DE2814315A1 - Silicate blocks for thermal, sound and electrical insulation - made from waste bottle glass together with e.g. basalt or asbestos and silicon carbide - Google Patents

Silicate blocks for thermal, sound and electrical insulation - made from waste bottle glass together with e.g. basalt or asbestos and silicon carbide

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Abstract

Silicate matls with good strength and further valuable properties for electrical, heat, sound and radiation protection consists of 60-90% wt. bottle glass of various colours and particle size 40 mu mixed with 10-12% wt. basalt and/or 10-15% wt. asbestos and/or 10-15% wt. slate 0.1-0.5% wt. SiC and heated to 700-900 degrees C. AlPO4 and anhydrite may be added. The raw matls are cheap and the processing is simpler and cheap.

Description

Verfahren zur Herstellung von silikatischen Process for the production of silicate

Werkstoffen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von silikatischen Werkstoffen, die eine gute mechanische Festigkeit und weitere wertvolle Eigenschaften für die elektrische, wärmeisolierende, schalldämmende und Strahlenschutztechnik besitzen. Materials The invention relates to a method of manufacture of silicate materials that have good mechanical strength and others valuable properties for electrical, heat insulating, sound absorbing and Own radiation protection technology.

Für die Verwendung als elektrischer, wärmedämmender und schalldämmender Isolierstoff, auch im Strahlenschutzbereich, der gleichzeitig gute mechanische Festigkeit bei erhöhten Temperaturen besitzt, werden in großem Umfang reine Verbindungen, wie Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Titandioxid, Zirkonoxid und dgl., verwendet. Solche keramischen Stoffe verlangen jedoch besondere teils teure Ausgangsstoffe, und die dafür aufzuwendenden Verfahren sind verhältnismäßig kompliziert und erfordern auch sehr hohe Schmelztemperaturen (größer als 1400"C), was wiederum einen erhöhten Energiebedarf bedeutet. For use as electrical, heat insulating and sound absorbing Insulating material, also in the radiation protection area, which at the same time has good mechanical strength at elevated temperatures, are to a large extent pure compounds such as Alumina, magnesia, titanium dioxide, zirconium oxide, and the like are used. Such Ceramic materials, however, require special, sometimes expensive, raw materials, and the expended for it Procedures are relatively complex and also require very high melting temperatures (greater than 1400 "C), which in turn means an increased energy requirement.

Die beispielsweise bei der Herstellung von glasbildenden gemischen bekannten Gießverfahren, wodurch aufwendige Formgebungsverfahren vermieden werden, sind bei keramischen Werkstoffen, wie Porzellan, Korund, Mullit, Sillimanit oder Asbestprodukten u. a., kaum anwendbar, da die erforderlichen Temperaturen zur Erzeugung einer vergießfähigen SchoSze so hoch liegen, daß die Wirtschaftlichkeit in Frage gestellt ist. For example, in the manufacture of glass-forming mixtures known casting process, which avoids costly shaping processes, are in ceramic materials such as porcelain, corundum, mullite, sillimanite or Asbestos products, among other things, hardly applicable, since the temperatures required for production a castable SchoSze are so high that the economic viability is in question is posed.

Andererseits bereitet der Kristallisationsvorgang Probleme, selbst wenn es möglich wäre, beispielsweise eine Aluminiumoxidschmelze zu gießen, weil bei der zwangsweise eintretenden schnellen Abkühlung auch eine schnelle Kristallisation eintritt, die zu großen Kristallen führt, wodurch die mechanischen, elektrischen und anderen Eigenschaften negativ beeinflußt werden.On the other hand, the crystallization process itself creates problems if it were possible, for example, to cast an alumina melt because with the inevitable rapid cooling, there is also rapid crystallization occurs which leads to large crystals, creating the mechanical, electrical and other properties are adversely affected.

