WO2006015647A1 - Verfahren zur herstellung einer mineralischen schmelze sowie formstein - Google Patents

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WO2006015647A1
WO2006015647A1 PCT/EP2005/006388 EP2005006388W WO2006015647A1 WO 2006015647 A1 WO2006015647 A1 WO 2006015647A1 EP 2005006388 W EP2005006388 W EP 2005006388W WO 2006015647 A1 WO2006015647 A1 WO 2006015647A1
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sewage sludge
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melt
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Guido Nykiel
Andreas Leismann
Miguel Gonzales Caparros
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Deutsche Rockwool Mineralwoll GmbH and Co OHG
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Deutsche Rockwool Mineralwoll GmbH and Co OHG
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    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C1/00—Ingredients generally applicable to manufacture of glasses, glazes, or vitreous enamels
    • C03C1/02—Pretreated ingredients
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    • C03C1/00—Ingredients generally applicable to manufacture of glasses, glazes, or vitreous enamels
    • C03C1/002—Use of waste materials, e.g. slags
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C13/00—Fibre or filament compositions
    • C03C13/06—Mineral fibres, e.g. slag wool, mineral wool, rock wool

Definitions

  • the invention relates to a shaped block for use in a mineral melt for the production of mineral fiber products, in particular rock wool for the production of insulation materials for thermal, acoustic and fire protection, substrates for plant breeding, Ver ⁇ strengthening fibers and fibers for filtration purposes, consisting of comminuted and bound with at least one binder residues from the production of mineral fiber products and / or from the dismantling of mineral fiber products and / or correction materials for setting the required composition and viscosity of the melt.
  • Rock wool insulation materials are used for heat, sound and / or fire protection. Further, rock wool products are used to grow plants or to strengthen, e.g. Coating materials and other products or as fibers used for filtration purposes. In the following, the exemplary listed rock wool products are summarized as mineral fiber products be ⁇ draws.
  • the prior art discloses processes for the production of mineral melts for the production of mineral fiber products.
  • These mineral fiber products consist of glassy solidified inorganic mineral fibers which are produced by means of a melting process. In this melting process Suitable raw materials are melted and then the resulting melt melted in a defibration unit. The fraying of the melt takes place, for example, in a so-called drawing, spinning or blowing process.
  • the mineral fibers are either wetted dropwise with binders and / or impregnating agents or obtained a coating of binders and / or impregnating agents, so that they are subsequently pointwise interconnected.
  • the fiber mass treated in this way can subsequently be collected, deformed and the resulting structure fixed by curing the binders.
  • Reinforcing fibers and fibers for filtration purposes are generally not treated with binder and / or impregnating agent.
  • Rock wool is mainly made from blends of crushed effusion rocks, such as basalt or diabase and small amounts of limestone, dolomite and magnesite as supplements and lumps of coarse slag. These supplements may each be added to the mixture alone or in different mixtures with each other.
  • the stones may contain fine-grained broken natural rocks.
  • Other components include production-related residues, beispiels ⁇ from the coarse constituents inevitably resulting in the manufacturing process, such as molten beads, the solidified melt with regular emptying of the melting furnaces together with the partially melted rock residues and parts of the furnace lining of refractory materials, and the insulating materials or substrates used in the trimming of an endless incurred fibrous web.
  • Other production-related residues are Ver ⁇ leftovers, defective products or Profschmelzende used insulation or substrates.
  • the production-related residues are processed for the production of molded bricks, i. crushed, ground and then mixed with correction materials.
  • the granular and fibrous components, the internal residues and the correction substances are predominantly mixed with inorganic binders, usually with the addition of water, and then pressed into moldings.
  • Inorganic binders are generally hydraulic setting Zemen ⁇ te as Portland cements CEM I 1 but also all kinds of special cements, such as high-alumina cements to understand.
  • the proportions of the binder in the Form ⁇ stones are about 9 to 15% by mass.
  • the stones after 3 days, for example, a minimum compressive strength of 3 to 5 MPa reach - these are together with the other raw materials or alone, but always together with the required lumpy fuels, the smelting aggregate abandoned
  • the correction substances can be introduced into the melting unit via direct injection.
  • the correction substances are blown directly into the oven cavity of the shaft furnace, where they melt in contact with the hot furnace gases.
  • the quantity of conveyed material can be adjusted via a dosing unit.
  • the conveyed material is stored in a closed silo, then passes into a Vor ⁇ storage container under which the metering unit, z. B. a rotary valve, ensures the ent speaking mass flow.
  • the medium used is mostly air.
  • each primary wind nozzle can be equipped with a lance.
  • the mode of operation of the injection system depends on the material to be conveyed (melting behavior) and depends in particular on the absorption capacity of the primary wind nozzle.
  • the required composition of the mixture is achieved, the kerk bewirk ⁇ a uniform and rapid melting in the melting.
  • the temperature and the viscosity of the resulting melt are influenced to such an extent that the most effective, uniformly occurring defibering process is achieved.
  • Correction substances are, for example, slags from the steel industry, such as convergent or ladle slag or melt chamber granules from coal power plants.
  • Correction substances also include substances which contain iron in oxidic and / or metallic form. Suitable ores are hematite (Fe 2 Oa) or magnetite (Fe 3 O 4 ), as well as slags from the iron and steel industry
  • the melt required for fiber formation is produced, which is then fed to the fiberizing aggregate.
  • the fiberizing unit consists of several rolls rotating at high rotational speed and offset one above the other.
  • the processability of the mineral melt has a strong dependence on the viscosity and the temperature of the melt. Both parameters can be selectively influenced by the choice of raw materials. In addition, affects the chemical composition of the melt and thus the mineral fiber products produced therefrom on their biosolubility, ie the eventual residence time of the mineral fibers in the human organism. This biosolubility results to a significant extent from the proportions of the oxides and compounds of silicon, aluminum, titanium, sodium, magnesium, potassium, calcium, iron and their relationships to one another. Furthermore, the contents of the oxides and compounds of boron and phosphorus are also important for biosolubility.
