DD200567A1 - Verfahren zur herstellung von qualitaetsverbesserten fasern aus roh-und industrieanfallstoffen - Google Patents
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Abstract
Ziel der Erfindung ist es, unter Nutzung herkoemmlicher Technologien auf technisch-oekonomisch rationelle Weise anorganische Fasern herzustellen, deren Eigenschaften gegenueber den bisher hergestellten vergleichbaren anorganischen Fasern beispielsweise durch guenstigere Schmelzperlenanteile oder Faserschlankheit deutlich verbessert werden, wobei insbesondere verfuegbare Roh- und/oder Industrieanfallstoffe zu nutzen sind. Die technische Aufgabe besteht darin, Zusammensetzungen des Einsatzmaterials und zweckmaeszige Bearbeitungsschritte anzugeben, die den Einsatz groszer Anteile verfuegbarer Roh- und Industrieanfallstoffe ermoeglichen, die bisher nicht fuer Zwecke der Faserherstellung genutzt wurden, ohne das wesentlich veraenderte Anforderungen an die Gestaltung der Schmelz- und Zerfaserungsprozesse gestellt werden. Die Aufgabe wird dadurch geloest, dasz die Roh- und Industrieanfallstoffe, insbesondere unter Einsatz von Produkten u./o. Anfallstoffen aus der Blaehschieferherstellung, in einem solchen Verhaeltnis gegebenenfalls zerkleinert, homogenisiert und stueckig gemacht, geschmolzen und zerfasert werden, dasz in der Mischung 40 bis 65 % SiO&ind2!, 10 bis 25 % Al&ind2!O&ind3! sowie 20 bis 40 % Fluszmittel, wie CaO, MgO, FeO, Fe&ind2!O&ind3!, TiO&ind2!, K&ind2!O und Na&ind2!O enthalten sind. Es werden materialoekonomische und qualitaetsverbessernde Effekte erzielt. Die Erfindung ist anwendbar bei der Herstellung von anorganischen Fasern fuer Zwecke der Waermedaemmung sowie der Verstaerkung von Verbundwerkstoffen.
Description
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Verfahren zur Herstellung qualitätsverbesserter anorganischer Fasern aus Roh- und Industrieanfallstoffen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung qualitätsverbesserter anorganischer Fasern aus Roh- und Industrieanfallstoffen, insbesondere unter Nutzung von Produkten und/oder Anfallstoffen aus der Blähschiefererzeugung, für die kostengünstige Bereitstellung qualitätsverbesserter anorganischer Fasern als Dämmstoffe und/oder Verstärkungsmaterialien, wie sie beispielsweise im Bauwesen, im Fahrzeug- oder im Werkzeugmaschinenbau verwendet werden.
Es ist hinreichend bekannt, Mineralfasern aus einer Reihe von Roh- und Industrieanfallstoffen, wie Basalt, Phonolith oder Hüttenschlacken herzustellen, wobei jedoch Fasern mit begrenzten Eigenschaften, beispielsweise mit hohem Schmelzperlenanteil, resultieren.
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Deshalb ist man bemüht, qualitätsverbesserte anorganische Fasern herzustellen, denn diese werden in zunehmendem Maße für solche Zwecke eingesetzt, die durch hohe Anforderungen an die Wärmedämmung, an die Temperaturbeständigkeit oder an die Eignung als Verstärkungsfasern für Verbundwerkstoffe gekennzeichnet sind. Zur Herstellung derartiger anorganischer Fasern wird angestrebt, solche Zusammensetzungen der Einsatzstoffe und/oder besondere Behandlungsschritte zu nutzen, mit deren Hilfe beispielsweise die Faserdicke verringert, die Schlankheit der Fasern erhöht, der Schmelzperlengehalt vermindert, die Festigkeit der Fasern verbessert und/oder die Rekristallisationstemperatur der Fasern erhöht werden können. '
Zur Erreichung der vorgenannten Zielstellungen wurden bereits vielfältige Versuche unternommen.
So wird nach der DD 140741 vorgeschlagen, die chemischphysikalischen Eigenschaften der Schmelze beziehungsweise der Fasern durch die rechnergestützte Mengendosierung der Mischungsbestandteile zu beeinflussen.
Nach der DD 146818 kann die Faserqualität durch die besondere Steuerung des Zerfaserungs-Gasstromes verbessert werden.
