DE4023561C2

DE4023561C2 -

Info

Publication number: DE4023561C2
Application number: DE19904023561
Authority: DE
Inventors: Horst Dr.-Ing. 3340 Wolfenbuettel De Lohrmann; Guenter 3320 Salzgitter De Ehlers
Original assignee: Fels Werke GmbH
Current assignee: Fels Werke GmbH
Priority date: 1990-07-25
Filing date: 1990-07-25
Publication date: 1993-09-09
Also published as: DE4023561A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Schaumglas-Formkörper, insbesondere in der Form von Granulaten bilden ein bekanntes Bauhilfsmittel, welches aufgrund seiner hohen Wärmedämmfähigkeit, jedoch auch seines geringen Schüttgewichtes in vielfältiger Form, auch als Platten Verwendung findet.

Es sind unterschiedliche Verfahren zur Herstellung von Schaumglasformkörpern bekannt, bei denen stets ein Gemenge aus feinkörnigem Glas, Schäummitteln, Wasser und ggf. Zusatzstoffen granuliert, getrocknet und anschließend bei erhöhten Temperaturen verschäumt wird. So ist aus der DE-30 44 130 C2 ein Verfahren zur Herstellung derar tiger Formkörper bekannt, bei dem im Rahmen des Ausgangs- Stoffgemisches zwei unterschiedliche Glasarten eingesetzt werden, und zwar eine erste mit mehr als 16 Gew.-% Alkalioxid und eine zweite mit weniger als 16 Gew.-% Alkalioxid, und zwar in einem Gewichtsverhältnis von 1 : 1,5 bis 1 : 20. Das Gewichtsverhältnis Wasser zu gesamter Trockensubstanz beträgt hier 1 : 1,4 bis 1 : 2,5 und als Schäummittel, welches bei erhöhten Temperaturen zur Abspaltung von CO₂ geeignet ist, wird eine Mischung aus Pyrolusit, Na₂SO₄ und Zucker bzw. eines äquivalenten, zur Abspaltung von Kohlenstoff geeigneten organischen Stoffes benutzt. Das Ausgangs-Stoffgemisch, welches eine Korngröße von 95%0,1 mm aufweist, wird bei Tempera turen von 90°C granuliert, und zwar bis zu Korngrößen von 0,5 mm bis 2,0 mm, anschließend in einem Drehrohr bei 300°C getrocknet und bei 780°C bis zu Korngrößen von 4 mm bis 6 mm geschäumt.

Aus der EP-01 70 978 A1 ist ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Schaumglas-Formkörpern bekannt, bei dem wiederum im Ausgangs-Stoffgemisch ein Gemenge feingemah lener Glaspartikel unterschiedlicher Art vorliegt, und zwar eine erste Glasart mit einem Alkalioxidgehalt von weniger als 16 Gew.-% und eine zweite Art mit einem Alkalioxidgehalt von wenigstens 25 Gew.-%, welche zuein ander in einem Gewichtsverhältnis von 1 : 21 bis 1 : 400 stehen und wobei die Glasart mit dem höheren Alkalioxid gehalt entsprechend deren relativ größerer Reaktivität ein gröberes Kornspektrum als die andere Art aufweist. Hierbei wird ein auf einen pH-Wert zwischen 8 und 13,8, vorzugsweise 9 bis 12 eingestelltes Wasser in einem Mengenverhältnis bezogen auf die Trockensubstanz von 1 : 1,4 bis 1 : 3,0 eingesetzt.

Charakteristisch für diese beiden bekannten Verfahren ist die Notwendigkeit des Einsatzes von Glasarten unterschiedlichen Alkalioxidgehalts. Nun bilden jedoch Glasarten mit einem Alkalioxidgehalt von mehr als 16 Gew.-% Sondergläser, die besonders erschmolzen werden müssen, wohingegen die andere Glasart praktisch aus beliebigem Abfallglas wie z. B. Flaschen- oder auch Fensterglas bestehen kann. Durch die Dosierung des Ausgangsgemisches unterschiedlicher Glaspartikel, jedoch erst recht durch die Verwendung relativ teuren Sonder glases ergibt sich ein beträchtlicher Aufwand, der sich zwangsläufig in den Kosten des Endproduktes, hier der Schaumglas-Formkörper niederschlägt. Problematisch bei diesen bekannten Verfahren ist auch die mechanische Stabilität der ungeschäumten Formkörper, welche sich unter anderem während des Trocknens nachteilig auswirkt und zu umfangreichen Maßnahmen betreffend die Rückführung und Wiedereinspeisung von Kornpartikeln unzureichender Größe bzw. als Folge von unzureichender Festigkeit zerfallener Partikelfragmente führt.

