DE1596824B1 - Verfahren zur herstellung von schaumglas durch erhitzen eines gemisches aus feingepulvertem glasigen material und einem treibmittel - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung »lange« Gläser, meist mit erheblichem Anteil an Bovon Schaumglas durch Erhitzen eines Gemisches aus raten oder ähnlich wirkenden Flußmitteln, verwendet, feingepulvertem glasigem Material und einem Treib- Das Aufschäumen des Sintermaterials wird vermittel über die Erweichungstemperatur des glasigen ursacht durch eine Freisetzung von Gasen bei erhöhter Materials, jedoch nicht bis zu seiner Schmelztempe- 5 Temperatur. Es wurden bereits mehrere Reaktionen ratur. bekannt, die zu einer Gasabspaltung führen und sich Zur Herstellung von Schaumglas oder geschäumten für die Herstellung von Schaumglas eignen. Von prak-Mineralien, Gesteinen, Silikaten und anderen feuer- tischer Bedeutung wurde die Verwendung von Carbofesten Stoffen sind bereits zahlreiche Verfahren be- naten als Treibmittel, die durch thermische Dissoziakannt. io tion bei erhöhter Temperatur Kohlendioxid (CO₂) als Analog zur vermuteten Entstehung von Bimsstein Treibgas abspalten. Die mit diesem Treibmittel herhat man zunächst versucht, eine Schmelze solcher gestellten Schäume besitzen jedoch ein relativ hohes Materialien wenigstens teilweise in den Schaum- Raumgewicht. Die derzeitige Produktion von Schaumzustand zu überführen. Ein Vorschlag dieser Art sah glas erfolgt deshalb fast vollständig unter Ausnutzung beispielsweise vor, geschmolzenen Mergel so hoch zu 15 der sogenannten SOs/C-Reaktion. Hierbei wird dem erhitzen, daß sich eine Schaumschicht bildet, die man sehr fein gemahlenen Ausgangsmaterial aus Glas mit von der Schmelze abtrennen und nach Abkühlung und ausreichend hohem SO₃-Gehalt Kohlenstoff, meist in entsprechender Zerkleinerung als Wärmeisoliermittel Form von Ruß, als Treibmittel zugemischt, einsetzen kann. Weitere solcher Vorschläge bezogen Durch die bei erhöhter Temperatur einsetzende sich auf den Zusatz bestimmter Stoffe, die die Schäum- 20 bzw. ablaufende Schäumreaktion werden die Sulfate barkeit geschmolzener Gläser verbessern sollten. So reduziert, wobei als Treibgas Kohlenoxid und Kohlenist im deutschen Patent 616 031 z. B. vorgesehen, dioxid entsteht. Daneben bilden sich Sulfide und Kohlenstoff einer Basaltschmelze beizugeben, um sie Schwefelwasserstoff, welcher dem nach diesem Verdadurch aufzuschäumen. fahren hergestellten Schaumglas einen typischen Ge-

Die aus Schmelzen gewonnenen Schaumgläser bzw. 25 ruch verleiht.

-Silikate waren für die Anwendung als temperatur- Für die Verwendung als Leichtzuschlagstoff mit beständige Wärmeisoliermittel indes nur sehr bedingt wärmeisolierender Wirkung besitzt Schaumglas, begeeignet, und die von Glas- oder Gesteinsschmelzen sonders vermittels der SO₃/C-Reaktion hergestelltes ausgehenden Verfahren sind daher seit langem ver- Schaumglas, schwerwiegende Nachteile. Es wurde lassen worden, als man erkannt hatte, daß brauch- 30 nämlich bekannt, daß Glas in Zementbeton zu dem barere Schaumgläser oder -Silikate einfacher und preis- sogenannten Alkalitreiben führen kann. Mit dieser werter nach dem sogenannten Sinterverfahren er- Bezeichnung beschreibt man die Rekristallisation des hältlich sind. Glases an der Berührungsfläche mit dem Beton, welche

Dieses Sinterverfahren geht von einem fein gepul- unter Volumenzuwachs erfolgt und damit zu einer verten Glas aus, das mit einem als Blähmittel wirken- 35 Sprengung des Betons führt. Außerdem sind Sulfide

den Stoff vermischt und langsam etwas über den Er- und Schwefelwasserstoffe als betonschädliche Stoffe

weichungspunkt des Glasanteils erhitzt wird. Dabei bekannt.

