DE102020004441A1 - Werkstoff und Verfahren zur Herstellung eines gebrannten Tonkörpers mit einer hohen hydraulischen Leitfähigkeit - Google Patents

Werkstoff und Verfahren zur Herstellung eines gebrannten Tonkörpers mit einer hohen hydraulischen Leitfähigkeit Download PDF

Info

Publication number
DE102020004441A1
DE102020004441A1 DE102020004441.7A DE102020004441A DE102020004441A1 DE 102020004441 A1 DE102020004441 A1 DE 102020004441A1 DE 102020004441 A DE102020004441 A DE 102020004441A DE 102020004441 A1 DE102020004441 A1 DE 102020004441A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
clay
clay body
mixture
water
mixed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102020004441.7A
Other languages
English (en)
Inventor
Harald Hansmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HOCHSCHULE WISMAR
Original Assignee
HOCHSCHULE WISMAR
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by HOCHSCHULE WISMAR filed Critical HOCHSCHULE WISMAR
Priority to DE102020004441.7A priority Critical patent/DE102020004441A1/de
Priority to PCT/IB2021/000632 priority patent/WO2022018521A2/de
Publication of DE102020004441A1 publication Critical patent/DE102020004441A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B33/00Clay-wares
    • C04B33/02Preparing or treating the raw materials individually or as batches
    • C04B33/13Compounding ingredients
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B33/00Clay-wares
    • C04B33/32Burning methods
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/06Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by burning-out added substances by burning natural expanding materials or by sublimating or melting out added substances
    • C04B38/063Preparing or treating the raw materials individually or as batches
    • C04B38/0635Compounding ingredients
    • C04B38/0645Burnable, meltable, sublimable materials
    • C04B38/0675Vegetable refuse; Cellulosic materials, e.g. wood chips, cork, peat, paper
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5208Fibers
    • C04B2235/5212Organic
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5208Fibers
    • C04B2235/5264Fibers characterised by the diameter of the fibers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/602Making the green bodies or pre-forms by moulding
    • C04B2235/6021Extrusion moulding
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/612Machining
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/963Surface properties, e.g. surface roughness

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Press-Shaping Or Shaping Using Conveyers (AREA)
  • Porous Artificial Stone Or Porous Ceramic Products (AREA)
  • Preparation Of Clay, And Manufacture Of Mixtures Containing Clay Or Cement (AREA)

Abstract

Ein Tonkörper besteht aus einer mit faserförmigen Feststoffen versetzten Tonmischung, die als eine Tonmischung aus mit Wasser versetzten, in einem mit Knetelementen versehenen Mischer gemischte, extrudierbare, in einem Extruder zu Tonkörpern verformbare sowie brennbare Masse ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die faserförmigen Feststoffe aus hydrophilen, eine Desagglomerierung begünstigten und in Folge des Brennens des Tonkörpers schlauchartige Poren < 50 µm ausbilden Fasern mit einem Durchmesser von < 20 µm sowie einem Anteil von 10 bis 50 Gew. % an der Mischung besehen.

