DE102013005623A1

DE102013005623A1 - Verfahren zur Behandlung einer keramischen Masse

Info

Publication number: DE102013005623A1
Application number: DE201310005623
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Ceramix Ag De
Priority date: 2013-01-15
Filing date: 2013-04-04
Publication date: 2014-07-17

Abstract

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Behandlung einer keramischen Masse, vorzugsweise für die Bauindustrie, vor dem Brand, wobei der keramischen Masse zum Zwecke der Trocknung Zuschlagsstoffe beigemengt werden, die angewärmt sind und somit eine Trocknung von innen ermöglichen.

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Behandlung einer keramischen Masse, vorzugsweise für die Bauindustrie, vor dem Brand.
Die Anforderungen an die Eigenschaften und die Qualität von Mauersteinen sind in den zurückliegenden Jahren kontinuierlich gewachsen. Zusätzlich wird verstärkt Augenmerk auf die Optimierung der Prozessparameter bei der Herstellung von keramischen Produkten gelegt, insbesondere auf die Einsparung von Zeit und Energie während des Herstellungsprozesses.
Der Trocknungsprozess ist bei der Herstellung von Keramik der energieintensivste Produktionsabschnitt. Bis zu 70% der eingesetzten Gesamtenergie werden für die Trocknung benötigt. Gegenwärtig sind folgende Prozessschritte in räumlicher und zeitlicher Abfolge feststellbar:

– Aufbereitung (Zerkleinerung, Homogenisierung),
– Formgebung unter Zugabe von Wasser und Heißdampf,
– Trocknung durch Konvektionstrocknung,
– Brand des keramischen Scherbens.

Bei der Konvektionstrocknung wird Heißluft an der feuchten keramischen Masse durch Gebläse (Ventilatoren, Lüfter) vorbeigeführt. Durch einen Feuchteunterschied zwischen keramischer Masse und Trocknungsluft nimmt die Luft dabei Feuchtigkeit auf. An der Grenzschicht zwischen keramischer Masse und Luft stellt sich dabei abhängig von den Randbedingungen eine konstante Temperatur ein, die sog. Kühlgrenztemperatur. Erst wenn der Wassernachtransport aus dem Inneren der keramischen Masse abgeschwächt wird und kein konstanter Feuchtefilm auf der Oberfläche vorhanden ist, findet an der Tonscherbenoberfläche eine signifikante Temperaturerhöhung statt.
Aus diesem Grund ist es sinnvoll, die plastische, keramische Masse durch andere Maßnahmen auf eine höhere Temperatur zu bringen, oder den Wasserabtransport durch andere Prozessschritte zu realisieren oder zu fördern.
Der oberflächliche Wasserabtransport führt zu einem Feuchtegefälle von innen nach außen. Feuchtedifferenzen erhöhen aufgrund unterschiedlicher Schwindvorgänge die Wahrscheinlichkeit der Rissbildung.
Die Feuchteleitfähigkeit beschreibt die Beweglichkeit des Wassers im Kapillarsystem der keramischen Masse. Höhere Feuchteleitfähigkeiten reduzieren Feuchtedifferenzen und damit Trocknungsspannungen. Die Feuchteleitfähigkeit nimmt beispielsweise bei Temperaturerhöhung von 20°C auf 50°C um mehr als das Doppelte zu.
Die DE 38 04 883 C1 beschreibt beispielsweise eine signifikante Verkürzung des gesamten Herstellungsprozesses von in diesem Falle tonhaltigen Materialien auf der einen Seite, indem in die tonhaltige Masse mit Ton beschichtete Fasern untergemischt werden. Diese beigemischten Fasern ermöglichen die Vortrocknung in kürzester Zeit ohne, dass es zu Rissbildungen während des Prozesses kommt. Die Fasern stabilisieren den Ton derartig, dass das verdampfende Wasser zwar leicht von innen nach außen entweichen kann, aber die Fasern in keinster Weise verschoben werden. Somit muss der neu entstehende Werkstoff sehr porös sein, was wohl den Nachteil in sich birgt, dass das nach dem anschließendem Brand entstehende Material einerseits nicht sehr belastungsstabil sein wird und das Material nicht sehr witterungsbeständig ist. Außerdem erfolgt die Trocknung nach dem normalen Verfahren indem Hitze von außen zugeführt wird und dann in den Formkörper hinein transportiert werden muss.
