DE2263918A1

DE2263918A1 - Verfahren zur herstellung von formkeramik und formlingen daraus

Info

Publication number: DE2263918A1
Application number: DE2263918A
Authority: DE
Inventors: Bengt Engstroem; Goesta Persson
Original assignee: Cementa AB
Current assignee: Cementa AB
Priority date: 1971-12-30
Filing date: 1972-12-29
Publication date: 1973-07-12
Also published as: NO133545B; SE372000B; GB1420764A; CA1001829A; FR2167157A5; DK137637C; NO133545C; DK137637B

Description

27. Dezember 1972 V/./Li.

AB Cementa,
Malmö (Schv/eden)

Verfahren zur Herstellung von Formkeramik und Formungen daraus

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schaumkeramik und Formungen daraus aus einem wässrigen Gemisch, das Bestandteile enthält, die bei der Erhitzung auf eine Temperatur zwischen 700 und 1,100° C eine gesinterte, viskose, poröse Masse bilden. Solche Verfahren sind bekannt. Es ist beispielsweise

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schon seit langem bekannt, poröse Produkte dadurch herzustellen, daß ein wässriges Gemisch erhitzt wird, das Wasserglas und Mineralgranulate verschiedener Arten enthcält. Gemäß der schwedischen Patentschrift Nr. 216 078 besteht das Ausgangsmaterial für die Herstellung von Schaumkeramik aus einem wässrigen Gemisch, das man dadurch erhält, daß Fasermaterial in Alkalisilikat im Anteil von 0,02 bis 0,7:1 aufgeschlemmt wird, das heißt in eine schwere wässrige Suspension gebracht wird, und dabei ist es erforderlich, ein langandauerndes und kompliziertes Trocknen und MaHen des Gemisches vorzusehen, ehe es einer Wärmebehandlung zur Umwandlung in Schaumkeramik unterzogen werden kann. Gemäß der veröffentlichten schwedischen Patentanmeldung Nr. 11990/60 und einer Zusatzanmeldung dazu besteht das Ausgangsmaterial aus einer Wasserglaslösung, die ein Metalloxid oder mehrere Metalloxide enthält, die beständiges Glas bilden können, wobei dieses Gemisch bis zur Sinterung in einer Stufe ohne zwischengeschaltete Peinverteilung erhitzt wird. Selbst bei diesem Verfahren wird mit solchen großen Wassermengen gearbeitet, dnß Störungen auftreten, wenn Wasser bei Erhitzen auf die Sintertemperatur anfällt. Es ist deshalb beim Brennen von Körpern mit den Abmessungen von 30 χ 30 χ 70 cm trotz einer sorgfältigen Erhöhung in der Temperatur festgestellt worden, daß zum Teil große Temperaturunterschiede im Körper erscheinen und daß zum Teil Dampf aus demlnneren des Körpers anfällt und Ausgangspunkte für

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Risse beim Kühlen bildet.

Es ist nun festgestellt worden, daß die vorstehenden Nachteile beseitigt oder jedenfalls wesentlich verringert werden können, wenn erfindungsgemäß dem wässrigen Ausgangsgemisch ein hydraulisches oder latenthydraulisches Bindemittel zugesetzt wird,und das anfallende Gemisch nach der Erstarrung in kleinere Partikel aufgebrochen wird, die möglicherweise gesiebt werden, woraufhin die Partikel einer Erhitzung ausgesetzt werden. Ein "hydraulisches Bindemittel" bedeutet ein Bindemittel, das einer Härtung mit Wasser ohne Zuhilfenahme von Luft unterzogen werden kann. Ein "latentes hydraulisches Bindemittel" bedeutet ein Bindemittel, das in sich einem sehr langsamen Härten mit Wasser unterzogen werden kann, das jedoch als hydraulisches Bindemittel in Gegenwart eines Beschleunigers reagiert. Auf diese Weise ist es möglich, mit einem wässrigen Gemisch anzufangen und dann beim Wasserverlustprozeß den störenden Effekt dieser Komponente in der Porenbildung zu vermeiden. Durch die Desintegration gemäß der Erfindung fällt ein Material an, aus dem Wasser wesentlich schneller und ganz ohne Störungen ausgeschieden werden kann. Erfindungsgemäß kann das Ausgangsmaterial, das ein hydraulisches Bindemittel in der Form eines gut gemischten Produktes, zum Beispiel eines Schlammes, enthält, in einen spröden Körper umgewandelt werden, der leicht aufgebrochen werden kann und der dann

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auf die Sintertemperatur erhitzt werden kann, teilweise bei Durchgang durch einen Temperaturbereich, innerhalb dessen V/asser ausgeschieden wird und eine primäre Porenbildung vonstatten geht, und teilweise beim Durchgang durch einen Temperaturbereich, innerhalb dessen eine sekundäre Porenbildung vonstatten geht, bei der die erstgenannten Poren ganz oder teilweise zerstört werden und feinere neue Poren entstehen, die das Gefüge der fertigen Sohaumkeramik aufbereiten.