Description

  • Die Erfindung dient der Erhöhung der Trinkwasser - Ausbeute von thermischen und solaren Trinkwasser - Gewinnungs- Anlagen aus Brackwasser, Salzwasser und Abwassern. Die thermische und solare Trinkwassergewinnung beruht hierbei auf zwei Prozess - Stufen, die hintereinander in diesen Anlagen ablaufen:
    1. 1. Verdunstung (Dampferzeugung)
    2. 2. Kondensation des Dampfes
  • Die Erfindung dient der Erhöhung der Verdunstungsrate durch Erhöhung der wirksamen Verdampferfläche gegenüber reinen Bassin-Verdampfern.
  • Ein Verfahren zur Herstellung hochporöser, mit durchgehenden Poren versehener Formkörper wird in der DE 1 253 132 B beschrieben. Das Verfahren ist gekennzeichnet, dass ein inniges Vermischen von Lehm und/oder Ton mit einem oder mehreren festen, bei Wärmeeinwirkung sich unterhalb 250° C zersetzenden Kunststoffen und anschließendes Formen und Brennen des Gemisches wird ein hochporöser, mit durchgehenden Poren versehener Formkörper hergestellt, wobei man geschnitzelte und/oder gefaserte Kunststoffe verwendet werden. Je nach dem Verwendungszweck, d. h. nach der erforderlichen Porengröße und nach den Ausmaßen der herzustellenden Ton- oder Lehmformlinge, wird die Faser- oder Schnitzellänge des zugesetzten Kunststoffes variieren, doch liegt die bevorzugte Faser oder Schnitzellänge im Bereich von 0,2 bis 15 mm. Die Formkörper werden bei einer Brenntemperatur von etwa 1150 bis 1200° C gebrannt.
  • In der DE 196 54 532 A1 wird ein Ziegel, insbesondere aus gebranntem Ton, mit zumindest einem ausbrennbaren Porosierungsmittel und gegebenenfalls wenigstens einem Zuschlagstoff beschrieben, wobei das Porosierungsmittel aus voluminösen, im Wesentlichen vollkugeligen Granalien mit einer äußeren Abmessung von 1 bis 10 mm. Die Granalien sind aus einem organischen und/oder anorganischen Fasermaterial, vorzugsweise aus Papier bzw. Papierfangstoffen gebildet. Das Porosierungsmittel wird gegebenenfalls mit Zuschlagstoffen getrennt von der Ziegeltonmischung zu Granalien verarbeitet und in dosierten Mengen der Ziegeltonmischung vor deren Trocknungsprozess beigegeben und mit dieser vermischt. Dadurch wird ein porosierter Ziegel geringen Gewichts mit verbesserten Wärmedämmungseigenschaften und ausreichender Festigkeit erzeugt.
  • Der DE 197 32 518 A1 liegt die Aufgabe zugrunde, unter Verwendung möglichst preiswerter Porosierungsmittel einen Ziegelstein mit hoher Wärmedämmwirkung und niedriger Wasserdampfdiffusionszahl herzustellen, dessen Festigkeit, insbesondere die Biegefestigkeit, für eine gegebene Porosität und damit Wärmeleitfähigkeit über den Werten von Ziegelsteinen entsprechend dem Stand der Technik liegt. Diese Aufgabe wird bei einem Ziegelstein mit porosiertem Scherben durch einen aus üblicher Ziegelsteinmasse und hochporösem Blähglasgranulat hergestellten Scherben gelöst, wobei beide Bestandteile an ihren Grenzflächen beim Ziegelbrand unter weitestgehender Beibehaltung der Raumstruktur zur Reaktion gebracht sind und die Scherbenfestigkeit größenordnungsmäßig über derjenigen eines Scherbens gleicher Porosität üblicher, porosierter Ziegelsteinmassen liegt.
  • Die Erfindung gemäß DE 4 200 981 A1 und EP 05 515 77 A1 betrifft einen porosierten Ziegel aus gebranntem Ton. Gebrannte Ziegel weisen eine Porosität auf, die im Wesentlichen aus Mikroporen und gröberen Poren besteht. Die groben Poren resultieren z. B. aus dem Raum zwischen größeren Körnern oder Lufteinschlüssen, während die Mikroporen durch Entgasungen und Verdampfung von Wasser an den Stellen entstehen, an denen sich entgasende Stoffe oder Wasser befanden oder an den Stellen, an denen sich die Gase oder der Wasserdampf ihren Weg nach außen gebahnt haben. Insbesondere zur Erhöhung der Wärme- und Schalldämmung sowie zur besseren Handhabbarkeit großformatiger Ziegel werden Ziegel zusätzlich porosiert. Porosierungsmittel sind billige, der Ziegelrohmasse beigemischte organische Ausbrennstoffe, wie Sägemehl, gemahlene Kohle, Brennstoffabfälle, geschäumte Polystyrolpartikel oder dergleichen. Mit diesen Mitteln gelingt es, die Porosität z. B. um 25% bis 35% bis 65% zu erhöhen. Durch diese Porosität, bei der relativ grobe Poren erzeugt werden, wird meist die Festigkeit erheblich gemindert und dadurch auch der Schallschutz negativ beeinflusst. Für die Zwecke der Erfindung geeignete Fasern sollten beispielsweise die folgenden Eigenschaften aufweisen:
    • - Fasergröße vorzugsweise kleiner 0,2 mm;
    • - Schüttgewicht ca. 150 bis 300 kg/cbm je nach Verdichtung
    • - Quellvermögen;
    • - Wasseradsorption i.d.R. mindestens die gleiche Masse an Wasser wie an Fasern, vorzugsweise jedoch doppelt so viel Wasser wie Fasermenge;
    • - Flockengröße kleiner 5 mm, bevorzugt jedoch kleiner 1 mm.
  • Die Flocken werden in Mengen bis 15 Gew.- % zur üblichen Ziegelrohmischung zugesetzt. Das Trocknen wird in 8 bis 40 Stunden z. B. bei 40 bis 160°C durchgeführt. Das Brennen erfolgt bei 900 bis 1100°C. Die gebrannten Ziegel weisen eine Scherbenrohdichte von 1200 bis 1700 kg/m auf. Sie sind homogen mikroporös, wobei ein verfilztes, porenumgebendes Steggerüst vorliegt und zwar mit Porengrößen zwischen 20 und 2000 µm.
  • In der Erfindung gemäß GB 114 9487 A werden Bauklötze hergestellt, in dem in eine Tonmischung ein Anteil von Fasern eingearbeitet wird, die während des Brennens ausgebrannt werden können, die Mischung zu Klötzen geformt wird und die Klötze getrocknet und gebrannt werden, um die Fasern auszubrennen. Die Fasern sind vorzugsweise gehacktes Stroh. Die die Fasern enthaltende Tonmischung kann vor dem Formen und Trocknen mit Dampf vorgewärmt werden. Die Steine können durch dielektrisches Erhitzen bei 225 bis 250°F getrocknet und beispielsweise bei 1050°C gebrannt werden. In einem Beispiel umfasst die Rohmischung Ton, gemahlene Kreide, zerkleinerte Koksbrise und gehacktes Stroh.
  • Die erzielbare Porigkeit hängt bei gegebenen Brennbedingungen stark von der Zusammensetzung des Tones ab. Eine prinzipiell für den Wassertransport geeignete Porenstruktur lässt sich durch geeignete Brennbedingungen erzielen. Ein Brand bei geringer - vorzugsweise einer Temperatur unterhalb 1000 °C - führt zu einer hohen, aber unregelmäßigen Porigkeit. Bei höherer Brenntemperatur sinkt die Porigkeit von Tonkörpern, wobei jedoch die mechanische Belastbarkeit steigt.
  • Alle im Stand der Technik dargestellten Lösungen weisen ein Wasseraufnahmevermögen von < 10 Gew.% und somit eine geringe hydraulische Leitfähigkeit auf und werden in der Regel bei Temperaturen unterhalb 1000° C gebrannt, da bei Brenntemperaturen unterhalb von 1000 °C die Tonkörper wasserdurchlässig bleiben. Die mechanische Belastbarkeit ist für Tonkörper, die bei Brenntemperaturen unterhalb 1000°C gebrannt werden, sehr gering und können Jeicht durch mechanische Belastungen zerstört werden. Bei Temperaturen oberhalb 1000°C beginnen die Tonkörper zu verglasen und weisen damit verringerst sich das Wasseraufnahmevermögen und die hydraulische Leitfähigkeit, wobei durch die Verglasung aber die mechanische Belastbarkeit steigt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Tonkörper für die Anwendungen, u.a. als Aufheizmittel, in thermischen und solaren Trinkwasser - Gewinnungs- Anlagen aus Brackwasser, Salzwasser und Abwässern. mit einer hohen Verdunstungsrate, einer guten Wasseraufnahmefähigkeit und hydraulischen Leitfähigkeit sowie ausreichender mechanischen Belastbarkeit zu fertigen.
  • Der Wassertransport in Tonkörpern zu deren Oberfläche hin beruht auf der Kapillarwirkung von Poren, die in diesen Tonkörper eingebracht sind. Diese Porigkeit der Tonkörper hängt quantitativ und qualitativ von der Zusammensetzung des Tones sowie von den Brennbedingungen ab.
  • Das Wassertransportvermögen der Tonkörper hängt weiterhin quantitativ von der Struktur der Poren ab.
  • Eine prinzipiell für den Wassertransport geeignete Porenstruktur lässt sich durch geeignete Brennbedingungen erzielen. Ein Brand bei geringer, vorzugsweise einer Temperatur unterhalb 1000 °C führt zu einer hohen aber in Porengröße und Verteilung der Poren ungleichmäßigen und ungerichteten Porigkeit.
  • Es ist eine weitere Aufgabe, beim Brennen der Tonkörper eine in Porengröße und Porenverteilung gleichmäßige und gerichtete Porigkeit zu erreichen
