DE2827246A1

DE2827246A1 - Verfahren zur herstellung eines keramikkoerpers

Info

Publication number: DE2827246A1
Application number: DE19782827246
Authority: DE
Inventors: Jan Hendrik Van Der Velden
Original assignee: Hoeke Engineering NV; Esmil BV
Current assignee: Hoeke Engineering NV; Esmil BV
Priority date: 1977-06-21
Filing date: 1978-06-21
Publication date: 1979-03-15
Also published as: FR2395234A1; US4438055A; SE7807055L; IT1111480B; IT7868445A0; ATA449178A; GB1586337A; BE868310A; BR7803913A; SE426814B; CH639926A5; DE2827246C2; AT377971B; NL184949B; NL7706797A; FR2395234B1; NL184949C

Description

Henkel, Kern, Feiler & Händel Patentanwälte

Esmil B.V.,

Amersfoort, Niederlande, Sf¹SlSSi¹E?³7 „

D-8000 München 80

Hoeke Engineering N. V., Tel.: 089/982085-87

Moerkerke/Damme, Belgien Telex: 0529802 hnkid

.ι Telegramme: ellipsoid

2 i. Juni 1978

Verfahren zur Herstellung eines Keramikkörpers

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Keramikkörpers aus einem Ton und organisches Material enthaltenden Gemisch. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf die nach diesem Verfahren hergestellten Keramikkörper, z.B. Ziegel oder Bausteine.

Bei der Herstellung von Keramik-Baumaterialien ist es bekannt, dem Ton organische Rückstände, wie Stroh, zuzusetzen. Der Grund hierfür kann beispielsweise in dem Wunsch liegen, die Verformungseigenschaften des Tongemisches zu verbessern oder ihm eine bestimmte, angestrebte Porosität zu verleihen. Bei der Herstellung von Keramikelementen für die Bauindustrie nach modernen Fertigungsverfahren findet die Zugabe von organischen Stoffen wegen gewisser Nachteile nur noch in sehr begrenztem Rahmen statt.

Es ist darauf hinzuweisen, daß Keramikelemente bekannt sind, bei denen der Ton mit Sägemehl als organische Substanz vermischt ist. Seit der Ausbreitung der Spanplattenindustrie ist jedoch der Preis für Sägemehl oder -staub erheblich gestiegen, so daß die Herstellung von Bausteinen aus Ton/Sägemehlgemischen sehr aufwendig ist. Außerdem ist für das Ver-

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mischen mit Sägemehl eine ganz speziell ausgewählte Tonsorte erforderlich, wodurch die Anwendbarkeit dieses bisherigen Verfahrens weiter eingeschränkt wird.

Es ist auch bekannt, expandierte bzw. aufgeschäumte Kunststoffe als organische Zuschläge zu Keramikmaterial zu verwenden. Dies stellt jedoch ebenfalls ein verhältnismäßig aufwendiges Verfahren dar, während den Produkten dabei die notwendige Festigkeit fehlt.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung von Keramikkörpern, z.B. Bausteine, unter Verwendung von Ton und organischem Material.

Dieses Verfahren soll die Verwendung eines Abfallmaterials ermöglichen, billige Produkte liefern und unter Beibehaltung der guten Eigenschaften herkömmlicher Bausteine bzw. Ziegel den Bausteinen verbesserte Eigenschaften verleihen.