  • a typical composition of a mineral melt for the production of commercial, bio-soluble rock wool is composed essentially as follows:
  • WO 97/22563 describes a process for the production of mineral fibers.
  • molded bricks are formed of mineral material and then melted.
  • the blocks form only part of a batch to be melted.
  • the stones have a specific material containing aluminum-containing sand contaminated with foundry residues.
  • the shaped bricks may contain other industrial wastes such as, for example, converter slag or other slags from steelmaking, glass, mineral fiber cement, power plant ash, wood ash, steel mill dust and artificially produced fiber products, although the aluminum-containing sand and the other industrial grades Waste represents at least 50% of the total components.
  • a process for the production of mineral fibers is also known from WO 00/76929, wherein the mineral fibers should have at least 14 wt .-% AI2O3. From this document it is known to arrange in a furnace a charge to be melted of a mineral material containing shaped bricks which, after melting, is withdrawn from the furnace and defibered.
  • the shaped blocks have a specific, alumi ⁇ nium-containing material having an average size of less than 700 microns at a content of at least 50% by weight of A ⁇ Os and a porosity of at least 20 %, wherein the porosity is provided by pores having a diameter of less than 1 ⁇ m.
  • the blocks may also contain waste materials from the production process and binders.
  • WO 99/28248 discloses a process for the production of mineral fibers in which it is provided that the mineral fibers have at least one constituent of 14% by weight Al 2 O 3 , a batch of a starting material comprising arranged in an oven, the batch is melted in the furnace to a melt and the melt is fiberized into mineral fibers.
  • the batch should contain ferrochrome slag.
  • WO 99/28252 discloses a process for the production of mineral fibers in a proportion of at least 14 wt .-% Al 2 O 3 , wherein in a shaft furnace, a self-supporting column of a mineral charge is placed, containing the stones, the batch to provide a Melt is melted in the base region of the furnace, which melt has the composition required for the mineral fibers to be produced. Furthermore, it is provided that the melt is withdrawn from the base region of the furnace and defibered. At least one quarter of the aluminum contained in the charge is provided as a special mineral-containing mineral in the shaped bricks, this mineral containing aluminum containing between 0.5 and 10% by weight of metallic aluminum, 50 to 90% by weight. % Al 2 O 3 and 0 to 49.5% by weight of other materials.
  • WO 2004/041734 A1 discloses processes for producing a mineral melt for the production of mineral fibers in which residual materials and correction substances originating from at least production are comminuted to adjust the required composition and viscosity of the melt, the residual substances and the correction substances with a Binders are bound and pressed into shaped bricks, wherein the shaped bricks are fed to a melting aggregate zu ⁇ .
  • components of the blocks are at least partially substituted by combustion residues, wherein the combustion residues are granular.
  • the correction substances mixed with the residues originating from the production for the production of the molded blocks are at least partially substituted by combustion residues.
  • the substitution achieves a substantial reduction of the binder, in particular of the cement fraction, which is normally required, which results in a substantial improvement in the economic viability of the manufacturer. ment of such molding blocks results.
  • the combustion residues are granular in order to ensure a good cohesion of the stones.
  • the invention has the object to further develop a generic method for producing a mineral melt for the production of mineral fiber products or a molded block such that on the one hand reduces the cost of raw materials, but at the same time Properties of the mineral fiber products to be produced are not deteriorated and improved in particular with regard to their insulating properties and biosolubility.
  • the solution of this problem provides, in the case of a method according to the invention, that the molded bricks are supplied with dried sewage sludge which at least partially substitutes, in particular, the correction substances.
  • a shaped block which comprises dried sewage sludge as constituent, the dried sewage sludge in particular at least partially substituting the correction substances
  • composition of the sewage sludge varies depending on the origin of the sewage or on the method of sewage sludge treatment.
  • the wastewater passes through different clarification stages such as compaction plant, sand trap, primary clarification, activation and secondary clarification.
  • the mechanical cleaning the non-dissolved solids are removed from the wastewater in the first place.
  • the dissolved impurities carbon, phosphorus and nitrogen
  • the resulting sewage sludge is further treated in the digester (anaerobic digestion).
  • a dry residue of up to 90% can be achieved.
  • a dried sewage sludge with a dry residue> 85% is used.
  • Sewage sludges with lower dry contents are also suitable, but make higher demands on the conveyor.
  • sewage sludge with dry residues ⁇ 85% are conveyed, in particular with screw conveyors. The use of a pneumatic conveying system is not readily possible with these sewage sludge.
  • sewage sludge makes it possible to substitute in a substantial proportion individual constituents presently contained in bricks for the production of mineral fiber products.
  • the proportion of dried sewage sludge in the shaped bricks can be up to 20% by mass. If the sludge is introduced directly into the melt, in particular blown in, the injection quantity can be up to 5% of the raw material input from dried sewage sludge.
  • the dry sewage sludge described above has a chemical composition which is particularly suitable for the correction of the mineral melt for the production of mineral fibers.
  • the dried sewage sludge can be used, for example, for targeted viscosity control of the mineral Use melt. This viscosity has a decisive influence on the product properties of the mineral wool.
  • the proportion of aluminum oxide (Al 2 O 3) in the sewage sludge and / or the shaped bricks enables the substitution of other alumina supports.
  • the aluminum oxide itself promotes the biosolubility of the mineral fibers.
  • the inventive method also has the advantage that the dried sewage sludge can be recycled material. In this way, the costs in sewage treatment plants are reduced, so that the sewage sludge can generally be taken off the sewage treatment plants free of charge.
  • the method according to the invention therefore opens up a further sensible and environmentally friendly use of sewage sludge in addition to landfilling, thermal utilization / disposal, agricultural use, composting and use in landscaping.
  • the surprising advantage has been found that the carbon content contained in the sewage sludge is converted into latent heat, so that a reduction of the gas or oil consumption can be achieved in the thermal afterburning.
  • an increase in the H 2 content is achieved, so that the CO concentration increases in the exhaust gas.