sintert die Glasmasse allmählich, ohne aber zu schmel- Die Erfindung zielt nun darauf ab, das beschriebene

zen, und wird unter der Wirkung des Bläh- oder Treib- Sinterverfahren zur Herstellung von Schaumglas, -silimittels insgesamt aufgebläht. Das handelsübliche 40 katen u. dgl. so zu vereinfachen und zu verbessern,

Schaumglas, das allein nach diesem Verfahren er- daß die bisherigen Beschränkungen in der Wahl des

zeugt wird, besitzt ein Raumgewicht von 160 bis Ausgangsmaterials gemildert und die Temperatur-

180 kp/m³, ist völlig geschlossenzellig und daher dif- beständigkeit des Erzeugnisses erhöht wird. Daneben

fusionsdicht und nimmt beim Untertauchen praktisch ist es ein Ziel der Erfindung, die Ursachen des Alkalikein Wasser auf. In geschlossenen Schäumformen her- 45 treibens durch Abänderung des Ausgangsmaterials

gestellt, kommt solches Schaumglas in Gestalt von für den erfindungsgemäßen Leichtzuschlagstoff für

Blöcken, Platten u. dgl. in den Handel und stellt ein Beton zu umgehen. Weiterhin soll bei den erfmdungs-

wegen der erwähnten Eigenschaften und seiner Tempe- gemäßen Schaumsilikaten die Entstehung von beton-

raturbeständigkeit von etwa 400⁰C sehr geschätztes schädlichen Sulfiden und Schwefelwasserstoff ver-Isoliermaterial dar. 50 mieden werden.

Weil die Herstellung von Blöcken oder Platten Die Erfindung besteht darin, bei dem sogenannten

teure Schäumformen und lange Temperzeiten erfor- Sinterverfahren zur Herstellung von Schaumglas, -sili-

dert, ist auch schon bekannt, kleine Perlen oder Kugeln katen u. dgl. von Eruptivgesteinen, wie Basalt, Diabas,

aus Schaumglas herzustellen und entweder als schütt- Diorit u. dgl. oder anderen Schmelzgesteinen, auszu-

bares Isoliermittel zu verwenden oder mit geeigneten 55 gehen, welche Oxide von Metallen enthalten, die in

Mitteln zu Platten, Blöcken oder sonstigen Form- verschiedenen Oxydationsstufen auftreten können und

körpern zu verbinden. durch Reduktion der höheren Oxydationsstufe ein

Dieses sogenannte Sinterverfahren stellt an ein dafür gasförmiges »Treibmittel« abspalten,

brauchbares Glas eine Reihe von Anforderungen, die Es war schon bekannt, hochschmelzende Sediment-

diese Arbeitsweise verteuern und komplizieren. So ist 60 gesteine, wie etwa Quarzsand, unterhalb ihres Schmelz-

zur Herstellung eines feinporigen Schaumglases mit punktes, also im Sinterzustand, zu verschäumen. Diese

den vorstehend genannten Eigenschaften eine bestimm- Schaumsilikate, etwa das unter dem geschützten

te Kornzusammensetzung notwendig, die nur durch Handelsnamen »Foamsil« erhältliche Produkt, lassen

längeres Mahlen erreicht wird. Das Ausgangsmaterial sich jedoch nicht mittels eines Reduktionsmittels, wie

muß ferner einen bestimmten Verlauf der Viskosi- 65 z. B. Kohlenstoff als »Treibmittel«, erhalten, son-

täts-Temperatur-Abhängigkeit aufweisen, die sich dem verlangen andere, ein Gas freisetzende Verbin-

durch geeignete Wahl der chemischen Zusammen- düngen, wie z. B. Siliciumcarbide u. dgl.

Setzung des Glases erreichen läßt. In der Praxis werden Wie die nachfolgenden Beispiele noch zeigen werden,

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lassen sich ζ. B. unter Verwendung von Kohlenstoff glasigem Zustand wird zur Ausübung des erfindungserfindungsgemäß geschäumte Silikate erzeugen, die in gemäßen Verfahrens pulverförmig verwendet. Die ihren Eigenschaften mit dem handelsüblichen Schaum- spezifische Oberfläche des Pulvers soll über 3000 cm²/g glas durchaus vergleichbar und um vieles billiger und liegen. Das Treibmittel, z. B. Kohlenstoff in verschietemperaturbeständiger als dieses sind. Dabei wurde in 5 denen Modifikationen, wie Ruß, Graphit, Öl, Kokseinem Beispiel von einem Basalt ausgegangen, der auf mehl, Braunkohle, Kohlenwasserstoff od. dgl., wird Grund seiner chemischen Zusammensetzung als ein dem pulverförmigen Ausgangsmaterial in feindisperser »kurzes« Glas anzusprechen ist und sich in Gewichts- Form zugesetzt und mit diesem innig vermischt. Die Prozent wie folgt zusammensetzt: Sinterung und das Aufschäumen des Gemenges erfolgt

