DE19947247B4

DE19947247B4 - Poröse Formkörper aus natürlichem Gesteinsmehl und deren Verwendung

Info

Publication number: DE19947247B4
Application number: DE1999147247
Authority: DE
Inventors: Ullrich Dr. Knopf; Barbara Schwieger; Rainer Steckert
Original assignee: VERFAHRENSTECHNISCHES INST SAA; VERFAHRENSTECHNISCHES INSTITUT SAALFELD GmbH
Current assignee: VERFAHRENSTECHNISCHES INST SAA; VERFAHRENSTECHNISCHES INSTITUT SAALFELD GmbH
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 1999-09-30
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2019-10-01
Also published as: DE19947247A1

Abstract

Poröse Formkörper, hergestellt durch einen thermischen Blähprozess einer Ausgangsmischung, die aus
– 60 bis 99 Gew. % natürlichem Bimsmehl mit einer chemischen Zusammensetzung von
50 bis 65 Gew.-% SiO₂
15 bis 25 Gew.-% Al₂O₃
0,1 bis 5 Gew.-% CaO
0,1 bis 5 Gew.-% MgO und
5 bis 15 Gew.-% Alkalioxide, bezogen auf glühverlustfreies Material, und in einer Körnung im Bereich ≤ 300 μm,
oder einer Mischung aus mindestens 50 Gew.-% des Bimsmehles und einem anderen Gesteinsmehl,
– bis zu 35 Gew.-% Bindemittel
– und 0,5 bis 7 Gew.-% gasbildendem Blähmittel besteht.

Description

Die Erfindung betrifft poröse Formkörper aus natürlichem Gesteinsmehl, insbesondere Granulate, für deren Herstellung Abfallstoffe genutzt und die vorzugsweise als Zuschlagstoff in Baustoffen eingesetzt werden. Es werden nur solche Abfallstoffe verwendet, die Schadstoffe in unbedenklichen Konzentrationen enthalten.

Poröses Granulat oder Leichtzuschlagstoffe für Baustoffe werden traditionell aus natürlich vorkommenden Rohstoffen wie Ton oder Schiefer unter Anwendung eines thermischen Blähprozesses hergestellt. In steigendem Maße werden Anstrengungen unternommen, Leichtzuschlagstoffe vergleichbarer Qualität aus Abfallstoffen herzustellen, wobei einerseits die teure Entsorgung dieser Stoffe entfällt und andererseits natürliche Ressourcen geschont werden.

Bekannte Lösungen sind beispielsweise in den Patentschriften DE 43 42 996 C2 oder EP 066 1240 A2 oder in DE 43 44 994 A1 für die Herstellung von Leichtzuschlagstoffen aus Glasabfällen beschrieben.

Die Patentschrift DE PS 31 50 993 und ergänzend DE PS 33 00 052 schlagen den Zusatz von möglichst hohen Anteilen an feinkörnigen Fluß- und Seesedimenten zu üblichen blähfähigen und zur Herstellung von Leichtzuschlagstoffen geeigneten Tonen vor, wobei gleichzeitig eine Entfernung bzw. eine Inertisierung der in den Sedimenten enthaltenen Schadstoffe erfolgen soll.

Die Regenerierung von in Brauereien anfallendem Alt-Kieselgur und die Nutzung dieses hoch wärmedämmenden Leichtzuschlagstoffes zur Erzeugung von Baustoffen wird in der DE OS 44 44 521 dargestellt.

Nach der DE Patentschrift 1771589 ist ein Verfahren zum Herstellen von Leichtbaustoffen und -zuschlagstoffen aus Naturbims bekannt, bei dem der Naturbims in Form des Granulates, d.h. der porösen Ausgangskörner, mit einem Gemisch aus Wasserglas als Bindemittel und Melasse als Blähmittel benetzt und in reduzierender Atmosphäre erhitzt wird.

Das als Ausgangsmaterial verwendete poröse Granulat mit einer Körnung von 15 mm erhält durch das genannte Verfahren eine vorwiegend geschlossene Zellstruktur.

Durch die Offenlegungsschrift DE 2948935 ist ein durch Erhitzen auf hohe Temperaturen expandierter Bimsstein bekannt.

