DE2453552A1

DE2453552A1 - Geblaehte produkte und verfahren zur herstellung derselben

Info

Publication number: DE2453552A1
Application number: DE19742453552
Authority: DE
Inventors: Kalman Dr Toth; Gyula Dr Varju
Original assignee: SZILIKAT KOEZPONTI KUTATO
Current assignee: SZILIKAT KOEZPONTI KUTATO
Priority date: 1973-11-19
Filing date: 1974-11-12
Publication date: 1975-05-28
Also published as: ATA895774A; AT364639B; DE2453552C3; HU166309B; CS178832B2; ES432037A1; DE2453552B2; US3986883A; IT1024851B

Description

DR. STEPHAN G. BESZEDE3 PATENTANWALT

B e sehr e i b u η

zur Patentanmeldung

806 DACHAU bei MÖNCHEN

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AM HEIDEWEG 2

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P 753

SZILIKATIPARI KÖZPONTI KUTATO ES TESVEZO^ INTEZET

Budapest, Ungarn

betreffend

Geblähte Produkte und Verfahren zur Herstellung- derselben

Die Erfindung betrifft geblähte Produkte aus Rhyolithgläsern und ein Verfahren zur Herstellung von geblähten Produkten aus Rhyolithgläsern, zum Beispiel Tuff, Bimsstein, Pumizit, Bimstuff beziehungsweise Pechstein, die in ihrem natürlichen Zustand mindestens 4- Gew.-% kolloid-dispers gebundenes Wasser enthalten.

Von den zur Herstellung von geräusch- und wärmeisolierenden Materialien verwendeten porösen leichten Zusatzstoffen ist

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der verbreitetste der geblähte Perlit. Der natürliche Perlit ist ein 3 bis 4- Gew.-% Wasser enthaltendes vulkanisches Glas, das die charakteristische Eigenschaft hat, sich auf ein Mehrfaches seines ursprünglichen Volumens aufzublähen, wenn es schnell (während 1 bis 30 Sekunden) auf 850 bis 1 25O⁰C erhitzt wird. Ein Teil des beim Erhitzen freiwerdenden Wasserdampfes kann aus der pyroplastischen hochviskosen Schmelze nicht entweichen und ruft daher eine starke Volumvergrößerung hervor. So kann ein Produkt mit großem Porenvolumen und geringem Schü ttgewicht hergestellt werden. Der geblähte Perlit wird als Zuschlagstoff zu Leichtbeton oder zusammen mit verschiedenen Bindemitteln als porenbildender Bestandteil in Wärmeisoliermaterialien in der Landwirtschaft und in der Industrie verbreitet verwendet.

Das natürliche Perlitgestein ist verhältnismäßig selten und kommt im allgemeinen in sehr heterogenen Lagerstätten vor. Die Heterogenität verursacht Schwierigkeiten beim Abbau und erhöht die Kosten. Der natürliche Perlit kann nur in streng selektivem Abbau unter Förderung großer Mengen von Berge beziehungsweise Abraum gewonnen werden. Der zur Herstellung eines grobkörnigen geblähten Produktes guter Qualität erforderliche Perlit ist selten, so daß ein solches Produkt aus dem geförderten Perlit nur in geringer, nicht ausreichender Menge hergestellt werden kann.

Der Perlit hat außerdem die nachteilige Eigenschaft, daß er beim Blähen zerkleinert wird, das heißt die Gesteinsteilchen beim Blähvorgang in viele Sekundärteilchen "zerspringen", wodurch die Ausbeute am eine höhere Teilchengröße aufweisenden wertvolleren geblähten Perlit verhältnismäßig gering ist und im allgemeinen unter 50% bleibt (Poljukowskaja-Sergejew- -Tschemowa: Vspicsensij perlit zapolnöitelj ljogkij betonow, Moskau, 1971)· Der größeren Verbreitung des Perlites in der Landwirtschaft und mehreren Zweigen der Bauindustrie stand auch sein verhältnismäßig hoher Preis hindernd im Wege.

