DE3037952C2

DE3037952C2 - Keramische Fasern und Wollen und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE3037952C2
Application number: DE3037952A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: GMUNDNER ZEMENTWERKE HANS HATSCHEK AG GMUNDEN AT
Current assignee: GMUNDNER ZEMENTWERKE HANS HATSCHEK AG GMUNDEN AT
Priority date: 1979-10-08
Filing date: 1980-10-08
Publication date: 1983-10-27
Also published as: US4405723A; FR2467183B1; GB2059945A; DK421980A; GB2059945B; NO152293B; NL8005565A; SE8006894L; DE3037952A1; NO802979L; FR2467183A1; AT363165B; CH651534A5; BE885560A

Description

a) Flugasche (d.h. Filterasche aus kalorischen Kraftwerken),

b) mindestens eine anorganische Schmelzhilfe aus der Gruppe der (Erd)-Alkali-Borate, (Erd)-Alka- , lioxide, (Erd)-Alkalihydroxide, (Erd)-Alkalicarbonate, (Erd)-Alkali phosphate, (Erd)-Alkalifluoride, (Erd)-Alkalisilikate, Kryolithe und Feldspäte,

c) technisches Glas, insbesondere Altglas.

2. Fasern und Wollen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 20—80 Gew.-% der Flugasche bzw. der im Gemisch vorhandenen Flugasche durch Mergel ersetzt sind.

3. Fasern und Wollen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 5-30 Gew.-% der Flugasche durch Sande, insbesondere Alt-Formen-Sande aus der Gießerei, ersetzt sind.

4. Fasern und Wollen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Schmelze aus

a) 20-80 Gew.-%, insbesondere 25-65 Gew.-%, Flugasche,

b) 0-20 Gew.-%, insbesondere 10-20 Gew.-%, anorganischer Schmelzhilfe aus der in Anspruch 1 genannten Gruppe und

c) 80-20 Gew.-°/o, insbesondere 65-25 Gew.-%, Glas,

jeweils bezogen auf die Gesamtmenge der Schmelze, gesponnen sind.

5. Fasern und Wollen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Schmelze aus

a) 20—80 Gew.-%, insbesondere 25—65 Gew.-%, Flugasche,

b) 80—20 Gew.-%, insbesondere 65—25 Gew.-%, anorganische Schmelzhilfe aus der in Anspruch 1 genannten Gruppe und

c) 20—0 Gew.-%, insbesondere 10—0 Gew.-%, Glas,

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jeweils bezogen auf die Gesamtmenge der Schmelze, gesponnen sind.

6. Fasern und Wollen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie 25—65 Gew.-°/o Flugasche, 30—60 Gew.-% Glas, Vorzugsweise Altglas, und 5—30 Gew.-°/o anorganische Schmelzhilfe, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge des Gemisches, enthalten.

7. Fasern und Wollen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie 35 — 55 ^5 Gew.-% Flugasche, 25—50 Gew.-% Glas, vorzugsweise Altglas, und 5 — 20 Gew.-% anorganische Schnielzhilfe enthalten.

S. Fasern und Wollen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie 40—80 Gew.-% Flugasche und 20—60 Gew.-% mindestens einer Schmelzhilfe aus der Gruppe Magnesit, Dolomit, Kalkstein und CaO enthalten.

9. Verfahren zur Herstellung der keramischen Fasern und Wollen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gemisch der Komponenten

a+b (Flugasche und Schmelzhilfe) oder
a + c (Flugasche und technisches Glas),
a+b+c(Flugasche und Schmelzhilfe uid
technisches Glas),