Eine Erklärung für das gute Ergebnis gemäß der Erfindung besteht darin, daß zerkleinerte Granulate des Ausgangsgemisches, die durch das Bindemittel gebunden sind, Wärme gegenüber leichter zugänglich sind. Insbesondere während der zweiten Erhitzungsphase, wenn das feine Porengefüge der Schaumkeramik anfällt (sekundäre Porenbildung), ist es von großer Bedeutung, daß dem Material Wärme in einer solchen Weise zugeleitet wird, daß zu große Temperaturunterschiede vermieden werden. Indem ein hydraulisches Bindemittel in das Ausgangsgemisch eingebaut wird, wird auch ein anderer wertvoller Effekt erreicht, insofern nämlich, als das hydraulische Bindemittel sich mit einem Teil des Mischwassers so kombiniert, daß Gele entstehen, die ihr Wasser nur bei einer höheren Temperatur abgeben, bei der der auftretende Dampf zur Reaktion mit reaktiven Komponenten gebracht werden können, um die sekundäre Porenbildung zu begünstigen.

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Das eri'inihaiisgemäß:.¹ Verfahrm kann technisch in der folgenden 'Weise durchgeführt werden. Di;? Ausgangsmaterialin werden durch Ilahlen, Kneten oder in sonstiger Weise gemischt, um eine sehr homogene Ilasse oder Suspension zu bilden. Diese wird dann unter dem Einfluß einer oder mehrerer hydraulischer Komponenten zum Verfestigen, gebracht _f ti um Beispiel Hochofenschlacke. Wenn dns Gemisch, wie das gewöhdieh der Fall ist, freies Alkali enthält, d'is ηLif? Wasserglas oder einem Additiv von einer Premdquelle hert/ühi—n k:inn, und das hydraulische Bindemittel Portlandzement oder Aluminatzement ist, dient das Alkali als Beschleuniger für α ?n Zement.

Wenn .granulierte Hochofenschlacke als das hydraulische Bindemittel vorwendet wird, dient das Alkali als ein sogenannter " g-er" für die Schlacke. Die Bindezeit kann dadurch erhöht werden, daß der Wassergehalt oder möglicherweise organische Additive erhöht wird, oder sie kann verringert werden, indem eine Erhitzung oder eine Verringerung des Wassergehaltes bewirkt wird. Wie und wann die Bindereaktionen eingeleitet werden, der Bindevorgang wird dadurch beschleunigt, daß die Reaktion exoterm ist.

Nach dem Binden fällt, eine relativ harte Masse an, die dann auf eine geeignete GranulatgröBe aufgebrochen wird, zum Beispiel 1 bis 20 mm, und zwar mit Hilfe einer Mühle oder dag!eichen.

«··» -^»"-^ - BAD ORIGiNAL

O ^c) η >%/1) Β Ι- Β

Danach wird dan aufgebrochene Material, das anfällt, möglicherweise abgesiebt. Üa3 abgesiebte Material kann dann möglicherweise zum Ausgangsraateria!gemisch zurückgeführt werden. Das Granula tmaterial kann dann einer Schnellerhitzung auf 500 bis 700° G unterzogen werden, bei der Wasser während des Schäumens entweicht, und /,war air, Folge den Vorhandenseins von Alkali im Wasserglas bzw. Alkalihydroxid. iOs ist wichtig, insbesondere wenn da3 Material Kohlenstoff oder Kohlenstoffverbindungen als Mittel aum Erreichen des Endporengefüges enthält, für dessen Schutt; gegen Oxydation zu sorgen, so dai3 der Kohlenstoff oder die, Kohlenstoffverbindungen nicht oxidieren und in einem gasförmigen Zudand verschwinden, ehe ein enger i-ia terialf ilin um jedes Materialkügelchen herum entstanden ist. i)as anfaLlende Material besteht nun allgemein ausgedrückt aus licht kohärenten, mehr oder weniger sphärischen Partikeln mit einem Durchmesser zwischen etwa vier und etwa 40 mm.

