DE19926721A1 - Verfahren zur Herstellung von Sand mit gleichmäßiger Teilchengröße zur Herstellung von Keramikplatten - Google Patents

Abstract

Keramische Sande, die bei der Herstellung von Keramikplatten Verwendung finden, werden mit einem Verfahren hergestellt, das den Einsatz von zur Sinterung geeigneten pulverförmigen mineralischen Materialien vorsieht, die mit einem wäßrigen anorganischen Lösungsmittel benetzt werden. Das so erhaltene Gemisch wird anschließend weiterbehandelt, wobei es homogenisiert und ausgewalzt wird, wodurch man nach Trocknung Teilchen mit vorgegebener und gesteuerter Größe erhält, die anschließend zum Sintern unter gesteuerten Temperaturbedingungen gebrannt werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Sand mit vorgegebener einheitlicher Teilchengröße aus pulverisierten mineralischen Werkstoffen, und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung von gleichmäßigen Körnchen bzw. Teilchen, die sich zur Herstellung von Keramikplatten eignen.

Des weiteren bezieht sich die Erfindung auf die zugehörige Anlage.

In den letzten Jahren hat sich im industriellen Bereich eine Technologie zur Herstellung von Keramikplatten, insbesondere großen Platten, entwickelt, die unter der Bezeichnung "Lapi­ tech" bekannt wurde; diese Platten werden zum einen zur Innen- und Außenverkleidung bei Gebäuden als auch für Möbelplatten, vornehmlich bei Küchen- und Badmöbeln, wie auch als Bauelemente in der Architektur eingesetzt.

Im wesentlichen sieht das Lapitech-Verfahren vor, Teilchen bzw. Körnchen (die im folgenden als Sand bezeichnet werden) aus mineralischem oder keramischen Material mit Pulvern von der Art, wie sie in der Regel im Süden bei der Herstellung von keramischen Manufakturwaren verwendet wird, in vorgegebenen Anteilen zu vermischen.

Das Gemisch wird mit einem anorganischen Bindemittel auf Wasserbasis, vorzugsweise mit Natriumsilikat, benetzt und in einer Presse bzw. auf einer Formfläche verteilt, woraufhin es einer Formstation zugeführt wird, in der unter Unterdruck mit gleichzeitiger Beaufschlagung mit einer Schwingbewegung und einer Preßkraft eine Verdichtung stattfindet. Die so erhaltene rohe Platte wird dann in einem ersten Schritt getrocknet und einem anschließenden Schritt bei hoher Temperatur gebrannt, die von der Art des Standes abhängig ist, aber im allgemeinen in der Größenordnung von 115t0 bis 1270°C liegt.

Die fertige Platte kann danach in der üblichen Weise bearbeitet werden, wie dies auch bei normalen Platten aus Steinmaterial der Fall ist (Schleifen, Polieren, usw.).

Bei dem vorgenannten Verfahren spielen die Sande eine große Rolle, nicht nur hinsichtlich der Abmessungen (üblicherweise besitzen die Teilchen einen Durchmesser, der ein Drittel der Dicke der fertigen Platte nicht übersteigt), sondern auch vor allem wegen der Eigentümlichkeit und der Eigenschaften des damit hergestellten Materials.

Zur Herstellung dieser Sande wurde bisher hauptsächlich mit einer einfachen Vermahlung von gebrochenem natürlichen Steinmaterial und von Keramikplatten bzw. -fliesen gearbeitet, beispielsweise mit Hilfe von Schlag- oder Hammermühlen.

Vom wirtschaftlichen Standpunkt aus ist natürlich die Zerkleinerung von Platten oder Fliesen nachteilig.

Es wurden zwar bereits verschiedene Verfahren angeregt und ausprobiert, bei denen das Ausgangsmaterial pulverisierte Stoffe sind, beispielsweise Extrudierverfahren, Verfahren zur Pelletisierung, usw., doch in allen diesen Fällen wurde das vorgegebene Ziel nicht erreicht. Dennoch besteht ganz offensichtlich der Wunsch, als Ausgangsmaterialien für die Herstellung von keramischen Sanden auf wirtschaftliche Weise pulverförmige Stoffe zu verwenden.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und die zugehörige Anlage zur rationellen und wirtschaftlichen Herstellung von keramischem Sand mit vor­ gegebener gleichmäßiger Körnchengröße aus pulverisierten mineralischen Stoffen zu entwickeln, die sich für die keramische Sinterung eignen.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, das sich durch die folgenden Schritte auszeichnet:

• a) Befeuchtung der pulverförmigen mineralischen Ausgangsstoffe mit einem anorganischen wäßrigen Bindemittel, das insbesondere aus der aus Natriumsilikat in wäßriger Lösung und feuerfesten Bindemitteln in wäßriger Lösung bestehenden Gruppe gewählt wird;
• b) Homogenisierung des befeuchteten Gemisches;
• c) Auswalzen des Gemisches zur Bildung von ausgewalzten Platten mit einer Größe zwischen 1 und 4 cm, vorzugsweise etwa 2 cm, und einer Dicke von 1 bis 3 mm, vorzugsweise etwa 2 mm;
• d) Trocknen der so hergestellten Teilchen, vorzugsweise mit Heißluft, bei einer Temperatur von höchstens 120°C, vorzugsweise um ca. 100°C, über einen Zeitraum, der von der Temperatur und vom Gehalt an wäßrigem Bindemittel abhängig ist und im Falle einer Trockentemperatur von 100°C und der Verwendung von wäßrigem Natriumsilikat als anorganischem Bindemittel etwa 1 Stunde beträgt;
• e) Brennen in Einzelchargen in einem Drehtrommelofen unter Rühren der Charge bei einer Temperatur von etwa 1200°C über einen Zeitraum von rund 30 Minuten, mit anschließendem Abkühlen des Ofens bis auf etwa 900°C, um so die Ablösung der Teilchen von den Wandungen des Drehofens herbeizuführen; und
• f) Abkühlen mit Luft im Gegenstrom bis auf eine Temperatur von rund 200°C.

Das so erhaltene Produkt wird anschließend zerkleinert und gesiebt, um den endgültigen Sand mit der gewünschten Teilchengröße zu erhalten.

Betrachtet man nun die einzelnen vorstehend umrissenen Verfahrensabschnitte, so sieht der erste Schritt die Befeuchtung bzw. Benetzung der Pulver vor, die man aus Ausgangsmaterialien erhält, deren Eigenschaften die Eigenschaften der abschließend erhaltenen Teilchen bzw. Sande entscheidend beeinflussen. Im allgemeinen erzielt man dabei die besten Eigenschaften, wenn Kaolinerden, Nephelin- bzw. Fettsteinmaterialien und weiße Feldspate und auch Gemische hieraus verwendet werden.

Das bevorzugte anorganische Bindemittel ist eine wäßrige Lösung aus Natriumsilikat, das einerseits die beträchtliche Haltbarkeit der ausgewalzten Plättchen nach dem Trocknen be­ stimmt, die ihrerseits erforderlich ist, um zu vermeiden, daß sich die Plättchen im Drehofen zersetzen, ehe die Sintertemperatur erreicht ist. Andererseits nimmt das als Bindemittel verwendete Produkt insofern entscheidenden Einfluß auf das Trockenverfahren vor dem Brennen, als es die Trocknung verlangsamt.

Es können jedoch, wie bereits betont, auch wäßrige Mischungen aus feuerfesten keramischen Bindemitteln verwendet werden.

Der Schritt zur Homogenisierung wird vorzugsweise mittels einer Auswalzung des Gemisches durchgeführt, das man beim Benetzungsschritt erhalten hat und das nun durch eine Reihe von paarweisen Walzzylindern hindurchgeführt wird, die um einen vorgegebenen und einstellbaren Abstand voneinander beabstandet sind. Die beiden Zylinder jedes Paares werden zur Umdrehung mit unterschiedlicher Geschwindigkeit veranlaßt, um so das Gemisch aufzulösen und zu vergleichmäßigen.

Im anschließenden eigentlichen Walzschritt ist der Durchlauf des im Anschluß an den vorhergehenden Schritt erhaltenen Gemisches zwischen einem Paar Aufgabewalzen hindurch vorgesehen, deren Abstand einstellbar ist und die in der Regel beide mit derselben Geschwindigkeit umlaufen.

