DE2631481A1

DE2631481A1 - Verfahren zur herstellung von expandierbaren perlen

Info

Publication number: DE2631481A1
Application number: DE19762631481
Authority: DE
Inventors: Alfred Berger; Paul-Marie Michel; Daniel De Vos
Original assignee: Sovitec SA
Current assignee: Sovitec SA
Priority date: 1975-07-17
Filing date: 1976-07-13
Publication date: 1977-02-10
Also published as: ZA764171B; SE424310B; ES450410A1; SE7607771L; DE2631481C2; US4059423A; ES450411A1; BE843816A; NO762368L; CA1073473A; LU75378A1; IT1063190B; AU1571576A; NO143149C; AU501380B2; GB1556993A; FR2318123B1; JPS5244812A; FR2318123A1; NO143149B

Description

Priorität: C-rossbritannien vom I7. Juli 1975

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von expandierbaren Perlen, die durch Brennen in Schaumglaskörper überführbar sind, wobei ein solches Verfahren die Herstellung eines Glasgsnenges umfasst, das Glasteilchen oder Teilchen von glasbildendem Material sowie ein zell- oder schaumbildendes Mittel aufweist, die Unterteilung eines solchen Ausgangsgemenges in Anteile und die Verfestigung solcher Anteile durch Erhi.tzen und Abkühlen. Derartige

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expandierbare Perlen können unter anderem als Beschickung für einen Ofen dienen, in welchem die Perlen in einzelne geblähte Glaskörper überführt werden. Die Erfindung betrifft auch die expandierbaren Perlen, die nach diesem Verfahren hergestellt worden sind, sowie geblähte Glaskörper, die aus solchen Perlen geformt sind.

Es sind verschiedene Verfahren zur Bildung von expandierbaren glashaltigen Perlen bekannt, jedoch haben die bekannten Verfahren gewisse ihnen eigentümliche Nachteile, welche in der Praxis ibjre industrielle Anwendung begrenzen. Die bekannten Verfahren bedingen ziemlich komplizierte Arbeitsweisen zur Bildung einer Ausgangsmischung aus einem Gemisch von zerkleinertem oder gemahlenem Glas und Zeilbildungsmittel. Diese Zubereitung umfasst eine Anzahl von aufeinanderfolgenden Stufen, die recht zeitraubend sind. Im allgemeinen wird eine zusammenhängende Masse aus einem Gemisch von gemahlenem Glas und Zellbi!düngemittel gebildet, und diese Masse wird in einer Art von Briquettiermaschine oder durch Extrusion aufgeteilt, um Kügelchen oder Pellets zur Einführung in einen Ofen zu bilden, worin die Glasteilchen gesintert werden. Es ist schwierig, Kügelchen oder Pellets von gesteuerter Zusammensetzung bei zufriedenstellenden Produktionsgeschwindigkeiten zu bilden. Die Geschwindigkeit der Kugel- oder Pelletbildung kann die potentiellen Gesamtkapazitäten von Rohr- oder anderen Öfen nicht erreichen, die nach dem Prinzip des kontinuierlichen Durchsatzes arbeiten. Ein weiterer Kachteil der bekannten Arbeitsweise besteht darin, dass sie sich nicht für die Bildung von Perlen von kleinen Abmessungen, beispielsweise Perlen unter 3 mm Grosse, eignen.

Die vorliegende Erfindung soll ein Verfahren liefern, wodurch expandderbare Perlen von gesteuerter Zusammensetzung bei verhältnismässig hohen Produktionsgeschwindigkeiten

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erzeugt werden können, wobei zerkleinertes Glas als Ausgangsmaterial verwendet wird. Weiteres Ziel der Erfindung ist ein Verfahren, das leichter- und bequemer durchzuführen ist als die bekannten Verfahren, insbesondere im Hinblick auf die Herstellung und Handhabung der Ausgangsmischung.

Gemäss der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung von expandierbaren Perlen, die durch Brennen in Schaumglaskörper überführbar sind, die Zubereitung einer Ausgangsmischung, welche Glasteilchen oder Teilchen aus glasbildendem Material, sowie ein Zellbildungsmittel enthält, die Unterteilung einer solchen Ausgangsmischung in Portionen und die Verfestigung solcher Portionen durch Erhitzen und Abkühlen und ist dadurch gekennzeichnet, dass die zur Herstellung der Ausgangsmischung verwendeten Materialien ein flüssiges Medium und einen Binder umfassen, und die Ausgangsmischung als Schlicker hergestellt wird, dessen disperse Phase aus den meisten dieser Teilchen besteht oder sie zumindest einbezieht, dieser Schlicker in Tropfen unterteilt wird und die Tropfen, während sie sich in getrenntem Zustand voneinander befinden, einer gesteuerten Wärmebehandlung unterworfen werden, welche die Erhitzungsund Abkühlungsstufen umfasst, wobei diese Behandlung das Verdampfen von Flüssigkeit von den Tropfen und deren Umwandlung in selbsttragende Perlen bewirkt, worin Glas oder glasbildende Teilchen durch den Binder zusammengehalten v/erden, und die das Zellbildungsmittel oder das davon abgeleitete Gas enthalten.

Ein Verfahren gemäss der Erfindung, wie es oben definiert ist, bietet sich für hohe Produktionsgeschwindigkeiten von Perlen an. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass das zur Unterteilung in einzelne Portionen für das Erhitzen zubereitete Material ein Schlicker ist. Der Ausdruck

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"Schlicker" wird benutzt, um eine Suspension Feststoffe/ Flüssigkeit zu bezeichnen, wie dieser Ausdruck in der Keramik-Technologie benutzt wird, jedoch mit dem Vorbehalt, dass zwar Wasser das vor allem bevorzugte Material zur Bildung der kontinuierlichen Phase des Schlickers ist, jedoch, nicht notwendigerweise Wasser für eine solche Phase bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden muss. Die Verwendung eines Schlickers bedeutet ein ausgeprägtes Abweichen von den bisher bekannten und hier beschriebenen Verfahren. Eine solche Ausgangsmischung kann viel leichter hergestellt werden als diejenigen, wie sie für die Durchführung der bisher bekannten Verfahren erforderlich sind. Ein geeigneter Schlicker kann in sehr einfacher Weise hergestellt werden. Die Herstellung der Ausgangsmischung erfordert nicht eine Aufeinanderfolge von ziemlich zeitraubenden Stufen und kann in viel kürzerer Zeit durchgeführt werden. Wegen dessen physikalischer Natur kann die Zusammensetzung eines Schlickers leichter einheitlich gemacht werden als eine zusammenhängende formbare Masse. Überdies ist es viel leichter, den Schlicker in Tropfen von geeigneter Grosse zu unterteilen«, als Perlen oder Pellets zu formen. Die Tropfen können kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit gebildet werden, die diejenige weit übersteigt, mit der Pellets durch eine Pelletisiermaschine gebildet werden können.

Vorausgesetzt, dass das Bindermaterial geeignet gewählt ist, kann das Verfahren bei verhältnismässig tiefen Temperaturen durchgeführt werden. Ungleich den bekannten oben erwähnten Verfahren zur Bildung von Perlen ist das Sintern von Glasteilchen nicht notwendig»

Wie noch anhand von Beispielen ausgeführt wird, können die nech einem Verfahren gemäss der Erfindung hergestellten Perlen in einheitliche poröse oder zellhaltige Glaskörper

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durch eine herkömmliche Brennstufe überführt werden. Grosse und Form der gebrannten Körper stehen in Beziehung zu Grösse und Form der Perlen (die in diesem Fall als "grüne" Körper betrachtet werden können) und können innerhalb enger Grenzen vorbestimmt werden.