ίο in einem durch das verwendete Ausgangsmaterial be-

Glühverlust 1,47 stimmten Temperaturbereich, der z. B. bei den Erup-

SiO₂ 42,40 tivgesteinen, wie Basalt, Diorit, Diabas od. dgl., je

Al₂O₃ 11,44 nach der Abbaustätte zwischen 1100 und 1200⁰C liegt.

Fe₂O₃ 3,21 Durch feindisperse Zuschläge, welche als Flußmittel

TiO₂ 3,08 is wirken, kann dieses Temperaturintervall in an sich be-

P₂O₅ 0,55 kannter Weise zu niedrigeren Temperaturen ver-

MnO 0,34 schoben werden.

CaO 11,20 Die mechanischen und chemischen Eigenschaften

MgO 13,25 des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren her-

SO₃ 0,15 20 gestellten Schaummaterials hängen in gewissem Um-

Na₂O 3,75 fang von dem verwendeten Ausgangsmaterial ab. Un-

K₂O 1,52 abhängig davon ist jedoch das Fehlen von Sulfiden

-ι QQ 2j und Schwefelwasserstoffen in einer für die Verwendung

als Betonzuschlagstoff unzulässigen Konzentration,

Ein nennenswertes Aufschäumen nach der SO₃/C-Re- 25 wie sie bei dem Schäumen nach der SO₃/C-Reaktion aktion ist für ein Material dieser Zusammensetzung auftritt. Für die Herstellung von Schaummaterial mit nicht zu erwarten, da der Sulfatgehalt an der unteren niedrigem Raumgewicht nach dem erfindungsgemäßen Grenze der für das Schäumen nach der genannten Verfahren eignen sich besonders solche Materialien, Reaktion erforderlichen Konzentration liegt. Tatsäch- die bei der verwendeten Temperatur eine hohe Vislich beweist das Fehlen des für die genannte Reaktion 30 kosität und geringe Oberflächenspannung der Schmelze typischen Schwefelwasserstoffgeruchs bei dem aus aufweisen. Beide Größen sind durch geeignete Wahl diesem Material gemäß der Erfindung hergestellten der Temperatur beeinflußbar. Die Zeiten für das in Schaumsilikat, daß die Schaumbildung nach einer an sich bekannter Weise, z. B. in Schäumformen oder anderen Reaktion abläuft. Durch den als Treibmittel im Drehrohrofen, erfolgende Sintern und Aufverwendeten Kohlenstoff wurde das in relativ hoher 35 schäumen liegen je nach Ausgangsmaterial und der Konzentration vorliegende Eisenoxid Fe₂O₃ zum Oxid verwendeten Temperatur zwischen 3 und 15 Minuten. FeO reduziert, wobei ^x/₂ O_a frei wird. Bei der gleich- Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herzeitigen Oxydation des Kohlenstoffes entstanden CO₂ gestellten Schaummaterialien zeichnen sich z. B. und CO als Treibgase. Die Konzentration von SO₃ gegenüber geblähtem Ton oder Tonschiefer durch ein blieb praktisch unverändert. 40 geringes Raumgewicht aus, welches unter 200 kp/m³

In Weiterführung des Erfindungsgedankens, der in liegen kann. Gegenüber der Herstellung von Schaumdem genannten Beispiel erläutert wurde, können für glas unter Verwendung der gebräuchlichen SO₃/C-Redie Herstellung von Schaumglas, -Silikaten u. dgl. aktion zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren auch andere Metalloxide, die in verschiedenen Oxyda- durch einen wesentlich geringeren Preis des Rohtionsstufen auftreten können, als Oxydationsmittel 45 materials und durch eine bessere Verträglichkeit des verwendet werden. In entsprechender Weise ist bei Endproduktes mit Beton aus. Außerdem ist die bei dem der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Schäumdas Treibmittel, welches durch eine Oxydation gas- reaktion durch Reduktion eines in mehreren Oxyförmige Reaktionsprodukte entwickeln soll, nicht auf dationsstufen vorkommenden Metalloxids und gleich-Kohlenstoff beschränkt. 50 zeitiger Oxydation eines gasförmige Oxydations-