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Aufgabe der Erfindung ist es, den natürlichen Perlit und den daraus bisher hergestellten geblähten Perlit durch sich vom Perlit wesentlich unterscheidende Gesteine vulkanischen Ursprunges, die frei von den mit dem Stand der Technik verbundenen,Nachteilen sind, indem sie in ergiebigen und homogenes Material enthaltenden Lagerstätten vorkommen und von Haus aus eine günstige Teilchenstruktur aufweisen, aus ihnen das zu blähende Material unter teilweiser oder vollständiger Vermeidung des Mahlens einfach herzustellen ist, sie weniger Neigung zum Zerspringen haben und daher die Erreichung einer höheren Ausbeute an Endprodukt von höherer Teilchengröße ermöglichen und schließlich mit ihnen ein wesentlich geringerer Kostenaufwand verbunden ist als mit dem bisher hergestellten geblähten Perlit, zu ersetzen beziehungsweise, in ergiebigen Mengen vorkommenden Perlit schlechterer Qualität in einfacher Weise unter Behebung der Nachteile des Standes der Technik^ vor allem ohne großen Aufwand, insbesondere ohne die Notwendigkeit von aufwendigen Perlittrehnverfahren, für brauchbare geblähte Produkte nutzbar zu machen.

Es wurde nun festgestellt, daß die Ehyolithgläser, zum Beispiel Tuff, Pumizit, Bimsstein, Bimstuff beziehungsweise Pechstein, den obigen Anforderungen voll entsprechen. Von den als Beispiele aufgezählten Rhyolithgläsern sind bestimmte natürliche Pumizitgesteine, die in vulkanologisch und bezüglich des Ursprunges gut definierten Lagerstätten (in Ungarn zum Beispiel im Tokaj-Gebirge) vorkommen, ausgezeichnet geeignet. Diese lockeren zerbröckelnden Gesteine, die mit einfachen Baggern oder Löffelbaggern unmittelbar abgebaut werden können, enthalten bereits im natürlichen Zustand die gewünschte Fraktion der Korngröße von 0,3 bis 3_T0 mm zu etwa 30 bis 50 Gew.-% und diese Fraktion kann von den restlichen Fraktionen durch einfaches Trockensieben leicht abgetrennt werden.

Es wurde jedoch festgestellt, daß Rhyolithgläser, die im natürlichen Zustand mehr als 4 Gew.-% kolloidal gebundenes

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Wasser enthalten, zum Beispiel Tuffe (für Pumizit liegt der Wert "bei etwa 6 bis 7 Gew.-%), unter den zum Blähen von Perlit angewandten Bedingungen überhaupt nicht oder nur in sehr geringem Maße gebläht werden können. Dadurch sind diese Gesteine zur technischen beziehungsweise industriellen Herstellung von Produkten von geringem Schüttgewicht nicht geeignet. Diese Erscheinung ist darauf zurückzuführen, daß die verhältnismäßig große Menge des gebundenen Wassers bei der schnellen Wärmebehandlung das Gestein lockert, sich dadurch ein grobes Porensystem ausbildet und das "wirksame" V/asser, welches auch im pyroplastischen Zustand noch im Gestein enthalten ist, durch die groben Poren hindurch entweicht, ohne eine blähende Wirkung auszuüben.

Bei mit Rhyolithgläsern durchgeführten Dehydratationsversuchen wurde festgestellt, daß das Gestein mittels eines spezifischen Dehydratationsverfahre η s , das aus einer bei einer bestimmten Temperatur eine bestimmte Zeit durchgeführten Wärmebehandlung besteht, in einen Hydratzustand, der die Blähung des Gesteines ermöglicht, überführt werden kann. Beim Blähen der der spezifischen Wärmebehandlung unterworfenen Rhyolithgläser wird ein Produkt von ausgezeichneter Qualität erhalten. Dies ist auf alle Rhyolithgläser, welche im natürlichen Zustand mehr Wasser als die dem verfahrenstechnischen beziehungsweise technologischen Optimum entsprechende Wassermenge enthalten, anwendbar. Zu diesen Gesteinen gehören zum Beispiel der Pumizit, der Tuff, der Bimstuff, der Bimsstein und der Pechstein sowie ferner der mehr als 4 Gew.-% natürliches Wasser enthaltende und daher mit den bisher bekannten Verfahren nicht blähbare und somit qualitativ schlechtere Perlit.

