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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von
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Ziegeln oder Bausteinen sowie eine Zusammenstellung für solche Baumaterialien
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Ziegel, Ziegelsteine oder Mauersteine werden aus Ton, fein pulverisiertem
Schiefer oder Mischungen hieraus dadurch hergestellt, daß man das Rohmaterial extrudiert,
das extrudierte Rohmaterial formt und die so gewonnenen Formkörper brennt. In verschiedenen
Gebieten enthält das Rohmaterial zur Herstellung dieser Ziegel mehr als 50 SS Schiefer
(wobei der Rest Ton ist). Wegen des relativ geringen Prozentsatzes an in den Ziegeln
verwendetem Ton liegt ein Mangel Plastizität und Festigkeit des Rohmaterials vor,
was zu einem erheblichen Ausschuß während des Herstellungsverfahrens und nach dem
Brennen nach sich zieht. Darüber hinaus bewirkt der Mangel an Festigkeit des Rohmaterials
und/oder an Plastizität im frisch extrudierten Ziegel, der beträchtliche Mengen
an Schiefer enthält, in vielen Fällen eine Verformung, die zu Ziegeln geringerer
Qualität führt, welche dann nur noch, sofern überhaupt, zu. erheblich verringerten
Preisen abgesetzt werden können.
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Es ist bekannt, daß der Zusatz von Natriumbentonit zu Ton die Plastizität
bei der Herstellung von Ziegeln erhöht; bei Ziegeln mit mehr als 50 Gew.-% Schiefer
trägt jedoch der Zusatz von Natriumbentonit nicht merklich zu einer Erhöhung der
Plastizität und der Festigkeit des Rohmaterials von aus diesem Schiefer geformten
Ziegel bei. Natriumbentonit trägt also nur wenig oder überhaupt nicht zur Verringerung
des Ausschußes und zur Anhebung der Festigkeit und der Plastizität von Ziegelzusammenstellungen
bei, die relativ große Schiefermengen und insbesondere harte oder fossile Schiefer
enthalten.
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Bs besteht deshalb das Bestreben, die Ausbeute an qualitativ befriedigenden
Ziegeln aus Rohmaterial mit erheblichen Mengen an Schiefer auf einfache und wirtschaftliche
Weise zu erhöhen.
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In diesem Zusammenhang geht die Aufgabe der Erfindung dahin, ein Verfahren
zur Herstellung von Ziegeln oder Mauersteinen aus einem Ziegelrohmaterial mit mehr
als 50 % Schiefer zu schaffen,wobei der Ausschuß bei den letztlich gewonnenen Ziegeln
sehr klein ist. Auch soll ein Verfahren zum Anheben der Plastizität und der Festigkeit
des Ziegelrohmaterials angegeben werden.
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Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß man dem
Ziegelrohmaterial mit dem verhältnismäßig großen Anteil an Schiefer einen Zusatz
zugibt, der vornehmlich aus Natriumbentonit und einem kleineren Anteil eines wasserlöslichen,
anionischen Polyelektrolypolymeren besteht und der vorzugsweise ein wasserlösliches
Dispersionsmittel aufweist.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugterAusführungsbei spiele sowie den Patentansprüchen,
wobei sämtliche Prozentsätze in Gewichtsprozent angegeben sind, sofern nicht ausdrücklich
etwas anderes vermerkt ist.
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In den folgenden, bevorzugten Ausführungsbeispielen werden Klinker
beschrieben, Es liegt jedoch auf der Hand, daß die Erfindung ebenso auf jegliche
andere Arten von Ziegeln anwendbar ist, Die Erfindung beruht auf dem überraschenden
Auffinden, daß eine Zusammenstellung mit Natriumbentonit bei Zugabe zu einem Ziegelrohmaterial
mit So oder mehr Prozent an Schiefer die Plastizität
des Ziegelrohmaterials
und dessen Festigkeit, also die Naßfestigkeit, wesentlich anhebt. Die Erfindung
ist deshalb besonders überraschend, wenn man in Betracht zieht, daß Natriumbentonit
- obgleich es früher bereits bei der Herstellung von Ziegeln verwendet wurden nicht
den geringsten feststellbaren Effekt auf die Naßfestigkeit oder Plastizität eines
mehr als o % Schiefer aufweisenden Rohmaterials zeigt. Es wurde jedoch gefunden,
daß Natriumbentonit bei Verwendung in Verbindung mit einem spezellen wasserlöslichen,
anionischen Polyelektrolyten und vorzugsweise in Verwendung mit einem wasserlöslichen
Dispersionsmittel sehr gute Ergebnisse in dieser Hinsicht erbringt.
