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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum
Umwandeln von Verbrennungsrückständen aus industriellen und
städtischen Abfallstoffen, beispielsweise Schlämmen u.a.,
in kristallisiertes Glas.
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Bislang wurden die meisten Abfallstoffe einschließlich
industrieller und städtischer Schlämme vergraben oder in
anderer Weise beseitigt. Die mit dem herkömmlichen Verfahren
der Beseitigung verbundenen Probleme, beispielsweise
Schwierigkeiten bei der Absicherung der entsprechenden
Vergrabungsstellen und die Zerstörung der Umwelt
einschließlich der Abgabe von unangenehmen Gerüchen u.ä.,
sind seit kurzem offensichtlich geworden. In neuerer Zeit
sind derartige Abfallstoffe einer Veraschungsbehandlung
unterzogen worden, um die Menge der Abfallstoffe zu
reduzieren und die Abfallstoffe zu stabilisieren. Die
nachfolgende Beseitigung der veraschten Verbrennungsrückstände
bereitet jedoch ebenfalls seit kurzem Schwierigkeiten, da
eine derartige Beseitigung oft zu sekundären
Umweltproblemen führt, beispielsweise dem Austreten von Schwermetallen
u.a. in das Erdreich. Es sind daher Versuche angestellt
worden, Schlämme einzusetzen, indem diese durch Schmelzen
zu Schlacken umgewandelt werden.
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Herkömmliche Verfahren zur Herstellung von strukturellen
Massen umfassen die nachfolgenden Schritte:
5 (1) Verbrennen der Abfallstoffe bei hohen Temperaturen,
um eine gleichzeitige Veraschung und Aufschmelzung
durchzuführen, oder Verbrennen des Abfallstoffes zur
Ausbildung von Asche und nachfolgendes Schmelzen der
Asche unter hohen Temperaturen; und
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(2) Abkühlen der geschmolzenen Asche zur Ausbildung einer
Schlacke.
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Die Kühlverfahren können grob in zwei Typen eingeteilt
werden: ein Verfahren ist ein
Wasser-Granulationsverfahren, bei dem die geschmolzene Schlacke rasch abgekühlt
wird, indem man sie in Wasser fallen läßt, um kleine
glasige Kügelchen zu erhalten. Ein anderes Verfahren ist ein
Abkühlungsverfahren zur Herstellung von großer
kristallisierter Schlacke durch Abkühlen der in einer Metallform
gehaltenen geschmolzenen Schlacke.
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Ferner wird beispielsweise in der zweiten Veröffentlichung
Nr. 1-24739 der entsprechenden japanischen Patentanmeldung
ein Verfahren zur Herstellung von kristallisierter
Schlacke vorgeschlagen, das die folgenden Schritte umfaßt:
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(1) Herstellung eines Gemisches aus veraschten
Verbrennungsrückständen und anderen Materialien, um ein
Verhältnis von (CaO + MgO)/SiO&sub2; von 0,8 bis 1,2 zu erzielen; (2)
Schmelzen des Gemisches bei 1350ºC bis 1500ºC; (3)
Zerbrechen des geschmolzenen Gemisches durch durch rasches
Abkühlen verursachte thermische Schocks; und (4) Halten
des zerbrochenen Gemisches über 30 min auf 1000ºC bis
1200ºC.
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Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von
kristallisierter Schlacke ist beispielsweise in der zweiten
Veröffentlichung Nr. 61-24047 der entsprechenden japanischen
Patentanmeldung vorgeschlagen, das die folgenden Schritte
umfaßt: (1) Herstellen eines Gemisches aus veraschten
Verbrennungsrückständen und anderen Materialien, um ein
Verhältnis von (CaO + MgO)/Si0&sub2; von 0,8 bis 1,2 zu erzielen;
(2) Schmelzen des Gemisches bei 1350ºC bis 1500ºC; (3)
Formen des geschmolzenen Gemisches in einer Form, die auf
300ºC bis 600ºC gehalten wird; und (4) Halten des
geformten Gemisches über 30 min oder mehr auf 1020ºC bis 1180ºC.
