DE2423096A1

DE2423096A1 - Verfahren zum herstellen eines anorganischen, peroesen formmaterials

Info

Publication number: DE2423096A1
Application number: DE2423096A
Authority: DE
Inventors: Hideo Ibaragi Motogi; Ryuji Nakamura
Original assignee: Shikoku Kaken Industry Co Ltd
Current assignee: SK Kaken Co Ltd
Priority date: 1973-05-18
Filing date: 1974-05-13
Publication date: 1975-03-20
Also published as: DE2423096B2; DE2423096C3; US4118450A

Description

Verfahren zum Herstellen eines anorganischen, porösen Form materials

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines anorganischen, porösen Form materials, insbesondere auf ein Verfahren zum Herstellen eines anorganischen, porösen Formmaterials aus Silikastaub, der ein Abfallmaterial ist.

Es ist gut bekannt, daß ein elektrothermisches, metallurgisches Verfahren zur Herstellung einer Ferro- oder Siliziumlegierung die Erzeugung einer großen Menge von Silikastaub als Nebenprodukt mit sich bringt. Der Silikastaub ist ein feines Pulver, das überwiegend aus amorphem Siliziumdioxid besteht und die Eigenschaften aufweist, von hoher chemischer Stabilität und hoher Feuerbeständigkeit zu sein, da

76-(SKG 43)-T-r (7) 5 Q 9 8 1 2 / 0 6 8 g

es Siliziumdioxid als Hauptbestandteil enthält. Jedoch fand der Silikastaub bisher noch keine vorteilhaften Anwendungen, und dementsprechend besteht das Bedürfnis, den Silikastaub nutzbringend verwenden zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wirkungsvolle Verwendungsmöglichkeit von Silikastaub zu finden und insbesondere ein anorganisches, poröses Formerzeugnis aus Silikastaub erzeugen zu können, das von leichtem Gewicht, hoher Feuerbeständigkeit, ausgezeichneter Wärmeisoliereigenschaft und hervorragender chemischer Beständigkeit ist und sich infolgedessen gut als Wärmeisoliermaterialien, feuerfeste Steine, Baumaterialien, Zuschlagstoffe usw. eignet.

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist ein Verfahren zum Herstellen eines anorganischen, porösen Formerzeugnisses, mit dem Kennzeichen, daß man Silikastaub, der eine

Teilchengröße von 0,1 bis 1 um, eine spezifische Oberfläche von 10

2 3

bis 50 m /g und eine Schüttdichte von etwa 0,1 bis 0,3 g/cm aufweist und einen überwiegenden Anteil an amorphem Siliziumdioxid sowie einen kleineren Anteil an wenigstens einem der Stoffe Kalzium oxid, Eisenoxid, Aluminiumoxid, Manganoxid und Magnesiumoxid enthält, mit Wasser mischt, die Mischung formt, das Formerzeugnis zur Einstellung dessen Wassergehalts auf 1 bis 10 Gew.-% trocknet und es danach bei einer Temperatur von 1000 bis 1450 C brennt.

Die Angaben der spezifischen Oberfläche in Beschreibung und Ansprüchen beruhen auf der Bestimmung nach dem BET-Verfahren unter Verwendung von Stickstoffgas.

509812/0680

Es wurden Untersuchungen unter Verwendung von Silikastaub durchgeführt, der als Nebenprodukt vom Verfahren zur Erzeugung einer Ferro- oder Siliziumlegierung durch elektrothermische Metallurgie erhältlich ist, und es wurde festgestellt, daß, wenn der Silikastaub mit den oben genannten Eigenschaften mit Wasser vermischt, geformt und nach Einstellen des Wassergehalts des erhaltenen Formerzeugnisses auf 1 bis 10 Gew.-% durch Trocknen desselben bei 1000 bis 1450 C gebrannt wird, das geformte Erzeugnis aufschäumt und dabei zu einem porösen Formerzeugnis wird, das von leichtem Gewicht und von ausgezeichneter Wärmeisoliereigenschaft, Feuerbeständigkeit und chemischer Stabilität ist. Die Erfindung beruht also auf diesen neuen Befunden.

Der als Ausgangsmaterial beim erfindungsgemäßen Verfahren

zu verwendende Silikastaub hat eine Teilchengröße von 0,1 bis 1,0

2 um, eine spezifische Oberfläche von 10 bis 50 m /g und eine Schütt-

3
dichte von etwa 0,1 bis 0,3 g/cm und enthält eine überwiegende Menge von amorphem Siliziumdioxid und eine geringere Menge von Kalziumoxid, Eisenoxid, Aluminiumoxid, Manganoxid und Magnesiumoxid. Der Silikastaub mit den oben genannten Eigenschaften ist leicht erhältlich als Nebenprodukt vom Verfahren der Erzeugung einer Ferro- oder Siliziumlegierung, wie z. B. Ferrosilizium, Siliko-Magnesium, Siliko-Kalzium, Siliziumkarbid usw. nach einem elektrothermischen metallurgischen Verfahren.

Vorzugsweiser Silikastaub enthält 60 bis 98 Gew.-% amorphes Siliziumdioxid und 2 bis 40 Gew.-% wenigstens eines der Stoffe Kalziumoxid, Eisenoxid, Aluminiumoxid, Manganoxid und Magnesiumoxid.