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Die speziellen Polyelektrolyten, die als besonders vorteilhaft im
Sinne der Erfindung gefunden wurden, sind solche Polymeren, die längs der Kette
Karboxylgruppen aufweisen, wie Karboxylsäuren, Acetate, Alkohole, Anhydride, hydrolysierte
Amide und hydrolysierte Nitrile. Unter dem Ausdruck "hydrolysiert" wird verstanden,
beispielsweise im Falle des Polyakrylnitrils, das wenigstens ein Teil der Nitrilgruppen
(wie 40 bis 95 %) zu COOX umgesetzt sind, wobei X ein Anion, wie -Na oder NH4, ist.
Beispiele wasserlöslicher Polyelektrolyten sind Copolymere der Maleinsäure oder
des Maleinanhydrids mit Akrylsäure, Methakrylsäure, Vinylalkohol oder Vinylacetat
sowie Polyvinylalkohol und Polyvinylacetat sowie deren Copolymere. Andere Polyelektrolyten,
die mit gutem Erfolg eingesetzt wurden,waren solche mit hydrolysiertem Polyakrylamid
und Polyakrylnitril. Besonders bevorzugte Polymere sind Polyakrylsäure, Polymethakrylsäure,
Copolymere hieraus und deren wasserlöslichen Salze, wie Alkalimetall- (s. B.
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Natrium) und Ainmoniumsalze.
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Wie oben erwähnt, enthält die Natriumbentonit-Additivzusammenstellung
auch zusätzlich zum Natriumbentonit und den wasserlöslichen, anionischen Polyelektrolypolymeren
vorzugsweise wasserlösliche Dispersionsmittel. Als Beispiele für wasserlösliche
Dispersionsmittel, die mit gutem Erfolg eingesetzt wurden, seien wasserlösliche
Salze der Phosphorsäure (Phosphate genannt, wie Hypophosphat, Orthophosphat, Metaphosphat
und Pyrophosphat. Das jeweilige das Salz bildende Kation ist unwichtig unter der
Voraussetzung, daß das gebildete Salz wasserlöslich ist. Beispielsweise wird das
Kation in den meisten Fällen ein Metallsalz sein, wie ein Alkali- oder Erdalkalimetall.
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Beispiele für Alkalimetallsalze sind Natriumorthophosphat,Trinatriumorthophosphat,
Natriummetaphosphat und Natriumpyrophosphat.
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Andere Alkalimetalle, die zur Herstellung von Phosphatsalzen geeignet
sind, die im Rahmen der Erfindung verwendet werden können, sind Kaliumhydrophosphat,
Kaliumpyrophosphat und Lithiumphosphat. Als Beispiel für Erdalkalimetalle sei Monocalciumphosphat
genannt.
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Andere wasserlösliche Dispersionsmittel, die gemäß der Erfindung verwendet
werden können, sind wasserlösliche Salze des Leonardit, der ein natürlich vorkommendes
Mineral ist und verschiedentlich als natürlich oxidiertes Lignit angesehen wird,
das Huminsäure enthält. Andere erfindungsgemäß einzusetzende, wasserlösliche Dispersionsmittel
sind die wasserlöslichen Salze beispielsweise der Lignosulfonsäure, Xuminsäure oder
fulvischen Säure (fulvic acid).
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Die Zusammensetzung des Natriumbentonitadditivs kann in weiten Grenzen
variieren; vorzugsweise wird sie jedoch etwa 99,9 bis 90 Gew.-% Natriumbentonit
und etwa o,1 bis 5 Gew.-% des wasserlöslichen,
anionischen Polyelektrolytj>olymeren
aufweisen. Vorzugsweise enthält das Natriumbentonitadditiv auch etwa o,1 bis 5 Gew.-%
des wasserlöslichen Dispersionsmittels.
