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Verfahren zur Herstellung von Silikasteinen aus Sanden Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Silikasteinen aus hochkieselsäurehaltigen
Sanden. Silikasteine werden meist aus hochwertigen Quarziten hergestellt; die Lagerstätten
geeigneter Quarzite sind, jedenfalls in Europa, weitgehend erschöpft. Die notwendige
Zerkleinerung des sehr harten Gesteins erfordert zudem einen hohen Energieaufwand,
was den Gestehungspreis des Silikasteins erheblich belastet. Seit Jahrzehnten hat
man sich bemüht, die in großer Menge vorhandenen und leicht abzubauenden hochkieselsäurehaltigen
Sande, deren Reinheit vielfach höher als die der handelsüblichen Quarzite ist, für
die Herstellung von Silikasteinen heranzuziehen. Die Eigenschaften der nach den
bekannten Verfahren aus Sanden hergestellten Steine befriedigten, verglichen mit
denen der aus Quarziten hergestellten Steine, nicht. Insbesondere weisen die Steine
eine höhere Porosität auf und neigen während des Brandes zu Rißbildungen oder Gefügestörungen,
wodurch die Kaltdruckfestigkeit erniedrigt wird.
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Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von Silikasteinen aus
hochkieselsäurehaltigen Sanden durch Mischen gröberer und feinerer, durch Mahlen
hergestellter Kornfraktionen und Verarbeitung durch Formen, Trocknen und Brennen
bekannt, das zu brauchbaren Steinen führt. Bei diesem Verfahren wird als Ausgangsmischung
eine solche verwendet, bei der zwischen einer gröberen Kornfraktion, deren Korngröße
überwiegend zwischen 0,2 und 0,5 mm liegt, und einer feineren Kornfraktion ein Mittelkornbereich,
dessen Umfang mindestens einem Korngrößenverhältnis von 1: 20 entspricht, entweder
fehlt oder höchstens bis zu einer Menge unter 10% vorhanden ist. Bei diesem Verfahren
ist eine Feinstmahlung eines nicht unbeträchtlichen Anteils der Masse erforderlich,
die sich ungünstig auf die Wirtschaftlichkeit auswirkt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von Silikasteinen
aus Sanden wirtschaftlich zu gestalten und einen Stein herzustellen, dessen Eigenschaften
denen solcher Steine entsprechen, die aus hochwertigen Quarziten gefertigt sind.
Hierbei macht man sich die Erkenntnis zunutze, daß der Körnungsaufbau der Findlingsquarzite
im Regelfall kontinuierlich ist und daß der Hauptunterschied zwischen Findlingsquarziten
und Haufwerken aus Sanden in der Aneinanderlagerung der einzelnen Körner liegt.
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Bei dem Verfahren zur Herstellung von Silikasteinen aus hochkieselsäurehaltigen
Sanden oder Mischungen solcher Sande mit Quarzen oder deren Mahlungen, unter Zusatz
von Bindemitteln, bei dem die Ausgangsmasse zu Steinen verformt wird und diese dann
getrocknet und anschließend gebrannt werden, besteht die Erfindung darin, daß die
feinkörnige Ausgangsmasse vor der Verformung ganz oder zum größeren Teil in Sekundärkörner
bis zu einer Größe von 6 mm umgewandelt wird. Die Bildung des Sekundärkornes kann
in bekannter Weise durch Granulierung der Ausgangsmasse erfolgen: Durch dichte Anlagerung
der einzelnen Sandkörner liegt in den erhaltenen Granulaten ein ähnlicher Packungszustand
vor, wie er im Quarzit von Natur aus gegeben ist. Die lose im Haufwerk aneinanderliegenden
Quarzkörner des Sandes werden also zu einem Sekundärkorn zusammengefaßt, das eine
Konstruktur besitzt, die aus gröberen bis zu feinsten Quarzteilchen besteht. Es
wurde gefunden, daß sich derartige Massen bei Anwendung von Preßdrücken, wie sie
bei der Herstellung von Silikasteinen üblich sind, wesentlich besser verdichten
lassen als gleiche, jedoch nicht granulierte Haufwerke.
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Ein weiterer Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung liegt in der
besseren Bindung des als Bindemittel zugesetzten Kalkes: Wenn in einer aus Quarzit
hergestellten Silikamasse der übliche als Bindemittel benutzte Kalkgehalt von 2
bis 3 0/0 enthalten ist, so konzentriert sich dieser, da der zugesetzte Kalk erst
während des Brandes teilweise in das Quarzitkorn einwandern kann, ausschließlich
auf die sogenannte Grundmasse, in welcher die Quarzitkörner eingebettet liegen.
