DE19545187A1

DE19545187A1 - Mineralschaum-Granulat bestehend aus Kern und Außenschale aus jeweils unterschiedlichen Mineralschaumstrukturen und Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung des Mineralschaum-Granulats

Info

Publication number: DE19545187A1
Application number: DE1995145187
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Niedner; Matthias Dipl Ing Franke; Bernd Lehmann
Original assignee: TECHNUM INST DR NIEDNER fur T
Current assignee: TECHNUM INST DR NIEDNER fur T
Priority date: 1995-12-04
Filing date: 1995-12-04
Publication date: 1997-06-05

Description

Die Erfindung betrifft ein Mineralschaum-Granulat, das in einem Ofen bei Temperaturen zwischen 800°C und 1250°C gebläht wird und ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung des Mineralschaum-Granulats.

Es sind bereits Verfahren bekannt, bei denen aus Glasmehl unter Zusatz eines Blähmittels, welches bei höheren Temperaturen Gas abspaltet, Glasschaum-Granulat hergestellt wird. Solche Granulate werden als Leichtzuschlag u. a. bei Mörtel und Putzen eingesetzt.

Auch ist schon vorgeschlagen worden, neben oder statt Glasmehl auch andere Stoffe, wie Gesteinsmehl, Schluff und Ton, zu verwenden. Die so gewonnenen Produkte können unter dem Begriff Mineralschaum subsummiert werden. Außer Glasschaum-Granulat hat sich keines der Produkte im Markt bisher durchsetzen können.

Die Beherrschung des Produktionsprozesses ist bei anderen Stoffen als Glasmehl zum Teil unbekannt und z. T. schwierig. Hat das Produkt zudem nicht Eigenschaften, die diejenigen von reinem Glasschaum-Granulat übertreffen, lohnt sich der erhöhte Produktionsaufwand nicht.

Die Erfindung hat zum Gegenstand, die großtechnische Anwendung dieser bislang unbe kannten bzw. unbeherrschten Prozesse zu ermöglichen.

Glasschaum-Granulate haben in der Herstellung und in der Anwendung gravierende Nach teile, die nachstehend genannt werden. Es ist das Ziel der Erfindung, durch ein neues Mineralschaum-Granulat diese Nachteile zu beseitigen.

Die Kornfestigkeit von Glasschaum-Granulaten ist mit D = 3 kN bis D = 6 kN gering, weshalb sie z. B. als Substitut für Bims und Blähton in Mauersteinen bislang nicht verwendet werden konnten.

Die bei Mauersteinen eingesetzten Leichtzuschläge Bims und Blähton haben die für die Bau- und Baustoffindustrie erforderlichen Kornfestigkeiten; jedoch sind sie nicht leicht genug. Die Druckwerte von Bims und Blähton liegen im Bereich von D = 10 kN bis D = 20 kN. Die Gleichmäßigkeit der Kornfestigkeit von Leichtzuschlagstoffen der Korngruppen ab 4 mm wird nach dem Zylinderverfahren nach DIN 4226 bestimmt (Teil 3, Abschnitt 7.2). Dabei wird der Zuschlag nach Entfernen von Über- und Unterkorn lose in einen Stahlzylinder mit glatter Innenoberfläche und 113 mm Innendurchmesser 100 mm hoch eingefüllt. Mit Hilfe eines den Innenquerschnitt voll überdeckenden Stempels wird in der Presse der Zuschlag innerhalb von 100 Sekunden um 20 mm zusammengedrückt. Die Kraft, die für diese Stauchung erforderlich ist, wird als Druckwert D bezeichnet und in kN angegeben.

Druckwerte von 10 kN und darüber werden also von allen handelsüblichen Glasschaum- Granulaten nicht erreicht. Ihre Festigkeiten liegen deutlich unter D = 10 kN, meist sogar unter D=5kN.

Ferner sind die Herstellkosten für Glasschaum-Granulat für den Einsatz in Massenprodukten, wie Mauersteinen, wegen der beachtlichen Kosten von gemahlenem Glas zu hoch. Das trifft auch für gemahlenes Recycling-Glas zu.

Auch wäre für eine Massenproduktion von Schaumglas-Granulat nicht genügend Rohstoff zur Verfügung. Recycling-Glas ist knapp und steht z. B. in Deutschland durch Verträge zwischen Duales System Deutschland GmbH (DSD) und der Glasindustrie vorrangig der Behälterglasindustrie zur Verfügung.

Auch wegen ungelöster Probleme im Hinblick auf die ungenügende Alkalibeständigkeit von Kalk-Natron-Glas gegenüber Beton finden Glasschaum-Granulate bei der Massenproduktion von Mauersteinen keine Anwendung.

Auch wurde schon vorgeschlagen (NEUE EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT 0010069 B2), Mineralschaum-Granulat unter Verwendung auch anderer Rohstoffe als Kalk-Natronglas, z. B. aus einem Gemenge bestehend aus bis zu 85% Bims, Lava oder Tuff herzustellen. Dieser Vorschlag versucht jedoch durch eine hohe Flußmittelzugabe ,die verfahrenstechnischen Problematik zu lösen. Es wird vorgeschlagen die Glas- und Mineralmehle in eine dünnflüssige Paste einzugeben, die wie folgt zusammengesetzt ist:

100 Gewichtsteile Wasser
32 Gewichtsteile Wasserglas
4 Gewichtsteile Glycerin
15 Gewichtsteile Natriumbentonit.

Ein so hergestelltes Produkt hat eine nur unzureichende Druckfestigkeit und ungenügende Alkalibeständigkeit und ist für viele Anwendungen im Bauwesen unbrauchbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Herstellung eines Mineralschaum-Granulates nach einem Verfahren zu ermöglichen, das hohe Druckfestigkeit, hohe chemische Beständigkeit (Eluatverhalten) und insbesondere gute Alkalibeständigkeit einerseits mit günstigen Herstell kosten andererseits kombiniert. Das erfindungsgemäße Verfahren schließt aus Qualitäts gründen den übermäßigen Einsatz von Flußmitteln, insbesondere von Wasserglas und den Einsatz von Glycerin als Blähmittel aus.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann Mineralschaum-Granulat mit hoher Druck festigkeit und hoher Alkalibeständigkeit in Massen produziert werden.

