DE3921278A1 - Verfahren zur herstellung von keramischen formteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von leichten keramischen Formteilen, mit einem Gehalt an Perlit als Leichtzuschlagstoff und einer Trockenrohdichte kleiner 2,0 g/cm³.

Insbesondere im Bereich von Ziegelprodukten ist der Ein­ fluß von Magerungs- und Porosierungsmitteln schon häufig untersucht worden.

Eine zusammenfassende Darstellung gibt Mackedanz in "Sprech­ saal", Heft 9/80, 559.

Durch porosierende Zusatzmittel wie Sägemehl, Papierschlamm und Schaumkunststoff wird die Scherbenrohdichte zwar zum Teil deutlich herabgesetzt, gleichzeitig ist aber auch auf eine ausreichende Druckfestigkeit der so hergestellten Formteile zu achten. So beschreibt Mackedanz, daß bei Zusatz von Sägemehl die Scherbenrohdichte nur geringfügig abnimmt, jedoch relativ gute Druckfestigkeitswerte erzielt werden, während mit "Styropor" eine drastische Rohdichte­ erniedrigung ermöglicht wird, die jedoch auch einen starken Druckfestigkeitsabfall mit sich bringt.

Einen ähnlichen Stand der Technik beschreibt auch die Einleitung der DE-A-28 53 709, die auch andere Porosierungs­ mittel wie Torf, Kohlenstaub, Perlit, Getreidespelzen oder Flotationsberge anspricht, gleichzeitig jedoch darauf hinweist, daß diese nur wenig praktische Bedeutung erlangt haben und ähnliche Nachteile wie die zuerst beschriebenen Stoffe aufweisen.

Nach der DE-A-28 53 709 können die genannten Zuschlagstoffe nur dann eingesetzt werden, wenn ein brennbares, pulver­ förmiges bis feinkörniges Material mit Schaum versetzt und granuliert wird. Auf diese Weise soll ein brennbares Granulat mit lockerer, schaumartiger Struktur erzeugt werden.

Als Vorteil wird insbesondere angesprochen, daß durch das erhöhte Schüttvolumen der Heizwert des Zuschlagstoffes gegenüber einem Massivkorn erheblich herabgesetzt ist und dieser verringerte Heizwert beim Ausbrennen dem Ofen­ prozeß zugute kommt und eine Brennenergieersparnis mit sich bringt.

Unter anderem ist auch der Zusatz von Perlit angesprochen. Es wird darauf hingewiesen, daß ein Zusatz von unbehandel­ tem Perlit zum Rohton meistens nicht den gewünschten Effekt bringt, da die Perlitkörper beim Pressen zerbröckeln. Die Stabilität der Körner soll nach der deutschen Offen­ legungsschrift dann jedoch erhalten bleiben, wenn man sie zusammen mit Kohlenstaub oder dergleichen in einen Schaum einbettet.

Es ist offensichtlich, daß ein derartiges zweistufiges Verfahren, bei dem in der ersten Stufe der Zuschlagstoff zu einem Schaum aufbereitet werden muß, und bei dem in der zweiten Stufe der Schaum mit dem Ton vermischt wird, für ein Massenprodukt wie Ziegel oder dergleichen relativ aufwendig ist.

Der in der DE-A-28 53 709 beschriebene Zerfall des Zuschlag­ stoffes Perlit beim gemeinsamen Verpressen mit einer Ton- Matrixmasse wird auch durch die DE-C-36 14 943 bestätigt, die aus diesem Grunde die Verwendung von glasierten, ge­ blähten Perlitkörnern zur Herstellung von Tonziegeln vor­ sieht.

Durch die Glasierung wird das einzelne Perlitkorn stabili­ siert, so daß es auch beim anschließenden Vermischen mit der Ton-Matrixmasse und der sich anschließenden Formgebung durch Verpressen oder dergleichen nicht zerstört wird.

Auch dabei muß jedoch der Zuschlagstoff vor der Vermischung mit der Ton-Matrixmasse separat aufbereitet (hier: glasiert) werden, was zusätzliche Zeit und Kosten verursacht, was für Massenprodukte wie Ziegel oder dergleichen nicht immer akzeptabel ist.

