DE2453552C3

DE2453552C3 - Geblähtes Material aus Rhyolithgläsern und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2453552C3
Application number: DE2453552A
Authority: DE
Inventors: Kalman Dr. Toth; Gyula Dr. Varju
Original assignee: SZILIKATIPARI KOEZPONTI KUTATO ES TERVEZOE INTEZET BUDAPEST
Current assignee: SZILIKATIPARI KOEZPONTI KUTATO ES TERVEZOE INTEZET BUDAPEST
Priority date: 1973-11-19
Filing date: 1974-11-12
Publication date: 1978-11-30
Also published as: ATA895774A; US3986883A; ES432037A1; AT364639B; DE2453552A1; HU166309B; IT1024851B; DE2453552B2; CS178832B2

Description

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Die Erfindung betrifft ein geblähtes Material aus Rhyolithgläsern und ein Verfahren zur Herstellung von geblähten Materialien aus Rhyolithgläsern, zum Beispiel Tuff, Bimsstein, Pumizit Bimstuff beziehungsweise Pechstein, mit mindestens 4 Gew.-% kolloidal-dispers gebundenem Wasser.

Von den zur Herstellung von geräusch- und wärmeisolierenden Materialien verwendeten porösen leichten Zusatzstoffen ist 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 1250° C erhitzt wird. Ein Teil des beim Erhitzen frei werdenden 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 Schüttgewicht 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, denn es kann nur in streng selektivem Abbau unter Förderung großer Mengen von 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 zerfällt, indem 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% (Poljukowskaja-Sergejew-Tschemowa: Vspicsensij perlit zapolnjitelj Ijogkij betonow, Moskau, 1971). Der größeren Verbreitung des Perlits in der Landwirtschaft und mehreren Zweigen der Bauindustrie stand auch sein verhältnismäßig hoher Preis hindernd im Wege.

Aufgabe der Erfindung ist es, den natürlichen Perlit und den daraus bisher hergestellten geblähten Perlit durch sich vom Perlit wesentlich unterscheidende Gesteine vulkanischen Ursprungs zu ersetzen, 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 ist das zu blähende Material unter teilweiser oder vollständiger Vermeidung des Mahlens einfach herzustellen, sie haben weniger Neigung zum Zerspringen und ermöglichen daher höhere Ausbeuten an Endprodukt von höherer Teilchengröße, und schließlich ist mit ihnen ein wesentlich geringerer Kostenaufwand verbunden als mit dem bisher hergestellten geblähten Perlit

Es wurde nun festgestellt, daß die Rhyolithgläser, 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 3,0 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, Rhyolithgläser, die im natürlichen Zustand mehr als 4 Gew.-% kolloidal gebundenes 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 beziehungweise 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« Wasser, 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 Dehydratationsverfahrens, 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 ausge-

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zeichneter 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 ist daher ein geblähtes Material, weiches dadurch gekennzeichnet ist, daß es aus Rhyolithgläsern mit mindestens 4 Gew.-% kolloidaldispers gebundenem Wasser hergestellt ist und einen Restwassergehalt unter 4 Gew.-% aufweist Diese geblähten Rhyolithgläser sind neue wertvolle Materialien für die Technik beziehungsweise Industrie.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen geblähten Materials, welches dadurch gekennzeichnet ist, d^ß Fraktionen von im natürlichen Zustand mindestens 4 Gew.-% Wasser enthaltenden Rhyolithgläsern mit Teilchengrößen von 0,3 bis 3,0 mm bei 220 bis 400° C 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 1300⁰C gebläht wird.

Vorzugsweise wird die Wärmebehandlung des Rhyolithglases in der ersten Stufe bei 270 bis 400° C durchgeführt

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

Der Zusammenhang zwischen dem Wassergehalt der Rhyolithgläser und ihrer Blähbarkeit wurde an Pumizitproben mit verschiedenen Wassergehalten untersucht. Die Blähbarkeit der Gesteinsproben wurde durch eine bei 1000, 1100 und 1200° C durchgeführte 10 bis 30 Sekunden lang dauernde Wärmebehandlung (Verfahren nach Toth, Epitöanyag 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.

Tabelle

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

Wassergehalt	Schüttgewicht in	g/l bei einer	Bläh-
in Gew.-%	temperatur von
	1000°C	1100°C	1200°C
6,7	680	520	400
5,2	490	430	330
3,7	250	210	190
2.0	140	70	100

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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.-°/o Wasser enthaltenden Pumizitprobe (die chemische Zusammensetzung ist im weiter unten folgenden Beispiel 1 angegeben) als Funktion der Dehydratationsdauer ist für verschiedene Temperaturen in der F i g. 1 dargestellt [Abszisse: Gewichtsverlust durch die Dehydratation (in Gew.-°/o), Ordinate: Dehydratationsdauer (in Stunden)]. Die Fig.2 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Restwassergehalt und der Blähbarkeit der Probe [Abszisse: (das Blähen hervorrufender) Restwassergehalt (in Gew.-°/o), Ordinate: theoretische Expansionszahl (Z_e)J. Die in der Fig.2 dargestellte Kurve wurde bei einer Temperatur von 1150⁰C und einer Blähdauer von 10 Sekunden aufgenommen. Die theoretische Blähzahl Z_c wurde in bekannter Weise bestimmt (Tonindustrie Zeitung 1972, Nummer 6).

