DD237434A3 - Verfahren zur herstellung temperaturbestaendiger gesteinsfasern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Produktion anorganischer Faserprodukte fuer Waermedaemmzwecke, einsetzbar bis zu Anwendungsgrenztemperaturen (AGT) von mind. 750C bis etwa max. 900C oder zur Substitution von Asbest in bestimmten asbesthaltigen Produkten vorzugsweise mit thermischer Beanspruchung. Ziel der Erfindung ist es, anorganische Faserprodukte kostenguenstig herzustellen, welche bei Dauerbeanspruchung bei der o. a. AGT keine Verschlechterung der Gebrauchseigenschaften - insbesondere der Waermedaemmung - durch Sintern/Erweichen oder Zerkruemeln zeigen. Erfindungsgemaess wird die hohe Temperaturbestaendigkeit dieses Faserproduktes dadurch erreicht, dass hauptsaechlich das Mineral "Chlorit" enthaltende Schmelzrohstoffe zur Erzeugung der Schmelze und der daraus herzustellenden Fasern eingesetzt werden. Diese garantieren eine extrem hohe Dispersion der Fe2 und Fe3-Ionen in der Schmelze und im Faserglas. Die fuer eine Keimbildung offensichtlich ausserordentlich guenstige statistische Verteilung und Koordination der Fe2-, Fe3-, Mg2- und Al3-Ionen in den chlorithaltigen Rohstoffen, in der Schmelze und im Faserglas fuehrt bei Wiedererhitzung der Fasern zu einer noch vor Sinterbeginn frueh einsetzenden regelmaessigen, allerfeinsten Volumenkristallisation mit dem Effekt, der Versteifung und Erhoehung durch die Kristallarmierung und Erhoehung der Temperaturbestaendigkeit.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Produktion anorganischer Faserprodukte für Wärmedämmzwecke, einsetzbar bis zu Anwendungsgrenztemperaturen (AGT) von mindestens 750 bis etwa max. 900°C, abhängig von deren Konfektionierung, der Einbauart sowie ihrer komplexen thermisch/chemisch/mechanischen Beanspruchung während der Ofenreise oder zur Substitution von Asbest in bestimmten asbesthaltigen Produkten, vorzugsweise mit thermischer Beanspruchung.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Für energieintensive Wärmeaniageh aller Art kommen neben konventionellen schweren feuerfesten Bau- und Wärmedämmstoffen für hocheffektive moderne Teil- oder Ganzfaserzustellungen zunehmend folgende Faserprodukte zum Einsatz:

- Feuerfestfasern verschiedener Typen mit AGT a 1 100⁰C, welche wegen ihres hohen Preises nur beschränkt, d. h. an der Feuerseite eingesetzt werden können.

- Mineral- bzw. Schlacken- oder Gesteinsfasern, welche als Massenfasern mit produktiven Verfahren billig hergestellt und wegen ihrer mangelhaften Eigenschaften (schwankender Stoffbestand, heterogene MikroStruktur und.ungünstiges Sinter/Kristallisationsverhalten des Fasergiases) nur bis zu AGT von etwa 200 bis max. etwa 550 ⁰C eingesetzt werden können.

Wegen Fehlens preisgünstiger Faserdämmstoffe für den mittleren Temperaturbereich waren moderne Ganzfaserzustellungen bisher . auf die Kombination Feuerfestfasern/Mineralwolle mit AGT max. etwa 55O⁰C angewiesen, was den verstärkten Einsatz sehr teurer Feuerfestfaserprodukte auch für den mittleren Temperaturbereich bis etwa zu Schichtganztemperaturen von etwa 550⁰C erforderlich machte. Aus ökonomischen Gründen wird daher angestrebt, preisgünstige Faserprodukte für den mittleren Temperatürbereich bis etwa 800⁰C AGT zu entwickeln, um den Einsatz teurer Feuerfestfaserprodukte zu reduzieren bzw. Kombinationen von Faserdämmstofferi: Feuerfestfasern/Temperaturbeständige Gesteinsfasern mit AGT etwa 800°C/Mineralwolle einsetzen zu können und die Zustelikosten bei weitgehender Anwendung modernster hocheffektiver Ganzfaserzustellungen auf ökonomisch vertretbare Relationen zu senken.