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Es wurde gefunden, daß sehr kleine Mengen des Ziegeladditivs bei Zugabe
zum Ziegelrohmaterial die sich einstellende Plastizität und Naßfestigkeit des Ziegels
erheblich anheben. Beispielsweise wurden lediglich o,2 Gew.-'0,o des Bentonitadditivs
bezogen auf das Gesamtgewicht aus trockenem Ziegelrohmaterial und Bentonitadditiv
verwendet, und es wurden sehr gute Ergebnisse erhalten. Grundsätzlich ist die Menge
des dem Ziegelmaterial zuge setzten Natriumbentonitadditivs nicht kritisch und kann
zwischen o,2 bis lo Gew.-% schwanken. Da die Eigenschaften der Ziegel jedoch nicht
merklich verbessert werden, wenn mehr als etwa 5 06 Natriumbentonitadditiv verwendet
werden, wird man aus wirtschaftlichen Gründen keine übermäßigen Mengen dieses Betrages
einsetzen; wie erwähnt, besteht jedoch keine kritische Obergrenze hinsichtlich des
Natriumbentonitzusatzes. Wie ebenfalls bereits herausgestellt wurde, ist die Erfindung
mit besonderem Vorteil bei Ziegelmaterial einsetzbar, das mehr als 50 Gew.-% Schiefer
enthält. Insbesondere kann das Rohmaterial für die Ziegel gemäß der Erfindung gänzlich
aus fein pulverisiertem Ziegel oder alternativ aus einer Mischung von Ton und Schiefer
bestehen, wobei die Tonmenge einen Anteil von 50 bis o Gew.-% ausmacht. Da der zur
Ziegelherstellung verwendete Ton dem Fachmann bekannt ist, wird auf eine diesbezügliche
nähere Erläuterung verzichtet. Grundsätzlich können jedoch alle Ton-und Schieferarten
im Sinne der Erfindung zur Herstellung von Ziegeln verwendet werden. Die zur Herstellung
von Ziegeln verwendeten Tone sind jedoch in der Regel nicht so rein wie Tone für
andere industrielle Zwecke.
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Die gemäß der Erfindung einzusetzenden Schiefer können den verschiedensten
Ursprung haben und von jeglichem geologischen Typ und Alters sein, einschließlich
sehr harte Schiefer sowie fossile Schiefer.
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Bekanntlich werden Klinker durch Extrudieren oder Strangpressen des
Ziegelrohmaterials, anschließendes Formen des Rohmaterials sowie Brennen des geformten
Ziegels hergestellt. Gemäß der Erfindung wird das Natriumbentonitadditiv dem Rohmaterial
(d. h.
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dem Schiefer oder der Mischung aus Schiefer und Ton) vor dem Extrudieren
zugegeben. Es kann entweder in trockener Granulatform oder als wässrige Trübe oder
Dispersion zugesetzt werden.
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Beide Zugabemöglichkeiten erbringen gute Ergebnisse, da vor dem Extrudieren
dem Ziegelrohmaterial Wasser zugefügt wird, um es plastisch zu machen. Die Menge
des zugegebenen Wassers hängt von der Plastizität des Ziegelrohmaterials ab, und
deshalb ist die Zugabe von Wasser in die Natrimbentonittrübe oder -dispersion nicht
von Nachteil. Dem Ziegelrohmaterial muß in jedem Fall vor dem Extrudieren Wasser
zugegeben werden.
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Um die unerwarteten und ungewöhnlichen, mit der Erfindung erzielbaren
Eigenschaften zu demonstrieren, wurde das Natriumbentonitadditiv mit einer Anzahl
von Schiefern unterschiedlicher Plastizität untersucht. Es sei in diesem Zusammenhang
darauf hingewiesen, daß eine Anhebung der Plastizität direkt an frisch erzeugten
Ziegeln unter Verwendung der verschiedenen Arten von Naßfestigkeitsuntersuchungseinrichtungen
gemessen werden kann. Diese Einrichtungen messen die Plastizität in "zum Bruch erforderliches
Iastgewicht". Zum andern messen die Geräte die Plastizität auch über eine dimensionelose
Skala, so daß Vergleiche möglich sind.
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Herkömmliche Naßfestigkeitstesteinrichtungen belasten den rohen Ziegel
bis er bricht oder reißt. Eine andere Möglichkeit oder Einrichtung der Plastizitätsmessung
besteht darin, daß man die gleiche Art einer Pestigkeitameßeinrichtung nach Trocknen
des Ziegels verwendet. Diese Messung ist bekannt als "roeken-Bruchmodul " ((3M).
Eine indirekte Meßmethode zur Bestimmung der Bindekraft der Natriumbentonitadditive
besteht in der Aussonderung der Ziegel hoher Qualität nach dem Brennen. Hierdurch
wird der Prozentsatz von guten Ziegeln gegenüber den schlechten Ziegeln bestimmt.