  • Erfindungsgemäß zielt die Entwicklung von Tonkörpern für thermische und solare Verdampferanlagen darauf ab, sowohl ein hohes Wasseraufnahmevermögen als auch eine hohe hydraulische Leitfähigkeit solcher Tonkörper zu erzielen Dabei sind die Erzielung und Aufrechterhaltung einer hohen Verdunstungsrate auf der einen Seite und die Erzielung und Aufrechterhaltung einer hohen Kondensationsrate auf der anderen Seite maßgeblich. In einer laufenden Anlage stehen diese Raten miteinander im Gleichgewicht. Da in solchen Anlagen nicht mehr Wasser kondensieren kann, als verdunstet wird, hängt der Ertrag an Trinkwasser beziehungsweise die Effizienz der Anlage sehr stark von der erzielbaren Verdunstungsrate ab.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Tonkörper bestehend aus mit faserförmigen Feststoffe versetzten Tonmischung gelöst, die als eine Tonmischung aus mit Wasser versetzte, in einem mit Knetelementen versehenen Mischer gemischte und mit homogen verteilte faserförmige Feststoffe versetze, extrudierbare, in einem Extruder zu Tonkörper verformbare sowie brennbare Masse ausgebildet ist, wobei die faserförmigen Feststoffe aus hydrophilen, eine Desagglomerierung begünstigten und in Folge des Brennens des Tonkörpers schlauchartiger Poren mit einen Durchmesser von < 50 µm ausbildenden Fasern sowie imit einem Anteil von 10 bis 50 Gew. % an der Mischung bestehen. Die faserförmigen Feststoffe sind als faserförmige organische Feststoffe ausgebildet und weisen einen Durchmesser von 10 - 20 µm sind auf. Der Anteil an faserförmigen Feststoffe beträgt 20-35 % der Mischung.
  • In einer Auslegung der Erfindung können die faserförmigen Feststoffe aus Polymerfasern mit einem hohen polaren Anteil der Oberflächenenergie bestehen. Günstig für die Erhöhung der Verdunstungsraten wirken dabei dunkel / schwarz brennende Tone.
  • Die extrudierte und zu Tonkörper geformte Tonmischung wird getrocknet und bei Temperaturen von mindestens 1200 °C gebrannt
  • In dem Tonkörper sind nach dem Brennen bei Temperaturen > 1200°C Schlauchporen ausgebildet und der Tonkörper weist ein Wasseraufnahmevermögen von > 15 Gew.%.
  • Zur Erzielung einer hohen Verdunstungsrate ist eine Vergrößerung der für die Verdunstung wirksamen Oberfläche wirksam. Die für die Verdunstung bereitgestellte Oberfläche hängt zum einen von der Geometrie der Tonkörper ab, die hierfür zum Einsatz kommen, zum anderen aber von der Gestaltung der Oberflächenstruktur solcher Tonkörper. So kann die für die Verdunstung wirksame Oberfläche von Tonkörpern bei gleicher Geometrie dadurch erhöht werden, dass die Oberfläche eine Substruktur aufweist, die die spezifische Oberfläche vergrößert. Eine Vergrößerung der spezifischen Oberfläche von Tonkörpern kann im Formgebungsprozess durch Extrusion dadurch erzielt werden, dass in das formgebende Extrusionswerkzeug glatte bzw. ebene Bereiche senkrecht zur Extrusionsrichtung substrukturiert werden. Diese Substrukturierung kann im mm - Maßstab oder kleiner erfolgen. Auch ist eine Strukturierung der Verdunstungsoberfläche im Submillimeter-Maßstab nach dem Trocknen der extrudierten Tonkörper durch spanabhebende Bearbeitung möglich.
  • Diese Bearbeitung kann auch in einer Aufrauhung der Oberfläche durch Bearbeitung mit Schleifpartikeln oder metallischen oder keramischen Bearbeitungswerkzeugen in Extrusionsrichtung oder einer anderen beliebigen Richtung erfolgen. Diese Bearbeitung nach dem Trocknen dient ebenfalls dazu eventuell durch Tonmassen verschmierte und damit der Oberfläche nicht zugängliche in die Tonmassen eingebettete organische Fasern an der Oberfläche freizulegen.
  • Die Oberfläche des Tonkörpers ist mit einer Substruktur im mm Maßstab oder kleiner versehen, die die spezifische Oberfläche vergrößert.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Tonkörpers dadurch wobei das Tonpulver mit faserförmigen Feststoffe und Wasser in einem mit Knetelementen versehenen Mischer zu einer standfesten, extrudierbaren Masse gemischt, in einem Extruder zu einem Tonkörper geformt, getrocknet und bei einer Temperatur von mindestens 1200°C gebrannt und die Oberfläche des getrockneten oder gebrannten Tonköpers strukturiert wird.
  • Die Strukturierung der Verdunstungsoberfläche im Submillimeter-Maßstab erfolgt nach dem Trocknen der extrudierten Tonkörper durch spanabhebende Bearbeitung oder in einer Aufrauhung der Oberfläche durch Bearbeitung mit Schleifpartikeln oder metallischen oder keramischen Bearbeitungswerkzeugen in Extrusionsrichtung oder einer anderen beliebigen Richtung-
  • Nach einer Auslegung des Verfahrens können die glatten bzw. ebenen Bereiche senkrecht zur Extrusionsrichtung des Extruders substrukturiert werden.
  • Die Erfindung wird nun anhand eines Beispiels an näher erläutert.