Aus der AT-PS 2 52 091 ist bekannt, daß Perlit in expandiertem Zustand sehr viel Wasser aufnehmen kann. Um das Aufnahme­ vermögen für Wasser herabzusetzen, wird vorgeschlagen, Silikone in wäßriger Lösung auf einen Strom oder ein Bett durch den Expansionsvorgang noch warmer Perlitkörner aufzusprühen und die besprühten Körner zu durchmischen.

Schließlich ist aus der DE-AS 12 53 133 ein Verfahren zum Behandeln von Perlit bekannt, bei dem Perlit mit ver­ nebelten, gelösten, dispergierten oder verflüssigten Binde- und Imprägnierungsmitteln getränkt oder besprüht und zentrifu­ giert wird. Dabei dient das Besprühen dem Zweck, im Wasser gelöste Imprägnierungsstoffe mit dem Perlit in Kontakt zu bringen. Anschließend wird das so behandelte Material getrocknet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem eingangs genannten Stand der Technik preiswertere und einfachere Möglichkeit anzugeben, poröse Zuschlag­ stoffe wie Perlit so zu stabilisieren, daß sie bei der anschließenden Vermischung mit Ton und Formgebung nicht zerstört werden.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß die Stabilität eines Zuschlagstoffes wie expandierter Perlit durch Aufnahme einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser, drastisch erhöht werden kann. Dabei wird die Stabilisierung jedes einzel­ nen Perlitkorns dann maximal, wenn das offene Porenvolu­ men vollständig mit der Flüssigkeit gefüllt ist. Das Ein­ bringen der Flüssigkeit in die offenen Poren kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen.Die Flüssigkeit kann entweder vollständig separat zugegeben werden, zum Beispiel durch Tränken des expandierten Perlits in einer Flüssigkeit oder durch Besprühen der expandierten Perlitkörner, zum Beispiel über entsprechende Wasserdüsen an der Innenwand einer Förderschnecke, durch die der Perlit hindurchgeführt wird. Je nach Konsistenz des Tons kann dies aber auch zuviel sein, weil zusammen mit der Eigenfeuchtigkeit des Tons das Gemisch dann zu wäßrig wird. Für diese Fälle wird vorgeschlagen, vor dem Zusammenmischen mit dem Ton dem expandierten Perlit nur einen Teil der theoretisch maximalen Wassermenge zuzugeben, die das offene Porenvolumen des Perlits aufnehmen kann. Dabei sollten aber mindestens 50% der theoretischen Wassermenge bereits zugegeben werden, um eine homogene Verteilung des Perlits im Ton zu ermöglichen. In diesem Fall saugt der Perlit die noch fehlende Rest­ flüssigkeit aufgrund der hohen kapillaren Saugkräfte der offenen Poren aus dem Ton bis zu einer "vollständigen Sättigung". Die hochporösen Perlitteilchen erfüllen dann gleichzeitig eine Funktion als "Trocknungsmittel" für den Ton, gleichzeitig können größere Oberflächenporen mit Ton-Matrixmaterial ausgefüllt werden, von denen wieder Feuchtigkeit in die Kapillarporen des Perlits abgesaugt wird.

Auf jeden Fall ist sicherzustellen, daß stets eine aus­ reichende Flüssigkeitsmenge zur Verfügung steht, um das offene Porenvolumen des Perlites vollständig mit der Flüssig­ keit zu füllen. Dabei ist zu berücksichtigen, daß das Ton-/ Perlit-Gemisch anschließend eine ausreichende Konsistenz aufweist, um die Mischung weiterverarbeiten zu können. Entsprechend setzt sich die Gesamt-Flüssigkeitsmenge aus der im Ton befindlichen Flüssigkeit und der extern zuge­ gebenen Flüssigkeit zusammen und wird so gewählt, daß auch bei vollständiger Befüllung der offenen Poren des Perlits eine Konsistenz der Mischung Ton/Perlit erreicht wird, wie sie für die nachfolgenden Aufbereitungsschritte notwendig ist.

In jedem Fall liegen dann wassergesättigte Perlitkörner vor, wobei die Flüssigkeit auch beim anschließenden beziehungs­ weise weiteren Vermischen mit der Ton-Matrixmasse weitest­ gehend in den Poren verbleibt, wofür in erster Linie die Oberflächenspannung des Wassers verantwortlich ist. Dieser Effekt kann zusätzlich durch Zugabe eines oberflächenaktiven Mittels wie eines Tensides, optimiert werden. Dabei kann es von Fall zu Fall vorteilhaft sein, die Flüssigkeit unter leichtem Druck in die Perlitporen zu bringen, zumal dann auch Poren kleineren Durchmessers mit Flüssigkeit ausgefüllt werden können.

