Beispiel 4
Als Komponente (a) werden 100 Gewichtsteile Bimserde gemäss der Analyse von Tabelle III mit einem Feuchtigkeitsgehalt von etwa 3 O/o verwendet.
Hinzugefügt werden als Komponente (b) etwa 4 Gewichtsteile eines trockenen Gemisches bestehend aus 98 Gew.- /o festem Rohwasserglas und 2 Gew.-O/o Rohrzucker. Dann wird das Gemisch gemahlen auf eine Feinheit entsprechend einer Blainezahl von etwa 5000. Die Herstellung des Granulats aus Blähgestein erfolgt dann wie in Beispiel III beschrieben.
Beispiel 5
Es werden 70 Gewichtsteile Molasse-Sandstein gemäss den in Tabelle 4 wiedergegebenen Analysen als Komponente (a) verwendet. Vor dem Mahlen wird der Komponente (a) als poröser Stoff 30 Gewichtsteile Bimserde gemäss der Analyse von Tabelle III beigemengt. Das trockene Gemisch wird dann gemahlen bis auf eine Feinheit entsprechend der Blainezahl von etwa 3000 bis 4000 oder mehr. Aus diesem gemahlenen Gemisch wird dann in gleicher Weise wie im Beispiel 1 beschrieben, Granulat aus Blähgestein hergestellt.
Beispiel 6
Es wird ein trockenes Gemisch aus etwa 70 Gew.-O/o Molasse-Sandstein etwa gemäss einer der Analysen der Tabelle IV als Komponente (a) und 30 Gew.-O/o Bimserde beispielsweise entsprechend der Analyse der Tabelle II als poröser Stoff hergestellt.
Dem Gemisch werden noch 4 Gewichtsteile festes Rohwasserglas als Komponente (b) beigefügt und die Mischung dann bis auf eine Feinheit entsprechend einer Blainezahl von etwa 5000 gemahlen. In gleicher Weise wie in Beispiel 3 beschrieben wird dann aus dem gemahlenen Gemisch ein geblähtes Material in Form von Granulat hergestellt.
Beispiel 7
Als Komponente (a) wird italienischer Bims (Lipari) verwendet, der mit 20 Gewichtsteilen eines aus der Eifel stammenden porösen Lavatuffgesteins vermengt wird. Diesem trockenen Material wird noch vor dem Mahlen als Komponente (b) ein Anteil von 4 Gewichtsteilen festem Rohwasserglas und 0,2 Gewichtsteilen Kienruss beigefügt. Die Materialien werden gemeinsam gemahlen bis auf eine Feinheit entsprechend einer Blainezahl von etwa 5000. Das gemahlene Gemisch wird dann mit einer Lösung innig vermischt, -die aus 10 Gew.-0/o handelsüblichem Wasser glas und 90 C Gew.-O/o Wasser besteht, bis die Masse etwa 30 /o Gesamtfeuchtigkeit besitzt. Die feuchte Masse wird zu Granulat gerformt, das auf seiner Oberfläche mit einer Trennmittelschicht, beispielsweise Magnesitmehl, versehen wird, etwa durch Bepudern.
Nach erfolgter Trocknung des so behandelten Granulats wird dasselbe in einem Drehofen mit Aussenheizung, unter Zugabe von etwa 1 bis 5 Gew.-O/o des gleichen Trennmittels, während etwa 4 bis 6 Minuten bei einer Temperatur im Bereich von 980 bis 10200 C expandiert. Es entsteht ein geblähtes Material mit feiner Zellstruktur in Form angenähert ovalen oder kugeligen Granulats.
Beispiel 8
Es wird als Komponente (a) Bims der in Beispiel 7 angegebenen Herkunft verwendet und mit etwa 20 Gew.-O/o Afallglas (von bekannter chemischer Zusammensetzung) vermischt; ferner werden als Komponente (b) 4 Gew.-O/o festes Rohwasserglas und etwa 0,2 Gew.- /e Kienruss beigefügt. Das trockene Materialgemisch wird dann bis auf eine Feinheit entsprechend der Blainezahl von etwa 5000 gemahlen und hieraus auf die im Beispiel 7 beschriebene Weise ein Granulat aus Blähgestein hergestellt.
Es sei darauf hingewiesen, dass das vorliegende Verfahren nicht auf die in der obenstehenden Beschreibung und in den Beispielen namentlich genannten Stoffe beschränkt ist. Vielmehr sind alle silikathaltigen Erden als Komponente (a) geeignet und als poröse Stoffe solche silikathaltigen Erden die ausserdem gasbildungsfähige Substanzen enthalten. Das gemahlene Gemisch dieser Stoffe muss entweder bereits Kohlenstoff enthalten oder mit Kohlenstoff versetzt werden, entweder vor Beifügung der Komponente (b) oder zusammen mit dieser bzw. nachher. Als Komponente (b) ist Natronwasserglas vorzusehen, doch können eventuell auch andere Blähmittel verwendet werden. Der Gehalt in Gew.-01o an Blähmittel in der Masse vor deren Erhitzung beeinflusst die entstehende Zellstruktur und dementsprechend die Festigkeitswerte des geblähten Materials.