Es hat daher nicht an Versuchen und Veröffentlichungen gefehlt, in welchen Zusammensetzungen zur möglichst wirtschaftlichen Herstellung von keramischen Werkstoffen beschrieben werden, die ebenfalls gute Eigenschaften besitzen sollen. So ist es beispielsweise bekannt, zur Herstellung eines harten, dichten keramischen Produktes mit hoher mechanischer Festigkeit und guten elektrischen Eigenschaften ein Gemenge aus unterschiedlichen Oxiden zu verwenden, beispielsweise MgO, Al203, SiO2, CaO, TiO2, ZrO2, in den verschiedensten Gewichtsanteilen. There has therefore been no lack of experiments and publications in which compositions for the most economical production of ceramic Materials are described, which should also have good properties. For example, it is known to produce a hard, dense ceramic Product with high mechanical strength and good electrical properties to use a mixture of different oxides, for example MgO, Al203, SiO2, CaO, TiO2, ZrO2, in various weight proportions.

Als Flußmittel dient dabei im wesentlichen Na2SiO3, H3B03, K2SiF6 und andere.The main flux used is Na2SiO3, H3B03, K2SiF6 and other.

Es ist ferner bekannt, zur Herstellung solcher keramischen Werkstoffe aus den oben genannten Oxiden oder Verbindungen zunächst bei Temperaturen unter dem Schmelzpunkt eine Erwerhung herbeizuführen, diese über einen bestimmten Zeitraum aufrechtzuerhalten und die Masse dann auf Temperaturen zwischen 900 und 10000C zu erwärmen und mehrere Stunden aufrechtzuerhalten, nachdem die Masse geschmolzen worden ist, damit man einen mikrokristallinen Werkstoff erhält. It is also known for the production of such ceramic materials from the above-mentioned oxides or compounds initially at temperatures below to bring about an increase in the melting point, this over a certain period of time to maintain and the mass then to temperatures between 900 and 10000C heat and hold for several hours after the mass has been melted is so that a microcrystalline material is obtained.

Nachteilig bei allen diesen bekannten Verfahren sind jedoch die großen Energiemengen, welche zur Herstellung der Werkstoffe durch Schmelzen aufzuwenden sind. Außerdem kann man aus diesen Werkstoffen keine leichten Schaumstoffe mit guten mechanischen Eigenschaften herstellen, und viele sind auch nicht als Strahlenschutz oder als gutes Wärme- und Schallisolationsmaterial geeignet. However, the major drawbacks of all of these known processes are the large ones Amounts of energy that are used to manufacture the materials by melting are. In addition, you cannot make lightweight foams with good ones from these materials Establish mechanical properties, and many are also not considered radiation protection or suitable as a good heat and sound insulation material.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen silikatischen Werkstoff zu schaffen, der die Nachteile der bekannten Werkstoffe nicht besitzt und insbesondere für seine erstellung nur eine vergleichsweise kleine Energiemenqe benötigt und dabei von billigen Rohstoffen ausgeht. It is therefore an object of the present invention to provide a silicate To create material that does not have the disadvantages of the known materials and especially for its creation only a comparatively small amount of energy is required and is based on cheap raw materials.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß man 85 bis 90 Gew.-% feingemahlenes Abfallglas mit 10 bis 12 Gew.-% Basalt, feingemahlen, und/oder 10 bis 15 Gew.-% Asbest und/oder 10 bis 15 Gew.-% Schiefer und 0,1 bis 0,5 Gew.-% SiC auf 700 bis 900"C erhitzt. This object is achieved according to the invention in that one 85 to 90% by weight of finely ground waste glass with 10 to 12% by weight of basalt, finely ground, and / or 10 to 15% by weight asbestos and / or 10 to 15% by weight of slate and 0.1 up to 0.5% by weight SiC heated to 700 to 900 ° C.

Fein gemahlen soll bedeuten eine Teilchengröße unter 70 . Finely ground is intended to mean a particle size below 70.

