Verfahren zur Herstellung eines Silikatschaumgranulats sowie Silikatschaumgranulat und Verwendung desselben
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Leichtbaustoffes in Form von Silikatschaumgranuiat.
Es ist bekannt, gemahlene Eruptivgesteine wie Lava, Bimserden oder auch diesbezügliche Tone besonderer Zusammensetzung zu mahlen bzw. zu mischen zu granulieren und dann in einem Drehofen zu einem Blähbzw. einem Schaumsilikatkörper zu blähen. Es ist auch besonders bekannt künstliche Silikatmehle, wie Glaspulver mit einem Binder wie Wasserglas und einem organischen Stoff, z. B. Glyzerin, zu vermengen, zu granulieren und zu einem Leichtbaustoff aufzublähen.
Der Blähton (Leca) ist als Isolierleichtzuschlagsstoff bekannt und hat grosse Verbreitung für die Herstellung von Leichtbeton gefunden. Es ist insbesondere bei dem letztgenannten Blähtonherstellungsverfahren nicht möglich, feinporige Isolierkörper mit geschlossenen Zellen und einem Schüttgewicht unter 200 kg/m3 bei einer Korngrösse von 1-15 mm herzustellen.
Anderseits steht bei den sogenannten Glasschaumgranulatherstellungsverfahren (Balolit und Schaumkies) nicht genügend billiger Rohstoff (Abfallglas) zur Ver fügung.
Ausserdem haben Glasschaumgranulate einen relativ tiefen Erweichungspunkt, was für manche Isolierungen noch dazu einen Nachteil bedeutet.
Desweitern ist das Glasschaumgranulat alkalihaitig was bei der Verarbeitung zusammen mit Zement unerwünscht ist. Daher ist das Bedürfnis nach einem billigen Leichtzuschlagsstoff, welcher den Anforderungen voll zu genügen vermag, sehr gross.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Lösung der Aufgabe dar und betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Leichtbaustoffes in Form von Silikatschaumgranu- lat durch Erhitzung eines, zwischen 800 und 11000 C verglasenden Silikatgemenges, dass sich dadurch auszeichnet, dass als Ausgangsmaterial feinkörniges Eruptivsilikat verwendet, angemörtelt und granuliert, dann mit C-haltigem Material gepudert und durch Erhitzen auf die Verglasungstemperatur zu einem Schaumgranulat mit Zellstruktur aufgeschäumt wird, das nach Abkühlung seine Schaumstruktur mit über 1000 vorwiegend geschlossenen Zellen pro cm im wesentlichen beibehält.
Das vorliegende Verfahren und die hernach hSerge- stellten Produkte beruhen aus der empirisch gefundenen und durch umfangreiche Versuchsreihen erhärteten Erkenntnis, dass als Ausgangsmaterial natürliche Silikate mit mindest teilweise kolioidal vorliegender OH-haltige Eruptivsilikat, zersetzten Vulkanaschen und Tuffen mit hohem Quellvermögen geeignet sein können.
Wird beispielsweise ein solches Ausgangsmaterial nach bekannter Methode granuliert, gegebenenfalls mit Kohlenstaub bepudert, vorsichtig, d. h. bei mässiger Temperatur (100-4000 C) und schonender Bewegung getrocknet und rasch auf 800-11000 C je nach seiner Verglasungstemperatur erhitzt, dann resultiert ein geblähets Material mit gewünschter Feinporigkeit und niederem Raumgewicht. Durch mehr oder weniger rascher Trocknungstemperatur bzw. Dauer der Trocknungszeit hat man es in der Hand, ein hochgeblähtes leichtes oder ein weniger geblähtes schweres Schaumsilikat herzustellen. Auch kann ein bereits gesintertes oder vorgeblähtes Material wieder fein gemahlen und neuerdings gegebenenfalls unter Zugabe geringer Mengen des hoch aktiven OH-haltigen Silikates, wie z. B.
Bentonits oder ähnlichen Lehmen, neuerdings zum Blähen gebracht werden. Ja in manchen Fällen, insbesondere bei Tonen herrührend aus Eruptivgesteinszerfall, gelingt es auch ohne die erwähnten Zusätze bei rascher Erhitzung in reduzierender Atmosphäre oder in Gegenwart von Kohlenstoff, Isolierkörper mit Feinstruktur zu blähen.