Der für das jeweils vorliegende Stoffgemisch günstigste Blähmittelanteil kann aber durch einige wenige Versuche rasch ermittelt werden; die oben genannten prozentuellen Angaben stellen nur Beispiele dar und das Verfahren ist hierauf nicht beschränkt.
Das nach dem vorliegenden Verfahren hergestellte Blähgestein kann zwar, wie in den obenstehenden Beispielen 1 bis 8 beschrieben, vorzugsweise in Form von angenähert ovalem oder kugeligem Granulat hergestellt werden, wie es als Zugabe zu Baustoffen zwecks Erzeugung sogenannter Leichtbaustoffe erwünscht ist.
Das Verfahren ist aber hierauf keineswegs beschränkt und auch zur Erzeugung grösserer Formkörper aus geblähtem Material geeignet, indem es innerhalb entsprechender Formen gebläht wird. Beispielsweise können ebene oder gekrümmte Steine, Ziegel, Platten, Röhren und dergleichen aus dem geblähten Material hergestellt werden. Die nachstehend dargelegten Merkmale des nach dem vorliegenden Verfahren hergestellten Granulats gelten also analog auch für Formkörper anderer Gestalt aus dem Blähgestein.
In Fig. 1 sind sechs verschiedene Muster eines Granulats, hergestellt nach dem obenstehenden Beispiel 1, jeweils halbiert und mit der Schnittfläche nach oben wiedergegeben; ferner zeigt Fig. 1 je eine Vergrösserung der Muster Nr. 1, 4 und 6. Es wurde bei jedem Muster der Anteil von Na2SiOs im angemachten feuchten Gemisch vor dem Erhitzen bestimmt und durch stärkere oder weniger starke Verdünnung der Anmachflüssigkeit variiert. Der Zahlenwert M gibt den Anteil von N2SiOS in Gewichtsprozenten des Ausgangsmaterials an. Mit R ist das Raumgewicht des be treffenden Granulats in kg/m3 bezeichnet und mit Kp desssen Druckfestigkeit gemessen in kg/m2.
Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass die Druckfestigkeit Kp bei einem Blähmittelanteil von etwa 3 bis 4 Gew.-O/o die günstigsten Werte besitzt und sowohl bei höheren als auch bei niedrigeren Werten absinkt. Die in Fig. 1 mit Nr. 3 und 4 bezeichneten Proben entsprechen etwa dem Beispiel 1 und zeigen, ausser einer sehr guten Druckfestigkeit auch eine gleichmässige feine Zellstruktur, herrührend von einer geringeren Aufblähung als beispielsweise bei der Probe Nr. 1 mit höherem Wasserglasgehalt. Bei zu geringem Wasserglasgehalt wie bei der Probe Nr. 6 ergibt sich eine unregelmässige Zellstruktur, die ungenügenden Zusammenhalt besitzt, also weniger druckfest ist.
Ein Granulat aus Blähton, wie es unter der Bezeichnung LECA handelsüblich ist, besitzt bei einem Raumgewicht von etwa 600 bis 900 kg/ 3 eine Druckfestigkeit kleiner als 30 kg/ 2. Dagegen gestattet das geblähte Material gemäss dem vorliegenden Verfahren die Herstellung eines Granulates mit einem Raumgewicht im Bereich von etwa 200 bis 1200 kg/m5 und mit einer Druckfestigkeit im Bereich von etwa 30 bis über 100kg/m2. Dieser ausgedehnte Bereich von Raumgewicht und Druckfestigkeit des Blähgesteingranulates zeigt die Überlegenheit des vorliegenden Verfahrens, das die Herstellung von Blähgesteinen für die verschiedensten technischen Anwendungen ermöglicht.
Eine vorteilhafte Eigenschaft des Blähgesteins nach dem vorliegenden Verfahren ist auch dessen merklich niedrigere Wasseraufnahme verglichen mit derjenigen von Blähton, obwohl das vorliegende Verfahren bei niedrigeren Temperaturen und mit wesentlich geringerem Energieaufwand als die Blähtonherstellung durchgeführt wird.
Die obengenannten mechanischen Eigenschaften ermöglichen eine einwandfreie Unterscheidung des Granulates aus Blähgestein vom Blähtongranulat. Wird nämlich die Druckfestigkeit Kp in kg/cm2 in Abhängigkeit vom Raumgewicht R in kg/m3 graphisch aufgetragen, wie im Diagramm der Fig. 2, dann liegen die Werte für das gemäss dem beschriebenen Verfahren hergestellte Blähgestein im Bereich oberhalb der Linie A die durch die Formel Kp=0,2 R - 50 definiert ist.