50981 2/0688

Weiter sind bevorzugte Eigenschaften des erfindungsgemäß zu verwendenden Silikastaubes eine Teilchengröße von 0,1 bis 0,5 um, eine

2
spezifische Oberfläche von 30 bis 50 m /g und eine Schüttdichte von

3
0,1 bis 0,2 g/cm .

In der anschließenden Tabelle 1 sind Beispiele von Zusammensetzungen der Silikastäube angegeben, die sich bei der Erzeugung der genannten Legierungen als Nebenprodukte ergeben.

(Tabelle 1, Seite 5)

509812/0 6 88

Tabelle 1

cn ο co

00 Ni

O CD CO CO

Durch elektrothermische metallurgische Prozesse erhaltene Legierungen	Zusammensetzung des Silikastaubes (Gew.-%)	SiO₂	FeO	^A12°3	MnO	CaO	MgO	andere Stoffe
.Siliko-Magnesium Siliko-Kalzium Siliziumkarbid Ferrosilizium	60 - 72 61 - 70 82 - 86 85 - 98	1-4 3-4 2-3 0,2 - 2,0	1-10 1-2 4-7 0,2 - 5,0	1-3 2-3 0 0,5 - 2,0	14 - 16 10 - 15 0 0 - 0,1	4-8 5-15 3-7 0,5 - 5,0	3-6 0,1- l,f.

cn

ro

CO CD CD CD

Unter diesen Silikastäuben ist besonders derjenige zu bevorzugen, der als Nebenprodukt vom Verfahren der Erzeugung von Ferrosilizium nach einem elektrother mischen metallurgischen Prozeß erhältlich ist und 85 bis 98 Gew.-% amorphes Siliziumdioxid, 0,2 bis 2,0 Gew.-% Eisenoxid, 0,2 bis 5,0 Gew.-% Aluminiumoxid, 0,5 bis 2,0 Gew.-% Manganoxid, 0 bis 0,1 Gew.-% Kalziumoxid und 0,5 bis 5,0 Gew.-% Magnesiumoxid enthält.

Zum Herstellen des anorganischen, porösen Formerzeugnisses gemäß der Erfindung wird der oben erwähnte Silikastaub zunächst mit Wasser vermischt, wodurch das Ausgangsmaterial für den anschließenden Formungsschritt formbar gemacht wird. Das Verhältnis des Silikastaubes zum Wasser ist nicht besonders begrenzt, vorausgesetzt, daß der Silikastaub zu einer gewünschten Form formbar gemacht wird. Üblich werden etwa 15 bis 200 Gewichtsteile Wasser mit 100 Gewichtsteilen Silikastaub vermischt. Die Mischung wird dann nach üblichen Formverfahren zur gewünschten Form, wie z.B. Platte, Säule, Körner usw. geformt.

Es ist im Rahmen der Erfindung wichtig, daß das so hergestellte geformte Erzeugnis anschließend zur Einstellung dessen Wassergehalts auf 1 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 5 Gew.-%, getrocknet wird. Wenn der Wassergehalt des Formerzeugnisses niedriger als 1 Gew.-% ist, vermag der Brennverfahrensschritt nicht, das gewünschte poröse Erzeugnis zu liefern, oder führt nur zu einem sehr geringen Aufschäumungsgrad. Umgekehrt wird, wenn der Wassergehalt 10 Gew.-% übersteigt, das erhaltene Erzeugnis von ungleichmäßiger Porosität und neigt beim Brennverfahrensschritt zur Rißbildung. Das Trocknen läßt sich üblicherweise bei erhöhten Temperaturen und/oder bei reduzierten Drücken durchführen, obwohl es auch bei Raumtemperatur erfolgen kann.

5 0 9812/0688

Das auf den bestimmten Wassergehalt eingestellte Formerzeugnis wird zwecks Auf schäum ens bei einer Temperatur von 1000 bis 1450 C gebrannt. Nachdem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Formkörper direkt bei der erwähnten Temperatur gebrannt oder in Weiterbildung der Erfindung auch bei 300 bis 900 C vorgebrannt und anschließend bei 1000 bis 1450 C gebrannt werden. Das Vorbrennen sichert eine gleichmäßigere Porosität des Erzeugnisses und verbessert die Feuerbeständigkeit des erhaltenen Endprodukts. Vorzugsweise führt man das Vorbrennen bei einer Temperatur von 450 bis 700 C durch. Das vorgebrannte Erzeugnis wird anschließend bei 1000 bis 1450 C gebrannt. Die bevorzugte Brenntemperatur ist unabhängig davon, ob vorher das Vorbrennen durchgeführt wird oder nicht, 1050 bis 1400 C. Obwohl der Aufschäumungsmechanismus nicht endgültig geklärt werden konnte, kann man annehmen, daß die im geformten Erzeugnis enthaltenen SiIikastaubteilchen durch den Brennverfahrensschritt aufschmelzen und die Oberfläche des Formkörpers bedecken, während sich das in seinem Inneren enthaltene Wasser ausdehnt und dadurch einen Aufschäumungseffekt ergibt, wobei es teilweise durch die Deckschicht in die Atmosphäre abdampft und so eine Art von Honigwabengefüge gebildet wird. Das geformte Erzeugnis schäumt aufgrund des Brennens auf das 1,2-bis 5, Of ache seines ursprünglichen Volumens auf und behält diesen Zustand nach dem Abkühlen bei. Das Brennen wird wahlweise in verschiedenen Atmosphären, wie z.B. in Luft, Stickstoffgas oder einem ähnlichen inerten Gas oder im Vakuum unter Verwendung eines elektrischen Ofens, eines Heizölofens, eines Gasofens oder anderer geeigneter öfen durchgeführt. Das Brennen ist üblicherweise innerhalb eines Zeitraums von 5 bis 30 Minuten abgeschlossen, obwohl auch eine längere Brenndauer ohne ungünstige Auswirkung anwendbar ist. Nachdem Brennen wird das Erzeugnis in üblicher Weise, z.B. durch langsames oder schnelles Abkühlen auf Raumtemperatur abgekühlt.

