DE19734791B4

DE19734791B4 - Verfahren zur Herstellung eines offenporigen Blähglasgranulats

Info

Publication number: DE19734791B4
Application number: DE1997134791
Authority: DE
Inventors: Grit Güsewell; Christian Prof.Dr. Kaps; Wolfgang Dr. Schöps
Original assignee: Hermsdorfer Institut fuer Technische Keramik eV HITK
Current assignee: Dennert Poraver GmbH
Priority date: 1997-08-11
Filing date: 1997-08-11
Publication date: 2005-06-09
Anticipated expiration: 2017-08-12
Also published as: DE19734791A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines offenporigen Blähglasgranulates mit einer Korngröße von 0,5 mm ... 8 mm und einer offenen Porosität von 20 % ... 85 % aus Glas, Altglas, glasbildenden Abfall- und/oder Mineralstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß
– ein Gemisch von mindestens zwei Pulvern aus den vorgenannten Stoffen mit verschiedener chemischer Zusammensetzung und Blähtemperatur, von denen eines eine niedrig schmelzende und das andere eine höher schmelzende Glaskomponente ist, einem Bindemittel und einem Blähmittel hergestellt,
– das Gemisch granuliert, und
– das Granulat oberhalb der Blähtemperatur des Glaspulvers mit der niederen Blähtemperatur einer Wärmebehandlung unterzogen wird.

Description

Die Erfinung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines offenporigen Blähglasgranulats. Mit der Eigenschaft „offenporig" wird ein hoher Volumenanteil an offener Porosität umschrieben, der besonders wichtig ist, wenn das Blähglasgranulat als Trägermaterial (d.h. im Anwendungsfall an der Reaktion möglichst unbeteiligter Träger beispielsweise für Katalysatoren oder in der Biotechnologie aktive Stoffe oder Mikroorganismen) Verwendung finden soll. Allerdings schließt diese Offenporigkeit weitere Anwendungen, wie beispielsweise zur Herstellung leichter und zugleich gut wärmeisolierender Baustoffe, in keiner Weise aus. Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht auch in der Verwertung von Altglas und anderen silikatischen Sekundärrohstoffen, ohne daß die Erfindung auf Verwendungsmöglichkeiten für diese Rohstoffe beschränkt ist.
Es sind vielfältige Verfahren zur Herstellung von Blähglasgranulaten bekannt Die Herstellungsverfahren speziell für die oben definierten offenporigen Granulate (wobei auch Verfahren einbezogen werden, die sich nicht ausdrücklich auf Granulate beziehen, diese aber auch nicht ausschließen) lassen sich in mehrere Gruppen einteilen.

Die erste, auch allgemein für Blähglasgranulate ohne die Anforderung der Offenporigkeit angewandte Gruppe von Verfahren betrifft solche mit dem Zusatz organischer Stoffe oder von Kohlenstoff zu einem Glaspulver, welches aus Recyclingglas gewonnen werden kann ( DE 44 13 907 A1 , DE 40 38 637 A1 ). Anstelle von Glaspulver ist auch die Verwendung von glasbildenden mineralischen Abfallstoffen möglich ( DE 43 39 176 A1 ). Beim Sintern dieses Gemisches verbrennen die Zusätze, wodurch eine Porenstruktur mit relativ großen Poren von etwa 100 μm an aufwärts entsteht (Glastechnische Berichte 62 (1989) Nr. 2, S. 65), die nicht für alle Anwendungsfälle geeignet ist. Weiterhin ist es nachteilig, daß etwaige zurückbleibende Reste von Kohlenstoff bei bestimmten Anwendungen des Blähglasgranulates, insbesondere bei dessen Einsatz in der chemischen Verfahrenstechnik, als Verunreinigungen bei den ablaufenden Reaktion in Erscheinung treten können.

Eine andere Gruppe von Verfahren betrifft solche, bei denen in einem Glas Diskontinuitäten erzeugt werden, die zur Erzeugung der dann naturgemäß offenen Poren selektiv entfernt werden. Dies kann durch Entmischungsreaktionen eines zunächst homogenen Glases und Auslaugung bestimmter dabei entstandener Phasen erfol gen (SCHOTT information 53/90, S. 4 – 7). Dadurch lassen sich mit hohem technischen Aufwand extrem feine Poren im Nanometer-Bereich mit sehr schmaler Porengrößenverteilung herstellen. Es wird eingeschätzt, daß dieser hohe Aufwand nicht für alle Anwendungsfälle erforderlich ist.

