DE2156303B2 - Verfahren zur herstellung von geblaehten schaumglaskoernern mit geschlossener porenstruktur nur geringer wasseraufnahme, guenstiger festigkeit und waermedaemmfaehigkeit, ausgehend von wasser enthaltendem vulkanischem gestein - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von geblähten Schaumglaskörnern beliebiger Form und Korngröße aus gelöstes Wasser enthaltendem vulkanischem Gestein, vorzugsweise Perlit, durch Zerkleinern, Vermischen mit einer Alkalilösung und Wärmebehandlung.

Die Möglichkeit des Blähens wasserhaltiger Gläser vulkanischen Ursprunges durch Wärmebehandlung und die diesbezüglichen Verfahrenstechniken sind seit mehreren Jahrzehnten bekannt. Dabei wird das vulkanische Gestein, beispielsweise Perlit, Pechstein beziehungsweise Vermiculit, im allgemeinen zu einer Korngröße unterhalb 3 mm zerkleinert und danach bei bis 1200⁰C gebläht beziehungsweise expandiert.

Durch Erreichen des pyroplastischen Zustandes des Gesteines und plötzliche Verdampfung seines in Lösung vorliegenden Wassergehaltes entsteht ein leichtes glasiges Endprodukt mit einem Schüttgewicht von etwa bis 200 g/l und einer Korngröße von etwa 0,5 bis mm. Das so erhaltene geblähte Erzeugnis hat jedoch neben zahlreichen günstigen technischen Parametern auch einige nachteilige Eigenschaften, die seine Anwendung auf bestimmten Gebieten und die ausgedehntere Ausnutzung der durch die wasserhaltigen vulkanischen Glasmatenalien gegebenen Möglichkeiten behindern.

Von den nachteiligen Eigenschaften sind vor allem die großen und offenen Poren beziehungsweise die hohe, zuweilen mehrere hundert Prozent betragende Wasseraufnahme des geblähten Erzeugnisses zu erwähnen. Dadurch wird das im übrigen im trockenen Zustand sehr gute Wärmedämmvermögen bei Berührung mit feuchten Medien beeinträchtigt, weshalb in diesem Fall die

iü Anwendung des geblähten Materials als Wärmedämmstoff kaum zweckmäßig ist. Darüber hinaus ist das Erzeugnis wegen seiner offenen Poren und der hohen Wasseraufnahme nicht frostbeständig und daher nur für Konstruktionen, die mit Wasser nicht in Berührung kommen beziehungsweise gegen das Eindringen von Wasser abgedichtet sind, anwendbar.

Eine ander nachteilige Eigenschaft des Erzeugnisses ist die geringe Eigenfestigkeit beziehungsweise die Neigung zum Zerkrümeln, weswegen die Anwendung an zahlreichen Stellen ebenfalls nicht in Betracht kommt. So beträgt die Festigkeit des geblähten Perlites nach Brouck nur 2 bis 5 kp/cm². Das feinkörnige Material kann mit Bindemitteln, wie Kalk, Zement, Gips beziehungsweise Kunstharzen, verarbeitet werden, mit welchen es im allgemeinen in Zwangsmischern homogenisiert wird. Wegen der geringen Eigenfestigkeit tritt jedoch beim Mischen auch ein kräftiger Zerkleinerungsvorgang auf, weshalb vielfach bis zu 1,5 bis 2,5 m³ Zuschlagstoff zur Herstellung von 1 m³ Endprodukt verwendet werden muß.

Die zum Blähen der vulkanischen Gesteine bisher bekannten Verfahrenstechniken machen wegen der großen Blähgeschwindigkeit eine Steuerung des Blähvorganges kaum möglich. Teils aus diesem Grunde und

J5 teils wegen der inhomogenen Kornstruktur und ungleichmäßigen Güte des zum Blähen gelangenden Mahlgutes zeigen die technischen Parameter des Endproduktes (Kornzusammensetzung beziehungsweise Kornverteilung, Schüttgewicht, Festigkeit, usw.) starke Schwankungen.

