DE1284348B

DE1284348B - Verfahren zur Herstellung von Blaehton mit verbesserten Eigenschaften

Info

Publication number: DE1284348B
Application number: DES102598A
Authority: DE
Inventors: Heidrich Walter
Original assignee: Synfibrit GmbH
Current assignee: Synfibrit GmbH
Priority date: 1966-03-17
Filing date: 1966-03-17
Publication date: 1968-11-28
Also published as: US3536503A; AT280130B; FR1514799A; BE695595A; DE1284348C2; SE310617B; GB1169107A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Blähton. Durch Anwendung einer bestimmten Kombination von Zusatzstoffen und eine auf diese Kombination abgestimmte Verfahrensführung werden die Eigenschaften des Erzeugnisses gegenüber handelsüblichem Blähton erheblich verbessert.

Die Zugabe von Hilfsstoffen bei der Herstellung von Blähton ist bekannt.

Es wurden beispielsweise Versuche unternommen, den porigen Kern des Blähtonkorns mit einer verglasten Schale zu versehen, um die unerwünschte Wassersaugfähigkeit zu verhindern. Bei der Verwendung wassersaugenden Blähtons als Betonzuschlagstoff ergaben sich nämlich Schwierigkeiten bei der Einstellung eines definierten Wasser-Zement-Wertes, der die mechanischen Betoneigenschaften mitbestimmt; auch bewirkt die Korndurchfeuchtung eine starke Verminderung der Wärmeisolierwirkung. Eine in bekannter Weise durch Pudern mit verglasen- so den Stoffen erzeugte dichte Haut erbrachte jedoch nachteilige Begleiterscheinungen. Wurde vor der Schäumung gepudert, so neigten die Blähtongranalien während des Ofendurchgangs zum Zusammenbacken oder zu Ansätzen an der Apparatur. Nach der BIahung gepuderte Granalien erforderten dagegen eine Nachbehandlung und wiesen eine zu glatte Kornoberfläche auf, die im Beton ungünstig zur Wirkung kam.

Zusatzstoffe sind auch bekannt zum Zweck der Verbesserung der Blähfähigkeit von Tonen. Hilfsstoffe wie Sulfitablauge, hochkohlenstoffhaltige Schweröle, Kohlemehl, Sulfate, Carbonate u. dgl. wurden in plastischen Ton eingeknetet oder ihm auf andere Weise zugemischt, um die scheinbare Dichte (Raumgewicht von Porenkörpern) des Blähtons herabzusetzen. Zu Blähton verarbeiteter Rohstoff enthält zwar in der Regel von Natur aus schon vergasungsfähige Stoffe. Die Zugabe der genannten Blähhilfsstoffe, deren Auswahl meistens auf empirische Versuche zurückzuführen ist, sollte jedoch eine Anreicherung vergasungsfähiger Stoffe und somit einen höheren Blähgrad bewirken.

Mit den bekannten Maßnahmen gelang es bisher nicht, einen Blähton herzustellen, der außer einer niedrigen scheinbaren Dichte auch die erwünschte geringe Wassersaugfähigkeit besitzt. Die blähstoffreichen Tone erbrachten nämlich meistens Erzeugnisse mit hohem Anteil offener und großer Poren. Gab man verglasende Stoffe in die Rohmischung, brachte das die geschilderten Schwierigkeiten bei der Ofenbehandlung. Puderte man nach dem Blähvorgang, so bewirkte die Glashaut eine wesentliche Gewichtserhöhung des Korns. Daher fehlten noch immer die Voraussetzungen, einen Zuschlag für 55^ einen hoch und konstant wärmedämmenden Leichtbeton herzustellen.

Überraschenderweise ist es nunmehr gelungen, die genannten Mängel zu beheben. Es gelang, Kombinationen von Zusatzstoffen aufzufinden, die die Verarbeitung nahezu jedes plastischen Tons zu einem Blähton mit erwünschter niedriger scheinbarer Dichte und geringer Wassersaugwirkung gestatten. Auf die Zusatzstoffe abgestimmt, wurde eine spezielle neue Verfahrensabwicklung der Blähtonherstellung entwickelt.