Das so gebildete Ton-Perlit-Gemisch kann auf konventionelle Art und Weise weiterverarbeitet werden.

Weder in einer Strangpresse (Schneckenpresse) noch in diskontinuierlich arbeitenden Pressen kommt es zu einer nennenswerten Zerstörung der mit Wasser gefüllten Perlit- Teilchen. Die inkompressiblen Flüssigkeiten wie Wasser stabilisieren vielmehr das an sich zerbrechliche Gerüst eines geblähten Perlitkorns, das auch nach der Formgebung praktisch sein gesamtes ursprüngliches Porenvolumen, das zu dieser Zeit noch mit Wasser gefüllt ist, zur Verfügung stellen kann.

Das Wasser wird anschließend während der üblichen Trocknung aus den Poren ausgetrieben, und das Produkt kann danach auf bekannte Art und Weise gebrannt werden.

Je nach gewählter Brenntemperatur brennt der Perlit dann entweder aus oder aber er bildet eine zumindest teilweise Schmelzphase, die ein glasartiges Gerüst hinterläßt, das der mechanischen Festigkeit des gebrannten Formteils zu­ sätzlich zugute kommt.

Selbst bei relativ geringen Brenntemperaturen, wie sie heute zum Teil angestrebt werden, ist jedoch stets sicherge­ stellt, daß das hohe Porenvolumen eines expandierten Per­ lits die Scherbenrohdichte des gebrannten Produktes in einem Maße herabsetzt, wie es für gute Wärmedämmeigen­ schaften gewünscht wird, ohne größere Festigkeitseinbußen in Kauf nehmen zu müssen.

Der erfolgreiche Einsatz von Perlit als Porosierungsmittel in Tonwaren überrascht in zweifacher Hinsicht. Zum einen, weil im Stand der Technik beschrieben ist, daß die Verwen­ dung von Perlit als Zuschlagstoff sich technisch nicht hat realisieren lassen; zum anderen, weil gleichzeitig die Festigkeitsverluste durch zerfallende Perlitkörner beschrieben werden.

Tatsächlich läßt sich trockener, expandierter Perlit auch nur sehr schwer oder gar nicht in eine normale Ton- Matrixmasse einarbeiten, insbesondere läßt sich keine homogene Verteilung der Perlitkörner in der Matrixmasse erreichen. Die Oberfläche der Perlitkörner ist offensicht­ lich zu rauh, als daß eine homogene Vermischung möglich wäre.

Selbst wenn man aber einmal eine inhomogene Ton/Perlit- Mischung akzeptieren würde, so ließen sich daraus keine technisch verwendbaren Produkte herstellen, weil die Per­ litkörner - wie beschrieben - bei der anschließenden Form­ gebung zerquetscht würden. Dabei würde gleichzeitig der gewünschte Effekt einer Porosierung verlorengehen.

Die genannten Mängel können zwar möglicherweise durch eine Glasierung der einzelnen Perlitkörner überwunden werden, jedoch mit einem unverhältnismäßig hohen techno­ logischen Aufwand.

Demgegenüber ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur besonders einfach, sondern von hoher Effizienz, und es ermöglicht in überraschend einfacher Weise ohne weiteres die Einbringung der Perlitkörner in die Ton-Matrixmasse und ihre homogene Verteilung dort. Dabei wirkt das Wasser zum einen offensichtlich als Gleitmittel, gleichzeitig aber auch - wie beschrieben - als Stabilisator für das einzelne Perlitkorn. Durch diese Doppelfunktion kann der Wasseranteil nach oben begrenzt werden, in Abhängigkeit von der gewünschten Konsistenz.

Vorgeschlagen wird die Verwendung eines expandierten Perlits in einer Korngröße kleiner 10 mm, wobei für die meisten Anwendungsbereiche eine Korngröße kleiner 6 mm die obere Grenze darstellen wird. Dabei soll ein Feinkornanteil unter 1 mm möglichst nicht verwendet werden, weil er relativ viel Wasser aufnimmt, das später ausgetrieben werden muß und kaum zur wärmetechnisch wirksamen Porosierung beiträgt. Insbesondere bei Verwendung fetter Tone liegt eine bevorzugte Korngröße deshalb zwischen 1 und 6 mm.

