DE102006058768A1 - Process to produce silicate glass in which silicate sand and aluminum sludge are pre-mixed before melting - Google Patents

Process to produce silicate glass in which silicate sand and aluminum sludge are pre-mixed before melting Download PDF

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Abstract

In a process to produce silicate glass consisting primarily of SiO2 and with admixed Al2O3, silicate sand and an additive are molten and introduced into a form and cooled. Tha Al2O3 is supplied from waste sludge and mixed with the silicate sand prior to melting.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Silikatglas, das überwiegend aus SiO2 als Glasbildner besteht und einen Anteil von Aluminiumoxid (Al2O3) enthält, bei dem Silikatsand mit wenigstens einem Additiv geschmolzen, geläutert, in die gewünschte Form gebracht und anschließend abgekühlt wird.The invention relates to a method for the production of silicate glass, which consists predominantly of SiO 2 as a glass former and contains a proportion of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), melted at the silicate sand with at least one additive, refined, brought into the desired shape and then cooled becomes.

Die Erfindung betrifft ferner ein aluminiumhaltiges Additiv für die Silikatglasherstellung in Verbindung mit einem Silikatsand.The The invention further relates to an aluminum-containing additive for silicate glass production in conjunction with a silicate sand.

Es ist bekannt, dass Silikatgläser aus Silikatsand geschmolzen werden, dem geeignete Additive in Form von alkalischen und erdalkalischen Oxiden sowie ggf. anderen Oxiden, wie Diphosphorpentoxid usw., je nach Einsatzfall zugegeben werden. Die Schmelze wird in einer aus aluminiumhaltigen Feuerfestmaterial gebildeten Schmelzwanne gebildet. Es ist vorteilhaft, wenn das geschmolzene Glasmaterial bereits einen Anteil von Aluminiumoxid (Al2O3) enthält, um nicht mit dem Aluminium des Feuerfestmaterials zu reagieren und dadurch unkontrollierte Qualitätsschwankungen zu erleiden und das Feuerfestmaterial korrodieren zu lassen. Der Aluminiumzusatz führt ferner zu einer verbesserten Schmelzbarkeit und zu einer verbesserten Homo genisierung der Schmelze und des Glases. Der Aluminiumzusatz vermindert ferner eine unerwünschte Kristallbildung beim Abkühlen. Das mit einem Anteil von Aluminiumoxid hergestellte Glas weist ferner eine erhöhte Ritzhärte, eine erhöhte Temperaturwechselfestigkeit und eine verbesserte chemische Beständigkeit auf. Darüber hinaus wird der Brechungsindex des Glases erhöht.It is known that silicate glasses are melted from silicate sand, the appropriate additives in the form of alkaline and earth alkaline oxides and possibly other oxides, such as diphosphorus pentoxide, etc., are added depending on the application. The melt is formed in a melting furnace formed from aluminum-containing refractory material. It is advantageous if the molten glass material already contains a proportion of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), in order not to react with the aluminum of the refractory material and thereby to suffer uncontrolled quality fluctuations and cause the refractory material to corrode. The aluminum addition also leads to improved meltability and improved Homo genization of the melt and the glass. The aluminum addition also reduces undesirable crystallization on cooling. The glass produced with a proportion of aluminum oxide also has increased scratch hardness, increased thermal shock resistance and improved chemical resistance. In addition, the refractive index of the glass is increased.

Als aluminiumhaltiges Additiv werden Feldspate eingesetzt, die als natürliches Mineral vorkommen. Als Ersatz für Feldspat wird auch Nephelinsyenit verwendet, das ebenfalls als natürliches Mineral vorkommt.When aluminum-containing additive feldspars are used, which as natural Mineral occur. As replacement for Feldspar also uses nepheline syenite, which is also natural Mineral occurs.

Für die Herstellung von Weißglas, also ungefärbtes, vollständig transparentes Glas, muss der zugesetzte Aluminiumträger praktisch eisenfrei sein, da Eisenionen bekanntlich zu einer bläulichen bis bräunlichen Verfärbung des Glases führen. Die eisenarmen aluminiumhaltigen Minerale sind relativ teuer, was auf den Preis des Weißglases durchschlägt.For the production from white glass, so undyed, Completely transparent glass, the added aluminum carrier must be practical iron-free, since iron ions are known to be bluish until brownish discoloration lead the glass. The low-iron aluminum-containing minerals are relatively expensive, which on the price of white glass by strikes.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung der Silikatgläser der beschriebenen Art zu verbilligen.Of the present invention is based on the object, the production the silicate glasses of the type described to cheapen.