509812/0688

Das poröse Material gemäß der Erfindung ist mit einer glasartigen Oberflächenschicht mit zahlreichen Poren unter Bildung einer Art von Honigwabengefüge überzogen. Die Poren umfassen geschlossene Poren und untereinander verbundene Poren, die in der Oberflächenschicht vermischt vorliegen und insgesamt ein Gebilde mit halbgeschlossenen Poren ergeben, wobei die feinen Silikastaubteilchen verschmolzen sind und dem Formmaterial selbst eine hohe mechanische Festigkeit verleihen .

Die Eigenschaften des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Formerzeugnisses variieren je nach der Art des als Ausgangsmaterial verwendeten Silikastaubes sowie der Form- und Brennbedin-

3 gungen. Gewöhnlich hat es eine Schüttdichte von 0,3 bis 0,8 g/cm ,

eine spezifische Oberfläche von 0,05 bis 0,8 m /g, eine Hygroskopizität von 30 bis 60 Gew.-%, eine mechanische Festigkeit von 100 bis

250 kg/cm , eine Feuerbeständigkeit von 18 bis 30 "SK" und eine Wärmeisolationseigenschaft von etwa 0,07 bis 0,2 kg/m · h· C. Es hat außerdem eine nahezu weiße Farbe.

Die Brenntemperatur und die Vorbrenntemperatur lassen sich mit Hilfe des Zusatzes eines Flußmittels zum Silikastaubausgangsmaterial senken. Und zwar läßt sich die Brenntemperatur auf 900 C und die Vorbrenntemperatur auf 300 bis 800 C senken, wenn das Flußmittel verwendet wird. Beispiele des Flußmittels sind Glaspulver, Alkalimetallsalze, Erdalkalimetallsalze und Borsäure, die man einzeln oder wenigstens zu zweien in Mischung verwendet. Vorteilhaft wird Glaspulver mit Teilchengrößen unter 150 lim, vorzugsweise bis zu 30 um, insbesondere etwa 1 bis 30 um, verwendet. Das bevorzugte Glas ist Silikatglas, wie z. B. Natron-Kalk-Glas, Borsilikatglas, Aluminosilikatglas und dgl. mit

B09812/0688

einem Erweichungspunkt von etwa 650 - 900 C. Darunter ist Natron-Kalk-Glas besonders bevorzugt zu verwenden. Die Menge des zu verwendenden Glaspulvers ist 10 bis 300 Gewichtsteile, vorzugsweise 20 bis 100 Gewichtsteile je 100 Gewichtsteile des Silikastaubes. Die als Flußmittel zu verwendenden Alkalimetallsalze und Erdalkalimetallsalze umfassen die Alkalimetall- bzw. Erdalkalimetallsalze anorganischer Säuren. Beispiele hierfür sind die Chloride, Nitrate, Karbonate, Silikate, Sulfate, Chromate, und Aluminate von Alkalimetallen und Erdalkalimetallen, wie z. B. Lithium, Natrium, Kalium, Strontium, Barium, Kalzium, Magnesium usw. Bevorzugte Alkalimetallsalze und Erdalkalimetallsalze sind Karbonate, Nitrate und Silikate von Natrium, Kalium, Kalzium oder Magnesium. Besondere Beispiele sind Na₀O · nSiO

Zt Ct

(n: 1,0 bis 3,9), NaNO₃, Na₃CO₃, K₂CO₃, K₂O-nSiO₂, KNO₃, Ca(NO₃)₂, Li₃CO₃, MgCO₃, Mg(NO₃J₂, CaCO₃, KNaCO₃ usw., worunter Na CO und Na O · nSiO (n : 1,0 bis 3,9).besonders zu bevorzügen sind. Ein solches Alkalimetallsalz, Erdalkalimetallsalz oder Borsäure wird in einer Menge von 0,5 bis 30 Gewichtsteilen, vorzugsweise 1 bis 10 Gewichtsteilen je 100 Gewichtsteile Silikastaub verwendet.

Zur Verbesserung der Feuerbeständigkeit des porösen Materials gemäß der Erfindung kann dem Silikastaub eine Aluminiumverbindung zugesetzt werden. Die Aluminiumverbindung wird in einer Menge von 10 bis 100 Gewichtsteilen, vorzugsweise 20 bis 80 Gewichtsteilen je 100 Gewichtsteile Silikastaub verwendet. Der Zusatz einer Aluminiumverbindung verbessert erheblich die Feuerbeständigkeit des erhaltenen porösen Materials.