Aus "Patents Abstracts of Japan", C 586, 17. April 1989, Vol. 13, No. 158 (JP 63-3 15 527 A) ist ein Verfahren zur Herstellung eines Rohmaterials für Schaumglas bekannt, wobei von einer Ausgangsstoffmischung, bestehend aus beispielsweise Kalk-Natronglas, einem Schäummittel, z. B. Kohlenstoff oder Calciumcarbonat und Wasser ausgegangen wird. Die beiden erstgenannten Komponenten weisen eine Korngröße 150 µ auf und der Wasseranteil beträgt 5 Gew.-%. Diese Ausgangsstoffmischung wird zwischen Druck rollen komprimiert und geformt, wobei sich ein Zerklei nerungsschritt anschließt, der auf die Herstellung einer Partikelgröße von 3 mm gerichtet ist und wobei diese Partikel den Rohstoff für die Herstellung von Schaumglas liefern. Dieses Rohmaterial läßt jedoch nur eine mäßige Porosität erwarten.

Aus der US-PS 38 70 496 ist ein Verfahren zur Herstellung von Schaumglasprodukten aus Abfallglas bekannt, wobei das Glas nach Zerkleinerung zunächst einer Vorbehandlung in einem Autoklaven bei erhöhter Temperatur sowie erhöh tem Druck in einer mit Wasserdampf gesättigten Atmosphäre unterzogen wird. Diese Vorbehandlung dient der Modifi zierung der Glasstruktur mit Hydroxid-Gruppen zwecks Verbesserung der Schäumfähigkeit, wobei sich ein, auf der Freisetzung von Wasserdampf beruhender Schäumprozeß anschließt und wobei der aus Schaumglas bestehende Formkörper anschließend zwecks Bereitstellung definier ter äußerer Abmessungen zugeschnitten wird. Die Behand lung im Autoklaven findet bei einer Temperatur von 390°C und einem Druck von 1090 psi statt. Dieses Verfahren ist somit durch einen beträchtlichen Aufwand gekennzeichnet.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs bezeichneten Gattung dahingehend auszugestalten, daß die Verfahrensführung vereinfacht ist. Gelöst ist diese Aufgabe bei einem solchen Verfahren durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1.

