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Die
Erfindung richtet sich ein auf Verfahren zur Herstellung von porosierten
Ziegeln aus Ton, bei dem eine Tonmischung mit einem ausbrennbaren Porosierungsmittel
versetzt wird, daraus die Erzeugnisse gepreßt, getrocknet und anschließend gebrannt
werden, sowie auf nach diesem Verfahren hergestellte Ziegel mit
Poren in Abmessungen von 1 bis 9 mm.
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Ziegel,
z. B. Bauziegel, Isolierziegel, feuerfeste Ziegel und dergleichen
oder andere Tonerzeugnisse verwenden als Rohmasse zumindest mit
größerem Anteil
Ton, Tonschiefer, Kaolin und Schamotte sowie Mischungen solcher
Stoffe. Im Folgenden werden diese als Ton oder Tonmischungen bezeichnet. Der
Ton wird mit Wasser gemischt und daraus ein Strang gepresst. Aus
dem Strang werden Ziegelrohlinge geschnitten, die getrocknet und
anschließend bei
etwa 800 bis 1100°C
gebrannt werden.
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Häufig werden
dem Ton oder der Tonmischung für
den Ziegel verbrennbare organische Stoffe, beispielsweise Sägemehl,
Torf, Kohlenstaub, Papierfangstoffe und dergleichen beigemischt,
um das Gewicht des Ziegels zu verringern und dessen Scherbenrohdichte
sowie Ziegelrohdichte zu vermindern. Dabei kann die Porosität des Ziegels
erhöht und
die Scherbenleitfähigkeit λ erniedrigt
werden.
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Die
EP 0 695 612 A1 offenbart
ein Verfahren zur Aufbereitung von Ton, um daraus Hochlochziegel herzustellen,
die besonders feingliedrig, das heißt mit sehr dünnen Wandstärken, ausgeführt sind.
Der aus der Grube entnommene Ton wird zunächst durch Walzvorgänge in feuchtem
Zustand zerkleinert und durchmischt. Sodann wird der Ton bspw. in
einem Trommeltrockner auf ca. 4% Wassergehalt getrocknet, sodann
in einer Tonmühle
fein gemahlen und in einer Siebmaschine mit einer Maschenweite von
unter 0,8 mm gesiebt. Dieses Tonpulver wird dann in einem Intensivmischer
mit Papierfangstoff von ca. 55% Wassergehalt vermischt und schließlich wird
die entstehende, siebfähige
Masse aus diskreten kleinen Pellets in einer Siebmaschine gesiebt.
Vorzugsweise wird ein Doppelsieb verwendet mit Maschenweiten von
ca. 10 mm und ca. 4 mm. Hierbei enthalten die Pellets bereits die
fertige Tonmischung. Eine von der Tonmasse isolierte Herstellung
von getrockneten, verfestigten oder ausgehärteten, vollkugeligen Granalien
aus einem ausbrennbaren Porosierungsmittel ist dabei nicht vorgesehen.
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Die
DE 35 18 318 A1 offenbart
einen Tonziegel, bei dessen Herstellung der Tonrohmasse organische
Zuschlagstoffe zur Schaffung auf den gesamten Ziegel verteilter
kleiner Hohlräume
zugeschlagen werden, insbesondere organische, zellulosehaltige Materialien
wie Torf, Stroh, Heu, Blätter,
Baumnadeln, Kork usw., mit Ausnahme von Holz. Diese Stoffe können in
gehäckselter,
geschnittener oder geschroteter Form zugeschlagen werden, ggf. auch
in verkohlter Beschaffenheit. Sie können gehäckselt, geschnitten, geschrotet,
pulverisiert oder pelletiert sein. Im Normalfall haben diese Partikel
nicht die Form von vollkugeligen sowie getrockneten, verfestigten
oder ausgehärteten
Granalien aus einem ausbrennbaren Porosierungsmittel. Darüber hinaus
würden
selbst vollkugelige Pellets durch den Kontakt mit der nassen Tonmasse
rasch aufgeweicht und verlieren dann im Zeitpunkt des Pressens des
Ziegelrohlings ihre anfängliche
Form, so dass nach dem Ausbrennen nur unförmige Hohlräume zurückbleiben, welche die mechanische
Festigkeit des Ziegels substantiell reduzieren.