Darüber hinaus ist das hier beschrieben Verfahren aufwändig, da die Fasern zunächst in einem aufwendigen vorgeschalteten Verfahren mit Ton beschichtet und bei erhöhten Temperaturen getrocknet werden müssen, was mit weiteren, erheblichen Energiekosten verbunden ist.
Das die Erfindung initiierende Problem liegt also darin, die Trocknung von keramischen Massen vor dem Brand zu verkürzen, um Energie einzusparen und andererseits dazu Materialien zu verwenden, die kostengünstig in der Anschaffung und Bearbeitung sind, damit insbesondere Primärenergie eingespart werden kann, sowie auch vorzugsweise Rohstoffreserven geschont werden. Eine Optimierung des Trocknungsprozesses sollte auch dazu führen, dass Verweilzeiten in Lageräumen, die platz- und kostenintensiv sind, eingespart wird.
Die Lösung dieses Problems gelingt durch ein Verfahren zur Behandlung einer keramischen Masse, wobei eine Trocknung der keramischen Masse jedenfalls zum Teil von innen heraus erfolgt, indem die Temperatur in oder nahe dem Kern der keramischen Masse zu Beginn der Trocknung zumindest partiell bereits oberhalb von 70°C liegt.
Insbesondere kann eine erfindungsgemäße Trocknung der keramischen Masse von innen heraus bewirkt werden, indem die Kerntemperatur der keramischen Masse durch eine vorher erhitzte, feste oder flüssige Substanz zu Beginn der Trocknung zumindest partiell bereits oberhalb von 70°C liegt.
Durch diese Maßnahme wird zwecks Trocknung der keramische Masse für einen möglichst innigen Kontakt mit einer vorher erhitzten, festen oder flüssigen Substanz gesorgt, im Gegensatz zu einer normalen Lufttrocknung, wo die Wärme durch einen primären Kontakt mit einem gasförmigen Medium auf die keramische Masse übertragen wird. Als inniger Kontakt mit einer vorher erhitzten, festen oder flüssigen Substanz wird damit eine Kontaktfläche angesehen, welche jedenfalls größer ist als die Grund- oder Aufstandsfläche eines aus der betreffenden Masse angefertigten Formlings. Beispielsweise soll diese Kontaktfläche wenigstens der gesamten, äußeren Mantelfläche des betreffenden Formlings entsprechen, vorzugsweise der gesamten, äußeren Oberfläche (also ohne Poren), insbesondere der gesamten äußeren Oberfläche einschließlich der Porenoberfläche. Durch unmittelbare Beimengung der vorher erhitzten, festen oder flüssigen Substanz ist die Kontaktfläche sogar noch größer, nämlich entsprechend der inneren Oberfläche der beigemengten Substanz.
Dadurch lassen sich mehrere Vorteile auf einmal erzielen:
Zum einen kann der Trocknungsprozess homogener und gleichmäßiger ablaufen, da die Trocknung nicht auf einem von außen nach innen stark abfallenden Temperaturverlauf basiert, sondern gleichzeitig die gesamte Masse bzw. den gesamten Formling erfasst; die Rissbildung wird dadurch reduziert.
Darüber hinaus kann durch die Zugabe von erhitzten Substanzen, insbesondere Zuschlagstoffen die Trockenschwindung deutlich reduziert werden. Eine Reduzierung der Trockenschwindung führt dazu, dass aufgrund geringerer Schwinddifferenzen geringere Spannungen eingebracht werden, wodurch der Trocknungsprozess beschleunigt werden kann. Als ideal hat sich hierbei eine Mischung aus 60% Feinkorn und 40% Grobkorn erwiesen. Auch eine Gleitkornmagerung mit einem Kornband von 10 bis 1000 μm ist sehr vorteilhaft.
Andererseits kann ein größeres Volumen pro Zeiteinheit getrocknet werden, nämlich die gesamte Masse bzw. der gesamte Formling auf einmal; dadurch gestaltet sich die Trocknung effizienter.
Andererseits muss der gesamte Trocknungsvorgang nicht ausschließlich von der erfindungsgemäßen, inneren Trocknung angetrieben werden; vielmehr können natürlich weitere Maßnahmen ergriffen werden, um die Trocknung zu unterstützten oder zu beschleunigen, beispielsweise eine Beheizung von außen, beispielsweise mit heißer Luft, Strahlungswärme, die Verwendung einer Mikrowellentrocknung, das Abführen von feuchter Luft und/oder das Zuführen von Frischluft, etc.
