DE1019240B - Verfahren zur Herstellung aufgeblaehter, hohlkugelfoermiger, duennwandiger Partikeln - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung aufgeblähter, hohlkugelförmiger, dünnwandiger Partikeln durch Erhitzen von feinzerkleinertem Schieferton im Schwebezustand.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, verschiedene natürlich vorkommende Mineralien wie Vulkanasche, Kieselerde, Diatomeenerde u. dgl., in Kugelform zu bringen. Bei einem bekannten Verfahren zum Kugeligmachen von Glas oder ähnlichem schmelzbarem Material wird das pulverisierte oder grobkörnige Ausgangsmaterial durch eine erhitzte Zone in einem gasförmigen Strömungsmittel im Schwebezustand hindurchgeleitet, wobei die erhitzte Zone auf einer ausreichend hohen Temperatur gehalten wird, um ein Schmelzen der feinverteilten Partikeln und damit die Kugelbildung herbeizuführen. Da bei diesem bekannten Verfahren durch die Kugelbildung die scheinbare Größe der Partikeln gegenüber dem pulverförmigen Ausgangsmaterial infolge der beim Schmelzen stattfindenden Zusammenziehung verringert wird, erhält man keine aufgeblähten, dünnwandigen, einzelligen Hohlkörper, sondern massive kugelförmige Partikeln von etwas geringerer Größe als das Ausgangsmaterial.

Es ist ferner vorgeschlagen worden, Kieselerdegel in Form trockener Partikeln Temperaturen auszusetzen, die ausreichend hoch sind, um das Material zu schmelzen und ein Wachsen oder Schwellen der Partikeln infolge des Einschlusses von Gasen in den Poren oder Hohlräumen der Partikeln zu bewirken. Dadurch, daß die Partikeln einer 2000° übersteigenden Flammentemperatur ausgesetzt werden, werden sie geschmolzen und nehmen eine mehr oder weniger kugelförmige Gestalt an, wobei die Oberfläche der geschmolzenen Partikeln zusammenhängend bleibt und eine Hülle für die zahlreichen inneren Zellen bildet. Nach diesem Verfahren durchgeführte Versuche haben gezeigt, daß zwar die Oberfläche der Partikeln abgerundet wird, jedoch keine genau kugelförmigen, einzelligen, dünnwandigen Hohlkörper entstehen.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren wird zerkleinerter Ton in Form einer wässerigen Aufschlämmung in einen hocherhitzten Ofenraum gebracht, wobei eine sofortige Verdampfung des Wassers eintritt und die Tonpartikeln durch den plötzlich erzeugten Dampf zum Platzen oder Bersten gebracht werden. Hierdurch entstehen aufgeblähte Partikeln, die jedoch nicht die Form von Hohlkugeln aufweisen, sondern unregelmäßig geformte Gebilde mit offenen Poren darstellen.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es für die Herstellung kugelförmiger Tonpartikeln mit einer dünnen Außenhülle und nur einem einzigen Verfahren zur Herstellung

aufgeblähter, hohlkugelförmiger,

dünnwandiger Partikeln

Anmelder:

Kanium Corporation, Chicago,
111. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Ruschke, Berlin-Friedenau,

und Dipl.-Ing. K. Grentzenberg, München 27,

Pienzenauerstr. 2, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 28. März 1952

Jerome D. McLaughlin, Chicago, 111. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

Hohlraum bzw. einer einzigen Zelle notwendig ist, daß die Partikeln rasch erhitzt und im wesentlichen völlig geschmolzen werden und die aufgeblähten Kugeln wieder zum Erstarren gebracht werden, bevor die eingeschlossenen Gase, die sich ausgedehnt haben, entweichen können. Dies erfordert, daß die aufgeblähten Kugeln die hocherhitzte Zone im Augenblick ihrer maximalen Aufblähung verlassen. Wenn die aufgeblähten Kugeln zu lange Temperaturen ausgesetzt sind, die über dem Schmelzpunkt liegen, platzen sie und fallen zusammen, während andererseits Partikeln, die nicht vollständig zum Schmelzen gebracht werden, nur mehr oder weniger abgerundet und nicht hotilkugelförmig werden.