Ausgangsprodukt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Stoffgemisch, in welchem lediglich eine Glasart Verwen dung findet, bei der es sich vollständig um Abfallglas handeln kann, somit einen relativ preiswerten Rohstoff. Die zusätzliche Verwendung einer Glasart mit einem erhöhten Alkalioxidgehalt ist nicht notwendig und es entfallen demzufolge sämtliche, auf die Bereitstellung eines hinsichtlich seiner Zusammensetzung quantitativ dosierten Gemisches unterschiedlicher Glaspartikel gerichteten anlagen- und verfahrenstechnischen Maßnahmen. Der Wassergehalt des Stoffgemisches, bezogen auf dessen Trockensubstanz ist gering gehalten, woraus sich energe tische Vorteile, insbesondere bei der Temperierung ergeben. Erfindungswesentlich ist, daß das Stoffgemisch vor dem Trocknen und Schäumen einer Zwischenlagerung unterworfen wird, und zwar unter feuchten Bedingungen, als deren Ergebnis sich eine bedeutende Erhöhung der mechanischen Festigkeit der einzelnen Granulatkörper ergibt. Diese kann zu Festigkeiten nach Maßgabe einer Scheitellast von bis zu 30 N und mehr führen. Die Form körper weisen auf diese Weise eine Festigkeit und damit Formbeständigkeit auf, die den Beanspruchungen während des Trocknens, beispielsweise in einer rotierenden Trockentrommel sowie des Blähens bzw. Schäumens in einer Drehtrommel mit den dabei auftretenden Abrollvorgängen angemessen ist. Während der Zwischenlagerung kann ein Feuchtigkeitsverlust eintreten, wobei jedoch ein Mindest feuchtigkeitsgehalt mit Rücksicht auf die Festigkeit der granulierten Formkörper nicht unterschritten wird. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß bei derartig konditionierten Formkörpern aus feingemahlenem Altglas und einem feinverteilten Schäummittel mit einem ver gleichsweise niedrigem Feuchtigkeitsgehalt die Schäumwir kung gerade aufgrund der feuchten Zwischenlagerung verbessert werden kann. Beispielsweise lassen sich granulierte Formkörper mit der Korngröße von 1 mm bis 2 mm und einer Trockenrohdichte von 1,6 g/cm³ ohne Zwischenlagerung auf eine Kornrohdichte von 0,68 g/cm³ bzw. eine Schüttdichte von 0,37 kg/dm³ schäumen, während sich unter Zugrundelegung einer Zwischenlagerung eine Kornrohdichte von 0,39 g/cm³ bzw. eine Schüttdichte von 0,20 kg/dm³ ergibt. Diese Daten haben sich bei einem Wassergehalt von 15 Masse-%, bezogen auf die Trocken substanz des Ausgangsstoffgemisches ergeben. Das Zeitin tervall, während welchem die Zwischenlagerung vorgenom men wird, richtet sich nach den thermischen Bedingungen der Lagerung, insbesondere der Temperatur, des Druckes sowie der Gasatmosphäre, insbesondere deren Sättigungszu stand. Während beispielsweise bei normalen Raumbedingun gen die vorteilhaften Wirkungen der Zwischenlagerung erst nach ca. vier Wochen überhaupt in Erscheinung treten und ein Optimum nach etwa neun Wochen erreichen, kann die Lagerungsdauer dann erheblich verkürzt werden, z. B. auf zwei Tage, wenn die Lagerungstemperatur z. B. 92°C beträgt. Der Wassergehalt des Granulats sollte am Ende der Zwischenlagerung 1,5 Masse-% der Trockensubstanz nicht unterschreiten. Die Dauer der Zwischenlagerung, soweit ein Mindestwert erreicht ist, der zur Erzielung der genannten vorteilhaften Eigenschaften der granulier ten Formkörper erforderlich ist, ist unkritisch. Insbe sondere führt ein Überschreiten der Mindestzeitdauer zu keinem Nachteil für die Produktqualität. Die Gasatmosphä re der Feucht-Zwischenlagerung wird in jedem Fall derart eingestellt, daß ein Feuchtigkeitsverlust eintreten kann, eine Mindestfeuchte des Produktes jedoch nicht unter schritten wird. Als Schäummittel werden Karbonate, insbesondere Dolomit und/oder Calciumcarbonat verwendet. Es sind dies Stoffe, bei denen unter erhöhten Temperatu ren CO₂ abgespalten wird, welches als Treibgas während des Schäumprozesses dient.

Das Schäummittel kann gemäß den Merkmalen des Anspruchs 2 in einer bestimmten Korngröße vorliegen und in diese im Rahmen eines Mischprozesses den Glaspartikeln beige mengt werden. Aufgrund der geringen Korngröße des Schäum mittels kann dieses sehr fein innerhalb des Stoffgemi sches verteilt werden, so daß sich insoweit homogene Schäumbedingungen ergeben.

Verfahrenstechnisch einfach durchführbar ist hingegen nach den Merkmalen des Anspruchs 3 das Feststoffgemisch, nämlich das Glas und das Schäummittel gemeinsam zu vermahlen.