Dabei ist zu bedenken, dass der Trocknungsprozess bei Umgebungstemperaturen von weniger als 100°C ein Verdunstungsprozess ist, der immer dann auftritt, wenn der temperaturabhängige Sättigungsdampfdruck größer ist als der Partialdruck des verdunstenden Wassers, und solange der Dampfdruck unterhalb des Gesamtdruckes liegt.
Der Sättigungsdampfdruck E_w von Wasserdampf kann näherungsweise als Exponentialfunktion aufgefasst werden, etwa von folgender Gestalt:
wobei
q_c die spezifische Verdampfungswärme ist, also die Verdampfungswärme pro Masse,
R_w die spezifische Gaskonstante ist,
T die Temperatur ist.
Der Sättigungsdampfdruck E_w von Wasserdampf über einer ebenen Wasseroberfläche ergibt sich damit etwa zu:
wobei –45°C ≤ T ≤ 60°C.
Da in obiger Formel der Nenner des Exponentialausdrucks mit steigender Temperatur T nur geringfügig anwächst, der Zähler dagegen stark, kann man dies näherungsweise durch einen rein exponentiellen Anstieg approximieren. Der Exponentialausdruck wird etwa bei T = 13°C zu 1, die Exponentialfunktion nimmt den Wert e an. Bei T = 26°C hat sich der Exponent nahezu verdoppelt, mithin erreicht die Exponentialfunktion bereits den Wert e², der Sättigungsdampfdruck ist als auf das e-fache, d. h., etwa das 2,7-fache seines Wertes bei 13°C angestiegen. Man kann also daraus entnehmen, dass der Sättigungsdampfdruck bei ΔT ≈ 12°C auf ca. das Doppelte ansteigt.
Eine Überprüfung zeigt, dass damit bei ca. ΔT = 100°C der atmosphärische Druck erreicht wird; das bedeutet, dass die Verdunstung nicht mehr durch den Gesamtdruck gebremst wird – die noch verbliebene, flüssige Phase beginnt zu sieden.
Wie man daraus entnehmen kann, ist für einen schnellen Trocknungsvorgang – also ein effizientes Verdunsten oder gar ein Sieden des Restwassers – eine möglichst hohe Temperatur wünschenswert. Erreicht diese Temperatur 100°C, so läuft die Trocknung am effizientesten ab.
Eine Trocknung von innen heraus lässt sich erreichen, indem der keramischen Masse wenigstens eine Substanz beigemengt wird, die vorgewärmt ist.
Nimmt man an, dass die keramische Masse vor dem Beimengen einer vorgewärmten Substanz eine physikalische Masse m_ker, eine spezifische Wärmekapazität c_ker und eine Temperatur T_ker hatte, und die vorgewärmte Substanz vor der Beimengung eine physikalische Masse m_vor, eine spezifische Wärmekapazität c_vor und eine Temperatur T_vor, so ergibt sich die Mischungstemperatur T_m nach dem Zusammenmischen zu:
Man erkennt daraus, welche Faktoren für eine möglichst hohe Mischtemperatur ausschlaggebend sind.
Wenn man davon ausgeht, dass die Größen m_ker, c_ker und T_ker weitgehend vorgegeben sind, weil das fertige keramische Produkt bestimmte, vorgegebene Eigenschaften aufweisen soll, und weil sich die keramische Masse etwa auf Umgebungstemperatur T_U befindet, also T_ker = T_U, so müssen die Parameter m_vor, c_vor und T_vor der vorgewärmten Substanz möglichst optimal eingestellt werden, d. h., sie müssen jeweils möglichst groß gewählt werden.
Davon hat min im Allgemeinen auf die Menge m_vor der vorgewärmten Substanz am wenigsten Einfluss, weil ein zu großer Anteil eventuell die Eigenschaften des fertigen Produktes zu stark verändert. Leichter zugänglich sind demgegenüber die Parameter der spezifische Wärmekapazität c_vor und eine Temperatur T_vor, die zumindest so groß als möglich gewählt werden sollten.
Diesbezüglich empfiehlt die Erfindung, dass die Temperatur der beigemengten Substanz vor der Beimengung zu der keramischen Masse mehr als 70°C beträgt, vorzugsweise mehr als 80°C, insbesondere mehr als 90°C.