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Die
DE 630 498 A offenbart
ein Verfahren zur Herstellung keramischer Massen, wobei Ton und
magernde Stoffe von körniger
oder staubförmiger
Beschaffenheit einem Klärbecken
od. dgl. zugeführt werden,
und wobei die Zuführung
der Tonsuspension und der magernden Stoffe unter gleichmäßiger Verteilung
auf die Behälteroberfläche derart
erfolgt, dass sich diese Stoffe während des Absinkens zu einer
keramisch verarbeitbaren bildsamen Masse vermengen. Dabei werden
zwecks Herstellung von Massen für
feuerfeste Leichtsteine, insbesondere Schamotte-Steine, oder Kieselgurisoliersteine,
Ausbrennstoffe wie Kork, Sägemehl
u. dgl., gegebenenfalls zusammen mit Kieselgur, vor Einführen in
den Absetzbehälter
mit einer eingedickten Tonsuspension umhüllt. Auch hier führt der
langandauernde, innige Kontakt der Ausbrennstoffe mit dem Ton in
einem Klärbecken
od. dgl. dazu, dass die Ausbrennstoff-Partikel Feuchtigkeit aufnehmen
und dabei weich werden, d. h., ihre mechanische Festigkeit verlieren
und beim Pressen der Masse in die gewünschte Ziegelform kollabieren
und nach dem Ausbrennen nur unförmige Hohlräume hinterlassen,
welche die Stabilität
des Ziegels nachhaltig schwächen.
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Aus
der
DE 42 00 981 A1 ist
es bekannt, durch Feinstmahlung zerkleinertes Papier zur Erzeugung
von Mikroporen zu verwenden, wobei die Zerkleinerung des Papiers
so weit getrieben wird, dass das Papier nur noch aus Flocken besteht,
die aus verfilzten Papierfasern aufgebaut sind. Die Papierflocken
weisen eine Korngröße von weniger
als 0,2 mm auf, wodurch sich agglomerierte, miteinander verfilzte
Papierfaserflocken bilden. Die Flocken bilden nach der Mischung
mit Ton und Wasser im ungebrannten Produkt ein verfilztes Gerüst, ähnlich einem
Verbundwerkstoff, in dem die ummantelten Flocken und Fasern homogen
verteilt sind und sich gegenseitig abstützen. Die Ziegelrohlinge werden
nach dem Einmischen des Porosierungsmittels in die Tonmischung gebrannt,
wobei das Porosierungsmittel vollständig ausbrennen soll. Dabei
erfolgt eine Verbindung der porösen
Zellen untereinander, wobei die Festigkeit des Ziegels für viele
Anwendungszwecke nicht hinreichend groß ist.
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Ferner
ist aus der
DE 11 26
302 B ein Verfahren zur Herstellung von leichten keramischen
Erzeugnissen bekannt, bei welchem eine Tonmischung vor dem Trocknen
und Brennen mit einem Füllmittel in
Gestalt von Kunstharzteilchen als Ausbrennstoff gemischt wird. Die
Kunstharzteilchen werden als plastische Hohlkörper in Form von Blasen bzw.
hohlen Kugeln gebildet. Der plastische Stoff in hohler Teilchenform
wird in den Ton in irgendeiner geeigneten Stufe der Aufbereitung
der Tonmischung vor dem Formen eingebracht und beispielsweise mit
dem Ton vor oder nach dem Zusatz von Wasser gemischt. Wenn die hohlen
Kunststoffteilchen in der Tonmischung gleichmäßig verteilt sind, wird die
Mischung geformt. Der geformte Ziegel wird dann getrocknet und gebrannt.
Während
des Brennens wird der plastische Stoff verbrannt und das daraus
entstehende Gas entweicht durch die laminierte Struktur des Tones.
Die Festigkeit des Ziegels sinkt allerdings bei ansteigender Zugabe
von Kunstharzteilchen zur Tonmischung.
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Aus
diesen Nachteilen des Standes der Technik resultiert das die Erfindung
initiierende Problem, ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung
von porosierten Tonziegeln mit guten Wärmedämmungseigenschaften derart
weiterzuentwickeln, dass durch die Poren eine Schwächung der
Festigkeit der Ziegel so gering wie möglich ist.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe dadurch gelöst,
dass als Porosierungsmittel vollkugelige Granalien mit einer äußeren Abmessung
von 1 bis 10 mm, die aus Zellulose oder zellulosehaltigen Stoffen, Zellstoff
oder zellstoffhaltigen Stoffen, Pflanzenfasern oder gemahlenen Pflanzenfasern
granuliert und während
oder nach ihrem Herstellungsprozess getrocknet, teilweise getrocknet
oder unter Zusatz eines Bindemittels verfestigt oder ausgehärtet wurden, verwendet
werden, und diese über
eine Dosierschnecke oder eine Zellenradschleuse in einem Doppelwellenmischer
vor der Ziegelpresse mit der Tonmischung homogen vermischt werden,
so dass die Form der Granalien beibehalten wird.