Ein derartig feinporiger Silikatschaumkörper, insbesondere in Granulatform von annähernd ovaler bis kugelform findet ausser der erwähnten Anwendung im Leichtbeton gerade wegen seines niederen Schüttgewichtes, hohem Erweichungspunkt allein oder zusammen mit Asbestfasern und gegebenenfalls geblähten Tonen neuer dings Anwendung in der Kesselisolation, ferner als Armierungszuschlagstoff den organischen Kunstharzschäumen aus z. B. Polyurethan und Polystyrol. Gerade bei den Kunstharzschaumarmierungsmftteln, welche den Zweck haben, die Druckfestigkeit und Feuerbeständigkeit wesentlich zu erhöhen, ist es wichtig, dass der entsprechende Zuschlagsstoff (Silikatschaumgranulat) feinporig ist mit dünnwandigen Schaumlamellen, wodurch das Zertrennen des armierten Kunstharzschaumes we sentlich erleichtert wird.
Auch ist es in diesem Falle wegen der Wärmeisolierfähigkeit wichtig, dass das spezifische Gewicht und damit deren Wärmeleitfähigkeit möglichst niedrig liegt, ansonst würde die äusserst gute Wärmeisolierfähigkeit des Kunstsharzschaumes zu arg verschlechtert.
Da das Verfahren keine weiteren Bläh- und Flussmittel benötigt und ausserdem grubenfeuchtes Material ohne vorherige Trocknung bzw. Nachmahlung verarbeitet werden kann, ist es viel einfacher und wirtschaftlicher als bisher bekannte Verfahren.
Der Blähvorgang des Schaumsilikates wird so aufgefasst, dass bei rascher Erhitzung, besonders bei kohlebepuderten Körpern, oder in reduzierender Ofenatmosphäre sehr schnell an der Oberfläche des Granulats eine Verfrittung und Verschmelzung stattfindet. Das heisst es entsteht eine zähe gasundurchlässige Haut. Bei steigender Erhitzung des Innern des Schaumkörpers, können die nun freiwerdenden, kleinmolekularen OHhaltigen Gruppen durch die gasundurchlässige Haut nicht oder nur teilweise entweichen, so dass im Innern des Körpers ein Überdruck entsteht, welcher die Blähung ähnlich wie bei einem Brot bewirkt. Wenn nun das Korn des Ausgangsmaterials zu grob ist bzw. keine, oder ungenügende Mengen feinkolloidaler Partikel vorliegen und es zu keiner Hautbildung bzw. Verklebung kommt, findet keine Blähung statt, obwohl die Masse als solche voll verfrittet bzw. verglast.
Es ist bekannt, soll aber hier trotzdem erwähnt werden, dass rasch erschmolzene z. B. künstliche Silikate erebliche Mengen Wasser aufzunehmen und viel hartnäkkiger festzuhalten vermögen, als alle anderen Gase.
Selbst nach dem Läutern bei 15000 C ist das kleinmole- kulargelöste Wasser noch nachweisbar. Anderseits ist bekannt, dass K2Si205 bei 10150 C schmilzt. Bei einem Wassergehalt von 8 % sinkt der Schmelzpunkt bereits auf 5000 C.
Granitglas mit 6,25 % Wasser schmilzt bereits bei 7200 C. (Aus Manegold, Schaum Seite 365).
Somit beeinflusst also das kleinmolekulargebundene Wasser und letztlich also die Strukturform des Ausgangsmaterials in wechselseitiger Art und Weise den Blähvorgang enorm.
Als gut brauchbares Grundmaterial hat sich ein Silikat mit einer Analyse gemäss Tabelle I erwiesen:
Tabelle I
Gehalt an SiO. 73,70 %
Gehalt an A1eO 12,27 %
Gehalt an K O 4,73 5S
Gehalt an Na2O 4,25 %
Gehalt an Fe2Os 2,31 %
Gehalt an H O 1,22%
Gehalt an MgO 0,29 ,
Der Rohstoff muss aber ausserdem entstehungsge- schichtlich schon einmal verglast sein, also dem Eruptivgestein wie Lava Bimserden oder Lehm aus zersetzter Vulkanaschenerde, angehören.
Nachstehend sind einige Silikatschaumherstellungsbeispiele nach vorliegendem Verfahren angegeben:
Beispiel I
Es wird eine Birnslehmerde mit einer Analyse gemäss der Analysentabelle I mit einer Anmachflüssigkeit bestehend aus verdünnter Wasserglaslösung (10 % ig) angemörtelt, -granuliert, noch feucht mit Kohlenstaub bepudert, bei 2004000 C getrocknet und rasch in einem Drehofen zusammen mit einem hochschmelzenden Trennmittel, wie z. B. Hüttentonerde, auf etwa 10000 C gebracht, kurzzeitig (2-6 Minuten) bei dieser Temperatur belassen und langsam ausgekühlt.
Da die Abkühlzeit die Haarrissbildung beeinflusst, muss sie, zwecks Erzielung einer möglichst hohen Druckfestigkeit, langsam erfolgen.