Beispiele für eine solche A Ium inium verbindung sind Oxide, Salze und Hydroxide des Aluminiums. Besondere Beispiele dafür sind Alu-

509812/0688

miniumoxid, Aluminiumoxidsol, Aluminiumoxidgel, Alaun, Aluminium-Alum inosilikat, Aluminiumnitrat, Aluminiumphosphat, Aluminiumsulfat, A Ium inium chlor id, Aluminiumhydroxid usw.

Erfindungsgemäß kann auch ein Pigment zwecks Erzeugung eines gefärbten, porösen Formkörpers zugesetzt werden. Für diesen Zweck ist jedes von verschiedenen bekannten Pigmenten, vorzugsweise in einer Menge von bis zu 10 Gewichtsteilen je 100 Gewichtsteile Silikastaub, brauchbar. Wenn-das Pigment in einer übermäßig großen Menge verwendet wird, ergibt sich ein ungenügender Aufschäumungsgrad während des Brennens.

Das anorganische, poröse Material gemäß der Erfindung ist leichtgewichtig und hat eine hohe Feuerbeständigkeit sowie ein ausgezeichnetes Isolierverhalten. Es läßt sich daher als feuerfester Stoff oder hitzebeständiges Isoliermaterial für verschiedene Öfen verwenden. Wegen seiner hervorragenden chemischen Stabilität ist es auch bei einem Stahlofen, Spezialstahlofen, Kupferraffinierofen, Koksofen, Glasschmelzofen und dergleichen verwendbar,. die stark korrosiven Bedingungen ausgesetzt sind. Außerdem läßt es sich vorteilhaft als Zuschlagstoffe für Zement, Baumaterialien usw. verwenden.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll nun im einzelnen anhand von Beispielen und Vergleichsbeispielen erläutert werden, wobei die Teile und Prozentsätze sämtlich nach Gewicht angegeben sind.

Beispiel 1

150 Teilen Silikastaub mit den folgenden Eigenschaften und der fol-

509812/0688

genden Zusammensetzung, der als Nebenprodukt vom elektrothermischen metallurgischen Verfahren der Erzeugung von Ferrosilizium erhalten war, wurden 120 Teile Wasser zugesetzt. Die Mischung wurde

geknetet und dann bei einem erhöhten Druck von 50 kg/cm zum Format von 100 mm χ 100 mm χ 100 mm geformt. Die Eigenschaften und Zusammensetzung des verwendeten Silikastaubes waren folgende:

a) Eigenschaften

Teilchengröße 0,1 - 1,0 um

spezifische Oberfläche 30-40 m /g

Schüttdichte 0,1 - 0,3 g/cm³

b) Zusammensetzung

SiO 94,8 Gew.-%

Al O 0,4 Gew.-%

FeO 0,5 Gew.-%

CaO 0,1 Gew.-%

MgO 1,7-Gew."^-

MnO 1,9 Gew.-%

Na O 0,2 Gew.-%

K₂O . 0,1 Gew.-%

C 0,3 Gew.-%

Das so erhaltene geformte Erzeugnis wurde bei 105 °C etwa 2 Stunden zum Einstellen seines Wassergehalts auf 3 Gew.-% getrocknet. Das getrocknete Formerzeugnis wurde dann in einen elektrischen Ofen gegeben und etwa 30 Minuten bei 600 C vorgebrannt und unter Steigern der Temperatur des Ofens auf 1050 °C mit einer Geschwin-

50981 2/0688

digkeit von 2,5 C/min weitererhitzt, worauf ein Brennen von 30 Minuten bei dieser letzteren Temperatur folgte. Das gebrannte Erzeugnis wurde auf Raumtemperatur abgekühlt, um ein poröses Formmaterial zu erhalten.

Beispiele 2 und 3

Zwei Arten von porösen Form materialien wurden in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, daß die Temperaturen nach Vollenden des Vorbrennens mit einer Geschwindigkeit von 2,5 C/min auf bestimmte Brenntemperaturen von 1300 C bzw. 1440 C gesteigert wurden.

Verqleichsbeispiele 1 und 2

Zwei Arten von porösen Formmaterialien wurden in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, daß nach Vollenden des Vorbrennens die Temperaturen mit einer Geschwindigkeit von 2,5 C/min auf bestimmte Brenntemperaturen von 980 ⁰C bzw. 1460 C gesteigert wurden.

Die Eigenschaften der nach den Beispielen 1 bis 3 und den Vergleichsbeispielen 1 und 2 erhaltenen Form materialien wurden nach den folgenden Verfahren bestimmt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 angegeben.

Schüttdichte "JIS R-2614"

Biegefestigkeit "JIS K-6705"

Druckfestigkeit "JIS K-6705"

Schlag- oder Stoßfestigkeit "JIS K-6705"

50981 2/0688

Spaltprobe

Ein Probestück aus porösem Formmaterial wurde in einem elektrischen Öfen auf 600 C vorerhitzt, unter Steigerung der Temperatur auf 1050 C mit einer Geschwindigkeit von 2,5 C/min weiter erhitzt und bei dieser letzteren Temperatur noch 30 Minuten erhitzt. Das erhitzte Probestück wurde sodann dem Ofen entnommen, und man ließ unverzüglich danach eine 1-kg-Stahlkugel aus 1 m Höhe auf das Probestück fallen. Wenn dabei das Probestück nicht zerbrach, wurde es erneut 30 Minuten auf 1050 C erhitzt, worauf man die Stahlkugel wieder in der genannten Weise auf das Probestück fallen ließ. Die Zahl der Wiederholungen der vorerwähnten Behandlungsweise, die zum Zerbrechen des Probestücks erforderlich war, wurde gezählt.