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Das vorstehend beschriebene Wassergranulationsverfahren
besitzt den Nachteil, daß die Kerbschlagzähigkeit der
Massen aufgrund ihrer glasigen Struktur niedrig ist. Da
ferner bei dem vorstehend beschriebenen Abkühlungsverfahren
der Typ der auszufällenden Kristalle nicht kontrolliert
wird, besitzt das auf diese Weise hergestellte Produkt
eine geringe Biegefestigkeit und eine geringe
Kerbschlagzähigkeit und kann im Herstellzustand nicht verwendet
werden. Aus diesem Grunde sind sämtliche kristallisierten
Schlackenmaterialien als Zusatzstoffe für solche
Anwendungsfälle, wie Straßenbaumaterialien, verwendet worden.
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Des weiteren wird bei dem vorstehend beschriebenen
herkömmlichen Verfahren zur Behandlung von Schlacken eine
große Menge an Additiven, wie beispielsweise Calcium,
benötigt, wenn die Asche von städtischen Abfallstoffen
oder entwässerten Polymerflockungsmitteln stammt, die den
Hauptbestandteil von derartigen Schlämmen bilden. Die
Behandlungschritte wurden daher ebenfalls in bezug auf die
Herstellung von derartigen Zuschlagstoffen ausgerichtet.
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Angesichts der vorstehend erwähnten Schwierigkeiten bei
der Herstellung von nützlichen industriellen Produkten
durch die herkömmliche Behandlung von Abfallschlämmen ist
es Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur
Umwandlung von solchen Abfallstoffen in ein kristallisiertes
Glas einer ausreichend hohen Qualität zu schaffen, wobei
dieses Glas als qualitativ hochwertiges Baumaterial für
Baumaßnahmen zum Innenausbau, zur Erstellung von
Außenwänden und Böden sowie von Innendekorationen geeignet ist.
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Es wird daher ein Bearbeitungsverfahren zur Nutzung von
veraschten Verbrennungsrückständen aus Abfallschlämmen
unter Verwendung einer reduzierten Menge an Additiven zur
Verfügung gestellt, und zwar nicht zum Zwecke der
Herstellung von Zuschlagstoffen, sondern zur Herstellung von
kristallisierten Gläsern mit besonders guten mechanischen
und ästhetischen Eigenschaften.
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zur Herstellung von kristallisiertem Glas, das
die folgenden Schritte umfaßt:
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(a) Herstellen eines Beschickungsmateriales aus
Abfallstoffen und/oder Verbrennungsrückständen und
wahlweise Additiven, so daß ein Beschickungsmaterial der
folgenden Zusammensetzung erhalten wird: 35 bis 55
Gew.% SiO&sub2;, 5 bis 20 Gew.% Al&sub2;O&sub3;, 2 bis 15 Gew.%
Fe&sub2;O&sub3;, 5 bis 30 Gew.% CaO, 0,2 bis 5 Gew.% C und 0,2
bis 6 Gew.% 5, wobei das Verhältnis CaO/(SiO&sub2; +
Al&sub2;O&sub3;) in einem Bereich von 0,15 bis 0,7 liegt;
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(b) Schmelzen des Beschickungsmateriales bei 1300ºC bis
1500ºC zum Herstellen eines geschmolzenen Materiales;
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(c) Abkühlen des geschmolzenen Materiales zur Bildung
eines glasigen Materiales; und
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(d) Aussetzen des glasigen Materiales einer Wärmebehand
lung, um kristallisiertes Glas zu bilden, das eine
Anorthit- und/oder β-Wollastonit-Phase besitzt, wobei
diese Wärmebehandlung die nachfolgenden Schritte
umfaßt:
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(i) Halten des glasigen Materiales auf 800 bis 900ºC über
mehr als 15 min;
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(ii) Halten des entstandenen Materiales auf 1000 bis
1200ºC über mindestens 15 min zur Ausfällung von
Kristallen, die Anorthit oder β-Wollastonit
enthalten.