Nach dem Trocknen findet nun der eigentliche Brennschritt statt; hierbei-bietet die vorliegende Erfindung Vorteile nicht nur hinsichtlich der Sinterung der Teilchen und somit auch der Qualität des dabei hergestellten Materials, sondern auch deswegen, weil es nun möglich ist, verschiedene Nachteile zu beseitigen, die beim Brennen in herkömmlichen Vorrichtungen bekannt sind.

Das Brennen der nach dem Auswalzen erhaltenen Teilchen erfolgt dabei nämlich durch den Durchlauf durch herkömmliche kontinuierlich arbeitende Öfen mit einer Trommel, die auf 1200°C erwärmt werden, wobei es zur Bildung von Agglomeraten kommt, die an den Innenwandungen des Ofens hängen bleiben und sich dabei im heißen Bereich des Ofens in Form eines Ringes in Umfangsrichtung ansetzen, der dann den Durchtritt von Material behindert.

Wird dagegen erfindungsgemäß mit Einzelchargen in einem Ofen gearbeitet, der nicht kontinuierlich sondern intermittierend arbeitet, wobei sich insbesondere an den Brennschritt bei etwa 1200°C ein Schritt der Abkühlung bis auf rund 900°C anschließt, so ist zu beobachten, daß die an den Innenwandungen des Ofens gegebenenfalls anhaftenden Teilchen sich von selbst lösen, ohne daß von Hand eingegriffen werden muß.

Die Beschickung des Ofens (der intermittierend arbeitet) findet bei einer Innentemperatur von etwa 900°C statt; anschließend wird er auf die Endtemperatur von 1200°C gebracht, um nun bei dieser Temperatur für die angegebene Zeitdauer zu brennen.

Bei Versuchen, die unter Verwendung von pulverförmigem Kaolin und weißem Feldspat durchgeführt wurden, ergab sich, daß die nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren erhaltenen Teilchen vor der abschließenden Vermahlung die folgenden Merkmale aufweisen:
spezifisches Gewicht: 2,40 kg/l
Wasseraufnahme: < 0,1%
Aussehen: glasartig und dicht.

Nachfolgend wird nun auf die Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingegangen; diese ist schematisch in der einzigen beigefügten Zeichnung dargestellt und umfaßt eine Befeuchtungs- bzw. Benetzungsstation 10, welcher die aus den Vorratsbunkern 12 kommenden pulverförmigen Stoffe und das flüssige Bindemittel, insbesondere wäßriges Natriumsilikat, zugeführt werden.

Von der Benetzungsstation wird das befeuchtete Pulvergemisch zur Homogenisier- und Walzstation 14 geleitet, welche, wie bereits ausgeführt, eine Reihe von paarweise angeordneten Walzzylindern aufweist, die von der Art her an sich bekannt und vorzugsweise in versetzter Stellung in einstellbarem Abstand voneinander angeordnet sind. Die paarweisen Homogenisierwalzen läßt man nun mit unterschiedlicher und einstellbarer Geschwindigkeit in einer jeweiligen Richtung so umlaufen, daß das Gemisch zwischen ihnen hindurchgeführt wird.

Die Zylinder des Laminierwalzenpaares laufen dagegen mit gleicher Geschwindigkeit um und werden günstigerweise so eingestellt, daß man Teilchen mit der gewünschten Stärke erhält.

Von der Walzstation werden die so erhaltenen Teilchen nun zur Trockenstation 16 befördert, die vorzugsweise in Form eines Tunnels mit einer Netz- bzw. Geflechtmatte und mit Luftumwälzung im Gegenstrom ausgebildet ist, in welcher die Luft auf etwa 100°C erwärmt wird und die Teilchen dort für die Dauer von etwa 60 Minuten verbleiben.

Im anschließenden Schritt erfolgt das Brennen, das in intermittierend arbeitenden Öfen 18 mit Drehtrommel stattfindet, und zwar in Einzelchargen und nicht im Durchlauf; in der Zeichnung sind zwei dieser Öfen dargestellt (während die Brennstation insgesamt mit dem Bezugszeichen 20 angegeben ist). Diese Öfen sind vorzugsweise von der Art, daß sie eine schrägstehende Achse und eine einstellbare Neigung besitzen, wobei die Charge an zu brennenden Teilchen von der oberen Ofenöffnung aus eingebracht wird.

Das Brennen findet, wie bereits ausgeführt, in einzelnen Chargen statt; ehe das zu brennende Material eingebracht wird, bringt man die Temperatur des Ofens auf etwa 900°C, und danach wird die Temperatur weiter erhöht, wobei die Charge sich bereits im Ofen befindet.