Das erfindungsgemäße Verfahren geht aus von plastischem Ton mit oder ohne Gehalt an von Natur aus vorhandenen vergasungsfähigen Bestandteilen. Der Naturrohstoff wird zuerst trocken homogenisiert. Bei der anschließenden Herstellung des Rohgranulats aus dem trockenen Tonpulver wird der Granulierflüssigkeit eine Kombination von Zusatzstoffen beigefügt. Diese Kombination besteht erfindungsgemäß immer

1. aus einer alkalifreien, vorzugsweise wäßrigen Lösung, die bei Temperaturen unter 300° C erhärtende Bindemittel enthält,

2. einem in der Granulierflüssigkeit suspendierten pulvrigen Flußmittel; vorzugsweise enthält die Kombination außerdem

3. emulgierte oder suspendierte Blähhilfsstoffe.

Die Granulate (zur Unterscheidung von den fertigen Blähkörpern im folgenden »Rohgranulat« genannt) werden erfindungsgemäß dann bei Temperaturen unter 300° C in ruhender Schicht getrocknet. Anschließend wird das Rohgranulat in bekannter Weise bei Temperaturen zwischen 1000 und 1200° C in reduzierender Atmosphäre gebläht und gegebenenfalls nach Abkühlung in Korngruppen sortiert, vorbereitend für die Weiterverarbeitung mit Zement zu Leichtbeton oder auch mit Gips, Kunststoffen oder anderen Bindemitteln zu Formteilen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden als bindemittelhaltige Lösung Sulfitablauge, als Flußmittel feingemahlener Phonolith und als vergasungsfähige Blähhilfsstoffe Emulsionen synthetischer oder natürlicher Öle verwendet. Weiterhin ist es vorteilhaft, als bindemittelhaltige Lösung Dextrinlösung und als Flußmittel Eisen(III)-oxyd zu verwenden.

Einzelne Bestandteile der erfindungsgemäßen Kombination von Zusatzstoffen sind an sich schon bei der Blähtonherstellung verwendet worden. Zum Beispiel erfüllt »Sulfitablauge« ein Abfallprodukt der Zellstoffgewinnung, die Kennzeichen der erfindungsgemäßen Lösung. Sulfitablauge ist eine wäßrige Lösung von Ligninsulfosäurecalciumsalz, Essigsäure, Gerbsäure, Kieselsäure, Zucker und Stickstoffverbindungen; sie ist alkalifrei und enthält Bindemittel, die unterhalb 300° C erhärten.

Auch Flußmittel, speziell alkalische Lösungen, wurden Ton schon zugegeben zwecks Erzeugung von Schmelzphase bei der Blähung, um ein wirkungsloses Entweichen der Blähgase zu verhindern.

Die kombinierte Anwendung dieser Stoffgruppen mußte jedoch zunächst sinnwidrig erscheinen, da sie in ihrer Wirkungsweise an sich gegeneinandergerichtet sind.

Mit Suffitablauge versetzte blähfähige Tone zeigen erfahrungsgemäß geringe Neigung zu der gefürchteten Traubenbildung von Blähgranulat im Ofen. Da das Kleben durch die Flußmittel jedoch begünstigt wird, war anzunehmen, daß der kombinierte Zusatz von Flußmittel, würde er beispielsweise durch Alkalien, fest oder in Lösung, bestritten, diesem vorteilhaften Effekt entgegenwirken würde. Überraschenderweise ist jedoch das Gegenteil der Fall.

Entscheidend für die vorteilhafte Auswirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist hierbei die Form der Zugabe verglasend wirkender Stoffe, nämlich in Form der Suspension. Ebenfalls erfindungswesentlich ist die Form der Suspension oder Emulsion bei der Zugabe solcher Zusätze, die gegebenenfalls die Bläh-

wirkung unterstützen oder (bei von der Natur nicht blähenden Tonen) auslösen sollen.

Es wurde gefunden, daß sich bei der Trocknung des Rohgranulats (Erhitzung auf Wasserverdampfungstemperatur) echte Lösungen anders verhalten als Suspensionen und Emulsionen. So zeigen echte Lösungen bei der Trocknung des Rohgranulats eine deutlich nachweisbare Tendenz, als Ganzes aus dem Korn zu diffundieren; die Ausscheidung der gelösten Substanz aus dem Lösungsmittel erfolgt daher im wesentlichen bei Übergang der Feuchtigkeit vom Korn zum Trocknungsgas; die gelösten Stoffe reichern sich an der Granulatsoberfläche an. Dagegen zeigen, wie weiter gefunden wurde, suspendierte oder emulgierte Stoffe bei der Trocknung offensichtlich Neigung zur Absonderung von der Emulgier- oder Suspendierflüssigkeit in situ.