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Die Ziele, Effekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung von
bevorzugten Ausführungsformen derselben deutlicher. Von
den beigefügten Figuren zeigen:
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Figur 1 ein Röntgenbeugungsdiagramm eines gemaß
einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung erhaltenen kristallisierten Glases;
und
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Figur 2 eine Ausführungsform der Resultate der
thermischen Ausdehnungstests am Basisglas, aus
dem die kristallisierten Gläser hergestellt
werden.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung von
kristallisiertem Glas zur Verfügung gestellt, das die
folgenden Schritte umfaßt:
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(a) Herstellen eines Beschickungsmateriales aus
Abfallstoffen und/oder Verbrennungsrückständen sowie
wahlweise Additiven, so daß ein Beschickungsmaterial der
folgenden Zusammensetzung erhalten wird: 35 bis 55
Gew.% SiO&sub2;, 5 bis 20 Gew.% Al&sub2;O&sub3;, 2 bis 15 Gew.%
Fe&sub2;O&sub3;, 5 bis 30 Gew.% CaO, 0,2 bis 5 Gew.% C und 0,2
bis 6 Gew.% 5, wobei das Verhältnis CaO/SiO&sub2; +
Al&sub2;O&sub3;) in einem Bereich von 0,15 bis 0,7 liegt;
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(b) Schmelzen des Beschickungsmateriales auf 1300ºC bis
1500ºC zur Herstellung eines geschmolzenen
Materiales;
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(c) Entgasen des geschmolzenen Materiales soviel wie
möglich bei 1200ºC bis 1400ºC zur Herstellung eines
entgasten Materiales;
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(d) Abkühlen des entgasten Materiales zur Herstellung
eines glasigen Materiales; und
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(e) Unterziehen des glasigen Materiales einer
Wärmebehandlung zur Erzeugung eines kristallisierten Glases,
das eine Anorthit- und/oder β-Wollastonit-Phase
besitzt, wobei die Wärmebehandlung die folgenden
Schritte umfaßt:
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(i) Halten des glasigen Materiales auf 800 bis 900ºC über
mehr als 15 min;
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(ii) Halten des entstandenen Materiales auf 1000 bis
1200ºC über mindestens 15 min zur Ausfällung von
Kristallen&sub1; die Anorthit- oder β-wollastonit
enthalten.
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Es wird bevorzugt, das glasige Material beispielsweise
über mehr als 15 min auf 800 bis 900ºC zu halten, um ein
kolloidales Kristall, wie beispielsweise FeS, auszufällen,
und danach das kolloidale Kristall über mindestens 15 min
auf 1000ºC bis 1200ºC zu halten, um nadelförmige Kristalle
auszufällen, die Anorthit (CaO Al&sub2;O&sub3; 2SiO&sub2;) oder β-
Wollastonit (CaO SiO&sub2;) enthalten, wobei das vorstehend
beschriebene kolloidale Kristall als Keim verwendet wird, so
daß auf diese Weise ein kristallisiertes Glas erhalten
wird, das mit 40 % bis 60 % eines glasigen Bestandteiles
infiltriert ist.
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Das Beschickungsmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung
wird aus Abfallstoffen, beispielsweise Schlämmen oder
städtischen Abfallstoffen oder Verbrennungsrückständen der
Abfallstoffe oder von anderen Brennstoffen abgeleitet.
Diese Verbrennungsrückstände bzw. Aschen enthalten in
erster Linie SiO&sub2;, Al&sub2;O&sub3;, CaO, MgO, Fe&sub2;O&sub3;, P&sub2;O&sub5;, Na&sub2;O, K&sub2;O
u.a., und zwar entsprechend den Verbrennungsrückständen,
die aus den Schlammkuchen hergestellt werden, welche mit
Hilfe von Polymerflockungsmitteln ausgefällt werden. Ein
derartiges typisches Beispiel ist in Tabelle 1 angegeben.
Die Schmelzeigenschaften einer Asche einer derartigen
Zusammensetzung, beispielsweise ihre Schmelztemperatur oder
die Fließtemperatur, hängen vom Zusammensetzungsverhältnis
der Asche ab. Wenn beispielsweise das Verhältnis von
CaO/SiO&sub2; in einem Bereich von 0,8 bis 1,2 liegt, kann das
geschmolzene Material bei Temperaturen von 1400ºC oder
weniger aus dem Schmelzofen fließen.