Dies gelingt erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch, dass als Al2O3 bildendes Additiv ein aluminiumhaltiger Abfallschlamm mit dem Silikatsand vor dem Schmelzen vermischt wird.This is achieved according to the invention in a method of the type mentioned above in that as Al 2 O 3 forming additive, an aluminum-containing waste sludge is mixed with the silicate sand prior to melting.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß ferner gelöst durch ein aluminiumhaltiges Additiv für die Silikatglasherstellung in Verbindung mit einem Silikatsand, das aus einem Abfallschlamm besteht und vorzugsweise einen Anteil von 16–45 Gew.% Al2O3, vorzugsweise 25–30 Gew.% Al2O3, oder einer anderen, dieser Menge Al2O3 entsprechenden, sich beim Schmelzvorgang umwandelnden Aluminium-Verbindung aufweist.The object is further achieved by an aluminum-containing additive for silicate glass production in conjunction with a silicate sand, which consists of a waste sludge and preferably a share of 16-45 wt.% Al 2 O 3 , preferably 25-30 wt.% Al 2 O. 3 , or another corresponding to this amount of Al 2 O 3 , which is converted during the melting aluminum compound.

Ein für die Erfindung verwendbarer aluminiumhaltiger Abfallschlamm fällt beispielsweise als Abfallprodukt bei der Oberflächenbehandlung von Aluminium an. Dieser Abfallschlamm ist bisher aufwändig entsorgt worden, indem er beispielsweise mit Kalk oder Polymeren versetzt gepresst und deponiert worden ist. Die Entsorgung dieses Abfallschlamms ist daher nicht nur teuer, sondern nimmt auch nicht unerhebliche Deponiekapazitäten in Anspruch. Ein geeigneter Abfallschlamm kann auch bei der Wasser- und Abwasserbehandlung anfallen.One for the For example, the invention utilizes aluminum-containing waste sludge as a waste product during surface treatment of aluminum. This waste sludge has so far been disposed of consuming by adding lime or polymers, for example pressed and deposited. The disposal of this waste sludge is therefore not only expensive, but also takes up considerable landfill capacity. A suitable waste sludge can also be used in the treatment of water and waste water attack.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein derartiger Abfallschlamm in einer besonders geeigneten Weise zur Herstellung von Silikatglas, insbesondere Weißglas, vorzugsweise als Behälterglas, verwendbar ist. Der Aluminiumschlamm kann den bisher durchgehend verwendeten, bei der Herstellung von Weißglas eisenfreien Feldspat ersetzen, wobei lediglich eine Trocknung derart erfolgen muss, dass das Gemenge aus Schlamm und Silikatsand eine Zielfeuchte aufweist, die größenordnungsmäßig 5 bis 6% beträgt. Dabei ist es möglich, zunächst das Gemenge herzustellen und dieses auf die Zielfeuchte zu trocknen oder den Abfallschlamm selbst bereits einer Teil-Vortrocknung zu unterziehen und dann mit dem Silikatsand zu vermischen, um so – mit oder ohne einer ergänzende Trocknung – die für die Schmelzung zulässige maximale Restfeuchte des Gemenges einzustellen.Of the The present invention is based on the finding that such a Waste sludge in a particularly suitable manner for the production of Silicate glass, especially white glass, preferably as a container glass, is usable. The aluminum mud can so far continuously used in the production of white glass iron-free feldspar replace, with only a drying must be made such that the mixture of mud and silicate sand has a target moisture which order of magnitude 5 to 6%. It is possible first make the mixture and dry it to the target moisture or to subject the waste sludge itself already a partial pre-drying and then mix with the silicate sand, using - or without a supplementary drying - that for the melting allowed adjust maximum residual moisture of the batch.

Da das erfindungsgemäße Additiv aus der Trocknung eines Schlammes resultiert, liegt es in Form sehr feiner Partikel vor, die sich in besonders geeigneter Form mit dem Silikatsand und ggf. anderen Additiven vermischen lassen. Der getrocknete Schlamm enthält als wesentlichen Anteil eine Feinfraktion mit einer Korngröße von etwa 0,002 mm. In dieser Feinfraktion verteilen sich längliche kristalline Körper, insbesondere aus Kalziumkarbonat, mit einer Kantenlänge von bis zu etwa 0,2 mm.There the additive according to the invention resulting from the drying of a sludge, it is in shape very much fine particles, which are in a particularly suitable form with the Mix the silicate sand and other additives if necessary. The dried mud contains as a substantial proportion of a fine fraction having a particle size of about 0.002 mm. In this fine fraction are elongated crystalline bodies, in particular of calcium carbonate, with an edge length of up to about 0.2 mm.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Behandlung wird ein Abfallschlamm verwendet, der bei der Oberflächenbehandlung von Aluminium entsteht.In a preferred embodiment The treatment uses a waste sludge during surface treatment produced by aluminum.