- Gesteinsfasern mit AGT von etwa 800⁰C

. Es sind z. Z. international nur wenige Faserprodukte für den genannten mittleren Temperaturbereich bekannt, welche meist aus konventionellen Schmelzrohstoffen und üblichen Verfahren zur Erzeugung von Massenfasern für Schall- und Wärmedämmzwecke hergestellt werden.

Die Ursachen für die relativ günstige Temperaturbeständigkeit von wenigen dieser Faserprodukte sind vermutlich durch die geringeren FeO-, höheren CaO + MgO- oder.AI₂O₃-Gehalte und/oder ein homogeneres Faserglas mit relativ günstiger MikroStruktur gegeben. Der derzeitige Kenntnisstand ist unzureichend.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, anorganische Faserprodukte kostengünstig herzustellen, welche beim Einbau hinter feuerfesten Bau- oder Wärmedämmstoffen oder im Direktkbntakt mit den heißen Gasen von Wärmeanlagen der verschiedensten Art bis etwa 800⁰C AGT temperaturbeständig sind, d. h. kein unvertretbares Sintern oder Erweichen und auch kein Zerrieseln durch thermische Alterung oder Oxydation des FeO bzw. durch ungeeignete Kristallisation des Faserglases zeigen. Das bedeutet, daß bei Dauereinsatz Form und vorhandene Faserstruktur des Wärmedämmstoffes weitgehend erhalten bleiben muß, damit keine Verschlechterung der Gebrauchseigenschaften - insbesondere der Wärmedämmung - eintreten kann.

Die Anwendung der losen Fasern kann unmittelbar für Stopf- oder Spritzisolierungen ohne weitere Konfektionierungen erfolgen. Bei Einsatz als Platten, Matten oder Moduls ist eine entsprechende Konfektionierung unter Einsatz geeigneter Bindemittel nach bekannten Verfahren erforderlich.

Des weiteren ist es das Ziel der Erfindung, durch die vorgeschlagenen Fasern Asbest in bestimmten asbesthaltigen Produkten mit vorzugsweise thermischer Beanspruchung bis etwa 800⁰C aber auch mit kombinierter thermisch/chemisch/mechanischer Beanspruchung außer in extrem alkalischer Matrix zu ersetzten.

sgung des Wesens der Erfindung

dungsgemäß wird die hohe Temperaturbeständigkeit dieses Faserproduktes dadurch erreicht, daß hauptsächlich das Mineral orit" enthaltende Schmelzrohstoffe zur Erzeugung der Schmelze und daraus herzustellender Fasern eingesetzt werden. Je nach nelzatmosphäre entstehen eisenreiche Gesteinsgläser mit FeO/FeO + Fe₂O₃-Gehalten in den Verhäitnisgrenzen von etwa 80% 0%.

