DE1771497A1 - Verfahren zur Herstellung von Gipsbauteilen aus alpha-Halbhydrat - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Gipsbauteilen aus alpha-HalbhydratInfo
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Description
Verfahren zur Herstellung von Gipsbauteilen aus (JL-Halbhydrat
Zur Herstellung von Gipsteilen wird üblicherweise ein auf trokkenem
Weg gebranntes ß-Calciumsulfathalbhydrat eingesetzt· Die
gebrannten Gipse werden beispielsweise in indirekt beheizten Kesseln oder in direkt oder indirekt beheizten Drehrohrofen aus
zerkleinertem Rohgipsgestein hergestellt.
Ebenso verwendet man für die Herstellung von Gipsfertigteilen Produkte, die nach dem Mahlbrennverfahren erzeugt wurden, da
diese ß-Calciumsulfat-Halbhydrate im Vergleich zu den vorher
genannten Halbhydraten weitaus schnellere Abbindezeiten aufweisen. Dies führt in der Praxis der Gipsfertigteilherstellung zu
einer wesentlich besseren Auslastung der Gipsformen und damit zu einer wirtschaftlicheren Produktion der Fertigteile. Das Anmischen
der Giessmassen für Gipsbauteile geschieht gewöhnlich in einem Mischgefäß, das mit einem Rührer ausgestattet ist und
in dem Gips und Wasser in einem bestimmten Mengenverhältnis miteinander vermengt und so lange gerührt werden, bis eine sämige
Konsistenz des Gipsbreies erreicht ist. Dieses Rühren der Gips-Wasser-Mischung bis zum Erreichen der sämigen Konsistenz ist deshalb
erforderlich, damit gröbere Gipsjjartikel in der ersten Phase
nach dem Vermischen mit Wasser nicht sedimentieren können, da dies zu Inhomogenitäten im fertigen Gipsbauteil führen würde.
Die Zeit, die bis zum Erreichen der sämigen Konsistenz benötigt wird, hängt von der verwendeten Gipssorte ab und korrespondiert
mit der jeweiligen Abbindezeit, d.h. Gipse mit einer längeren Abbindezeit, wie zum Beispiel die Kessel- oder Drehrohrofen-Gipse
benötigen zum Erreichen der sämigen Konsistenz längere Zeit als die sogenannten Mühlengipse, die nach dem Mahlbrennverfahren
hergestellt werden. Sobald die sämige Konsistenz erreicht ist, wird der Gipsbrei in die Formen abgelassen und zum Entformen
wird so lange gewartet, bis die Masse hinreichend erstarrt
ist. Zu diesem Zeitpunkt ist die Hydratation des ß-Calciumsulfat-Halbhydrates
zu Calciumsulfatdihydrat weitgehend, aber noch nicht vollständig erfolgt. Man läßt die hergestellten Gipsbauteile
daher meist noch eine gewisse Zeit stehen,bevor sie getrocknet
werden oder man sorgt, wie im Falle der Gipskartonplat-
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te, für eine entsprechende Verweildauer auf dem Fertigungsband. Vielfach kann auch eine Trocknung entfallen, wenn sie für den
angestrebten Verwendungszweck nicht erforderlich ist.
Die Festigkeiten der auf diese Weise hergestellten Gipsfertigteile
werden einerseits durch die Qualität des verwendeten ß-Calciumsulfat-Halbhydrates
und andererseits durch das Gips-Wasser-Verhältnis beim Ansetzen des Gipsbreies bestimmt. Die Qualität
der Gipse richtet sich nach den für das betreffende Land gültigen Normen, ebenso wie die Qualität und Rohdichte der hergestellten
Gipsbauteile. In Deutschland ist beispielsweise für die Herstellung
von Baugipsen die DIN 1168 maßgebend, nach der gebrannte
ρ Gipse eine Biegezugfestigkeit von mindestens 25 kp/cm und eine
Druckfestigkeit von 60 kp/cm bei maximal möglicher Einstreumenge
besitzen müssen.