  • Durch die Einbringung eines faserförmigen - vorzugsweise organischen - Feststoffes in die Tonmischung werden in die Tonmischung faserförmige Einlagerungen eingebracht, die durch Brennen des Tonkörpers in der Folge schlauchartiger Poren zurücklassen. Hierzu ist die Brenntemperatur so hoch zu wählen, dass eine vollständige thermische Zersetzung der eingebrachten faserförmigen organischen Bestandteile stattfindet.
  • Der Wasseranteil wird in der Mischung so eingestellt, dass eine standfeste extrudierbare Masse entsteht. Die Mischung erfolgt in einem Mischer, der vorzugsweise Knetelemente enthält, die der Homogenisierung der Masse dienen, sowie eine Messeinrichtung für das anliegende Drehmoment bei einer vorgegebenen Drehzahl der Knetelemente aufweist. Mittels Messung des Drehmomentes oder der Antriebsleistung bei vorgegebener Drehzahl der Knetelemente lässt sich feststellen, zu welchem Zeitpunkt eine homogene Mischung vorliegt. Zum anderen lässt sich über die Messung des Drehmomentes der zur Herstellung einer standfesten extrudierbaren Masse erforderlich Wassergehalt bestimmen. : Mit dem Ziel, im Mischprozess eine möglichst homogene Verteilung der Fasern in der Tonmischung zur erzielen, eignen sich bevorzugt hydrophile Fasern, die eine Desagglomerierung im Mischprozess begünstigen. Dies können alle möglichen Polymerfasern mit einem hohen polaren Anteil der Oberflächenenergie sein. Die hydraulische Leitfähigkeit der Tonkörper hängt sowohl vom Porenvolumen als auch von der Kapillarwirkung der nach dem Brand zurückbleibenden Schlauchporen ab. Mit dem Ziel, eine hohe Kapillarwirkung zu erzielen, sollen die eingelagerten organischen Fasern einen Durchmesser von < 50µm, vorzugweise von 10 - 20 µm aufweisen.
  • Mit dem Ziel, eine hohe Porosität zu erzielen, die ein Wasseraufnahmevermögen von > 15 Gew. % im gebrannten Tonkörper zur Folge hat, werden 10 bis 50 Gew. %, vorzugsweise 20-35 % Faseranteile in die Mischung eingebracht. Bezüglich der Auswahl von geeigneten Tonpulvern bestehen keine Einschränkungen. Für den Einsatz in solaren Verdampfern eigenen sich insbesondere dunkel / schwarz brennende Tone aufgrund ihres Absorptionsvermögens für einfallende solare Energie besonders gut. Um einen dunklen Brand zu erzeugen, eignen sich vorzugsweise dunkelbrennende Tone Auch für den Einsatz solcher Tonkörper in Anwendungen, in denen nicht nur eine hohe Verdunstungsrate, sondern auch eine hohe mechanische Festigkeit erforderlich ist, z.B. in Systemen, die der Bodenbefeuchtung durch Wasserverdunstung bei unterirdischer Verlegung dienen, werden ebenfalls vorzugsweise hohe Brenntemperaturen von mindestens 1200 °C gewählt.
  • Die Wirksamkeit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen zur Erhöhung der Wasseraufnahmefähigkeit und der hydraulischen Leitfähigkeit von Tonmassen und der hierdurch in der Folge erzielten Erhöhung der Verdunstungsrate wurden an einem Beispiel experimentell dargestellt. In diesem experimentellen Setup wurde folgendes Tonpulver eingesetzt:
    • Dieses Tonpulver wurde in einem handelsüblichen Küchenmixer mit angefeuchtetem Zellstoff mit einem Faseranteil von 5 Gew. % versetzt. Im Vergleich dazu wurde Tonpulver nur mit Wasser angesetzt. In beiden Fällen wurde mit einem Wasserzusatz von insgesamt ca. 28 % eine extrusionsfähige Masse erzeugt, die anschließend mit Hilfe eines Einschnecken - Extruders und eines formgebenden Werkzeuges zu Tonhülsen verarbeitet wurden.
    • Diese Tonhülsen wurden 24 h bei 100 °C im Ofen getrocknet und anschließend bei 1200 °C 30 min gebrannt. Ein Teil dieser Tonhülsen wurde vor dem Brand oberflächlich mit Schmirgelpapier der Körnung 60 mechanisch aufgerauht.
    • Im Ergebnis wurden an jeweils 3 geometrisch identischen gebrannten Tonkörpern folgende Werte - jeweils 3 mal gemessen - für das Wasseraufnahmevermögen und die hydraulische Leitfähigkeit der Tonhülsen gemessen, das Wasseraufnahmevermögen in % und die hydraulische Leitfähigkeit in 10-9 m/s-
      1. a. Tonmasse ohne organische Fasern Wasseraufnahme: 2,19 +/- 0,19 6,44 +/- 0,18
      2. b. Tonmasse mit 5 % Cellulose - Fasern Wasseraufnahme: 15,00 +/- 0,24 19,16 +/- 0,27
      3. c. Tonmasse Wittgert ohne org. Fasern: Wasseraufnahme 15,05 +/- 0,41 3,06 +/- 0,39 mit extrudierter Oberfläche
      4. d. Tonmasse Wittgert ohne org. Fasern: Wasseraufnahme 15,02 +/- 0,39 3,32 +/- 0,42 mit aufgerauter Oberfläche
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 1253132 B [0003]
    • DE 19654532 A1 [0004]
    • DE 19732518 A1 [0005]
    • DE 4200981 A1 [0006]
    • EP 0551577 A1 [0006]
    • GB 1149487 A [0008]