Mit der DD 142442 wird außerdem ein Verfahren bekannt gemacht, nach dem Fasern höherer Schlankheit und geringeren Schmelzperlengehaltes durch eine besondere Gestaltung der Blasdüse hergestellt werden können.
In der DD 124796 wird angeregt, die nachträgliche Trennung der Fasern von den nichtfaserigen Anteilen durch die zusätzliche Nutzung einer speziell gestalteten Trennkammer vorzunehmen.
Ein weiteres Verfahren wird mit der DE 1218330 offengelegt, wonach die Trennung von Schmelzperlen und Fasern durch gerichtete Gasströme erfolgen soll.
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Das in der DD 42949 beschriebene Verfahren sieht vor, langstapelige, elastische und schmelzperlenfreie Fasern dadurch herzustellen, daß in den Schtpelzprozeß ein Gemisch aus Anfallstoffen in Form magnetgeschiedener MgO-reicher Schlacken und Verwitterungszersatz von Serpentinit eingesetzt wird.
Schließlich wurde in der DD 52091 vorgeschlagen, der Zerfaserung eine Schmelze geringer Viskosität zuzuführen und diese Viskositätssenkung durch die Überhitzung der Schmelze zu bewirken, wozu eine kombinierte Lichtbogen- und Plasmabrenner-Beheizung anzuwenden ist, um eine Schmelztemperatur von mehr als 2270 K zu erreichen.
Den bekannten Verfahren zur Herstellung qualitätsverbesserter anorganischer Fasern aus Roh- und Industrieanfallstoffen haften mehrere Mangel an. Diese bestehen im wesentlichen darin, daß einmal weitgehend homogene Materialien zum Einsatz gebracht werden, aus denen Fasern mit verbesserten qualitativen Eigenschaften nur durch erheblich erhöhten Energieaufwand für die Überhitzung der Schmelze, für die Herstellung zusätzlicher Gaströmungen oder für die Voraufheizung des Zerfaserungsgases beziehungsweise durch zusätzliche Prozeßstufen für die nachträgliche Behandlung des Fasergutes zum Zwecke der Abtrennung qualitätsmindernder Bestandteile erzeugt werden können. Zum anderen werden Anfallstoffe mit wechselnden qualitativen Eigenschaften dem Einsatzgut zugesetzt, was zur vergleichsweise aufwendigen Prozeßführung im Falle der Herstellung von Einsatzgemischen mit weitgehend konstanten Parametern zwingt.
Bestimmte Minerale, die auf Grund ihrer chemischen Zusammensetzung für die Faserherstellung geeignet erscheinen und als feinkörnige Industrieanfallstoffe anfallen, wie Tonschiefer, lassen sich auf Grund des Blähverhaltens mit den herkömmlichen Technologien direkt nicht zu hochwertigen Fasern verarbeiten.
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Ziel der Erfindung ist die Herstellung qualitätsverbesserter anorganischer Fasern aus Roh- und Industrieanfallstoffen, die kostengünstig unter Nutzung verfügbarer Rohstoffe und/oder Abprodukte durchgeführt werden kanne
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, qualitätsverbesserte Fasern aus Roh- und Industrieanfallstoffen dadurch herzustellen, daß auf der Grundlage einer bestimmten Zusammensetzung des Schmelzgutes zielgerichtete Bearbeitungsschritte realisiert werden, die nicht nur zur weitgehenden Homogenisierung des Einsatzmaterials sondern auch zu einer Spreizung des Plastizitätsintervalles zwischen Erweichungs- und Schmelztemperatur bei Inkaufnahme einer gegebenenfalls notwendigen Erhöhung der Erweichungs- und/oder Schmelztemperatur führen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß als Rohstoff Tonschiefer, vorzugsweise Anfallstoffe der Schieferverarbeitung in weitgehend ausgeblähtem Zustand mit weiteren Roh- und/oder Industrieanfallstoffen, wie Basalt, Dolomit, Diabas, Phonolith, Hüttenschlacken und Braun- und/oder Steinkohlenverbrennungsrückstände, eingesetzt werden, wobei eine besondere Zusammensetzung gesichert werden muß· Die Anteile des Einsatzmaterials sollen in einem solchen Verhältnis zerkleinert und gemischt werden, daß die Mischung 40 bis 65 % SiO2, 10 bis 25 % Al3O3 sowie 20 bis 40 % , Flußmittel, wie CaO, MgO, FeO, Fe2°3# Ti02f K2° und x Na2O, enthält. Nach der Mischung wird das Einsatzmaterial gegebenenfalls nach vorangegangener Formgebung in an sich bekannten Schmelzeinrichtungen, wie durch Brennstoffe oder elektrisch beheizte Kupol-, Wannen-