Die verwendete Flüssigkeit wird in erster Linie Wasser sein. Ebenso können aber auch Abwässer industrieller Anlagen Verwendung finden, wobei Schadstoffanteile dieser Wässer, wie Schwermetalle etc. beim Brand des keramischen Pro­ duktes gleichzeitig noch in das gebildete keramische Gerüst eingelagert (eingebunden) werden können.

Die Perlit-Zugabe soll in einer solchen Weise erfolgen, daß das fertige Produkt eine Trockenrohdichte kleiner 2,0 g/cm³, vorzugsweise kleiner 1,7 g/cm³ aufweist.

In der Regel werden sich diese Werte bei einer Perlit- Zugabemenge zwischen 50 bis 500 l je 1000 kg Ton einstellen lassen.

Bevorzugt ist eine Perlit-Zugabemenge zwischen 100 bis 250 l je 1000 kg Ton-Matrixmasse.

Sofern von einer Ton-Matrixmasse gesprochen wird, umfaßt dieser Begriff selbstverständlich nicht nur eine Masse aus einem Ton, sondern übliche Versätze, wie sie zur Her­ stellung von keramischen Formteilen dienen.

Auch die Aufbereitung erfolgt im übrigen im wesentlichen auf bekannte Art und Weise. Wird dabei ein Kollergang ausgeführt, so soll nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Perlit-Zugabe erst nach diesem Kollergang erfolgen, da aufgrund der hohen mechanischen Belastung des Materials im Kollergang dort auch die mit Wasser stabilisierten Perlitkörner zerquetscht würden.

Demgegenüber hat sich gezeigt, daß die mit Wasser gesättig­ ten Perlitkörner sowohl in einer kontinuierlichen Presse wie einer Strangpresse, als auch in einer diskontinuier­ lichen Presse wie einer Kniehebelpresse oder dergleichen bei Anwendung üblicher Drücke nicht zerstört werden, viel­ mehr ihr Gerüst hoher offener Porosität nahezu unverändert aufrechterhalten werden kann.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich praktisch alle Arten von Tonwaren herstellen, die geringe Trocken­ rohdichten und damit günstige Wärmedämmeigenschaften auf­ weisen sollen. Beispielhaft seien Mauerziegel, Dachziegel, Schamotteteile, Deckenziegel, Drainrohre, Schornsteinziegel oder dergleichen genannt. Überwiegend sollen nach dem Verfahren poröse Produkte hergestellt werden; ebenso können aber zum Beispiel auch Klinker - die ihrem Gefüge nach dem Steinzeug zugerechnet werden können - nach dem Verfahren hergestellt werden, wobei diese Teile dann lediglich solange gebrannt werden, bis die offene Porosität weitestgehend verschwunden ist. Ebenso ist es möglich, das Ton-/Perlit­ gemisch zu brennen und anschließend zur Herstellung ent­ sprechender Schamotteprodukte weiter aufzubereiten.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung von leichten keramischen Form­ teilen mit einem Gehalt an expandiertem Perlit als Leicht­ zuschlagstoff und einer Trockenrohdichte kleiner 2,0 g/cm³, dadurch gekennzeichnet, daß das offene Porenvolumen des Perlits mit einer Korngröße kleiner 10 mm vollständig mit einer Flüssigkeit gefüllt und gleichzeitig und/oder danach homogen in einer Ton-Matrix­ masse verteilt wird, dann die Masse zu Formteilen verar­ beitet sowie anschließend getrocknet und gebrannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigkeit Wasser verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit vor der Befüllung der Perlitporen mit einem oberflächenaktiven Zusatzmittel vermischt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzmittel ein Tensid verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ton-Matrixmasse soviel Perlit zugemischt wird, daß die Trockenrohdichte des gebrannten Teils unter 1,7 g/cm³ beträgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Perlit in einer Menge von 50 bis 500 l je 1000 kg Ton zugegeben wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Perlit-Zugabemenge 100 bis 250 l beträgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Flüssigkeit getränkte Perlit nach einem Kollergang und vor einer Formgebung in einer Strangpresse der Ton-Matrixmasse zugegeben wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Perlit vermischte Ton-Matrixmasse zu Formteilen wie Ziegeln verpreßt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Perlit mit einer Korngröße zwischen 1 und 6 mm sowie einem Schüttgewicht zwischen 80 und 130 kg/m³ einge­ setzt wird.