gegebenenfalls nach Bildung von Formkörpern, bei Temperaturen im Bereich von 700 bis 1650⁰C, vorzugsweise von 1000 bis 1450⁰C, in eine Schmelze überführt und diese dann einem Spinnvorgang unterwirft, wonach gegebenenfalls die Fasern aneinander gebunden werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Flugasche einsetzt, welche 10-20% Partikel mit Größen von > 100 μπι, 10-100%, insbesondere 10-35%, Partikel mit Größen von 50 bis 60 μιη und Rest < 50 μιη enthält, wobei die Partikel 60—98%, vorzugsweise 80—95%, glasige Komponenten enthalten und gegebenenfalls innen hohl ausgebildet sind.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß man die Ausgangskomponenten mit einem Anmach- und/oder Bindemittel, vorzugsweise Wasser und/oder Klebstoffen, wie beispielsweise Wasserglas, Phosphate, anorganischen Bindemitteln, insbesondere Zement oder Kalk-Hydrat, Melasse und/oder Kunstharzen in Formkörper, vorzugsweise in Briketts oder Pellets, überführt und diese, vorzugsweise in einem Kupolofen, dem Schmelzvorgang unterwirft.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man die Ausgangskomponenten, in gegebenenfalls feinteiligem Zustand in einen Elektroschmelzofen einbringt und dort dem Schmelzvorgang unterwirft.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man zum Spinnen der Fasern die Schmelze durch Spinndüsen führt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man zum Spinnen von Wolle mindestens einen Strahl der Schmelze über einen rotierenden Spinnteller oder einen Mehrrad-Spinner führt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man die Schmelze mittels eines Gasstromes, insbesondere eines Luftoder Dampfstromes, in Fasern bzw. Wolle überführt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Strahl der Schmelze über einen rotierenden Spinnteller führt und zusätzlich mittels Luft- oder Dampfstrom in die Fasern bzw. Wollen überführt.

Bei der Verbrennung fossiler fester Brennstoffe, vornehmlich von Kohlen und Koksen, in Großanlagen, wie z. B. Heizwerken, thermo-elektrischen Kraftwerken oder dergleichen, fallen große Mengen von Asche an, die als Rostasche unter dem Brennraum bzw. als

Flugasche im Austrag der Verbrennungsanlage anfällt Um eine Umweltverschmutzung soweit wie möglich zu vermeiden« wird diese Flugasche in aufwendigen Filteranlagen gesammelt Die dabei anfallende Flugasche hat bis heute nur in unzureichendem Umfang einer wirtschaftlichen Verwendung zugeführt werden können, wobei dieses Material als Zuschlagstoff und Füller bei der Herstellung von Mauersteinen, Beton, Straßendecken und sonstigen Baustoffen benützt wurde. Größere Mengen der Flugasche müssen aber heute immer noch als wertloser Abfall mit entsprechendem Aufwand deponiert werden. Da Flugasche hierzu nicht trocken transportiert oder deponiert werden kann, wird diese in der Regel mit Wasser zu einer plastischen Masse angeteigt verfrachtet und in diesem Zustand deponiert Solche Deponien verursachen große Schwierigkeiten durch Staubbildung und in der Folge ebenfalls große Schwierigkeiten bei der Begrünung und können durch Erosion und Rutschungsgefahr zu einem großen Umweltproblem werden.

Allein in Österreich fallen im Jahr 1—2 Millionen t Flugaschen an und es ist daher verständlich, daß insbesondere in den letzten Jahren in verstärktem Maße nach Anwendungsmöglichkeiten für diese umweltbelastenden Aschen gesucht wurde.

Es existiert eine große Zahl von Veröffentlichungen, in welchen die Verwertung insbesondere von Rost-Aschen bzw. -Schlacken für die verschiedensten Zwecke beschrieben ist. So ist z. B. vorgeschlagen worden, Rostaschen in gemahlenem oder stückigem Zustand Zementen zuzusetzen oder aber durch Sinterung von Kessel- oder Müllschlacken bzw. Rostaschen, gegebenenfalls unter Zusatz von feinzerteilten Flußmitteln Steinzeuge herzustellen.