Außerdem soll dieses Verfahren mit einer Vielfalt verschiedener Tonsorten durchführbar sein.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung eines Keramikkörpers erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Gemisch aus (a) 40 - 65 Gev.-% Ton, bei dem mehr als 10 eine Fraktion mit einer Teilchengröße von mehr als 2 um darstellen, und (b) einer organischen Fraktion, die aus Haushaltsmüll nach dem Abtrennen von Metallteilen, grobem Material und Stoffen in Lagen- oder Folienform gewonnen wurde, zubereitet wird, daß das Gemisch zu einem Körper geformt wird und daß der Formkörper getrocknet und gebrannt wird.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren braucht kein Sägemehl als organisches Material eingesetzt zu werden. Dieses Verfahren, das auf eine große Vielfalt von Tonsorten anwendbar ist, ermöglicht die Herstellung von leichteren und festeren Produk-

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ten als sie nach den bisherigen Verfahren erhalten werden. Diese Produkte können auch besonders günstige Eigenschaften besitzen. Aus der großen Vielfalt der erfindungsgemäß einsetzbaren Tonsorten ergibt sich außerdem eine große Vielfalt der Eigenschaften sowie des Aussehens der fertigen Keramikkörper.

Erfindungsgemäß hergestellte Keramikkörper bieten gegenüber dem unter Verwendung von aufgeschäumten Kunststoffen hergestellten bisherigen Produkt die Vorteile niedrigerer Fertigungskosten und höherer Festigkeit. Die erfindungsgemäß hergestellten Keramikkörper eignen sich zweckmäßig sowohl für lastaufnehmende Trenn- oder Zwischenwände als auch für regen- und frostbeständige Außenwände.

Die NL-OS 74.03554 offenbart ein Verfahren für die Beseitigung von Metallteilen, Lagen- oder Folienmaterialstücken und groben anorganischen Stoffen aus Haushaltsmüll unter Lieferung einer für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten, feinen organischen Fraktion. Es hat sich insbesondere gezeigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhafte Ergebnisse gewährleistet, wenn die eingesetzte organische Fraktion die folgende Siebanalyse (in Gew.-96) zeigt:

Teilchengröße < 4 mm 60 - 7596

¹¹ 4 -6 mm 25 - 3596

¹¹ 6 - 10 mm 4-1096

mm keine,

einen Feuchtigkeitsgehalt von 25 - 50 Gew.-96 und vorzugsweise von 35 - 50 Gew.-96 besitzt und im allgemeinen frei ist von Glasteilchen einer Größe von über 2 mm. Das z.B. in der genannten NL-OS beschriebene Verfahren zur Gewinnung dieser feinen organischen Fraktion ist so durchzuführen, daß als Ergebnis eine organische Fraktion mit der erforderlichen Siebanalyse erhalten wird, während der Feuchtigkeitsgehalt später

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- 6 auf den gewünschten Wert eingestellt werden kann.

Für die Erfindung bedeutet dies, daß diese feine organische Fraktion, die anderenfalls als Abfallmaterial verbrannt oder anderweitig vernichtet werden müßte, einem sachdienlichen Zweck zugeführt werden kann. Zudem können dabei Bausteine hergestellt werden, die ein niedriges spezifisches Gewicht und eine hohe Porosität besitzen. Hohe Porosität bietet bessere Wärme- und Schalldämmeigenschaften; diese Verbesserung wird offensichtlich durch die erhöhte Porosität der Bausteine erreicht.

Überraschend ist, daß nach der Zugabe der organischen Fraktion zur Tonkomponente eine Weiterverarbeitung des Gemisches ohne Schwierigkeiten auf ähnliche Weise wie bei nur aus Ton bestehenden Bausteinen erfolgen kann. Diesbezügliche Unterschiede können in der für das Trocknen und Brennen des Produkts nötigen Zeit sowie in der für das Brennen erforderlichen Brennstoffmenge liegen. Tatsächlich hat es sich gezeigt, daß für Trocknen und Brennen weniger Zeit benötigt wird und daß etwa 50% der Brennstoffkosten eingespart werden können. Die Trocknungszeit kann ebenfalls auf etwa die Hälfte verkürzt werden. Offensichtlich ist der letztere Faktor für die Errichtung einer neuen Ziegelei bedeutsam, speziell in bezug auf eine mögliche Einsparung an Investitionskosten.

Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß ein Entzünden der organischen Fraktion im Gemisch zu einem spontanen Temperaturanstieg führen kann, welcher der Güte der Bausteine möglicherweise abträglich ist. Beim Feuern des Brennofens ist daher sicherzustellen, daß das gewählte Temperaturgefälle im Ofen weniger steil ansteigt als dann, wenn der Masse kein organisches Material zugesetzt worden ist.

Obgleich das Mischungsverhältnis ohne tatsächlichen Nachteil

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innerhalb der erfindungsgemäß festgelegten Grenzen geändert werden kann, können in bestimmten Fällen die besten Ergebnisse stets mit einem Gemisch einer bestimmten Zusammensetzung erreicht werden.

Im allgemeinen lassen sich die anscheinend günstigsten Ergebnisse mit einem Gemisch erzielen, das vor dem Formen und Weiterverarbeiten einen Feuchtigkeitsgehalt von 20 - 30 Gew.-% besitzt. Bei der Herstellung eines Keramikelements, das speziellen Anforderungen bezüglich niedrigen Gewichts und einwandfreier Isoliereigenschaften genügen muß und das gleichzeitig besonders billig sein soll, wird bevorzugt ein Gemisch mit 40 - 48 Vol.-% Ton eingesetzt, wobei der Ton einen Feuchtigkeitsgehalt von 15 - 33 Gew.-% besitzt. Falls jedoch ein Baustein mit hoher Festigkeit angestrebt wird, wird bevorzugt ein Gemisch mit 52 - 65 Vol.-% Ton bei einem Feuchtigkeitsgehalt des Tons von 25 - 30 Gew.-% verwendet. Besondere Behandlungs- oder Verarbeitungseigenschaften können insbesondere mit einer Tonsorte realisiert werden, die einen Feuchtigkeitsgehalt von 25 - 30 Gew.-% besitzt.

Bevorzugt wird eine organische Fraktion eingesetzt, welche die folgende Siebanalyse zeigt:

Teilchengröße <2,8 mm etwa 60%

¹¹ 2,8 - 4 mm 8 - 10%

¹¹ 4 - 7 mm 28-35%

¹¹ >10 mm keine,

und die weiterhin einen Feuchtigkeitsgehalt von 37 - 47 Gew.-% sowie einen Aschegehalt von 20 - 40 Gew.-% besitzt und die praktisch frei ist von Glasteilchen einer Größe von über 2 mm.

Die Erfindung bezieht sich auch auf die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Keramikkörper oder -elemente, insbesondere Bausteine.

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Neben den vorstehend genannten Vorteilen bezüglich Wärme- und Schalldämmvermögen besteht ein weiterer, deutlicher Vorteil darin, daß die erfindungsgemäß hergestellten Bausteine leichter sein können. Trotzdem vermögen diese Bausteine ohne weiteres die Anforderungen an Festigkeit und Maßhaltigkeit für die höchste Güteklasse A 1 nach Niederländischer Norm NEN 2489 zu erfüllen. Es hat sich insbesondere herausgestellt, daß die aus dem erfindungsgemäß verwendeten Gemisch hergestellten Produkte beim Trocknen weniger Probleme aufwerfen, soweit dies die Kontraktion bzw. Schrumpfung betrifft. Das Material schrumpft weniger stark und behält daher ein größeres (End-)Volumen, während das Auftreten von unzulässigen Verformungen, Kontraktions- bzw. Schrumpfrissen usw. weniger häufig oder gar nicht zu beobachten ist. Hierdurch wird wiederum eine geringere Ausschußquote bei der Bausteinherstellung und somit ein höheres Ausbringen bei entsprechender Senkung des Stückpreises gewährleistet.

Im folgenden ist die Erfindung in einem speziellen Beispiel unter Bezugnahme auf ein in der Praxis auf industrieller Basis durchgeführtes Verfahren beschrieben. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß die Erfindung eindeutig einen über das nachstehend beschriebene Verfahren hinausgehenden, weiteren Anwendungsbereich besitzt.

