NL8901703A - Werkwijze voor het vervaardigen van keramische vormstukken. - Google Patents

Description

Werkwijze voor het vervaardigen van keramische vorm-stukken^

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van lichte keramische vormstukken, met een zeker gehalte aan perliet als licht toeslagmateriaal en een ruwe droge dichtheid van minder dan 2,0 g/cm3.

In het bijzonder op het gebied van de baksteen en verwante produkten is de invloed van vermagerings- en porositeit teweeg brengende middelen reeds dikwijls onderzocht.

Een samenvattend artikel is van Mackedanz in "Sprech-saal", No. 9/80, 559.

Door porositeit teweeg brengende toeslagmaterialen, zoals zaagsel, papierslib en schuimkunststoffen wordt de ruwe dichtheid van de scherf weliswaar ten dele duidelijk verminderd, maar tegelijkertijd moet ook op een voldoende druksterkte van de zo vervaardigde vormstukken worden gelet. Zo beschrijft Mackedanz, dat bij toevoegen van zaagsel de dichtheid van de scherf slechts in geringe mate daalt maar toch betrekkelijk goede waarden voor de druksterkte kunnen worden bereikt, terwijl met "Styropor" een drastische vermindering van de ruwe dichtheid mogelijk wordt, die echter ook een sterke vermindering van de druksterkte meebrengt.

Een soortgelijke stand van de techniek wordt ook in de inleiding van DE-A-28 53 709 beschreven, waarin ook sprake is voor andere middelen voor het teweegbrengen van porositeit, zoals turf, kolenstof, perliet, kaf van graanprodukten of bij floteren overgebleven bergen afvalmateriaal, maar tegelijkertijd ook wordt gewezen op het feit dat deze slechts weinig praktischebetekenis hebben verkregen en soortgelijke nadelen hebben als de eerder beschreven stoffen.

Volgens DE-A-28 53 709 kunnen de genoemde toeslag— materialen alleen dan worden gebruikt, wanneer een brandbaar, poedervormig tot fijnkorrelig materiaal wordt aangevuld met schuim en wordt gegranuleerd. Op deze wijze moet dan een brandbaar granulaat met een losse, schuimachtige struktuur worden verkregen.

Als voordeel wordt in het bijzonder genoemd, dat door het verhoogde stortvolume, de verbrandingswaarde van het toeslagmateriaal in vergelijking met een massief korrelig materiaal is verminderd en deze verminderde verbrandingswaarde bij het uitbranden het in de oven plaatsvindende proces ten goede komt en een besparing van ver-brandingsenergie meebrengt.

Onder andere wordt ook de toevoeging van perliet genoemd. Er wordt op gewezen, dat een toevoeging van niet behandelde perliet aan ruwe klei meestal niet het gewenste effect geeft, omdat de perlietdeeltjes bij het persen verbrokkelen. De stabiliteit zou volgens dit Duitse offenlegungsschrift echter behouden blijven, wanneer men perliet tezamen met kolenstof 'of dergelijke inbedt in een schuimmateriaal.

Het is duidelijk dat een dergelijke tweetrapswerkwijze, waarbij in de eerste trap het toeslagmateriaal moet worden verwerkt tot een schuimprodukt en in de tweede trap het schuimprodukt met de klei moet worden vermengd, voor een massaprodukt zoals baksteen en dergelijke betrekkelijk duur is.

Het in DE-A-28 53 709 beschreven uit elkaar vallen van het toeslagmateriaal perliet bij het tezamen met een klei-ematrix-massa persen, wordt ook door het DE-C-36 14 943 bevestigd, volgens welk octrooischrift op grond hiervan de voorkeur wordt gegeven aan het gebruik van verglaasde, geëxpandeerde perlietkorrels voor het vervaardigen van bakstenen en tegels en dergelijke.

Door het verglazen worden de enkelvoudige perlietkorrels gestabiliseerde zodat deze ook bij het daarop volgende vermengen met de klei-matrixmassa en de daarop aansluitende vormgeving door persen of dergelijke niet kapot gaan.

Ook daarbij moet het toeslagmateriaal echter voor het vermengen met de klei-matrixmassa afzonderlijk een bewerking ondergaan (hier verglazen), wat extra tijd en kosten veroorzaakt, wat voor massaprodukten zoals bakstenen en tegels of dergelijke niet steeds aanvaardbaar is.

Uit het AT-octrooischrift 252 091 is het bekend, dat perliet in geëxpandeerde toestand zeer veel water op kan nemen. Om het opname-vermogen voor water te verlagen, wordt voorgesteld siliconen in een waterige oplossing op een stroom of een bed van door de expansiebehandeling nog warme perlietkorrels te spuiten en de bespoten korrels goed dooreen te mengen.