Wenn das Zeilbildungsmittel nicht seine Funktion unter Aufschäumen der Perlen während deren Bildung vollzieht, wirkt ein solches Mittel beim anschli es senden Brennen der Perlen·, wie oben erwähnt. Es ist jedoch ein Vorteil, das;: ZeIlbildungsmittel so zu wählen, dass die Zellbildung bzw. das Schäumen der Perlen während ihrer Bildung erfolgt, selbst wenn die Wärmebehandlung eine solche bei verhältnismässig tiefer Temperatur ist. Das Verfahren kann so gesteuert werden, dass die gebildeten Perlen gasgefüllte Hohlperlen von praktisch kugeliger Form sind, wobei die im wesentlichen kugeligen Schalen der Perlen aus dem Glas oder den glasbildender Teilchen, die vom Binder zusammengehalten werden, bestehen. Diese Schale kann selbst kleine gasgefüllte Zellen oder Poren enthalten. Als Alternative kann das Verfahren so gesteuert werden, dass die gebildeten Perlen nicht hohl jedoch porös oder von vielzelliger Form durch ihren ganzen Querschnitt sind. Beispiele geeigneter Verfahrensbedingungen zur Erzielung der verschiedenen Ergebnisse werden noch angegeben. Vorzugsweise enthalten die Perlen wenigstens eine geschlossene Zelle. Das in einer solchen Zelle oder in Zellen vorhandene Gas übt Druck im Inneren der Perlen während deren eventueller Brennstufe aus, selbst bevor irgendein Fluss des festen Materials des Körpers stattfindet. Demzufolge erfolgt, sobald des feste Material fliessfähig wird, eine Verlagerung dieses festen Materials nach aussen in allen Richtungen um die Zellen. Dieses Verhalten des Materials begünstigt die Erzeugung eines gebrannten Körpers mit einem hohen Verhältnis von Volumen/Gewicht.

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Die Viskosität der Suspension ist ein wichtiger Faktor zur Erzielung bester Ergebnisse bei der Durchführung der Erfindung. Die Viskosität ist natürlich in allen Fällen sehr viel geringer als die einer Beschickung, die zur Ausbildung der Perlen oder Pellets bei den bisher bekannten Verfahren verwendet wurde. Andererseits ist es bevorzugt, nicht mehr Flüssigkeit zu verwenden als notwendig ist, um die Beschickung leicht zu homogenisieren, beispielsweise durch Rühren, und leicht in Tropfen nach irgendeiner für diesen Zweck benutzten Methode unterteilen zu können.

Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung hat der Schlicker, bei der Stufe seiner Unterteilung in Tropfen eine Viskosität zwischen 200 und 100 000 cP. Es wurde gefunden, dass, solange alle anderen Dinge gleich sind, das Verfahren am vorteilhaftesten durchgeführt werden kann, wenn die Beschickung innerhalb dieses Viskositätsbereiches ist. Ein besonders bevorzugter Viskositätsbereich ist 200 bis 10 000 cP. Solche Schlicker eignen sich besonders gut zur kostengünstigen Verarbeitung.

Die Tropfen, in welche die Beschickung unterteilt wird, haben vorzugsweise einen Grössenbereich von 100 bis 3000 Mikron.

Das flüssige Medium ist vorzugsweise Wasser. Wasser wird bevorzugt, da es vollständig zufriedenstellende Eigenschaften für die beabsichtigten Zwecke hat und bei geringen Kosten leicht zur Verfügung Hteht.

Vorzugsweise ist die Beschickung, die in Tropfen unterteilt wird, ein wässriger Schlicker, und das Wasser liegt in einem Mengenanteil von weniger als 50 Gew.-^, bezogen auf das Gesamtgewicht des Schlickers,vor. Durch Beobachtung dieser

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oberen Grenze ist es möglich, eine ausreichende Verdampfung von Wasser aus den einzelnen Tropfen in sehr kurzen Heizzeiten zu erzielen. Die optimalen Anteile von Wasser liegen im Bereich von 20 bis 40 Gew.-^.

Bei bevorzugten Arbeitsweisen gemäss der Erfindung wird die Unterteilung des Schlickers in Tropfen durch Sprühen erzielt. Durch Sprühen können sehr hohe Produktions ge schwindigkeiten erreicht werden. Überdies können die Grossen der Tropfen, welche die Grossen der Perlen bestimmen oder beeinflussen, innerhalb ziemlich enger Grenzen durch geeignete Wahl der Abmessungen der Spührdüsen und/oder des Druckes, unter welchem der Schlicker zugeführt wird, gesteuert werden.

Die vollen möglichen Vorteile des neuen Verfahrens werden am besten erzielt, wenn man die Schlickertropfen in oder durch einen Ofen richtet und sie durch einen Gasstrom oder Gasströrae während der Aufheiz- und Kühlstufen getrennt hält. Es ist natürlich nicht notwendig, dass die geformten Perlen in getrenntem Zustand gehalten werden, bis sie auf Zimmertemperatur abgekühlt sind. Es reicht aus, sie getrennt zu halten, bis sie ohne gegenseitiges Haften miteinander in Kontakt kommen. Die MaXimaltemperatur^ bei welcher sie in einem Haufen zusammengehalten werden können, hängt in jedem gegebenen Fall vor allem von der Art des Binders ab.

Vorzugsweise beträgt die Temperatur bei dieser Heizstufe nicht mehr als 600⁰C. Die Beobachtung dieser Bedingung fördert die Erzielung geringer Kosten.

Nach der Erörterung der Hauptfaktoren, welche die Wahl der Verfahrensbedingungen beeinflussen, soll nun die Wahl der Bestandteile für die Beschickung erörtert werden.

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Der Schlicker, welcher die Beschickung darstellt, enthält vorzugsweise unterteilte Glasteilchen. Das Glas kann von jeder Art sein. Besonders bevorzugt wird künstliches Glas, da es von. vorbestimmter gleichmässiger Zusammensetzung ist. .· Es liegt aber auch im Bereich der Erfindung Teilchen von ;" natürlichem Glas zu verwenden, beispielsweise Basalt, Tuffstein, Strass oder Pearlit. Für kostengünstige Produktion ist es günstig, Abfallglas zu verwenden, beispielsweise Bruchglas oder Glas, das aus Ausschuss stammt oder aus den Rückständen einer Müllverbrennungsanlage. Bei gewissen empfohlenen Ausführungsweisen wird ein Glas mit hohem Siliciumdioxidgehalt, wie gewöhnliches Natrion kalkglas verwendet. Bei anderen Ausführungsformen wird ein Borsilikatglas verwendet. Diese Arten von Glas werden als bevorzugte Beispiele erwähnt.

Als Alternative oder zusätzlich zu Glasteilchen kann der Schlicker auch unterteilte Teilchen von glasbildendera Material enthalten. Beispiele von glasbildendem oder sogenanntem Gemengematerial sind diejenigen, die auf einem Gemisch von verschiedenen der folgenden Substanzen beruhen: Sand, Natriumcarbonat, Borax, Calciumcarbonat_s Dolomit, Feldspat und dergleichen, wie dies in der Glasherstellung bekannt ist. Einige Gemengeteilchen können sich in gelöstem Zustand befinden.