Es kann aus überall reichlich verfügbaren Rohstoffen hergestellt werden. Damit sind bedrohliche Engpässe oder Teuerungen in der Rohstoffversorgung nicht zu befürchten.

Das Ziel, diese wichtigen Forderungen an ein Mineralschaum-Granulat zu erfüllen, wird erfindungsgemäß durch ein Granulat, bestehend aus einem Kern und einer Außenschale, erreicht.

Nach der Erfindung wird dieses Ziel durch eine Außenschale erreicht, die im Herstellungs prozeß im Zuge einer nur einstufigen Ofenblähung gemeinsam mit dem Kern geschäumt wird. Es wird also für die Schäumung der Schale kein zweiter Verfahrensschritt benötigt.

Die spätere Außenschale wird bei der Pelletierung der Pellets nach der Formung des Kerns, also schon im kalten Prozeßbereich, angelegt, in dem erfindungsgemäß ein Rohstoffgemenge einer anderen Zusammensetzung als das Rohstoffgemenge des Kerns in einer zweiten Pelletierstufe als Schale auf den Grünkern aufgetragen wird.

Als Rohstoffe für den Kern eignen sich alle Stoffe, die bei Blähtemperaturen zwischen 850°C und 1250°C mit oder ohne Zusatz von Flußmitteln eine amorphe Phase bilden. Als besonders geeignet haben sich Gemenge mit nachstehend beispielhaft genannten erfindungsgemäßen Rohstoffen und Rezepturen herausgestellt:

Rohstoffe: Preise und Verfügbarkeit:

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die verschiedenen, vielfältigen aber durchaus für den Einsatz in Mineralschaum-Granulat denkbaren Rohstoffe nach ihren Preisen und nach ihrer Verfügbarkeit nach Stoffklassen zu ordnen.

Für den deutschen Markt ergab sich:

Beispiel Kern:

Rezepturgrenzen für den Kern nach Inhaltsgruppen

Das erfindungsgemäße Produkt wird innerhalb der obigen Parameter hergestellt. Nachstehend werden beispielhaft Rezepturen für das Produkt genannt.

Beispiel 1 Rezeptur Kern

3% Stoffklasse 1: Blähmittel, hier Braunstein- und SiC-Staub
20% Stoffklasse 2: Kalk-Natron-Glasmehl, hier gemahlene Behälterglasscherben
77% Stoffklasse 3: Gesteinsmehl, hier Basaltfilterstaub und Bimsmehl

Daraus resultierende chemische Analyse des Kerns des Granulats:

Beispiel 2 Rezeptur Kern

3% Stoffklasse 1: Blähmittel, hier Braunstein- und SiC-Staub
18% Stoffklasse 2: Kalk-Natron-Glasmehl, hier gemahlene Behälterglasscherben
39% Stoffklasse 3: Kraftwerksaschen, hier Braunkohleflugasche
10% Stoffklasse 4: Schlacken, hier gemahlene Stahlwerksschlacke
30% Stoffklasse 5: Aschen aus thermischen Prozessen, Generatoraschen

Daraus resultierende chemische Analyse des Kerns des Granulats:

Beispiel 3 Rezeptur Kern

3% Stoffklasse 1: Blähmittel, hier Braunstein- und SiC-Staub
10% Stoffklasse 2: Kalk-Natron-Glasmehl, hier gemahlene Behälterglasscherben
20% Stoffklasse 4: Schlacken, hier gemahlene Stahlwerksschlacken
57% Stoffklasse 5: Aschen aus thermischen Prozessen, Generatoraschen

Daraus resultierende chemische Analyse für den Kern des Granulats:

Beispiel 4 Rezeptur Kern

3% Stoffklasse 1: Blähmittel, hier Braunstein- und SiC-Staub
17% Stoffklasse 2: Kalk-Natron-Glasmehl, hier gemahlene Behälterglasscherben
80% Stoffklasse 4: Schlacken, hier gemahlene Schmelzschlacke aus einem thermischen Prozeß

Daraus resultierende chemische Analyse für den Kern des Granulats:

Beispiel Schale

Die Rezepturgrenzen für die einzelnen Stoffgruppen sind erfindungsgemäß für die Schale die gleichen wie für den Kern mit Ausnahme des Schwermetallgehalts der Position "Rest", der erfindungsgemäß stets unter 0,1%, in besonderen Fällen unter 0,03% eingestellt wird. Aus diesem Grund wird die Schale erfindungsgemäß in der Regel nur aus den Stoffgruppen 1 bis 3 hergestellt. Die Stoffgruppen 4 und 5 kommen nur in Sonderfällen und nur bei schwermetall-armen Rohstoffen für die Rezeptur der Schale zum Einsatz.

Als Rohstoffe für die Schale eignen sich insbesondere alle Stoffe, die in geeigneter Rezeptur die Herstellung von Glaskeramiken ermöglichen, die sich also im späteren Mineralschaum dank ihrer krillallinen oder wenigstens zum Teil kristallinen Struktur durch besondere Härte und Festigkeit auszeichnen werden.

Die Schale soll nicht nur besonders hart und fest sein, sondern auch besonders feinporig. Nur eine feinporige Schale kann punktförmig eingetragenen Drücken gut standhalten.