Ziel der Erfindung ist es, unter Beseitigung der nachteiligen Eigenschaften der aus vulkanischem Glas hergestellten geblähten körnigen Erzeugnisse ein neues Verfahren, das eine bessere Ausnutzung der durch das wasserhaltige vulkanische Glas gegebenen Möglichkeiten und die Herstellung von Produkten, welche im Vergleich zu den bekannten Erzeugnissen auf der Grundlage von vulkanischen Gesteinen eine völlig neue Erscheinungsform und vollkommen verschiedene technische Parameter aufweisen, ermöglicht, vorzusehen.

Die Erfindung beruht auf der Feststellung, daß, wenn das feingemahlene, mechanisch oder noch besser mechanisch-chemisch zu aktivierende vulkanische Gestein mit einer solchen Menge wäßriger Alkalilösung vermischt wird, daß der Alkalioxidgehalt des Mischgutes 12,0 bis 21,0 Gew.-%, bezogen auf den trockenen Zustand, beträgt, der zum Blähen erforderliche pyroplastische Zustand beziehungsweise die Blähung in einem wesentlich niedrigeren Temperaturbereich, nämlich bereits bei 700 bis 1000°C statt 1100 bis 1200°C eintritt. Gleichzeitig wird durch die Herabsetzung der Blähtemperatur auch das plötzliche Verdampfen des im Gestein enthaltenen Wassers verhindert, so daß sich der Blähvorgang durch das Vermischen mit der Alkalilö-

h^ri sung steuern läßt. Die vollständige Reaktion und die gute Verglasung der Alkalilösung während der relativ kurzzeitigen Wärmebehandlung wird durch das mechanisch beziehungsweise mechanisch-chemisch aktivierte

Gestein sichergestellt.

Zur Homogenisierung und Aktivierung des Perlitgesteines mit der Alkalilösung ist es sehr vorteilhaft, wenn das auf 1 bis 2 mm vorgebrochene Gestein in einem basischen Medium naß feingemahlen wird, weil in dieser Weise infolge der wegen der Alkalilösung eintretenden mechanisch-chemischen Aktivierung die Reaktionsfähigkeit der Körner erhöht wird sowie wegen der Dispergierwirkung der Alkalilösung das Mahlen mit besserem Wirkungsgrad erfolgt und auch der spezifisehe Energieverbrauch günstiger wird. Ein weilerer Vorteil besteht darin, daß die kleinen Körner der Suspension nach dem Trocknen von einer dünnen Alkalihydroxidhülle, wie NaOH-Hülle, umgeben werden, was das Schmelzen und Blähen bei niedrigerer Temperatur, die fast vollständige Reaktion der Alkalien sowie eine vollständige Verglasung herbeiführt.

Ferner beruht die Erfindung auf der Feststellung, daß das aufbereitete Gesteinpulver durch Formen zu größeren Körnern zu einem völlig neuartigen Erzeugnis verarbeitet werden kann. Aus dem aufbereiteten Gesteinpulver können nämlich wegen der Zementierungswirkung der Alkalilösung durch Naß-, Halbtrokken- oder Trockenpressen (mit einem Wassergehalt von 3 bis 4 Gew.-%) oder durch Naßgranulieren Kugeln, Zylinder, Polyeder und andere Körper hergestellt werden, die nach dem Trocknen weitgehend wasserbeständig sind und eine Festigkeit von 50 bis 80 kp/cm² aufweisen. Diese Körner werden bei entsprechender Wärmebehandlung in steuerbarer Weise auf das 5- bis lOfache ihrer ursprünglichen Größe gebläht. Das geblähte Erzeugnis ist kiesförmig. hat eine weitgehend geschlossene Porenstruktur, seine Wasseraufnahme ist gering, es hat eine sehr günstige Festigkeit und Wärmedämmfähigkeit, und sein Schüttgewicht ist zwischen 120 und 280 g/l und seine Korngröße zwischen etwa 3 und 40 mm gut einstellbar. Die bedeutende Festigkeit und das gute Wärmedämmungsvermögen ist der glasigen Materialstruktur, dem geschlossenen Charakter der Poren innerhalb des Kernes, der geringen und gleichmäßigen Porengröße sowie der auf der Kornoberfläche entstehenden einige Zehntelmillimeter dicken geschlossenen glasurartigen Schicht zuzuschreiben.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von geblähten Schaumglaskörnern beliebiger Form und Korngröße mit einem Schüttgewicht von 120 bis 280 g/l aus gelöstes Wasser enthaltendem vulkanischem Gestein, vorzugsweise Perlit, durch Zerkleinern, Vermischen mit einer Alkalilösung und Wärmebehandlung, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß das vorzerkleinerte vulkanische Gestein zu einer Korngröße von höchstens 200 μπι mit einem Anteil von mindestens 40 Gew.-% an Körnern unter 25 μπι vermählen wird, die Behandlung mit der Alkalilösung, mit welcher der Alkalioxidgehalt des Mischgutes auf 12,0 bis 21,0 Gew.-%, bezogen auf den trockenen Zustand, eingestellt wird, während des Mahlens und/oder danach durchgeführt wird, dann die in dieser Weise mechanisch, chemisch beziehungsweise mechanisch-chemisch aktivierte Masse in feuchtem Zustand beziehungsweise nach erfolgtem Trocknen halbtrocken oder trocken zu 2 bis 20 mm, vorzugsweise 6 bis 8 mm, großen Körpern geformt wird und die so erhaltenen Körner bei einer Temperatur von 700 bis 1000°C, b> vorzugsweise 840 bis 850°C, mindestens 5 Minuten, vorzugsweise 15 bis 20 Minuten, wärmebehandelt werden.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dem Grundmaterial ein Blähzusatz, vorzugsweise ein zwischen dem Schmelzpunkt der für die Alkalilösung verwendeten alkalischen Substanz und der Blähtemperatur in mindestens zwei Stufen thermisch dissoziierendes Salz, in einem Anteil von höchstens 0,1 bis 1,0 Gew.-%, vorzugsweise 0,4 bis 0,5 Gew.-%, zugemischt. Als Blähzusatz wird vorzugsweise ein Alkalinitrat, insbesondere Kaliumnitrat, verwendet.