Tabelle 1
Bestandteil
Gewichtsprozent
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Es wurde bislang davon ausgegangen, daß eine Festlegung
des Verhältnisses von CaO/SiO in einem Bereich von 0,8 bis
1,2 für die Kristallisation des geschmolzenen Materiales
eines derartigen Abfallstoffes oder Verbrennungsrückstands
kritisch ist. Diverse Untersuchungen der Erfinder haben
ergeben, daß nadelförmige Kristalle, wie beispielsweise
Anorthit (CaO Al&sub2;O&sub3; 2SiO&sub2;) oder β-Wollastonit (CaO SiO&sub2;)
ausgefällt werden können, indem nacheinander die folgenden
Schritte durchgeführt werden:
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(a) Herstellen eines Beschickungsmateriales aus
Abfallstoffen und/oder Verbrennungsrückständen und
wahlweise Additiven, um ein Beschickungsmaterial mit der
folgenden Zusammensetzung zu erhalten: 35 bis 55
Gew.% SiO&sub2;, 5 bis 20 Gew.% Al&sub2;O&sub3;, 2 bis 15 Gew.%
Fe&sub2;O&sub3;, 5 bis 30 Gew.% CaO, 0,2 bis 5 Gew.% C und 0,2
bis 6 Gew.% 5, wobei das Verhältnis CaO/(SiO2 +
Al&sub2;O&sub3;) in einem Bereich von 0,15 bis 0,7 liegt;
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(b) Schmelzen des Beschickungsmateriales bei 1300ºC bis
1500ºC zur Herstellung eines geschmolzenen
Materiales;
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(c) Entgasen des geschmolzenen Materiales soviel wie
möglich bei 1200ºC bis 1400ºC zur Herstellung eines
entgasten Materiales;
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(d) Abkühlen des entgasten Materiales zur Herstellung
eines glasigen Materiales; und
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(e) Unterziehen des glasigen Materiales einer
Wärmebehandlung zur Erzeugung eines kristallisierten Glases,
das eine Anorthit- und/oder β-Wollastonit-Phase
enthält, wobei die Wärmebehandlung die folgenden
Schritte umfaßt:
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(i) Halten des glasigen Materiales auf 800 bis 900ºC über
mehr als 15 min;
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(ii) Halten des entstandenen Materiales auf 1000 bis
1200ºC über mindestens 15 min zur Ausfällung von
Kristallen, die Anorthit oder β-Wollastonit
enthalten.
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Es wird bevorzugt, das glasige Material beispielsweise
mindestens 15 min lang auf 800 bis 900ºC zu halten, um ein
kolloidales Kristall, wie beispielsweise FeS, auszufällen,
und danach das kolloidale Kristall über mindestens 15 min
auf 1000ºC bis 1200ºC zu halten, um die gewünschten
nadelförmigen Kristalle, wie beispielsweise Anorthit
(CaO Al&sub2;O&sub3; 2SiO&sub2;) oder -Wollastonit (CaO SiO&sub2;),
auszufällen.
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Um ein kristallisiertes Glas mit ausgezeichneten
mechanischen, thermischen und chemischen Eigenschaften zu
erhalten, die es als qualitativ hochwertiges Baumaterial
geeignet machen, sollte der Kristallisationsprozeß nicht von
den Oberflächenbereichen, sondern vom Inneren der Schmelze
her ausgehen und sich gleichmäßig über die Schmelze
fortpflanzen. Es ist bekannt, daß ein Keimbildner den
Kristallisationsprozeß unterstützt. Um Kristalle, wie
beispielsweise Anorthit oder β-Wollastonit, auszufällen, sind
Schwefelverbindungen, wie FeS oder ZnS, zur Keimbildung
geeignet. Die Eisen- oder Schwefelkomponente im
Beschickungsmaterial ist jedoch üblicherweise in der Form
von Oxiden, wie beispielsweise Fe&sub2;O&sub3;, Na&sub2;So&sub4; o.ä.,
vorhanden. Da das wünschenswerte FeS oder ZnS nicht einfach
durch Aufschmelzen des Abfallstoffs oder des
Verbrennungsrückstandes erhalten werden kann, kann die C-Komponente,
die im Beschickungsmaterial vorhanden ist, als
Reduktionsmittel wirken, um den Überschuß an Oxiden, wie
beispielsweise von Fe&sub2;O&sub3;, Na&sub2;SO&sub4; u.ä., der vorstehend beschriebenen
Art zu reduzieren. Aus diesem Grunde kann das gewünschte
FeS aus Fe&sub3;+ oder Fe&sub2;+ hergestellt werden, die bei der
vorstehend beschriebenen Reduktion gewonnen werden.