Dieser Bimsstein besitzt als Ausgangsmaterial eine Korngröße von vorzugsweise 5 mm und einen Fe₂O₃ Gehalt von mehr als 1 Gew.%. Dieser bereits gekörnte Bimsstein benötigt kein Bindemittel.

Durch das Erhitzungsverfahren wirken die reduzierenden Heißgase auf das Fe₂O₃, und der freiwerdende Sauerstoff dient als Blähmittel für die Bimssteinkörner.

Beide bekannte Verfahren verwenden als Ausgangsmaterial bereits Bimsstein-Granulat.

Die bekannten Verfahren zur Herstellung von porösem Granulat oder von Leichtzuschlagstoffen erfordern in der Regel aufwendige und kostenintensive Aufbereitungsschritte, um die Anforderungen zu erfüllen, die an die Ausgangsstoffe für diese Prozesse sowie an die fertigen Granulate als Endprodukte gestellt werden. Eine wichtige Forderung ist die geringe Korngröße der eingesetzten Materialien, ohne die die gewünschte Feinblasigkeit (Feinporigkeit) der porösen Formkörper nicht zu erreichen ist.

Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, poröse Formkörper aus natürlichem Gestein herzustellen, bei denen die Ausgangsmischung in Form von Gesteinsmehl vorliegt und durch einen thermischen Blähprozeß zu Formkörpern bestimmter Zusammensetzung und gezielter Eigenschaften formbar ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe nach Anspruch 1 dadurch gelöst, daß die Ausgangsmischung der durch einen thermischen Blähprozeß hergestellten porösen Gesteins-Formkörper aus Anteilen von

– 60 bis 99 Gew.% natürlichem Bimsmehl mit einer chemischen Zusammensetzung von 50 bis 65 Gew.% SiO₂ 15 bis 25 Gew.% Al₂O₃ 0,1 bis 5 Gew.% CaO 0,1 bis 5 Gew.% MgO 5 bis 15 Gew.%Alkalioxide, bezogen auf glühverlustfreies Material und mit einer Körnung im Bereich ≤ 300 μm oder
– einer Mischung aus mindestens 50% des Bimsmehles und einem anderen Gesteinsmehl sowie aus
– bis zu 35 Gew.% Bindemittel und
– 0,5 bis 7 Gew.% gasbildendem Blähmittel besteht.

Die erfindungsgemäßen porösen Formkörper nach Anspruch 2 sind hergestellt durch einen thermischen Blähprozeß einer Ausgangsmischung aus

– 93 bis 99 Gew.% natürlichem Bims mit einer chemischen Zusammensetzung von 50 bis 65 Gew.% SiO₂ 15 bis 25 Gew.% Al₂O₃ 0,1 bis 5 Gew.% CaO 0,1 bis 5 Gew.% MgO 5 bis 15 Gew.%Alkalioxyde, bezogen auf glühverlustfreies Material und mit einer Körnung im Bereich ≤ 300 μm oder
– aus einer Mischung aus mindestens 50 Gew.% des Bimsmehles und einem anderen Gesteinsmehl und aus
– 0,5 bis 7 Gew. % gasbildendem Blähmittel, das gleichzeitig Bindemitteleigenschaften aufweist.

Das andere Gesteinsmehl der Ausgangsmischung der porösen Formkörper kann aus Diabas bestehen.

Damit bestehen sowohl das Gesteinsmehl der Ausgangsmischung als auch die geblähten porösen Formkörper vollständig aus Bims oder aus einer Mischung von mindestens 50 Gew. % Bims und dem anderen Gestein und enthalten nur noch Anteile des der Ausgangsmischung zugesetzten Bläh- und/oder Bindemittels.

Die erfindungsgemäßen porösen Formkörper sind außerdem dadurch gekennzeichnet, daß das Gesteinsmehl der Ausgangsmischung mit einer Körnung ≤ 300 μm einen Anteil von > 50 Gew. % im Bereich ≤ 100 μm aufweist.

Die Blähmittel der Ausgangsmischung können aus im Temperaturbereich von 900 bis 1100°C gasbildenden organischen oder anorganischen Substanzen bestehen, die infolge von Zersetzungs-, Verdampfungs- oder Oxidationsprozessen im Blähbereich zwischen diesen Temperaturen von 900 ... 1100°C eine Gasentwicklung bewirken. Die Blähmittel liegen entweder feinverteilt in einer Körnung < 50 μm oder in gelöster Form vor.