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oder Schachtöfen, geschmolzen und bei Schmelztemperaturen zwischen 1620 und 1850 K zerfasert.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß durch den Einsatz von weitgehend ausgeblähtem Tonschiefer in Gemischen für die Zerfaserung vorgesehener Einsatzmaterialien die Viskosität der Schmelze zwar spürbar erhöht wurde, jedoch trotz im wesentlichen unveränderter Zerfaserungsbedingungen anorganische Fasern mit erheblich verbesserten Qualitätskennwerten erhalten werden. So wies beispielsweise bereits ein homogenes Gemisch aus körnigem Blähschiefer und Basaltschotter nach Erhitzung auf 1650 K in der Schmelze eine ausreichende Homogenität auf. Aus der Untersuchung der bei der Zerfaserung anfallenden Fasern und Schmelzperlen ergab sich, daß das Fasergut nicht vorzugsweise aus um etwa 80 K überhitzter Basaltschmelze und die auftretenden Schmelzperlen nicht vorzugsweise aus wesentlich schwerer aufschmelzbarem Tonschiefer bestanden, sondern in beiden Materialkomponenten eine nahezu gleiche Zusammensetzung anzutreffen war. Trotz der erhöhten Viskositat wurden gegenüber einer reinen Basaltschmelze Fasern mit verringertem Durchmesser, größerer Schlankheit, höherer Rekristallisationstemperatur und vermindertem Schmelzperlengehalt gewonnen.
Durch die Verwendung von ausgeblähtem Schiefermaterial lassen sich herkömmliche Fasertechnologien verwenden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhafterweise auch in der Form genutzt werden, daß die Mischungsbestandteile gegebenenfalls feinkörnig oder staubförmig eingesetzt werden, getrennt oder gemeinsam zerkleinert und nach erfolgter Homogenisierung vor ihrem Einsatz in die Schmelzeinrichtungen mittels Granulier- oder Brikettiertechnik stückig gemacht werden.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist es möglich, als Tonschieferkomponente dem Gemisch aus Roh-
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und Industrieanfallstoffen fein- und/oder grobkörnige Blähschieferfraktionen oder Filterstäube aus der Blähschieferaufbereitung zuzusetzen.
Eine vorteilhafte Variante des Verfahrens ergibt sich auch daraus, daß dem Gemisch aus Roh- und Industrieanfallstoffen als Tonschiefer und Flußmittel enthaltende Komponente Anfallstoffe aus der Rauchgasentstaubung von brennstoffbeheizten Ofenanlagen für die Blähschiefer-Erzeugung zugesetzt werden.
Es ist auch möglich, die Zerkleinerung und/oder Homogenisierung der Roh- und Industrieanfallstoffe in bekannten Zerkleinerungseinrichtungen, wie Kugel-, Schwing-, Strahl-, Wälz- oder Stiftmühlen und Desintegratoren, durchzuführen·
Die Formlinge des stückig gemachten Mischgutes können gegebenenfalls unter Nutzung von Prozeßwärme vor dem Einsatz in die Schmelzeinrichtung einer Trocknung, Vorerhitzung und/oder Verfestigung unterworfen werden.
Die Vorzüge des erfindungsgemäßen Verfahrens resultieren insbesondere daraus, daß mit dem vorgesehenen Einsatz von Tonschiefer, vorzugsweise ausgeblähten Anfallstoffen aus der Produktion von Blähschiefer nicht nur eine zweckdienliche Nutzung bisher nicht verwerteter Abprodukte zu erreichen ist, sondern daß auch über die bewirkte Spreizung des piastizitätsintervalles zwischen Erweichungs- und Schmelztemperatur eines Tonschiefer enthaltenden Gemisches von Einsatzstoffen gegenüber gebräuchlichen Einsatzstoffen eine Verbesserung der Faserqualität zu verzeichnen ist. ^ ) Für die Prozeßführung ergeben sich die Vorteile vor allem daraus, daß mit aus Tonschiefer bestehenden oder Tonschiefer enthaltenden Roh- und Industrieanfallstoffen Einsatzkomponenten mit nahezu konstanten Materialkennwerten kostengünstig bereitgestellt werden können.