Wenn. man das Material, das größer als 0,2 mm ist, als Körnung und das Material,
das kleiner als 0,2 mm ist, als Grundmasse ansprechen will, dann enthalten normale
aus Quarziten hergestellte Silikamassen etwa 40 bis 50'% Grundmasse. Da der Kalk
sich nur auf diese 40 bis 5011/o Grundmasse verteilt, liegt der als Bindemittel
wirkende
Kalkgehalt auf diese bezogen zwischen 4 und 7,5%. Stellt man aus Sanden ohne die
erfindungsgemäß in Vorschlag gebrachte Sekundärkornbildung Silikamassen her, so
verteilt sich darin der zugesetzte Kalk infolge der Aufbereitung homogen. Kein Anteil
der Mischung besitzt nun einen höheren Bindemittelanteil als 2 bzw. 3%. Es ist daher
einleuchtend, daß die Bindung in solchen Massen gegenüber den aus Quarzit hergestellten
Massen schlechter ist.
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Bei den gemäß der Erfindung hergestellten Massen wird der Kalk erst
nach der Bildung der Sekundärkörner der Masse zugesetzt und, ganz analog den aus
Quarzit hergestellten Massen, in der Grundmasse konzentriert mit dem Erfolg, daß
diese Massen die gleiche hohe Bindekraft entfalten wie die bisher üblichen Quarzit-Silikamassen.
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Da ferner der Kalk nicht ohne Einfiuß auf die mineralogische Umwandlung
der Quarze im Brennprozeß ist, eilt - trotz grundsätzlich möglicher gleichmäßiger
Kornverteilung in den Granulaten und der Grundmasse - die letztere beim Brand in
der Umwandlung voraus, wodurch der Absolutbetrag der durch das Wachsen der Masse
bedingten Spannungen im Stein zu einem angenommenen Zeitpunkt geringer ist, als
wenn das Sekundärkorn und die Grundmasse sich gleichzeitig umwandeln würden. Diese
Tatsache wirkt sich naturgemäß günstig auf die Rissefreiheit der gebrannten Steine
und auch auf deren Porosität und Kaltdruckfestigkeit aus.
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Dank der, verglichen mit Quarziten, größeren Reinheit der zur Verfügung
stehenden sandigen Rohstoffe kann man entweder besonders hochkieselsäurehaltige
Steine oder aber unter Hinzufügung höherer Anteile an Bindemitteln auch Steine mit
handelsüblichem Reinheitsgrad herstellen.
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Ferner eignet sich das Verfahren zur Herstellung hochporöser Silikasteine,
sogenannter Feuerleichtsteine, bei denen zur Erzielung besonderer Eigenschaften,
z. B. einer sehr hohen Wärmedämmwirkung, eine Vielzahl von Poren kleinen Durchmessers
möglichst homogen verteilt sein soll. Dies ist insbesondere dadurch möglich, daß
man bei dem Verfahren nach der Erfindung von einem feinkörnigen gleichmäßigen Ausgangsmaterial
ausgeht.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung wird wie folgt durchgeführt: Ein
nach bekannten körnungstechnischen Gesichtspunkten geeigneter, möglichst kieselsäurereicher
Quarzband oder ein Gemisch aus einem solchen Quarzsand mit nachgemahlenem Quarz
oder nachgemahlenem Quarzsand wird mit Bindemitteln vermischt und unter Zugabe von
Wasser und gegebenenfalls Klebemitteln zwecks Bildung von Sekundärkörnern granuliert,
wobei man sich der für diesen Prozeß bekannten Vorrichtungen bedient. Ebenso kann
man nur einen Teil, vorzugsweise einen größeren Teil der Masse in der beschriebenen
Weise granulieren und diesen Teil mit einer aufbereiteten ungranulierten Masse mischen.
Die so vorbehandelte Masse wird auf den üblichen Silika-Steinpressen oder anderen
Formmaschinen verformt. Selbstverständlich kann die Masse auch von Hand oder mit
Preßluftstampfern verformt werden. Nach der Trocknung werden die Formlinge in bekannter
Weise gebrannt. Der Masse können vor, während oder nach der Sekundärkornbildung
Mineralisatoren, wie Alkaliverbindungen, Schwermetallverbindungen, Erdalkaliverbindungen
oder auch Mischungen derselben beigegeben werden. Ebenso kann der Zusatz der Bindemittel
wie Kalkhydrat, Ton oder Bentonit statt vor auch während oder nach der Sekundärkornbildung
erfolgen. Als Klebemittel können der Masse außer Sulfitlauge andere organische oder
anorganische Stoffe, wie Kunstharz, Tylose, Carboxymethylzellulose oder Aluminium-Phosphat,
beigemischt werden. Die Masse kann vor der Sekundärkornbildung auch einem Kollerungsprozeß
unterworfen werden, wie es für die Aufbereitung der üblichen Silikamassen bekannt
ist. Als zweckmäßig hat sich ein Zusatz von gemahlenen, gebrannten Silikasteinen
(Silikabruch) sowie bestimmter Quarzitsoxten oder amorpher Kieselsäure erwiesen.
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Die Erfindung sieht ferner vor, der Masse zwecks Herstellung hochporöser
Silikasteine porenbildende Stoffe oder von Natur aus poröse Stoffe, wie Kieselgur,
Molererde od. dgl., zuzusetzen.