Für die Herstellung von Gipsbauteilen, z.B. von Wandbauplatten
aus Gips sind die Anforderungen der DIN 18 165, für Deckenplatten
die der DIN 18 169 und für Gipskartonplatten die der DIN 18 180 maßgebend.
Die normalen Wandbauplatten aus Gips werden mit einer Rohdichte von 0,9 g/cm hergestellt. Daneben werden auch leichtere Wandbauplatten
mit einem Raumgewicht von 0,7 g/cm und schwerere Wandbauplatten mit einem Raumgewicht von 1,2 g/cnr gefertigt.
Bei Deckenplatten und Gipskartonplatten darf ein bestimmtes Flächengewicht nicht überschritten werden. Andererseits werden jedoch
auch gewisse Mindestfestigkeiten für die Gipsbauteile nach den DIN-Normen gefordert, z.B. im Falle der Zwischenwandplatten
eine Bruchlast von mindestens 100 kp in der Plattenmitte.
Die handelsüblichen ß-Calciumsulfat-Halbhydrate liegen in ihrer
maximal möglichen Einstreumenge so, daß Formkörper mit einem Raumgewicht von 1 bis 1,2 g/cm* entstehen. Um also Gipsbaut^lle
mit niedrigerem Raumgewicht herzustellen, müssen diese ß-Calciumsulfat-Halbhydrate
mit einer niedrigeren Halbhydratmenge,
d.h. mit einem höheren Wasser-Gips-Verhältnis angesetzt werdent
um auf das gewünschte Raumgewicht nach am Tr o>
-■ nen zu kommen. Die Erniedrigung eier Einstreumenge führt jedoou zu einem Rückgang,
der Festigkeitswerte des Fertigteiles. Diese können jedoch nur ow ^t; herabgesetzt werden, wie durch die Norm-Vorschriften
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toleriert wird. Andererseits wäre es jedoch oft wünschenswert,
wenn die Fertigbauteile mit geringerem Raumgewicht, aber gleich guten oder noch besseren mechanischen Eigenschaften hergestellt
werden könnten, und dabei gleichzeitig die Abmessungen der Fertigteile zur Einsparung von Arbeitszeit auf der Baustelle vergrößert
werden könnten.
Zur Herstellung solch leichter Bauteile aus ß-Calciumsulfat-Halbhydrat
wurde der Zusatz von Katur- oder Mineral- bzw. Glasfasern vorgeschlagen, um die notwendigen Festigkeiten noch zu
erreichen. Meist jedoch werden durch diese Zusätze die Festigkeiten nicht wesentlich verbessert und außerdem steigen die
Herstellungskosten der Gipsfertigteile erheblich an.
Aus diesem Grund wurde für die Herstellung von Gipsbaufertigteilen
der Einsatz der o^-Calciumsulfat-Halbhydrat-Modifikation
vorgeschlagen, die bekanntlich bessere mechanische Eigenschaften als die ß-Modifikation besitzt. Allerdings liegen die Einstreumengen
des <X--Calciumsulfat-Halbhydrats sehr hoch, bei 300
bis 350 g/iOOg Wasser. Mit dieser Einstreumenge hergestellte
Fertigteile besitzen nach dem Trocknen ein Raumgewicht von 1,6 bis 1,7 g/cm-5. Werden diese ot-Gipse für Gipsbauteile mit einer
wesentlich niedrigeren Einstreumenge, z.B. 100 g Gips auf 100 g Wasser wegen des normgemäß gewünschten niedrigen Raumgewichtes des
Fertigteils eingesetzt, so sedimentieren die Gipspartikel noch stärker als bei den ß-Calciumsulfat-Halbhydraten. Der Zusatz
von leichten Füllstoffen, wie Schilf und dergleichen wurde in der Deutschen Patentanmeldung T 5536 vorgeschlagen, um die Sedimentation
zu verhindern und Gipsbauteile mit niedrigem Raumgewicht zu erhalten. Trotzdem entstehen bei dieser Arbeitsweise
immer noch Inhomogenitäten im Fertigteil.