  • molded bricks consisting of 38 to 64 mass% of production-related residues, 5 to 20 mass% dried sewage sludge, 0 to 11 mass% converter slag, 0 to 14 mass% ladle slag, 10 to 25 Mass% Al 2 ⁇ 3 carrier, and 9 to 15 mass% cement.
  • this composition in comparison with a corresponding composition of shaped bricks according to the prior art, in particular the proportion of ladle slag (Fe 2 O 3 and CaO support) is substituted, resulting in a reduction of the production costs of the molded bricks.
  • solidified melts As production-related residues, solidified melts, separated spherical or columnar glass particles and / or defective or recycled mineral fiber insulation products, filter dusts from the production process, residues of remainders and / or parts of a refractory furnace lining are used.
  • the constituents are comminuted to a particle size of ⁇ 7 mm and pressed with a Portland cement microfine grain size as a binder into shaped bricks with a polygonal cross-section.
  • the proportion of Portland cement is 10% by mass.
  • the shaped bricks, together with a primary energy source, for example coke and effusion rocks, for example basalt and diabase, are given off and melted to form a melting aggregate designed as a cupola.
  • a resulting melt is deposited above a slag bed of the cupola furnace. pulled and fed to a fiberizing aggregate.
  • the fiberizing unit has a plurality of spinning wheels, which are driven in rotation at high peripheral speed.
  • the enamel is broken down into microfine mineral fibers by means of these spinning wheels.
  • the mineral fibers are then wetted with at least one binder and deposited on an endless conveyor, for example a conveyor belt. Subsequently, mineral fiber insulating products in the form of plates, shaped bodies or webs are produced from a fiber web formed therefrom.
  • the Mineralfaserdämmstoff area can have different fiber profiles.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer mineralischen Schmelze für die Produktion von Mineralfaserprodukten, insbesondere von Steinwolle zur Herstellung von Dämmstoffen für den Wärme-, Schall- und Brandschutz, von Substraten für die Pflanzenzucht, von Verstärkungsfasern und von Fasern für Filtrationszwecke, bei dem ein Aufgabegut in einem Schmelzaggregat bis zum Erreichen der Schmelztemperatur erhitzt wird, wobei dem Aufgabegut Reststoffe zumindest aus der Produktion von Mineralfaserprodukten und/oder Korrekturstoffe zur Einstellung der erforderlichen Zusammensetzung und Viskosität der Schmelze beigefügt werden und wobei die Reststoffe und/oder Korrekturstoffe zerkleinert und mit einem Bindemittel zu Formsteinen gepresst und die Formsteine in das Schmelzaggregat eingegeben werden. Um ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer mineralischen Schmelze für die Produktion von Mineralfaserprodukten bzw. einen Formstein derart weiterzubilden, dass zum einen die Kosten für die Rohstoffe gesenkt werden, gleichzeitig aber die Eigenschaften der herzustellenden Mineralfaserprodukte nicht verschlechtert und insbesondere hinsichtlich ihrer Dämmeigenschaften und Biolöslichkeit verbessert werden, ist vorgesehen, dass den Formsteinen getrockneter Klärschlamm beigefügt wird, der insbesondere die Korrekturstoffe zumindest teilweise substituiert.

Description

Verfahren zur Herstellung einer mineralischen Schmelze sowie Formstein
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer mineralischen Schmelze für die Produktion von Mineralfaserprodukten, insbesondere von Steinwolle zur Herstellung von Dämmstoffen für den Wärme-, Schall- und Brandschutz, von Sub¬ straten für die Pflanzenzucht, von Verstärkungsfasern und von Fasern für Filtrati¬ onszwecke, bei dem ein Aufgabegut in einem Schmelzaggregat bis zum Erreichen der Schmelztemperatur erhitzt wird, wobei dem Aufgabegut Reststoffe zumindest aus der Produktion von Mineralfaserprodukten und/oder Korrekturstoffe zur Ein- Stellung der erforderlichen Zusammensetzung und Viskosität der Schmelze beige¬ fügt werden und wobei die Reststoffe und/oder Korrekturstoffe zerkleinert und mit einem Bindemittel zu Formsteinen gepresst und die Formsteine in das Schmelz¬ aggregat eingegeben werden. Femer betrifft die Erfindung einen Formstein für die Verwendung in einer mineralischen Schmelze zur Herstellung von Mineralfaser- produkten, insbesondere von Steinwolle zur Herstellung von Dämmstoffen für den Wärme-, Schall- und Brandschutz, von Substraten für die Pflanzenzucht, von Ver¬ stärkungsfasern und von Fasern für Filtrationszwecke, bestehend aus zerkleiner¬ ten und mit zumindest einem Bindemittel gebundenen Reststoffen aus der Produk¬ tion von Mineralfaserprodukten und /oder aus dem Rückbau von Mineralfaserpro- dukten und/oder Korrekturstoffen zur Einstellung der erforderlichen Zusammen¬ setzung und Viskosität der Schmelze.
Dämmstoffe aus Steinwolle dienen zum Wärme-, Schall- und/oder dem Brand¬ schutz. Ferner werden Steinwolle-Produkte zur Zucht von Pflanzen oder zur Ver- Stärkung von z.B. Beschichtungsmassen und sonstigen Produkten oder auch als Fasern für Filtrationszwecke verwendet. Nachfolgend werden die beispielhaft auf¬ gezählten Steinwolle-Produkte zusammenfassend als Mineralfaserprodukte be¬ zeichnet.