Beispiel 5 Rezeptur Schale

3% Stoffgruppe 1: Blähmittel, hier Braunstein, SiC, Siliciumnitrid, Ferrosiliciumnitrid
17% Stoffgruppe 2: Spezialglas, hier Glasmehl von Entladungslampen
78% Stoffgruppe 3: Gesteinsmehl, hier Bimsmehl
2% Stoffgruppe 3: Ton als Bindemittel, Bentonit

Daraus resultierende chemische Analyse für die Schale:

Mineral-Schaumgranulate sind bei der Produktion von Mauersteinen fast ausschließlich für die Herstellung von hochwertigen, gut wärmeisolierenden Steinen der Qualität LB 2 bis LB 4 von Interesse. Gut wärme-isolierende Beton-Mauersteine werden als haufwerksporige Steine hergestellt. Bei ihnen ist die Betonmatrix nicht durchgehend bzw. kontinuierlich ausgebildet. Bei diesen Steinen wirken deshalb große Drücke punktförmig auf das Einzelkorn, was bei Mineralschaum-Granulaten zur Zerstörung führen kann.

Durch besonders feinporigen Schaum, insbesondere Schaum mit einer gleichmäßigen Poren größe unter 1 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,05 mm bis 0,2 mm, können diese Drücke im Mauerstein ohne Zerstörung desselben aufgenommen und in die Matrix eingeleitet werden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden für die Schale Rohstoffe mit einer Korngröße unter X₉₀ = 63 µ, vorzugsweise unter X₉₀ = 20 µ (z. B. Ton, insbesondere mindergradiger Bentonit) verwendet. Es hat sich herausgestellt, daß besonders Silikat- Schmelzen die aus (korn-)feinen Rohstoffen gebildet werden, auch besonders feine Poren bilden.

Rohstoffe in dieser Feinheit sind als natürliche oder auch als technische Stoffe in großer Menge und sehr preiswert verfügbar. Es ist in der Regel nicht erforderlich, sie durch Zerkleinerung zu gewinnen. Jedoch können sie auch nach einem weiteren Merkmal der Erfindung aus einem heterogenen Gemenge durch Sichtung gewonnen werden, wobei das Überkorn nach der Erfindung als Rohstoff für der Kern verwendet wird.

Durch diese Stoffwirtschaft können sowohl die Zerkleinerungsarbeit als auch der Anfall von Produktionsrückstand entweder vollständig vermieden oder zumindest weitgehend verhindert werden.

Die Rezeptur der Schale wird gemäß der Erfindung so gewählt, daß ihr Erweichungspunkt um 20 K bis 50 K höher liegt, als der Erweichungspunkt der Rezeptur des Kerns. Erfindungsgemaß kann auf diese Weise innerhalb eines Bereichs der Differenz der Erweichungspunkte beider Rezepturen zwischen 20 K und 40 K ein gleichzeitiger Beginn der Schäumung von Schale und Kern erreicht werden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung beginnt die Schäumung der Schale zeitlich erst nach dem Beginn der Schäumung des Kerns, obwohl der Wärmeübergang von außen nach innen zuerst die Erwärmung der Schale und dann erst die Erwärmung des Kerns zur Folge hat. In diesem Fall wird die Differenz der Erweichungspunkte in einem Bereich zwischen 30 K und 50 K eingestellt.

Erfolgt nach diesem Merkmal der Erfindung die Schäumung der Schale zeitlich erst nach der Schäumung des Kerns und wird der Schäumprozeß je nach Rezeptur bereits nach 10 bis 100 Sekunden ab Beginn der Schäumung der Schale wieder abgebrochen, dann entsteht überraschenderweise ein Mineralschaum-Granulat mit einer Schale mit Poren mit herausragender feinkörniger Struktur und mit einer Schale von hoher Festigkeit. Dieser überraschende Effekt wird darauf zurückgeführt, daß im erfindungsgemäßen Verfahren die in der Schmelze der Schale gebildeten Gasblasen noch nicht die Möglichkeit hatten, sich nach ihrer Entstehung und vor Erkaltung der Schmelze schon zu größeren Blasen zu vereinigen. Die Blasen und späteren Poren liegen also in der Verteilung so vor, wie sie bei der Gasabgabe des Blähmittels entstanden sind.

Es entsteht bei diesem Prozeß ein sogenannter "Integralschaum" mit geringer spezifischer Masse im Kern und mit zum Kernzentrum hin in der Größe zunehmenden Poren und einer sehr druckfesten Schale mit größerer spezifischer Masse und sehr kleinen Poren.

Es stellte sich bei Messungen heraus, daß der auf diese Art erfindungsgemäß hergestellte Mineralschaum eine außerordentlich gute Druckfestigkeit aufweist, die 110% bis 130% höher ist, als die Druckfestigkeit von Glasschaumgranulat, das derzeit am Markt verfügbar ist. Es wurden D-Werte im Bereich von 10 bis 20 kN und darüber gemessen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird Mineralschaum-Granulat mit mehr als einer Schale hergestellt. Das ist z. B. von Interesse, wenn mit einer besonders hochpreisigen Rezeptur der äußersten Schale besonders sparsam umgegangen werden soll, oder wenn eine farbige Schale noch mit einer glasklaren Schale überzogen werden soll.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird ein Integralschaum auf die Weise hergestellt, daß vom Zentrum des Kerns bis zur Haut der Schale eine kontinierliche Veränderung der Rezeptur erfolgt. Das kann z. B. dadurch erreicht werden, in dem in einem Aufbaugranulator nach dem Wirbelbettprinzip über 2 Düsen Gemengesupension nach einer Rezeptur Kern über eine Düse und nach einer Rezeptur Schale über die andere Düse eingetragen wird und bei der Granulatbildung anfangs auschließlich Rezeptur Kern und am Ende ausschließlich Rezeptur Schale und dazwischen eine Mischung Kern und Schale nach einem frei gewählten Programm eingedüst wird.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird nach dem Abbruch des Blähprozesses das Produkt zunächst nur bis in die Nähe von dem Punkt abgekühlt, an dem Formstabilität erreicht wird. Dieser Punkt liegt je nach Rezeptur 50°C bis 300°C unter der Blähtemperatur.