Der Ausdruck "Teilchen", wie er hier verwendet wird, wird ' in breitem Sinn verstanden und umfasst kleine Stücke jeder beliebiger Form, beispielsweise Glasfasern.» Allgemein ausgedrückt ist es am zweckmässigsten Glas in gepulverter Form zu verwenden,» Vorzugsweise haben die unterteilten Glasteilchen oder Glasbildnerteilchen eine maximale Grosse von 1,0 mm oder weniger. Ein sehr zufriedenstellender Grössenbereich für viele Zwecke ist 10 bis 250 Mikron. Es können jedoch auch Teilchen über 1,0 mm Maximalgrösse·verwendet

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werden. Die Grossen der !Teilchen, die bei der Herstellung von vorgegebenen Perlen verwendet v/erden, wird im Hinblick auf die Grossen solcher Perlen gewählt. S¹Ur die hauptsächlich, in Betracht gezogenen Zwecke werden Grossen der Glasperlen im Bereich von 100 Mikron bis 10 mm in Betracht gezogen. Wenn solche Perlen einer Brennstufe unterworfen werden, werden sie in zellhaltige Glaskörper im Grössenbe— reich von 100 Mikron bis 8 mm überführt. Es ist ein-wichtiger Vorteil der Erfindung verglichen mit bisher beschriebenen bekannten Verfahren, dass es die Bildung von Perlen ge-,stattet, die durch eine einfache Brennstufe in zellhaltige Glaskörper unter 3 mm Grosse und selbst unter 1 mm Grosse überführt werden können, beispielsweise in zellhaltige Glaskörper im Grössenbereich von 100 bis mehreren 100 Mikron.

Die Glas- oder Glasbildnerteilchen im Schlicker können von praktisch der gleichen Grosse sein. Diese praktische Identität der Grosse erleichtert die Gewährleistung einer im wesentlichen einheitlichen Zusammensetzung des Schlickers, wenn er in Tropfen unterteilt wird. Andererseits werden zur Begünstigung der Bildung eines gut . verfestigten glasartigen Materials beim eventuellen Erhitzen der Perlen auf über den Erweichungspunkt des Glases oder die Glasbildungstemperatur, je nach dem gegebenen Fall, Vorteile erzielt

indem Teilchen verwendet werden, die über einen gewissen Grössenbereich verteilt sind. Vorzugsweise ist jedoch der Grössenbereich derart, dass die grösste Teilchengrösse nicht mehr als das 10-fache der kleinsten Teilchengrösse beträgt.

Ein Bereich von verschiedenen Arten von Substanzen kann als Bindermedien verwendet werden.

Das Bindermediura ist vorzugsweise ein solches, das dazu befähig ist, seine Punktion als Binder beizubehalten und so

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den Zusammenhalt der einzelnen Perlen aufrechtzuerhalten, bis eine zusammenhängende glasartige Masse aus den Glasoder Glasbildnerteilchen während einer eventuellen Brennstufe gebildet wird. In solchen Fällen müssen die Perlen nicht unter einem äusseren Druck zu stehen kommen, wenn das Brennen erfolgt.

Vorzugsweist löst sich der Binder in dem flüssigen Medium, welches die kontinuierliche Phase des Schlickers bildet. Bei einer Modifikation dieser Arbeitsweise wird ein Binder verwendet, der in einer Flüssigkeit gelöst ist, die mit der kontinuierlichen Phase des Schlickers nicht mischbar jedoch darin verteilt ist. In beiden vorstehenden Systemen kann eine gute Verteilung des Binders in der Beschickung erreicht werden, jedoch ist das erste System von beiden das viel bessere.

Bei gewissen Arbeitsweisen gemäss der Erfindung wird ein Binder verwendet, der bei einer eventuellen Brennstufe chemisch mit dem Glas integriert werden kann, indem die Perlen auf (Temperaturen über die Glasbildungstemperatur erhitzt werden. Ein besonders bevorzugter Binder ist Natriumsilikat. Natriumsilikat kann in Lösung verwendet werden, beispielsweise in genügender Menge, um die einzelnen Glasoder Glasbildnerteilchen zu bedecken und eine zusammenhängende Haut oder Matrix zu bilden, welche solche Teilchen in einer Perle des erforderlichen Volumens zusammenhält.

Abgesehen von Natriumsilikat, das schon erwähnt ist, kann Kaliumsilikat (das ebenfalls zur chemischen Integrierung mit dem Glas befähigt ist) als Binder verwendet werden, ebenso wie Natrium- oder Kaliumhydroxid. Andere geeignete Binder finden sich in der Kategorie der synthetischen polymeren Substanzen. Es sei insbesondere auf Phenolharze, Polystyrol, Polyurethan, Vinylpolymere, Polyester, PoIy-

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äther, Silikone, verschiedene Polykondensationsprodukte, beispielsweise Harnstoff-Forraaldehyd-Harze und Phenol-Formaldehyd-Harze und Kondensate von Urethanen, Epoxiden, Polyestern und Polyaminen verwiesen. Es ist möglich, ein hitzehärtendes Harz zu verwenden, wie Bakelit, das sich während eines eventuellen Heizens der geformten Perlen auf eine ausreichende Temperatur, um die Glas- oder Glasbildnerteilchen in eine einheitliche glasartige Masse umzuformen, zersetzt.

Der Schlicker, welcher die Beschickung bildet, aus der die Perlen gebildet werden, umfasst ein Zellbildungsmittel. Der Ausdruck "Zeilbildungsmittel" bezeichnet einegasförmige Substanz oder eine Substanz oder eine Kombination von Substanzen, welche zur Bildung von Gas Anlass gibt bzw. geben können, welches die Zellbildung der Perlen bewirkt aufgrund des Erhitzens dieser Substanz oder Substanzen während des Perlbildungsverfahrens, oder Anlass zur Entwicklung von Gas gibt und die Zellbildung bewirkt, wenn diese Perlen bei einer anschliessenden Behandlung auf eine höhere Temperatur erhitzt werden, beispielsweise eine Temperatur, die ausreicht, um die Glas- oder Glasbildnerteilchen in den einzelnen Perlen in eine einheitliche glasartige Masse zu überführen. Ein Beispiel eines zellbildenden Mittels ist eine Verbindung, die sich beim Erhitzen unter Gasbildung zersetzt. Ein weiteres Beispiel ist eine Kombination von Substanzen, die beim Erhitzen reagieren, wobei die Reaktion Gas erzeugt.

Aus der obigen Erläuterung ist ersichtlich, dass das Perlenbildungsverfahren, welches Ziel der Erfindung ist, zwar zellhaltige bzw. geschäumte Perlen liefern kann, aber nicht notwendigerweise muss. Ob die Perlen geschäumt sind oder nicht, hängt in jedem Falle von dem verwendeten gasbildenden Mittel, der Art des Binders und der Temperatur ab, bei wel-

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eher es zum Zusammenbinden der Glas- oder Glasbildnerteilchen wirksam wird, und der Temperatur_s die beim Perlenbildungsverfahren erreicht wird. Die Perlen werden als "expandierbar¹¹ bezeichnet, da sie in jedem Fall durch Erhitzen deiaelben expandiert werden können, entweder durch Entwicklung von Gas oder durch Expansion von Gas, das schon in den Perlen vorliegt.

Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung umfasst der Schlicker ein Zellbildungsmittel, das bei Zimmertemperatur gasförmig ist. Vorzugsweise ist dieses Mittel Luft«. Luftblasen können in den Schlicker durch Einblasen von Luft oder durch Bewegen bzw. Rühren des Schlickers vor der Unterteilung in Perlen eingebracht werden.

Es ist jedoch bevorzugt, in den Schlicker ein Zellbildungsmittel einzubeziehen, das sich unter Gasbildung während der Erhitzungsstufe des Perlenbildungsverfahrens, wie vorher definiert, zersetzt. Unter den am meisten bevorzugten ZeIlbildungsmitteln in dieser Kategorie sind Carbonate/'z.B. Calciumcarbonat, und Nitrate, z.B. Natriumnitrat. Ein weiteres Zellbildungsmittel, das besonders empfohlen wird, ist Harnstoff.

Bei gewissen Arbeitsweisen gemäss der Erfindung umfasst der Schlicker eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser (das die kontinuierliche Phase des Schlickers bilden kann), welche als Zellbildungsmittel dient. Der Schlicker kann demgemäss von sehr einfacher und billiger Zusammensetzung sein» In den meisten Arbeitsweisen gemäss der Erfindung ist die Verdampfung der Flüssigkeit selbst für einen gewissen ZeIlbildungseffekt verantwortlich., Dieser Effekt kann unterstützt werden durch die Wirkung von einer oder mehreren anderen Arten von Zeilbildungsmitteln, oder die Flüssigkeit kann als einziges Zellbildungsmittel verwendet werden.

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Die Erfindung umfasst Arbeitsweisen, bei denen der Schlicker eine verbrennbare Substanz als Zellbildungsmittel oder ein Zeilbildungsmittel umfasst. In gewissen Fällen wird die verbrennbare Substanz so gewählt, dass sie während der Erhitzungsstufe des PerlenbildungsVerfahrens abbrennt. In anderen Fällen wird die verbrennbare Substanz so gewählt, dass sie nur brennt und somit Anlass zur Zellbildung gibt, wenn die gebildeten Perlen auf eine Temperatur über diejenige erhitzt wird, welche beim Perlenbildungsverfahren selbst erreicht wird. In diesem Falle können die Perlen geschäumt werden oder (falls sie schon durch ein anderes Mittel geschäumt sind) weiter geschäumt werden, indem eine folgende Behandlung vorgenommen wird, beispielsweise eine Behandlung, bei welcher die Perlen ausreichend erhitzt werden, um die Glasteilchen zu erweichen und sie zum Zusammenfliessen zu einer einheitlichen glasartigen Masse zu bringen.

Zu verbrennbaren Substanzen, die in die Suspension von Feststoffen und Flüssigkeit eingebracht werden können, gehören beispielsweise Kohlenstoff, feine Kohle, z.B. Kohlenstaub^ Graphit, Koks, Lignit, Schiefer, der verbrannbaren Rückstand enthält, Teer, Holzkohle und Holz, beispielsweise Holzspäne oder Sägemehl. Andere geeignete verbrennbare Materialien finden sich auf dem Gebiet der synthetischen polymeren Substanzen. Unter diesen sei beispielsweise auf Polystyrol, Polyurethan, Polyester, Vinylpolymere, Phenolharze und Epoxyharze verwiesen. Zu anderen Arten von verbrennbaren Substanzen, die in die Körper eingebracht werden können, gehören Weichgummi und Derivate davon, bituminöse Materialien, wie Asphalt, und Kohlehydrate und Kohlehydratderivate, z.B. Zucker, Glykol, Glycerin, Cellulose und Stärke.

Vorzugsweise enthält der Schlicker ein Material, das beim Erhitzen auf massige Temperatur, beispielsweise unterhalb

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50O⁰C, zu brenen oder sich unter Entwicklung von Gas zu zersetzen beginnt, und die Tropfen werden in oder durch einen Ofen wie oben erwähnt geschleudert, wobei die Ofentemperatur derart ist, dass dieses Material wenigstens teilweise brennt oder sich zersetzt und eine gewisse Expansion der Perlen während ihrer Bildung unter dem Druck des dabei erzeugten Gases erfolgt.

Wenn bei einer Arbeitsweise gemäss der Erfindung ein Binder gewählt wird, der sich zersetzt oder eine inter- oder intramolekulare Reaktion unter Entwicklung von Gas bei ausreichendem Erhitzen eingeht, ist es nicht notwendig, ein weiteres Zellbildungsmittel einzübeziehen. Der Binder kann in solchen Fällen einem doppelten Zweck dienen. Es ist jedoch wesentlich, dass der Binder seine wesentliche Bindefunktion bezüglich der Glas- oder Glasbildnerteilchen während des Perlenbildungsverfahrens nicht verliert. Die Temperatur, auf welche der Binder erhitzt werden muss, um Gas zu entwickeln, sollte daher in solchen Fällen über der Temperatur irgendeiner Zone sein, in welcher die Bestandteile der Suspension für irgendeine merkliche Zeitspanne während des Perlenbildungsverfahrens gehalten werden. Es ist ersichtlich, dass verschiedene der hier angegebenen spezifischen Binder diese zwei Funktionen ausführen können.

Die Erfindung umfasst auch expandierbare Perlen, die nach dem hier beschriebenen Verfahren erhalten sind.

Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zur Bildung von zellhaltigen bzw. geschäumten Körpern, das darin besteht, zuerst expandierbare Perlen nach einem Verfahren gemäss der Erfindung, wie oben erwähnt, zu bilden und dann diese Perlen zu erhitzen, um die Expansion der Perlen aufgrund der Expansion von schon darin enthaltenem Gas und/oder von Gas, das darin während einer solchen Wärmebehandlung erzeugt

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wird, zu bewirken.

Die Erfindung umfasst auch, ein Verfahren zur Bildung von zellhaltigen glasartigen Körpern, das darin besteht, zuerst expansionsfähige Perlen nach einem Verfahren gemäss der Erfindung, wie hier definiert, zu bilden und dann solche Perlen ausreichend zu erhitzen, um ihre Erweichung und das Zusammenfliessen der Glasteilchen oder die Bildung von Glas aus den Glasbildnerteilchen zu bewirken.und die Integration des Glases zu einer einheitlichen zellhaltigen Masse.

Bei gewissen Ausführungsformen dieser letzteren Arbeitsweise werden die einzelnen Perlen während ihres Brennens und während einer nachfolgenden Kiihlstufe in getrenntem Zustand gehalten, beispielsweise mittels einem Gasstrom oder mehrerer Gasströme, um zu verhindern, dass Einzelperlen sich miteinander vereinigen. Ein solches Brennen und Abkühlen können beispielsweise in einem Wirbelbett bewirkt werden. Das Brennen der Perlen kann zu jeder Zeit nach ihrer Herstellung erfolgen. Ein solches Brennen kann in Verbindung mit dem Brennen anderer Substanzen erfolgen, so dass die eine Brennstufe einem doppelten Zweck dient, wobei insgesamt an Energie gespart wird.

Einzelne zellhaltige glasartige Körper, die aus den Perlen gebildet sind, können beispielsweise als Füllstoff in Beton oder anderen Materialien zur Verbesserung der Wärmeisolation verwendet werden oder lediglich als Zuschlag, um die Dichte des Produkts zu vermindern. Eine weitere Verwendung für solche Körper ist als loses Wärmeisolationsmaterial in Wänden von Höhlungen und anderen Stellen. Zur Bildung eines Füllstoffes in Keramikware können die Perlen in solche Ware vor dem Brennen derselben eingebracht werden, so dass die glasartigen zellhaltigen Körper in situ während des Brennens des Keramikmaterials gebildet werden.