Diese neue Erkenntnis gibt dem Fachmann nunmehr die Möglichkeit, durch die Wahl der gelösten bzw. emulgierten/suspendierten Stoffe, Zusatzstoffe entweder fein im Kern des Rohgranulats zu verteilen oder an der Oberfläche anzureichern.

Erfindungsgemäß wird beim Granulieren eine Lösung von Zusatzstoffen beigefügt, die im Verlauf der Trocknung eine verfestigte Schale um das Korn zu bilden vermögen. Diese Zusatzstoffe dienen als Bindemittel und sollen bei niederen Temperaturen — unter 300° C, vorzugsweise knapp über 100° C — aushärten. Bei den höheren Temperaturen der späteren Blähung — bekannterweise 1000 bis 1200° C je nach Rohstoff — sollen die ehemals gelösten Stoffe keine Schmelze bilden; die gegebenenfalls verkohlte Schicht übt durch das Fehlen alkalischer verglasender Bestandteile eine Trennmittelwirkung aus.

Als geeignete Lösung erwies sich z. B. Sulfitablauge, die gegenüber anderen Lösungen, die der Fachmann auf Grund der hier gegebenen Lehre ohne weiteres zusammensetzen kann, den Vorteil aufweist, billig und in großen Mengen als Abfallprodukt erhältlich zu sein.

Beispiele für andere geeignete Lösungen sind Phenolharzlösung und Dextrinlösung.

Im Gegensatz dazu werden erfindungsgemäß pulvrige Flußmittel und gegebenenfalls vergasungsfähige Blähhilfsstoffe in Suspension oder Emulsion zugesetzt. Es wurde gefunden, daß sich bei der Trocknung die suspendierten oder emulgierten Stoffe in situ von der Trägerflüssigkeit abscheiden und zwischen den Tonteilchen im Kern des Rohgranulats fein verteilt zurückbleiben, während die Flüssigkeit ausdiffundiert und verdampft. Bei der späteren Blähung bilden die feinverteilten Flußmittel überall im Kern Schmelzphase. Dadurch werden die von Natur aus vorhandenen oder erfindungsgemäß gegebenenfalls gleichfalls suspendiert oder emulgiert eingebrachten vergasungsfähigen Stoffe eingekapselt. Die Bildung von Schmelzphase erfolgt bei Temperaturen, die wesentlich unterhalb der im Ofen angewendeten Blähtemperatur liegen. Die eingekapselten Blähgase dehnen sich aus und bewirken Zellenbildung. Das Rohgranulat nimmt dabei um das Fünfbis Zehnfache seines Volumens zu; entsprechend vermindert sich die scheinbare Dichte des Korns. Als Flußmittel werden vorzugsweise Eisen(III)-oxyd oder Phonolith verwendet. Weitere geeignete Flußmittel sind z. B. Basaltlava, Bimsstein, Abfallglas oder Glasurfritte, alle in feingemahlenem Zustand.

Auf die Kombination von Zusatzstoffen ist erfindungsgemäß ferner die Durchführung des Trocknungsvorgangs abgestimmt. Die Trockentemperaturen sollen 300° C nicht übersteigen und vorzugsweise nur knapp über 100° C eingestellt werden. Dies erfolgt mit Rücksicht auf die organischen Zusätze. Verdampfen soll im wesentlichen nur das Lösungs- bzw. Suspendierwasser: die vergasungsfähigen Stoffe im Kern sollen dagegen möglichst bis zur Bildung von Schmelzphasen erhalten bleiben, und auch die Bindemittel in der Schale dürfen durch die Temperatur nicht zerstört, sondern nur ausgehärtet werden.

Die Trocknung erfolgt vorzugsweise in ruhender Schicht, da gefunden wurde, daß hierbei eine besonders günstige Ablagerung der Bindemittel erzielt wird.