Im Bereich der Temperatur, bei der im Zuge der Abkühlung Formstabilität erreicht wurde, wird erfindungsgemäß bei der Temperaturrückführung des Produktes ein Haltepunkt eingelegt bzw. eine Phase einer sehr langsamen Abkühlung des Produktes eingeleitet. Das führt zu einer weitgehenden Keramisierung des Produktes, die eine erstaunliche weitere Erhöhung der Kornfestigkeit zur Folge hat. Die Erhöhung der Kornfestigkeit kann darauf zurückgeführt werden, daß sich keramische Kristalle bilden und als Verstärkung der Mineralmatrix wirken und auf diese Weise ein quasi faserverstärkter Schaum entsteht.

Mineralschaum, bestehend aus Kern und Schale, der auf diese erfindungsgemäße Weise hergestellt wurde, lag in seiner Kornfestigkeit nochmals höher, als der ebenso aufgebaute Mineralschaum ohne keramisierte Schale und erreichte um bis zu 170% höhere Druckfestig keitswerte als Glasschaum-Granulat, das derzeit am Markt verfügbar ist.

Der Unterschied zwischen keramisiertem und nicht keramisiertem Mineralschaum-Granulat gemäß vorliegender Erfindung kann aus Abb. 1 und Abb. 2 ersehen werden.

Abb. 1 zeigt die röntgengenometrische Analyse (Pulverdiffraktometer) für erfindungsgemäßes Mineralschaum-Granulat nach Rezeptur Beispiel 4: Kern, die für Mineralschaum-Granulat, das normal abgekühlt wurde, aufgestellt wurde.

Abb. 1 zeigt eine überwiegend amorphe Phase (Glas) mit nur einzelnen kristallinen Anteilen als Quarz (Q) und Gehlenit (G).
Ergebnis: Kornfestigkeit D = 12 kN.

Abb. 2 zeigt für das gleiche Produkt, das nach dem weiteren Merkmal der Erfindung bei der Abkühlung einen Haltepunkt hatte, die Analysewerte.

Abb. 2 zeigt ein breites Band kristalliner Phasen mit Quarz (Q), Calcit (C), Anhydrit (A), Diopsid (D) sowie etwas Glasphase und geringe Mengen Metallreste.
Ergebnis: Kornfestigkeit D = 16 kN.

Aus dem Vergleich von Abb. 1 und Abb. 2 und den gemessenen D-Werten geht die Wirkung dieses erfindungsgemäßen Vorschlags im Hinblick auf eine Steigerung der Kornfestigkeit eindrucksvoll hervor. Das gleiche gilt für die Steigerung der Festigkeit der Schale.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist ein Mineralschaum-Granulat, bei dem für den Kern schwermetallhaltige Rezepturen zur Anwendung kommen und bei dem für die Schale schwermetallfreie oder zumindest besonders schwermetallarme Rezepturen verwendet werden und bei dem die Rezeptur der Schale konstant gehalten wird und bei dem ferner die Rezeptur des Kerns hingegen Schwankungen haben darf.

Das ist deshalb wichtig, weil viele niedrigpreisige Rohstoffe deshalb billig sind, weil sie z. B. nicht mit über den Jahresablauf gleichbleibender, also konstanter Zusammensetzung, oder aus sonstigen Gründen nur mit schwankender Konsistenz lieferbar sind. Durch Anwendung der Erfindung ist es somit möglich, wirtschaftliche Vorteile wahrzunehmen, die sich aus dieser Preissituation bei Rohstoffen ergeben.

Produkte, die nach dem erfindungsgemäßen Gedanken hergestellt werden, sind wirtschaftlich gesehen von größter Bedeutung und im Wettbewerb anderen Produkten, insbesondere Glasschaum-Granulaten, überlegen.

Obwohl die gemessenen Eluatwerte, sogar von schwermetallhaltigem Mineralschaum- Granulat, hervorragend sind und alle durchgeführten Messungen eine Trinkwasserqualität des Eluats ergaben, gibt es doch eine Reserviertheit des Verbrauchers gegenüber allen Produkten, die potentiell Schadstoffe enthalten. Das trifft insbesondere für Baustoffe zu.

Die Ergebnisse von Eluattests, die mit dem erfindungsgemäßen Produkt durchgeführt wurden, bestätigten die Richtigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens:

Ergebnisse von Eluattests betreffend Schwermetalle:

jeweils beste Werte sind invers geschrieben und unterstrichen, alle Beispiel 5.
jeweils schlechteste Werte sind fett geschrieben.
(0,085) = Wert oberhalb Trinkwasserverordnung (Ziegel).

Als Ergebnis der Untersuchungen (Eluattests) läßt sich feststellen, daß Mineralschaum- Granulat mit stofflich verschiedenem Kern und Schale, das nach der Offenbarung dieser Patentanmeldung hergestellt wurde, fast keine eluierbaren Schwermetalle hat bzw. abgibt und daß es im Vergleich sowohl zu normal hergestelltem Mineralschaum-Granulat als auch im Vergleich zu dem gebräuchlichsten Baustein, dem Ziegel, sehr gute Eluatwerte hat.