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Bei anderen Arbeitsweisen zur Bildung von zellhaltigen glasartigen Körpern wird ein Masse der Perlen einer Wärmebehandlung unterworfen, während sie sich in Kontakt miteinander befinden, so dass die Perlen zu einer einheitlichen glasartigen Masse vereinigt werden. Diese Arbeitsweise kann angewandt werden zur Erzeugung von zellhaltigen Glas ziegeln oder anderen Produkten.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Im Verlaufe der Beispiele wird auf die beigefügte Zeichnung bezuggenommen. Die Zeichnung ist eine schematische Wiedergabe einer Anlage, die sich zur Durchführung der Erfindung eignet,

Beispiel -1

Eine wässrige Lösung von Natriumsilikat (38°Baume) wurde aus einem Behälter 1 in ein Mischgefäss 2 geführt, das mit Rührarmen 3 versehen war, die durch einen Motor 4- angetrieben waren. Gleichzeitig wurden Glaskörner (Grössenbereich 20 bis 100 Mikron), gemischt mit gepulvertem Harnstoff, in den Rührer aus einem Behälter 5 eingeführt» Das Gas hatte die- folgende Zusammensetzung, in Gew„-$s 7O₅ ²J- % SiOo, 12,78 % Na₂O₉ 12₉14 % CaO₉ 1,77 # MgO₉ 1₉92 % Al₂O₃₉ wobei der Rest Verunreinigungen waren» Die Natriumsilikatlösung wurde in das Gefäss 2 in einer Menge von 10,5 1 P^o 20 kg Glas eingeführt» Der Harnstoff wurde in einer Menge eingeführt, die 2 GeWe-^9 bezogen auf das Gewicht des Glases, entsprach. Der Schlicker wurde aus dem Gafass 2 in ein weiteres Gefäss 6 überführt_s das mit einem Rührer 7_? angetrieben vom Motor 8, ausgestattet war. Die Viskosität des Schlickers in Gefäss 6 wurde durch das Viskosimeter 9 gemessen und in Abhängigkeit von der Viskositätsmessung wurde Wasser in das Gefäss 2 über die Beschickungsleitung 10 zugeführt, so dass die Viskosität des in das Gefäss β eintretenden Schlickers bei praktisch 3OOQ cP gehalten wurde. Der Schlicker wurde vom Gefäss 6 über ein Filter 11 durch

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eine Pumpe 12 zu einem oder mehreren Sprühkopf en 13 in einen Trockenturm 14 mit einer Geschwindigkeit von 15 bis 20 1 pro Minute gepumpt. Druckluft wurde nach Erfordernis zu den Sprühköpfen von einer Quelle 15 zugeführt. Die Tropfen des Schlickers 4, die vom Sprühkopf oder den Sprühköpfen 1J abgeschleudert waren, hatten verschiedene Grossen im Bereich 100 bis 1000 Mikron.

Heisse Gase, die von einem Schachtofen 16 (der noch beschrieben wird) stammten, wurden über die Gasleitung 17 in den Boden des Trockenturms 14- geführt. Die Gase hatten beim Eintritt in den Trockenturm eine Temperatur im Bereich von 200 bis 400⁰C. Die vom Sprühkopf oder den Sprühköpfen "13 austretenden Tropfen wurden durch die aufsteigenden Heissgasströme nach oben geführt, während sie rasch in einem solchen Turm erhitzt wurden. Im Trockenturm verdampfte Wasser aus den aufsteigenden Tropfen, so dass sie in selbsttragende Perlen überführt wurden, welche die Glasteilchen enthielten, die durch Natriumsilikat als Binder zusammengehalten waren. Gleichzeitig erfolgte eine gewisse Zersetzung von Harnstoff unter Entwickliing von Gasen, so dass eine gewisse Expansion der frisch gebildeten Perlen stattfand. Die gebildeten Perlen traten kontinuierlich vom oberen Ende des Trockenturms in einen Gasseparator 18 über, in welchem die Perlen der Schwerkraft folgend absanken, bevor sie in den Schachtofen 16 geführt wurden. Beim Verlassen des oberen Endes des Trockenturms 14 hatten sich die Perlen verflüchtigt und waren ausreichend getrocknet, so dass sie ohne gegenseitiges Haften in einem Haufen gesammelt werden konnten. Die Untersuchung von Proben der Perlen, die aus dem Separator 18 genommen waren, zeigte, dass jede einer überwiegenden Anzahl davon aus einer Gruppe von Glaskörnern bestand, die durch eine Natriumsilikathaut zusammengehalten waren, die sich um jedes der Glaskörnchen und um die gesamte Gruppe als umhüllende Oberflächenschicht erstreckte.

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Innerhalb des Körpers, zwischen den beschichteten Glaskörnern, waren kleine Zellen, die mit Gasen gefüllt waren, welche von der teilweisen Zersetzung des Harnstoffes stammten. . Die Schüttdichte der Perlen war grossenordnungsmassig 0,4· bis 0,6 g/cm⁵.

Die Arbeitsweise gemäss diesem Beispiel, soweit bis jetzt erläutert, ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Art und Weise, in welcher die nach dieser Arbeitsweise gebildeten Perlen gehandhabt und weiterverarbeitet oder verwendet werden, kann frei gewählt werden. Nach dem Verfahren der Erfindung hergestellte Perlen eignen sich gut für die Umwandlung in zellhaltige Glaskörper durch eine Brennstufe und die Erfindung ist von besonderem Wert, wenn sie als Teil eines Verfahrens zur Herstellung solcher Körper durchgeführt wird.

Im vorliegenden Beispiel erfolgt die Erzeugung der Perlen als Teil eines kontinuierlichen Verfahrens zur Bildung zellhaltiger G-laskörper und die Umwandlung der Perlen . zu den Zeil- Glaskörpern wurde in einer Stufe erreicht, die unmittelbar auf die Perlenbildung folgt. Diese Umwandlung braucht jedoch nicht unmittelbar nach der Bildung der Perlen zu erfolgen. Beispielsweise können letztere gesammelt und für eine gewisse Zeit gelagert werden, bevor sie irgendeiner weiteren Verarbeitung unterworfen werden.

Im vorliegenden Beispiel gelangten die vom Separator 18 entnommenen Perlen entlang einer Rutsche 19 in einen Schachtofen 16. Dieser Ofen ist ein gasgefeuerter Ofen mit einer Anordnung von Gasbrennern 20 am Boden. Diese Brenner werden mit Brenngas über die Brennstoffleitungen 21 und mit Luft über die Luftleitung 22 gespeist. Der Ofen wurde bei einer Betriebstemperatur im Bereich von 800 bis 1200°C gehalten. Die aufsteigenden Ströme von Verbrennungsgasen

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trugen die Perlen nach oben entlang des Schachtes.. Die Glaskörner in den Einzelperlen erweichten und das Natriumsilikat vereinigte sich chemisch mit dem Glas. Die Perlen expandierten aufgrund weiterer Harnstoffzersetzung und der Zunahme des Gasdruckes in den Perlen. Die Perlen wurden somit in zellhaltige Glaskörper überführt, die aus dem oberen Ende des Ofens in ein Aufnahmegefäss 23 ausgetragen wurden. Die aus dem Oberteil dieses Aufnahmegefäss es ausströmenden heissen Gase wurden in das Unterteil des Trockenturms 14 über die Gasleitung 17 geführt, nachdem sie durch einen Wärmeaustauscher 24- geleitet waren, in welchem ein Teil der Wärme dieser heissen Gase auf den Luftstrom übertragen wurde, der über die Luftleitung 22 dem Schachtofen 20 zugeführt wurde.