Während des vorstehend beschriebenen lirhitzungsverfahrenn geht eine primäre Porenbildung im Material voustatten. Das während dieser Porenbildung ausgedehnte Material wird dann ohne Zerbrechung entweder direkt oder nach Kühlung und möglichem Sieben entweder einem kontinuierlichen Band oder Formen zugeleitet, um ein abschießendes Brennen bei etwa 800 bis K)OO⁰ C zu bewirken. Während dieses aeiten Krhitzens muß das Material ebenfalls g

— Ί — BAD AL

Ί Ο Π H ? 8 / 0 8 4 8

Oxydation geschützt werden. Bei einer Temperatur in der Größenordnung von über etwa 700° 0 beginnen die Zellenwände in den Poren zu sintern, die zuvor während des ersten Ofenerhitzens entstanden waren. Die Temperatur wird im wesentlichen konstant bei 50 bis 100° C unter der abschließenden Brenntemperatur gehalten, bis die gesamte Masse, die zuvor eine bestimmte Form erhalten hat, ganz durchgesintert ist.

Während dieser Zeit gehen die Reaktionen zwischen den porenbildenden Mitteln vonstatten, so daß die Wände der primären Poren porös werden und ein großer Teil der primären Poren zusammengeschoben wird. Gleichzeitig mit dem Wachsen der Granulate verschwinden die Hohlräume zwischen ihnen. Bei einer Erhitzungum weitere 50 bis 100° C geht eine Vergrößerung der sekundären Poren vonstatten, so daß diese Hohlräume und ein großer Teil der primären Poren verschwinden und das Produkt ein gleichmäßiges poröses Gefüge erhält. Reste des freien Alkalis werden ebenso gleichzeitig gebunden.

Das Produkt, das in dieser Weise mit Poren versehen wird, kann dann schnell oberflächengekühlt werden, wonach man es langsam abkühlen läßt. _r

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das wässrige

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Ausgangsgemisch einer Alkaliverbindung vorzugsweise mit einem solchen Anteil enthalten, daß die Menge an RpO darin 4 bis 13 f° erreicht, bezogen auf die gebrannte Trockensubstanz;, wobei er ein Alkalimetallatom ist.

Naoh einem anderen Ausführungsbeinpiel der Erfindung kann das wässrige Ausgangsgemisch so viel hydraulisches Bindemittel enthalten, daß freies und/oder gebundenes CaO enthält, das der Anteil darin vorzugsweise -4" bis 7 i» erreicht, bezogen auf die gebrannte Trockensubstanz.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das Ausgangsgemisch Aluminiumoxid enthalten, um die Wasserbeständigkeit der anfallenden Schaumkeramik zu erhöhen, wobei der Gehalt desselben vorzugsweise mindestens 4 % beträgt, bezogen uuf die gebrannte Trockensubstanz.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das Ausgangsgemisch Oxid von dreiwertigem Eisen Reduktionsmittel enthalten, vorzugsweise Kohlenstoff oder Kohlenstoffverbindungen, so daß in einer Endphase des Erhitzens ein feines poröses Gefüge durch die sogenannte sekundäre Porenbildung erscheint.

Gemäß der Erfindung wird der Erhitzungsvorgang in zwei Stufen

eingab©

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bewirkt, wobei das AuBgangogemisch in gebundener Form und nach Zerkleinerung in Ütiiola· in t iiier eI¹O bon Jhane auf eine solche Temperatur erhitzt wird, dal3 dan V/asser entweicht und eine primäre Porenbildung votia ta l;ten geht, während in einer zweiten Phase eine erhitzung auf eine solche Temperatur erfolgt, daß feinere neue Poren entstehen, die das Gefüge der Schaumkeramik hauptsächlich aufbereiten,

Beisniel 1

Ein Gemisch mit den folgenden Bestandteilen würde unter starkem Umrühren und unter Zusetzen einer ausreichenden Menge Wasser hergestellt, um ein Binden des hydraulischen Bindemittels zu bev/irken:

V/asserglas ·. . ' 37,6 $

Hochofenschlacke 12,9 #

Kaolin 4,1 "/>

Siliciumdampf . . 31 ,7 °ß>

Feldspar . . . 1.3,7 '$>._

Die Proaentznhlen- sind auf die Trockensubstanz nach dem Brennen bezogen. . - ^: ■ -.. . _: , .