Heißwasserbeständiqkeit

Ein Probestück aus porösem Formmaterial wurde 3 Stunden in heißes Wasser von 80 C eingetaucht und dann mit bloßen Augen überprüft.

(Tabelle 2, Seite 14)

509812/0688

Tabelle

cn ο co

	1	Beispiel	3	Vergleichsbeispiel	2
	1050	2	1440	1	1460
Brenntemperatur ( C)		1300		980
Eigenschaften	0,90		0,80		0,55
Schüttdichte (g/cm )	70	0,90	75	1,15	15
Biegefestigkeit (kg/cm )	180	80	200	70	65
Druckfestigkeit (kg/cm )	2	210	3	150	0,5
Stoßfestigkeit (kg/cm²)	keine	2	keine	0,5	keine
Heißwasserbeständigkeit	Änderung	keine	Änderung	zerfallen	Änderung
	5	Änderung	7		2
Spaltprobe (Male)	1,6	6	1,8	1	2,6
Aufschäumungsgrad (Male)	1600	1,6	1800	1,25	2600
Volumen (cm )	1550	1250

K) CaJ

CD CO CD

Beispiele 4 bis 6

Drei Arten von porösen Formerzeugnissen wurden in gleicher Weise wie in den Beispielen 1 bis 3 mit der Ausnahme hergestellt, daß kein Vorbrennen durchgeführt wurde. Die Eigenschaften dieser Erzeugnisse sind in der Tabelle 3 angegeben.

Vergleichsbeispiele 3 und 4

Zwei Arten von porösen Formerzeugnissen wurden in der gleichen Weise wie in den Vergleichsbeispielen 1 und 2 mit der Ausnahme hergestellt, daß kein Vorbrennen durchgeführt wurde. Die Eigenschaften der erhaltenen Erzeugnisse sind ebenfalls in der Tabelle 3 angegeben.

(Tabelle 3, Seite 16)

509812/0688

Tabelle 3 Beispiel

επ ο co oo

ο cn oo

Brenntemperatur ( C)

Eigenschaften

Schüttdichte (g/cm )

2 Biegefestigkeit (kg/cm )

2 Druckfestigkeit (kg/cm )

2 Stoßfestigkeit (kg/cm ) Spaltprobe (Male)
Heißwasserbeständigkeit

Aufschäumungsgrad (Male)

3
Volumen (cm )

1050

1300

1440

Vergleichsbeispiel

980

1460

0,90	0,85	0,65	1,10	0,45
60	65	60	50	10
150	160	190	120	40
2	2	3	2	0,2
5	6	5	1	1
keine	keine	keine	zerfallen	keine
Änderung	Änderung	Änderung		Änderung
1,6	1,7	2,2	1,3	3,4
1550	1700	2200	1300	3400

O CO CD

Beispiele 7 bis 9

Drei Arten von porösen Form erzeugnis sen wurden in gleicher Weise wie im Beispiel 2 mit der Ausnahme hergestellt, daß anstelle des im Beispiel 1 verwendeten Silikastaubes in der Tabelle 4 aufgeführte Silikastäube verwendet wurden.

Die Zusammensetzungen und Eigenschaften der verwendeten Silikastäube sind in der Tabelle 4 angegeben. In der Tabelle 5 sind die Eigenschaften der erhaltenen Form erzeugnisse aufgeführt.

	Tabelle 4	¹ Beispiel	9
		8.	Siliko- kalzium
	7	Siliko- Magnesium
Legierung	Silizium karbid		70
Zusammensetzung (Gew.-%)		72	2 3
SiO₂	82	to to	15
^A12°3 FeO	in co	15	5
CaO	0	. 4	0
MgO	5	2	2
Na₂O	3	2	3
MnO	o -	1
andere Stoffe	2

Eigenschaften

Teilchengröße (u)

spez. Oberfläche (m²/g)

Schüttdichte (g/cm^v

0,3 36

0,4

32 0,2

0,3

35 0,2

Tabelle 5 Beispiel

	7	8	9
3 Schüttdichte (g/cm )	0,75	0,85	0,75
2 Biegefestigkeit (kg/cm )	74	78	75
Druckfestigkeit (kg/cm²)	195	220	180
2 Stoßfestigkeit (kg/cm )	2	3	2
Heißwasserbeständigkeit	keine Änderung	keine Änderung	keine Änderung
Aufschäumungsgrad (Male)	1,9 '	1,7	1,9
Volumen (cm )	1950	1700	1900
Spaltprobe (Male)	5	5	7

Beispiele 10 bis 28 .