Im Aufnahmegefäss 23 wurden die zellhaltigen Glaskörper auf unter den Erweichungsbereich des Glases gekühlt, bevor die Körper auf einen Haufen zusammenkamen. Die Körper wurden vom Aufnahmegefäss entlang der Rutsche 25 abgeführt.

Die zellhaltigen Glaskörper, welche vom Aufnahmegefäss gesammelt wurden, wurden untersucht. Die Körper waren von mehr oder weniger runder Form und die Grosse verteilte sich über den Bereich von I50 Mikron bis 2,5 mm. Die Körper waren hauptsächlich hohl, wobei die Hohlkörper eine glasartige Schale hatten, die kleine gasgefüllte Zellen aufwies. Die Körper hatten eine Schüttdichte von grössenordnungsmässig 0,25 g/cm .

Ein Vergleich von Körpern in verschiedenen Teilen des oben erwähnten Grössenbereiches zeigte, dass am oberen Ende des Grössenbereiches eine geringere Neigung dazu bestand, dass das glasartige Material auf den Umfang der Körper beschränkt war und somit Schalen bildete, die eine einzige

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grosse Zelle bildeten.

Viele der grossten der Körper enthielten eine Mehrzahl von verhältnismässig grossen Zellen innerhalb einer mikrozellularen Matrix. Am unteren Ende des Grössenbereiches war das Vorliegen von Mikrozellen in den glasartigen hohlen Zellen weniger ersichtlich als bei den grösseren Körpern. Diese-Beobachtungen legen nahe, dass, wenn alles andere gleich ist, die Erzeugung von Hohlperlen oder daraus geformten Körpern, in welchen das feste Material praktisch auf eine Umfangshaut oder Hülle beschränkt ist, begünstigt werden kann, indem der anfängliche Schlicker in verhältnismässig kleine Tröpfchen unterteilt wird»

Bei Modifikationen der Arbeitsweise des obigen Beispiels wurde der Einfluss der Menge an Zellbildungsmittel im Schlicker und der Brenntemperatur der expansionsfähigen Perlen untersucht. Es wurde gefunden, dass durch Zunahme der Menge an Zellbildungsmittel und/oder durch Erhöhen der Brenntemperatur über die im obigen Beispiel angewandten Werte die Anzahl von glasartigen Körpern am oberen Ende des Grössenbereiches, welche einen einzelligen Kern enthielten, zunahm.

Beispiel 2

Expansionsfähige Perlen, die Glasteilchen enthielten, die durch einen Binder zusammengehalten waren, wurden wie in Beispiel 1 gebildet, jedoch wurde der Harnstoff von der Schlickerzusammensetzung weggelassen. Trotz des Fehlens von Harnstoff wurde festgestellt, dass die Perlen, die vom Gasseparator 18 der in der beigefügten Zeichnung gezeigten Apparatur gesammelt wurden, Zellen enthielten«, Während der Behandlung im Trockenturm 14 war eine Versetzung der Glas/ Binder-Zusammensetzung in den Einzeltropfen unter dem Innendruck, der durch Wasserdampf ausgeübt wurde, erfolgt, was kleine Zellen innerhalb der Pe rl en hinter Ii ess. Das

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durchschnittliche Volumenverhältnis Zelle/Perle war kleiner als im Falle der Perlen, die vom Trockenturm bei der Arbeitsweise gemäss Beispiel 1 abgenommen waren. Bie Perlen, welche nur unter Verwendung von Wasser als Zellbildungsmittel gebildet waren, konnten in einstückige Zellglaskörper überführt werden, indem diese Perlen in den Schachtofen 16 geführt und darin in der gleichen Weise wie die Perlen von Beispiel 1 verarbeitet wurden.

Beispiel 3

Expansionsfähige Perlen wurden wie in Beispiel 1 gebildet, jedoch mit der Abänderung, dass anstatt Harnstoff Calciumcarbonatpulver (durchschnittliche Korngrösse 0,08 Mikron) in einer Menge von 3 Gew.-#, bezogen auf das Gewicht des Glases, verwendet wurde. Der so hergestellte Schlicker enthielt praktisch den gleichen Wasseranteil, nämlich 35 Gew.-/&, wie der in Beispiel 1 verwendete Schlicker. Die Temperatur im Trockenturm 14 betrug 500 bis 600⁰C.

Die expansionsfähigen Perlen, welche vom Gasseparator 18 gesammelt wurden, hatten eine Schüttdichte von etwa 0,8 bis 1,0 g/cm . Diese Perlen konnten in zellhaltige Glaskörper in der gleichen Weise wie die Perlen von Beispiel 1 überführt werden.

Beispiel 4

Eine wässrige Lösung von Kaliumsilikat, die 40 g trockenes Silikat pro Liter Wasser enthielt, wurde in das Mischgefäss 2 vom Behälter 1 eingespeist. Gleichzeitig wurden Glaskörner zwischen 60 und I50 Mikron Grosse, die aus Glas der gleichen Zusammensetzung,wie sie in Beispiel 1 verwendet wurde, bestanden, in das Gefäss 2 aus dem Behälter 5 zusammen mit gepulverter Kohle des gleichen Teilchengrössenbereiches wie das Glas eingeführt. Das Gewichtsverhältnis von Kohle zu Glas war 1:2. Die Kaliumsilikatlösung wurde in

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das Gefäss 2 in einer Menge von 10 1 pro 20 kg Glass eingegeben. Die Viskosität des so erzeugten Schlickers wurde durch Zugabe von Wasser auf etwa 500 cP eingestellt (was weniger als 4-0 Gew.-% Wasser entsprach). Dieser Schlicker wurde in den Trockenturm 14· in Form von Tropfen eines Grössenbereiches von 100 bis 500 Mikron eingesprüht. Die Temperatur im Trockenofen war 300°C.

Während des Erhitzens im Trockenturm 14- trocknete die Lösung von Calciumsilikat in jedem Tropfen und hinterliess eine zusammenhängende Haut, welche die einzelnen Glaskörner in diesem Tropfen umhüllte und als Klebstoff oder Binder diente, der die Glaskörner als Agglomerat innerhalb jeder den Turm verlassenden Perle zusammenhielt. Die vom Gasseparator 18 gesammelten Perlen hatten eine zellhaltige Struktur, wobei die Kleinzellen als Ergebnis des Verdampf ens von Wasser innerhalb der Perlen während ihrer Bildung gebildet waren. Die Perlen hatten eine Durchschnittsgrösse von 150 bis 1500 Mikron und eine Schüttdichte von 0,4 g/cm^.

Bei einer anschliessenden Verarbeitungsstufe wurden die vom Trockenturm 14· entnommenen Perlen in einem Ofen, ähnlich dem Ofen 16 in der Zeichnung, bei einer Temperatur von 1000⁰C gebrannt. Während dieses Brennens verbrannten die Kohlenstoffteilchen und das Glas erweichte und begann unter dem Druck des eingeschlossenen Gases zu fliessen. Der Kaliumsilikatbinder wurde chemisch mit dem Glas vereinigte Die Prüfung der den Ofen nach dem Abkühlen verlassenden Körper zeigte, dass jeder Körper aus einer einheitlichen Masse von Glas bestand und eine zellförmige Struktur hatte« Die Körper hatten eine Schüttdichte von 0,25 g/cm .