Beispielsweise zeigen die Kurven B und C die Druckfestigkeiten von Granulat verschiedenen Raumgewichts bei Kurve C gemessen an unverletzten runden Granulatkörpern von etwa 12 mm Durchmesser und bei Kurve C gemessen an würfelförmig abgeschliffenen Granulatkörpern mit 10 mm Kantenlänge. Zum Vergleich sind die an würfelförmig zugeschliffenen LECA Granulatkörper mit 10 mm Kantenlänge gemessenen Druckfestigkeiten in Kurve D wiedergegeben.
Das Blähgestein in Form von Granulat besitzt aber noch eine andere Eigenschaft, die bei seiner Verwendung als Zuschlag zu Baustoffen von grosser Bedeutung ist. Wie oben bereits erwähnt, wird das noch feuchte Granulat mit einem Trennmittel wie Zement, gebranntem und gemahlenem Klinker oder anderen hydraulischen Stoffen an seiner Oberfläche so behandelt, dass dort eine möglichst lückenlose Schicht entsteht. Beim Blähvorgang im Temperaturbereich von 800 bis 12000 C wird diese Oberflächenschicht zwar teilweise aufgelöst, aber beim fertigen Granulat sind nach wie vor hydraulische Bindemittel an der Oberfläche vorhanden in solchem Zustand, dass dieselben mindestens noch einen Rest ihrer ursprünglichen hydraulischen Eigenschaften aufweisen.
Dies rührt voraussichtlich davon her, dass die üblichen hydraulischen Bindemittel, besonders Zement, sowie gebrannter und gemahlener Klinker bei der höchsten vorkommenden Temperatur von 12000 C ihre hydraulischen Eigenschaften vollständig verlieren; bei noch höheren Temperaturen ist dies bekanntlich der Fall, weshalb die Oberfläche von Blähton- oder Glasschaumgranulaten keine hydraulischen Eigenschaften mehr besitzen. Wird ein Blähgesteingranulat mit noch vorhandener hydraulischer Bindefähigkeit an seiner Oberfläche als Zuschlag einer Mörtelmischung für Baustoffe beigefügt, dann werden diese hydraulischen Bindekräfte an der Granulatoberfläche aktiv und bewirken eine Verankerung des Granulats im Baustoff, wie sie bisher bei anderen Granulaten nicht erzielbar ist.
Zweckmässigerweise sollte bei der Herstellung von Blähgesteingranulat nach dem vorliegenden Verfahren als Trennmittel das gleiche hydraulische Bindemittel verwendet werden wie in dem Baustoff, dem das Granulat später zugegeben werden soll.
PATENTANSPRUCH 1
Verfahren zur Herstellung von geblähten Materialien durch Erhitzung eines Schmelz- und Blähmittel enthaltenden Gemisches, dadurch gekennzeichnet, dass im Gemisch als Komponente (a) solche gemahlene natürliche Silikate und silikathaltige Erden und Steine verwendet werden, die nach Beimischung der ein Schmelz- und Blähmittel darstellenden Komponente (b) durch Erhitzung auf 800 bis 12000 C verglasen und zu einer Masse mit Zellstruktur aufschäumen, die unterkühlbar ist, ohne zu rekristallisieren.
UNTERANSPRt3CHE
1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass im Gemisch als Komponente (a) Sandsteine, Quarzsand, Bims, Bimserde, Lavaerde oder ähnliche Vulkangesteine verwendet werden.
2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das gesamte trockene Gemisch vor dem Erhitzen bis auf eine Mahlfeinheit entsprechend einer Blainezahl von mindestens 1500 gebracht wird.
3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente (b) ein kohlenstoffhaltiges Schmelz- und Blähmittel beigemischt wird.
4. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass als Komponente (b) ein Schmelzund Blähmittel als Suspension aus Russ und Wasserglas hergestellt, mit einem Trägermaterial vermischt, eingetrocknet und als Pulver der gemahlenen Komponente (a) beigefügt wird.
5. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension mit Glasmehlpulver als Trägermaterial vermischt wird.
6. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension mit Bentonit als Trägermaterial vermischt wird.
**WARNUNG** Ende DESC Feld konnte Anfang CLMS uberlappen**.
Process for the production of welded materials and expanded rock produced according to this
The present invention relates to a method for producing expanded materials and an expanded rock produced therefrom.
There are already a number of methods known to produce expanded materials by heating a mixture of the respective starting material and water glass mixed with carbon, whereby - if the expanded products are in the form of granules - a release agent to prevent the granules from sticking together can be used.