Erfindungsgemäß hat sich gezeigt, daß aufgeblähte, hohlkugelförmige, dünnwandige Partikeln aus feinzerkleinertem Schieferton in der Weise herstellbar sind, daß praktisch trockene Schiefertonpartikeln von im wesentlichen einheitlicher Teilchengröße der Größen-Ordnung 4 bis 100 Maschen und einem Gehalt an 2 bis 10 Gewichtsprozent Fe₂ O₃ zentral in den Strom eines Gasgemisches, in dem ein Unterschuß an Sauerstoff vorhanden ist, derart zugeführt werden, daß sie durch die Mitte der nach unten gerichteten, eine Temperatur

TC.J 759/373

gas eintreten kann, in Verbindung gebracht werden. Ferner kann auch die Einlaßleitung 21 über ein Ventil 21 d mit einer Leitung 21 c für das Einleiten, des brennbaren, Gases verbunden werden. Durch diese Anordnung wird ermöglicht, daß entweder das Saucrstoffträgergas oder das brennbare Gas oder beide entweder durch die Einlaßleitung 24 oder durch die Einlaßleitung 21 oder durch beide Leitungen zugeführt werden können. Vorzugsweise wird bei 21 c

von etwa 1100 bis 2200° besitzenden Flamme mit solcher Geschwindigkeit schweben, daß sie in dem heißesten Teil der Flamme gerade geschmolzen werden und dann unmittelbar in eine kühlere Zone gelangen, in der sie rasch erstarren.

Die Erfindung ist unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Aufriß eines Schmelzofens für die
Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung,
wobei der untere Teil des Ofens im Schnitt dar- io vorgewärmte Luft regelbar durch das Ventil 24 d dem gestellt ist, Einlaßkanal 24 zugeführt, während das brennbare

Gas regelbar durch das Ventil 21 d dem Einläßkanal 21 zugeführt wird, wobei die Ventile 21b und 24 b geschlossen bleiben. Es wurde festgestellt, daß sich bessere Ergebnisse durch das Einleiten vorgewärmter Luft in die Einlaßleitung 24 erzielen, lassen, wobei die Luft als anfänglicher Träger für die Partikeln des in Kugelform zu bringenden tonigen Materials dient. Wie in Fig. 1 gezeigt, setzt sich die Brennerkammer

Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch den Oberteil des Ofens in größerem Maßstab,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 1.

Der dargestellte Schmelzofen trägt einen Brenneraufsatz, der als Ganzes mit 10 bezeichnet und so angeordnet ist, daß seine Achse in senkrechter Richtung

verläuft. Der eigentliche Brenner besitzt einen zylindrischen Mantel 10 α mit einer nach unten divergu;- 20 nach unten über das untere Ende des Mantels IQ0 renden ringförmigen. Auskleidung 11 aus keramischem
Material, die eine kegelstumpfförmige Brennerkammer 12 begrenzt. Am oberen Ende des Brenner

mantels 10 α ist ein zylindrisches Gehäuse 13 vorgehinaus fort. Dies kann dadurch erreicht werden, daß entweder der Mantel10α und die feuerfeste Auskleidung 11 desselben länger ausgebildet werden, oder, was zweckmäßiger ist, daß ein gesondertes Hilf6-

sehen, das durch Winkeleisen. 14,, Bolzen 15 und. Ab- 25 gehäuse 45 vorgesehen wird, das am unteren Ende des

Standsstücke 15 α befestigt ist. Das Gehäuse 13 ist mit einem unteren Flansch 16, der eine axiale Öffnung 17 begrenzt, und einem oberen, Flansch 18 versehen, welcher gleichfalls eine axiale Öffnung aufweist.