Der gleiche Silikastaub, wie er im Beispiel 1 verwendet wurde, Natriumkarbonat, Natrium silikat (Na O : SiO =1:3), Aluminiumoxid und Natriumsilikatglaspulver (eine Mischung von Tafelglas mit einem Erweichungspunkt von 750 bis 800 °C und Flaschenglas mit einem Erweichungspunkt von 700 bis 705 C in gleichen Gewichtsmengen und auf eine Korngröße im lichten Siebmaschenbereich von 0,177 mm bis 0,074 mm pulverisiert wurden zusammen in den in der Tabelle 6 angegebenen Anteilen vermischt, um Ausgangspulverzusammensetzungen herzustellen. Jede der Pulver zusammensetzungen wurde mit einer bestimmten, in der Tabelle 7 angegebenen Wassermenge ver-

509812/0688

mischt und dann in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 geformt. Der Wassergehalt des geformten Erzeugnisses wurde durch Trocknen bei 105 °C während 30 Minuten auf 2 Gew.-% eingestellt. Das geformte Erzeugnis wurde dann dem Vorbrennschritt und dem Brennschritt in gleicher Weise wie im Beispiel 1 mit der Ausnahme unterworfen, daß die in der Tabelle 7 angegebenen Temperaturen angewendet wurden.

Tabelle 6
Ausgangspulverzusammensetzung (Teile)

Silikastaub

^Na2^C°3 Na₂SiO₃ ^A12°3 Glaspulver

100 100 100 100 100 100 100 100 100

0 0

0 0 0 0 50

0 8 0 0

0 50 20

0 20 50 0 50 0 100 8 40

300 100 0 0 300 0 0 300 0

(Tabelle 7, Seite 20)

509812/0688

Tabelle 7 Beispiel

cn oo co

A usgang spul ver zusam m ensetzung

Wassermenge (Teile,)

Vorbrennen (C)

Brennen ( C)

3 Schüttdichte (g/cm )

Biegefestigkeit (kg/cm )

2 Druckfestigkeit (kg/cm )

2 Stoßfestigkeit (kg/cm )

Spaltprobe (Male) Heißwasserbeständigkeit

Aufschäumungsgrad (Male) Volumen (cm )

10

11

12

13

100

kein Vorbrennen 920

0,70

55

130

keine

50

keine

40

keine

14

30

keine

15

150

500	600	500	500
900	1300	1200	900
0,75	0,80	0,80	0,70
70	85	80	55
200	200	210	140
3	3	1,5	3
9	12	7	8

keine

Änderung Änderung Änderung Änderung Änderung Änderung

1,9 2,0 1,9 1,8 1,8 2,0

2050 1900 1800 1800 2100

Beispiel

A usgang spulverzusam m ensetzung

Wassermenge (Teile) Vorbrennen ( C)

Brennen ( C

3 Schüttdichte (g/cm )

2 Biegefestigkeit (kg/cm )

2 Druckfestigkeit (kg/cm )

2 Stoßfestigkeit (kg/cm )

Spaltprobe (Male) Heißwasserbeständigkeit Äufschäumungsgrad (MaIeJ

Volumen (cm )

16	17	18	19	20
f	g	h	i	a
100	100	150	40	100
600	650	500	600	550
1300	1200	900	1300	910
0,70	0,65	0,60	0,75	0,80
74	65	70	70	60
200	190	130	180	180
• 3	2	3	3	2
\ ⁵	13	• 5	9	5
keine i	keine	keine	keine	keine
Änderung	Änderung	Änderung	Änderung	Änderung
2,0	2,2	2,4	1,9	1,8
2050	2250	2400	1900	1800

CO CD CO

Beispie.l

Ausgangspulverzusammensetzung

Wassermenge (Teile) Vorbrennen ( C) Brennen ( C)
Schüttdichte. ixx/^^f

Biegefestigkeit (kg/cm )

ο Druckfestigkeit (kg/cm )

2 Stoßfestigkeit (kg/cm )

Spaltprobe (Male) Heißwasserbeständigkeit

Auf schaum ungsgrad (Male)

3
Volumen (cm )

21	22	23	24	25
a	a	a	C	C
100 550 980	100 550 1200	100 550 1340	40 kein Vor brennen 1020	40. kein Vor brennen 1200
0,80	0,70	0,65	0,90	0,80
65	80	75	60	65
170	190	180	220	180
3	2,5	2,5	3	2,5
6	6	7	9	10
keine Änderung	keine Änderung	keine Änderung	keine Änderung	keine Änderung
1,8	2,0	2,2	1,6	1,8
1750	1950	2250	1600	1800

Beispiel

28

cn ο co

σ co οο co

Ausgangspulverzusammensetzung Wassermenge (Teile) Vorbrennen (C)

Brennen (C)

3 Schüttdichte (g/cm )

2 Biegefestigkeit (kg/cm )

2 Druckfestigkeit (kg/cm )

2 Stoßfestigkeit (kg/cm )

Spaltprobe (Male) Heißwasserbeständigkeit

Aufschäumungsgrad (Male)

3 Volumen (cm )

40	40	.40
kein Vor brennen	600	600
1340	1360	1450
0,80	0,75	0,65
65	70	65
170	180	200
2,5	3	2
10	13	10
keine Änderung	keine Änderung	keine Änderung
1,8	1,9	2,2
1750	1950	2250

Verqleichsbeispiele 5 bis 9

Jede der Ausgangspulverzusammensetzungen nach der Tabelle wurde mit einer bestimmten Wassermenge nach den Angaben in der Tabelle 8 vermischt und dann in gleicher Weise wie im Beispiel 1 geformt. Der Wassergehalt des geformten Erzeugnisses wurde durch Trocknen auf 3 Gew.-% eingestellt. Das geformte Erzeugnis wurde dann dem Vorbrennschritt und dem Brennschritt in gleicher Weise wie im Beispiel 1 mit der Ausnahme unterworfen, daß die in der Tabelle 8 angegebenen Temperaturen angewendet wurden.