Die britische Patentschrift Kr. 1 080 025 schlägt vor, die Mischung
von 0<--Halbhydrat und Wasser so lange zu rühren, bis
der Brei durch die beginnende Abbindung genügend sämig geworden ist und eine Sedimentation nicht mehr stattfindet. Der
Nachteil dabei ist, daß der Rührvorgang bei Pt-Calciumsulfat-Halbhydrat
vor allem dann, wenn sehr niedere Gipsmengen eingestreut werden, sehr lange ausgedehnt werden muß, bis bereits
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ein großer Teil des oi-Calciumsulfat-Halbhydrats zu Dihydrat
hydratisiert ist, um die zum Vergießen in die Form erforderliche sämige Beschaffenheit zu erreichen.
Bedauerlicherweise gehen durch diese Teilhydratation die Festigkeiten
im erzeugten Gipsbauteil sehr stark zurück, so daß die vorzüglichen Eigenschaftsmerkmale des 06-Calciumsulfat-Halbhydrats
nicht mehr ausgenutzt werden können.
Es wurde weiterhin vorgeschlagen (F.P. 1 4-39 582), o^-Halbhydrat-
Gips als Pulver auf eine Blaine-Feinheit von 1.000 bis 6.000 cm /g
zu mahlen, mit feinteiligem Kalk in einer Menge von 0,2 bis 10,
vorzugsweise von 1 Gewichtsprozent, ausgedrückt in CaO, zu vermischen,
dann in eine Wassermenge von 4-0 bis 50 Gewichtsprozent,
bezogen auf die hergestellte Mischung, mehrere Sekunden lang zur Bildung eines homogenen Breies einzurühren und dem erhaltenen
Gipsbrei dann vor dem Vergießen zu Gipsbauteilen eine nicht die stöchiometrische Menge (bezogen auf Kalk) übersteigende Menge
Schwefelsäure hinzuzufügen. Es hat sich aber gezeigt, daß diese Behandlungsweise zu einer Verschlechterung der mechanischen
Eigenschaften des eingesetzten ci-Calciumsulfat-Halbhydrats im
erzeugten Gipsbauteil führt.
Es wurde nun ein Verfahren gefunden, das die Herstellung von Gipsbauteilen aus alpha-Calciumsulfat-Halbhydrat mit normgemäßen
oder niedrigeren Raumgewichten ermöglicht, ohne daß die oben beschriebenen Nachteile in Kauf genommen oder Zusätze verwendet
werden müssen. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für Gipsbauteile aus 06-Calciumsulfat-Halbhydrat basiert auf einem
hydrothermalen Erzeugungsprozeß für oU-Calciumsulfat-Halbhydrat,
beispielsweise gemäß der DAS 1 157 128. Nach vorliegender Erfindung wird ein ot-Calciumsulfat-Halbhydrat mit einer mittleren
Korngröße von 7 bis 15/u - mit dem Fisher-Subsieve-Sizer-Gerät
nach der Kozeny-Carmann-Methode bestimmt - durch entsprechende Steuerung des hydrothermalen Kristallisationsprozesses hergestellt,
das entstehende feinkristalline oC-Calciumsulfat-Halbhydrat
von der Hauptmenge der Mutterlauge getrennt und noch feucht mit der gewünschten: Wassermenge vermischt, wobei unmittelbar ein
sämiger, nicht sedimentierender Brei entsteht, und die Mischung sofort zur Fertigung der Gipsbauteile mit dem gewünschten Raum-
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gewicht in Formen gegossen.