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur Herstellung von mineralischen Schmelzen für die Produktion von Mineralfaserprodukten bekannt. Diese Mineral¬ faserprodukte bestehen aus glasig erstarrten anorganischen Mineralfasern, die mit Hilfe eines Schmelzprozesses hergestellt werden. In diesem Schmelzprozess werden geeignete Rohstoffe geschmolzen und anschließend die derart entstande¬ ne Schmelze in einem Zerfaserungsaggregat zerfasert. Das Zerfasern der Schmelze erfolgt beispielsweise in einem sogenannten Zieh-, Schleuder- oder Blasverfahren. Unmittelbar nach dem Zerfasern werden die Mineralfasern entwe- der tröpfchenweise mit Binde- und/oder Imprägniermitteln benetzt oder erhalten einen Überzug aus Binde- und/oder Imprägniermitteln, so dass sie nachfolgend punktweise miteinander verbindbar sind. Die auf diese Weise behandelte Faser¬ masse kann nachfolgend aufgesammelt, verformt und die resultierende Struktur durch Aushärtung der Bindemittel fixiert werden. Verstärkungsfasern und Fasern für Filtrationszwecke werden in der Regel nicht mit Bindemittel und/oder Impräg¬ niermittel behandelt.
Nach der Zusammensetzung der Fasern wird handelsüblich Glaswolle von Stein¬ wolle unterschieden. Steinwolle wird hauptsächlich aus Gemengen aus gebroche- nem Ergussgesteinen, wie beispielsweise Basalt oder Diabas und geringen Men¬ gen an Kalkstein, Dolomit und Magnesit als Ergänzungsstoffe und grobstückigen Schlacken hergestellt. Diese Ergänzungsstoffe können jeweils für sich allein oder in unterschiedlichen Mischungen miteinander dem Gemenge beigefügt werden.
In zunehmendem Maße werden die Gemenge aus natürlichen, auf die erforderli¬ che Größe gebrochenen Rohstoffen, durch künstlich hergestellte Körper entspre¬ chender Größe, Form und Festigkeit ersetzt, die aus verschiedenen Roh- und Reststoffen sowie geeigneten Bindemitteln zusammengesetzt werden. Diese Kör¬ per werden nachfolgend als Formsteine bezeichnet.
Die Formsteine können feinkörnig gebrochene natürliche Gesteine enthalten. Als weitere Komponenten kommen produktionsbedingte Reststoffen hinzu, beispiels¬ weise aus den beim Herstellungsprozess zwangsläufig entstehenden gröberen Bestandteilen, wie Schmelzperlen, die bei regelmäßiger Entleerung der Schmelz- Öfen anfallende erstarrte Schmelze mitsamt den teilweise aufgeschmolzenen Ge¬ steinsresten und Teilen der Ofenauskleidung aus feuerfesten Baustoffen, sowie den Dämmstoffen oder Substraten, die bei der Besäumung einer endlos herge- stellten Faserbahn anfallen. Sonstige produktionsbedingte Reststoffe sind Ver¬ schnittreste, fehlerhafte Produkte oder aufzuschmelzende gebrauchte Dämmstoffe oder Substrate.
Die produktionsbedingten Reststoffe werden für die Herstellung von Formsteinen aufbereitet, d.h. zerkleinert, aufgemahlen und anschließend mit Korrekturstoffen gemischt.
Die körnigen und faserigen Komponenten, die internen Reststoffe und die Korrek- turstoffe werden überwiegend mit anorganischen Bindemitteln, zumeist unter Zu¬ satz von Wasser gemischt und anschließend zu Formkörpern verpresst.
Unter anorganischen Bindemitteln sind allgemein hydraulisch abbindende Zemen¬ te wie Portlandzemente CEM I1 aber auch alle Arten von Sonderzementen, wie Tonerdeschmelzzemente zu verstehen. Die Anteile der Bindemittel in den Form¬ steinen betragen ca. 9 bis 15 Masse-%.
Nach Erreichen einer für die Lagerung im Haufwerk, der Förderung und Beschi¬ ckung ausreichenden Festigkeit der Formsteine - im Allgemeinen sollen die Formsteine nach beispielsweise 3 Tagen eine Mindest-Druckfestigkeit von 3 bis 5 MPa erreichen - werden diese zusammen mit den anderen Rohstoffen oder allein, jedoch immer zusammen mit den erforderlichen stückigen Brennstoffen, dem Schmelzaggregat aufgegeben
Bei entsprechender Korngröße (0 bis 8mm) und Korngrößenverteilung und insbe¬ sondere bei Korrekturstoffen mit relativ niedrigen Aschegehalten, kann auf die Einbindung im Formstein verzichtet werden, wenn die Korrekturstoffe über eine Direktinjektion in den Schmelzaggregat eingebracht werden können. Hierzu wer¬ den die Korrekturstoffe direkt in den Herdraum des Schachtofens eingeblasen, wo sie im Kontakt mit den heißen Ofengasen schmelzen. Über eine Dosiereinheit kann die Fördergutmenge eingestellt werden. Das Fördergut wird in einem geschlossenen Silo gelagert, gelangt dann in ein Vor¬ ratsbehälter unter dem die Dosiereinheit, z. B. eine Zellradschleuse, für den ent¬ sprechenden Massenstrom sorgt. Als Fördermedium kommt meistens Luft zum Einsatz. Am Ende der Förderleitung befindet sich eine Lanze, die mittig in die Pri- märwinddüse des Schachtofens eingebaut ist. Es kann jede Primärwinddüse mit einer Lanze ausgestattet sein. Die Betriebsweise der Einblasanlage ist abhängig vom Fördergut (Schmelzverhalten) und richtet sich insbesondere nach dem Auf- nahemevermögen der Primärwinddüse.
Mit Hilfe der Korrekturstoffe, die über die Formsteine und/oder pneumatisch ein¬ gebracht werden, wird die erforderliche Zusammensetzung der Gemenge erreicht, die ein gleichmäßiges und rasches Aufschmelzen in dem Schmelzaggregat bewir¬ ken. Gleichzeitig werden dadurch die Temperatur und die Viskosität der entste¬ henden Schmelze so weit beeinflusst, dass ein möglichst wirkungsvoller, gleich- mäßig ablaufender Zerfaserungsprozess erreicht wird.
Korrekturstoffe sind beispielsweise Schlacken aus der Stahlindustrie wie Konver¬ ter oder Gießpfannenschlacken oder Schmelzkammergranulate aus Kohlekraft¬ werken.