Claims (12)

  1. Tonkörper bestehend aus mit faserförmigen Feststoffe versetzten Tonmischung, die als eine Tonmischung aus mit Wasser versetzte, in einem mit Knetelementen versehenen Mischer gemischte, extrudierbare, in einem Extruder zu Tonkörper verformbare sowie brennbare Masse ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, das die faserförmigen Feststoffe aus hydrophilen, eine Desagglomerierung begünstigten und in Folge des Brennens des Tonkörpers schlauchartige Poren < 50 µm ausbildenden Fasern mit einen Durchmesser von < 20 µm sowie in einem Anteil von 10 bis 50 Gew. % an der Mischung bestehen.
  2. Tonkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die faserförmigen Feststoffe als faserförmige organische Feststoffe ausgebildet sind.
  3. Tonkörper nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die faserförmige Feststoffe aus Polymerfasern mit einem hohen polaren Anteil der Oberflächenenergie bestehen.
  4. Tonkörper nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass faserförmigen Feststoffe einen Durchmesser von 10 - 20 µm aufweisen.
  5. Tonkörper nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an faserförmigen Feststoffe 20-35 % der Mischung beträgt.
  6. Tonkörper nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass aus dunkel / schwarz brennende Tone besteht.
  7. Tonkörper nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die extrudiert und zu Tonkörper geformte Tonmischung als eine bei Temperaturen von >1200 °C brennbare Tonmischung ausgestaltet ist.
  8. Tonkörper nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Tonkörper nach dem Brennen bei Temperaturen > 1200°C Schlauchporen ausgebildet sind und der Tonkörper ein Wasseraufnahmevermögen von > 15 Gew. % aufweist.
  9. Tonkörper nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Tonkörpers mit, einer die spezifische Oberfläche vergrößernde Substruktur im mm Maßstab oder kleiner versehen ist.
  10. Verfahren zur Herstellung eines Tonkörpers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Tonpulver mit faserförmigen Feststoffe und Wasser in einem mit Knetelementen versehenen Mischer zu einer standfesten, extrudierbaren und in Folge des Brennens des Tonkörpers schlauchartiger Poren ausbildende Masse gemischt, in einem Extruder zu einem Tonkörper geformt, getrocknet und bei einer Temperatur von mindestens 1200°C gebrannt und die Oberfläche des getrockneten oder gebrannten Tonköpers strukturiert wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung der Verdunstungsoberfläche im Submillimeter-Maßstab nach dem Trocknen der extrudierten Tonkörper durch spanabhebende Bearbeitung oder in einer Aufrauhung der Oberfläche durch Bearbeitung mit Schleifpartikeln oder metallischen oder keramischen Bearbeitungswerkzeugen in Extrusionsrichtung oder einer anderen beliebigen Richtung erfolget
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die glatten bzw. ebenen Bereiche senkrecht zur Extrusionsrichtung des Extruders substrukturiert werden.
DE102020004441.7A 2020-07-23 2020-07-23 Werkstoff und Verfahren zur Herstellung eines gebrannten Tonkörpers mit einer hohen hydraulischen Leitfähigkeit Pending DE102020004441A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020004441.7A DE102020004441A1 (de) 2020-07-23 2020-07-23 Werkstoff und Verfahren zur Herstellung eines gebrannten Tonkörpers mit einer hohen hydraulischen Leitfähigkeit
PCT/IB2021/000632 WO2022018521A2 (de) 2020-07-23 2021-07-24 Tonkörper und verfahren zur herstellung eines gebrannten tonkörpers mit einer hohen hydraulischen leitfähigkeit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020004441.7A DE102020004441A1 (de) 2020-07-23 2020-07-23 Werkstoff und Verfahren zur Herstellung eines gebrannten Tonkörpers mit einer hohen hydraulischen Leitfähigkeit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102020004441A1 true DE102020004441A1 (de) 2022-01-27