Am oberen, Flansch 18 ist bei 18 α ein kurzes Rohrstück 19 durch Verschweißen, seines unteren Endes mit dem Flansch beifügt. Mit dem oberen Ende des Rohrstückes 19 ist ein T-förmiges Verbindungsstück 20 verbunden, an das eine Einlaßleitung 21 ange-Mantels 10 a, wie bei 46 gezeigt, dichtend, befestigt ist. Dieses Hilfsgehäuse 45 weist einen zylindrischen Mantel 47 mit einer oberen:, eine Öffnung aufweisenden Wand 48 auf, die am Gehäuse 10 α durch eine Schweißnaht 46 befestigt ist. Der Mantel 47 hat eine feuerfeste Auskleidung 49, die die Fortsetzung der feuerfesten Auskleidung 11 bildet und eine nach unten divergierende konische Innenwand 50 aufweist, die sich ohne Abstufung an, die Brennerkammer 12

schlossen ist, welche über ein Ventil 21 b mit einer 35 anschließt. Ferner ist ein unterer zylindrischer Man-

Leitung 21 α verbunden werden kann, durch welche tel 51 von gleichem Durchmesser wie der Mantel 47

ein die Verbrennung förderndes Gas, beispielsweise vorgesehen, der mit diesem entweder aus einem Stück

Sauerstoff, in das Innere des, Verbindungsstückes 20 besteht oder verschweißt ist und eine zylindrische

und von, diesem über das Rohrstiick 19, das Gehäuse feuerfeste Auskleidung 52 aufweist, deren Innen-

13 und die Öffnung 17 in die Brennerdüse 12 einge- 40 durchmesser gleich dem größten Durchmesser der

leitet werden kann,.

An der Unterseite des Flansches 16 ist eine kreisförmige Blendenscheibe 40 durch Schrauben befestigt. Zwischen, der oberen Endflächella· der keramischen feuerfesten. Auskleidung 49 ist. In der Nähe des unteren Endes des zylindrischen. Mantels 51 weisen dieser und die feuerfeste Auskleidung 52 an gegenüberliegenden Seiten bei 53 eine Öffnung 54 für das Aus

Auskleidung 11 und der Unterseite der Blenden- 45 treten der Verbrennungsgase auf. Innerhalb des

scheibe 40 ist eine Dichtung 42 aus Asbest od. dgl. angeordnet. Diese Anordnung ermöglicht, die Verwendung von Blendenscheiben mit Öffnungen, verschiedener Größe nach Maßgabe der erwünschten Temperatur in der Brennerkammer 12.

Eine Rohrleitung 22 erstreckt sich senkrecht durch einen Stopfen 22a- in dem T-formigen Rohrverbindungsstück 20 und durch das Rohrstück 19 sowie durch das Gehäuse 13 und endet an ihrem, unteren Ende in der Öffnung 17. Das untere Ende der Rohrleitung 22 liegt gleichachsig zur Öffnung 17 sowie zur Öffnung 40 a, so daß eine ringförmige Austrittsöffnung¹ in die Brennerkammer 12 gebildet wird. Am oberen Ende der Rohrleitung 22 ist ein kleineres Mantels 51 befindet sich unterhalb der Kante 53 der Öffnung 54 ein Behälter 55.

Da der Ofen nach außen abgedichtet ist, kann keine unt-nvünschte Xebenluft in die Brennerkammer eindringen. Dies ist sehr wichtig, da es bei einem Eindringen von Außenluft in die Brennerkammer nicht nur schwierig ist, die Temperatur der Flamme innerhalb der Kammer zu regeln, sondern die eindringende Luft auch störende Wirbelströme hervorruft, die die Regelung der Kontaktzeit zwischen den Tonpartikeln und dem heißesten Teil der Flamme behindern oder unmöglich machen. Der heißeste Teil der Flamme wird so' eingeregelt, daß er innerhalb der Brennerkammer 12 liegt, beispielsweise bei einer praktischen

T-förmiges Rohrverbindungsstück 23 befestigt, an das 60 Ausführungsform etwa 15 cm unter der Öffnung 40«

eine Einlaß leitung 24 angeschlossen ist, welche über der Blendensclieibe 40.