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Das Beschickungsmaterial, das Abfallstoffe und/oder
Verbrennungsrückstände enthält und die vorstehend
beschriebene Zusammensetzung aufweist, wird bei 1300ºC bis 1500ºC
aufgeschmolzen, um eine Schmelze zu bilden. Die Schmelze
wird soviel wie möglich bei 1200ºC bis 1400ºC entgast, um
ein entgastes Material herzustellen. Das entgaste Material
wird in eine Eisengießform gegossen, wobei die Viskosität
des Materiales auf eine Temperatur zwischen 1200ºC und
1300ºC gehalten wird, damit das entgaste Material aus der
Öffnung des Ofens fließen kann. Das Gießmaterial in der
Form wird zur Erzeugung eines glasigen Materiales
abgekühlt.
Das glasige Material wird in einem
Wärmebehandlungsofen wärmebehandelt&sub1; und zwar vorzugsweise bei 800ºC
bis 900ºC über 15 min oder länger, um ein kolloidales
Kristall zu bilden. Danach wird das Material über 15 min
oder mehr, vorzugsweise 30 min oder mehr, bei 1000ºC bis
1200ºC wärmebehandelt, um Kristalle aus Anorthit oder β-
Wollastonit zu erhalten, die die kolloidalen Kristalle als
Keimbildner aufweisen.
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Der Grund für das Einstellen von SiO&sub2; zwischen 35 und 55
Gew.% besteht darin, daß bei Konzentrationen von weniger
als 35 Gew.% die Menge nicht ausreicht, um die Struktur
des kristallisierten Glases zu bilden, die Anorthit oder
β-Wollastonit enthält. Wenn die Menge von SiO&sub2; größer als
55 Gew.% ist, wird die Qualität des wärmebehandelten
kristallisierten Glases verschlechtert, da das
geschmolzene Material infolge der erhöhten Viskosität der
geschmolzenen Charge nicht sofort aus dem Ofen herausfließt.
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Wenn die Menge von Al&sub2;O&sub3; geringer ist als 5 Gew.%, muß
eine große Menge an Additiven zugesetzt werden. Wenn die
Menge von Al&sub2;O&sub3; mehr als 20 Gew.% beträgt, wird die
Ausfällung von anderen Kristallen als Anorthit oder β-
Wollastonit begünstigt, was zu einer Herabsetzung der
mechanischen Eigenschaften des entstandenen Produktes führt.
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Wenn die Menge von CaO außerhalb des Bereiches 5 bis 30
Gew.% liegt, wird die Ausfällung von anderen Kristallen
als Anorthit und β-Wollastonit begünstigt. Wenn die Menge
von CaO größer ist als 30 Gew.%, steigt die Menge der
erforderlichen Additive, beispielsweise Kalk,
Calciumcarbonat o.ä., proportional an.
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Wenn die Menge von Fe&sub2;O&sub3;, obwohl dieses eine wichtige
Funktion als Fluß- oder Keimmittel besitzt, 15 Gew.%
übersteigt, ergeben sich nachteilige Effekte in bezug auf die
Kristallisation. Wenn die Menge von Fe&sub2;O&sub3; geringer ist als
2 Gew.%, wird der Fließeffekt reduziert. Aus diesem Grunde
werden andere Additive zugesetzt, oder ihre Menge muß
erhöht werden.
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Der Grund für das Halten der C-Konzentration zwischen 0,2
und 5 % besteht darin, daß bei Konzentrationen unter 0,2 %
nur eine geringe Reduktionswirkung auftritt, während bei
Konzentrationen über 5 % kein zusätzlicher Nutzen erzielt
wird.
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Der Grund für das Halten der Schwefelkonzentration
zwischen 0,2 bis 6 % besteht darin, daß 0,2 % unzureichend
sind, um die erforderliche Menge an Keimbildner
einschließlich Verdampfungsverlusten zur Verfügung zu
stellen, während eine Menge über 6 % übermäßig hoch ist.