Family

ID=78302812

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020004441.7A Pending DE102020004441A1 (de) 2020-07-23 2020-07-23 Werkstoff und Verfahren zur Herstellung eines gebrannten Tonkörpers mit einer hohen hydraulischen Leitfähigkeit

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102020004441A1 (de)
WO (1) WO2022018521A2 (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1253132B (de) 1964-10-14 1967-10-26 Reinhard Giesen Verfahren zur Herstellung hochporoeser, mit durchgehenden Poren versehener Formkoerper aus Lehm oder Ton
GB1149487A (en) 1966-04-29 1969-04-23 Redland Bricks Ltd Method of manufacturing bricks
EP0551577A1 (de) 1992-01-16 1993-07-21 Andreas Dipl.-Ing. Gumbmann Porosierter Ziegel sowie Verfahren zu seiner Herstellung
DE19654532A1 (de) 1996-12-27 1998-07-02 Juwoe Eng Gmbh Porosierter Ziegel und Verfahren zu seiner Herstellung
DE19732518A1 (de) 1997-07-29 1999-02-18 Hermsdorfer Inst Tech Keramik Ziegelstein mit hoher Wärmedämmwirkung und niedriger Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl sowie Verfahren zu seiner Herstellung

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1028629A1 (ru) * 1981-12-31 1983-07-15 Московский Ордена Трудового Красного Знамени Инженерно-Строительный Институт Им.В.В.Куйбышева Сырьева смесь дл изготовлени огнеупорного ультралегковесного материала
JP2006176347A (ja) * 2004-12-21 2006-07-06 Toray Ind Inc 多孔質陶磁器

