DE2542710B2

DE2542710B2 - Verfahren zur Verbesserung der Druckfestigkeit von gebrannten Tonwaren

Info

Publication number: DE2542710B2
Application number: DE19752542710
Authority: DE
Inventors: Hans 5500 Trier Jaklin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-09-25
Filing date: 1975-09-25
Publication date: 1979-07-05
Also published as: AT363379B; ES450981A1; CH605462A5; DK154134C; NL184107B; GB1496103A; DK431476A; NL184107C; FR2325618B1; NL7610546A; DE2542710A1; ATA710476A; IT1066326B; DK154134B; BE846105A; DE2542710C3; FR2325618A1; LU75868A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Druckfestigkeit von Tonwaren, insbesondere Irdengut oder Tongut mit porösen Scherben wie Ziegel und Klinker, Töpferwaren einschließlich Terrakotta, Fayencen, Majolika, Ofenkacheln und Feuertonwaren, sowie Steingut, Sintergut oder Tonzeug mit dichten Scherben wie Kanalisationssteinzeug, Spaltplatten oder Bodenfliesen (siehe Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, 17. Band, Stichwort Tonindustrie). Die genannten verschiedenen keramischen Erzeugnisse auf Basis von Ton benötigten Rohstoffe, die hinsichtlich Korngröße, Schwindung und Plastizität der feuchten in Massen bestimmten Anforderungen genügen müssen. Die Ziegelerden und Tone müssen sich nach Mineralinhalt, Kornaufbau und Struktur rationell verarbeiten lassen. Wegen ungünstiger Zusammensetzung der Tonminerale oder des Gehalts von Verunreinigungen ■·>> eignen sich viele Vorkommen von Ziegelerden und Tonen nicht als Rohstoffe bestimmter Tonwaren, beispielsweise nicht als Klinkertone oder Steinzeugtone.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß ^r>o Tone und Lehm minderer Qualität als Rohstoffe für die Herstellung von insbesondere Ziegelklinker, Kacheln oder Tonrohren mit verbesserter Druckfestigkeit verwendet werden können, wenn man in die Rohmasse mindestens 0,05 Gew.-% gefällte aktive Kieselsäuren v. oder gefällte aktive Silikate des Magnesiums, Calciums, Bariums oder Aluminiums mit einer spezifischen Oberfläche über 15m²/g, gemessen nach BET, bis zur gleichmäßigen Verteilung einarbeitet.

Bei den üblichen als Rohstoff ohne weiteres m> geeigneten Rohstoffen, insbesondere Tonmineralen, bewirkt der erfindungsgemäße Zusatz der gefällten aktiven Kieselsäuren oder gefällten aktiven Silikate eine ganz überraschende Erhöhung der Druckfestigkeit der gebrannten keramischen Erzeugnisse. Bereits mit μ Zusätzen in der Größenordnung von 0,5 bis I Gew.-% lälit sich bei sonst gleicher Zusammensetzung der Rohmasse und identischen Bedingungen der Aufbereitung, der Formgebung und des Brennens eine Verdoppelung der Druckfestigkeit der gebrannten Erzeugnisse erreichen. Bestimmte angestrebte Druckfestigkeiten können mit niedrigeren Brenntemperaturen oder kürzeren Brennzeiten erzielt werden.

Dementsprechend kann an Tonmasse gespart werden, beispielsweise kann bei Tonrohren die Wandstärke etwa um die Hälfte reduziert werden. Das ermöglicht einen besseren Durchbrand und damit eine weitere Erhöhung der Festigkeit in der Praxis. Gleiche Festigkeiten von Steinzeugartikeln lassen sich also bei halbem Gewicht und entsprechender Rohstoffeinsparung verwirklichen.

Es ist bekannt, keramischen Massen Kieselsäure in Form von Quarz oder Quarzit zuzusetzen, der auch sehr fein gemahlen sein kann, ohne daß auch nur annähernd vergleichbare Ergebnisse wie durch den erfindungsgemäßen Zusatz der gefällten aktiven Kieselsäuren oder Silikate erreicht werden.

unter gefällter aktiver Kieselsäure bzw. gefällten aktiven Silikaten werden gemäß der Erfindung folgende Stoffgruppen verstanden:

I. Aus Wasserglas mit Säuren oder sauren Salzen gefällte aktive Kieselsäuren, sogenannte Füllstoffe, mit BET-Oberflächen über 15 m²/g, insbesondere über30m²/g.