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Der Grund für das Halten des Verhältnisses CaO/(SiO&sub2; +
Al&sub2;O&sub3;) zwischen 0,15 und 0,7 besteht in der Ausfällung der
Kristalle von Anorthit oder β-Wollastonit und der
Zurücklassung von etwa 40 bis 60 % des glasigen Materiales als
Matrix.
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Der Grund für das Einstellen der Schmelztemperaturen der
Beschickungsmaterialien auf 1300 bis 1500ºC ist darin zu
sehen, daß es bei Temperaturen unter 1300ºC schwierig
wird, das Beschickungsmaterial vollständig aufzuschmelzen,
was zu einer hohen Viskosität, schlechtem Fließvermögen
und einer vorzeitigen Ausfällung der kristallisierten
Materialien und somit insgesamt zu Schwierigkeiten bei der
Herstellung der glasigen Materialien führt. Bei
Temperaturen
über 1500º wird die Erosion der Ofenauskleidungen zu
einem Problem. Des weiteren treten erhöhte
Strahlungsverluste auf, was somit zu einem unwirtschaftlichen Verfahren
führt.
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Der Grund für die Durchführung der Entgasung bei
Temperaturen zwischen 1200 und 1400ºC besteht darin, daß bei
1200ºC die Viskosität der Schmelze für ein gutes
Fließvermögen zu hoch wird, während eine Duchführung über 1400ºC
aufgrund der geforderten übermäßig hohen Erwärmung
unwirtschaftlich ist.
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Der Grund für die Einstellung der Temperatur zur Erzeugung
der kolbidalen Kristalle auf 800 bis 900ºC ist darin zu
sehen, daß sich diese Kristalle bei Temperaturen zwischen
der übergangstemperatur und der Schmelztemperatur bilden.
Bei Temperaturen unter 800ºC ist jedoch nur ein geringes
Wachstum der Fe-enthaltenden Kristalle vorhanden, während
bei Temperaturen über 900ºC andere Kristalle mit der
Ausfällung beginnen, so daß daher die kolloidalen FeS-
Kristalle nicht in wirksamer Weise als Keimbildner
verwendet werden. Die Abkühlungsbedingungen sind auf eine
Temperatur von 1000 bis 1200ºC über 15 min oder mehr
eingestellt, da bei Temperaturen unter 1000ºC das Wachstum von
Anorthit und β-Wollastonit unzureichend ist, während über
1200ºC der Wachstumsprozeß unbeständig wird, da Teile der
ausgefällten Kristalle wieder aufgeschmolzen werden und
andere unerwünschte Effekte entstehen. Die Zeit bei dieser
Temperatur wird auf 15 min eingestellt, da der
Kristallisationsprozeß unvollständig ist, wenn die Haltezeit kürzer
ist.
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Die auf diese Weise hergestellten Glaskristalle besitzen
eine hohe Festigkeit und sind beständig gegen Chemikalien,
da die nadelförmigen Kristalle von Anorthit und β-
Wollastonit mit glasigen Materialien infiltriert sind. Das
kristallisierte Glasmaterial kann aufgeschmolzen und in
eine Form gegossen werden, um eine entsprechende Form zu
erhalten. Nach einer Entspannungs-Wärmebehandlung kann es
gemahlen und poliert werden, um einen durchscheinenden
Gegenstand mit einem hohen Wert zu erzeugen.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
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Verbrennungsrückstände von Abfallstoffen, die aus
Abwasserbehandlungsanlagen erhalten wurden, wurden in
Beschickungsmaterialien umgewandelt, die die in der
nachfolgenden Tabelle 2 aufgeführten Zusammensetzungen besitzen.
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Die Materialien wurden über vier Stunden auf ihren
entsprechenden Schmelztemperaturen zwischen 1300 und 1500ºC
gehalten. Dieser Behandlung folgte ein Entgasen bei 1200
bis 1400ºC, und das geschmolzene Material wurde in einen
Stahlbehälter oder in Wasser gegossen, um kleine
Glaskügeichen herzustellen. Diese wurden in einen
Wärmebehandlungsofen eingebracht und auf etwa 800 bis 900ºC erhitzt.