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1253132B (de) 1964-10-14 1967-10-26 Reinhard Giesen Verfahren zur Herstellung hochporoeser, mit durchgehenden Poren versehener Formkoerper aus Lehm oder Ton
GB1149487A (en) 1966-04-29 1969-04-23 Redland Bricks Ltd Method of manufacturing bricks
EP0551577A1 (de) 1992-01-16 1993-07-21 Andreas Dipl.-Ing. Gumbmann Porosierter Ziegel sowie Verfahren zu seiner Herstellung
DE4200981A1 (de) 1992-01-16 1993-07-22 Andreas Dipl Ing Gumbmann Porosierter ziegel sowie verfahren zu seiner herstellung
DE19654532A1 (de) 1996-12-27 1998-07-02 Juwoe Eng Gmbh Porosierter Ziegel und Verfahren zu seiner Herstellung
DE19732518A1 (de) 1997-07-29 1999-02-18 Hermsdorfer Inst Tech Keramik Ziegelstein mit hoher Wärmedämmwirkung und niedriger Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl sowie Verfahren zu seiner Herstellung

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022018521A2 (de) 2022-01-27
WO2022018521A3 (de) 2022-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3247799C2 (de) Brennstoffzellenelektrodensubstrat und Verfahren zu seiner Herstellung
DE60022065T2 (de) Partikel enthaltender schaum auf basis von pech
EP0029227B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Wärmedämmformkörpers
DE10106762A1 (de) Dekorative Platte und/oder Formteil, deren Verwendung und Verfahren zu deren Herstellung
DE2329123A1 (de) Feuerhemmende verbundwerkstoffe
DE4401983C2 (de) Dämmstoffmaterial aus Stroh, dessen Herstellung und Verwendung
EP0351670B1 (de) Schwerentflammbare Bauelemente, insbesondere Platten, und Verfahren zu ihrer Herstellung
EP0288070A2 (de) Tonhaltiges Material und Verfahren zur Herstellung desselben
DE2241130A1 (de) Verbundwerkstoff hoher feuerfestigkeit und verfahren zur herstellung desselben
DE102020004441A1 (de) Werkstoff und Verfahren zur Herstellung eines gebrannten Tonkörpers mit einer hohen hydraulischen Leitfähigkeit
EP0172207B1 (de) Verfahren zur herstellung zementgebundener holzfaser-formkörper
DE2543944C3 (de) Verfahren zur Herstellung eines keramischen Leichtbauwerkstoffes
DE102022002721A1 (de) Verfahren zum Einsatz von Biokohle bei der Herrstellung von Beton mit einer verbesserten CO2-Bilanz
DE102018124254A1 (de) Füllstoff aus sortierten Reststoffen für die Herstellung zementgebundener Formkörper
DE1948526A1 (de) Dichtungsbahn zur Herstellung von wasserdichten und saeurebestaendigen Abdeckungen
DE3105596C2 (de) Verfahren zur Herstellung eines Formteils und seine Verwendung
DE2814892A1 (de) Nichtbrennbarer daemmstoff
DE10060875B4 (de) Mineralischer Formkörper, Verfahren zur Herstellung sowie deren Verwendung
DE4200981A1 (de) Porosierter ziegel sowie verfahren zu seiner herstellung
DE4407988C2 (de) Verfahren zur Herstellung von Mineralwolle-Formkörpern
EP0735011B1 (de) Dämmaterial
DE19702560A1 (de) Verfahren zur Verwertung von Bildröhrenaltglas
DD202041A5 (de) Verfahren zur herstellung von keramische fasern enthaltenden, koernigen, feuerbestaendigen oder feuerfesten materialien,nach dem verfahren hergestellte materialien und ihre verwendung
DD204062A1 (de) Verfahren zur herstellung von formartikeln aus sekundaermaterialien
WO1993017978A1 (de) Anorganische masse, daraus hergestellte beschichtungen, formkörper und verfahren zu ihrer herstellung

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R082 Change of representative

Representative=s name: PATENT- UND RECHTSANWAELTE LOESENBECK, SPECHT,, DE

R016 Response to examination communication