ein Ventil 24& mit einer Leitung 24a für das Ein- Ferner ist zweckmäßig darauf zu achten, daß die

leiten eines· brennbaren Gases verbunden werden kann. Geschwindigkeit der Gasströmung durch das Innere

Durch einen Stopfen, 26 in der oberen. Öffnung des des Haupt- und Hilfsbrennergehäuses praktisch kon-

T-Stückes 23 erstreckt sich in senkrechter Richtung 65 stant bleibt, bis die Gase durch die Öffnungen, 54 aus-

ein Einfülltrichter 25 mit einem Rohrstück 25 α, welches innerhalb der Rohrleitung 22 bei 27 in einem Ab stand vom unteren Ende dieser Rohrleitung endet.

Die Einlaßleitung 24 kann über ein Ventil 24 a⁷ mit einer Leitung 24 c, durch welche das Sauerstoff trägertreten. Dies wird durch zweckentsprechende Bemessung der nach, unten divergierenden, Innenwände der feuerfesten Auskleidungen 11 und 49 ermöglicht. Wenn kein sich vergrößerndes Volumen in, Strömungsrichtung der Verbrennungsgase durch die

Brennerkammer und die Hilfsbreninerkammer vorgesehen sein würde, würde die Geschwindigkeit der Verbrennungsgase infolge der Volumenvergrößerung bei der Verbrennung¹ zunehmen. Durch die Anordnung nach unten, divergierender Wände in der Brennerkammer und in der Hilfsbrennerkammer wird die Gescbwindigkeit der brennendem Gase mehr oder weniger konstant gehalten oder sogar verzögert, was ein, langeres Verbleiben der Partikeln in der Brennerkammer und in der Hilfsbrennerkammer, bevor sie den Behälter SS erreichen, zur Folge hat.

Das in Hohlkugelform zu bringende Material wird in den Einfülltrichter 25 eingebracht und in Form einzelner Partikeln von dem durch die Leitung 24 zugeführten Strom des brennbaren Gases und/oder de? 15 Sauerstoffträgergases mitgenommen und in die Brennerkammer 12 geführt, in welcher die Vermischung mit dem durch die Leitung 21 einströmenden Sauerstoffträgergas und/oder dem brennbaren Gas stattfindet. Es ist vorzuziehen, daß die Einströmung des brennbaren Gases auf der Außenseite des Rohres 22 innerhalb' des Rohrstückes 19 und durch das Gehäuse 13 erfolgt, aus welchem es dann durch die Öffnung 40 a in die Brennerkammer 12 eintritt.

Als Ausgangsmateriai kann Schieferton verschiedener Art verwend,et werden. Einer der Tone, mit dem sehr zufriedenstellende Ergebnisse erzielt wurden, ist ein Schieferton, der unter der Bezeichnung Maquoketa-Schieferton bekannt ist und aus dem Bezirk von Clinton im. Staate Jowa stammt. Ein anderer Ton, mit dem sich gute Ergebnisse erzielen, ließen, ist der den Kohlenflözen im Wilmington-Bezirk in Northern-Illinois überlagerte Schieferton.

Das tonige Material wird in der Form, in der es angeliefert wird, zuerst getrocknet, entweder durch Wärmeanwendung oder an der Luft, um den freien. Feuchtigkeitsgehalt auf etwa 2 bis 3 Gewichtspro'zent herabzusetzen. Unter dem Ausdruck »freier Feuchtigkeitsgehalt« ist der Feuchtigkeitsgehalt zu verstehen, der durch Ofentrocknung bei einer Temperatur von etwa 105° entfernt werden kann. Dieser Ausdruck schließt daher nicht das fester gebundene Hydratwasser ein, das in allen natürlich vorkommenden Tonen vorhanden ist und nur durch viel höhere Temperaturen ausgetrieben werden kann. Es wurde jedoch festgestellt, daß eine Trocknung· bis zum Austreiben des Hydratwassers zwar nicht erforderlich, aber für die Zwecke der Erfindung nicht nachteilig ist.