Sofern die keramische Masse vor der eigentlichen Formgebung auf eine höhere Temperatur gebracht werden soll, wäre es unter anderem möglich, dies durch Zugabe von heißem Wasser zu realisieren. Das heiße Wasser könnte regenerativ, z. B. durch Geothermie oder Solarkollektoren, erzeugt werden. Insbesondere kann auch das sogenannte Anmachwasser bereits vorgewärmt werden. Eine solche Wasserzugabe ist ohnehin erforderlich, um der Masse die gewünschte, formbare Konsistenz zu verleihen, und/oder um während des Keramikbrandes zum Abbinden eventuell erforderliche Feuchtigkeit in die Masse einzubringen. Andererseits hat die Vorwärmung des Wassers einen sehr positiven Einfluss auf das Trocknungsverhalten, denn Wasser, welches sich knapp unterhalb des Siedepunktes oder auf einer anderen, erhöhten Temperatur befindet, wird viel leichter Verdunsten als kaltes, nicht vorgewärmtes Wasser. Durch Hinzugabe von beispielsweise auf T_vor = 90°C vorgewärmtem Wasser zu sonstigen Bestandteilen auf Umgebungstemperatur lässt sich durchaus eine resultierende, erhöhte Mischungstemperatur T_m zwischen 35°C und 45°C erzielen, so dass die Trocknung durch Verdunstung selbst ohne weitere Unterstützung, also in Form einer reinen Lufttrocknung, bereits etwa fünfmal schneller abläuft als bei kaltem Wasser.
Sofern die beigemengte Substanz dies aushält, ohne Schaden zu nehmen oder in einen anderen Phasenzustand überzugehen wie Wasserdampf, so lassen sich sogar darüber hinaus noch höhere Temperaturen realisieren, insbesondere T_vor ≥ 150°C oder gar Tvor ≥ 200°C. Will man die Trocknung ohne zusätzliche Unterstützung ausschließlich von innen her durchführen, so wären noch höhere Temperaturen empfehlenswert, also beispielsweise T_vor ≥ 250°C oder gar T_vor ≥ 300°C.
Will man derartige Temperaturbereiche T_vor nutzen, so sollte als zum Zwecke der Trocknung beizumengende Substanz wenigstens ein fester Zuschlagstoff verwendet werden, der entsprechend vorgewärmt ist und somit eine Trocknung von innen heraus ermöglicht.
Im Rahmen einer ersten, konkreten Ausführungsform ist es möglich, als vorgewärmte Substanz ein oder mehrere Leichtzuschlagstoffe zu verwenden, also beispielsweise Perlite, Vermiculite, Blähton, Blähschiefer, etc., oder organische Substanzen wie Kohlenstoffmodifikationen, Glanzkohlenstoff, calcinierter Petrolkoks, Industrieruß, Anthrazitkohle, Anodenkoks, Koksgrus, Kunststoffe oder gar Bioprodukte wie Holz, etc., welche eine geringe spezifische Dichte ρ aufweisen oder sogar Ausbrennstoffe. Diese Variante hat jedoch die Einschränkung, dass – obzwar solche Substanzen oftmals eine große spezifische Wärmekapazität C_vor haben – die beizufügende physikalische Masse m_vor eher gering ist, und dass außerdem die zulässigen Temperaturen T_vor zumeist relativ begrenzt sind. Leichtzuschlagstoffe haben oftmals eine Kornrohdichte von weniger als 2 kg/dm³, insbesondere zwischen 0,8 und 1,7 kg/dm³.
Mit einer deutlich geringeren, volumetrischen Menge eines vorgewärmten Zuschlagstoffes lässt sich die Trocknung effizient beschleunigen, wenn dieser Zuschlagstoff eine höhere spezifische Dichte ρ aufweist, also wahlweise Normalzuschlagstoffe mit einer Kornrohdichte von beispielsweise 2,2 kg/dm³ oder mehr, vorzugsweise 2,5 kg/dm³ oder mehr, also beispielsweise Ziegelbruch oder Dachziegelbruch; oder gar Schwerzuschlagstoffe mit einer Kornrohdichte von beispielsweise 3,2 kg/dm³ oder mehr, vorzugsweise 3,3 kg/dm³ oder mehr. Je größer die spezifische Dichte ρ ist, umso stärker ist bei vergleichbarer spezifischer Wärmekapazität c der Trocknungseffekt.
Also wären in dieser Hinsicht Schwerzuschlagstoffe wie beispielsweise Baryt (Schwerspat), Eisenerze wie Magnetit, Hämatit, Ilmenit, Limonit oder Goethit oder Stahlsand, etc. zu empfehlen.