Der für das erfindungsgemäße Verfahren kenn- produkte abspaltenden Treibmittels weniger abhängig zeichnende Gehalt an Metalloxiden, welche in ver- von der chemischen Zusammensetzung des Rohschiedenen Oxydationsstufen auftreten können, soll materials, welche Abhängigkeit nach dem üblichen über 0,5 Gewichtsprozent liegen. Für die Ausübung Verfahren unter Ausnutzung der SO₃/C-Reaktion nur des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorteilhaft, 55 Tafelglas als Rohmaterial zuläßt. Demgegenüber wird wenn das Gewichtsverhältnis der höheren Oxydations- der Ablauf der Schäumreaktion nach dem erfindungsstufe zur niedrigeren Oxydationsstufe des genannten gemäßen Verfahren durch Komponenten des Roh-Metalloxides möglichst groß ist. Im Gegensatz zum materials, welche an der Schäumreaktion nicht un-Aufschäumen von Schaumglas nach der SO₃/C-Reak- mittelbar beteiligt sind, praktisch nicht beeinflußt, tion wird das Schäumvermögen des Ausgangsmaterials 60 Dadurch ergibt sich eine für die praktische Anwendung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durch eine des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhafte Mannig-Überdosierung des Treibmittels nur in geringem Maße faltigkeit der als Ausgangsmaterialien zur Anwendung beeinflußt. Damit können bei der praktischen Anwen- des Verfahrens geeigneten Rohmaterialien, dung des erfindungsgemäßen Verfahrens die beim .

Schäumen nach der SO₃/C-Reaktion erforderlichen, 65 Ausiunrungsbeispiel

aufwendigen Dosiereinrichtungen für das Treibmittel Je 100 Gewichtsteile Basaltmehl der vorn anweitgehend eingespart werden. Das Ausgangsmaterial gegebenen Zusammensetzung und einer Oberfläche aus Eruptivgestein oder einem sonstigen Material in von 8000 cm²/g wurden mit je 3 Gewichtsteilen Leicht-

öl gemischt. Diese Mischung wurde mit einer 10⁰/₀igen Wasserglaslösung granuliert.

Das Grüngranulat wurde in einem Drehrohrofen bei 1100° C 8 Minuten erhitzt und ergab ein Schaumglas mit einem Schüttgewicht von 400 kg/m³.

Eine weitere Probe vorgenannten Grüngranulats wurde bei 1125⁰C 3,5 Minuten geschäumt, wobei ein Produkt mit einem Schüttgewicht von 210 kg/m³ entstand.

Basaltmehl der vorn angegebenen Zusammen- ι ο setzung wurde unter Zusatz von 5 Gewichtsteilen Dolomit auf eine Oberfläche von 8000 cm²/g gemahlen und unter Zusatz von Leichtöl und Wasserglaslösung granuliert.

Die Grüngranulate wurden im Wirbelbett erhitzt, wobei man in Abhängigkeit von Zeit und Temperatur unterschiedliche Schüttgewichte erhielt:

Temperatur (0C)	Zeit (Min.)	Schüttgewicht (kg/m3)
1150	5	738
1150	6	644
1200	3	542
1200	3,5	584
1220	3,5	578

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Schaumglas durch Erhitzen eines Gemisches aus feingepulvertem glasigem Material und einem Treibmittel über die Erweichungstemperatur des glasigen Materials, jedoch nicht bis zu seiner Schmelztemperatur, dadurch gekennzeichnet, daß im Glas zu über 0,5 Gewichtsprozent vorliegende, in mehreren Oxydationstufen auftretende Metalloxide zu einer niedrigen Oxydationsstufe reduziert werden und das Treibmittel bei der dadurch bewirkten Oxydation gasförmige Reaktionsprodukte abspaltet, die der Schaumbildung dienen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als glasiges Material Eruptivgesteine, wie Basalt, Diabas, Diorit, verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Basaltmehl mit einer spezifischen Oberfläche von 3000 bis 8000 cm²/g verwendet und eine Schäumtemperatur von 1000 bis 1200^QC angewendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Treibmittel Kohlenstoff in feindisperser, elementarer oder gebundener Form verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise das Gemenge der Ausgangsstoffe granuliert und zu kugel- oder perlförmigen Körpern aufgeschäumt wird, gegebenenfalls in Gegenwart eines die Verklebung dieser Perlen unterbindenden Trennmittels.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemenge der Ausgangsstoffe in an sich bekannter Weise zu prismatischen Körpern, wie Platten, Zylinderschalen, aufgeschäumt wird.