Die Merkmale der Ansprüche 4 bis 6 sind auf unterschied liche thermische bzw. kalorische Bedingungen der Zwischen lagerung gerichtet. Die Parameter dieser Bedingungen betreffen im wesentlichen die Gasatmosphäre sowie deren Temperatur, von denen wiederum die Mindestzeit der Zwischenlagerung abhängt. Über den Sättigungsgrad sowie die Temperatur des die granulierten Formkörper während der Zwischenlagerung umgebenden Wasserdampf-Luftgemisches kann in Verbindung mit dem Zeitintervall der Lagerung der Feuchtigkeitsgehalt am Ende der Lagerung in einfach ster Weise beeinflußt werden. Die Temperatur kann hierbei unterhalb der Siedetemperatur des Wassers lie gen, eine Verfahrensführung, die anlagentechnisch leicht realisierbar ist. Die Verwendung einer durch gesättigten Wasserdampf gekennzeichneten Atmosphäre kann entsprechend der Temperatur des Sattdampfes zu einer erheblichen Verkürzung der Zwischenlagerung führen, um die obenge nannten vorteilhaften Wirkungen zu erreichen. Steht der Sattdampf beispielsweise unter einem Druck von 1,4 bar bis 11 bar, welches Temperaturen von 110°C bis 180°C entspricht, können die genannten Wirkungen bereits nach wenigen Stunden erzielt werden. Zur Vermeidung einer Verfestigung der Formkörper untereinander sind in diesem Fall aller dings besondere anlagen- bzw. apparatetechnische Maßnah men erforderlich, z. B. die Verwendung eines Rollautokla ven.

Der gewünschte Wassergehalt des Stoffgemisches zu Beginn der Zwischenlagerung kann bei der Mischung des Ausgangs stoffgemisches eingestellt werden. Der Wassergehalt kann jedoch auch noch während des Granulierens entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 7 beeinflußt werden.

Gemäß den Merkmalen des Anspruches 8 sollte der Wasserge halt des Granulates bei Beginn der Zwischenlagerung zwischen 2 Masse-% und 32 Masse-% der Trockensubstanz liegen. Es ist somit der Fall denkbar, daß die Bedingun gen der Zwischenlagerung derart ausgelegt werden, daß der Wassergehalt der Formkörper unverändert bleibt. Dies kann beispielsweise durch eine gesättigte Wasserdampf-Luft atmosphäre erreicht werden.

Die Merkmale des Anspruchs 11 bringen gewisse energeti sche Vorteile mit sich, um die zum Schäumen aufgebrachte Wärme noch einer Nutzung zuzuführen, da ein Kühlschritt nach Vollendung des Schäumvorgangs ohnehin anfällt.

Im folgenden wird noch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben werden.

Ausgangsprodukte sind Abfallglas mit einer Korngröße von 0 mm bis 15 mm und Calciumkarbonat mit einer Korngröße 0,015 mm, aus denen ein Stoffgemisch mit 96 Masse-% Abfallglas und 4 Masse-% Calciumkarbonat gebildet wird. Dieses Stoffgemisch wird einheitlich gemahlen, und zwar dahingehend, daß sich im Endzustand eine solche Kornver teilung ergibt, bei der der Durchgang durch eine Sieb maschenweite von 0,25 mm über 99 Masse-% liegt, bei einer Siebmaschenweite von 0,04 mm 69 Masse-% beträgt. Dieses gemahlene Ausgangs-Stoffgemisch wird unter Zugabe von Wasser mit einem Anteil von 17 Masse-% der Trocken substanz anschließend granuliert, wobei die gebildeten Granulatpartikel eine Rohdichte von 1,6 g/cm³ bezogen auf die Trockensubstanz aufweisen. Die feuchten Granula te werden 48 h bei 92°C derart gelagert, daß die physi kalische Restfeuchte bis zum Ende der Lagerung nicht unter 1,5 Masse-% der Trockensubstanz absinkt, vorzugs weise 2 bis 7 Masse-% der Trockensubstanz beträgt. An die Zwischenlagerung schließt sich eine thermische Behandlung in einer Trockentrommel und anschließend ein Schäumen bei ca. 850°C an. Die Behandlung in der Trocken trommel kann entfallen, wenn die Restfeuchte am Ende der Zwischenlagerung einen geeigneten Wert aufweist.

Im Endzustand, d. h. nach Kühlung ergeben sich geschäumte Formkörper, wobei die Korngrößengruppe von 4 mm bis 8 mm eine Kornrohdichte von 0,36 g/cm³ bzw. eine Schüttdichte von 0,185 kg/dm³, die Korngrößengruppe von 2 mm bis 4 mm eine Kornrohdichte von 0,39 g/cm³ bzw. eine Schüttdichte von 0,20 kg/dm³ aufweist.