Bei dem Abfallglas kann es sich z. B. um Flaschenglas handeln. Vorzugsweise wird als Basalt ein Material verwendet, das sich im wesentlichen nur aus Feldspäten zusammensetzt und in dem der K4kfeldspat oder Anorthit (Ca (Si2Al2O8)J den größten Anteil ausmacht und im Bereiche von Natronfeldspat oder Albit FNa (AlSi308)7 im Bereiche 30 bis 38 Gew.-% und Kalifeldspat oder Orthoklas DK (AlSi3O8)j nur mit 2 bis 5 Gew.-% zugegen sein sollte. Diese Kombination von Anorthit, Albit und Orthoklas entspricht der Oxidzusammensetzung: SiO2 48 - 52 % Al203 tMgO Fe2O3 TiO27 18 - 29 % CaO 8 - 12 % Na2O 2 - 5 % K20 1 - 2 % Eine solche Basaltwzusammensetzung, wobei die Bestandteile an MgO, TiO2, Fe203 nicht berücksichtigt werden sollen, ergibt die besten Ergebnisse. The waste glass can be, for. B. be bottle glass. Preferably Basalt is used as a material that is essentially made up only of feldspars composed and in which the K4kfeldspar or anorthite (Ca (Si2Al2O8) J the largest And in the area of soda feldspar or albite FNa (AlSi308) 7 im Ranges 30 to 38 wt .-% and potassium feldspar or orthoclase DK (AlSi3O8) j only with 2 to 5% by weight should be present. This combination of anorthite, albite and orthoclase corresponds to the oxide composition: SiO2 48 - 52% Al203 tMgO Fe2O3 TiO27 18 - 29 % CaO 8 - 12% Na2O 2 - 5% K20 1 - 2% Such a basalt composition, where the components of MgO, TiO2, Fe203 should not be taken into account the best results.

Als Fluß- und Reduktionsmittel dienen Borsäure, NaCO3, P205, CaCO3. Soll der Werkstoff auch ausdehnungssenkende und absorbierende Eigenschaften für thermische Neutronen haben, wird Borsäure verwandt. Die Verbindungen können auch als Gemisch eingesetzt werden. Boric acid, NaCO3, P205, CaCO3 are used as flux and reducing agents. Should the material also have expansion-reducing and absorbing properties for have thermal neutrons, boric acid is used. The connections can too be used as a mixture.

Der erfindungsgemäße Werkstoff, der zu Blöcken, Platten, Stangen und Röhren gegossen werden kann, zeigt im Gegensatz zu vielen anderen bekannten Werkstoffen überraschend gute Festigkeitseigenschaften und Temperaturwechselbeständigkeit. The material according to the invention, the blocks, plates, rods and tubes can be cast, unlike many other well-known shows Materials have surprisingly good strength properties and resistance to temperature changes.

Der entstandene schaumförmige Werkstoff besitzt folgende physikalische Eigenschaften: a) Raumgewicht: D,15 - 0,25 g/cm³ b) Druckfestigkeit: 20 - 25 kp/cm2 c) Biegezugfestigkeit: 5,0 - 6,0 kp/cm2 d) El. Durchschlagfestiqkeit: 13,0 - 15,0 kV/cm e) El. spez. Widerstand: 1,0 . 1012 Ohm/cm (bei 15°C) f) Hitzebeständigkeit: -1700C bis 4500C g) Wärmeleitzahl: 0,063 Kcal/mh°C Anstelle von Basalt kann die Mischung auch mit Feldspäten zusammengestellt werden oder mit den den Feldspäten verwandten Doppelsilikaten, wie beispielsweise Plagioklas, Oligoklas oder Oligoklas und Andesin, ferner aus den Glimmern, wie Muskowit FK Al2(OH F)2 / Al Si3010], Phlogopit [KMg3(F,OH)2/ Al Si3010], Biotit - K (Mg,FeII)3 [(OH)2/ (Al,FeIII)] ii)3 g(OH)2/ (Al, Fe ) Si3O10, Zinnwaldit - K(Li,FeII,Al)3 [(OH)2/AlSi3010], Margarit CaAl2[(OH)2 / Al2Si2O10] oder aus Serpentinreihe wie Chrysotilasbest Mg6 [(OH)8 / Si4010] oder aus Nephelin KNa3 [AlSiO474. The resulting foam material has the following physical properties Properties: a) Volume weight: D, 15 - 0.25 g / cm³ b) Compressive strength: 20 - 25 kp / cm2 c) Flexural strength: 5.0 - 6.0 kp / cm2 d) El. Dielectric strength: 13.0 - 15.0 kV / cm e) El. spec. Resistance: 1.0. 1012 Ohm / cm (at 15 ° C) f) Heat resistance: -1700C to 4500C g) Thermal conductivity: 0.063 Kcal / mh ° C Instead of basalt, the Mixture can also be combined with feldspars or with the feldspars related double silicates such as plagioclase, oligoclase or oligoclase and andesine, also from the mica, such as muscovite FK Al2 (OH F) 2 / Al Si3010], phlogopite [KMg3 (F, OH) 2 / Al Si3010], biotite - K (Mg, FeII) 3 [(OH) 2 / (Al, FeIII)] ii) 3 g (OH) 2 / (Al, Fe) Si3O10, Zinnwaldite - K (Li, FeII, Al) 3 [(OH) 2 / AlSi3010], margarite CaAl2 [(OH) 2 / Al2Si2O10] or from serpentine series such as chrysotile asbestos Mg6 [(OH) 8 / Si4010] or from nepheline KNa3 [AlSiO474.