Als Korrekturstoffe gelten auch Stoffe, die Eisen in oxidischer und/oder in metalli¬ scher Form enthalten. Geeignete Erze sind Hämatit (Fe2Oa) oder Magnetit (Fe3O4), sowie Schlacken aus der Eisen- und Stahlindustrie
Im Schmelzaggregat wird die für die Faserbildung erforderliche Schmelze herge¬ stellt, die sodann dem Zerfaserungsaggregat zugeführt wird. Das Zerfaserungsag- gregat besteht in der Regel aus mehreren mit hoher Rotationsgeschwindigkeit um¬ laufenden und versetzt übereinander angeordneten Walzen .
Die Verarbeitbarkeit der mineralischen Schmelze weist eine starke Abhängigkeit von der Viskosität und der Temperatur der Schmelze auf. Beide Parameter lassen sich durch die Wahl der Rohstoffe gezielt beeinflussen. Darüber hinaus wirkt sich die chemische Zusammensetzung der Schmelze und damit der daraus hergestell¬ ten Mineralfaserprodukte auf deren Biolöslichkeit, d.h. die eventuelle Verweilzeit der Mineralfasern im menschlichen Organismus aus. Diese Biolöslichkeit ergibt sich in einem entscheidendem Maße aus den Anteilen der Oxide und Verbindun- gen des Siliziums, Aluminiums, Titans, Natriums, Magnesiums, Kaliums, Kalziums, Eisens sowie deren Verhältnisse zueinander. Für die Biolöslichkeit sind weiterhin auch die Gehalte der Oxide und Verbindungen des Bors und des Phosphors be¬ deutsam.
Eine typische Zusammensetzung einer mineralischen Schmelze für die Produktion von handelsüblicher, biolöslicher Steinwolle setzt sich im wesentlichen wie folgt zusammen:
Figure imgf000007_0001
Aus der US-A-4 617 045 ist ein Verfahren zur Herstellung einer homogenen Schmelze für die Produktion von Mineralwolledämmstoffen bekannt. Diese Dämmstoffe werden aus Abfallprodukten, nämlich zum einen aus der Produktion stammenden Reststoffen und zum anderen aus Zementofenstaub, Schlacken und Asche aus dem Bodensatz hergestellt. Diese Ausgangsmaterialien werden in ei- ner Mischung homogenisiert und mit einem Bindemittel versetzt. Anschließend werden hieraus Formsteine brikettiert, die einem Schmelzaggregat zugeführt wer¬ den. Hierbei werden der hieraus entstehenden Schmelze heiße Verbrennungsab¬ gase zugeführt, um die Schmelze chemisch zu homogenisieren und auf eine vor¬ bestimmte Temperatur aufzuheizen. Die derart vorbereitete Schmelze wird sodann in üblicher Weise zerfasert. Die dem Bodensatz entnommene Asche ist ein Rückstand bei der Verbrennung von pulverförmiger Kohle, so dass auch die Aschenrückstände pulverförmig vor¬ liegen.
Weiterhin beschreibt die WO 97/22563 ein Verfahren zur Herstellung von Mineral¬ fasern. Bei diesem vorbekannten Verfahren ist vorgesehen, dass Formsteine aus mineralischem Material gebildet und anschließend geschmolzen werden. Hierbei bilden die Formsteine lediglich einen Teil einer zu schmelzenden Charge. Die Formsteine weisen ein bestimmtes Material auf, welches aluminiumhaltigen Sand enthält, der mit Gießereirückständen kontaminiert ist. Zusätzlich können die Form¬ steine weitere industrielle Abfälle, wie beispielsweise Konverterschlacke oder an¬ dere Schlacken aus der Stahlherstellung, Glas, Mineralfaserzement, Kraftwerks¬ asche, Holzasche, Stahlwerksstaub sowie künstlich hergestellte Faserprodukte aufweisen, wobei allerdings der aluminiumhaltige Sand sowie die anderen indus¬ triellen Abfälle zumindest 50 % der Gesamtbestandteile darstellen.
Ein Verfahren zur Herstellung von Mineralfasern ist ferner aus der WO 00/76929 bekannt, wobei die Mineralfasern zumindest 14 Gew.-% AI2O3 aufweisen sollen. Aus dieser Druckschrift ist es bekannt, in einem Ofen eine zu schmelzende Char¬ ge eines Formsteine enthaltenden mineralischen Materials anzuordnen, das nach dem Aufschmelzen aus dem Ofen abgezogen und zerfasert wird. Bei diesem vor¬ bekannten Verfahren ist vorgesehen, dass die Formsteine ein bestimmtes, Alumi¬ nium enthaltendes Material aufweisen, welches eine Durchschnittsgröße von we- niger als 700 μm bei einem Gehalt von zumindest 50 Gewichts-% A^Os und einer Porosität von zumindest 20 % aufweist, wobei die Porosität durch Poren mit einem Durchmesser von weniger als 1 μm bereitgestellt wird. Die Formsteine können darüber hinaus Abfallstoffe aus der Produktion und Bindemittel enthalten.
Weiterhin ist aus der WO 99/28248 ein Verfahren zur Herstellung von Mineralfa¬ sern bekannt, bei dem vorgesehen ist, dass die Mineralfasern zumindest einen Bestandteil von 14 Gew.-% AI2O3 aufweisen, wobei eine Charge eines Ausgangs- materials in einem Ofen angeordnet, die Charge in dem Ofen zu einer Schmelze geschmolzen und die Schmelze zu Mineralfasern zerfasert wird. Hierbei soll die Charge Ferrochrom-Schlacke enthalten.
Die WO 99/28252 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Mineralfasern mit einem Anteil von zumindest 14 Gew.-% AI2O3, wobei in einem Schachtofen eine selbsttragende Säule einer mineralischen Charge angeordnet wird, die Formsteine enthält, wobei die Charge zur Bereitstellung einer Schmelze im Basisbereich des Ofens geschmolzen wird, welche Schmelze die für die herzustellenden Mineralfa- sern erforderliche Zusammensetzung aufweist. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Schmelze vom Basisbereich des Ofens abgezogen und zerfasert wird. Zumin¬ dest ein Viertel des in der Charge enthaltenen Aluminiums ist als spezielles Alu¬ minium enthaltendes Mineral in den Formsteinen vorgesehen, wobei dieses Alu¬ minium enthaltende Mineral zwischen 0,5 und 10 Gew.-% metallisches Aluminium, 50 bis 90 Gew.-% AI2O3 und 0 bis 49,5 Gew.-% andere Materialien enthält.