Die porösen Formkörper besitzten vorzugsweise eine Schüttdichte im Bereich von 0,2 ... 0,6 g/cm³ sowie Porengrößen im Bereich von 20 μm ... 2 mm, die in Abhängigkeit vom Blähprozeß gezielt herstellbar sind.

Ein wesentlichen Vorteil der Erfindung ist, daß die porösen Formkörper mit ihren hochwertigen Eigenschaften aus Abfällen der Gesteinspoduktion, insbesondere aus Bimsmehl oder Diabasmehl als Ausgangsprodukten bestehen können und nach bekannten Blähprozessen verarbeitbar sind.

Verwendbare Gesteinsmehl-Rohstoffe fallen in den Entstaubungsanlagen der Steinbruchbetreiber bei der Herstellung der verschiedenen Schotterkörnungen an bzw. werden aus den im Überschuß anfallenden Brechsanden durch Sieben, Windsichten oder nasse Verfahren abgetrennt.

Abfälle aus der Gesteinsherstellung enthalten keine Schadstoffe, deren Eintrag in die Umwelt ansonsten durch entsprechend erforderliche Filteranlagen verhindert werden müßte. Prinzipiell erfolgt die Herstellung der porösen Formkörper damit nach den Technologien, mit denen bekannterweise Blähschliefer und Blähton bzw. Blähglas hergestellt werden.

Die Ausgangsmischung der erfindungsgemäßen porösen Formkörper wird vorteilhafterweise zu einem Produkt mit hochwertigen Eigenschaften verarbeitet, das ansonsten entweder durch den Verbrauch von Rohstoffen hergestellt werden müßte oder für dessen Herstellung aus Abfallstoffen energieaufwendige Zerkleinerungs- und Siebprozesse notwendig wären. Die erfindungsgemäßen Formkörper sind vorteilhafterweise recyclingfähig und damit umweltfreundlich verarbeit- und einsetzbar.

Die erfindungsgemäßen porösen Formkörper sind als Leichtzuschlag für Baustoffe, als Schütt- Dämmaterial, als Substrat für Dachbegrünungen, als Träger- oder Saugmaterial für Flüssigkeiten u.a. verwendbar.

Die Erfindung soll nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden:
Bei einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mischung werden bezogen auf die Trockensubstanz 60–95 Gew. % Bimsmehl mit einer Körnung < 200 μm, ein Abfall mit Bindemitteleigenschaften wie Kieswaschschlamm in einem Anteil von 5 ... 35 Gew. % und ein vorwiegend organischer Abfall wie Klärschlamm mit einem Anteil von 5 ... 7 Gew. % verwendet. Die drei Bestandteile der Mischung werden in einem Mischer, z.B. einem Pflugscharmischer so gemischt, daß eine homogene Mischung entsteht. Abhängig von der Feuchte der Ausgangstoffe wird der Mischung so viel Wasser zugegeben, daß eine granulierfähige Masse mit einer Feuchte von 9–16 % entsteht. Diese wird im Mischer vorgranuliert und auf einem Granulierteller auf die gewünschte Konsistenz gebracht. Das Granulat mit der gewünschten Körnung, z.B. 2–4 mm, wird abgesiebt. Das so hergestellte Ausgangsgranulat wird dem Blähprozeß unterzogen. Dazu wird das Granulat in einen Drehrohrofen gegeben, in dem eine Temperatur von maximal 1100°C nicht überschritten wird. Im Aufgabeteil des Drehrohrs wird das Material aufgeheizt, wobei ein Teil des organischen Materials zersetzt wird und verbrennt. Die Verweilzeit des Granulates im Blähbereich, der oberhalb von 1050°C beginnt, ist abhängig vom Granulatdurchmesser und dem Temperaturprofil im Drehrohr und muß mindestens 3 Minuten betragen. Der Gefahr des Verklebens der Körner kann durch Bepudern des Granulats mit einer Inertsubstanz oder Zugabe einer solchen Substanz in das Drehrohr vorgebeugt werden.
Das abgekühlte Granulat wird entsprechend dem vorgesehenen Verwendungszweck in verschiedene Körnungsbereiche unterteilt.
Bei einer zweiten Ausführungsform für beliebige Formkörper werden 99 Gew. % Bimsmehl mit 1 Gew. % feingemahlenem Koks der Körnung < 45 um gemischt und durch Zugabe von ca. 3–5 Gew. %. Wasser in eine Mischung überführt. Diese Mischung wird entweder mittels einer handelsüblichen Schneckenpresse zu Briketts geformt oder in speziellen feuerfesten Formen zu beliebigen Formkörpern gebläht. Diese Formkörper werden in einem Durchlaufofen abhängig von ihrer Größe und der gewünschten Porosität bei einer Temperatur von 1070–1200°C 5–20 Minuten thermisch behandelt. Das geblähte Material mit einer Dichte von ca. 0,4 g/cm³ wird entsprechend den Anforderungen zerkleinert und in verschiedenen Körnungen oder Formen bereitgestellt.
Bei einer dritten Ausführungsform sind 75 Gew.% Bimsmehl mit 25 Gew. % Diabasmehl gemischt. Dieser Mischung sind 5 Gew. % in Wasser gelöste organische Substanz mit Bindemitteleigenschaften wie z.B. Zucker zugesetzt, und die Mischung wird in einem Mischer granuliert. Das getrocknete Granulat mit einer Restfeuchte von 2–3 Gew. % wird einer Hochtemperatur-Wirbelschichtanlage mit einem solchen Durchsatz zugeführt, daß die Verweilzeit des Granulates in der Wirbelschicht mit einer Temperatur von 1070–1090°C 2–3 Minuten beträgt.
Die Weiterverarbeitung der erfindungsgemäßen Formkörper erfolgt entsprechend ihres weiteren Verwendungszweckes als Leichtzuschlagstoff für Baustoffe, als Schütt- Dämmaterial, als Substrat für Dachbegrünungen oder als Träger- oder Saugmaterial für Flüssigkeiten.