Gleichfalls extrem teuer, jedoch mit dem Ergebnis einer in relativ weiten Grenzen steuerbaren Porengröße der offenen Porosität, ist ein Verfahren, bei welchem Glaspulver mit einer leicht löslichen Substanz, die aber einen Schmelzpunkt über der Sintertemperatur des Glases aufweisen muß, gemischt und gesintert wird. Zum Schluß wird die Substanz, vorzugsweise handelt es sich um Alkali- oder Erdalkalisalze, mittels Wasser herausgelöst ( DE 33 05 854 C1 ).

Ein weiteres bekanntes Verfahren besteht darin, Kügelchen eines wachsartigen Stoffes als Porenbildner mit Glaspulver und siliziumorganischen Verbindungen (als Plastifikator und Bindemittel) zu vermischen ( DE 195 31 801 A1 ). Hier sind zusätzliche Arbeitsgänge und zusätzliche Fertigungskapazitäten erforderlich, indem ein Vorhärten bei Raumtemperatur bis 150 °C erfolgen muß, bevor das Wachs ausgeschmolzen werden kann. Erst danach erfolgt die Aushärtung beispielsweise bei 600 °C, also deutlich über der Vorhärtetemperatur.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein technologisch einfaches und geringen Fertigungsaufwand erforderndes Verfahren zur Herstellung von offenporigem Blähglasgranulat zu schaffen, welches auch, jedoch nicht ausschließlich unter Einsatz von Recyclinggläsern sowie ohne Blähmittelzusatz durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen beschriebene Erfindung gelöst.

Die erfindungswesentlichen Gläser mit unterschiedlicher Blähtemperatur sind, wie die Ausführungsbeispiele zeigen werden, als Recyclinggläser insbesondere bei sortenreiner Aufbereitung von Produktionsabfällen der Glasindustrie verfügbar.