Schließlich offenbart die WO 2004/041734 A1 Verfahren zur Herstellung einer mi¬ neralischen Schmelze für die Produktion von Mineralfasern bei dem zumindest aus der Produktion stammende Reststoffe und Korrekturstoffe zur Einstellung der erforderlichen Zusammensetzung und Viskosität der Schmelze zerkleinert werden, die Reststoffe und die Korrekturstoffe mit einem Bindemittel gebunden und zu Formsteinen gepresst werden, wobei die Formsteine einem Schmelzaggregat zu¬ geführt werden. Bei diesem vorbekannten Verfahren werden Bestandteile der Formsteine zumindest teilweise durch Verbrennungsrückstände substituiert, wobei die Verbrennungsrückstände körnig ausgebildet sind.
Demzufolge ist bei diesem vorbekannten Verfahren vorgesehen, dass die mit den aus der Produktion stammenden Reststoffen vermischten Korrekturstoffe für die Herstellung der Formsteine durch Verbrennungsrückstände zumindest teilweise substituiert werden. Durch die Substitution wird eine wesentliche Reduzierung des üblicherweise erforderlichen Bindemittels, insbesondere des Zementanteils erzielt, wodurch sich eine wesentliche Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des Herstel- lungsverfahrens derartiger Formsteine ergibt. Zu diesem Zweck ist es im Übrigen auch vorgesehen, dass die Verbrennungsrückstände körnig ausgebildet sind, um einen guten Zusammenhalt der Formsteine zu gewährleisten.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die A u f g a b e zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer mineralischen Schmelze für die Produktion von Mineralfaserprodukten bzw. einen Formstein derart weiterzubilden, dass zum einen die Kosten für die Rohstoffe gesenkt wer¬ den, gleichzeitig aber die Eigenschaften der herzustellenden Mineralfaserprodukte nicht verschlechtert und insbesondere hinsichtlich ihrer Dämmeigenschaften und Biolöslichkeit verbessert werden.
Die L ö s u n g dieser Aufgabenstellung sieht bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vor, dass den Formsteinen, getrockneter Klärschlamm beigefügt wird, der insbesondere die Korrekturstoffe zumindest teilweise substituiert.
Als L ö s u n g der Aufgabestellung wird ferner ein Formstein vorgeschlagen, der getrockneten Klärschlamm als Bestandteil aufweist, wobei der getrocknete Klärschlamm insbesondere die Korrekturstoffe zumindest teilweise substituiert
Die Zusammensetzung des Klärschlamms variiert je nach Herkunft des Abwas¬ sers bzw. je nach Verfahren der Klärschlammaufbereitung.
Im Klärwerk durchläuft das Abwasser unterschiedliche Klärstufen wie Rechenan- läge, Sandfang, Vorklärung, Belebung und Nachklärung. Bei der mechanischen Reinigung werden aus dem Abwasser in erster Linie die nicht gelösten, festen Stoffe entfernt. In der Biologischen Stufe des Klärwerkes entzieht man dem Ab¬ wasser mit Hilfe spezieller Bakterien die gelösten Verunreinigungen (Kohlenstoff, Phosphor und Stickstoff). Der anfallende Klärschlamm wird im Faulturm (anaerobe Faulung) weiter behandelt. Durch eine anschließende Entwässerung und Trock¬ nung kann ein Trockenrückstand von bis zu 90% erreicht werden. Vorzugsweise wird ein getrockneter Klärschlamm mit einen Trockenrückstand > 85 % verwendet. Klärschlämme mit niedrigeren Trockengehalten sind auch geeig¬ net, stellen aber an die Fördereinrichtung höhere Anforderungen. Beispielsweise werden Klärschlämme mit Trockenrückständen < 85 % insbesondere mit Schne- ckenförderern gefördert. Die Verwendung eines pneumatischen Fördersystems ist bei diesen Klärschlämmen nicht ohne weiteres möglich.
Ein Vorteil der getrockneten Klärschlämme ist in einer üblicherweise vorgenom¬ menen und erforderlichen thermischen Behandlung zu sehen, die patogene (krankmachende) Erreger abtötet. Der getrocknete Klärschlamm ist somit hygieni- siert, was das Handhabung des Klärschlamms wesentlich vereinfacht. Auf der an¬ deren Seite müssen bei getrockneten Klärschlämmen Explosions- und Brandschutzmaßnahmen berücksichtigt werden.
Die chemische Zusammensetzung eines verwendbaren Klärschlamms ist exem¬ plarisch in der nachfolgenden Tabelle dargestellt:
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Die Verwendung von Klärschlamm macht es möglich, einzelne, zur Zeit in Form- steinen für die Herstellung von Mineralfaserprodukten enthaltene Bestandteile in einem erheblichen Anteil zu substituieren. Hierdurch kann der Anteil an getrockne¬ tem Klärschlamm in den Formsteinen bis zu 20 Masse-% betragen. Wird der Klär¬ schlamm direkt in die Schmelze eingebracht, insbesondere eingeblasen, so kann die Einblasmenge bis zu 5% des Rohmaterialeinsatzes aus getrocknetem Klär- schlämm bestehen.
Der voranstehend beschriebene trockene Klärschlamm weist eine chemische Zu¬ sammensetzung auf, die zur Korrektur der mineralischen Schmelze für die Pro¬ duktion von Mineralfasern besonders geeignet ist. Der getrocknete Klärschlamm lässt sich beispielsweise zur gezielten Viskositätssteuerung der mineralischen Schmelze nutzen. Diese Viskosität hat entscheidenden Einfluss auf die Produktei¬ genschaften der Mineralwolle.