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Beispiel 5

Körper wurden erzeugt, wobei von zerkleinerten verglasbaren Substanzen ausgegangen wurde, nämlich Sand, Natriumcarbonat und Borax in den relativen Mengen, die zur Bildung eines Glases folgender Gewichtszusammensetzung geeignet waren: 72 % SiO₂, 12 # B₂O,, 13 # Na₂O und eine kleine Menge Verunreinigungen. Dieses Glasgemenge zusammen mit Natriumnitrat in einer Menge von 2 Gew.-# wurde in das Gefäss 2 der in Beispiel 1 verwendeten Vorrichtung, die in der beigefügten Zeichnung gezeigt ist, aus dem Behälter 5 dieser Anlage eingeführt. Gleichzeitig wurde eine wässrige Lösung von Natriumhydroxid, die 5OO g Natriumhydroxid pro Liter Wasser enthielt, in den Mischer aus dem Behälter 1 eingeführt. Die verschiedenen Bestandteile wurde in relativen Mengen von 12 1 Natriumhydroxidlösung pro 20 kg Glasgemenge vermischt. Die Viskosität des Schlickers wurde auf 1000 cP eingestellt, was etwa 40 Gew.-% V/asser entsprach. Der Schlicker wurde in den Trockenturm 14 in Form von Tröpfchen mit einem Grössenbereich von I50 Mikron bis 1,5 mm eingesprüht. Die Temperatur im Trockenturm war 25O⁰C. Während des Aufsteigens der Tropfen im Turm verdampfte Wasser, was das Natriumhydroxid auf den Gemengeteilchen zurückliess, und dieses Natriumhydroxid diente als Binder, welcher die Gemengeteilchen in den einzelnen Perlen, die vom oberen Ende des Turmes abgenommen wurden, zusammenhielt. Die Prüfung der vom Gasseparator 18 gesammelten Perlen zeigte, dass sie zahlreiche kleine Zellen aufgrund des Verdampfens von Wasser aus den Sehlickertropfen während der Bildung der Perlen enthielten. Die Perlen hatten eine Grosse von 200 Mikron bis 2 mm.

In einer anschliessenden Verarbeitungsstufe wurden die oben beschriebenen erzeugten Perlen bei 1000⁰C gebrannt. Während dieser Brennstufe zersetzte sich das Natriumnitrat unter Gasbildung. Auch schmolzen die Glasgemengematerialien

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innerhalb dieses Körpers und gingen eine Glasbildungsreaktion ein. Die Metalloxidrückstände aus der Zersetzung des Natriumhydroxids vereinigten sich chemisch mit dem. gebildeten Glas. Die Prüfung der erhaltenen glasartigen Körper nach deren Abkühlen zeigte, dass jeder Körper aus einer einheitlichen Masse von Glas bestand und eine Zellstruktur hatte. Die Glaskörper hatten eine Schüttdichte von 0,25 g/cm*.

Beispiel 6

Expansionsfähige Perlen wurden erzeugt, indem man von verglasbaren Substanzen in dem Grössenbereich 60 bis I50 Mikron, Holzschnitzeln im gleichen Grössenbereich und einer Lösung von Natriumhydroxid als Binder ausging. Die verglasbaren Substanzen waren Sand, Natriumcarbonat, Calciumcarbonat, Dolomit und Feldspate in relativen Mengenanteilen, die zur Bildung eines Glases folgender Gewichtszusammensetzung geeignet waren: 73,6 # SiO₂, 17,2 # Na₂O, 5,37 % CaO, 3,67 % MgO und 0,9 # Al₂O^, wobei der Rest Verunreinigungen waren.

Die Lösung von Natriumhydroxid (Konzentration: 50 $) wurde in das Mischgefäss 2 der in Beispiel 1 verwendeten Anlage, die in der beigefügten Zeichnung gezeigt ist, aus dem Behälter 1 eingeführt. Die verglasbaren Substanzen, gemischt mit den Holzschnitzeln, wurden in das Gef äss aus dem Behälter 5 eingeführt. Die Holzschnitzel wurden in einer Menge von 60 kg pro 100 kg der verglasbaren Substanzen eingeführt. Die Lösung von Natriumhydroxid wurde in einer Menge von 15 1 pro 25 kg der verglasbaren Substanzen eingeführt.

Die Viskosität des Schlickers wurde auf 1000 cP eingestellt, was etwa 30 Gewichtsprozent Wasser entsprach. Der Schlicker wurde in den Trockenturm 14- in Form von Tröpfchen in einem Grössenbereich bis zu 2 mm eingesprüht«, Der Trockenturm hatte eine Temperatur von 35O°C. Im Trockenturm wurden die

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Teilchen von verglasbarer Substanzen in jedem der gesprühten Tröpfchen miteinander durch die beigefügte Bindermenge gebunden. Die vom oberen Ende des Trockenturmes gesammelten Perlen enthielten kleine Zellen aufgrund des Verdampfens von Wasser und hatten eine schwammähnliche Struktur. Sie hatten eine Durchschnittsgrösse von 200 Mikron bis 2 mm.

In einer nachfolgenden Verarbeitungsstufe wurden die Perlen bei einer Temperatur von 1200⁰C gebrannt. Während dieser Brennstufe verbrannten die Holzschnitzel in den Perlen und die verglasbaren Substanzen gingen eine GIasbildungsreaktion ein. Die Prüfung der erhaltenen glasartigen Körper nach Abkühlen derselben zeigte, dass jeder Körper aus einer einheitlichen Masse von Glas bestand und eine vielzellige Struktur hatte. Die Körper hatten eine Schüttdichte von 0,2 g/cm .

Beispiel 7

Expansionsfähige Perlen wurden aus Glasteilchen im Grössenbereich 60 bis 150 Mikron, Harnstoff und Natriumsilikatlösung (38°Baume) gebildet. Das Glas hatte die gleiche Zusammensetzung wie das in Beispiel 1 verwendete. Der Harnstoff wurde in einer Menge von 2 Gew.-#, bezogen auf das Gewicht des Glases, verwendet. Die Natriumsilikatlösung wurde in einer Menge von 10,5 1 pro 20 kg Glas verwendet. Wasser wurde zugesetzt, um die Viskosität des Schlickers auf etwa 5000 cP zu bringen, was etwa 35 Gew.-^ Wasser entsprach.

Die Natriumsilikatlösung einerseits und die Glasteilchen, gemischt mit dem gepulverten Harnstoff andererseits wurden von den Behältern 1 bzw. 5 in das Mischgefäss 2 der in Beispiel 1 verwendeten Vorrichtung, die in der beigefügten Zeichnung gezeigt ist, eingeführt und Wasser wurde in Abhängigkeit von der im Gefäss 6 gemessenen Viskosität zuge-

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setzt.

Der Schlicker wurde in den Trockenturm 14 in Form von Tropfen im Grössenbereich 150 Mikron bis 1,5 mm einge— sprüht. Die Trockenturmtemperatur war 30O⁰C. Im Trockenturm verdampfte Wasser. Jede der vom Trockenturm gesammelten Perlen enthielt Glasteilchen, die durch Natriumsilikat zusammengehalten waren. Die Körper enthielten Zellen,aufgrund des Verdampfens von Wasser von den Tropfen während des Erhitzens im Trockenturm. Die Perlen hatten einen Grössenbereich von 200 Mikron bis 2 mm und eine Schüttdichte von 0,4 g/cm*.