(Tabelle 8, Seite 25)

50981 2/0688

Tabelle 8

Vergleichsbeispiel

cn ο co

cn co «o

A usgang spul verzusam mensetzung

Wassermenge (Teile) Vorbrennen ( C)

Brennen ( C)

3 Schüttdichte (g/cm )

Biegefestigkeit (kg/cm )

Druckfestigkeit (kg/cm )

2 Stoßfestigkeit (kg/cm )

Spältprobe (Male) Heißwasserbeständigkeit

Aufschäumungsgrad (Male) Volumen (cm )

100	100	40	40	40
550	550	kein Vor brennen	600	600
870	1460	980	980	980
1,05	0,50	1,10	1,15	0,35
5	15	10	10	20
20	50	40	30	70
1	1	0,5	0,5	0,2
1	2	1	2	2
keine	keine	keine	keine	keine
Änderung	Änderung	Änderung	Änderung	Änderung
1,4	2,9	1,3	1,2	4,1
1350	2850	1350	1200	4150

-P-K) CO O CD CD

Beispiel 29

300 Teile des gleichen Silikastaubes, wie er im Beispiel 1 verwendet war, wurden mit 300 Teilen Wasser vermischt, und die erhaltene Mischung wurde zu einer körnigen Form mit einem Durchmesser von etwa 1700 bis 3300 um geformt. Der Wassergehalt der Körner wurde dann durch 30minütiges Trocknen bei 105 °C auf 3 Gew.-% eingestellt. Die Körner wurden etwa 10 Minuten in einem elektrischen Ofen bei 600 C vorgebrannt und dann über einen Zeitraum von 3 Stunden auf 1300 C erhitzt, worauf ein Brennen bei dieser Temperatur während 30 Minuten folgte. Die Eigenschaften der erhaltenen aufgeschäumten Körner wurden nach den folgenden Verfahren bestimmt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 9 angegeben.

Schüttdichte (g/cm³) "JIS-R-2614"

Korngröße (um) mit einem Sieb gemessen

Druckfestigkeit (kg/cm²) "JIS-K-6705"

Tabelle 9

Schüttdichte (g/cm³) 0,35 bis 0,40

Korngröße (um) 3300 bis 5700

Druckfestigkeit (kg/cm ) 3

Schmelzpunkt (⁰C) 1620

Beispiele 30 bis 40

Der gleiche Silikastaub, wie er im Beispiel 1 verwendet wurde,

509812/0688

Magnesiumkarbonat, Natrium silikat (Na O : SiO = 2,3 : l), Glaspulver mit einer Teilchengröße von etwa 5 bis 30 um und Aluminiumhydroxid wurden zusammen in den in der Tabelle 10 angegebenen Anteilen vermischt, um Ausgangspulverzusammensetzungen herzustellen. Jede der Ausgangspulverzusammensetzungen wurde mit einer in der Tabelle 11 angegebenen, bestimmten Wassermenge vermischt und dann in gleicher Weise wie im Beispiel 29 zu einer körnigen Gestalt geformt. Der Wassergehalt der Körner wurde dann auf 2,0 Gew.-% eingestellt . Die Körner wurden anschließend dem Vorbrennschritt und dem Brennschritt in gleicher Weise wie im Beispiel 1 mit der Ausnahme unterworfen, daß die in der Tabelle 11 angegebenen Temperaturen angewandt wurden.

Tabelle 10

Silikastaub

Magnesiumkarbonat

Natrium silikat

Aluminiumhydroxid

Glaspulver

Ausqanqspulverzusammensetzung (Gewichtsteile) j k 1 m η ο

100

0	0	6	0	4	0
0	0	0	20	0	20
0	50	0	20	20	0
100	0	0	0	20	0

509812/0688

OO hO O

A usgang spulverzusam m ensetzung

Wassermenge (Teile) Vorbrennen ( C)

Brennen ( C)

3 Schüttdichte (g/cm )

Korngröße (um) Druckfestigkeit (kg/cm ) Schmelzpunkt ( C) Auf schäum ungsgrad (Male)

	0,45	Tabelle 11	0,35	Beispiel	0,30	33	0,35	34
	5700		5700	32	5700	k	5700	m
30		31		1		150 600 1300		60 kein Vor brennen 910
j		j		94 600 1020		0,30 -		0,40 - 0,45
50 600 910	3,0	50 600 1320	4,0	0,25 -	4,8	3300 -	4,0	3300 - 4700
0,40 -	0,30 -		3300 -		3		4
3300 -	3300 -		3		1600		1560
4	3	1550	3,4 -	2,6 - 3,0
1550	1650	4,0 -
2,6 -	3,4 -

to

00

-F-

oo

CD CD CD

	Ausgangspulver zusammensetzung	•	35	36 "	Beis	37	piel	38 ,	39	40	I
	Wassermenge (Teile) Vorbrennen (C) Brennen (C)	m	m	m	m	m	O	to vO I
	Schüttdichte (g/cm )	60 kein Vor brennen 1000	60 600 1300	60 kein Vor brennen 1300	60 kein Vor brennen , 1340	60 kein Vor brennen 1200	60 kein Vor brennen 1300
	Korngröße (μτη)	0,30 - 0,35	0,30 - 0,35	0,30 - 0,35	0,30 - 0,35	0,30 - 0,35	0,25 - 0,30
cn O	■ Druckfestigkeit (kg/cm²)	3300 - 5700	3300 - 5700	3300 - 5700	3300 - 5700	3300 - 5700	3300 - 5700
CD CQ	Schmelzpunkt ( C)	4	- 4	3	3	3	4
112/	A uf schäum ung sgr ad (Male)	1600	1550	1520	. 1600	1580	1550
ο σ>	3,4 - 4,0	3,4 - 4,0	3,4 - 4,0	3,4 - 4,0	3,4 - 4,0	4,0 - 4,8
co co