Weiterhin ermöglicht der Anteil von Aluminiumoxid (AI2O3 ) im Klärschlamm und/oder den Formsteinen die Substitution anderer Aluminiumoxidträger. Das A- luminiumoxid selbst begünstigt die Biolöslichkeit der Mineralfasern.
Neben den voranstehend genannten Auswirkungen auf ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer mineralischen Schmelze für die Produktion von Mineralfaserprodukten hat das erfindungsgemäße Verfahren darüber hinaus den Vorteil, dass der getrocknete Klärschlamm stofflich verwertet werden kann. Hier¬ durch werden die Kosten in Klärwerken reduziert, so dass der Klärschlamm in der Regel kostenfrei von den Klärwerken abgenommen werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren eröffnet daher neben der Deponierung, der thermischen Verwertung/Entsorgung, der landwirtschaftlichen Verwendung, der Kompostierung, und der Verwendung im Landschaftsbau eine weitere sinnvolle und umweltfreundliche Verwendung von Klärschlamm.
Darüber hinaus ist bei Versuchen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der ü- berraschende Vorteil festgestellt worden, dass der im Klärschlamm enthaltene Kohlenstoffanteil in latente Wärme umgewandelt wird, so dass in der thermischen Nachverbrennung eine Absenkung des Gas- bzw. Ölverbrauches erzielt werden kann. Insbesondere beim Einblasen wird zusätzlich ein Anstieg des H2-Gehaltes erzielt, so dass im Abgas die CO-Konzentration zunimmt.
Neben dem eigentlich angestrebten Nutzen des getrockneten Klärschlamms bei der Herstellung von Mineralfaserprodukten wird durch diese Form der Verwertung auch zusätzlich die Umwelt erheblich entlastet.
Weiterhin ist wesentlich, dass derartige getrocknete Klärschlämme in der Regel günstig erworben werden können, so dass die Produktionskosten von Mineralfa- serprodukten deutlich gesenkt werden und diese Produkte einem größeren An¬ wendungsgebiet zugeführt werden können. Die Erhöhung der Dämmleistungen beim Wärmeschutz führt zu einer drastischen Reduzierung des Primärenergiebe¬ darfs bei der Erwärmung und der Abkühlung von Gebäuden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprü¬ chen sowie dem nachfolgend dargestellten Beispiel einer vorteilhaften Ausgestal¬ tung eines erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. eines erfindungsgemäßen Form¬ steins.
Gemäß einem Ausführungsbeispiels der Erfindung werden Formsteine gepresst, die aus 38 bis 64 Masse-% produktionsbedingten Reststoffen, 5 bis 20 Masse-% getrocknetem Klärschlamm, 0 bis 11 Masse-% Konverterschlacke, 0 bis 14 Mas- se-% Gießpfannenschlacke, 10 bis 25 Masse-% Al2θ3-Träger, sowie 9 bis 15 Masse-% Zement bestehen. Bei dieser Zusammensetzung wird im Vergleich zu einer entsprechenden Zusammensetzung von Formsteinen gemäß dem Stand der Technik insbesondere der Anteil an Gießpfannenschlacke (Fe2θ3- und CaO- Träger) substituiert, woraus sich eine Reduzierung der Herstellkosten der Form¬ steine ergibt.
Als produktionsbedingte Reststoffe werden erstarrte Schmelzen, abgeschiedene kugelige oder stengelige Glaspartikel und/oder fehlerhafte, bzw. recycelte Mineral¬ faserdämmstoffprodukte, Filterstäube aus dem Herstellungsprozess, Gemenge¬ reste und/oder Teile einer feuerfesten Ofenauskleidung eingesetzt. Die Bestandteile werden auf eine Korngröße von < 7 mm zerkleinert und mit einem Portlandzement mikrofeiner Körnung als Bindemittel zu Formsteinen mit einem polygonalem Querschnitt gepresst. Der Anteil an Portlandzement beträgt 10 Masse-%. Die Formsteine werden zusammen mit einem Primärenergieträger, beispielsweise Koks und Ergussgesteinen, beispielsweise Basalt und Diabas einem als Kupolo¬ fen ausgebildeten Schmelzaggregat aufgegeben und geschmolzen. Eine hierbei entstehende Schmelze wird oberhalb eines Schlackenbettes des Kupolofens ab- gezogen und einem Zerfaserungsaggregat zugeführt. Das Zerfaserungsaggregat weist mehrere Spinnräder auf, die mit hoher Umfangsgeschwindigkeit umlaufend angetrieben sind. Über diese Spinnräder wird die Schmelz in mikrofeine Mineral¬ fasern zerfasert. Die Mineralfasern werden anschließend mit zumindest einem Bindemittel benetzt und auf einer endlosen Fördereinrichtung, beispielsweise ei¬ nem Förderband abgelegt. Nachfolgend werden aus einer hieraus gebildeten Fa¬ serbahn Mineralfaserdämmstoffprodukte in Form von Platten, Formkörper oder Bahnen hergestellt. Die Mineralfaserdämmstoffprodukte können unterschiedliche Faserverläufe aufweisen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer mineralischen Schmelze für die Produktion von Mineralfaserprodukten, insbesondere von Steinwolle zur Herstellung von Dämmstoffen für den Wärme-, Schall- und Brandschutz, von Substra¬ ten für die Pflanzenzucht, von Verstärkungsfasern und von Fasern für Filt¬ rationszwecke, bei dem ein Aufgabegut in einem Schmelzaggregat bis zum Erreichen der Schmelztemperatur erhitzt wird, wobei dem Aufgabegut Reststoffe zumindest aus der Produktion von Mineralfaserprodukten und/oder Korrekturstoffe zur Einstellung der erforderlichen Zusammenset¬ zung und Viskosität der Schmelze beigefügt werden und wobei die Rest¬ stoffe und/oder Korrekturstoffe zerkleinert und mit einem Bindemittel zu Formsteinen gepresst und die Formsteine in das Schmelzaggregat eingegeben werden, d ad u rch g eken nze i chn et , dass den Formsteinen, getrockneter Klärschlamm beigefügt wird, der ins¬ besondere die Korrekturstoffe zumindest teilweise substituiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dad urch geken nzeichn et , dass als Reststoffe erstarrte Schmelzen, abgeschiedene kugelige oder stengelige Glaspartikel und/oder fehlerhafte, bzw. recycelte Produkte der Herstellung von Dämmstoffen aus Mineralfasern, Filterstäube aus dem Herstellungsprozeß, Gemengereste und/oder Teile einer feuerfesten Ofen- auskleidung zerkleinert und zu Formsteinen gepresst werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch geken nzeichn et, dass die Reststoffe mit den Korrekturstoffen sowie dem Bindemittel ge- mischt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Formsteine gemeinsam mit Ergussgesteinen, beispielsweise Ba- salt und/oder Diabas und/oder Hochofenschlacke dem Schmelzaggregat zugeführt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dad urch gekennzeichnet, dass der getrocknete Klärschlamm als aus anorganischen silikatischen und/oder aluminatischen und/oder ferritischen bestehenden, insbesondere fein ausgebildeten Partikeln einem zu Formsteinen zu pressenden Roh¬ masse beigefügt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der getrocknete Klärschlamm als Granulat ausgebildet wird und als solches in das Schmelzaggregat eingebracht, insbesondere eingeblasen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 , dad urch gekennzeichnet, dass die Formsteine mit zumindest einem anorganischen Bindemittel, ins¬ besondere einem Zement gebunden werden, wobei die Formsteine vor- zugsweise mit 9 bis 15 Masse-% Bindemittel gebunden werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der getrocknete Klärschlamm die Korrekturstoffe vollständig substituiert.