Die Zusammensetzung von verschiedenen Mineralien und Zusätzen, wie Borsäure, Metasilikate, Borate, kann man sehr gut kombinieren und die eutektischen Kräfte anwenden. Sehr gute Kombinationen sind Basalte: Glimmer oder Basalte: Serpentine. The composition of various minerals and additives, such as Boric acid, metasilicates, borates, you can do a lot combine well and apply the eutectic forces. Basalts: mica are very good combinations or basalts: serpentines.

Schaumkörper gemäß der vorliegenden Erfindung aus braunem und weißem Glas besitzen hingegen die nachfolgenden physikalischen Kennzahlen: Druckfestigkeit: 120 - 180 kp/cm2 Biegezugfestigkeit: 40 - 50 kp/cm2 El. Durchschlagfestigkeit: 17 - 25 kV/cm Wärmeleitzahl: 0,0680 kcal/mhoC bei 100C Ilitzebeständigkeit: -2000C bis 650"C Raumgewicht: 0,30 - 0,40 g/cm3 Aus den Beispielen ergibt sich, daß Schaumkörper aus braunem und weißem Glas größere Festigkeiten ergeben als solche aus grünem Glas (siehe Beispiel, Seite 5). Foam body according to the present invention made of brown and white Glass, on the other hand, has the following physical characteristics: Compressive strength: 120 - 180 kp / cm2 Flexural strength: 40 - 50 kp / cm2 El. Dielectric Strength: 17 - 25 kV / cm thermal conductivity: 0.0680 kcal / mhoC at 100C Ilitz resistance: -2000C Up to 650 "C density: 0.30-0.40 g / cm3 The examples show that the foam body brown and white glass result in greater strengths than those made from green glass (see example, page 5).

In Verfolg des Erfindungsgedankens kann man ferner aus einem Gemisch von gemahlenem Flaschenglas oder Glasscherben mit einer Teilchengröße unter 40 ß bereits einen silikatischen Werkstoff herstellen, wenn man dem Gemisch Aluminiumphosphatlösung bei Zimmertemperatur zusetzt, wodurch sich ein Schaum bildet, den man dann bei Temperaturen zwischen 250 und 4000C unter Zuhilfenahme von Anhydrit trocknet. Diese Temperaturen kann man praktisch in jedem Trockenschrank erreichen. Das Anhydrit nimmt dabei Restwasser auf und wandelt sich in Gips um. In pursuit of the concept of the invention, one can also use a mixture of ground bottle glass or broken glass with a particle size below 40 ß already produce a silicate material if you add aluminum phosphate solution to the mixture Adds at room temperature, whereby a foam forms, which you then at temperatures dries between 250 and 4000C with the help of anhydrite. These temperatures can be reached in practically every drying cabinet. The anhydrite takes up residual water and turns into plaster of paris.

