DE2453552C3 - Geblähtes Material aus Rhyolithgläsern und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Geblähtes Material aus Rhyolithgläsern und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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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.
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 |
25
30
35
40
50
55
60
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 (Ze)J. Die in der Fig.2 dargestellte
Kurve wurde bei einer Temperatur von 11500C und
einer Blähdauer von 10 Sekunden aufgenommen. Die theoretische Blähzahl Zc 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.
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
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.
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 (4)
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
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