Vorzugsweise hat der getrocknete Abfallschlamm einen Aluminiumanteil, der gerechnet auf Al2O3 zwischen 12 bis 45 Gew.%, vorzugsweise zwischen 25–30 Gew.% liegt. Das Aluminium kann dabei bereits als Al2O3, aber auch in anderen Verbindungen, vorliegen.Preferably, the dried waste a proportion of aluminum, calculated on Al 2 O 3 between 12 to 45 wt.%, Preferably between 25-30 wt.% Is. The aluminum may already be present as Al 2 O 3, but also in other compounds.

Der Eisenanteil in der Trockenmasse des Abfallschlamms beträgt vorzugsweise < 0,4 Gew.%, berechnet auf Fe2O3, um mit diesem Abfallschlamm farbloses Weißglas herstellen zu können.The iron content in the dry mass of the waste sludge is preferably <0.4% by weight, calculated on Fe 2 O 3 , in order to be able to produce colorless white glass with this waste sludge.

Der Abfallschlamm kann ferner Phosphor enthalten, und zwar mit einem Anteil von 2 bis 7 Gew.%, gerechnet auf P2O5.The waste sludge may further contain phosphorus, in a proportion of 2 to 7 wt.%, Calculated on P 2 O 5 .

Der getrocknete Abfallschlamm ist vorzugsweise kalkhaltig, wobei der Anteil, gerechnet auf CaO, vorzugsweise zwischen 20 und 30 Gew.% liegt.Of the dried waste sludge is preferably calcareous, wherein the Proportion calculated on CaO, preferably between 20 and 30% by weight lies.

Das erfindungsgemäße aluminiumhaltige Additiv ist aus Abfallschlamm gebildet, wobei das Additiv der gesamten benötigten Silikatsandmenge zugegeben werden kann, aber auch zu einer, vorzugsweise definierten, Teilmenge des Silikatsandes zu einer Vormischung zugesetzt werden kann.The Aluminum-containing additive according to the invention is formed from waste sludge, the additive being the total amount of silicate sand required can be added, but also to one, preferably defined, Subset of the silicate sand are added to a premix can.

Die Zugabe des Abfallschlamms zu dem Silikatsand wird so dimensioniert, dass sich der gewünschte Anteil Al2O3 in dem hergestellten Silikatglas befindet.The addition of the waste sludge to the silicate sand is dimensioned so that the desired amount of Al 2 O 3 is in the silicate glass produced.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hat der Abfallschlamm folgende Hauptbestandteile (in Gew.%): Al (gerechnet auf Al2O3) 26,67 Fe (gerechnet auf Fe2O) 0,265 Ca (gerechnet auf CaO) 26,51 Mg (gerechnet auf MgO) 0,41 Na (gerechnet auf Na2O) 0,61 K (gerechnet auf K2O) 0,09 Ph (gerechnet auf P2O5) 3,56 Pb (gerechnet auf PbO 0,006 F– 0,14 Cl– 2,44 SO3 30,29 C 2,36 Si (gerechnet auf SiO2) 0,32. In one embodiment of the invention, the waste sludge has the following main constituents (in% by weight): Al (calculated on Al 2 O 3 ) 26.67 Fe (calculated on Fe 2 O) 0.265 Ca (calculated on CaO) 26,51 Mg (calculated on MgO) 0.41 Na (calculated on Na 2 O) 0.61 K (calculated on K 2 O) 0.09 Ph (calculated on P 2 O 5 ) 3.56 Pb (calculated on PbO 0,006 F - 0.14 Cl - 2.44 SO 3 30.29 C 2.36 Si (calculated on SiO 2 ) 0.32.

Der betreffende Abfallschlamm ist bei der Oberflächenbehandlung von Aluminium entstanden. Die obigen Angaben beziehen sich auf die Trockenmasse.Of the waste sludge concerned is in the surface treatment of aluminum emerged. The above information refers to the dry matter.