9. Verfahren nach Anspruch 1 , d ad urch geken nzeichn et , dass die Formsteine mit einem Anteil < 20 Masse-% getrocknetem Klär- schlämm ausgebildet werden.
10. Verfahren nach Anspruch 6, dad u rch geken nzeichn et , dass < 5 Masse-% des Aufgabegutes als getrockneter Klärschlamm einge- blasen wird .
11. Verfahren nach Anspruch 1 , d adu rch geken nze i ch n et , dass kohlenstoffhaltige Bestandteile des getrockneten Klärschlamms ver- gast werden.
12. Verfahren nach Anspruch 1, d ad u rch geken nzeichnet, dass die Korrekturstoffe aus körnigen Erzen, beispielsweise Hämatit oder Magnetit und/oder Reststoffen aus der Kraftwerks- und/oder Metallhütten¬ wirtschaft bestehen und vorzugsweise in einem Umfang von 20 bis 50 Mas- se-% in den Formsteinen enthalten sind.
13. Verfahren nach Anspruch 1 , d ad u rch geken nzei ch n et, dass die Korrekturstoffe eine Körnung von 0 bis 20 mm, insbesondere von 1 bis 7 mm aufweisen.
14. Verfahren nach Anspruch 1 , d ad urch g eken nze ichn et , dass die Korrekturstoffe Erdalkalien und Phosphate zur Verringerung der Viskosität und/oder AI2O3 zur Steigerung der Biolöslichkeit aufweisen.
15. Formstein für die Verwendung in einer mineralischen Schmelze zur Her¬ stellung von Mineralfaserprodukten, insbesondere von Steinwolle zur Her¬ stellung von Dämmstoffen für den Wärme-, Schall- und Brandschutz, von Substraten für die Pflanzenzucht, von Verstärkungsfasern und von Fasern für Filtrationszwecke, bestehend aus zerkleinerten und mit zumindest ei¬ nem Bindemittel gebundenen Reststoffen aus der Produktion von Mineral¬ faserprodukten und /oder aus dem Rückbau von Mineralfaserprodukten und/oder Korrekturstoffen zur Einstellung der erforderlichen Zusammen- setzung und Viskosität der Schmelze, gekennzeichnet durch getrockneten Klärschlamm als Bestandteil, der insbesondere die Kor¬ rekturstoffe zumindest teilweise substituiert.
16. Formstein nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Reststoffe erstarrte Schmelzen, abgeschiedene kugelige oder stengelige Glaspartikel und/oder fehlerhafte, bzw. recycelte Produkte der Herstellung von Dämmstoffen aus Mineralfasern, Filterstäube aus dem Herstellungsprozess, Gemengereste und/oder Teile einer feuerfesten O- fenauskleidung aufweisen.
17. Formstein nach Anspruch 15, dadurch geken nzeichnet, dass der getrocknete Klärschlamm anorganische silikatische und/oder alu- minatische und/oder ferritische, insbesondere fein ausgebildete Partikel aufweist.
18. Formstein nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der getrocknete Klärschlamm als in ein Schmelzaggregat einblasbares Granulat ausgebildet ist.
19. Formstein nach Anspruch 15, dad urch geken nzeichn et , dass als anorganisches Bindemittel als Zement ausgebildet ist, wobei der Bindemittelanteil vorzugsweise 9 bis 15 Masse-% beträgt.
20. Formstein nach Anspruch 15, dad u rch geken nzeichnet , dass der Anteil des getrockneten Klärschlamms < 20 Masse-% ist.
21. Formstein nach Anspruch 15, dadurch geken nzeichnet, dass körniges Erz, beispielsweise Hämatit oder Magnetit und/oder Reststof¬ fe aus der Kraftwerks- und/oder Metallhüttenwirtschaft vorzugsweise in ei- nem Anteil von 20 bis 50 Masse-% als Korrekturstoffe vorgesehen ist.
22. Formstein nach Anspruch 15, d ad u rch geken nzeichnet , dass die Korrekturstoffe eine Körnung von 0 bis 20 mm, insbesondere von 1 bis 7 mm aufweisen.
23. Formstein nach Anspruch 15, d ad urch g eken nzei ch net , dass die Korrekturstoffe Erdalkalien und Phosphate zur Verringerung der Viskosität und/oder AI2O3 zur Steigerung der Biolöslichkeit aufweisen.
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