Allerdings ist als weiterer Faktor auch die spezifische Wärmekapazität relevant. Diese kann auf die Masse oder auf das Volumen bezogen sein. Generell hat Gips sehr hohe Werte; bezogen auf die Masse liefert auch Kalksandstein gute Werte, während auf das Volumen bezogen besonders Gesteine wie Marmor, Glimmer, Granit, Glas, etc. zu empfehlen sind; auch Ziegelbruch oder Dachziegelbruch ist insofern interessant.
Die Zugabe von saugfähigen, trockenen Zusatzstoffen, bietet darüber hinaus die Möglichkeit, dass parallel zum Prozess des Wasserabdampfens an die Umgebung, eine Wasserdiffusion aus der Rohstoffmatrix in dem Zusatzstoff erfolgt. Da der Zusatzstoff bei Wasserabgabe idealerweise kaum einer Schwindung unterliegt, kann die Schwindung der Mischung deutlich reduziert werden. Dies wirkt sich positiv auf die bei der Schwindung auftretenden Spannungen aus. Ein Restwassergehalt in dem Zuschlagstoff beeinflusst den Bereich des ersten Trocknungsabschnittes, welcher durch das Schwindungsende gekennzeichnet ist, nicht.
Idealerweise wird durch die Zusatzstoffzugabe die Trockenschwindung auf einen Wert kleiner 3% reduziert.
Durch eine Temperaturerhöhung der Strangtemperatur (z. B. Extrudieren) der keramischen Masse kann der Anmachwasserbedarf reduziert werden. Die Viskosität des Wassers ist sehr stark temperaturabhängig. Dies bedeutet, dass für eine Benetzung der Partikel der keramischen Masse bei höheren Temperaturen eine geringere Wassermenge notwendig ist. Eine Reduzierung des Anmachwasserbedarfs reduziert die Wassermenge, welche bei der Trocknung zu verdunsten ist.
Ein weiterer, nicht unwesentlicher Aspekt ist die Feuchte der beizumengenden Substanz. Für die Feuchte einer Substanz gibt es verschiedene Kennwerte. Während der Wassergehalt u wie folgt definiert ist:
wobei m_w die Masse des Wassers und m_tr die Masse des wasserfreien Stoffes von der Gesamtmasse m ist, also m = m_tr + m_w, so ist der Wasseranteil ψ wie im folgenden bestimmt:
Beide Größen u, ψ sind zwar nicht identisch, können aber ineinander umgerechnet werden. Im Folgenden soll daher nur der Wassergehalt u verwendet werden. Beim Mischen einer keramischen Masse mit einem Wassergehalt
mit einer vorgewärmten Substanz mit einem Wassergehalt
erhält man eine Mischung mit einem Mischungswassergehalt u_m:
wobei m_tr,m = m_tr,ker + m_tr,vor die gesamte Trockenmasse des Mischungsproduktes ist. Wie man sieht, ergibt sich der Mischungswassergehalt aus den jeweiligen Einzelwassergehalten, bezogen auf den Anteil der jeweiligen Trockensubstanz an der gesamten Trockensubstanz.
Wenn daher der Wassergehalt der beigemengten, vorgewärmten Substanz geringer ist als der Wassergehalt u_ker der keramischen Masse: u_vor < u_ker, so gilt in jedem Falle auch u_m < u_ker, d. h., allein durch die Untermengung einer trockeneren Substanz ist bereits eine teilweise Reduzierung des Wassergehaltes eingetreten. Daher empfiehlt die Erfindung, die vorgewärmte Substanz vor der Beimengung ggf. auf einen Wassergehalt u_vor zu trockenen, der geringer ist als der Wassergehalt u_ker der keramischen Masse: u_vor < u_ker.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass wenigstens ein zum Zwecke der Trocknung vor der Beimengung angewärmter Feststoff, insbesondere Zuschlagstoff, eine Korngröße von 2 mm oder weniger aufweist, beispielsweise von 1 mm oder weniger, bevorzugt von 500 μm oder weniger, vorzugsweise von 200 μm oder weniger, insbesondere von 100 μm oder weniger. Je feiner gemahlen die vorgewärmte Substanz ist bzw. je kleiner deren Korngröße, um so feiner ist diese in der Mischung verteilt, was die Trocknung weiter optimiert, weil dann die Wärme homogener in der Mischung verteilt ist und schneller an die keramische Masse abgegeben wird.