Das getrocknete Tonmaterial wird dann einer Reihe von Grob- und Feinvermahlungsvorgängen unterzogen und schließlich gesiebt. Im allgemeinen ist es vorzuziehen, das grob- und feinvermahlene Material durch ein 20-Maschen-Sieb (maximale Korngröße=0,833 mm) oder vorzugsweise ein, 35-Maschen-Sieb (maximale Korngröße = 0,417 mm) zu sieben und dann alles Material, das durch ein 100-Maschen-Sieb (maximale Korngröße== 0,147 mm) hindurchgeht, mittels eines Luftsichters auszuscheiden. Zwisehen 35 und 100 Maschen ist eine Bevorzugung eines besonderen Maschenbereiches nicht erforderlich. Um jedoch eine Gleichmäßigkeit der aufgeblähten hohlkugelförmigen Partikeln erzielen zu können, ist es zweckmäßig, daß die Unterschiede in den Korngrößen des Ausgangsmaterials für ein, Los innerhalb möglichst enger Grenzen liegen. Die Einhaltung eines engen Bereiches der Korngrößen für ein gegebenes Los ist im wesentlichen eine Angelegenheit der hierfür vorgesehenen Hilfseinrichtungen und ist lediglich vorgesehen, um ein gleichmäßiges Produkt zu erhalten, beeinflußt jedoch nicht die Vorgänge bei der Umformung der einzelnen Partikeln in Kugelgestalt. Außerdem ist eine maximale Partikelgröße von etwa 20 Maschen (maximale Korngröße = 0,833 mm) für die vorerwähnten Arbeitsbedingungen, verzuziehen, bei welchen sich ausgezeichnete Ergebnisse erzielen lassen. Das Verfahren, gemäß der Erfindung ist jedoch auch bei Partikelgrößen bis zu etwa 4 Maschen (maximale Korngröße = 4,7 mm; anwendbar. In vielen Fällen kann es wünschenswert sein, das Verfahren gemäß der Erfindung¹ mit größeren Partikeln durchzuführen, um gegebenenfalls die Zerkleinerungsvorgänge selbst auf Kosten der Qualität des in, Hohlkugelform gebrachten Materials abzukürzen.

Die Tonpartikeln mit im wesentlichen gleichmäßiger Körnung werden dann mit Hilfe eines nicht gezeigten Rüttelförderes dem in der Zeichnung dargestellten Schmelzofen zugeführt. Die Partikeln werden einzeln von dem durch die Einlaßleitung 21 eintretenden Gasstrom mitgerissen, treten durch die in der Brennerkammer 12 gebildete Flamme und schweben dann mit dem Strom der Verbrennungsgase und unter der Einwirkung der Schwerkraft abwärts, um in aufgeblähtem Zustand im Behälter 55 aufgefangen zu werden. Der Behälter 55 befindet sich in einem gewissen Abstand von der Brennerkammer 12, so daß eine verhältnismäßig kühlere Zone vorhanden ist, in der die Partikeln beim Durchgang erstarren, bevor sie im Behälter aufschlagen. Die Partikeln sind daher, bevor cie umeinander oder mit der Auffangfläche in Berührung kommen, ausreichend hart geworden, so daß sie nicht zusammenbacken.

Für die Erzeugung der gewünschten Temperatur und das Erzielen bester Ergebnisse hat sich eine Korabination von Stadtgas und Sauerstoff als zweckmäßig erwiesen, bei welcher die Strömungsmenge des Stadtgases 1,888 cm³/Std. und die Strömungsmenge des Sauerstoffes 3,470 cm³/Std. betrug. Es hat sich herausgestellt, daß dieses Verhältnis von Stadtgas zu Sauerstoff sehr kritisch ist und daß geringfügige Abweichungen nach oben und nach unten zur Folge haben, daß nur ein geringes oder überhaupt kein; Aufblähen der Partikeln stattfindet. Wenn Wasserstoff an Stelle von Stadtgas benutzt wird, ist eine Änderung der Strömungsmengen erforderlich, wobei jedoch die Einregelung so vorgenommen werden muß, daß im wesentlichen die gleiche Flammentemperatur erzielt wird, die zwischen etwa 1100 und 2200°, vorzugsweise jedoch innerhalb eines engeren Bereiches von 1400 und 1950°, liegen soll.