Der entstandene schaumförmige Werkstoff besitzt die folgenden physikalischen Kennzahlen: Raumgewicht: 0,45 - 0,50 kg/cm3 Druckfestigkeit: 30 - 40 kp/cm2 Schaumkörper ist porös Die Zusammensetzung kann aber auch so getroffen sein, daß, wie im Beispiel I der nachfolgenden Tabelle dargestellt, die Masse sich lediglich aus Glasmehl, Basalt und Siliziumkarbid zusammensetzt.The resulting foamed material has the following physical properties Key figures: Volume weight: 0.45 - 0.50 kg / cm3 Compressive strength: 30 - 40 kp / cm2 foam body is porous The composition can, however, also be made in such a way that that, as shown in Example I of the table below, the mass is only composed of glass powder, basalt and silicon carbide.

TABELLE Beispiele Zusammensetzung 1. in. Glasmehl 60-75 % 20-30 % CaSO4 4- 8 % Basalt, Asbest od. Schiefer 10-15 % 20-30 % SiC 0,1-0,5 % Aluminiumphosphat- lösung (wäßrig) 20-35 %ig 26-36 % Die bei der Herstellung nach Beispiel I anfallenden Reste aus der Produktion von z. B. Platten können auf ca.TABEL Examples composition 1. in. Glass flour 60-75% 20-30% CaSO4 4- 8% Basalt, asbestos or slate 10-15% 20-30% SiC 0.1-0.5% Aluminum phosphate solution (aqueous) 20-35% 26-36% The residues obtained in the production according to Example I from the production of z. B. Plates can be extended to approx.

40 ii vermahlen und der Mischung nach Beispiel II-zugemischt werden. Dadurch würde der Basalt-, Asbest- oder Schieferanteil entsprechend verringert.40 ii ground and mixed with the mixture according to Example II. This would reduce the proportion of basalt, asbestos or slate accordingly.

Claims (4)

Patentansprüche ! Verfahren zur Herstellung von silikatischen Werkstoffen, die eine gute mechanische Festigkeit und weitere wertvolle Eigenschaften für die elektrische, wärmeisolierende, schalldämmende und Strahlenschutztechnik besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß man 60 bis 90 Gew.-% gemahlenes Flaschenglas verschiedener Farbe und einer Teilchengröße unter 40 ß mit 10 bis 12 Gew.-% Basalt und/oder 10 bis 15 Gew.-% Asbest und/oder 10 bis 15 Gew.-% Schiefer, 0,1 bis 0,5 Gew.-% SiC mischt und auf 700 bis 9000C erhitzt. Patent claims! Process for the production of silicate materials, which have good mechanical strength and other valuable properties for the have electrical, heat-insulating, sound-absorbing and radiation protection technology, characterized in that there are 60 to 90% by weight of ground bottle glass of various types Color and a particle size below 40 ß with 10 to 12 wt .-% basalt and / or 10 up to 15% by weight asbestos and / or 10 to 15% by weight slate, 0.1 to 0.5% by weight SiC mixes and heated to 700 to 9000C. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Masse eine Aluminiumphosphatlösung in einer Menge zwischen 19 bis 36 Gew.-% zugesetzt ist. 2. The method according to claim 1, characterized in that the mass an aluminum phosphate solution was added in an amount between 19 to 36% by weight is. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man 60 bis 75 Gew.-% Glasmehl und 10 bis 15 Gew.-% Basalt miteinander vermischt zusammen mit einem geringen Anteil Siliziumkarbid. 3. The method according to claim 1, characterized in that 60 up to 75% by weight of glass powder and 10 to 15% by weight of basalt mixed together with a small proportion of silicon carbide. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man 20 bis 30 Gew.-% Glasmehl, 4 bis 8 Gew.-% Anhydrit, 20 bis 30 Gew.-% Basalt, Asbest oder Schiefer und 26 bis 36 Gew.-% Aluminiumphosphatlösung mischt und erhitzt. 4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that one 20 to 30% by weight glass powder, 4 to 8% by weight anhydrite, 20 to 30% by weight basalt, asbestos or shale and 26 to 36 wt% aluminum phosphate solution are mixed and heated.
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