Nach dem Halten über eine vorgegebene Zeitdauer wurde die
Temperatur auf 1000 bis 1200ºC erhöht, um eine Glühbehand
lung über eine feste Zeitdauer durchzuführen. Die
entsprechenden Ergebnisse sind in Tabelle 3
(Verfahrensbedingungen) und Tabelle 4 (Eigenschaften) für
die verschiedenen Zusammensetzungen 1 bis 12 aufgeführt.
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Mit Beschickungsmaterialien, deren Mischungen außerhalb
der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung lagen,
wurden Vergleichsbeispiele 13 bis 15 durchgeführt. Die
Materialien wurden unter den gleichen Verfahrensbedingungen
wie die vorstehend genannten 12 Beispiele behandelt,
nämlich
geschmolzen, entgast, rasch abgekühlt und geglüht.
Die Ergebnisse der Vergleichstests sind ebenfalls in den
Tabellen 2, 3 und 4 aufgeführt. Ergebnisse von
Röntgenbeugungsanalysen sind in Figur 1 dargestellt. Hieraus geht
hervor, daß bei den Zusammensetzungen 1 bis 8 Anorthit-
Kristalle vorhanden sind. Bei den Zusammensetzungen 9 bis
12 wurde die Anwesenheit von β-Wollastonit-Kristallen
bestätigt. Mit dem Basisglas wurden thermische
Ausdehnungstests durchgeführt. Als repräsentatives Beispiel sind die
Ergebnisse von Messungen mit dem in Tabelle 2 aufgeführten
Ausführungsbeispiel 5 wiedergegeben. Der
Ausdehnungskoeffizient α betrug 81 x 10&supmin;&sup7;, was geringer ist als bei
üblichen Gläsern. Die Übergangstemperatur und die
Erweichungstemperatur waren ebenfalls höher als bei üblichen
Gläsern, und zwar um etwa 100ºC. Dies sind gute Anzeigen
für ein Glasmaterial mit hoher thermischer Stabilität.
Tabelle 4 zeigt die Ergebnisse von Untersuchungen der
hergestellten Proben in bezug auf ihre Festigkeit, Härte
(Mohs'sche Härte), ihren Säurewiderstand und ihren
Widerstand gegenuber Basen.
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Dreipunkt-Biegetests wurden mit Proben von 100 x 100 x
8 mm (Länge x Breite x Dicke) durchgeführt, indem eine
Probe auf zwei Stäbe mit einem Durchmesser von 10 mm
gelegt und die Last über einen Stab mit dem gleichen
Durchmesser aufgebracht wurde, der am oberen Mittelpunkt der
Probe angeordnet wurde. Die Säurewiderstandstests wurden
mit einer wäßrigen Lösung durchgeführt, die 1 %
Schwefelsäure enthielt. Die Widerstandstests gegenüber Basen wur
den mit einer wäßrigen Lösung durchgeführt, die 1 %
Natriumhydroxid enthielt. Eine Probe einer Größe von 15 x
15 x 10 mm wurde über 650 h in die entsprechenden Lösungen
bei 25ºC eingetaucht.
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Die Testergebnisse für die Vergleichsbeispiele sind
ebenfalls in Tabelle 4 aufgeführt, um die Überlegenheit der
Testbeispiele zu verdeutlichen. Die Ergebnisse bestätigten
beispielsweise, daß die Testbeispiele (1-12) in bezug auf
ihre mechanische Festigkeit, ihre Kerbschlagzähigkeit und
ihre chemische Beständigkeit den Vergleichsbeispielen (13-
15) oder natürlichem Fels (16) überlegen waren.
Tabelle 2
Tabelle der Zusammensetzungen von Ausführungsbeispielen
und Vergleichsbeispielen
Zusammensetzung,
Gewichtsprozent
Tabelle 3
Tabelle der Wärmebehandlungsbedingungen
Wärmebehandlungsbedingungen
Primär
Sekundär
Test Nr.
Schmelztemperatur ºC
Tabelle 4
Vergleich der Eigenschaften der Gläser der
Ausführungsbeispiele und Vergleichsbeispiele
Ausfällung
Eigenschaftsvergleich
Test Nr.
Biegefestigkeit (kg/cm²)
Mohs'sche
Säure
Base
Härte
Marmor
Fußnote: An : Anorthit
Wol: β-Wollastonit
o : Kristalle vorhanden
X : Kristalle nicht vorhanden