Die Realisierung des gewünschten Al2O3-Anteils in dem hergestellten Silikatglas erfolgt somit durch Verwendung eines Abfallstoffes in Form eines getrockneten Abfallschlamms. Das Silikatglas kann daher mit herkömmlichen Silikatsänden als Glasbildner hergestellt werden, sodass nicht die Verwendung spezieller aluminiumhaltiger Quarzsände erforderlich ist, wie sie beispielsweise in DE 198 53 687 A1 vorgesehen sind, um den Anteil an teuren Mineralien zu verringern. Erfindungsgemäß wird somit nicht – wie in der DE 198 53 687 A1 – vorgesehen, nur spezielle, nämlich aluminiumhaltige, Silikatsände zu verwenden, die mit höheren Transportkosten über weite Strecke herangeschafft werden müssten, sondern ein preiswert erhältlicher aluminiumhaltiger Zusatz in Form eines Aluminium-Abfallschlamms.The realization of the desired Al 2 O 3 content in the silicate glass produced thus takes place by using a waste material in the form of a dried waste sludge. The silicate glass can therefore be produced with conventional silicate sands as glass formers, so that it is not necessary to use special aluminum-containing quartz sands, as used, for example, in US Pat DE 198 53 687 A1 are provided to reduce the proportion of expensive minerals. According to the invention is thus not - as in the DE 198 53 687 A1 - Intended to use only special, namely aluminum-containing, silicate sands, which would have to be brought along with higher transport costs over long distances, but a low-cost aluminum-containing additive in the form of an aluminum waste sludge.

Dabei wird überraschenderweise nicht nur eine verbilligte Herstellung des Silikatglases ermöglicht, sondern es werden auch verbesserte Eigenschaften des Silikatglases erzielt.there is surprisingly not only allows a cheaper production of the silicate glass, but there are also improved properties of silicate glass achieved.

1 verdeutlicht das Transmissionsspektrum des erfindungsgemäß mit Aluminiumschlamm hergestellten Silikatglases, aufgetragen in einer durchgezogenen Kurve über einen Wellenlängenbereich, der das sichtbare Licht vollständig einschließt. Zum Vergleich ist eine entsprechende Kurve für ein herkömmlich mit Feldspat oder Nephelinsyenit produziertes Silikatglas gestrichelt eingezeichnet. Aus dem Vergleich der Kurven wird deutlich, dass insbesondere zu höheren Wellenlängen hin eine deutlich höhere Transmission mit dem erfindungsgemäßen Silikatglas erreicht wird und das zu höheren Wellenlängen hin ein deutlich geringerer Transmissionsabfall zu beobachten ist. Aufgrund des geringen Transmissionsabfalls erscheint das Glas insgesamt brillanter als die herkömmlich hergestellten Silikatgläser. 1 illustrates the transmission spectrum of the invention prepared with aluminum sludge silicate glass, applied in a solid curve over a wavelength range that completely encloses the visible light. For comparison, a corresponding curve for a conventionally produced with feldspar or Nephelinsyenit silicate glass is shown in dashed lines. From the comparison of the curves, it becomes clear that, in particular at higher wavelengths, a significantly higher transmission is achieved with the silicate glass according to the invention, and a significantly lower transmission drop is observed at higher wavelengths. Due to the low transmission drop, the glass appears more brilliant overall than the conventionally produced silicate glasses.

Die qualitative Verbesserung des erfindungsgemäß hergestellten Silikatglases ergibt sich auch aus 2, die die Lage des erfindungsgemäßen Silikatglases (als Dreieck dargestellt) und die Lage des herkömmlich hergestellten Silikatglases (als Quadrat dargestellt) im Lab-Farbenraum (gemäß CIE 1976) verdeutlicht. Im Lab-Farbenraum bedeutet L die Luminanz, die a-Komponente die Farblage zwischen grün und rot und die b-Komponente die Farblage zwischen blau und gelb.The qualitative improvement of the silicate glass produced according to the invention is also evident 2 which illustrates the position of the silicate glass according to the invention (shown as a triangle) and the position of the conventionally produced silicate glass (shown as a square) in Lab color space (according to CIE 1976). In Lab color space, L is the luminance, the a component is the color layer between green and red, and the b component is the color layer between blue and yellow.

2 lässt erkennen, dass bei gleicher Luminanz das erfindungsgemäße Silikatglas deutlich anders positioniert ist als das herkömmlich hergestellte Silikatglas. 2 shows that the same luminosity silicate glass according to the invention is positioned significantly different than the silicate glass produced conventionally.