Ferner hat es sich als günstig erwiesen, dass wenigstens ein zum Zwecke der Trocknung vor der Beimengung angewärmter Feststoff, insbesondere Zuschlagstoff, eine Korngröße von 10 mesh oder weniger aufweist, beispielsweise von 20 mesh oder weniger, bevorzugt von 50 mesh oder weniger, vorzugsweise von 100 mesh oder weniger, insbesondere von 200 mesh oder weniger. Eine entsprechende Sieblinie ist empfehlenswert.
Eine weitere Konstruktionsvorschrift sieht vor, dass wenigstens ein zum Zwecke der Trocknung vor der Beimengung angewärmter Feststoff, insbesondere Zuschlagstoff, eine Korngröße von 0,1 μm oder mehr aufweist, beispielsweise von 0,2 μm oder mehr, bevorzugt von 0,5 μm oder mehr, vorzugsweise von 1 μm oder mehr, insbesondere von 2 μm oder mehr. Durch eine gewisse Mindestgröße wird das Aneinanderhaften der einzelnen Körner reduziert, und eine solche Substanz kann um so schneller in die keramische Masse eingerührt werden.
Weitere Vorteile lassen sich erzielen, indem wenigstens ein zum Zwecke der Trocknung vor der Beimengung angewärmter Feststoff, insbesondere Zuschlagstoff, eine Korngröße von 20.000 mesh oder mehr aufweist, beispielsweise von 10.000 mesh oder mehr, bevorzugt von 5.000 mesh oder mehr, vorzugsweise von 2.000 mesh oder mehr, insbesondere von 1.000 mesh oder mehr. Eine derartige Maschengröße hat sich als vorteilhaft erwiesen.
Ferner entspricht es der Lehre der Erfindung, dass wenigstens ein zum Zwecke der Trocknung vor der Beimengung angewärmter Feststoff, insbesondere Zuschlagstoff aus einem oder mehreren der folgenden Bestandteile besteht: Mauerwerksbruch, Ziegelbruch, Dachziegelbruch, Gesteinsmehle und -sande (z. B. Baryt), Tonminerale, Metalloxide und -hydroxide, Filterstäube, Flugaschen, Kalkmilch, Kalk, Brandkalk, Carbonate, Zeolith und/oder weitere sekundäre, anorganische und/oder metallische Rohstoffe. Von diesen sind besonders Mauerwerksbruch, Ziegelbruch, Dachziegelbruch und dgl. hervorzuheben, weil derartige Substanzen aus einem nahezu identischen Material bestehen wie die keramische Masse selbst, so dass diese die Eigenschaften des fertigen Produktes nicht negativ beeinflussen und daher relativ bedenkenlos auch in größeren Mengen beigefügt werden können, so dass der Trocknungseffekt maximal wird. Darüber hinaus können solche Materialien auf vergleichsweise hohe Temperaturen T_vor vorgeheizt werden, insbesondere auf Temperaturen größer als 300°C: T_vor ≥ 300°C, und schließlich ist auch die Wärmekapazität c zufriedenstellend.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ferner vorgesehen sein, dass die vorgewärmte Substanz erst nach der Formgebung hinzugefügt wird.
Nach der Formgebung liegen die keramischen Formlinge häufig als Hohlkörper vor. Hier ist es vorstellbar, den Prozess der Trocknung zu unterstützen, indem die Hohlräume durch ein oder mehrere Schüttgüter (Granulat) verfüllt werden, und/oder dass die Schüttgüter den Formling umhüllen. Die Schüttgüter könnten zum einen zu einer Erhitzung des keramischen Formlings beitragen, zum anderen könnten die Schüttgüter dem keramischen Formling Feuchtigkeit entziehen. Als Schüttgut zum Verfüllen von Hohlraum kommen insbesondere auch sämtliche Materialien in Betracht, welche weiter oben auch zur Beimengung empfohlen oder erwogen wurden.
Darüber hinaus sind zum Wasserentzug Stoffe wie Superabsorber, Cellulosen, Silicagel, Molekularsieb, Zeolith, Natriumsulfat und Magnesiumsulfat bevorzugt geeignet.
Das durch die Erhitzung durch heißes Schüttgut verdampfende Wasser kann dem Produktionsprozess erneut zugeführt werden (z. B. Extruder).