Wirkprinzip der Erfindung ist im Aufbau der Chloritminerale begründet. Bei diesen wechseln 3-Schicht-Pakete (Talk- bzw. phyllitschichten) und zusätzliche Oktaederschichten (Brucit- oder Hydrargillit) einander ab. Die Chlorite bilden in hohem Maße lorphe Mischungsreihen, wobei in der Brucitschicht ein Teil des Mg vor allem durch Fe²⁺ (und Al) und in den phyllitschichten ein Teil des Al durch Fe und Mg isomorph ersetzt wird. Die vorgeschlagenen chlorithaltigen Rohstoffe ntieren demzufolge eine extrem hohe Dispersion der Fe²*- und Fe³⁺-lonen in der Schmelze und im Faserglas und in Verbindung sinem geeigneten oxydierenden Schmelzregime auch ein optimales Verhältnis von Fe²⁺/Fe³⁺. Die für eine Keimbildung nsichtlich außerordentlich günstige statistische Verteilung und Koordination der o. g. Ionen in den chlorithaltigen Rohstoffen, in Schmelze und im Faserglas, führt voraussichtlich über Mischkristalle (Spinelle) als Zwischenstufe, bei der Wiedererhitzung der lestellten Fasern zu einer noch vor Sinterbeginn früh einsetzenden, regelmäßigen, allerfeinsten Volumenkristallisation. Dies irkt eine Blockierung und Verzögerung der Fasersinterung und u. a. durch den Versteifungseffekt der Kristallarmierung die 3Strebte Erhöhung der Temperaturbeständigkeit der Faserprodukte. Es kommt zur Bildung allerfeinster Kristalle mit ;hmessern im nm-Bereich was besonders wichtig ist, da gröbere Kristalldurchmesser im μΓΤΐ-Bereich die Fasern von wenigen ,um ;hmesser zerstören würden.

•urde gefunden, daß die o. g. gleichmäßige und allerfeinste Volumenkristallisation in nm-Bereich nur eintritt, wenn das Faserglas ι hohe Keimkonzentration (-bildungsgeschwindigkeit) aufweist, was nur bei den höher chlorithaltigen Rohstoffen erreicht den konnte.

i/urde weiterhin gefunden, daß ein Verhältnis FeO/FeO + Fe₂O₃ von 20 bis 50% im Fasergias zu einer optimalen Kristallisation im . Sinne, d. h. zu besonders hoher Keimkonzentration- bzw. -bildungsgeschwindigkeit und zu besonders kleinen Kristallen führt. 3 hatte stets eine auffallend schonende Beanspruchung des Faserglases bei Wiedererhitzung bzw. bei der Oxydation des FeO zu D₃ zur Folge. Die erläuterte optimale Kristallisation trat stets bei neutraler bis oxydierender Schmelze ein. Auch konnte gestellt werden, daß es bei diesen Schmelzbedingungen in keinem Fall zu einer thermischen Alterung kam, welche wie o. a. tere Ursachen zu einem Zerkrümeln der Faserprodukte bereits im Temperaturbereich von etwa 200->500"C beitragen kann, ilge der erheblichen Härteunterschiede der in Diabasgesteinen vorkommenden Minerale, kommt es beim Brechvorgang im ikorn (Brechsand) und ganz besonders im Feinstkorn bzw. den Stäuben, welche in den Entstaubungsanlagen der basschotter/'Splittproduktion anfallen, zu einer bedeutenden Anreicherung der Minerale geringer Härte - insbesondere von orit mit Härte etwa 2,5 — sowie andererseits zu einer rigorosen Reduzierung der Minerale größerer Härte wie Quarz, Feldspat

Brechsand und insbesondere die Stäube besitzen demnach nicht nur einen gegenüber Diäbasgesteinen qualitativ und ntitativ grundlegend verschiedenen Mineralaufbau, sondern sind auch gegenüber diesen durch sehr viel geringere iwankungen der Mineralgehalte - insbesondere des Chiorit - gekennzeichnet. Genetisch bedingt ist dagegen bei basgesteinen - etwa in Schottergröße - aus den verschiedensten Lagerstätten mit großen Schwankungen der Mineraigehalte zu hnen.

Kornfeinheit der Stäube (etwa > 70% g 0,063 mm) fördert zusätzlich die Entstehung eines extrem honiogenen Faserglases und ar optimalen Kristallisation bei Wiedererhitzung, was die stets maximalen Versuchsergebnisse der vorzugsweise aus Stäuben sugten Fasern erklären dürfte.