Der Ofen dreht sich um seine Längsachse und schwingt in gewissem Umfang, um so die Durchmischung des Materials und damit ein gleichmäßiges Brennen zu begünstigen.

Nach Abschluß des Brennvorgangs wird die Innentemperatur des Ofens auf etwa 900°C abgesenkt, und auf diese Weise lösen sich die Teilchen, die an den Innenwandungen des Ofens anhaften, von selbst, so daß auf diese Weise die Notwendigkeit entfällt, anschließend mechanisch einzugreifen. Nach dem Austrag der Charge aus dem Ofen steht dieser für den nächsten Brennvorgang wieder bereit.

Jedem Ofen ist eine Kühltrommel 22 mit schrägstehender Achse zugeordnet, in welcher die Temperatur des aus dem Sinterofen ausgetragenen Materials auf etwa 200°C abgesenkt wird; anschließend wird das Material in die Trichter der Zwischenlagerstation 24 eingefüllt, wo es bis zur Vermahlung und Siebung zur Verwendung bei der Herstellung von Platten nach der bereits erwähnten Lapitech-Technik verbleibt.

In der vorstehenden Beschreibung wurde zwar auf ein bestimmtes Ausführungsbeispiel der Anlage Bezug genommen, doch ist darunter auch zu verstehen, daß Modifizierungen derselben und Varianten möglich sind.

In gleicher Weise ist es im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, begriffsmäßig äquivalente Veränderungen und Modifizierungen vorzusehen, ohne dabei über den Umfang der Erfindung hinauszugehen.

Bezugszeichenliste

10

Befeuchtungsstation

12

Vorratsbunker

14

Homogenisier- und Walzstation

16

Trockenstation

18

Drehtrommelofen

20

Brennstation

22

Kühltrommel

24

Zwischenlagerstation

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung von Sand mit vorgegebener einheitlicher Teilchengröße aus pulverisierten mineralischen Werkstoffen, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

• a) Befeuchtung der pulverförmigen mineralischen Ausgangsstoffe, die unter zur keramischen Sinterung geeigneten Pulvern gewählt werden, mit einem anorgani­ schen wäßrigen Bindemittel,
• b) Homogenisierung des befeuchteten Gemisches;
• c) Auswalzen des Gemisches zur Bildung von ausgewalzten Platten mit einer Größe zwischen 1 und 4 cm, vorzugsweise etwa 2 cm, und einer Dicke von 1 bis 3 mm, vorzugsweise etwa 2 mm;
• d) Trocknen der so hergestellten Teilchen, vorzugsweise mit Heißluft, bei einer Temperatur von höchstens 120°C, vorzugsweise um ca. 100°C, über einen Zeitraum, der von der Temperatur und vom Gehalt an wäßrigem Bindemittel abhängig ist und im Falle einer Trockentemperatur von 100°C und der Verwendung von wäßrigem Natriumsilikat als anorganischem Bindemittel etwa 1 Stunde beträgt;
• e) Brennen in Einzelchargen in einem Drehtrommelofen unter Rühren der Charge bei einer Temperatur von etwa 1200°C über einen Zeitraum von rund 30 Minuten, mit anschließendem Abkühlen des Ofens bis auf etwa 900°C, um so die Ablösung der Teilchen von den Wandungen des Drehofens herbeizuführen; und
• f) Abkühlen mit Luft im Gegenstrom bis auf eine Temperatur von rund 200°C.
• g) Vermahlung und Siebung auf die gewünschte Teilchengröße.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wäßrige organische Lösungsmittel aus der aus Natriumsilikat in wäßriger Lösung und feuerfesten Bindemitteln in wäßriger Lösung bestehenden Gruppe gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auswalzen die Größe etwa 2 cm und die Dicke rund 2 mm betragen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trockentemperatur etwa 100°C beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trockenzeit im Falle einer Trockentemperatur von 100°C und bei Verwendung von wäßrigem Natriumsilikat als anorganischem Bindemittel etwa 1 Stunde beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die das Gemisch bildenden pulverförmigen Stoffe unter Kaolinerden, Nephelin- bzw. Fettsteinmaterialien und weißen Feldspaten sowie Gemischen hieraus gewählt werden.