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Um
einen porosierten Ziegel geringen Gewichts mit verbesserten Wärmedämmungseigenschaften
und ausreichender Festigkeit zu erhalten, wird ein Verfahren zur
Herstellung eines solchen porosierten Ziegels vorgeschlagen, bei
dem eine mit einem ausbrennbaren Porosierungsmittel versetzte, insbesondere
Tonmischung verwendet wird, aus der Ziegel gepresst, getrocknet
und anschließend gebrannt
werden, wobei als Porosierungsmittel voluminöse, im Wesentlichen vollkugelige
Granalien mit einer äußeren Abmessung
von 1 bis 10 mm verwendet werden. Idealerweise besitzen die Granalien
eine vollvolumige reine Kugelform mit einem Durchmesser von 1 bis
10 mm. In der Praxis können
die Granalien auch von der Kugelform mehr oder weniger abweichen.
Somit können
diese Formkörper
rund oder auch linsenförmig,
elliptisch oder dergleichen sein. Sie können durch Pressen, Extrudieren,
Kollern, Stanzen, Schroten, Schaben oder Mahlen hergestellt sein.
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Dieses
Porosierungsmittel wird gegebenenfalls mit Zuschlagstoffen getrennt
von der Ziegeltonmischung beigegeben und mit dieser vermischt. Die Granalien
werden bevorzugt unter Verwendung von Wasser pelletiert. Alternativ
dazu können
die Granalien während
oder nach ihrem Herstellungsprozess getrocknet, teilweise getrocknet,
verfestigt, ausgehärtet
oder gebrannt werden.
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Die
Granalien sind um so stabiler, je trockener sie sind. Feuchte oder
nasse Granalien würden sich
in der Ziegelpresse deformieren. Da in der Ziegelpresse ein Druck
von etwa 12 bar herrscht, würden
sich die Granalien durch Schervorgänge mit dem Ton bzw. der Tonmischung
wieder deformieren und so die Struktur ähnlich einer reinen Faser zurückbleiben
und die Kugelform verschwinden. Aus diesem Grunde ist bevorzugt
das Porosierungsmittel nach dem Granuliervorgang zu trocknen, beispielsweise
in einem Wirbelschichtreaktor, wobei die Abwärme des Tunnelofens zur Trocknung
des Ziegels genutzt werden kann. Die durch den Trocknungsprozess
immer leichter werdenden Granalien werden im Wirbelschichtreaktor
nach oben transportiert und können dann
in ein Silo eingeblasen werden. Besonders stabil sind die Granalien,
wenn beispielsweise Wasserglas oder Methylcellulose oder ein anderes
Härtungsmittel
zugegeben wird. Das getrocknete Porosierungsmittel riecht dann nicht
mehr und ist silierfähig.
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Die
Granalien werden über
eine Dosierschnecke oder eine Zellenradschleuse in einem Doppelwellenmischer
vor der Ziegelpresse der Tonmischung hinzudosiert und mittels eines
Siebrundbeschickers oder eines Doppelwellenmischers mit der Tonmischung
homogen vermischt. Dabei bleibt die voluminöse Form der Granalien erhalten.
Durch den Kontakt der Granalien mit dem pressfeuchten Ton bzw. der
Tonmischung können
die Granalien zwar durch Wasseraufnahme wieder feucht und weich werden,
jedoch ist zu diesem Zeitpunkt der eigentliche Ziegelpressvorgang
bereits abgeschlossen, so dass die Granalien weiterhin in voluminöser Form
im pressfeuchten Ziegel vorhanden sind.
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Es
kann allerdings passieren, dass die feuchten, getrockneten oder
grebrannten Granalien während
des Ziegelherstellungsprozesses deformiert werden. Insbesondere
schrumpfen die Ziegelrohlinge beim anschließenden Trocknungsprozess durch den
Wasserverlust, wobei die feuchten und weichen Granalien durch den
Schwindungsprozess leicht zusammengedrückt werden können.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu
entnehmen sowie der folgenden Beschreibung bevorzugter Merkmale,
Eigenschaften, Vorteile und Wirkungen der Erfindung.
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Bevorzugt
weisen die Granalien eine äußere Abmessung
von 1 bis 5 mm auf. Die Granalien sind zweckmäßigerweise entweder aus einem
organischen und/oder einem anorganischen Fasermaterial gebildet.
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Nach
einer vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung besteht das Fasermaterial aus Papier bzw. Papierfangstoffen,
insbesondere Papierfangstoff aus Deinking-Prozessen. Darüber hinaus
kann das Fasermaterial aus Zellulose bzw. zellulosehaltigen Stoffen,
Zellstoff bzw. zellstoffhaltigen Stoffen, Kunststoffen, Polymerstoffen,
Celluloseacetat, Stoffresten, Naturfasern, Pflanzenfasern, Pflanzenstaub und/oder
dergleichen bestehen. Weiterhin können die Granalien aus Kieselgur
bzw. Diatomeenerde und/oder dergleichen gebildet werden.