O CO CO

Vergleichsbeispiele 10 bis 15

Jede der in der Tabelle 10 angegebenen Ausgangspulverzusammensetzungen wurde mit einer bestimmten, in der Tabelle 12 angegebenen Wassermenge vermischt und dann in gleicher Weise wie im Beispiel 29 zu einer körnigen Gestalt geformt. Der Wassergehalt der Körner wurde auf 2,5 Gew.-% eingestellt. Die Körner wurden dann dem Vorbrennschritt und dem Brennschritt in gleicher Weise wie im Beispiel 1 mit der Ausnahme unterworfen, daß die in der Tabelle 12 angegebenen Temperaturen angewandt wurden.

(Tabelle 12, Seite 31)

509812/0688

Tabelle 12

Vergleichsbeispiel

cn ο co

co oo oo

10

11

13

14

Ausgangspulverzusam m ensetzung

Wassermenge (Teile)

Vorbrennen (C)

Brennen ( C)

Schüttdichte (g/cm³)

J 50

600 850

J 50

600 1370

0,9 - 1,0 0,1 - 0,2

Korngröße (um) 1650 - 3300 3300 - 5700

Druckfestigkeit Γ

/ι t 2\ 1*5 0,5

(kg/cm )

Schm elzpunkt (⁰C)

Aufschäum ungsgrad (Male)

1250

1,2 - 1,3

I 1450

6-8

94

600
1460

60

kein Vorbrennen

850

15

60

kein Vorbrennen

1370

0,8 - 0,9 0,1 - 0,2 0,8 - 0,9 0,1 - 0,2 - 3300 1650 - 4000 1650 - 3300 1650 - 5700

1290

1,3 - 1,5

0,5

1400

6-8

0,5

1300

1,3 - 1,5

0,5

1250

5-7

ro co ο

Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Herstellen eines anorganischen, porösen Formerzeugnisses, dadurch gekennzeichnet, daß man Silikastaub, der eine Teilchengröße von 0,1 bis 1 um, eine spezi-

2
fische Oberfläche von 10 bis 50 m /g und eine Schüttdichte von et-

3
wa 0,1 bis 0,3 g/cm aufweist und einen überwiegenden Anteil an amorphem Siliziumdioxid sowie einen kleineren Anteil an wenigstens einem der Stoffe Kalziumoxid, Eisenoxid, Aluminiumoxid, Manganoxid und Magnesiumoxid enthält, mit Wasser mischt, die Mischung formt, das Formerzeugnis zur Einstellung dessen Wassergehalts auf 1 bis 10 Gew.-% trocknet und es danach bei einer Temperatur von 1000 bis 1450 °C brennt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Silikastaub 60 bis 98 Gew.-% amorphes Siliziumdioxid und 2 bis 40 Gew.-% wenigstens eines der Stoffe Kalziumoxid, Eisenoxid, Aluminiumoxid, Manganoxid und Magnesiumoxid enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

der Silikastaub eine Teilchengröße von 0,1 bis 0,5 um, eine spezi-

2
fische Oberfläche von 30 bis 50 m /g und eine Schüttdichte von 0,1

3
bis 0,3 g/cm aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Silikastaub 85 bis 98 Gew.-% amorphes Siliziumdioxid, 0,2 bis 2,0 Gew.-% Eisenoxid, 0 bis 1,0 Gew.-% Kalziumoxid, 0,2 bis 5,0 Gew.-

509812/0688

Aluminiumoxid, 0,5 bis 2,0 Gew.-% Manganoxid und 0,5 bis 5,0 Gew.-% Magnesiumoxid enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Wassergehalt des Formerzeugnisses durch das Trocknen auf 2 bis 5 Gew.-% einstellt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Brennen bei einer Temperatur von 1050 bis 1400 C durchführt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Silikastaub mit dem Wasser in Kombination mit, auf den · Silikastaub bezogen, 0,5 bis 300 Gew.-% eines Flußmittels vermischt und die Brenntemperaturbereichsuntergrenze 900 C beträgt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Flußmittel wenigstens ein Stoff der Gruppe Alkalimetallsalze, Erdalkalimetallsalze, Glas und Borsäure verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Silikastaub mit dem Wasser in Kombination mit, auf den Silikastaub bezogen, 10 bis 100 Gew.-% einer Aluminiumverbindung vermischt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Aluminium verbindung wenigstens eine der Gruppe Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid und Aluminiumsalz verwendet wird.

5 09812/0688
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das getrocknete Formerzeugnis vor dem Brennen bei einer Temperatur von 300 bis 900 C vorbrennt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man das Vorbrennen bei einer Temperatur von 450 bis 700 C durchführt.

509812/0688