Die vorsichtige, - wenn auch in vorliegenden Fall unberechtigte - Verbraucherhaltung steht einer Kreislaufwirtschaft, wie sie heute politisch gefordert wird entgegen. Es hat sich aber in Akzeptanztests herausgestellt, daß Mineralschaum-Granulat mit heller Schale eine sehr viel bessere Verbraucherakzeptanz erzielt, als graues oder schwarzes Produkt, das dann entsteht, wenn die Rohstoffe viel Eisen oder andere dunkelnden Oxide beinhalten.

Daß gemäß einem weiterem Merkmal der Erfindung durch die Rezeptur für die Schale (Rezeptur 5) eine völlig oder weitgehend schwermetallfreie und helle Produktoberfläche hergestellt werden kann, hat Verbrauchernutzen, hat Verarbeiternutzen und fördert zudem das Recycling und ist dadurch von wirtschaftlichen Nutzen.

Zur Erzielung dieser Verbraucher-Akzeptanz ist es Gegenstand der Erfindung, daß für die Rezeptur der Schale Einsatz-Stoffe verwendet werden, die keine Grau- bzw. Schwarzfärbung der Matrix der Schale zur Folge haben. Beispielsweise sollen erfindungsgemäß nur Einsatz stoffe verwendet werden, die keine oder nur sehr geringe Anteile an Fe²O³ und Oxiden von anderen Schwermetallen haben. Erfindungsgemäß wird die Summe der Schwermetalloxide auf 0,2 Gewichts-% in der Schale des Produkts begrenzt.

Wird die chemische und mineralogische Zusammensetzung der Schale stets konstant gehalten, so ist das auch von Vorteil für den Verarbeiter des Mineralschaumgranulates, da er mit konstanten Produkteigenschaften rechnen und arbeiten kann, obwohl rohstoffbedingte Eigen schaften zu Schwankungen in der Zusammensetzung des Kerns des Produktes führen können.

Zwar ist es die Aufgabe der Gemengeanlage einer Mineralschaum-Granulat-Fabrik, die Rohstoffschwankungen auszugleichen, jedoch kann durch die erfindungsgemäße Konstant haltung der Rezeptur der Schale der Betrieb der Gemengeanlage ebenso, wie die Rohstoffwirtschaft der Fabrik, vereinfacht und verbilligt werden, weil 75% bis 90% der Rohstoffe für der Kern benötigt werden und für diese Menge ein besonderer Aufwand in der Rohstoffwirtschaft und Analytik entfällt.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß für die Schale, die nur einen kleinen Teil der Masse des Mineralschaum-Granulats, vorzugsweise 10% bis 25%, darstellt, sowohl teure Rezepturbestandteile als auch Bestandteile, die nicht in größeren Mengen verfügbar sind, verwendet werden können, ohne daß das Produkt dadurch unwirtschaftlich wurde.

Hierbei stehen im Vordergrund:
die Verwendung von teuren und sehr teueren Blähmitteln wie MnO₂, SiC, und besonders Siliciumnitrid und Ferrosiliciumnitrid und
die Verwendung von Glas- und Keramikfarben zur Einfärbung des Mineralschaum-Granulats sowie
die Verwendung von knappen Rohstoffen wie Scherben von Entladungslampen.

Die Einfärbung von Mineralschaum-Granulat ist für dekorative Anwendungen von Interesse. Farb-Mineralschaum-Granulat erzielt Spitzenpreise. Durch Anwendung der Erfindung ist es erstmals möglich, zu nur 10% bis 20% der Kosten, die sonst für Glas- und Keramikfarben entstehen, dieses begehrte Produkt herzustellen.

Scherben von Entladungslampen stehen z. B. nicht im industriellen Maßstab und in ausrei chender Menge aus dem Recycling zur Verfügung und sind deshalb knapp.

Wenn jedoch ihr Einsatz im Gesamtrohstoffgemenge für Mineralschaum-Granulat der normalerweise 20% beträgt, mit Hilfe dieser Erfindung für die Schale auf anteilig 2% bis 5 % am Gemenge des Produktes gesenkt werden kann, dann ist eine Fertigung mit Einsatz dieser nur bedingt verfügbaren Rohstoffkomponente wesentlich leichter durchführbar.

Gemische von Blähmitteln haben in Versuchen bessere Ergebnisse erzielt als Blähmittel, die nur aus einer gasspendenden Komponente bestehen. Insbesondere haben Zusätze von Siliciumnitrid und Ferrosiliciumnitrid besonders feste und feinporige Schäume erzielt. Diese beiden Blähmittel sind jedoch für den kommerziellen Einsatz in Massenprodukten zu teuer, um eingesetzt zu werden.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden jedoch nur 10% bis 25% der Menge an teuren Blähmittel benötigt, wenn man sie nur für das Blähen der Schale ver- wenden muß. Das Ergebnis ist ein besonders interessantes Minralschaum-Granulat, da in der Produktion festge stellt wurde, daß durch die gewählte Temperaturerhöhung, bedingt durch die Höhe des Beginns der Schmelzzone der Rezeptur der Schale, diese Blähmittel an Wirkung gewinnen, was eine Einsparung von mehr als 50% des Blähmitteleinsatzes erlaubte.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist die Zusammenschaltung von 2 Pelletiereinrichtungen oder anders ausgebildete Formeinrichtungen, wobei in der ersten Stufe ein Kern aufgebaut wird und in einer 2. Stufe dieser Kern mit einer Schale durch Aufsprühen oder Aufpudern ausgerüstet wird.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist ein Ofen mit einer 1. Kühlzone nach der Blähzone und eine unmittelbar daran anschließende Temperaturhaltezone, wobei zwischen Blähzone und 1. Kühlzone ein verstellbarer Hitzeschild angeordnet ist, um die Abkühlung des Produkte durch Steuern des Temperaturverlaufs zu regeln.