Die Schüttgüter werden im weiteren Ablauf des Produktionsprozesses dem Hohlraum wieder entnommen und durch Erhitzen zurückgetrocknet. Der dabei frei werdende Wasserdampf kann im Produktionsprozess wieder eingesetzt werden (z. B. am Extruder). Das dabei erhitzte Schüttgut kann erneut zum Verfüllen der Hohlräume der feuchten Formlinge eingesetzt werden und hat dann bereits eine erhöhte Temperatur, muss also nicht oder nur geringfügig nacherhitzt werden, um wieder eingesetzt werden zu können. Das Schüttgut wird sozusagen recycelt und ist abermals zur Trocknung verwendbar.
Die Erhitzung der schüttbaren Zusatzstoffe erfolgt idealerweise in einem Mischaggregat, z. B. in einem Doppelwellenmischer, worin durch Rühren kontinuierlich freie äußere Oberflächen erzeugt werden. Die erzeugten Oberflächen werden mit Wärme beaufschlagt. Die Wärme kann hierbei aus Abwärme anderer Prozessschritte oder primär generiert werden, beispielsweise mit heißer Luft, Verbrennungsluft, Strahlungswärme, Mikrowellenerhitzung. Als idealer Brennstoff wird hierbei fossiles oder biogenes Methan angesehen.
Die Erhitzung von flüssigen Substanzen erfolgt vorzugsweise durch Abwärme anderer Prozessschritte unter Nutzung von Wärmetauschern. So könnte beispielsweise ein Rohrleitungssystem auf der Ofendecke verlegt werden. Ebenso kann die Wärme regenerativ, z. B. durch Solarthermie oder Geothermie erzeugt werden. Sinnvollerweise werden verschiedene Wärmeerzeugungsmöglichkeiten kombiniert. Über Zwischenspeicher sind homogenere Prozessparameter realisierbar.
Bei den Einsatzstoffen kann es sich um Mauerwerksbruch handeln, und/oder um eine oder mehrere der folgenden Substanzen: Ziegelbruch, Dachziegelbruch, Gesteinsmehle und -sande (z. B. Baryt), Tonminerale, Metalloxide und -hydroxide, Filterstäube, Flugaschen, Kalk, Brandkalk, Carbonate, Zeolith, Superabsorber, Celloloseprodukte, Silicagel, Molekularsieb, Natriumsulfat, Magnesiumsulfat, Salze und/oder weitere anorganische, organische und/oder metallische Rohstoffe.
Eine weitere Möglichkeit zum Wasserentzug besteht darin, dass ein Formling von einer hygroskopischen Flüssigkeit durch- und/oder umspült wird. Diese Maßnahme kann alternativ oder kumulativ zu anderen Trocknungsmethoden eingesetzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3804883 C1 [0008]

Claims

Verfahren zur Behandlung einer mit mindestens 8 Gew.-% Wasser versehenen keramischen Masse, vorzugsweise für die Bauindustrie, gekennzeichnet durch eine Trocknung der keramischen Masse von innen heraus, indem die Kerntemperatur der keramischen Masse durch eine vorher erhitzte, feste oder flüssige Substanz zu Beginn der Trocknung zumindest partiell bereits oberhalb von 70°C liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der keramischen Masse zum Zwecke der Trocknung wenigstens eine Substanz beigemengt oder hinzugefügt wird, die vorgewärmt ist und somit eine Trocknung von innen heraus ermöglicht.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der hinzugefügte Substanz vor der Beimengung oder Hinzufügung zu der keramischen Masse mehr als 70°C beträgt, vorzugsweise mehr als 80°C, insbesondere mehr als 90°C.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der hinzugefügte Substanz vor der Beimengung oder Hinzufügung zu der keramischen Masse mehr als 120°C beträgt, vorzugsweise mehr als 180°C, insbesondere mehr als 240°C.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabe wenigstens einer vorgewärmten Substanz vor der abschließenden Formgebung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabe wenigstens einer vorgewärmten Substanz vor der abschließenden Formgebung beim Strangextrudieren vor dem Austritt aus dem Extruder erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabe in einem, idealerweise gekapselten, Mischaggregat, zum Beispiel Doppelwellenmischer, erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine zum Zwecke der Trocknung vor der Beimengung angewärmte Substanz flüssig und nicht dampfförmig ist, vorzugsweise Wasser, beispielsweise Anmachwasser und dass diese flüssige Substanz auf über 70°C vorgewärmt wird, wobei die Erwärmung vorzugsweise regenerativ z. B. durch Abwärme, Solarthermie oder Geothermie erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine zum Zwecke der Trocknung vor der Beimengung angewärmte Substanz fest ist, insbesondere ein Zuschlagstoff.