Gegenstand der Erfindung sind daher geblähte Produkte, welche' dadurch gekennzeichnet sind, daß sie aus Rhyolithgläsern,

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die im natürlichen Zustand mindestens 4 Gew.-% V/asser enthalten, bestehen. Diese geblähten Rhyoiithgläser sind neue wertvolle Materialien für die Technik beziehungsweise Industrie.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen geblähten Produkte, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß Fraktionen von im natürlichen Zustand mindestens 4 Gew.-% Wasser enthaltenden Hhyolithgläsern mit Teilchengrößen von 0,3 bis 3,0 mm bei«220 bis 400 0 mindestens 1 Stunde lang bis zur Erreichung eines Restwassergehaltes von 1 bis 4· Gew.-% wärmebehandelt werden und anschließend das erhaltene partiell dehydratisierte Produkt in an sich bekannter Weise bei 800 bis 1 30O⁰C gebläht wird.

Vorzugsweise wird die Wärmebehandlung des Rhyolithglases in der ersten Stufe bei 270 bis 400⁰C durchgeführt.

Es ist auch bevorzugt, die Wärmebehandlung des Rhyolithglases in der ersten Stufe bis zur Erreichung eines Restwassergehaltes von 1,5 bis 3 Gew.-% durchzuführen.

Der Zusammenhang zwischen dem Wassergehalt der Rhyolithgläser und ihrer Blähbarkeit wurde an Pumizitproben mit verschiedenen Wassergehalten imtn-rsvicht. Die Blähbarkeit der Gesteinsproben wurde dur·. ■ oei 1 000, 1 100 und 1 200 C durchgeführte 10 bis 30 Sekunden lang dauernde Wärmebehandlung (Verfahren nach Toth, Epitoanyag 1972, Nummer 7 und Tonindustrie Zeitung 1972, Nummer 6) ermittelt. Die Ergebnisse der Untersuchungen sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt. Die Blähbarkeit der Gesteine ist durch das Schüttgewicht des geblähten Produktes ausgedrückt.

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Tabelle

Zusammenhang zwischen dem Wassergehalt des Pumizites und seiner Blähbarkeit (dem Schüttgewicht des geblähten Produktes) bei verschiedenen

Blähtemperaturen

Wassergehalt in Gew.-%	Sch bei ein 1 000⁰C	üttgewicht in er Blähtemperi 1 100⁰C	g/l itur von 1 200⁰C	190
6,7	680	520	400	100
5,2	490	430 I 330 I
3,7	250	210
2,0 j 140	70

Aus den Angaben der obigen Tabelle geht hervor, daß zur Erreichung eines entsprechenden Blähvermögens der Wassergehalt der Probe unter 4 Gew.-% gesenkt werden muß und daß optimale Ergebnisse bei Proben mit einem Wassergehalt von etwa 2 Gew.-% erreicht werden. Dies gilt nicht nur für den Pumizit, sondern auch für andere Rhyolithgläser.

Der Gewichtsverlust einer anfänglich 6,6 Gew.-% Wasser enthaltenden Pumizitprobe (die chemische Zusammensetzung ist im weiter unten folgenden Beispiel 1 angegeben) als Funktion der Dehydratationsdauer ist für verschiedene Temperaturen in der beiliegenden Figur 1 dargestellt (Abszisse: Gewichtsverlust durch die Dehydratation (in Gew.-%J, Ordinate: Dehydratationsdauer ^in Stunden]). Die beiliegende Figur 2 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Restwassergehalt und der

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Blähbarkeit der Probe (Abszisse:.· [das Blähen hervorrufender]] Restwassergehalt [in Gew.-%j , Ordinate: theoretische Expansionszahl L^z _ej)· ^ie iⁿ d.er Figur 2 dargestellte Kurve wurde bei einer Temperatur von 1 150⁰C und einer Blähdauer von 10 Sekunden aufgenommen. Die theoretische Blähzahl Z wurde in bekannter Weise bestimmt (Tonindustrie Zeitung 1972, Nummer 6).