Der Gegenstand der Erfindung wird durch Abb. 3 bis Abb. 7 zusätzlich erläutert:

Abb. 3 zeigt die 2-stufige Pelletierung (2). Einem ersten Pelletierteller (2a) oder -Trommel der/die die Kerne herstellt, folgt eine zweite Einheit (2b), in der die Schale auf dem Kern aufgetragen wird. Anstelle von Pelletiereinrichtungen können auch Brikettier- bzw. Tablettierpressen, Aufbaugranulatoren nach dem Wirbelschichtprinzip und andere Einrichtungen zur Erzeugung von Formkörpern erfindungsgemäß verwendet werden.

Abb. 4 zeigt schematisch die Gesamtanlage zur Herstellung von erfindungsgemäßem Mineral schaum-Granulat nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Die Rohstoffe werden aus der Gemengeanlage (1) zu der 2-stufigen Pelletieranlage (2) gefördert und von dort aus werden die Pellets, bestehend aus Kern und Schale, zu einem Vorwärmofen (3) transportiert.

Im Vorwärmofen werden die Pellets auf eine Temperatur zwischen 400°C und 700 °C erwärmt und dabei gehärtet. Vorzugsweise wird der Vorwärmofen bei Temperaturen zwischen 500°C und 600°C betrieben. Bei dieser Temperatur wird das Produkt noch nicht schmelzfließend und die Blähmittel geben noch kein Gas ab. Anschließend werden die gehärteten und vorgewärmten Pellets dem eigentlichen Blähofen (4) zugeführt. Bei Temperaturen von 850°C bis 1250°C, vorzugsweise bei 1000°C bis 1200°C, werden die Pellets gebläht. Die Zeit, in der die Schale sich in der Schmelzphase befindet, beträgt 20 bis 100 Sekunden, die Schmelzphase des Kerns ist gleichlang oder länger. Wird der Unterschied der Temperatur bei der jeweils die Schmelze beginnt von Schale und Kern z. B. auf 50°K eingestellt, dann befindet sich der Kern 2 bis 3-mal solange in der Schmelzphase, wie die Schale, was eine günstige Bedingung für die Erzeugung von "Integralschaum" nach der Erfindung ist. Anschließend verläßt das Produkt die Blähzone (6) und gelangt in die 1. Abkühlzone (7), in der kontrolliert eine Absenkung der Temperatur bis oder in die Nähe der Formstabilität des Mineralschaum-Granulats erfolgt. Damit die Temperaturabsenkung nicht von der Hitze der Blähzone (6) beeinflußt wird, sind diese beiden Zonen durch einen verstellbaren Hitzeschild (13) getrennt. Das Ende der 1. Abkühlzone (7) wird durch einen verstellbaren Luftverteiler (14) gebildet. Der Luftverteiler (14) hat wie der Hitzeschild (13) die Aufgabe, jeweils zwei Zonen thermisch zu trennen.

Im vorliegenden Fall trennt der Luftverteiler (14) die 1. Abkühlzone (7) und die Temperaturhaltezone (8). Die Sekundärluft der Ofenanlage (4) wird über ein konzentrisch um das Brennerrohr (15) angeordnetes Luftrohr (16) und von dort über den Schild des Luftverteilers (14) in den Ofen eingeleitet.

Das Produkt wird anschließend über den Produktaustrag (9) aus dem Ofen (4) ausgetragen und in einem Kühler (10) auf eine Temperatur in der Nähe der Umgebungstemperatur gebracht.

Abb. 5 zeigt Blähofen (4), mit Aufheizzone (5), Blähzone (6), 1. Abkühlzone (7) zur Erzeugung von Formstabilität, Temperaturhaltezone (8) und Produktaustrag (9) zum Produktkühler (10), der die 2. Abkühlzone darstellt. Brennerraum (11) mit dem Brenner (12), Hitzeschild (13 und 13a) und den Luftverteiler (14).

Der Blähofen (4) ist in Abb. 5 ein Drehrohr. Statt einem Drehrohr kann auch ein anderer Ofen, der die erfindungsgemäßen Aufgabenstellungen erfüllen kann, verwendet werden, wie z. B. ein fluidisiertes Bett.

Abb. 6 zeigt das Temperaturregime für einen Ofen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Claims

1. Mineralschaumkörper, insbesondere Mineralschaumgranulat gekennzeichnet dadurch, daß der Körper aus einem Kern aus Mineralschaum und aus einer äußeren Schale aus Mineralschaum besteht und daß beide Teile unterschiedliche Schaumstrukturen haben.

2. Mineralschaumkörper gemaß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß sich die Massen von Kern und Schale im Endprodukt, wie folgt verhalten:
Kern: 75 bis 90%-Masse
Schale 10 bis 25%-Masse.

3. Mineralschaumkörper gemäß Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, daß Kern und Schale unterschiedliche chemische Zusammensetzung und unterschiedliche Porengröße haben, und daß die Porengröße in der Schale kleiner ist als im Kern und weniger als 1 mm beträgt.

4. Mineralschaumkörper gemäß Anspruch 1 und 3 gekennzeichnet dadurch, daß eine porengröße der Schale im Bereich von 0,1 mm bis 1,0 mm besteht, die durch folgende Maßnahmen erzielt wird:
Korngröße von X₉₀- Gewichts-% der Rohsoffkomponenten der Schale unter 63 µ, Schäumung der Schale gleichzeitig mit dem Kern durch eine kontrollierte Verzögerung der Schäumung der Schale durch einen höheren Erweichungspunkt des Gemenges der Schale, der um 20 K bis 40 K höher liegt als der Erweichungspunkt des Gemenges des Kerns, wobei der Erweichungspunkt durch Auswahl geeigneter Rezepturkomponenten, insbesondere von Flußmitteln, nach dem bekannten Stand der Glastechnologie eingestellt wird.