Tenslotte is uit het DE-Auslegeschrift 1 253 133 een werkwijze voor het behandelen van perliet bekend, waarbij perliet met vernevelde, opgeloste, gedispergeerde of vervluchtigde bind- en impregneermiddelen wordt doordrenkt of bespoten en wordt gecentrifugeerd.

Daarbij dient het bespuiten ertoe om in het water opgeloste impreg-neerstoffen met het perliet in contact te brengen. Vervolgens wordt het zo behandelde materiaal gedroogd.

Aan de uitvinding ligt het probleem ten grondslag, een ten opzichte van de hiervoor besproken stand van de techniek meer economische en eenvoudiger mogelijkheid te bieden om poreuze toeslagmaterialen zoals perliet zo te stabiliseren, dat ze bij het daarop volgende mengen met klei en het vormgeven niet kapot gaan.

Verrassenderwijze is gevonden, dat de stabiliteit van een toeslagmateriaal zoals geëxpandeerde perliet, door opnemen van een vloeistof, in het bijzonder water, drastisch kan worden verhoogd. Daarbij wordt de stabilisatie van elke afzonderlijke perlietkorrel maximaal, wanneer het open poriënvolume volledig met de vloeistof is gevuld. Het in de open poriën brengen van de vloeistof kan op verschillende wijzen gebeuren. De vloeistof kan hetzij volledig afzonderlijk worden toegevoegd, bijvoorbeeld door het geëxpandeerde perliet te drenken in een vloeistof of door de geëxpandeerde perliet-korrels te bespuiten, bijvoorbeeld door middel van geschikte sproei-mondstukken aan de binnenwand van een transportgoot met een trans-portschroef, waar het perliet doorheen wordt geleid. Afhankelijk van de consistentie van de klei kan dit echter ook teveel zijn, omdat het mengsel tezamen met het eigen vochtgehalte van de klei dan te waterig wordt. Voor die gevallen wordt voorgesteld, voordat de klei met het geëxpandeerde perliet wordt gemengd, slechts een deel van de theoretische maximale hoeveelheid water toe te voegen die het open poriënvolume van het perliet kan opnemen. Daarbij moet echter tenminste 50% van de theoretische (maximale) hoeveelheid water reeds worden toegevoegd, om een homogene verdeling van het perliet in de klei mogelijk te maken. In dit geval zuigt het perliet het nog ontbrekende restvochtgehalte uit de klei op, vanwege de hoge capillaire zuigkrachten van de open poriën, tot het "volledig verzadigd" is. De bijzonder poreuze perlietdeeltjes vervullen dan tegelijkertijd de funktie van "droogmiddel" voor de klei en tegelijkertijd kunnen grotere poriën aan het oppervlak worden gevuld met klei-matrixmateriaal, waarvan het vochtgehalte weer in de capillaire poriën van het perliet wordt opgezogen.

In elk geval moet worden gewaarborgd, dat steeds een voldoende hoeveelheid vloeistof ter beschikking staat, om het open poriënvolume van het perliet volledig met de vloeistof te vullen.

Daarbij moet in acht worden genomen, dat het klei/perliet mengsel daarna een voldoende consistentie moet hebben, om het mengsel verder te kunnen verwerken. Daarbij passend, bestaat de totale hoeveelheid vloeistof uit de in de klei aanwezige vloeistof en de extern toegevoegde vloeistof en wordt zo gekozen, dat ook bij volledig vullen van de open poriën van het perliet een consistentie van het mengsel van klei/perliet wordt bereikt, zoals voor de daarop volgende bewerkingen nodig is.

In elk geval zijn dan met water verzadigde perliet-korrels aanwezig, waarbij de vloeistof ook bij aansluitend of verder vermengen met de klei-matrixmassa voor het grootste deel in de poriën blijft, waarvoor in de eerste plaats de oppervlaktespanning van het water verantwoordelijk is. Dit effect kan door toevoegen van een oppervlakteactief middel zoals een tenside, geoptimaliseerd worden. Daarbij kan het van geval tot geval gunstig zijn, om de vloeistof onder een lichte druk in de poriën van het perliet te brengen, omdat dan ook poriën met de kleinste diameter met vloeistof worden gevuld. '

Het zo gevormde mengsel van klei-perliet kan op conventionele wijze verder worden verwerkt.