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Grundsätzlich ist
es zwar möglich,
das Porosierungsmittel aus Neumaterial zu bilden, jedoch ist es
wirtschaftlich besonders vorteilhaft, recycelte Materialien oder
industrielle Abprodukte als Porosierungsmittel für die Ziegel oder andere Tonerzeugnisse
zu verwenden.
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Insbesondere
die Verwendung von Papierfangstoffen aus Papierfabriken, die dort
in großen Mengen
anfallen, ist wirtschaftlich besonders effektiv, denn diese Stoffe
werden nicht in schädigender
Weise der Umwelt ausgesetzt, sondern einer sinnvollen Weiterverwendung
zugeführt.
Eine Granulier- bzw. Pelletiermaschine verarbeitet diesen Papierfangstoff zu
kleinen Granalien beispielsweise in Form von Kügelchen, die einen Durchmesser
von 1 bis 10 mm, vorzugsweise von 1 bis 5 mm aufweisen. Dabei kann im
Vorfeld des eigentlichen Granuliervorganges den vorstehend genannten
Fasermaterialien Kieselgur bzw. Diatomeenerde usw. zugesetzt werden.
In gleicher Weise kann die Granulierung der vorgenannten Stoffe
auch ohne eine Faserzugabe erfolgen.
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Dem
ausgewählten
Porosierungsmittel können
bei Bedarf Zuschlagstoffe, insbesondere Abmagerungsmittel, Bindemittel
und/oder Härtermittel
hinzugefügt
werden. Als besonders geeignet erweisen sich als Bindemittel bzw.
Härtermittel
Methylcellulose oder flüssiges
oder festes Wasserglas. Methylcellulose sowie Wasserglas verleihen
dem Granal eine stabile äußere Form,
insbesondere nach dem Trocknen. Weiterhin können als Zuschlagstoffe expandiertes Polystyrol
bzw. Polystyrolstaub verwendet werden. Darüber hinaus kommen als Zuschlagstoffe
bei der Granal-Herstellung Koks, Kohle, Aktiv-Kohle, Brikettabrieb,
Brikettstaub, Petrolkoks und/oder dergleichen Sekundärbrennstoffe
in feinkörniger
Form in Betracht. Ebenfalls als Zuschlagstoffe sind Kalk, Sägemehl,
Holzmehl, Getreidemehl, Getreideextrudate, Pflanzenfasern, zerkleinerte
oder gemahlene Pflanzenfasern, Pflanzenstaub und/oder dergleichen
geeignet.
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Beim
Ziegelbrand, der bei Temperaturen zwischen 800 bis 1100°C durchgeführt wird,
wirken die Granalien als Porosierungsmittel und gleichzeitig als Sekundärbrennstoff.
Während
des Brennens der Ziegel verbrennen die organischen Bestandteile
der Granalien in einem Temperaturbereich von 200 bis 400°C vollständig. Oberhalb
von 400°C
Materialtemperatur ist dann kein Kohlenstoff mehr im Ziegel vorhanden,
und es bleiben die Hohlporen zurück,
die vorher mit Porosierungsmittel und/oder Zuschlagstoffen ausgefüllt waren.
Anorganische Bestandteile der Granalien hingegen reagieren vollständig oder
teilweise oder gar nicht mit dem keramischen Scherben.
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Beim
Ausbrennen der Granalien entstehen die gewünschten Poren mit einer Abmessung
von 1 bis 9 mm, vorzugsweise von 1 bis 5 mm, die auch von der idealen
Kugelform abweichen können.
Die Form der Poren ist abhängig
von der Form der Granalien, insbesondere nach dem Ziegelpressvorgang.
Diese Granalien können
unterschiedliche Größe, Form
und Konsistenz aufweisen, entscheidend ist jedoch ein gewisser voluminöser Charakter
der Granalien. Beim Ausbrennen entstehen somit voluminöse Poren,
die die Scherbenrohdichte sowie die Scherbenleitfähigkeit
des Ziegels vermindern und das Wärmedämmungsvermögen des
Ziegels erhöhen.
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Bezüglich der
Rauchgasemission sind keine negativen Umwelteinflüsse zu erwarten,
weil die aus dem Brennofen kommenden Gase thermisch nachverbrannt
werden. Diese Abgase werden nicht einfach in die Umwelt emittiert,
sondern in einer thermischen Nachverbrennung schadlos beseitigt.