Bei einem Vergleich der Figuren 1 und 2 ist festzustellen, daß das Höchstblähvermögen bei etwa 2 Gew.-% Wasser enthaltenden Proben erreicht wird, aber auch die 1 bis 4 Gew.-%, vorzugsweise 1,5 bis 3 Gew.-%, Wasser enthaltenden Proben gute Bläheigenschaften haben. Die den angegebenen Grenzen des Wassergehaltes zugehörigen Trockentemperaturen betragen 220 bis 400⁰C, vorzugsweise 270 bis 400 G (siehe Figur 1). Dies gilt mit geringen Abweichungen für alle Rhyolithgläser.

Der Begriff "Restwassergehalt" bezieht sich auf den tatsächlichen Wassergehalt der einzelnen Teilchen, nicht auf den durchschnittlichen Wassergehalt des gesamten'Materiales. Die erste Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Dehydratation, muß daher unter sorgfältig gesteuerten Bedingungen bei schwachem Wärmeaustausch erfolgen, damit ein zu starkes Austrocknen einzelner Teile des Materiales vermieden wird. Diese Bedingungen können zum Beispiel mit elektrisch beheizten, öl- oder gasbeheizten Drehtrommeltrocknern, Ultrarottunnels oder sonstigen schonende Bedingungen gewährleistenden Vorrichtungen, deren Betriebstemperatur bei 220 bis 400⁰C liegt, erreicht werden.

Wie bereits erwähnt nimmt die erste Stufe der Wärembehandlung, die partielle Dehydratation, mindestens 1 Stunde in Anspruch. Die Dehydratationsdauer hängt vom Anfangswassergehalt der -Probe, dem gewünschten Dehydratationsgrad und der Trockentemperatur ab.. Proben mit höherem Wassergehalt erfordern eine längere Wärmebehandlung und die.Zeitdauer der Wärmebehandlung

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ist der Trockentemperatur umgekehrt proportional.

Das getrocknete partiell dehydratisierte Material wird anschließend wie bereits erwähnt nach üblichen Verfahrensweisen bei 800 bis 1 300⁰C gebläht* Vorzugsweise wird das Blähen bis 30 Sekunden lang durchgeführt« Diese Behandlung kann zum Beispiel in unbeweglichen Öfen oder in Drehrohröfen durchgeführt werden»

Die wichtigsten Vorteile der Erfindung sind wie folgt:

a) Die Rohstoffe kommen im Gegensatz zum Perlit besonderer Qualität in großen Mengen und in homogener Qualität vor und können durch die einfachsten Abbauverfahren gefördert werden. Dies bedeutet, daß die Rhyolithgläser die am wenigsten aufwendige und am leichtesten zugängliche Rohstoffbasis für die Herstellung körniger geblähter Produkte bilden» Die Einführung der Rhyolithgläser in die Herstellung körniger geblähter Produkte bereichert die Mineralrohstoffmengen vom Perlittyp um mehrere hundert Millionen Tonnen.

b) Da der natürliche Rhyolithtuff die gewünschte Kornfraktion (0,3 bis 3,0 mm) bereits im grubenfrischen Zustand zu 30 bis 50% enthält und die größeren Teilchen sehr leicht gemahlen werden können, ist die Vorbehandlung dieser Minerale sehr einfach.

c) Spezifisches Gewicht, Eigenfestigkeit und Porosität der geblähten Rhyolithgläser sind mit den entsprechenden Werten des Perlites von gleichem Schüttgewicht identisch. Da die Rhyolithgläser im Vergleich zum Perlit eine

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viel gröbere Teilchenstruktur haben und beim Blähen wesentlich weniger zum Zerspringen neigen, ■ kann aus Rhyolithgläsern die technisch beziehungsweise industriell wertvolle grobkörnige Fraktion in wesentlich größerer Ausbeute hergestellt werden, als dies beim Perlit der Fall ist. So können aus billigeren Rohstoffen wertvollere Produkte hergestellt werden.