II. Aus gefällter aktiver Kieselsäure gewonnene Hydrogele und die daraus durch Trocknung unter Erhaltung des Hydratcharakters erhaltene Kieselsäurexerogele mit BET-Oberflächen über 15m²/g, insbesondere über 30 m²/g, in der Regel mit mehreren 100 m²/g.

III. Aus Wasserglas und den entsprechenden Metallsalzen und eventuell Mineralsäuren gefällte aktive Silikate des Magnesiums, Calciums, Bariums oder Aluminiums oder von Mischungen dieser Metalle mit BET-Oberflächen über 15 m²/g, vorzugsweise über 30 mVg, in Form ihrer Hydrogele oder Xerogele. Die Fällung der Silikate kann z. B. mit CaCI₂ allein oder mit CaCl₂ und HCI erfolgen. Andere Systeme der Praxis sind AIj(SO₄)J und H₂SO₄.

Die vorstehend und im folgenden verwendete BET-Methode zur Oberflächenbestimmung durch Berechnung der Monoschichtkapazität von Brunauer, E m m e t und T e 11 e r ist u. a. in Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, Band 11/1, Seite 758/59 beschrieben. Die Wirkung des erfipH.ungsgemäßen Zusatzes der gefällten aktiven Kieselsäuren oder gefä'lten aktiven Silikate zeigt sich bereits in der Größenordnung "on 0,05 Gew.-%, bezogen auf die Trockensubstanz der Rohmasse.

Vorzugsweise beträgt der Zusatz etwa 0,05-3 Gew.-%. Während sich, wie im einzelnen aus den folgenden Beispielen ersichtlich, durch einen Zusatz von 0,5 Gew.-°/o gegenüber der Blindprobe noch eine IOO°/oige Steigerung der Druckfestigkeit erzielen läßt, beträgt sie bei Zugabe von weiteren 0,5 Gcw.-%, d. h. insgesamt 1 Gew.-%, nur noch 33%. Die Druckfestigkeit liegt bei Zugabe von 1,5 Gew.-% eines Silikats verglichen mit dem Zusatz von I Gew.-% dann nur noch utn 12% höher, d.h. der Effekt wird mit höheren Zusätzen ständig geringer. Höhere Zusätze als 3%, beispielsweise von 5 oder 10% sind in Ausnahmefällen möglich, bringen in der Regel aber keine Vorteile und sind wirtschaftlich kaum vertretbar. Der Fachmann wird also jeweils die im Hinblick auf die Bearbeitbarkeit, die Brennbedingungen und die Gebrauchseigenschaften des

fertigen Tonerzeugnisses optimale Menge des zuzusetzenden gefällten aktiven Silikats bzw. der gefällten aktiven Kieselsaure wählen. Bei den Kieselsäuresolen stellt der SiOrGehalt die Berechnungsbasis dar. Von einem SoI mit einem SiOrGehalt von 10 Gew.-% sind demzufolge 0,05 χ 10 = 0,5 Gew.-% als Mindestmenge zuzusetzen.

Die erwähnten gefällten aktiven Kieselsäuren oder gefällten aktiven Silikate müssen bis zur gleichmäßigen Verteilung in die Rohmasse eingearbeitet werden. Wenn sie in Form ihrer Sole oder wäßrigen Suspension zugemischt werden, geschieht das zweckmäßig bei der Zugabe des Wassers zu den Rohstoffen, d.h. beim Walken zur Homogenisierung und Plastifizierung der Massen. Die Produkte der Gruppen I und HI sind üblicherweise so feinteilig und die Kornfestigkeit ist so gering, daß beim Walkvorgang ein Kornabbau bis in den Millimikronbereich erfolgt Dies gilt auch für Hydrogele der Gruppe II. Kieselsäurexerogele (II) sind nur ausreichend wirksam, wenn sie auch eine feine Sekundärstruktur haben und so fein vermählen sind, daß mindestens 75% der Sekundärteilchen kleiner als 40 μιτι, vorzugsweise kleiner als 20μπι sind. Sofern sie als Pulver vorliegen, können die gefällten aktiven Kieselsäuren und gefällten aktiven Silikate außer als Suspension auch trocken zudosiert werden, wobei sie am besten schon mit den trockenen Rohstoffen, d. h. mit dem Ton und den Zuschlägen innig vermischt und unter Wasserzusatz plastifiziert werden. In allen Fällen kann, wie an sich bekannt, fj'c feuchte Masse gelagert werden, um die Plastizität zu verbessern. Die feuchte Masse kann dann in üblicher Weise, ggf. venlüssigt, verformt, getrocknet und gebrannt werden, wobei man beim Brennen aus den eingangs genannten Gründen in der Regel mit geringeren Temperaturen auskommt, als sie sonst zur Herstellung von Tonwaren der gleichen Qualität erforderlich sind.