Außer der Berücksichtigung des kritischen Verhältnisses zwischen, dem brennbaren Gas und dem Sauerstoff ist es außerordentlich wichtig, daß die Tonpartikeln so zugeführt werden, daß sie durch die Flammenmitte treten, deren, heißester Teil eine im wesentlichen gleichbleibende Längenerstreckung haben soll, welche bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel etwa 15 cm beträgt. Bei dem dargestellten. Ofen endet das Zuführungsrohr 27 etwa bis 7,5 cm oberhalb der Öffnung 40a, an welcher Stelle die Flamme ansetzt. Da das Zuführungsrohr mit Bezug auf die Rohrleitung 22 und die Öffnungen 17 und 40a und, die Brennerkammer 12 zentrisch angeordnet ist, fallen alle Partikeln im wesentlichen durch die gleiche Flammenlänge und werden ausreichend erhitzt, so daß im weseniliehen die gesamte Masse jeder Partikel zum Schmelzen gebracht wird und Hohlkugelform annimmt.

Als Beispiel einer erfolgreichen Behandlung tonigen. Materials nach dem Verfahren gemäß der Erfindung ist die nachstehende Tabelle gegeben,. Für diese Tabelle wurde als Ausgangsmaterial für jeden der

Versuche ein MaquoketarSchiieferton folgender Zusammensetzung benutzt:

Eisenoxyd. (Fe₂ O₃) 5,36%

Natriumoxyd (Na., O) 0,13 %

Kaliumoxyd (K₂O) 2,77%

Glühverlust 14,26%

Schwefeltrioxyd 0,43%

Kohlenstoff (C) 2,97%

Kohlenstoff in Form von Kohlendioxyd 10,90% Kohlendioxyd in Form von Karbonaten

(CO,) 7,06%

Organische Stoffe 2,38%

Gebundenes Wasser 4,82 %

Tabelle

	Zugeführte Gasmenge	Sauerstoff	Korngröße	Schüttgewicht
Versuch Nr.	Wasserstoff	m3/h	des Ausgangsmaterials	des Fertigproduktes
	ms/h	0,92	mm	g/cm3
1	2,69	0,92	0,208 bis 0,290	nicht ermittelt
2	2,69	0,99	0,290 .. 0.417	nicht ermittelt
3	1,84	0,99	0,175 ., 0,208	0.676
4	3,26	0,99	0,290 .. 0.417	0.536
5	3,54	0,290 .. 0,417	0.450

Der Aufblähungsgrad der hohlkugelförmigen Partikeln des Fertigproduktes wird durch das geringe Schüttgewiclit angezeigt. Dieses kann bis zu 0,24 g/cm³ nach unten hin betragen und liegt im allgemeinen unter 0,8 g/cm³. Die Größe der erhaltenen hohlkugelförmigen Partikeln hängt hauptsächlich von der Partikelgröße des Ausgangsmaterials,, der Art desselben und den Behandlungsbedingungen ab. Als optimale Einwirkzeit einer 15 cm langen Flamme mit einer Temperatur von etwa 1900° wurden 0,015 Sekunden, ermittelt. Diese Einwirkzeit ist mit der Art des verwendeten Ausgangsmaterials und der Flammentemperatur veränderlich. Wesentlich ist, daß He Tonpartikeln zentral in den Strom des Gasgemisches derart eingeführt werden, daß sie durch die Mitte der nach unten gerichteten Flamme mit solcher Geschwindigkeit schweben, daß sie in dem heißesten Teil der Flamme gerade geschmolzen werden und dann unmittelbar in eine kühlere Zone gelangen, in der sie rasch erstarren können.