Diese Art der Trocknung wurde bisher nur selten praktiziert. Sie bietet außerdem den Vorteil, daß Abriebstaub vermieden wird. Versuche haben nämlich ergeben, daß Staub, der sich bei bewegter Trocknung — beispielsweise in einem Trommeltrockner — vom

ao Rohgranulat abgerieben hatte, bei der späteren Schäumung die Gefahr des Zusammenbackens und der Ofenansätze wesentlich mitbestimmte und steigerte.
Der auf die Trocknung folgende Blähvorgang verläuft in bekannter Weise bei Temperaturen um 1100° C. Das erfindungsgemäß ruhend auf einem Band oder Rost getrocknete und verfestigte Rohgranulat gelangt in einen Drehofen oder auf ein Sinterrost, vorzugsweise bei reduzierender Ofenatmosphäre.

Die Temperatursteigerung von etwa 200 auf etwa 1100° C löst, bedingt durch die erfindungsgemäße Folge vorangegangener Verfahrensschritte, eine Reihe von verwickelten Vorgängen aus, die schließlich den beschriebenen stark verbesserten Blähton bilden. In vereinfachter Form lassen sich diese Vorgänge etwa folgendermaßen darstellen:

Die organischen Verbindungen, die der Ton von Natur oder durch Zusatz enthält, werden gekrackt und vergast; gleichzeitig bildet sich überall im Korn Schmelzphase und schließt die entstehenden Gase ein; auf der Oberfläche des blähenden Rohgranulats verkohlen — gefördert durch die reduzierende Atmosphäre — die organischen Bestandteile der Verfestigungsschicht und bleiben mit den anorganischen Resten und dem Ton gemischt zurück. Die an Schmelzphase ärmere Kornoberfläche gibt keinen Anlaß zum Zusammenbacken des Granulats und zu Ansätzen oder Ringbildungen in der Blähvorrichtung. Im Korninnern werden die Blähgase wirkungsvoll eingeschlossen. Die feinverteilte Schmelze bewirkt die Bildung vieler feiner Zellen, die gegeneinander abgeschlossen sind.

Das erfindungsgemäß erzeugte Produkt kann — abhängig von der Dosis zugesetzter Blähhilfsstoffe — im Vergleich zu handelsüblichem Blähton in ungewöhnlich niedriger scheinbarer Dichte hergestellt werden. Es unterscheidet sich auch hinsichtlich der Kornstruktur. Die dünne, rauhe Schale nimmt geringe Mengen Wasser auf; dagegen ist der Kern, der weit über 90 % des Kornvolumens ausmacht und aus vielen gegeneinander abgeschlossenen Zellen besteht, undurchlässig für Wasser und Dampf.

Wird der erfindungsgemäß hergestellte Blähton als Leichtzuschlag mit Zement zu Leichtbeton weiterverarbeitet, so werden in der dünnen Schale geringe Mengen Anmachwasser gespeichert. In den Kern dringt — im Gegensatz zu üblichem Blähton — keine Feuchtigkeit. Die in der Schale gespeicherten Wasser-

mengen wirken sich vorteilhaft aus, weil sie bei der anschließenden Zementhydratation zur Verfügung stehen, also zu einem günstigen Zeitpunkt verwertet werden, was bei üblichem Blähton, in dessen Kern Feuchte eindiffundierte, nicht der Fall ist. Der wasserundurchlässige Kern des erfmdungsgemäß hergestellten Produkts ist sowohl bei der Betonbereitung als auch hinsichtlich der konstanten Wärmeisolierwirkung des Blähgranulats von großem Vorteil.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß das Verfahren äußerst einfach durchgeführt werden kann, da einmal der als Ausgangsstoff verwendete Ton schon so feinkörnig vorliegt, daß sich eine weitere Vermahlung erübrigt, und dann lediglich das die Zusatzstoffe enthaltende Granulierwasser noch zugefügt werden muß.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne sie darauf zu beschränken.

Beispiel 1 ^ao

Plastischer Ziegelton, der von Natur aus im wesentlichen keine vergasungsfähigen Bestandteile enthält, wird in einem Heißgastrockner, der mit einer Schlägermühle kombiniert ist, auf etwa 2% Feuchtigkeit gebracht und dabei feinpulvrig aufbereitet.

Das weitere Verfahren wird nachstehend an Hand der Herstellung von Blähton der Korngruppe 7 bis 15 mm beschrieben. Der pulverige Ton wird im Granulierteller körnig geformt.