Anhand der Beispiele sei die Erfindung näher beschrieben: Die zur Prüfung verwendeten Tone wurden durch ein Kontrollsieb auf Beimengungen geprüft und von gelegentlichen Einschlüssen befreit. Die Tone bestanden zu 60 bis 70% aus reiner abschlämmbarer Tonsubstanz, deren Feinheit unter 0,063 mm lag.

30 bis 40% des übrigen Anteils der Rohmischung bestand aus keramischer Substanz (Schamotte). Nach dem Sieben wurde der Ton bei den folgenden Beispielen 1 und 2 mit der feinpulverigen Kieselsäure bzw. dem aktiven Silikat innig vermischt, mit Wasser angefeuchtet und ausgiebig gewalkt. Im Fall des Beispiels 3 wurde das Kieselsäuresol mit dem Anfeuchtewasser zugesetzt. Von dem so vorbereiteten Ton wurden Prüfkörper mit den Abmessungen 4x4χ 16cm hergestellt, diese getrocknet und anschließend irn Ofen innerhalb von 2 h auf die angegebene Brenntemperatur gebracht und 3 h bei konstanter Temperatur gebrannt Alle Proben einschließlich der Nullprobe wurden in der gleichen Weise aufbereitet, verformt, getrocknet und gebrannt Nach dem Abkühlen wurden die Probekörper 3 Tage im normalklimatisierten Raum zur Aufnahme der Luftfeuchtigkeit gelagert, zum Ausgleich der Tragflächen für Druckfestigkeitsprüfungen mit einer hauchdünnen Kunststoffschicht abgeglichen und anschließend wurden die Druckfestigkeiten auf einer Prüfmaschine der

Güteklasse I nach DIN 1048 ermittelt Beispiel 1 Rohstoff: 60% Ton und 40% Schamotte.

Zusatz von 0,05 bis 3 Gew.-% eines Mg-Al-Silikats mit einer Oberfläche nach BET von 80 mVg. Die Teilchengröße lag zu 98% unter 40 ujn. Die Brenntemperatur betrug 900° C (siehe Tabelle).

Beispiel 2

;o Wie Beispiel 1, aber 1JOO⁰C Brenntemperatur.
Beispiel 3

Rohstoff: 70% Ton plus 30% Schamotte. Zugabe von gefällter aktiver Kieselsäure in Mengen von 0,05 bis 2,5 .!5 Gew.-% als Kieselsäuresol (130 mVg nach BET), 950⁰C Brenntemperatur.

Die in der folgenden Tabelle für die angegebenen Rohstoffe und Temperaturen in Abhängigkeit von der zugesetzten Menge der gefällten aktiven Kieselsäure ») bzw. des gefällten aktiven Silikats festgestellten Druckfestigkeiten sind jeweils Mittelwerte aus 5 Probekörpern. Die Festigkeitswerte innerhalb einer Serie schwankten nur um ±5%.

Zusatz	Druckfestigkeiten, kg/cm²	Beispiel 2	Beispiel 3
	Beispiel I	Ton AIlOOC	Ton B950C
Gew.-%	Ton A 900 C	280	206
0,00	160	310	218
0,05	184	328	240
0,1	204	380	279
0,2	237	436	316
0,4	285	472	360
0,6	331	490	378
0,8	367	506	406
1,0	396	540	460
1,5	456	571	498
2,0	499	603	542
3,0	-

Die Tabelle zeigt deutlich die Verdoppelung der Festigkeitswerte gegenüber der Blindprobe bei Zusätzen von 0,5,1,5 bzw. 1 Gew.-%.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verbesserung der Druckfestigkeit von gebrannten Tonwaren, dadurch gekennzeichnet, daß man in die Rohmasse mindestens 0,05 Gew.-% gefällte aktive Kieselsäuren oder gefällte aktive Silikate des Magnesiums, Calciums, Bariums oder Aluminiums mit einer spezifischen Oberfläche über 15 m²/g, gemessen nach BET, bis zur gleichmäßigen Verteilung einarbeitet

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz der Kieselsäure oder Silikate 0,05 bis 3 Gew.-% beträgt

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kieselsäure und Silikate als trockenes feines Pulver zugesetzt werden, in dem mindestens 75% der Sekundärteilchen kleiner als 40 μπι sind. 2u

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kieselsäuren oder Silikate in Form ihrer Sole oder wäßrigen Suspension zugemischt werden.

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