Die jeweils günstigste Beschaffenheit des Ausgangsstoffes und die besonderen Arbeitsbedingungen für das Erzielen optimaler Ergebnisse lassen sich unter Berücksichtigung der vorstehend gegebenen Lehren unschwer durch Versuche ermitteln. Wie festgestellt wurde, können bestimmte chemische und physikalische Eigenschaften der Tone in Verbindung mit den beschriebenen, Arbeitsbedingungen als Kriterien verwendet werden, die erkennen lassen, wann gute Ergebnisse zu erwarten sind.

Es versteht sich, daß der Vorgang der erstrebten Hohlkugelbildung eine genaue zeitliche Steuerung des Schmelzvorgangs und der Erzeugung sich ausdehnender Gase erfordert. Obwohl Tone mehrere Bestandteile enthalten, die zur Bildung¹ von sich ausdehnenden Gasen Anlaß geben, haben Versuche ergeben, daß eine der Hauptquellen dieser Gase Eisenoxyd ist, aus dem Sauerstoff nach der folgenden Gleichung frei wird:

2Fe₂O₃

4FeO+O„

Es kann angenommen werden,, daß die meisten der anderen potentiellen Gasquellen im wesentlichen unwirksam geworden sind, bevor die Schmelztemperatur des Tons erreicht ist. Wie festgestellt wurde, lassen sich gute Ergebnisse bei Verwendung von Tonen mit einem Gehalt von etwa 2 oder 3 bis etwa 10 Gewichtsprozent Fe₂O₃ (bezogen auf getrockneten Ton. mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 2 bis 3 Gewichtsprozent) erzielen. Bei einem Gehalt unter 2 Gewichtsprozent ist die Wirksamkeit des Fe₂O₃ nicht merklich und bei einem höheren Anteil als 10 Gewichtsprozent ist das Fe₂O₃ offensichtlich derart wirksam als Gaserzeuger, daß eine Regelung erschwert ist. Optimale Ergebnisse können mit etwa 6 Gewichtsprozent Fc₁C-,, erzielt werden:.

Selbstverständlich hängt die Wirksamkeit der jeweiligen Gasentwicklungsquelle wesentlich von der jeweiligen Temperatur ab, bei welcher der Ton schmilzt, und von der besonderen Art des geschmolzenen Tons. Daher sollte, wenn die Schmelztemperatur hoch ist, der Gas entwickelnde Stoff bei dieser Temperatur am wirksamsten, sein, da anderenfalls eine genauere Regelung der Betriebsbedingungen, wie der Erbitzungsgeschwindigkeit, erforderlich ist. Wenn die Viskosität der geschmolzenen »glasigen« Phase des Tons verhältnismäßig gering ist, kann es andererseits erforderlich werden, die Heftigkeit der Gasentwicklung zu dämpfen, um das Platzen eines Teiles der aufgeblähten geschmolzenen Partikeln zu verhindern, was dadurch geschehen kann, daß die Arbeitstemperatur auf etwa 1100° C gehalten werden.

Einer der Umstände, die die vorerwähnte Wirkung des Eisenoxyds als Gaserzeuger beeinflussen, ist der oxydierende oder reduzierende Charakter der Atmosphäre, da bei einer Reduktionsatmosphäre das Freiwerden von Sauerstoff unter den vorerwähnten, Arbeitsbedingungen begünstigt wird Es wurde beobachtet, daß sich ausgezeichnete Ergebnisse dadurch erzielen lassen, daß bei der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung eine Reduktionsatmosphäre, d. h. ein Gasgemisch mit einem Unterschaß an Sauerstoff, benutzt wird, beispielsweise durch Verwendung von 60 bis 75 % der Luft (oder des Sauerstoffs), die stöchiometrisch erforderlich ist, um die Verbrennung' des brennbaren Gases im Verbrennungsbereich zu bewirken. Vorzugsweise werden, etwa zwei Drittel der erforderlichen stöchiometrischen Luftmenge benutzt, was etwa einem Verhältnis von 6:1 von Luft zum Chicagoer Stadtgas entspricht.