Die Steuerung des hydrothermalen Kristallisationsprozesses zur Herstellung eines Ct-Calciumsulfat-Halbhydrates mit einer mittleren
Korngröße zwischen 7 und 15/U in Form von feinkristallinen, maximal 80 "bis 150 ,u langen Stäbchen wird durch periodische
oder kontinuierliche Zugabe zusätzlicher Impfkristalle zum Reaktionsautoklaven oder durch periodische oder kontinuierliche
Erzeugung von zusätzlichen Impfkristallen innerhalb oder außerhalb des Reaktionsautoklaven, in dem die Umkristallisation
erfolgt, vorgenommen. Die Herstellung der zusätzlichen Impfkristalle außerhalb des eigentlichen Reaktionsautoklaven kann durch
mechanische Zerkleinerung von C^-CaIciumsulfat-Halbhydratkristallen
erfolgen oder aber durch separate Erzeugung in einem zweiten Autoklaven. Ebenso können fein vermahlene ß-Calciumsulfat- HaIbhydrat-Impfkristalle
Verwendung finden.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß ein Teil des Reaktionsslurrys
kontinuierlich oder auch portionsweise auf eine um 3 - 60C über der Umkristallisationstemperatur liegende Temperatur
aufgeheizt wird, wodurch sich ebenfalls zusätzliche Impfkristalle bilden. Man kann dazu einen Teil des Reaktionsslurrys
aus dem Autoklaven herausnehmen und in einer geeigneten Apparatur überhitzen oder aber im Autoklaven selbst mit einer
geeigneten Einbau-Vorrichtung die Überhitzung vornehmen.
Vorzugsweise wird die Erzeugung der zusätzlichen Impfkristalle jedoch durch Reduzierung der verwendeten Menge an Kristalltrachtbeeinflusser
oder durch Senkung des pH-Wertes auf 1,5 « vorzugsweise auf 2, durchgeführt. Vorteilhafterweise wird diese Senkung
des pH-Wertes mit 80 %iger HoSO^ durchgeführt.
,verden die Maßnahmen periodisch durchgeführt, so erfolgen sie
in Abständen von 5 - 200 Minuten, vorzugsweise jedoch in Abständen
von 60 - 120 Minuten. Mittels der in dieser Erfindung beschriebenen Maßnahmen können Gipsbauteile unter Ausnutzung der hohen
mechanischen Eigenschaftswerte von OC-Calciumsulfat-Halbhydrat
mit Raumgewichten bis herunter auf 0,5 g/cmr hergestellt werden, die immer noch normgerechte Festigkeiten aufweisen. Überraschenderweise
wurde festgestellt, daß oC-Calciumsulfat-Halbhydrate mit
einer mittleren Korngröße zwischen 7 und 15^u optimale mechani-
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sehe Festigkeiten bei Bauteilen mit niedrigen Raumgewichten
zwischen 0,5 und 1,4 g/cm* ergeben. Dabei können zur Verbesserung
gewisser Eigenschaften wie z.B. der Elastizität auch leichte Zuschlagstoffe wie Blähton, Perlite, Styropor usw. oder auch
faserförmige Stoffe wie Cellulose, Papier oder Glas zugesetzt
werden.
Aus der nachfolgenden Tabelle ist ersichtlich, welche mechänisehen
Festigkeiten die hergestellten Gipsbauteile besitzen und in welcher Relation diese bei gleichem Raumgewicht zu ß-Halbhydrat-Produkten
stehen.
Raumgewicht des Gipsbauteiles |
0,5 | 0,6 | 0,7 | 0 | ♦8 0, | 9 1, | 0 1,1 |
Biegezugfestigkeit | |||||||
kp/cm | |||||||
ß-Halbhydrat | 2 | 7 | 15 | 25 | 34 | 45 | 58 |
ot-Halbhydrat | 14 | 22 | 30 | 38 | 49 | 60 | 71 |
Druckfestigkeit | |||||||
kp/cm | |||||||
ß-Halbhydrat | 6 | 12 | 21 | 37 | 66 | 110 | 150 |
Oir-Halbhydrat | 14 | 25 | 50 | 77 | 120 | 162 | 205 |
Einstreumengen | |||||||
g Gips/100g Wasser |
50 | 60 | 75 | 90 | 108 | 125 | 135 r |
Das nachfolgende Beispiel zeigt eine der genannten Möglichkeiten für die erfindungsgemäße Herstellung von ot-Calciumsulfat-Halbhydrat
und von Gipsbauteilen daraus.