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Beispiel 1 Eine Mischung nach folgendem Versatz wurde auf einem Granulatformer
in Granalien von etwa 0 bis 6 mm übergeführt.
| Versatz: |
| Silbersand (etwa 0,2 bis 0,5 mm Korn- |
| größe) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
44,5% |
| Quarzmehl (etwa 0 bis 0,2 mm Korn- |
| größe) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
41,5% |
| Silika-Bruch (etwa 0 bis 2 mm Korn- |
| größe) .......................... 14,0% |
| 100,00/0 |
| Zusätze: |
| Fee 0, . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 0,41/0 |
| Kalkhydrat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3,91/o |
| Na O H (fest) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,21/o |
| Sulfitlauge ......................... 1,2% |
| Wasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 6,51/o |
Die Masse wurde auf einer hydraulischen Kniehebelpresse zu Steinen verformt, in
der üblichen Weise getrocknet und in einem Gaskammer-Ringofen bei SK 15/16 gebrannt.
Beim Brand zeigten die Steine ein Wachsen von 4,7%.
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Die fertigen Steine besaßen folgende Eigenschaften: Aussehen: weißgelblich,
glatte Oberflächen, frei von Rissen oder Störungen. In der Bruchfläche waren gebrochene
Granalien erkennbar. Gefüge fest und glänzend, Klang hell.
| Untersuchungsdaten: |
| Spezifisches Gewicht ........... 2,33 |
| Gesamt-Porosität .............. 24,0 |
| Kaltdruckfestigkeit . . . . . . . . . . . . 404 kg/cm= |
| Druckfeuerbeständigkeit |
| nach DIN 1064 . . . . . . . . . . . . . 1580° C ta |
| Chemische Analyse: |
| SiO2 ............................ 95,27% |
| A1203 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,680/0 |
| Ti 02 ............................ Spur |
| Fe203 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 0,741/0 |
| CaO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2,65% |
| Rest ............................. 0,66% |
| 100,000/0 |
Beispiel 2 Unter gleichen Herstellungsbedingungen, wie im Beispiel
l beschrieben, wurden Steine nach folgendem Versatz hergestellt:
| Silbersand (etwa 0,2 bis 0,5 mm Korn- |
| größe) .......................... 43% |
| Quarzmehl (etwa 0 bis 0,2 mm Korn- |
| größe) .......................... 43% |
| Silika-Bruch (etwa 0 bis 2 mm Korn- |
| größe) .......................... 14% |
| 1000/0 |
| Zusätze: |
| Kalkhydrat ........................ 4,1% |
| Fee 03 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 0,40/0 |
| Bentonit .......................... 0,8% |
| Natriumsilikat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3,01/0 |
| Wasser ........................... 7,00% |
Die gebrannten Steine besaßen folgende Eigenschaften: Aussehen: weißgelblich, glatte
Oberflächen, frei von Rissen oder Störungen, Klang hell. In der Bruchfläche gesunder
Bruch; gebrochene Granalien waren erkennbar, Gefüge fest.
| Untersuchungsdaten: |
| Spezifisches Gewicht ....... 2,35 |
| Gesamt-Porosität in 0/0 .... 26,4 |
| Kaltdruckfestigkeit . . . . . . . . 498,449 kg/cm2 |
| Druckfeuerbeständigkeit nach |
| DIN 1064 .............. 1640° C ta |
| Lineare Wärmeausdehnung |
| bis 950° C . . . . . . . . . . . . . , 1,230/0 |
Beispiel 3 Unter gleichen Herstellungsbedingungen, wie im Beispiel l beschrieben,
wurden Steine nach folgendem Versatz hergestellt:
| Silbersand (etwa 0,2 bis 0,5 mm Korn- |
| größe) .......................... 42,0% |
| Quarzmehl (etwa 0 bis 0,2 mm Korn- |
| größe) .......................... 42,0% |
| Quarzit Kempten (2 bis 4 mm Korn- |
| größe) .......... ............... 13,5% |
| Amorphe Kieselsäure ............... 2,5% |
| 100,00/0 |
| Zusätze: |
| Kalkhydrat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4,00/0 |
| Fee 03 ............................ 0,4% |
| Natriumsilikat ..................... 2,00/0 |
| Sulfitlauge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 0,4% |
| Wasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 7,0% |
Die gebrannten Steine besaßen folgende Eigenschaften: Wachsmaß -k- 4,0'%. Formgebung
und Kantenfestigkeit gut. Die Steine sind frei von Rissen. Im Bruch war zum größten
Teil gebrochenes Sekundär-und Primärkorn festzustellen. Durch eine klar sichtbare
Granalien-Textur war erkennbar, daß der Stein nach dem Verfahren gemäß der Erfindung
hergestellt wurde. Die Farbe des Steines war leicht gelbbräunlich getönt.
| Untersuchungsdaten: |
| Spezifisches Gewicht ........... 2,34 |
| Gesamt-Porosität in o/o . . . . . . . . . 24,8 |
| Kaltdruckfestigkeit . . . . . . . . . . . . 310 kg/cm2 |
| Druckfeuerbeständigkeit 1680° C ta |
| nach DIN 1064 ............. 32 |
| Feuerfestigkeit in SK . . . . . . . . . . -I-0,3 |
| Raumbeständigkeit in % nach |
| Brennbehandlung 2h/1450° C |