<ann aus vorstehendem abgeleitete werden, daß die höheren Chloritgehalte der erfindungsgemäß vorgeschlagenen bzw. auch Kornfeinheit und Stoffkonstanz der vorzugsweise eingesetzten Diabasstäube in Verbindung mit einem vorgeschriebenen imelzverfahren zur Erzielung optimaler FeO/FeO + Fe₂O₃-Verhältnisse und allerfeinster Volumenkristallisation in nm-Bereich die ihtigsten Grundlagen und Voraussetzungen für das technisch ausnutzbare Wirkprinzip zur Produktion temperaturbeständiger Steinsfasern darstellen.

¹ mit einer chemischen Zusammensetzung von

sfiihrungsbeispiel	Kornfeinl
wird Diabasstaub (	38,2%
SiO2	14,2%
AI2O3	14,5%
' Fe2O3ges	3,7%
TiO2	8,5%
CaO	7,5%
MgO	2,9%
KjO + Na2O	0,2%··
MnO	0,4%
S als SO3	8,4%
GV

vie einem Mineralbestand von

Chiorit	etwa	40-45%
Hornblende	etwa	5%
Quarz		5%
Plagioklas	etwa	10-15%
Calcit		5%

quellfähige

Minerale 5%

Pyroxen 10%

und Hüttenbims mit einer Zusammensetzung von etwa 38% SiO₂, 9,3% AI₂O₃, 0,5% Fe₂O_3ge_S., 37,3% CaO, 8,6% MgO, 1,8% Na₂O + K₂O im Verhältnis 80:20% gemischt und pelletisiert. Die Pellets mit Durchmessern von 15—35 mm wurden in einem Schachtwannenofen bei Temperaturen von etwa 1 430°C oxydierend geschmolzen.

Die aus der Schmelze durch ein Blasverfahren hergestellten Faserprodukte (mittterer Faserdurchmesser etwa 4—5 μπη) hatten folgende chemische Zusammensetzung:

SiO2	40,9%
AI2O3	14,7%
FeO	5,3%
Fe2O3	8,3%
CaO	18,2%
MgO	6,8%
K2O+ Na2O	3,3%
MnO	0,2%
TiO2	3,0%
S als SO3	0,1%

Bei laborativer und industrieller Langzeiterprobung erwiesen sich die erfindungsgemäß hergestellten Faserprodukte (lose Fasern und Platten) bis etwa 800-850⁰C temperaturbeständig.

Claims (5)

1. Patentanspruch:

   1. Verfahren zur Herstellung von Gesteinsfasern für thermische oder thermisch/chemisch/mechanische Beanspruchung für Anwendungstemperaturen von 750-900⁰C durch Schmelzen und Zerfasern chlorithaltiger Rohstoffe, gekennzeichnet dadurch, daß Rohstoffe mit Chloritgehalten von 35—45 Ma.-% eingesetzt werden und das Masseverhältnis von zweiwertigem zu dreiwertigem Eisen so eingestellt wird, daß im Faserglas 20—50 Ma.-% FeO, bezogen auf den Gehalt an FeO + Fe₂O₃, vorliegen.
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Schmelzrohstoffe vorzugsweise peiletisierte oder brikettierte Stäube aus den Entstaubungsanlagen der Diabasschotter- und -splittproduktion, aber auch dort anfallender Brechsand sowie Gesteine aus geologischen Bildungen eingesetzt werden. -
3. 3. Verfahren nach den Punkten 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Schmelze von nahezu neutral, z. B. im Elektroofen, bis vorwiegend oxidierend, z. B. im Wannen- oder Schachtwannenofen, durchgeführt wird.
4. 4.Verfahren nach den Punkten 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß den chlorithaltigen Rohstoffen unter Einhaltung der unteren Grenze des Chloritgehaltes basische Gemengerohstoffe wie Hüttenbims und Zementflugstaub zugesetzt werden.
5. 5.Verfahren nach den Punkten 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß im Fall des Einsatzes von Diabasstäuben und basischen Zuschlagstoffen diese Stoffe vor der Stückigmachung gemischt werden.