Wie bereits erwähnt, soll die Gasentwicklung ze'tlich mit dem Schmelzen der Partikeln zusammenfallen. Auch soll das tonige Material in glasigem Zustand eine ausreichende Viskosität besitzen!, so daß es die sich ausdehnenden Gase umschlossen hält. Die Kraft der sich ausdehnenden Gase kann bis zu einem gewissen Grade in der beschriebenen Weise gesteuert werden, während die Viskosität des glasigen

50

55

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Materials von dessen chemischer Zusammensetzung abhängt.

Die Hauptbestandteile der verwendeten Schiefertone sind SiO₂ und Al₂O₃. Es wurde festgestellt, daß sich beste Ergebnisse erzielen lassen, wenn das Gewichtsverhältnis SiO₂ : Al₂O₃ innerhalb eines Bereiches' von etwa 3 : 1 bis etwa 8 : 1 und vorzugsweise bei 3,5 : 1 liegt. Es wurde ferner festgestellt, daß sich ausgezeichnete Ergebnisse verwirklichen! lassen, wenn der Gesamtgewichtsanteil von CaO plus MgO im Tom geringer ist als etwa, 16%, da übermäßig große Anteile dieser Bestandteile zu einer Veränderung der Schmelzeigenschaften des> Tons führen können, wodurch die Steuerung des Umwandlungsvorgängs schwieriger wird.

Die Segerkegelprobe kann als weiteres Hilfsmittel zur Ermittlung der Schmelzeigenschaften der erwähnten Tone verwendet werden. Die Segerkegelprobe ist in der keramischen Industrie allgemein bekannt, so· daß eine nähere Erläuterung sich erübrigt. Im allgemeinen wurde festgestellt, daß sehr gute Ergebnisse mit dem Verfahren gemäß der Erfindung bei der Verwendung von Tonen mit einem Schmelzpunkt zwischen Kegel Nr. 2 (1094°) und Kegel Nr. 11 (1284°), gemessen in der neutralen Atmosphäre eines elektrischen Ofens, erreicht werden können.

Eine genauere Analyse von Maquoketa-Schieferton ergab die folgende chemische Zusammensetzung:

Gewichtsprozent

Kaliumoxyd (K₂O) 2,14

Natriumoxyd (Na₂ O) 0,50

Magnesiumoxyd (MgO) 5,35

Calciumoxyd (CaO) 7,12

Eisenoxyde (FeO) 1,29

(Fe₂O₃) 4,07

Gewichtsprozent

Aluminiumoxyd (Al₂ O₃) 14,52

Siliciutndioxyd (Si O₂) 48,80

Glühverlust 17,45

Al₂O₃: SiO₂ = 1:3,36
Segerkegel Nr. 3 bis 5

Das durch das* Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte Produkt kann als leichter Zuschlagstoff für Gips, Ziegel und Beton und für Wärme- und Schallisolierungen und -auskleidungen verwendet werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH:

   Verfahren zur Herstellung aufgeblähter, hohlkugelförmiger, dünnwandiger Partikeln durch Erhitzen von feinzerkleinertem Schieferton im Schwebezustand, dadurch gekennzeichnet, daß praktisch trockene Schiefertonpartikeln von im wesentlichen einheitlicher Teilchengröße der Größenordnung 4 bis 100 Maschen und einem Gehalt an 2 bis 10 Gewichtsprozent Fe₂O₃ zentral in den Strom eines Gasgemisches, in dem ein Unterschuß an Sauerstoff vorhanden ist, derart zugeführt werden, daß sie durch die Mitte der nach unten gerichteten, eine Temperatur von etwa 1100 bis 2200° besitzenden Flamme mit solcher Geschwindigkeit schweben, daß sie in dem heißesten Teil der Flamme gerade geschmolzen, werden und dann unmittelbar in eine kühlere Zone gelangen, in der sie rasch erstarren.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentanmeldung B 14 227 VIb/80b;
   britische Patentschrift Nr. 627 188;
   USA.-Patentschrift Nr. 2 543 987.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   ©709 759/373 10.57