Beispiel II
Feingemahlenes Lavatuffmehl wird mit 20 % Bentonit vermengt, wie bei Beispiel I befeuchtet, zu einem Granulat von 1-12 mm 0 verformt, mit Kohlenstaub bepudert, bei 3500 C getrocknet, in einem Drehofen kurzzeitig auf 9800 C erhitzt und langsam ausgekühlt.
Beispiel III
Bei etwa 9000 C vorgesintertem und teilweise aufgeblähtem Aluminiumoxyd und calciumoxydarmen Lehm wird wieder fein gemahlen, zusammen mit Wasser zu einem Granulat verformt, getrocknet und wie bei Beispiel I gebläht.
Beispiel IV
Bereits wie bei Beispiel I geblähtes Granulat wird mit einer nassen blähfähigen Tonerde vermengt, zu einem Baokstein geformt, getrocknet und in einer reduzierenden Atmosphäre bei 10500 C rasch gebrannt, wobei sich das Ganze zu einem kompakten temperatur wechseibeständigen Schaumkörper aufbläht bzw. verschmilzt.
Beispiel V
Feingemahlenes Basaltmehl wird mit wasserhaltigem trockenem Na2SiO3 innig vermengt, mit verdünnter Phenolkunstharzlösung angemörtelt und zu Granulat geformt und wie bei Beispiel I gebläht.
Beispiel VI Bimserdenschiamm wird nach bekannter Art geschlemmt und die taubgesteinarme Fraktion teilweise getrocknet, mit verdünnter Wasserglaslösung vermengt, zu Granulat geformt, nass mit Kohlenstaub bepudert oder in reduzierender Atmosphäre wie bei Beispiel I gebläht.
Es resultiert ein sehr feinkörniges Silikatschaumgranulat mit einem Schüttgewicht von 150 kg/ms.
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 feinkörnigen Silikate mit mindestens zum Teil kolloidal vorliegenden sekundär OH-haltigen Materialien, welche in einem Drehofen bei etwa 10000 C in Gegenwart von reduzierenden Stoffen gebläht werden.
Process for the production of a silicate foam granulate and silicate foam granulate and use of the same
The present invention relates to a method for the production of a lightweight building material in the form of silicate foam granules.
It is known to grind or mix ground igneous rocks such as lava, pumice earth or related clays of a special composition and then to form an expanding or expanding furnace in a rotary kiln. to inflate a foam silicate body. It is also particularly well known artificial silicate flours such as glass powder with a binder such as water glass and an organic substance, e.g. B. glycerine, to mix, to granulate and to inflate into a lightweight building material.
Expanded clay (Leca) is known as an insulating lightweight aggregate and has found widespread use in the production of lightweight concrete. In the latter case, in particular, it is not possible to manufacture fine-pored insulating bodies with closed cells and a bulk density of less than 200 kg / m3 with a grain size of 1-15 mm.
On the other hand, there is not enough cheap raw material (waste glass) available in the so-called foam glass granulate production processes (Balolit and foam gravel).
In addition, glass foam granules have a relatively low softening point, which is a disadvantage for some insulation.
Furthermore, the glass foam granulate contains alkali, which is undesirable when processing together with cement. Therefore, the need for a cheap lightweight aggregate which is able to fully meet the requirements is very great.
The present invention provides a solution to the problem and relates to a method for producing a lightweight building material in the form of silicate foam granules by heating a silicate mixture vitrified between 800 and 11000 C, which is characterized by the fact that fine-grained igneous silicate is used as the starting material, mortared and granulated , then powdered with C-containing material and foamed by heating to the vitrification temperature to form a foam granulate with a cell structure, which after cooling retains its foam structure with over 1000 predominantly closed cells per cm.
The present process and the products made according to it are based on the empirically found knowledge, confirmed by extensive series of tests, that natural silicates with at least partially colioid OH-containing igneous silicate, decomposed volcanic ashes and tuffs with high swelling capacity can be suitable as starting material.
If, for example, such a starting material is granulated according to a known method, optionally powdered with coal dust, carefully, i. H. Dried at a moderate temperature (100-4000 C) with gentle agitation and quickly heated to 800-11000 C, depending on its glazing temperature, the result is an expanded material with the desired fine pores and low density. With a more or less rapid drying temperature or the duration of the drying time, it is possible to produce a highly expanded, light or a less expanded, heavy foamed silicate. An already sintered or pre-expanded material can also be finely ground again and recently optionally with the addition of small amounts of the highly active OH-containing silicate, such as. B.