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Es wurden sowohl Labor als auch Fledversuche mit dem erfindungsgemäßen
Natriumbentonitadditiv durchgeführt. Die folgenden Tabellen erläutern die unüblichen
und überraschenden Ergebnisse, die mit der Erfindung erzielt wurden. In den folgenden
Tabellen weist das Additiv A die folgende Zusammensetzung auf: 1,5 Gew.-% Natriumpyrophosphat,
o,5 Gew.-% Natrimpolyakrolat und 98 Gew.-% Natriumbentonit Das gemäß der folgenden
Tabellen verwendete Additiv B wies die folgende Zusammensetzung auf: o,25 Gew.-%
Natriumpyrophosphat, 1 Gew.-% Natriumpolyakrolat und 98,5 Gew.-% Natriumbentonit.
Die Zusammensetzung der Körper (d. h. das Ziegelrohmaterial) wies in allen Fällen
mindestens 80 % Schiefer, in einigen Fällen 100 % Schiefer, wie beim Körper 4, auf.
In der Tabelle I wird der TBM, siehe oben, in kp/cm² angegeben, die Tabelle II dient
zur Wiedergabe der Naßfestigkeit, während in Tabelle III die Ausbeute an Ziegeln
guter Qualität herausgestellt wird. Hinsichtlich der Tabelle III bedeutet dies in
anderen Worten, daß bei einer angegebenen Ausbeute von 96 % 96 % der erzeugten Ziegel
annehmbare Qualität aufwiesen, Es sei noch vermerkt, daß das gemäß den Tabellen
I, II und III verwendete Additiv im trockenen Zustand dem Ziegelrohmaterial zugegeben
wurde.
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Tabelle I TBm, kp/cm² 1 % 1 % 2 % 2 % % Anstieg % Anstieg natürl.
Binde- Binde- Binde- Binde- TBM Binde- TBM Binde-Körper TBM mittel A mittel B mittel
A mittel B mittel A mittel B 1 11,34 42,49 54,95 275 383 2 11,06 20,37 23,1 85 109
2 11,06 46,9 50,68 324 358 3 35,42 54,95 57,4 55 62 4 2,1 17,64 18,69 713 761 Tabelle
II Naßfestigkeit 1 % 1 % 2 % 2 % % Anstieg % Anstieg natürl. Binde- Binde- Binde-
Binde- TBM Binde- TBM Binde-Körper Bewertung mittel A mittel B mittel A mittel B
mittel A mittel B 5 0,217 0,273 0,308 30 42 5 0,217 0,343 0,434 53 114
Tabelle
III Ausbeute 1 % 1 % 2 % 2 % ohne Binde- Binde- Binde- Binde-Körper Bentonit mittel
A mittel B mittel A mittel B 5 79,0 % 96 % 94 % 5 79,2 % 99 % 96 % 6 80,4 % 95,5
% 94 %
Aus den vorstehenden Tabellen ergibt sich, daß durch eine
Zugabe des Bentonitadditivs der TBM von 62 % auf 761 %, die Naßfestigkeit von 42
% auf 114 % und schließlich die Menge an Ziegeln ausreichender Qualität wesentlich
erhöht wird. Die gemäß der Erfindung bei Zugabe des Bentonitadditivs zum Ziegelrohmaterial
als Trübe überraschenderweise erhaltenen Ergebnisse sind in den Tabellen IV und
V niedergelegt..
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Tabelle IV Naßfestigkeit (kg bis zum Bruch) natürliche o,4 % o,4
, Körper Naßfestigkeit Bindemittel A Bindemittel B 7 10,9 21,3 22,7 Tabelle V Ausbeute
ohne o,4 % 0,4 % Körper Bentonit Bindemittel A Bindemittel A 7 86,) % 92,3 % 92,5
% Aus den Tabellen IV und V geht hervor, daß die Naßfestigkeit und die Menge an
Ziegeln annehmbarer oder guter Qualität selbst dann wesentlich erhöht werden, wenn
lediglich o,4 Gew.-Vo des
Additivs als Bentonittrtjbe dem Ziegeirohmaterial
zugegeben werden.
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Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde Natriumpolyakrylat
und Natriumpyrophosphat eingesetzt.
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Die Erfinder haben jedoch darüber hinaus andere wasserlösliche Polyelektrolyten
und wasserlösliche Dispersionsmittel mit gleich guter Wirkung benutzt, so daß die
vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele lediglich der Erläuterung dienen und
keineswegs mit Blick auf irgendeine Einschränkung der Erfindung gewählt wurden.