Chemische Zusammensotzung des Gemisches .(,Prozent zahl en s ind bezogen auf die Trockensubstanz nach; dem Brennen)

■■■■■■ — '-■ ■· .,'. -Jo -

BAD ORiGINAL 3 0 9 8 2 8/0 8 4 8 '^:'

Ua₂O 11,2 \Ό

K₂O 1 , ί /-

OnO 1 ,β '/>

MgO 0,8 °/>

AIpO-, 6,5?^

Pe₂O₃ 1,7 '/ο

SiO₂ 76,3 "/>

TiO₂ 0,2 i>.

Wenn das Bindemittel zu einem Erstarren der Masse geführt hat, wurde sie zerkleinert und getrocknet, und danach wurde dan verkleinerte und getrocknete Material auf eine Temperatur von 860° C erhitzt, und zwar ausreichend lange, damit die Mitose ein Temperaturgleichgewicht annimmt.

Das anfallende gekühlte Produkt zeigte ein gleichmäßiges Porengefüge mit engen Poren und hatte ein volimetrisches Gewicht von 330 kg/m³.

Beispiel 2

Ein Gemisch der folgenden Bestandteile wurde hergestellt und

nach Beispiel 1 behandelt:

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Wasserglas . 37,5 ?°

Hochofenschlacke 12,9 96

Kaolin 4,1 $

SiI ic ium dampf 31,6 fo

Ton ("artic clay") 13,9 ^.

Die Prozentzahlen sind bezogen auf die Trockensubstanz nach dem Brennen.

Chemische	Zusammensetzung des Gemisches
Na₂O	10,9 f
K₂O	1,4 %
CaO	6,3 $>
MgO	1,7 $
Al₂O₃	6,1 /0
Fe₂O₃	1,9 %
SiO₂	71,1 %
TiO₂	0,4 %.

Das entstandene gekühlte Produkt zeigte ein gleichmäßiges Porengefüge mit engen Poren und einem volumetrischen Gewischt von 195 kg/m⁵.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Schaumkeramik oder Formungen aus Schaumkeramik aus einem wässrigen Ausgangsgemisch, das Komponenten enthält, die bei der Erhitzung auf eine Temperatur zwischen 700 und 1.100° C eine viskose, gesinterte und poröse Masse bilden, dadurch ge ken nze i c h η e t, daß ein hydraulisches Bindemittel oder ein latenthydraulisches Bindemittel in das wässrige Ausgangsgemisch zum Bewirken einer Erstarrung desselben eingebaut wird.

2. Verfahren naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wässrige Ausgangsgeraisch eine Alkaliverbindung oder mehrere Alkaliverbindungen enthält, vorzugsweise in einem solchen Anteil, daß die Menge von RpO, bei der R ein Alkalimetallatom ist, darin 4 bis 13 ?<> beträgt, bezogen auf die gebrannte Trockensubstanz.

3. Verfahren nach Anspruch Iod er 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Ausgangsgeraisch ein hydraulisches Bindemittel enthält, das Calciumoxid enthält, vorzugeweise in einer solchen Menge, daß der Calciumoxidgehalt darin 3 bis 7 $ beträgt, bezogen auf die gebrannte Trockensubstanz.

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4. Verfahren nach einem oder, mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Ausgangsgemisch Aluminiumoxid zur Erhöhung der Wasserbeständigkeit der εοΙίαμΐΐΠίβΓβΐηίΙ^ enthält, wobei der Gehalt darin vorzugsweise mindestens 4 ?° erreicht, bezogen auf die gebrannte Trockensubstanz. .

S3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch geke.nnzei c h η e t , daß das Ausgangsmaterial ein freies oder gebundenes Oxid dreiwertigen Eisens und ein Reduktionsmittel enthält, insbesondere Kohlenstoff oder Kohlenstoffverbindungen, derart, daß in einer abschließenden Phase des.Erhitzungsvorgangs ein feines poröses G-efüge durch eine s ekundär e Po r enb i 1 d ung err e i ο ht w i rd.

6. Verfahren nach einem.oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man den Erhitzungsvorgang in zwei Schritten durchführt, wobei das Ausgangsgemisch in gebundener Form und nach dem Brechen in, Stücke auf eine solche Temperatur in einer ersten Phase erhitzt wird, daß eine,,Ausscheidung .von Wasser und eine primäre

• Porenbildung vonstptten..geht, uü daß in einer zweiten Phase eine Erhitzung auf eine solche,Temperatur erfolgt, dai3 die während der ersten Phase entstandenen Poren teilweise zerstört v/erden und stattdessen kleinere neue Poren entstehen,

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derart, daß das Endgefüge der fertigen Schaumkeramik aufbereitet wird.

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