Die Erfindung wird nachstehend an drei Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei sich die Prozentangaben als Masse% stets auf die dem Granulator zugeführte Gesamtmasse beziehen. Die Glaspulver haben jeweils eine Korngröße d₅₀ = 20 μm:
Beispiel 1: Herstellung eines offenporigen Blähglasgranulates mit geringer Porengröße
Zunächst werden 22,35 % Glaspulver aus Bildröhrenglas als Komponente mit niederer Blähtemperatur (Blähtemperatur: 750 °C) und 52,15 % Glaspulver aus Behälterglas als Komponente mit hoher Blähtemperatur (Blähtemperatur: 800 °C) 30 min lang gemischt. Unter Zusatz einer Binder-Schlempe aus 15 % Wasserglaslösung, 10 % Wasser und 0,5 % Polysaccharid als Blähmittel wird die Glaspulvermischung in einem Granulator zu einer Korngröße von 0,8 ... 4 mm granuliert. In einem Drehrohrofen erfolgt oberhalb der Blähtemperatur der Komponente mit niederer Blähtemperatur bei 760 °C über 25 Minuten das Aufschäumen. Das fertige Blähglasgranulat besitzt eine offene Porosität von 80 % bei einem mittleren Porendurchmesser von 150 nm.
Beispiel 2: Herstellung eines Blähglasgranulates mit großer offener Porosität und Porengrößen im μm-Bereich
22,48 % Glaspulver aus Behälterglas als Komponente mit niederer Blähtemperatur (Blähtemperatur: 800 °C) und 52,47 % Mineralfasern als Komponente mit hoher Blähtemperatur (Blähtemperatur: 1000 °C) werden 30 Minuten lang gemischt. Unter Zusatz einer Binder-Schlempe aus 15 % Wasserglaslösung, 10 % Wasser und 0,05 % Calciumcarbonat als Blähmittel wird die Glaspulvermischung in einem Granulator zu einer Korngröße von 0,8 ... 4 mm granuliert. In einem Drehrohrofen erfolgt oberhalb der Blähtemperatur der Komponente mit niederer Blähtemperatur bei 980 °C über 20 Minuten das Aufschäumen. Das fertige Blähglasgranulat besitzt eine offene Porosität von 77 % bei einem mittleren Porendurchmesser von 40 μm.
Beispiel 3: Herstellung eines offenporigen Blähglasgranulates ohne Blähmittelzusatz
37,5 % hoch alkalihaltige Glasfasern als Komponente mit niederer Blähtemperatur (Blähtemperatur: 700 °C) und 37,50 % Schleifabfall optischer Gläser als Komponente mit hoher Blähtemperatur (Blähtemperatur: 780 °C) werden 30 Minuten lang gemischt. Unter Zusatz einer Binder-Schlempe aus 15 % Wasserglaslösung und 10 % Wasser wird die Glaspulvermischung in einem Granulator zu einer Korngröße von 0,8 ... 4 mm granuliert. In einem Drehrohrofen erfolgt oberhalb der Blähtemperatur der Komponente mit niederer Blähtemperatur bei 760 °C über 20 Minuten das Aufschäumen. Das fertige Blähglasgranulat besitzt eine offene Porosität von 81 % bei einem mittleren Porendurchmesser von 22 μm.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines offenporigen Blähglasgranulates mit einer Korngröße von 0,5 mm ... 8 mm und einer offenen Porosität von 20 % ... 85 % aus Glas, Altglas, glasbildenden Abfall- und/oder Mineralstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß – ein Gemisch von mindestens zwei Pulvern aus den vorgenannten Stoffen mit verschiedener chemischer Zusammensetzung und Blähtemperatur, von denen eines eine niedrig schmelzende und das andere eine höher schmelzende Glaskomponente ist, einem Bindemittel und einem Blähmittel hergestellt, – das Gemisch granuliert, und – das Granulat oberhalb der Blähtemperatur des Glaspulvers mit der niederen Blähtemperatur einer Wärmebehandlung unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung im Temperaturbereich von 650 ... 900 °C erfolgt.
Verfahren nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Blähtemperaturen der Glaspulver um 50 K bis 200 K unterscheiden.
Verfahren nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einsatz organisch belasteter Abfallstoffe die Blähwirkung der darin enthaltenen temporären Zusätze, wie beispielsweise Schlichte oder Kühlschmiermittel ausgenutzt und kein weiteres Blähmittel zugesetzt wird.
Verfahren nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die niedrig schmelzende Glaskomponente aus einem Glas, Altglas und/oder einem glasbildenden Abfallstoff hergestellt wird und folgende chemische Zusammensetzung aufweist: SiO₂ 58 ... 66 Masse% Na₂O 8 ... 20 Masse% K₂O 1 ... 8 Masse% CaO 2 ... 10 Masse% Al₂O₃ 0,5 ... 3 Masse% MgO 0,5 ... 4 Masse% SrO bis 10 Masse% BaO bis 9 Masse% B₂O₃ bis 15 Masse% P₂O₅ bis 15 Masse% Fe₂O₃ bis 0,5 Masse% ZrO₂ bis 1,5 Masse%

und die höher schmelzende Glaskomponente aus einem Glas, Altglas, glasbildenden Abfallstoff und/oder einem glasbildenden Mineralstoff hergestellt wird und die folgende chemische Zusammensetzung aufweist: SiO₂ 45 ... 75 Masse% Na₂O 2 ... 8 Masse% K₂O 1 ... 8 Masse% CaO 2 ... 10 Masse% Al₂O₃ 1 ... 13 Masse% MgO 0,5 ... 17 Masse% B₂O₃ bis 15 Masse% Fe₂O₃ bis 0,5 Masse% ZrO₂ bis 1,5 Masse% ZnO bis 4 Masse% TiO₂ bis 1 Masse%.
Verfahren nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Glaspulver aus silikatischen, borosilikatischen und/oder phosphorsilikatischen Recyclinggläsern und/oder -fasern hergestellt werden.
Verfahren nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße weniger als 40 μm beträgt und die Porengröße über die Korngröße des als Porenbildner wirkenden Glaspulvers eingestellt wird.