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In einen 10 ι fassenden Autoklaven aus V 4 A - Material werden
kontinuierlich 1,8 τα?/h. einer wässrigen Aufschlämmung von CaI-ciumsulfat-Dihydrat
mit einem Gehalt von 670 g Dihydrat pro Liter eingebracht. Die Umkristallisationstemperatur liegt bei 118°C
und der pH-Wert im Autoklaven beträgt 2,5· Gleichzeitig werden 0,04 kg Carboxymethylcellulose als 1 %ige Lösung pro 1,8 nr Dihydratschlamm
dem Autoklaven zudosiert.
Im Autoklaven befindet sich fortwährend eine Aufschlämmung von 2,5 to bereits gebildetem Od-Calciumsulfat-Halbhydrat, die durch
eine Tauchleitung über einen Entspanner einer Zentrifuge zugeführt werden können. Die Zentrifuge wird mit 2 nr pro Stunde der
Halbhydrat-Aufschlämmung aus dem Autoklaven gespeist, wobei diese
Aufschlämmung ca. 500 g Halbhydrat pro Liter enthält.
Aus der Zentrifuge werden daher 1.000 kg/h o^-Calciumsulfat-Halbhydrat,
bezogen auf Trockensubstanz ausgetragen. Die ο«-Halbhydratkristalle besitzen die gewünschte mittlere
Korngröße zwischen 7 und 15yU.
Zur Erzeugung dieses feinkristallinen Materials werden gemäß
der vorliegenden Erfindung in Abständen von 60 Minuten pro Tonne eingetragenen Dihydrates 1 kg 80 %ige HpSO^ mittels einer Dosierpumpe
in den Autoklaven eingebracht. Das zu diesem Zeitpunkt einfließende Dihydrat-Material wird dabei sofort in feines
od-Calciumsulfat-Halbhydrat-Impfmaterial umgewandelt, womit sich
die Impfkeimmenge des Autoklaven sprunghaft erhöht und die gewünschte
mittlere Korngröße der oC-Halbhydratkristalle ausgebildet
wird. Das zentrifugenfeuchte Material mit etwa 15 % anhaftender Feuchtigkeit wird nun Je nach dem gewünschten Einsatzzweck
mit der entsprechenden Wassermenge und gegebenenfalls den Zuschlagstoffen
zu einem homogenen Brei verrührt und zu Fertigteilen vergossen.
Zur Herstellung von Zwischenwandplatten gemäß DIN 18 163 werden 1.180 kg feuchtes alpha-Calciumsulfat-fJalbhydrat mit 730 kg HpO
zu einem homogenen Brei vermischt und in die Form vergossen. Nach dem Trocknen haben die Zwischenwandplatten ein Raumgewicht
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- 8 -BADORIGiNAL
von 0,92 g/cm und Bruchfestigkeiten von 4-00 kp.
Zur Herstellung von dünnwandigen Bauplatten mit einer hohen Biegezugfestigkeit werden 1.180 kg feuchtes o^-Calciumsulfat-Halbhydrat
mit einem Brei von 1.J65 kg Papierpülpe vermischt und zu den gewünschten dünnwandigen Fertigteilen vergossen.
Die Papierpülpe besteht aus 1.250 kg Wasser, 15 kg kaltwasserlöslicher
Stärke und 100 kg Altpapier, das in einem geeigneten Aggregat zerkleinert und mit dem Wasser vermischt wird. Die
Fertigteile haben nach dem Trocknen ein Raumgewicht von 0,65 g/cm ,
ρ eine Biegezugfestigkeit von 4-0 kp/cm und eine Druckfestigkeit von
48 kp/cm2.