Je nach dem angewandten Aufbereitungsverfahren (Granulierungsverfahren) kann sich das Endprodukt als Einkorn-Aggregat oder als solches mit stetiger Kornstruktur ergeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand der folgenden nicht als Beschränkung aufzufassenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Es wurde zu einer Korngröße von etwa 1 bis 2 mm vorzerkleinertes Perlitgestein in einem natronlaugehaltigen Medium in der Weise naß feingemahlen, daß der Anteil der Körner unter 25 μίτι mindestens 40 bis 50 Gew.-% betrug. Die mengenmäßige Zugabe der Natronlauge und des Wassers beziehungsweise der Natronlauge zum Perlitpulver erfolgte in der Weise, daß auf 100kg Perlit 1201 Wasser und 11kg NaOH entfielen. Die Suspension wurde in einem Schwebegastrockner (Zerstäubungstrockner) in einem Luftstrom mit einer Temperatur von höchstens 250 bis 300⁰C bis zu einem Feuchtegehalt von 8 bis 10 Gew.-% getrocknet. Das so gewonnene halbtrockene Pulver wurde mit einer profilierten Zylinderpresse zu Kugeln mit einem Durchmesser von 0,6 bis 0,8 cm verpreßt. Diese Kugeln wurden in einem Gegenstrom-Drehrohrofen ohne Vortrocknen bei 840 bis 85O⁰C in 20 bis 25 Minuten gebläht. Das so erhaltene körnige Produkt wies eine Korngröße von etwa 0,8 bis 0,9 cm auf, hatte eine geschlossene Porenstruktur, sein Schüttgewicht betrug 200 bis 230 g/l, seine Wasseraufnahme war nach einer Stunde 1 bis 2 Gew.-% und seine Festigkeit betrug 20 bis 25 kp/cm².

Beispiel 2

Es wurde in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise verfahren, jedoch mit dem Unterschied, daß zur Erhöhung des Blähungsgrades das Feinmahlen in Gegenwart von 0,4 Gew.-% KNO3 erfolgte. So wurde ein feinporiges Materia! mit einer Korngröße von 1,1 bis 1,3 cm, einer Wasseraufnahme von 3 bis 4 Gew.-%, einem Schüttgewicht von 130 bis 170 g/l und ^iner Festigkeit von 12 bis 15 kp/cm² erhalten.