Claims

Poröse Formkörper, hergestellt durch einen thermischen Blähprozess einer Ausgangsmischung, die aus – 60 bis 99 Gew. % natürlichem Bimsmehl mit einer chemischen Zusammensetzung von 50 bis 65 Gew.-% SiO₂ 15 bis 25 Gew.-% Al₂O₃ 0,1 bis 5 Gew.-% CaO 0,1 bis 5 Gew.-% MgO und 5 bis 15 Gew.-% Alkalioxide, bezogen auf glühverlustfreies Material, und in einer Körnung im Bereich ≤ 300 μm, oder einer Mischung aus mindestens 50 Gew.-% des Bimsmehles und einem anderen Gesteinsmehl, – bis zu 35 Gew.-% Bindemittel – und 0,5 bis 7 Gew.-% gasbildendem Blähmittel besteht.
Poröse Formkörper, hergestellt durch einen thermischen Blähprozess einer Ausgangsmischung, die aus – 93 bis 99 Gew.-% natürlichem Bims mit einer chemischen Zusammensetzung von 50 bis 65 Gew.-% SiO₂ 15 bis 25 Gew.-% Al₂0₃ 0,1 bis 5 Gew.-% CaO 0,1 bis 5 Gew.-% MgO und 5 bis 15 Gew.-% Alkalioxide, bezogen auf glühverlustfreies Material, und mit einer Körnung im Bereich ≤ 300 μm, oder einer Mischung aus mindestens 50 Gew. % des Bimsmehles und einem anderen Gesteinsmehl – und 0,5 bis 7 Gew.-% gasbildendem Blähmittel, das gleichzeitig Bindemitteleigenschaften aufweist, besteht.
Poröse Formkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Gesteinsmehl aus Diabas besteht.
Poröse Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Körnung des Gesteinsmehles der Ausgangsmischung einen Anteil von > 50 Gew. % im Bereich ≤ 100 μm aufweist.
Poröse Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Blähmittel der Ausgangsmischung aus im Temperaturbereich von 900 bis 1100°C gasbildender organischer oder anorganischer Substanz besteht und in fein verteilter Form mit einer Körnung im Bereich bis < 50 μm oder in gelöster Form vorliegt.
Poröse Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Schüttdichte im Bereich 0,2 bis 0,6 g/cm³ und Porengrößen im Bereich 20μm bis 2 mm besitzen.
Verwendung poröser Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6 als Leichtzuschlagstoff für Baustoffe, als schüttfähiges Dämmmaterial, als Substrat für Dachbegrünungen oder Träger- oder Saugmaterial für Flüssigkeiten.