A large number of puffed materials are already known from the most varied of substances, in particular foamed plastics are widespread in technology; Here, a suitable synthetic resin is either mechanically foamed or transformed into a material with a cell structure by adding a blowing agent suitable for gas formation.
In addition to these foamed plastics, for example, expanded materials of a vitreous nature are also known, for example as granules of an approximately spherical shape with a cell structure that is produced by blowing agents in glass powder heated to softening.
Expanded clay has also been known for a long time as a material with a cell structure and has recently become widespread in the form of granules with a cell structure under the trade name LRCA, especially as an aggregate for the production of so-called lightweight concrete.
The advantages of the two last-mentioned expanded materials, i.e. glass foam granulate and expanded clay granulate, as an additive to lightweight concrete for construction purposes, are offset by the disadvantages of the relatively expensive production of these expanded materials, but also the strength values that do not meet all requirements. Furthermore, the granulate made of foam glass contains a high level of alkali, which is highly undesirable, especially when used as an additive to cement-containing building materials. Accordingly, there has long been a need for an expanded material that is cheaper to produce than glass foam and expanded clay, which has greater mechanical strength than an aggregate that results in a lightweight concrete for higher mechanical stress and contains fewer alkalis than glass foam.
The present invention provides a solution to this problem and relates to a method for producing expanded materials by heating a mixture containing a melting and expanding agent.
It is characteristic here that in the mixture as component (a) those ground natural silicates and silicate-containing earths and stones are used which, after admixing the component (b), which is a melting and blowing agent, vitrify by heating to 800 to 12000 C and form a Foam a mass with a cell structure that can be supercooled without recrystallising.
The invention also relates to an expanded rock with a cell structure produced by this method, characterized by a composition of matter which has glass components and which also includes the impurities originating from natural silicates.
Natural silicates and silicate-containing earths and stones are substances such as sandstone, quartz sand, molasse sandstone, pumice and pumice earth, lava earth, volcanic stones and similar materials.
The invention is explained in more detail below in some exemplary embodiments with reference to FIGS. 1 and 2. Of these shows:
1 shows a table with a photographic reproduction of cross-sections through six samples No. 1 to 6 of an approximately spherical granulate, as well as photographic enlargements of the cross-sections of the samples No. 1, 4 and 6.
2 shows a diagram of compressive strengths of different bodies with a cell structure.
The present process and the products manufactured according to it are based on the empirically found knowledge, confirmed by extensive series of tests, that silicate-containing earths in a finely ground state are suitable as component (a) in a mixture for the production of expanded materials. If such a powdery component (a), similar to what is known from foam glass production, is provided with a carbon content and a blowing agent as components, then this mixture is produced when this mixture is heated to a temperature in the range from 800 to 12,000 C or, better, from 900 to 1050 C. an expanded material that has the desired cell structure.
Sandstone, quartz sand, pumice and pumice earth, lava earth and similar volcanic stones are particularly suitable as silicate-containing earths, but also all other silicate-containing earths and stones belonging to the group of natural silicates. The expanded material is therefore an expanded rock, in contrast to expanded glass or expanded clay.
From a technical point of view, the present process differs clearly and unmistakably from the production of expanded glass, which is produced from glass powder, as a starting material, as fine-grained ground glass. Of course, the glass itself is made of quartz sand, for example, but for this purpose it is melted and chemically added, e.g. B. Soda, must be processed into a raw glass melt, which then, after solidifying into a glass mass, pulverized the raw material for the production of expanded glass results. In contrast to this, in the present method the quartz sand is ground sufficiently finely and used as component (a) without first producing a glass mass.
Since the manufacturing process of the glass mass itself, which is indispensable for the production of foam glass, is omitted, that is to say the considerable amount of energy required for this is saved, the present method is significantly cheaper than that for the production of expanded glass. Of course, the expanded stone produced by the present method is also clearly different in appearance and in its properties from the known types of glass foam and can also be clearly distinguished from them by checking its material composition.
It is essential for the present process that component (a) is finely ground. The fineness of the grind should preferably be increased so that the Blaine number (surface in cm2 per gram of weight) is at least 2500.
The methods and devices for achieving such a fineness of grinding are known, as are the measuring methods for determining the so-called Blaine number, so that a detailed description is unnecessary.
A blowing agent is added to component (a) as component (b) which either has a carbon content itself or is added in finely divided form to the carbon, for example in the form of soot. A blowing agent suitable as component (b) is, for example, an emulsion of carbon black and water glass (NaOSiO), which is mixed with a suitable carrier material, dried and pulverized; Glass powder, for example, has proven to be a suitable carrier material. This pulverulent component (b) is then mixed with component (a), it being irrelevant whether the pulverized component (b) is added before the grinding process of component (a) or afterwards.