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-■:■■■■*&
Claims (14)
1. Verfahren zur Herstellung von Gipsbauteilen mit hohen mechanischen
Festigkeiten durch hydrothermale Umkristallisation von Calciumsulfat-Dihydrat in feinkristallines 06-Calciumsulfat-Halbhydrat
im Autoklaven, durch Vermischen des q/L-Halbhydrates
mit Wasser und durch Eingiessen der Mischung in Formen, dadurch gekennzeichnet, daß bei der hydrothermalen Umkristallisation ein <*--Halbhydrat
der mittleren Kristallgröße von 7 - 15/u durch periodische
oder kontinuierliche Zugabe zusätzlicher Impfkristalle zum Reaktionsautoklaven und/oder durch periodische oder kontinuierliche
Erzeugung zusätzlicher Impfkristalle innerhalb oder außerhalb des Reaktionsautoklaven hergestellt wird, daß anschließend
die Hauptmenge tier Mutterlauge aus der hergestellten ei—Halbhydrataufschlämmurig abgetrennt und daß schließlich
das ot-Halbhydrat in noch feuchtem Zustand mit Wasser
vermischt, wobei unmittelbar ein sämiger, nicht sedimentierender Brei entsteht, und zu Gipsplatten vergossen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bereits hergestelltes oC-Calciumsulfat-Halbhydrat mechanisch zerkleinert
wird und portionsweise oder kontinuierlich als zusätzliches Impfkeimmaterial dem Reaktionsautoklaven zugeführt
wird.
3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
OC-Calciumsulfat-Halbhydrat-Impfkristalle in einem zweiten
Autoklaven hergestellt und portionsweise oder kontinuierlich dem eigentlichen Reaktionsautoklaven zugeführt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gemahlene
ß-Calciumsulfat-Halbhydrate als Impfkristalle portionsweise
oder kontinuierlich dem Reaktionsautoklaven zugeführt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen ot-Calciumsulfat-Halbhydrat-lmpfkristalle durch
Reduzierung der Menge an Kristalltrachtbeeinflusser im Reaktionsautoklaven
in periodischen Abständen erzeugt werden.
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BAD ORIGINAL
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
zusätzlichen Ci—Calciumsulfat-Halbhydrat-Impfkristalle durch
in Abständen durchgeführte periodische Erhöhung der Temperatur
über die Kristallisationstemperatur in einem Teil des Reaktionsslurrys innerhalb des Reaktionsautoklaven mit einer
geeigneten Heizvorrichtung erzeugt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen oi.-Calciumsulfat-Halbhydrat-Impfkristalle
kontinuierlich durch Temperaturerhöhung über die Umkristallisationstemperatur in einem aus dem Hauptreaktor abgezweigten
Teilstrom erzeugt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1,6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur um 3 - 60C über die Umkristallisationstemperatur
erhöht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen
Ct-Calciumsulfat-Halbhydrat-Impfkristalle durch
Senkung des pH-Wertes in periodischen Abständen erzeugt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen ot-Calciumsulfat-Halbhydrat-Impfkristalle
durch periodische Senkung des pH-Wertes in Abständen von 5 - 200, vorzugsweise jedoch von 60 - 120 Minuten, erzeugt
werden.
11. Verfahren nach Anspruch 1, 9 und 10, dadurch gekennzeichnet,
daß der pH-Wert auf 1,5» vorzugsweise auf 2, gesenkt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1,9,10 und 11, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Senkung des pH-7/ertes 80 %ige Schwefelsäure in den Autoklaven eindosiert wird.
15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß leichte
Füllstoffe oder Fasern, wie Blähton, Cellulose, Styropor cJer Papierpülpe dem zur Verarbeitung gelangenden Ct-Calciumsulfat-Halbhydrat-Wassergemisch
zugesetzt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 1 und 13, dedv h gekennzeichnet, daß
die hergestellten Gipsbauteile ein Rauragewicl. von 0,5 bis
1,4, vorzugsweise von 0,6 bis 1,3 g/cm , aufweisen.
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„1MA1
BAD ORIGINAL
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