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein zum Zwecke der Trocknung vor der Beimengung angewärmter Feststoff, insbesondere Zuschlagstoff, körnig, granulatartig und/oder pulverförmig ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein zum Zwecke der Trocknung vor der Beimengung angewärmter Feststoff, insbesondere Zuschlagstoff, eine Korngröße von 2 mm oder weniger aufweist, beispielsweise von 1 mm oder weniger, bevorzugt von 500 μm oder weniger, vorzugsweise von 200 μm oder weniger, insbesondere von 100 μm oder weniger.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein zum Zwecke der Trocknung vor der Beimengung angewärmter Feststoff, insbesondere Zuschlagstoff, eine Korngröße von 10 mesh oder weniger aufweist, beispielsweise von 20 mesh oder weniger, bevorzugt von 50 mesh oder weniger, vorzugsweise von 100 mesh oder weniger, insbesondere von 200 mesh oder weniger.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein zum Zwecke der Trocknung vor der Beimengung angewärmter Feststoff, insbesondere Zuschlagstoff, eine Korngröße von 0,1 μm oder mehr aufweist, beispielsweise von 0,2 μm oder mehr, bevorzugt von 0,5 μm oder mehr, vorzugsweise von 1 μm oder mehr, insbesondere von 2 μm oder mehr.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein zum Zwecke der Trocknung vor der Beimengung angewärmter Feststoff, insbesondere Zuschlagstoff, eine Korngröße von 20.000 mesh oder mehr aufweist, beispielsweise von 10.000 mesh oder mehr, bevorzugt von 5.000 mesh oder mehr, vorzugsweise von 2.000 mesh oder mehr, insbesondere von 1.000 mesh oder mehr.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein zum Zwecke der Trocknung vor der Beimengung angewärmter Feststoff, insbesondere Zuschlagstoff aus einem oder mehreren der folgenden Bestandteile besteht: Mauerwerksbruch, Ziegelbruch, Dachziegelbruch, Gesteinsmehle und -sande (z. B. Baryt), Tonminerale, Metalloxide und -hydroxide, Filterstäube, Flugaschen, Kalkmilch, Kalk, Brandkalk, Carbonate, Zeolith, Kohlenstoffmodifikationen, Glanzkohlenstoff, calcinierter Petrolkoks, Industrieruß, Anthrazitkohle, Anodenkoks, Koksgrus, Kunststoffe und/oder weitere sekundäre, anorganische, organische und/oder metallische Rohstoffe.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabe wenigstens einer vorgewärmten Substanz, insbesondere Festkörper-Substanz, nach der abschließenden Formgebung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine vorgewärmte Substanz, insbesondere Festkörper-Substanz, in Hohlkörperstrukturen eines Formlings eingebracht wird und/oder den Formling umhüllt.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine vorgewärmte, in Hohlkörperstrukturen eines Formlings eingebrachte und/oder diesen umhüllende Substanz ein Schüttgut ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Wassergehalt der eingebachten Substanz, insbesondere des Schüttgutes, geringer ist als der Wassergehalt der keramischen Masse, so dass ein Wasserabtransport aus der keramischen Masse hin zum Schüttgut realisiert werden kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Einsatzstoffen um Mauerwerksbruch, Ziegelbruch, Dachziegelbruch, Gesteinsmehle und -sande (z. B. Baryt), Tonminerale, Metalloxide und -hydroxide, Filterstäube, Flugaschen, Kalk, Brandkalk, Carbonate, Zeolith, Superabsorber, Celloloseprodukte, Silicagel, Molekularsieb, Natriumsulfat, Magnesiumsulfat, Salze und/oder weitere anorganische, organische und/oder metallische Rohstoffe handelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserentzug durch eine den Formling durch- und/oder umspülende, hygroskopische Flüssigkeit erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die nach der abschließenden Formgebung zur Trocknung eingesetzte, vorgewärmte Substanz, insbesondere Festkörper-Substanz oder hygroskopische Flüssigkeit, nach der Trocknung der keramischen Masse, ggf. nach mehreren Trocknungsschritten, ganz oder teilweise selbst getrocknet wird, insbesondere durch Erhitzung, und sodann abermals verwendet wird.