In any case, the entire dry mixture of components (a) and (b) must have the grinding fineness specified above, so that it is advisable to prepare this mixture before the grinding process so that all components of the mixture pass through the grinding device together.
In the production of component (b) as an emulsion from carbon black, water glass and a carrier material, substances such as bentonite and kieselguhr have also proven useful as such a carrier material. Of course, a large number of other substances are also suitable as carrier material, but it must be ensured that this carrier material does not add any substances to the mixture that adversely affect the subsequent expansion process or would be disadvantageous for the use of the expanded rock produced.
When carrying out the present process, it has been found to be advantageous, but not absolutely necessary, to add a binder in addition to component (a) and the carbon-containing component (b). A binder with hydraulic properties is preferably used, for example cement, burnt and ground clinker, gypsum or the like. But synthetic resins are also suitable as binders of this type, in particular synthetic resins of the group to which phenol-formaldehyde resins and furan resins also belong.
It is preferable to use binders which at least partially dissolve at the temperature provided for the expansion process. The binders mentioned can already be mixed with component (a) before component (b) is added. However, it is also possible to add the binder to component (b), or the dry mixture of components (a> and (b)) can be mixed with the binder mentioned.
The addition of a binding agent to the mixture of components (a) and (b) facilitates the processing of this mixture into granules prior to heating. The mechanical equipment for granulating pulverulent material mixtures is well known, so that a detailed description does not appear necessary In principle, any method of shaping a granulate can be used, be it by means of a pressing process or an extrusion.
The raw granules produced in this way are then heated so that the desired swelling process takes place and the granules assume an approximately oval or spherical shape with a hard but fissured surface and a fine-cell structure inside. If the heating of the granulate is carried out in the above-mentioned temperature range of about 900 to 1050 C, then a granulate of expanded rock is formed which is very uniform both in terms of its shape and its mechanical properties.
It has proven to be useful to use a so-called separating agent to prevent the granules from sticking together and sticking together at their points of contact. This is important because, at the intended temperature, the material from which the granulate is made softens and becomes sticky. This release agent must be applied to the surface of the granulate before and / or during the heating, expediently in the form of a dry powder and as long as the surface of the granulate is still moist so that the granulate surface is completely covered and a surface layer adhering to the granulate is created from this release agent becomes.
It is more appropriate - but not necessarily - to use the same substance as the release agent that was added to the mixture as a binding agent before it was deformed. In any case, cement, burnt and ground clinker, metallurgical clay (aluminum oxide), or other substances with hydraulic properties are particularly suitable as separating agents. In contrast, the plastics mentioned above as binders cannot serve as release agents; however, it is possible to treat a granulate, which contains, for example, plastics as a binder, with one of the hydraulic release agents mentioned on its surface in such a way that the desired, gapless layer is formed there.
Although powdery dry release agents are preferred, there is in principle also the possibility of treating the surface of the granulate with solutions or emulsions which, after drying, form a residue of substances on the surface that are suitable as release agents.
As already mentioned above, silicate-containing earths are suitable as component (a) from that group to which sandstone, quartz sand, pumice and pumice earth, lava earth and similar volcanic rocks also belong. The component (a) does not necessarily have to consist of only one of the earths mentioned. Rather, it has turned out to be advantageous when using those silicate-containing earths as starting material that do not contain any so-called gas-forming substances, as is generally the case with pumice earth, lava earth and other volcanic rocks, component (a); add a certain amount of substances that contain certain gas-forming substances such as pumice, pumice earth, lava earth, volcanic rocks, etc.
Such substances can either have a carbon component which, when the mixture is subsequently heated, causes or initiates the desired gas formation, in which case it is of course not necessary to add component (b) in the manner described above with a carbon component, for example soot Mistake. However, it has also been found that volcanic rocks such as pumice and lava earth, due to their porosity, greedily absorb moisture and release their water content in the form of finely divided vapor bubbles when the mixture is heated, which then causes or at least supports the desired expansion process. Such porous substances with substances capable of forming gases can expediently be added to the ground component (a) in an amount of about 10-50% by weight.
So if a component (a) is used in the present process, which consists of such silicate-containing earths as sandstone and quartz sand, which themselves do not contain any gas-forming substances, then porous substances can be added to this starting material in the specified amount, which in turn contain gas-forming substances. This mixture is then ground and a dilute waterglass solution Na2SiOs is added as component (b), whereupon the moist mass is formed into granules and these are then expanded by heating in the above-mentioned temperature range. It has been found to be advantageous to add this component (b) to the ground component (a) including porous substances in an amount of about 0.5-10% by weight of Na2SiO3.