5. Mineralschaumkörper gemäß Anspruch 1 und 3 gekennzeichnet dadurch, daß die Porengröße der Schale im Bereich von 0,1 mm bis 0,2 mm durch folgende Maßnahmen erzielt wird:
Korngröße von X₉₀- Gewichts-% der Rohstoffkomponenten der Schale unter 20 µ,

6. Mineralschaumkörper gemäß Anspruch 1 und 3 gekennzeichnet dadurch, daß aus den Rohstoffen für die Schale das Überkorn durch Windsichtung abgetrennt und daß das Überkorn ungemahlen als Rohstoff für den Kern verwendet wird.

7. Mineralschaumkörper gemäß Anspruch 1 und 3 gekennzeichnet durch 2 oder mehr Schalen und daß hochpreisige Rezepturen nur für die äußerste Schale verwendet werden.

8. Mineralschaumkörper gemäß Anspruch 1, 3 und 7 gekennzeichnet durch eine innere farbige Schale und einer äußeren glasklaren Schale.

9. Mineralschaumkörper gemäß Anspruch 1 und 3 gekennzeichnet dadurch, daß die Bildung von feinen Poren, insbesondere von Poren im Bereich von 0,1 mm bis 0,2 mm durch folgende zusätzlichen Maßnahmen unterstützt wird:
Erweichungspunkt des Gemenges der Schale ist 30 K bis 50 K höher als der Erweichungspunkt des Gemenges des Kerns.

10. Mineralschaumkörper gemäß Anspruch 1 und 3 gekennzeichnet dadurch, daß der Kern zeitlich vor der Schale zum Schäumen gebracht wird und daß Kern und Schale einen Integralschaum bilden, bei dem die Porengröße zum Kern hin zunimmt und die Rohdichte zum Kern hin abnimmt.

11. Mineralschaumkörper gemäß Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, daß alle Rezepturbestandteile für die Schale unter 63 µ sind.

12. Mineralschaumkörper nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, daß alle Rezepturbestandteile für die Schale unter 20 µ sind.

13. Mineralschaumkörper gemäß Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, daß die Rezeptur der Schale arm an Schwermetalloxiden ist und die Summe der Oxide der Elemente Arsen, Barium, Blei, Cadmium, Chrom, Kupfer, Mangan, Nickel, Quecksilber, Zink und Zinn der geschäumten Schale weniger als 0,3 Gewichts-% beträgt.

14. Mineralschaumkörper mit heller Schale gemäß Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, die Summe der Schwermetalloxide in der geschäumten Schale weniger als 0,2 Gewichts-% beträgt.

15. Farbiger Mineralschaumkörper Schale nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, daß nur die Schale mit Farbzusätzen ausgestattet wird.

16. Mineralschaumkörper nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, daß nur die Schale mit Glas-Mehl aus Entladungslampen als Rezepturkomponente ausgestattet wird.

17. Mineralschaumkörper gemäß Anspruch 1 und 3 gekennzeichnet dadurch, daß die Summe der Schwermetalloxide in der geschäumten Schale weniger als 0,003 Gewichts-% beträgt.

18. Mineralschaumkörper gemäß Anspruch 1 und 3 gekennzeichnet dadurch, daß der Kern Schwermetalloxide im Bereich von 0,3 bis 5 Gewichts-% enthält und beispielweise aus schwermetallhaltigen Glasscherben, wie z. B. Bildschirmglas, schwermetallhaltigen Schlacken und anderen schwermetallhaltigen Rezepturbe standteilen hergestellt wird.

19. Mineralschaumkörper gemäß Anspruch 1 und 3 gekennzeichnet dadurch, daß der Kern Schwermetalloxide im Bereich von 1,0 bis 2,5 Gewichts-% enthält.

20. Mineralschaumkörper gemäß Anspruch 1 und 3 gekennzeichnet dadurch, daß das Rohstoffgemenge der Schale eine Erweichungstemperatur hat, die 20 K bis 50 K über der Erweichungstemperatur des Kerns liegt.

21. Mineralschaumkörper gemäß Ansprüchen 1 und 3 gekennzeichnet durch den Einsatz von Schlacken, Aschen, Schluffen, Schlick, Filterstäuben, Gesteinsmehl und anderen Abfallstoffen als Rohstoff für den Kern.

22. Mineralschaumkörper nach Anspruch 1 und 3 gekennzeichnet dadurch, daß die Rezeptur des Kerns innerhalb nachstehender Grenzen gehalten wird und daß diese Rezeptur aus folgenden Einsatzstoffen besteht: Rezeptur 1, Grenzen Einsatzstoffe
Braunstein- und SiC-Staub, gemahlene Behälterglasscherben, Basaltfilterstaub und Bimsmehl.

23. Mineralschaum-Körper nach Anspruch 1 und 3 gekennzeichnet dadurch, daß die Rezeptur des Kerns innerhalb nachstehender Grenzen gehalten wird und daß diese Rezeptur aus folgenden Einsatzstoffen besteht: Rezeptur 2, Grenzen Einsatzstoffe:
Braunstein- und SiC-Staub. gemahlene Behälterglasscherben, Braunkohleflugasche, gemahlene Stahlwerksschlacke, Generatoraschen.

24. Mineralschaum-Körper nach Anspruch 1 und 3 gekennzeichnet dadurch, daß die Rezeptur des Kerns innerhalb nachstehender Grenzen gehalten wird und daß diese Rezeptur aus folgenden Einsatzstoffen besteht: Rezeptur 3, Grenzen Einsatzstoffe:
Braunstein- und SiC-Staub, gemahlene Behälterglasscherben, gemahlene Stahlwerks schlacken, Generatoraschen.