In einer anschliessenden Verarbeitungsstufe wurden die Perlen bei 1000⁰C gebrannt. Bei dieser Brennbehandlung zersetzte sich der Harnstoff unter Gasbildung. Die Glasteilchen schmolzen und das geschmolzene Glas vereinigte sich unter Bildung einer einheitlichen Masse. Die Verdrängung von geschmolzenem Glas nach aussen erfolgte unter dem Innendruck, der vom Gas erzeugt yar. Das Natriumsilikat wurde chemisch mit dem Glas vereinigt. Die Prüfung der erhaltenen glasartigen Körper nach Abkühlen derselben zeigte, dass sie aus einer einheitlichen Masse von Glas bestanden und Zellstruktur hatten. Die Glaskörper hatten eine Schüttdichte von 0,2 g/cm .

Das gleiche Beispiel wurde wiederholt, jedoch mit^ der Abänderung, dass der Schlicker, aus dem die expansionsfähigen Perlen gebildet wurden, Sägemehl enthielt. Bei der Verarbeitung verbrannte das Sägemehl in den einzelnen Perlen. Es wurden wiederum glasartige zellhaltige Körper erhalten.

Beispiel 8

Sxpandierbare Perlen v/urden unter Anwendung einer Arbeits-

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weise wie in Beispiel 7 gebildet, wobei jedoch ein Harz aus Polystyrol, gelöst in einer Benzollösung anstelle des Harnstoffes verwendet wurde. Die vom Trockenturm, dessen Temperatur 150⁰C war, gesammelten Perlen enthielten Zellen aufgrund des Verdampfens des Lösungsmittels aus den gesprühten Tropfen im Turm. Das durchschnittliche Volumenverhältnis von Zellen/Perle rwurde jedoch kleiner gefunden als im vorhergehenden Fall (Beispiel 7)· Die Perlen hatten eine vielzellige Struktur und konnten in der gleichen Weise wie die Perlen von Beispiel 7 weiterverarbeitet werden.

Patentansprüche;

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE:

Λ L Verfahren zur Herstellung von expandierbaren Perlen,

die durch Brennen in zellhaltige Glaskörper überführbar sind, durch Herstellen einer Beschickung, die Glasteilchen oder Teilchen eines glasbildenden Materials, und ein Zellbildungsmittel enthält, Unterteilung dieser Beschickung in Anteile und Verfestigung dieser Anteile durch Erhitzen und Abkühlen, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Herstellung der Beschickung verwendeten Materialien ein flüssiges Medium und einen Binder umfassen und die Beschickung als ein Schlicker zubereitet wird, dessen disperse Phase aus wenigstens den meisten dieser Teilchen besteht oder sie umfasst, dieser Schlicker- in Tropfen unterteilt wird und die Tropfen, während sie sich in getrenntem Zustand befinden, einer gesteuerten Wärmebehandlung unterworfen werden, die Aufheizen und Abkühlen umfasst, wobei diese Behandlung das Verdampfen der Flüssigkeit von den Tropfen und die Umwandlung derselben in selbsttragende Perlen umfasst, worin Glas- oder Glasbildnerteilchen durch den Binder zusammengehalten werden und die Zellbildungsmittel oder daraus abgeleitetes Gas

enthalten und die so gebildeten Perlen gegebenenfalls durch weiteres Erhitzen zu zellhaltigen-glasartigen Körpern umgewandelt werde]

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass der Schlicker, der in Tropfen unterteilt wird, eine Viskosität zwischen 200 und 100 000 cP hat.

3ο Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

dass der Schlicker, der in Tropfen unterteilt wird, eine Viskosität im Bereich von 200 bis 10 000 cP hat.

4«, Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die Tropfen, in welche der Schlicker unterteilt wird, einen Grossenbereich von 100 bis 3000 Mikron haben.

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5- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass als flüssiges Medium Wasser verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser in einem Mengenanteil von weniger als 50 Gew.-#,vorzugsweise im Bereich von 20 bis 40 Gew.-^, bezogen auf das Gesamtgewicht der Suspension, vorliegt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterteilung des Schlickers in Tropfen durch Sprühen erzielt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tropfen, in welche der Schlicker unterteilt wird, in oder durch einen Ofen geschleudert und durch einen Gasstrom oder Gasströme während des Erhitzens und Abkühlens in getrenntem Zustand gehalten werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur bei der Erhitzungsstufe nicht mehr als 600°C beträgt.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlicker verteilte Teilchen von Natriumkalkglas enthält.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Glas- oder Glasbildnerteilchen im Schlicker im Grössenbereich von 10 bis 250 Mikron liegen.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Binder in dem flüssigen

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Medium gelöst ist, .welches die kontinuierliche Phase des Schlickers bildet.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Binder eine solche Zusammensetzung hat, dass er sich chemisch mit dem Glas vereinigen kann, das die Glas- oder Glasbildnerteilchen ausmacht oder daraus gebildet ist, in dem eventuell gebildete Perlen auf Temperaturen über Glasbildungstemperatur erhitzt werden.

14-. Verfahren nach Anspruch I3, dadurch gekennzeichnet, dass der Binder Natriumsilikat umfasst.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlicker ein Zellbildungsmittel aufweist, das sich unter Gasbildung während der Erhitzungsstufe des Verfahrens zersetzt.

16. Verfahren nach Anspruch I5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlicker ein Garbonat oder Nitrat als Zellbildungsmittel aufweist.

17. Verfahren nach Anspruch I5 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlicker Harnstoff als Zeilbildungsmittel umfasst.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis I7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlicker eine Flüssigkeit umfasst, welche als Zellbildungsmittel dient.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlicker eine verbrennbare Substanz als Zeilbildungsmittel umfasst.

20. Verfahren nach Anspruch I9, dadurch gekennzeichnet,

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dass die verbrennbare Substanz nur dann verbrennt, wenn die aus dem Verfahren stammenden Perlen anschliessend auf eine Temperatur über diejenige erhitzt werden, welche bei der Erhitzungsstufe des Verfahrens erreicht wird.

21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlicker als verbrennbare Substanz Kohlenstoff, feine Kohle, Graphit, Koks, Lignit, verbrennbaren Rückstand enthaltenden Schiefer, Teer, Holzkohle oder Holz umfasst.

22, Verfahren nach Anspruch 1 zur Bildung zellhaltiger glasartiger Körper, dadurch gekennzeichnet, daß die nach einem der Ansprüche 1 bis 21 gebildeten expandierbaren Perlen ausreichend erhitzt werden, um das Erweichen und Zusammenfliessen der Glasteilchen oder die Bildung des Glases aus den Glasbildnerteilchen und Integration des Glases zu einer einheitlichen zellhaltigen Masse zu bewirken.

23·■ Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Perlen während des Erhitzens und "während des anschliessenden Abkühlens in getrenntem Zustand gehalten werden.

. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Perlen während des Erhitzens zur Vereinheitlichung zu einer monolithischen glasartigen Masse in Kontakt gehalten werden.

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25· Expandierbare Perlen oder zellhaltige glasartige Körper, hergestellt nach einem Verfahren gemäss den ■ Ansprüchen 1 "bis 24-.

26. Verwendung der expandierbaren Perlen und insbesondere der zellhaltigen glasartigen Körper nach Anspruch als Füllstoff oder zur thermischen Isolation.

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