Bentonite or similar clay, have recently been made to expand. In some cases, especially with clays resulting from igneous rock disintegration, it is possible to expand insulating bodies with a fine structure even without the additives mentioned, with rapid heating in a reducing atmosphere or in the presence of carbon.
Such a fine-pored silicate foam body, in particular in granulate form from approximately oval to spherical shape, is used in boiler insulation as a reinforcement additive in the organic synthetic resin foams because of its low bulk density, high softening point, alone or together with asbestos fibers and possibly expanded clays from z. B. polyurethane and polystyrene. In the case of synthetic resin foam armoring, in particular, which have the purpose of significantly increasing the compressive strength and fire resistance, it is important that the corresponding aggregate (silicate foam granulate) is fine-pored with thin-walled foam lamellas, which makes it much easier to separate the reinforced synthetic resin foam.
In this case, too, because of the thermal insulation properties, it is important that the specific weight and thus its thermal conductivity are as low as possible, otherwise the extremely good thermal insulation properties of the synthetic resin foam would be deteriorated too badly.
Since the process does not require any further expanding or fluxing agents and, in addition, pit-moist material can be processed without prior drying or regrinding, it is much simpler and more economical than previously known processes.
The expansion process of the foam silicate is understood in such a way that with rapid heating, especially with carbon-powdered bodies, or in a reducing oven atmosphere, fritting and fusion takes place very quickly on the surface of the granulate. This means that a tough, gas-impermeable skin is created. With increasing heating of the inside of the foam body, the small molecular OH-containing groups that are now released cannot escape or only partially escape through the gas-impermeable skin, so that an overpressure arises inside the body, which causes flatulence similar to bread. If the grain of the starting material is too coarse or there are no or insufficient amounts of fine colloidal particles and there is no skin formation or sticking, there is no flatulence, although the mass as such is fully fritted or glazed.
It is known, but should be mentioned here anyway, that rapidly melted z. B. artificial silicates are able to absorb considerable amounts of water and hold onto them much more stubbornly than any other gas.
Even after lautering at 15,000 C, the water with small molecules is still detectable. On the other hand, it is known that K2Si205 melts at 10150 C. With a water content of 8%, the melting point drops to 5000 C.
Granite glass with 6.25% water already melts at 7200 C. (From Manegold, foam page 365).
Thus, the small-molecule-bound water and ultimately the structural shape of the starting material influence the expansion process enormously in a reciprocal manner.
A silicate with an analysis according to Table I has proven to be a useful base material:
Table I.
SiO content. 73.70%
A1eO content 12.27%
Content of K O 4.73 5S
Na2O content 4.25%
Fe2Os content 2.31%
H O content 1.22%
MgO content 0.29,
The raw material must also have been vitrified in terms of its history, i.e. it must belong to igneous rock such as lava pumice or clay from decomposed volcanic ash.
Some examples of silicate foam production using the present method are given below:
Example I.
A pear loam with an analysis according to analysis table I is mortared, granulated with a mixing liquid consisting of dilute water glass solution (10%), powdered with coal dust while still moist, dried at 2004000 C and quickly in a rotary oven together with a high-melting separating agent such as z. B. Büttentonerde, brought to about 10000 C, briefly (2-6 minutes) left at this temperature and slowly cooled.
Since the cooling time influences the formation of hairline cracks, it must be done slowly in order to achieve the highest possible compressive strength.
Example II
Finely ground Lavatuff flour is mixed with 20% bentonite, moistened as in Example I, shaped into granules of 1-12 mm diameter, powdered with coal dust, dried at 3500 ° C., briefly heated to 9800 ° C. in a rotary kiln and slowly cooled.
Example III
At about 9000 C pre-sintered and partially expanded aluminum oxide and clay low in calcium oxide are finely ground again, shaped into granules together with water, dried and expanded as in Example I.
Example IV
Already expanded granules as in Example I are mixed with a wet, expandable clay, formed into a Baok stone, dried and quickly fired in a reducing atmosphere at 10500 C, the whole expanding or fusing to form a compact, temperature-resistant foam body.
Example V
Finely ground basalt flour is intimately mixed with dry water-containing Na2SiO3, mortared with a dilute phenolic resin solution and formed into granules and expanded as in Example I.
EXAMPLE VI Pumice earth slam is feasted in a known manner and the waste rock-poor fraction is partially dried, mixed with dilute waterglass solution, formed into granules, powdered wet with coal dust or expanded in a reducing atmosphere as in Example I.
The result is a very fine-grained silicate foam granulate with a bulk density of 150 kg / ms.
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 fine-grained silicates are at least partially colloidal with secondary OH-containing materials, which are expanded in a rotary kiln at around 10,000 C in the presence of reducing substances.