Noch in strangpersen (door middel van een vnrmraangedreven persen) noch in discontinu werkende persen treedt een noemenswaardige beschadiging van de met water gevulde perlietdeeltjes op. De niet comprimeerbare vloeistoffen zoals water stabiliseren veeleer het op zichzelf broze rooster van een geëxpandeerde perlietkorrel, dat (daardoor) ook na het vormgeven praktisch zijn volledige oorspronkelijke poriënvolume, dat op dat tijdstip nog met water is gevuld, bezit en voor het beoogde doel ter beschikking heeft.

Het water wordt vervolgens tijdens het gebruikelijke drogen uit de poriën uitgedreven en het produkt kan daarna op bekende wijze worden gebrand of gebakken.

Afhankelijk van de gekozen brandtemperatuur brandt het perliet dan hetzij uit of het vormt een tenminste gedeeltelijke smelt-fase, die een glasachtig skelet achterlaat, dat de mechanische sterkte van het gebrande of gebakken vormstuk ten goede komt (bijdraagt aan de mechanische sterkte).

Zelfs bij betrekkelijk lage brand of baktemperaturen, zoals ze heden ten dage ten dele worden nagestreefd, wordt echter steeds gewaarborgd, dat het grote poriënvolume van een geëxpandeerd perliet de ruwe dichtheid van de scherf van het gebakken of gebrande produkt verlaagt in een mate zoals voor goede warmte isolerende eigenschappen gewenst is, zonder dat daarbij een sterkere vermindering van de sterkte op de koop toe moet worden genomen.

De succesvolle toepassing van perliet als porositeit-gevend middel in kleiwaren verrast in-tweeërlei opzicht. Enerzijds, omdat in de stand van de techniek is beschreven, dat het gebruik van perliet als toeslagmateriaal technisch niet realiseerbaar was, anderzijds omdat tegelijkertijd sterkte verliezen door kapotgaan (uiteen vallen) van perlietkorrels beschreven zijn.

Inderdaad kan droge, geëxpandeerde perliet slechts zeer moeilijk of helemaal niet in een normale klei-matrixmassa worden verwerkt, en kan in het bijzonder geen homogene verdeling van de perlietkorrels in de matrixmassa worden bereikt. Het oppervlak van de perlietkorrels is kennelijk te ruw om een homogene vermenging mogelijk te maken.

Zelfs wanneer men echter een niet-homogeen klei/per-lietmengsel zou accepteren, dan zouden daaruit nog geen technisch bruikbare produkten kunnen worden vervaardigd, omdat de perlietkorrels - zoals beschreven - bij het daarop volgende vormgeven fijn-gedrukt zouden worden. Daarbij zou tegelijkertijd het gewenste effect, namelijk porositeit van het materiaal, verloren gaan.

De genoemde bezwaren kunnen weliswaar eventueel door verglazen van de afzonderlijke perlietkorrels worden overwonnen, maar dit is alleen mogelijk met een naar verhouding te grote technologische inspanning.

Daarentegen is de werkwijze volgens de uitvinding niet alleen bijzonder eenvoudig, maar is ze ook zeer efficient en maakt ze het op een verrassend eenvoudige wijze mogelijk om zonder‘.meer perlietkorrels in een klei-matrixmassa op te nemen en daarin homogeen te verdelen. Daarbij funktioneert het water enerzijds kennelijk als glijmiddel maar tegelijkertijd - zoals beschreven - als stabilisator voor de afzonderlijke perlietkorrels. Door deze dubbele funktie kan het watergehalte naar boven worden begrensd, afhankelijk van de gewenste consistentie.

Voorgesteld wordt een geëxpandeerd perliet te gebruiken met een korrelgrootte van minder dan 10 mm, waarbij voor de meeste toepassingen een korrelgrootte van minder dan 6 mm bij voorkeur de bovengrens zal vormen. Daarbij moet zo min mogelijk een fraktie van fijne korrels van minder dan 1 mm worden gebruikt, omdat deze relatief veel water opneemt, dat later uitgedreven moet worden en nauwelijks bijdraagt tot het poreus.maken van het materiaal door warmte technische effecten. In het bijzonder bij toepassing van vette klei ligt de korrelgrootte (van het geëxpandeerde perliet) daarom bij voorkeur tussen 1 en 6 mm.

De gebruikte vloeistof zal in de eerste instantie water zijn. Ook kan echter afvalwater van industriële installaties worden gebruikt, waarbij gehalten aan schadelijke stoffen in dit water, zoals zware metalen, enzovoort, bij het bakken of branden van de keramische produkten tegelijkertijd nog in het gevormde keramische skelet (struktuur) kunnen worden opgenomen (gebonden). De toevoeging van perliet moet op een zodanige wijze geschieden, dat het gerede produkt een ruwe droge dichtheid heeft van minder dan 2,0 g/em3 en bij voorkeur van minder dan 1,7 g/cm3.