Beispiel

Es wurden Bausteine bzw. Ziegel aus einem zu Stekene, Belgien, geförderten Tonmaterial hergestellt. Diese spezielle Tonsorte besitzt einen Wassergehalt von 27,5# und ein spezifisches Gewicht von 1,27. Sie enthält mehr als 1096 an Teilchen mit einer Größe von mehr als 2 um. Die gemessene spezifische Oberfläche der diesen Ton bildenden Körnchen betrug 155 m /g. Neben Aluminiumsilikaten enthält dieser Ton etwa

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5 Gew.-$ Fe₂O, und 2 Gew.-% CaO. Der Gewichtsverlust, auf Trockenmassenbasis, beim Erhitzen beträgt 7.3%.

Die andere, bei dem Gemisch für die Bausteinherstellung einzusetzende Komponente bestand aus einer feinen organischen Fraktion, die in einer Trennanlage für Haushaltsmüll gewonnen wird. Metallteilchen, grobe Materialstueke und Materialien in Lagen- oder Folienform wurden dabei während des Trennvorgangs ausgesondert. Die Siebanalyse dieser feinen organischen Fraktion ergab folgendes:

Teilchengröße < 4 mm

¹¹ 4 - 6 mm 26%

¹¹ 6 - 10 mm 6%

¹¹ > 10 mm keine.

Das Material mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 43 Gew.-% war außerdem frei von Glasteilchen einer Größe von mehr als 2 mm.

Für dieses Material wurde ein Brennwert für die Trockenkomponente von 10 MJ/kg geschätzt bzw. festgelegt. Der Gehalt an Fremdstoffen, sauren Rückständen und Phosphor erwies sich als so klein, daß davon ausgegangen werden konnte, daß diese Stoffe weder einen Einfluß auf die anschließenden Verarbeitungs- oder Fertigungsschritte haben, noch bei der Weiterverarbeitung irgendwelche Umweltprobleme mit sich bringen.

Fünf Volumenteile des feuchten Tons wurden mit vier Volumenteilen der organischen Fraktion vermischt (einschließlich der bei der Zubereitung dieser organischen Fraktion zugesetzten Feuchtigkeit). Bezogen auf Trockenmasse von Ton und organischem Material entspricht dies einem Gemisch aus 1 kg Trockenton je 0,52 kg Trockenmasse der organischen Fraktion.

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Das Gemisch wurde in an sich üblicher Weise in einer Tonknetmaschine gemischt und nach den in der Ziegel- bzw. Bausteinindustrie üblichen Verfahren weiterbehandelt. Das geknetete Gut wurde schließlich durch eine Lochplatte mit Bohrungen von 30 mm Durchmesser gepreßt und dann auf einem Förderband zu einer Formmaschine überführt. Anschließend wurde das Gemisch mittels eines Extruders zu einem Tonstrang gepreßt, von dem mittels einer Schneidvorrichtung einzelne Blöcke einer Größe von 318 χ 154 x 99 mm abgeschnitten wurden. Jeder Block wurde danach mit zwei Reihen von je 9 Öffnungen versehen, welche den Block über die Höhe von 99 mm vollständig von Ober- zu Unterseite durchsetzten. Hierauf wurden die Blöcke über je 48 Std. getrocknet, wobei der Feuchtigkeitsgehalt der Masse auf 6% verringert wurde. Dabei trat eine Trockenschrumpfung von 5% ein. Die Blöcke wurden sodann in einen Tunnelofen eingeführt, in welchem sie 60 h lang verblieben und der auf einer Temperatur von etwa 100O⁰C gehalten wurde. Während des Brennvorgangs schrumpften die Blöcke um weitere k%, so daß sich eine Gesamtschrumpfung von 8,8% ergab. Die auf diese Weise hergestellten Blöcke besaßen eine durchschnittliche Druckfestigkeit von 14,2 N/m . Sie zeigte eine hohe Formgleichmäßigkeit bzw. Maßhaltigkeit, und sie erwiesen sich aufgrund ihrer Wärme- und Schalldämmeigenschaften als ausgezeichnetes Baumaterial. Im Vergleich zu Bausteinen, die nur aus Ton hergestellt wurden, konnten die erfindungsgemäß hergestellten Blöcke wesentlich leichter gesägt und genagelt werden.