Das erfindungsgemäße Silikatglas stellt somit ein stark farbverbessertes Weißglas dar, das deutlich brillanter erscheint als die herkömmlich hergestellten Silikatgläser.The Silicate glass according to the invention thus represents a strong color improved white glass, which is much more brilliant appears as the conventional one produced silicate glasses.

Claims (14)

Verfahren zur Herstellung von Silikatglas, das überwiegend aus SiO2 als Glasbildner besteht und einen Anteil Al2O3 enthält, bei dem Silikatsand mit wenigstens einem Additiv geschmolzen, in die gewünschte Form gebracht und anschließend abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Al2O3 bildendes Additiv ein aluminiumhaltiger Abfallschlamm mit dem Silikatsand vor dem Schmelzen vermischt wird.Process for the preparation of silicate glass, which consists predominantly of SiO 2 as a glass former and contains a proportion of Al 2 O 3 , fused at the silicate sand with at least one additive, in the ge desired shape brought and then cooled, characterized in that as Al 2 O 3 forming additive, an aluminum-containing waste sludge is mixed with the silicate sand prior to melting. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein bei der Oberflächenbehandlung von Aluminium anfallender Abfallschlamm verwendet wird.Method according to claim 1, characterized in that that one in the surface treatment of Aluminum accumulating waste sludge is used. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abfallschlamm einen Anteil von 12 bis 45 Gew.%, vorzugsweise 25–30 Gew.% Al (gerechnet auf Al2O3) enthält.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the waste sludge contains a proportion of 12 to 45 wt.%, Preferably 25-30 wt.% Al (calculated on Al 2 O 3 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der getrocknete Abfallschlamm zur Herstellung von weißem Silikatglas einen maximalen Anteil 0,4 Gew.% Eisenverbindungen, insbesondere Fe2O3, enthält.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the dried waste sludge for the production of white silicate glass contains a maximum proportion of 0.4 wt.% Iron compounds, in particular Fe 2 O 3 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der verwendete Abfallschlamm kalkhaltig ist.Method according to one of claims 1 to 4, characterized that the waste sludge used is calcareous. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abfallschlamm Ca (berechnet als CaO) mit einem Anteil zwischen 20 und 30 Gew.% enthält.Method according to claim 5, characterized in that that the waste sludge Ca (calculated as CaO) with a share between Contains 20 and 30 wt.%. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abfallschlamm einen Anteil von bis zu 7 Gew.% Phospor (berechnet als P2O5) enthält.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the waste sludge contains a proportion of up to 7 wt.% Phosporus (calculated as P 2 O 5 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Silikatsand mit dem Abfallschlamm gemischt und eine gemeinsame Trocknung bis zu einer für die Glasherstellung üblichen Restfeuchte des Gemenges vorgenommen wird.Method according to one of claims 1 to 7, characterized that the silicate sand mixed with the waste sludge and a common drying up to one for the glass manufacturing usual Residual moisture of the mixture is made. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischung aus Silikatsand und Abfallschlamm weitere Additive hinzugegeben werden.Method according to one of claims 1 to 8, characterized that the mixture of silicate sand and waste sludge other additives be added. Aluminiumhaltiges Additiv für die Silikatglasherstellung in Verbindung mit einem Silikatsand, bestehend aus Abfallschlamm mit einem Anteil von 16–45 Gew.% Al2O3, vorzugsweise 25–30 Gew.% Al2O3, Al (berechnet als Al2O3).Aluminum-containing additive for silicate glass production in conjunction with a silicate sand, consisting of waste sludge with a proportion of 16-45 wt.% Al 2 O 3 , preferably 25-30 wt.% Al 2 O 3 , Al (calculated as Al 2 O 3 ) , Additiv nach Anspruch 10 mit einem Anteil < 0,4 Gew.% Eisenverbindungen, berechnet als Fe2O3.An additive as claimed in claim 10 with a proportion of <0.4% by weight of iron compounds, calculated as Fe 2 O 3 . Additiv nach Anspruch 10 oder 11, mit einem Anteil bis zu 7 Gew.% Phosphor (berechnet als P2O5).An additive according to claim 10 or 11, containing up to 7% by weight of phosphorus (calculated as P 2 O 5 ). Additiv nach einem der Ansprüche 10 bis 12, das kalkhaltig ist.An additive according to any one of claims 10 to 12, containing lime is. Additiv nach Anspruch 13 mit einem Ca-Anteil zwischen 20 und 30 Gew.%, berechnet als CaO.An additive according to claim 13 with a Ca content between 20 and 30% by weight, calculated as CaO.
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