Bei einem Vergleich der F i g. 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 400°C, vorzugsweise 270 bis 400°C (s. Fig. 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 Materials. 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 Materials vermieden wird. Diese Bedingungen können zum Beispiel mit elektrisch beheizten, öl- oder gasbeheizten Drehtrommeltrocknern, LJltrarottunnels oder sonstigen schonenden Bedingungen gewährleistenden Vorrichtungen, deren Betriebstemperatur bei 220 bis 400° C liegt erreicht werden.

Wie bereits erwähnt, nimmt die erste Stufe der Wärmebehandlung, 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 ist der Trockentemperatur umgekehrt proportional.

Das getrocknete partiell dehydratisierte Material wird anschließend wie bereits erwähnt nach üblichen Verfahrensweisen bei 800 bis 1300° C gebläht. Vorzugsweise wird das Blähen 1 bis 30 Sekunden lang durchgeführt. Diese Behandlung kann zum Beispiel in unbeweglichen öfen oder in Drehrohrofen 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 gefordert werden. Dies bedeutet, daß die Rhyolithgläser die am wenigsten aufwendige und am leichtesten zugängli-

ehe 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 Periits von gleichem Schütigewicht identisch. Da die Rhyolithgläser im Vergleich zum Perlit eine 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:

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

H₂O (Glühverlust)	6,63 Gew.-%
SiO₂	72,57 Gew.-%
Al₂O₃	ll,90Gew.-%
Fe₂O₃	0,79 Gew.-%
FeO	0,39 Gew.-%
TiO₂	0,10Gew.-%
MnO	0,13Gew.-%
CaO	l,08Gew.-%
MgO	0,32 Gew.-%
Na₂O	Ul Gew.-%
K₂O	4,84 Gew.-%
SO₃	0,10Gew.-%

unter 0,5 mm
0,5 bis 3,0 mm
3,0 bis 5,0 mm
5,0 bis 7,0 mm
7,0 bis 10,0 mm
10,0 bis 15,0 mm
über 15 mm

54,4% 24,6% 5,1% 4,4% 3,4% 2,5% 5,6%

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

Mineralogisch gesehen war das Material röntgenamorph.

Die Fraktion mit Korngrößen von 0,3 bis 3,0 mrr wurde durch Trockensieben vom geförderten Gestein abgetrennt. Die so erhaltene Probe wurde in einem DrehffiGrnentirockner 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 1150°C Sekunden lang gebläht. Das erhaltene geblähte Material hatte folgende Parameter:

Schüttgewicht: 100 g/l.

Korngrößenverteilung: c/unterO,5 mm = 10%, i/über 0,5 mm = 90%.

Kennzahl für das Zerspringen (nach TotIi

[Tonindustrie Zeitung 1972, Nr. 6] bestimmt): Ai = 34,7.

Eigenfestigkeit (nach der modifizierten Brouck-Methode [J. of the American Concrete Institute 1954,859 - 860] gemessen): 4,16 kg/cm².

Beispiel 2

Es wurde die Fraktion mit Korngrößen von 0,3 bi< 3,0 mm eines Rohmaterials ähnlicher Zusammensetzung wie die des im Beispiel 1 verwendeten (Abbauort Tarcal, Ungarn) in einem Ultrarottunnel 1,5 Stunder lang bei 375° C getrocknet. Das erhaltene partiel dehydratisierte Material hatte einen Restwassergehal· von 2% und wurde unmittelbar in einem Wirbelschicht trockner 10 Sekunden lang bei 1150⁰C gebläht. Da: geblähte Material hatte folgende Parameter:

Schüttgewicht: 70 g/l.

Korngrößenverteilung: c/unter 0,5 mm = 5%; c/überO,5mm = 95%.

Kennzahl für das Zerspringen (nach To ti [Tonindustrie Zeitung 1972, Nr. 6] bestimmt): Ai = 24,6.

Eigenfestigkeit (nach der modifizierten Brouck Methode [J. of the American Concrete Institut« 1954,859 - 860] gemessen): 3,45 kg/cm².

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Geblähtes Material, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Rhyolitbgläsern mit mindestens 4 Gew.-% kolloidal-dispers gebundenem Wasser hergestellt ist und einen Restwassergehalt unter4Gew.-% aufweist

2. Verfahren zur Herstellung des geblähten Materials nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ι ο daß man Fraktionen von im natürlichen Zustand mindestens 4 Gew.-% Wasser enthaltenden Rhyolithgläsern mit Teilchengrößen von 0,3 bis 3,0 mm bei 220 bis 400° C 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 1300⁰C bläht

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Wärmebehandlung des 2U 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