Beispiel 3

Es wurden 100 kg feingemahlenes Perlitpulver in einem Eirich-Zwangsmischer mit 20 1 Natronlauge mit einer Konzentration von 650 g/l homogenisiert. Zusammen mit der Lauge wurde auch 0,5 kg KNO3 dem Mischgut zugemischt. Die homogene Masse wurde mit einer Wälzdruckmaschine mit glatter Oberfläche und einer Spaltweite von 7 bis 8 mm verpreßt. Das Preßgut wurde bei etwa 300°C getrocknet und danach zu einer Korngröße von 3 bis 15 mm zerkleinert. Das vorgebrochene trockene Material wurde in einem Drehrohrofen bei 840 bis 850⁰C gebläht. Die Korngröße des Produktes betrug 4 bis 35 mm; die technischen Parameter waren den im Beispiel 2 angegebenen ähnlich.

Beispiel 4

Es wurde vorzerkleinertes Perlitgestein mit 15 Gew.-% trockenem, aber plastischem Ton aus Mezötur (Ungarn) in einer trocken arbeitenden Kugelmühle feingemahlen. Das trockene Mahlgut wurde in einem Eirich-Zwangsmischer mit Natronlauge mit einer Konzentration von 650 g/I homogenisiert, wobei je 100 kg Perlit 201 Lauge der oben angegebenen Konzentration verwendet wurden. Die homogenisierte Masse wurde in einem Granulator zu Kugeln mit einem Durchmesser von 0,5 bis 1,0 cm granuliert oder mit einer Zylinderpresse mit einem spezifischen Druck von 15 bis 20 kg/cm² zu Kugeln derselben Größe verpreßt. Die Kugeln wurden in einem Gegenstrom-Drehrohrofen bei 850 bis 870⁰C etwa 25 Minuten gebläht. Das erhaltene Produkt wies eine Korngröße von etwa 1,3 bis 1,4 ein (Durchmesser), ein Schüttgewicht von 240 bis 270 g/l und eine Wasseraufnahme von höchstens 2 bis 4 Gew.-% auf.

Beispiel 5

Es wurde, wie im Beispie! 4 beschrieben, vorgegangen, jedoch mit dem Unterschied, daß beim Mischen dem Rohmaterial auch 0,5 Gew.-°/o KNO3 zur Regelung des Blähvorganges zugemischt wurde. Durch die Blähwirkung des in mehreren Stufen thermisch dissoziierenden Zusatzstoffes konnten das Schüttgewicht auf 200 bis 250 g/!, die Brenntemperatur auf 830 bis 840°C und die Blähzeit auf 20 Minuten verringert werden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von geblähten Schaumglaskörnern beliebiger Form und Korngröße mit einem Schüttgewicht von 120 bis 280 g/l aus gelöstes Wasser enthaltendem vulkanischem Gestein, vorzugsweise Perlit, durch Zerkleinern, Vermischen mit einer Alkalilösung und Wärmebehandlung, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Erzielung geschlossener Porenstruktur, nur geringer Wasseraufnahme, günstiger Festigkeit und Wärmedämmfähigkeit das vorzerkleinerte vulkanische Gestein zu einer Korngröße von höchstens 200 μΐη mit einem Anteil von mindestens 40 Gew.-% an Körnern unter 25 μίτι vermahlt, die Behandlung mit der Alkalilösung, mit welcher man den Alkalioxidgehalt des Mischgutes auf 12,0 bis 21,0 Gew.-%, bezogen auf den trockenen Zustand, einstellt, während des Mahlens und/oder danach durchführt, dann die in dieser Weise mechanisch, chemisch beziehungsweise mechanisch-chemisch aktivierte Masse in feuchtem Zustand beziehungsweise nach erfolgtem Trocknen halbtrocken oder trocken zu 2 bis 20 mm, vorzugsweise 6 bis 8 mm, großen Körnern formt und die so erhaltenen Körner bei einer Temperatur von 700 bis 1000⁰C, vorzugsweise 840 bis 850⁰C, mindestens 5 Minuten, vorzugsweise 15 bis 20 Minuten, wärmebehandelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Grundmaterial einen Blähzusatz, vorzugsweise ein zwischen dem Schmelzpunkt der für die Alkalilösung verwendeten alkalischen Substanz und der Blähtemperatur in mindestens zwei Stufen thermisch dissoziierendes Salz, in einem Anteil von höchstens 0,1 bis 1,0 Gew.-%, vorzugsweise 0,4 bis 0,5 Gew.-°/o, zumischt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Blähzusatz ein Alkalinitrat, vorzugsweise KNO3, verwendet.