Here, too, a hydraulic binding agent, such as cement or burnt and ground clinker, can be added to the dry, ground mixture of component (a) with porous substances or to the moist mass already containing component (b) before granulation. Before the granulate is heated, a release agent, for example as a dry powder, is expediently applied to the surface of the moist granulate and a surface layer adhering to the granulate, as complete as possible, is created. The release agent can be a hydraulic binder, such as cement or burned and ground clinker.
From investigations with progressive heating of granules, which in the last-mentioned way consists of a moist mixture containing the component (a), porous substances and dilute water glass solution as component (b), it has been shown that apparently of these porous additives actually parts of the Water content are retained from the dilute waterglass solution. As the temperature rises, the remaining particles of component (a) cemented by the water glass then first sinter together. Then the porous substances are allowed to melt and begin to expand, which, like a vaccine, also cause the remaining portion of the melting powdery particles of component (a) to expand by means of vapor bubbles in the porous material parts fused to the latter particles.
Although this is only a working hypothesis, the bloating process seems to take place in this or a very similar way; In any case, this process creates a granulate made of expanded rock which is very uniform in its cell structure and shows particularly advantageous mechanical properties. In addition, the manufacturing process runs with great regularity and without any major difficulties.
The above-mentioned silicate-containing earths belong to the class of so-called natural silicates, which are different from the artificially produced silicates, i.e. the actual glasses. Although the natural silicates also contain those components that are common in glass batches, they also contain the impurities characteristic of natural silicates such as iron compounds, a higher alumina content and other impurities, but without reaching that combination of substances. which can already be addressed as ceramic. Accordingly, the expanded rock produced by the present process can be clearly distinguished by its material composition from foam glass and other expanded materials such as expanded clay.
As a silicate-half earth, sandstone has proven to be very useful with an analysis according to Table I:
Table I.
SiO2 content 62.9% by weight
Al2OS content 8.9% by weight
CaO content: 5.0% by weight
Fe2O5 content 1.3 wt. O / o
MgO content 1.1% by weight
Alkali content 4.8% by weight
Remainder other substances 16.0 wt. O / o This sandstone naturally has no content of gas-forming substances, so it can be mixed in the manner described above with 10-50 wt. O / o such additives that contain gas-forming substances, for example Pumice or lava earth.
A suitable type of lava earth has, for example, the analysis given in Table II.
Table II
SiO2 content 44.2% by weight
Al3O3 content 17.0% by weight
CaO content 12.0% by weight
Fe2O8 content 13.0% by weight
MgO content 6.5% by weight
Alkali content 5.6% by weight
Remainder other substances 1.7% by weight
Pumice gravel and pumice-containing earths can also be used as additives and have, for example, the analytical values shown in Table III.
Table III
SiO2 content 58.0 56.9 wt / o
Content of A1203 23.3 18.8% by weight
CaO content 1.4 2.2 wt / o
Content of each 205 2.8 4.7% by weight
MgO content 0.3 1.5% by weight
Content of Na2O + K2O 13.9 11.0% by weight
Remainder other substances 0.3 4.9 wt / o
As already mentioned above, such silicate-containing earths such as pumice, pumice earth, lava earth and volcanic rocks contain gas-forming substances, namely organic carbon-containing tape parts or finely divided water that escapes as steam bubbles when heated.
If desired, the starting material can also consist exclusively of pumice, pumice earth, lava earth or volcanic rocks with a content of gas-forming substances.
Molasse sandstone is also suitable as a starting material, for example according to the three analyzes given in Table IV:
Table IV SiO2 content 57.55 62.68 69.49 wt / o
Content of A1203 20.42 17.64 15.07% by weight
CaO content 2.17 2.20 0.98 wt. O / o
Fe2O2 content 5.98 5.17 4.34 wt. O / o
MgO content 2.65 3.28 3.56 wt. O / o
Remainder indefinite or loss on ignition.
Some examples of the production of expanded rock by the present method are given below.
example 1
It is as component (a) pumice according to the analysis of Table III with a moisture content of 3 O / o dust ground to a fineness corresponding to the Blaine number of about 5000. This component (a) is 33 wt. O / o a mixing liquid intimately mixed, which consists of commercially available soda water glass diluted with the same weight of water and which is component (b).
After completion of this moist mass, granules with a grain size of about 1 to 15 mm are produced from it. The moist granulate is powdered with burnt and ground clinker until the surface is covered on all sides and then dried in a rotary kiln with external heating at a temperature of about 400 ° C. The granulate is then brought to a temperature in the range from 900 to 1050 ° C., expediently again in a rotary kiln with external heating and held at this temperature for about 5 to 10 minutes so that the expansion process takes place.
After this expansion time, the granulate is cooled as slowly as possible to around 100 to 2000 C, which then concludes the heat treatment.