25. Mineralschaum-Körper nach Anspruch 1 und 3 gekennzeichnet dadurch daß die Rezeptur des Kerns innerhalb nachstehender Grenzen gehalten wird und daß diese Rezeptur aus folgenden Einsatzstoffen besteht: Rezeptur 4, Grenzen Einsatzstoffe:
Braunstein- und SiC-Staub, gemahlene Behälterglasscherben, gemahlene Schmelzschlacke aus einem thermischen Prozeß.

26. Mineralschaumkörper nach Anspruch 1 und 3 gekennzeichnet dadurch, daß die Rezeptur der Schale innerhalb nachstehender Grenzen gehalten wird und daß diese Rezeptur zumindest teilweise aus folgenden Einsatzstoffen besteht: Rezeptur, Grenzen Einsatzstoffe:
Braunstein, SiC, Siliciumnitrid, Ferrosiliciumnitrid, Glasmehl aus Behälterglas oder Flachglas Bimsmehl, Basaltmehl, Bentonit, Braunkohlenflugasche, Steinkohlenflugasche.

27. Mineralschaum-Körper gemäß Anspruch 1 und 3 gekennzeichnet durch daß die Rezeptur der Schale innerhalb nachstehender Grenzen gehalten wird und daß die Rezeptur zumindest teilweise aus folgenden Einsatzstoffen besteht: Rezeptur 5, Grenzen Einsatzstoffe:
Braunstein, SiC, Siliciumnitrid, Ferrosiliciumnitrid, Glasmehl von Entladungslampen, Bimsmehl, Bentonit.

28. Mineralschaumkörper gemäß Anspruch 1 und 3 gekennzeichnet dadurch, daß die Rezeptur der Schale zu 5% bis 95% aus Glasmehl von Entladungslampen besteht.

29. Mineralschaumkörper gemäß Ansprüchen 1 und 3 gekennzeichnet durch eine Temperaturführung bei der Schäumung, die den Schäumprozeß der Schale nach 20 bis 100 Sekunden nach Beginn abbricht.

30. Mineralschäumkörper gemäß Ansprüchen 1 und 3 gekennzeichnet durch eine Temperaturführung nach dem Blähen, bei der eine schnelle Abkühlung bis zum oder bis zur Nähe des Punktes der Formstabilität erfolgt und dann ein Haltepunkt bei der Abkühlung eingelegt oder alternativ daß ab dem Punkt der Formstabilität oder ab dessen Nähe anschließend eine Verlangsamung der Abkühlungsgeschwindigkeit erzwungen wird und daß die dann erreichte Temperaturzone erst dann zur weiteren Abkühlung des Produktes verlassen wird, wenn die Schale keramisiert oder weitgehend keramisiert ist.

31. Verfahren zur Herstellung von Mineralschaumkörpern nach Anspruch 1 und 3 gekennzeichnet durch eine der Pelletieranlage nachgeschalteten zweiten Pelletierstufe, in der eine Schale auf das erzeugte Pellet aufgetragen wird, wobei eine Nachpellettierung in einer zweiten Pelletiermaschine erfolgt.

32. Verfahren zur Herstellung von Mineralschaumkörpern nach Anspruch 1 und 2 gekennzeichnet durch eine der Pelliettieranlage nachgeschalteten Stufe, in der eine Schale auf das erzeugte Pellet aufgetragen wird, wobei eine Suspension auf das erzeugte Pellet aufgetragen wird.

33. Verfahren zur Herstellung von Mineralschaumkörpern nach Anspruch 1 und 3 gekennzeichnet durch die Erzeugung der Pellets durch Aufbaupelletierung nach dem Wirbelbett-Verfahren.

34. Verfahren zur Herstellung von Mineralschäumkörpern nach Anspruch 1, 3 und 33 gekennzeichnet durch 2 Düsen zur Eintragung von Suspensionen von denen eine Düse Suspension der Rezeptur Kern einträgt und die andere Düse Suspension der Rezeptur Schale einträgt und daß der zeitliche Masseneintrag durch beide Düsen durch ein Programm für den stofflichen Aufbau zur Erzeugung eines Integralschaumes gesteuert wird.

35. Verfahren zur Herstellung von Mineralschaumkörpern nach Anspruch 1, 3 und 33 gekennzeichnet durch mehr als 2 Düsen, die mit mehr als 2 Suspensionen beschickt werden und daß der zeitliche Masseneitrag durch ein Programm gesteuert wird.

36. Verfahren zur Herstellung von Mineralschaum nach Anspruch 1 und 3 in einem Ofen, verzugsweise in einem Drehrohr gekennzeichnet durch einen Hitzeschild, der vorzugsweise axial verstellbar ist, wobei der Hitzeschild die Blähzone im Ofen von der 1. Abkühlkühlzone thermisch trennt und vorzugsweise von der Rohrummantelung des Brenners des Ofens getragen wird.

37. Verfahren zur Herstellung von Mineralschaum nach Anspruch 1, 3 und 36 in einem Ofen, vorzugsweise in einem Drehrohr gekennzeichnet durch einen an Ausgang der 1. Abkühlzone angeordneteten Luftverteiler, wobei der Luftverteiler zusammen mit dem Hitzeschild die 1. Abkühlzone begrenzt und wobei in die 1. Abkühlzone im Bereich des Luftverteilers Kühlluft eingelassen wird, die sich unter Kühlung des Produktes in Richtung Blähzone bewegt und im Blähofen im Bereich der Blähzone als Sekundärluft zur Verbrennung beiträgt.

38. Verfahren zur Herstellung von Mineralschaum nach Anspruch 1, 3 und 37 in einem Ofen, vorzugsweise in einem Drehrohr gekennzeichnet durch einen vorzugsweise axial verstellbaren Luftverteiler.