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die laufende Anpassungen an wechselnde Zusammensetzungen der Einsatzstoffe nicht erfordern. Darüber hinaus läßt sich das vorgeschlagene Verfahren zur Erzielung der angestrebten verbesserten Faserqualität in bestehenden Anlagen anwenden, ohne nennenswerte technische Veränderungen durchführen zu müssen, wie sie die bekannten Verfahren zur Herstellung qualitätsverbesserter anorganischer Fasern erfordern. Die unter Einsatz von Tonschiefer hergestellten Fasern gestatten es wegen der bekannten hohen Reaktivität des Tonschiefers in besonderem Maße, gegebebenfalls ohne weitere Vorbehandlung der Faseroberflächen die Fasern als Verstärkungsmaterial für Verbundwerkstoffe vorzusehen.
Die Erfindung soll nachstehend mit einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
Zwei Teile Blähschiefer in der Körnung von 16 bis 50 mm und ein Teil Basaltschotter in der Körnung zwischen 32 und 63 mm werden in einem gasbeheizten Kupolofen als Gemisch aufgeheizt.
Die entstehende Schmelze wird bei einer Temperatur von 1650 K mit vergleichsweise hoher Viskosität der Schmelzwanne entnommen und mittels auf 0,8 MPa komprimierter Luft zerfasert. Das erzeugte Fasergut wird durch folgende Parameter gekennzeichnet: Faserdurchmesser - weniger als 0,003 mm mittlerer Faserdurchmesser - etwa 0,0015 mm mittlere Faserlänge - wenigstens 4 mm Schmelzperlengehalt - weniger als 10 Masse-% Rekristallisationspunkt - wenigstens 1020 K.
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung qualitätsverbesserter anorganischer Fasern aus Roh- und Industrieanfallstoffen, die im gewählten Mengenverhältnis homogenisiert, bis zum Schmelzfluß erhitzt und danach zerfasert werden, gekennzeichnet dadurch, daß als Rohstoff Tonschiefer, vorzugsweise Anfallstoffe der Schieferverarbeitung in weitgehend ausgeblähtem Zustand mit weiteren Roh- und/oder Industrieanfallstoffen, wie Basalt, Dolomit, Diabas, Phonolith, Hüttenschlacken und Braun- und/oder Steinkohlenverbrennungsrückstände, in einem solchen Verhältnis zerkleinert und gemischt werden, daß die Mischung 40 bis 65 % SiO2, 10 bis 25 % Al2O3 sowie 20 bis 40 % Flußmittel, wie CaO, MgO, FeO, Fe2O3, TiO2,' l<20 und Na2O, enthält, worauf das Gemisch gegebenenfalls nach vorangegangener Formgebung in an sich bekannten Schmelzeinrichtungen,wie durch Brennstoffe oder elektrisch beheizte Kupol-, Wannen- oder Schacht öfen, geschmolzen und bei Schmelzguttemperaturen zwischen 1620 und 1850 K zerfasert wird. \
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Mischungsbestandteile gegebenenfalls feinkörnig
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oder staubförmig eingesetzt werden, getrennt oder gemeinsam zerkleinert und nach erfolgter Homogenisierung vor ihrem Einsatz in die Schmelzeinrichtungen mittels Granulier- oder Brikettiertechnik stückig gemacht werden.
3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß als Tonschieferkomponerte dem Gemisch aus Roh- und Industrieanfallstoffen fein- und/oder grobkörnige Blähschieferfraktionen oder Filterstäube auis der Blähschieferaufbereitung zugesetzt werden.
4. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß dem Gemisch aus Roh- und Industrieanfallstoffen als 'Tonschiefer und Flußmittel enthaltende Komponente Anfallstoffe aus der Rauchgasentstaubung von brennstoffbeheizten Ofenanlagen für die Blähschiefer-Erzeugung zugesetzt werden.
5. Verfahren nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Zerkleinerung und/oder Homogenisierung der Roh- und Industrieanfallstoffe beispielsweise in Kugel-, Schwing-, Strahl-, Wälz- oder Stiftmühlen und Desintegratoren durchgeführt wird.
/ 6, Verfahren nach Punkt 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Formlinge des stückig gemachten Mischgutes gegebenenfalls unter Nutzung von Prozeßwärme vor dem Einsatz in die Schmelzeinrichtung einer Trocknung, Vorerhitzung und/oder Verfestigung unterworfen werden.
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| US4560606A (en) * | 1981-11-16 | 1985-12-24 | Owens-Corning Fiberglas Corporation | Basalt compositions and their fibers |
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1981
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