Eine Berechnung der für das Brennen eines Blocks benötigten Brennstoffmenge (als Brennwert in MJ ermittelt) ergab, daß die erfindungsgemäß hergestellten Blöcke für das Brennen einen Wärmeverbrauch von nur 6,0 MJ gegenüber einem solchen von 11,49 MJ im Fall eines nur aus Ton bestehenden, aber anderweitig vor dem Trocknen dieselben Grundabmessungen besitzenden Blocks bedingten. Die Trockenzeit für die er-

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findungsgemäß hergestellten Blöcke erwies sich als erheblich kürzer als im Fall der nur aus Ton bestehenden Blöcke.

Zusammenfassend wird mit der Erfindung also ein Verfahren zur Herstellung eines Keramikkörpers durch Formen, Trocknen und Brennen eines aus einem Gemisch aus Ton und einer organischen Fraktion hergestellten Elements geschaffen. Die organische Fraktion wird hierbei durch Haushaltsmüll nach Abtrennung von Metallteilen, groben Stoffen und lagen- oder folienförmigen Stoffen erhalten. Der Tonanteil im Gemisch beträgt 40-65 Gew.-#, und der Ton enthält mehr als 10 Gew.-% an Teilchen einer Größe von mehr als 2 um.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung eines Keramikkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch aus (a) 40 - 65 Gew.-% Ton, bei dem mehr als 10 Gew.-% eine Fraktion mit einer Teilchengröße von mehr als 2 um darstellen, und (b) einer organischen Fraktion, die aus Haushaltsmüll nach dem Abtrennen von Metallteilen, grobem Material und Stoffen in Lagen- oder Folienform gewonnen wurde, zubereitet wird, daß das Gemisch zu einem Körper geformt wird und daß der Formkörper getrocknet und gebrannt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine organische Fraktion verwendet wird, die folgende Siebanalyse (jeweils in Gew.-%) aufweist:

Teilchengröße < 4 mm 60 - 75%

Teilchengröße 4-6 mm 25 - 35# Teilchengröße 6-10mm 4-1096

Teilchengröße >10 mm keine,

die einen Feuchtigkeitsgehalt von 25 - 50 Gew.-% besitzt und die praktisch frei von Glasteilchen einer Größe von mehr als 2 mm.ist.

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ORIGINAL INSPECTED
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtigkeitsgehalt der organischen Fraktion 35 - 50 Gew.-Sfi beträgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch vor dem Formen einen Feuchtigkeitsgehalt von 20 - 30 Gew,-% besitzt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch 40 - 48 Vol.-% Ton mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 15-33 Gew.-96 enthält.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch 52 - 65 Vol.-% Ton mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 15-33 Gew.-% enthält.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ton einen Feuchtigkeitsgehalt von 25 - 30 Gew.-% besitzt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Fraktion die folgende Siebanalyse (in Gew,-%) aufweist:

Teilchengröße < 2,8 mm etwa 60%

Teilchengröße 2,8-4 mm 8-10%

Teilchengröße 4 - 7 mm 28 - 35%

Teilchengröße >10 nun keine,

und daß die organische Fraktion einen Feuchtigkeitsgehalt von 37 - 47 Gew.-% und einen Asehegehalt von 20 - 40 Gew.-% besitzt und praktisch frei von Glasteilchen einer Größe von mehr als 2 mm ist.

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