Example 2
To the ground component (a) prepared according to Example 1, a mixing liquid is added as component (b), which consists of about 50 parts by weight of commercially available soda waterglass, about 50 parts by weight of water and 1 to 2 parts by weight of glycerine. The rest of the manufacturing process remains unchanged.
Example 3
100 parts by weight of pumice earth according to the analysis of Table III and a moisture content of about 3% with a component (b) of 4 parts by weight of dry, solid raw waterglass (N3SiO3) are mixed as component (a) and the mixture together to a fineness accordingly milled to a Blaine number of about 5000. The ground mixture is spread out and sprayed with a solution of 1 part by weight of commercially available soda waterglass and 9 parts by weight of water until a mass of about 300/0 moisture has formed.
This moist mass is granulated in a known manner, for example by means of a so-called granulating plate; When using the granulating plate, this can also be charged with the ground dry mixture and spraying can be carried out on the granulating plate, whereby the grain size, which depends on the degree of moisture, can be influenced (lower humidity results in granulate with a smaller grain size and vice versa). The moist granules are further processed as indicated in Example 1.
Example 4
100 parts by weight of pumice earth according to the analysis of Table III with a moisture content of about 3% are used as component (a).
About 4 parts by weight of a dry mixture consisting of 98% by weight of solid raw waterglass and 2% by weight of cane sugar are added as component (b). The mixture is then ground to a fineness corresponding to a Blaine number of about 5000. The granulate is then produced from expanded rock as described in Example III.
Example 5
70 parts by weight of molasse sandstone are used as component (a) according to the analyzes shown in Table 4. Before grinding, component (a) is admixed as a porous substance with 30 parts by weight of pumice earth according to the analysis of Table III. The dry mixture is then ground to a Blaine number of about 3000 to 4000 or more. In the same way as described in Example 1, granules of expanded rock are then produced from this ground mixture.
Example 6
A dry mixture of about 70% by weight molasses sandstone according to one of the analyzes in Table IV as component (a) and 30% by weight pumice, for example according to the analysis in Table II as a porous substance, is produced .
4 parts by weight of solid raw waterglass are added to the mixture as component (b) and the mixture is then ground to a fineness corresponding to a Blaine number of about 5000. In the same way as described in Example 3, an expanded material in the form of granules is then produced from the ground mixture.
Example 7
Italian pumice (Lipari) is used as component (a), which is mixed with 20 parts by weight of a porous lava rock from the Eifel region. A proportion of 4 parts by weight of solid raw waterglass and 0.2 parts by weight of pine soot is added to this dry material as component (b) before it is ground. The materials are ground together to a fineness corresponding to a Blaine number of about 5000. The ground mixture is then intimately mixed with a solution consisting of 10% by weight of commercially available water and 90 ° C. by weight of water exists until the mass has about 30 / o total moisture. The moist mass is shaped into granules, which are provided with a separating agent layer, for example magnesite flour, on its surface, for example by powdering.
After the granules treated in this way have dried, they are expanded in a rotary kiln with external heating, with the addition of about 1 to 5% by weight of the same release agent, for about 4 to 6 minutes at a temperature in the range from 980 to 10200 C. The result is an expanded material with a fine cell structure in the form of approximately oval or spherical granules.
Example 8
It is used as component (a) pumice of the origin indicated in Example 7 and mixed with about 20% by weight of ash glass (of known chemical composition); Furthermore, 4% by weight of solid raw waterglass and about 0.2% by weight of pine soot are added as component (b). The dry material mixture is then ground to a fineness corresponding to the Blaine number of about 5000 and from this, in the manner described in Example 7, granules of expanded rock are produced.
It should be pointed out that the present process is not restricted to the substances named in the above description and in the examples. Rather, all silicate-containing earths are suitable as component (a) and, as porous substances, those silicate-containing earths which also contain gas-forming substances. The ground mixture of these substances must either already contain carbon or be mixed with carbon, either before adding component (b) or together with it or afterwards. Soda waterglass is to be provided as component (b), but other blowing agents may also be used. The content in percent by weight of blowing agent in the mass before it is heated influences the resulting cell structure and accordingly the strength values of the expanded material.
The most favorable blowing agent proportion for the particular mixture of substances present can, however, be determined quickly through a few experiments; the percentages given above are only examples and the method is not restricted to them.
The expanded rock produced by the present process can, as described in Examples 1 to 8 above, preferably be produced in the form of approximately oval or spherical granules, as is desired as an addition to building materials for the purpose of producing so-called lightweight building materials.
However, the method is by no means restricted to this and is also suitable for producing larger shaped bodies from expanded material by expanding it within appropriate shapes. For example, flat or curved stones, bricks, slabs, tubes and the like can be made from the expanded material. The features of the granulate produced by the present method, set out below, also apply analogously to molded bodies of a different shape made from the expanded rock.