Der Vorgang des Schäumens kann bei 750°C bis 950°C, vorzugsweise bei 800°C bis 900°C durchgeführt werden.

Der Zeitbedarf für die Zwischenlagerung bildet keinen Nachteil gegenüber den vorbekannten Verfahren, weil in der betrieblichen Praxis eine Bevorratung über mehrere Tage für einen Brennbetrieb bei hoher Temperatur, hier den Schäumbetrieb ohnehin angestrebt wird.

Man erkennt aus obigen Ausführungen, daß bei dem erfin dungsgemäßen Verfahren teure Zusatzstoffe mit erhöhter Alkalität nicht benötigt werden. Es ist festgestellt worden, daß im Verlauf der Zwischenlagerung an der Glasoberfläche in beträchtlichem Maße Feuchtigkeit gebunden wird, und zwar bis über 4 Masse-%. Zwar ist eine gewisse Reaktivität von Glas bekannt - das Ausmaß und die technische Nutzbarkeit im Rahmen des vorliegen den Verfahrens waren jedoch nicht zu erwarten.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Schaumglas-Formkörpern, insbesondere von Granulaten, wobei zunächst ein zumindest aus Wasser, feingemahlenem Glas und Schäum mitteln bestehendes Ausgangs-Stoffgemisch hergestellt wird, welches granuliert und bei hohen Temperaturen verschäumt wird, dadurch gekennzeichnet,

- daß als Glas Abfallglas verwendet wird,
- daß der Wassergehalt des Stoffgemisches im Ausgangs zustand auf höchstens 32 Masse-% der Trockensubstanz eingestellt wird,
- daß das granulierte Stoffgemisch vor dem Trocknen und Schäumen einer Zwischenlagerung unterworfen wird, und zwar nach Maßgabe der thermischen Lage rungsbedingungen während eines Zeitintervalls von sechs Stunden bis vier Wochen,
- daß die thermischen Lagerungsbedingungen der Zwi schenlagerung dahingehend gesteuert werden, daß der in dem Granulat gebundene 1,5 Masse-% der Trockensubstanz, vorzugsweise 2 Masse-% der Trockensubstanz erhalten bleibt und
- daß als Schäummittel Karbonate, insbesondere Calcium karbonat und/oder Dolomit verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schäummittel in einer Korngröße 0,03 mm, vorzugsweise 0,01 mm verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Rahmen der Herstellung des Ausgangsstoffgemi sches das Schäummittel und das Abfallglas gemeinsam vermahlen werden, und zwar bis zu einer Korngröße von 65%-Durchgang bei einem Sieb von 0,04 mm Maschenwei te und 99%-Durchgang bei einem Sieb von 0,25 mm Maschenweite.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlagerung unter Umge bungsdruck, und zwar bei Temperaturen von 80°C bis 99°C, vorzugsweise von 80°C bis 95°C durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlagerung in einer durch ein gesättigtes Wasserdampf-Luft-Gemisch charak terisierbaren Atmosphäre durchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlagerung in einer durch gesättigten Wasserdampf charakterisierbaren Atmosphäre durchgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt des Granu lierens zur Einstellung des gewünschten Wassergehalts des Stoffgemisches benutzt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassergehalt des Stoffgemi sches bei Beginn der Zwischenlagerung auf 2 Masse-% bis 32 Masse-% der Trockensubstanz, vorzugsweise auf 15 Masse-% bis 19 Masse-% der Trockensubstanz eingestellt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlagerung in einer durch Sattdampf von 110°C bis 180°C charakterisierba ren Atmosphäre durchgeführt wird.

10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße des granulierten Stoffgemisches vor dem Schäumen auf 0,125 mm bis 16 mm, vorzugsweise 0,125 mm bis 8 mm eingestellt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme der geschäumten Formkör per zur Beheizung des Stoffgemisches vor bzw. während des Granulierens und/oder der Zwischenlagerung verwen det wird.