Die Erfindung wird an Hand der folgenden nicht als Beschränkung aufzufassenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Als Ausgangsstoff wurde natürlicher Pumizit (Abbauort: Bodrogszeg, Ungarn) der folgenden analytischen Zusammensetzung verwendet:

H₂O (Glühverlust) 6,63 Gew.-%

SiO₂ 72,57 Gew.-%

Al₂O₃ 11,90 Gew.-%

Fe₂O₃ . 0,79 Gew.-%

FeO 0,39 Gew.-%

TiO₂ 0,10 Gew.-%

MnO · 0,13 Gew.-%

CaO ■ 1,08 Gew.-%

MgO 0,32 Gew.-%

Na₂O 1,21 Gew.-%

K₂O 4,84 Gew.-%

SO₃ ' 0,10 Gew.-%

(Die Analysendaten beziehen sich auf bei 105°C bis zur Gewichtskonstan.z getrocknetes Material).

Mineralogisch gesehen war das Material röntgenamorph.

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Das mit einem Löffelbagger im Tagebau geförderte Material hatte die folgende Korngrößenverteilung:

unter 0,5 mm

0,5 bis 3,0 mm 24,6%

3,0 bis 5,0 mm " 5,1%

5,0 bis 7,0 mm 4,4% '

7,0 bis 10,0 mm 3,4%

10,0 bis 15,0 mm 2,5%

über 15 mm .'■■>%

Die Fraktion mit Korngrößen von 0,3 bis 3,0 mm wurde durch Trockensieben vom geförderten Gestein abgetrennt. Die so erhaltene Probe wurde in einem Drehtrommeltrockner 1,5 Stunden lang bei 375°C getrocknet. Es wurde ein Material mit einem Restwassergehalt von 2 Gew.-% erhalten. Dieses Material wurde abgekühlt und in einem Drehrohrofen bei 1 150⁰C 10 Sekunden lang gebläht. Das erhaltene geblähte Produkt hatte folgende Parameter:

Schüttgewicht: 100 g/l.

Korngrößenverteilung: d unter 0,5 mm = 10%

d über 0,5 mm = 90%.

Kennzahl für das Zerspringen (nach Toth QDonindustrie Zeitung 1972jNo. 6J bestimmt): A₁ - 34,7.

Eigenfestigkeit.(nach der modifizierten Brouck-Methode Ν. of the American Concrete Institute 1954, 859-860] gemessen): 4,16 kg/cm .

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Beispiel 2

Es wurde die Fraktion mit Korngrößen "von 0,3 bis 3,0 mm eines Rohmateriales ähnlicher Zusammensetzung wie die des im Beispiel 1 verwendeten (Abbauort: Tarcal, Ungarn) in einem Ultrarottunnel 1,5 Stunden lang bei 375°C getrocknet. Das erhaltene partiell dehydratisierte Material hatte einen Restwassergehalt von 2% und wurde unmittelbar in einem Wirbelschichttrockner 10 Sekunden lang bei 1 150°C gebläht. Das geblähte Produkt hatte folgende Parameter:

Schüttgewicht; 70 g/l.

Korngrößenverteilung: d unter 0,5 mm = 5%

d über 0,5 mm = 95%.

Kennzahl für das Zerspringen (nach Toth {Tonindustrie Zeitung 1972,1To. 6J bestimmt): Α_χ = 24,6.

Eigenfestigkeit (nach der modifizierten Brouck-Methode [j. of the American Concrete Institute 1954·, 859-86θ1 gerne s s en ) : 3«4-5 kg/cm .

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

i.) Geblähte Produkte, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Rhyolithgläsern, die im natürlichen Zustand mindestens 4 Gew.-% Wasser - enthalten, bestehen.
2.) Verfahren zur Herstellung der geblähten Produkt© nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Fraktionen von im natürlichen Zustand .mindestens 4 Gew.—% Wasser enthaltenden Rhyolithgläsern mit leilehengroßen von 0,3 bis 3,0 mm bei 220 bis 400⁰C mindestens 1 Stunde lang bis zur Erreichung eines Restwassergehaltes von 1 bis 4 Gew.-% wärmebehandelt und anschließend das erhaltene partiell dehydratisierte Produkt in an sich bekannter Weise bei 800 bis 1 300⁰C bläht.
3.) Verfahren ■-"· Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet., daß man die Waxing üe-handlung des Rhyolithglases in der ersten Stufe bei 270 bis 400⁰C durchführt.
4.) Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Wärmebehandlung des Rhyolithglases in der. ersten Stufe bis zur Erreichung eines Restwassergehaltes von 1,5 bis 3 Gew.-% durchführt.

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