In Fig. 1, six different samples of a granulate, produced according to the above Example 1, each halved and shown with the cut surface facing up; 1 also shows an enlargement of samples 1, 4 and 6. For each sample, the proportion of Na2SiOs in the prepared, moist mixture was determined before heating and varied by greater or lesser dilution of the mixing liquid. The numerical value M indicates the proportion of N2SiOS in percent by weight of the starting material. R is the density of the granulate in question in kg / m3 and Kp is its compressive strength, measured in kg / m2.
It can be seen from FIG. 1 that the compressive strength Kp has the most favorable values with a blowing agent content of about 3 to 4% by weight and decreases both with higher and with lower values. The samples designated in Fig. 1 with no. 3 and 4 correspond roughly to Example 1 and show, in addition to very good compressive strength, a uniform fine cell structure, resulting from less swelling than, for example, in sample no. 1 with a higher waterglass content. If the water glass content is too low, as in sample no. 6, the result is an irregular cell structure that has insufficient cohesion, i.e. is less pressure-resistant.
A granulate made of expanded clay, as it is commercially available under the name LECA, has a compressive strength of less than 30 kg / 2 with a density of about 600 to 900 kg / 3. In contrast, the expanded material according to the present process allows the production of granules with a Volume weight in the range from about 200 to 1200 kg / m5 and with a compressive strength in the range from about 30 to over 100 kg / m2. This extensive range of density and compressive strength of the expandable rock granulate shows the superiority of the present process, which enables the production of expanded rock for a wide variety of technical applications.
An advantageous property of the expanded rock according to the present process is also its markedly lower water absorption compared to that of expanded clay, although the present process is carried out at lower temperatures and with significantly less energy than the manufacture of expanded clay.
The above-mentioned mechanical properties enable a perfect distinction between the granulate made of expanded stone and expanded clay granulate. If the compressive strength Kp in kg / cm2 is plotted graphically as a function of the volume weight R in kg / m3, as in the diagram in FIG. 2, then the values for the expanded rock produced according to the method described are in the range above the line A through the Formula Kp = 0.2 R - 50 is defined.
For example, curves B and C show the compressive strengths of granules of different density in curve C measured on undamaged round granules of about 12 mm diameter and in curve C measured on cube-shaped granules with an edge length of 10 mm. For comparison, the compressive strengths measured on LECA granules ground into cubes with an edge length of 10 mm are shown in curve D.
The expanded rock in the form of granules has another property that is of great importance when used as an additive to building materials. As already mentioned above, the still moist granulate is treated on its surface with a release agent such as cement, burnt and ground clinker or other hydraulic substances so that a layer with as few gaps as possible is created. During the expansion process in the temperature range from 800 to 12000 C, this surface layer is partially dissolved, but the finished granulate still has hydraulic binders on the surface in such a state that they still have at least some of their original hydraulic properties.
This is probably due to the fact that the usual hydraulic binders, especially cement, as well as burnt and ground clinker completely lose their hydraulic properties at the highest temperature of 12000 C; This is known to be the case at even higher temperatures, which is why the surface of expanded clay or glass foam granules no longer have hydraulic properties. If an expanded rock granulate with still existing hydraulic binding capacity is added to its surface as an additive to a mortar mixture for building materials, then these hydraulic binding forces on the granulate surface become active and cause the granulate to be anchored in the building material in a way that was previously not possible with other granulates.
It is advisable to use the same hydraulic binder as the separating agent used in the production of expanded rock granulate according to the present process as in the building material to which the granulate is to be added later.
PATENT CLAIM 1
Process for the production of expanded materials by heating a mixture containing melting and blowing agents, characterized in that in the mixture as component (a) those ground natural silicates and silicate-containing earths and stones are used which, after admixing the component representing a melting and blowing agent (b) Vitrify by heating to 800 to 12000 C and foam it to a mass with a cell structure that can be supercooled without recrystallizing.
SUBSTANTIAL
1. The method according to claim I, characterized in that as component (a) sandstones, quartz sand, pumice, pumice earth, lava earth or similar volcanic rocks are used as a mixture.
2. The method according to claim I, characterized in that the entire dry mixture is brought to a grinding fineness corresponding to a Blaine number of at least 1500 before heating.
3. The method according to claim I, characterized in that a carbon-containing melting and blowing agent is added as component (b).
4. The method according to claim I, characterized in that as component (b) a melting and blowing agent is produced as a suspension of carbon black and water glass, mixed with a carrier material, dried and added as a powder to the ground component (a).
5. The method according to claim I and dependent claim 4, characterized in that the suspension is mixed with glass flour powder as a carrier material.
6. The method according to claim I and dependent claim 4, characterized in that the suspension is mixed with bentonite as a carrier material.
** WARNING ** End of DESC field could overlap beginning of CLMS **.