In het algemeen kunnen dergelijke waarden worden bereikt bij een toevoeging van perliet tussen 50 een 500 1 per 1000 kg klei. De voorkeur wordt gegeven aan een toevoeging van perliet tussen 100 en 250 1 per 1000 kg klei-matrixmassa.

Voor zover van een klei-matrixmassa wordt gesproken, omvat deze term vanzelfsprekend niet alleen een massa uit een klei, maar ook met gebruikelijke toevoegsels of vulmaterialen, zoals bij de vervaardiging van keramische vormstukken worden toegepast.

Ook de verwerking vindt verder op in hoofdzaak bekende wijze plaats. Als daarbij een maalbehandeling in een kollergang wordt uitgevoerd, dan moet de toevoeging van perliet volgens de werkwijze van de uitvinding pas plaats vinden na het fijnmalen in de kollergang, omdat door de grote mechanische belasting van het materiaal in de kollergang daar ook de met water gestabiliseerde perlietkorrels verpletterd zouden worden.

Daarentegen is gebleken, dat de met water verzadigde perlietkorrels zowel in een continu werkende pers als in eenstrang-pers als ook in een discontinu werkende pers zoals een kniehevelpers of dergelijke bij toepassen van gebruikelijke drukken niet worden beschadigd, maar veeleer de struktuur (skelet of rooster) met een grote open porositeit nagenoeg onveranderd in stand kan worden gehouden.

Met de werkwijze volgens de uitvinding kunnen praktisch alle mogelijke soorten van kleiwaren worden vervaardigd, die lage ruwe droge dichtheden en daarmee verbonden gunstige warmte isolerende eigenschappen moeten bezitten. Voorbeelden zijn bakstenen, dakpannen, vormstukken uit chamotte, plafondtegels, draineringsbuizen, vuurvaste stenen voor schoorstenen, of dergelijke. Overwegend zullen met de werkwijze volgens de uitvinding poreuze produkten worden vervaardigd; maar er kunnen bijvoorbeeld ook klinkers die wat hun struktuur betreft tot het steengoed kunnen worden gerekend - volgens de werkwijze van de uitvinding worden vervaardigd, waarbij deze vormstukken dan alleen zolang worden gebrand tot de open porositeit nagenoeg geheel is verdwenen. Evenzo is het gogelijk, het klei/per-liet mengsel te branden en vervolgens voor de vervaardiging van geschikte chamotte produkten verder te verwerken.

Claims (10)

1. Werkwijze voor het vervaardigen van lichte keramische vormstukken met een zeker gehalte aan geëxpandeerd perliet als licht toeslag-materiaal en met een ruwe droge dichtheid van minder dan 2,0 g/cm3 , met het kenmerk dat het open poriè'nvêlume van het perliet met een korrelgrootte van minder dan 10 mm volledig met een vloeistof wordt gevuld en tegelijkertijd en/of daarna homogeen in een klei-matrixmassa wordt verdeeld, daarna de massa tot vormstukken wordt verwerkt en deze daaropvolgend worden gedroogd en gebrand (gebakken).

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat als vloeistof water wordt gebruikt.

3» Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de vloeistof voor het vullen van de poriën van :het perliet wordt vermengd met een oppervlakteactief toevoegsel.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat als toevoegsel een tensidé wordt gebruikt.

5. Werkwijze volgens één der conclusies 1 tot 4, met het kenmerk, dat de klei-matrixmassa met zoveel perliet wordt gemengd, dat de ruwe droge dichtheid van de gebrande vormstukken minder dan 1,7 g/cm3 is.

6. Werkwijze volgens één der conclusies 1 tot 5, met het kenmerk, dat perliet in een hoeveelheid van 50 tot 5001 per 1000 kg klei wordt toegevoegd.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de hoeveelheid perliet die wordt toegevoegd 100 tot 250 1 (per 1000 kg klei) bedraagt.

8. Werkwijze volgens één der conclusies 1 tot 7, met het kenmerk, dat het met de vloeistof doordrenkte perliet na malen in een kollergang en voor vormgeven in een strangpers aan de klei-matrixmassa wordt toegevoegd.

9. Werkwijze volgens één der conclusies 1 tot 8, met het kenmerk, dat de met perliet gemengde klei-matrixmassa wordt geperst tot vormstukken zoals bakstenen.

10. Werkwijze volgens één der conclusies 1 tot 9, met het kenmerk, dat een perliet met een korrelgrootte tussen 1 en 6 mm en met een stortgewicht tussen 80 een 130 kg/m3 wordt toegepast.