Auf 100 Gewichtsteile Ton sind bei der Granulierung etwa 20 Gewichtsteile Granulierflüssigkeit erforderlich. Die Granulierflüssigkeit besteht aus folgenden Bestandteilen:

1 Gewichtsteil Sulfitablauge (als etwa 50%ige

wäßrige Lösung),
1 Gewichtsteil Heizöl, emulgiert,
18 Gewichtsteile Wasser.
Darin werden zusätzlich

einem 10 mm großen Korn einen dicht verglasten vielzelligen Kern mit einer etwa 0,1 mm dünnen rauhen Schale.

Beispiel 2

Ausgangsmaterial ist ein Ton, der von Natur aus bereits vergasungsfähige Bestandteile enthält und der bei gleicher Aufbereitung und Temperaturbehandlung, jedoch ohne Zusätze zum Granulierwasser zu Blähton mit etwa 500 kg/m³ Schüttgewicht in der Korngruppe 6 bis 12 mm verarbeitet werden kann.

100 Gewichtteile dieses Tons, der ähnlich wie im vorstehenden Beispiel zur Granulierung vorbereitet wird, setzt man eine folgendermaßen zusammengesetzte Granulierflüssigkeit zu:

0,5 Gewichtsteile Dextrinlösung,
20 Gewichtsteile Wasser.
Darin werden suspendiert

3 Gewichtsteile Eisen(III)-oxyd.

Die Granulierung, Trocknung des Rohgranulats und die Blähung werden unter gleichen Bedingungen wie im vorhergehenden Beispiel 1 erläutert durchgeführt.

Gewonnen wird dabei ein Blähgranulat mit etwa kg/m³ Schüttgewicht in der Korngruppe 7 bis mm. Das entspricht einer scheinbaren Dichte des Blähtonkorns von durchschnittlich 0,6 g/cm³.

40

5 Gewichtsteile Phonolith suspendiert.

Das Gemisch wird durch ein Rührwerk während des Granulierprozesses in Bewegung gehalten.

Das so erhaltene Rohgranulat wird dann auf einem Trockenband, das mit einem Gemisch von Abgasen des Blähofens und Frischluft auf 150° C Temperatur beheizt ist, schonend in ruhender Schicht getrocknet, dabei vorgewärmt und dem Blähofen zugefördert. Zum Blähen dient ein relativ kurzer Drehofen mit großem Durchmesser, der mit Öl direkt beheizt ist. Durch Drosselung der Verbrennungsluft wird im Drehofen eine schwach reduzierende Atmosphäre eingestellt. Die Temperatur steigt — bei Gegenstrombefeuerung — vom Drehofeneinlauf zum Brenner von etwa 1050 auf 1150° C an. Das Rohgranulat mit etwa 1000 kg/m³ Schüttgewicht bei Korndurchmessern von etwa 4 bis 9 mm wird im Drehofen zu einem Blähgranulat mit etwa 250 kg/m³ Schüttgewicht bei etwa 7 bis 15 mm Korndurchmesser aufgebläht. Das entspricht einer scheinbaren Dichte des Blähtons von durchschnittlich 0,45 g/cm³.

Das zwecks Abwärmeverwertung in einer Trommel abgekühlte Blähgranulat zeigt beispielsweise bei

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Blähton aus plastischem Ton, dem gegebenenfalls Blähhilfsstoffe zugesetzt werden, durch Trocknung und pulverige Aufbereitung, Granulierung, Trocknung und Vorwärmung des Rohgranulats und Blähung unter Wärmeeinwirkung, dadurch gekennzeichnet, daß dem zur Granulation verwendeten Wasser eine Kombination von Zusatzstoffen, bestehend aus einer alkalifreien Lösung eines unter 300° C aushärtenden, an sich bekannten Bindemittels, einer Suspension pulvriger, an sich bekannter Flußmittel und gegebenenfalls emulgierten oder suspendierten vergasungsfähigen, ebenfalls an sich bekannten Blähhilfsstoffen zugesetzt wird, und das damit hergestellte Rohgranulat vor der Blähung, die in reduzierender Atmosphäre vorgenommen wird, in ruhender Schicht bei Temperaturen unter 300° C, vorzugsweise knapp über 100° C, getrocknet und gleichzeitig verfestigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als bindemittelhaltige Lösung Sulfitablauge, als Flußmittel feingemahlener Phonolith und als vergasungsfähige Blähhilfsstoffe Emulsionen synthetischer oder natürlicher öle verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als bindemittelhaltige Lösung Dextrinlösung und als Flußmittel Eisen(III)-oxyd verwendet werden.