DE102006058768B4 - Process for producing silicate glass and aluminum-containing additive for silicate glass production - Google Patents
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Abstract
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 feinkörniger aluminiumhaltiger Abfallschlamm vor dem Schmelzen mit dem Silikatsand durch Trocknung zu einem Gemenge mit einer vorbestimmten Zielfeuchte vermischt wird.Process for the production of silicate glass, which consists predominantly of SiO 2 as a glass former and contains a proportion of Al 2 O 3 , is melted with the silicate sand with at least one additive, brought into the desired shape and then cooled, characterized in that as Al 2 O. 3 forming additive a fine-grained aluminum-containing waste sludge is mixed with the silica sand by melting to a mixture with a predetermined target moisture before 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 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 Homogenisierung 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 Bestäradigkeit 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 to improved homogenization 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 fatigue 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.As an aluminum-containing additive feldspars are used, which occur as a natural mineral. As a replacement for feldspar and nepheline syenite is used, which also occurs as a natural mineral.
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 of white glass, ie undyed, completely transparent glass, the added aluminum support must be virtually free of iron, since iron ions are known to lead to a bluish to brownish discoloration of the glass. The low-iron aluminum-containing minerals are relatively expensive, which affects the price of white glass.
Aus
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung der Silikatgläser der beschriebenen Art zu verbilligen.The present invention has for its object to cheapen the production of silicate glasses of the type described.
Dies gelingt erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch, dass als Al2O3 bildendes Additiv ein feinkörniger aluminiumhaltiger Abfallschlamm vor dem Schmelzen mit dem Silikatsand durch Trocknung zu einem Gemenge mit einer vorbestimmten Zielfeuchte vermischt wird.This is achieved according to the invention in a method of the type mentioned in that as Al 2 O 3 forming additive, a fine-grained aluminum-containing waste sludge is mixed before melting with the silicate sand by drying to a mixture with a predetermined target moisture.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß ferner gelöst durch ein aluminiumhaltiges Additiv für die Silikatglasherstellung in Verbindung mit einem Silikatsand, bestehend aus Abfallschlamm mit einem Anteil von 16 bis 45 Gew.% Al2O3, vorzugsweise 25 bis 30 Gew.% Al2O3, oder einer anderen, dieser Menge Al2O3 entsprechenden, sich beim Schmelzvorgang umwandelnden Aluminium-Verbindung.The object is further achieved by an aluminum-containing additive for silicate glass production in conjunction with a silicate sand, consisting of waste sludge with a share of 16 to 45 wt.% Al 2 O 3 , preferably 25 to 30 wt.% Al 2 O 3 , or another, corresponding to this amount of Al 2 O 3 , during the melting process converting 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.For example, an aluminum-containing waste sludge useful in the invention is a waste product in the surface treatment of aluminum. This waste sludge has been disposed of in a complicated manner by being pressed and deposited, for example, with lime or polymers. The disposal of this waste sludge is therefore not only expensive, but also takes up considerable landfill capacity. A suitable waste sludge may also be incurred in the treatment of water and waste water.
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.The present invention is based on the finding that such a waste sludge can be used in a particularly suitable manner for producing silicate glass, in particular white glass, preferably as a container glass. The aluminum sludge can be used continuously, 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 is on the order of 5 to 6%. It is possible to first produce the mixture and to dry it to the target moisture or the waste sludge itself already subjected to a partial pre-drying and then mix with the silicate sand, so - with or without a supplementary drying - the permissible for the melting 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.Since the additive according to the invention results from the drying of a sludge, it is in the form of very fine particles which can be mixed in a particularly suitable form with the silicate sand and optionally other additives. The dried sludge contains 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 of the treatment, a waste sludge resulting from the surface treatment of aluminum is used.
Vorzugsweise hat der getrocknete Abfallschlamm einen Aluminiumanteil, der gerechnet auf Al2O3 zwischen 12 bis 45 Gew.%, vorzugsweise zwischen 25 bis 30 Gew.% liegt. Das Aluminium kann dabei bereits als Al2O3, aber auch in anderen Verbindungen, vorliegen.Preferably, the dried waste sludge has an aluminum content, calculated on Al 2 O 3 between 12 to 45 wt.%, Preferably between 25 to 30 wt.%. The aluminum can 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.The dried waste sludge is preferably calcareous, wherein the proportion, calculated on CaO, preferably between 20 and 30 wt.% Is.
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, it being possible for the additive to be added to the entire amount of silicate sand required, but it may also be added to a, preferably defined, subset of the silicate sand to form a premix.
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.%):
Der betreffende Abfallschlamm ist bei der Oberflächenbehandlung von Aluminiumentstanden. Die obigen Angaben beziehen sich auf die Trockenmasse.The waste sludge in question is formed during the surface treatment of aluminum. 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
Dabei wird überraschenderweise nicht nur eine verbilligte Herstellung des Silikatglases ermöglicht, sondern es werden auch verbesserte Eigenschaften des Silikatglases erzielt.Surprisingly, not only a cheaper production of silicate glass is made possible, but also improved properties of the silicate glass are achieved.
Die qualitative Verbesserung des erfindungsgemäß hergestellten Silikatglases ergibt sich auch aus
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 strongly farbverbessertes white glass, which appears much brighter than the conventionally produced silicate glasses.
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