Weiters wurde versucht, Aschen und insbesondere Schlacken verschiedener Provenienz einer Verwertung zuzuführen, indem sie gegebenenfalls nach Zugabe von Schmelzhilfen zu Wollen oder dergleichen versponnen wurden. So beschreiben die DE-OS 27 29 696 und die äquivalente GB-PS 15 29 288 die Herstellung von« sogenannten »Mineralwoll«-Produkten auf dem Weg, ein feinverteiltes Ausgangsmaterial mit einem hydraulischen Bindemittel zu Briketts umzuformen, welche dann in eine Schmelze umgewandelt werden, die zur gewünschten Wolle verarbeitet wird. In die Mischung aus Ausgangsmaterial und hydraulischem Bindemittel wird dort zwingend ein feines anorganisches Material mit einem ausgesprochen hohen SiO^-Gehalt von mindestens 75% S1O2 eingeführt Als solches hochkieselsäurehaltiges Material werden in der Tabelle auf Seite 10 dieser DE-OS Mischungen von Calziumsilikat, Flugasche aus der Ferrosilizium-Produktion, welche bekanntlich einen sehr hohen SiO2-Gehalt von über 80% aufweist (übliche Flugasche hat dagegen einen SiO^Gehalt von höchstens etwa 60 Gew.-%), gemahlenes Glaspulver oder Wasserglas (wobei diese Zusätze jeweils alternativ vorgesehen sind) mit großen Mengen Kies, also Quarzsand (praktisch reines SiO2), geoffenbart Im Ausgangsmaterial selbst wird gemäß der Tabelle die bei der Produktion der Steinwolle anfallende Abfallwolle eingesetzt

In der GB-PS 9 31 199 ist eine direkt mit einer Feuerung in Verbindung stehende Vorrichtung beschrieben, in welche eine ökonomische Produktion von Steinwollen bzw. -filzen direkt aus den heißen Aschen bzw. Schlacken erfolgt

Schließlich ist in der US-PS 23 00 930 ein Verfahren beschrieben, bei welchem aus Rost-Aschen, also Schlacken, welche bei der Verbrennung fester fossiler Brennstoffe entstehen und unter dem Verbrennungsraum ausgetragen werden, nach Zugabe von Flußmitteln, nämlich Kalkstein oder Dolomit unter Abtrennung von Eisen bei reduktiven Bedingungen eine Steinwolle erzeugt wird.

Aus der Fachliteratur ist weiter bekannt daß bei der Herstellung von Fasern aus üblichen Aschen oder Schlacken Glas zugesetzt werden kann.

Weiter ist es schon seit geraumer Zeit üblich und bekannt, Glas direkt zu Fasern und Wollen zu verspinnen.

Nachteile der aus Verbrennungsanlagen, wie z. B. Kraftwerken, stammenden Schlacken bzw. Restaschen, die bei der Verwertung Probleme mit sich bringen, sind u. a. die je nach eingesetztem fossilen Brennstoff oft stark schwankende Zusammensetzung sowie insbesondere höhere Gehalte an CaO von 30 Gew.-% und mehr, an Alkalien und SO3. Als Folge der ungleichmäßigen Zusammensetzung bzw. auch der schwankenden Phasenzusammensetzung schwanken auch die für die Herstellung von Fasern entscheidenden Schmelz- bzw. Sintereigenschaften dieser Aschen und sind daher nur durch meist aufwendige Kontrolle und ausgleichende Zus'ätze einigermaßen konstant zu halten.

Es wurde nun gefunden, daß Flugaschen aus Verbrennungsanlagen — also nicht solche aus einer Ferrosilizium- oder sonstigen Erz-Produktion — verschiedene Vorteile zeigen, die ihren Einsatz für die Produktion von Fasern begünstigen. Eine Mahlung vor dem Überführen in eine Schmelze erübrigt sich vollkommen, sie weisen günstigen Sieblinienaufbau sowie weiter im Vergleich zu den bisher eingesetzten Rostaschen und Schlacken wesentlich gleichmäßigere Zusammensetzung und daher besser steuerbare Viskositätswerte und Schmelzeigenschaften auf. Grund für die letztgenannte Eigenschaft ist u. a. die gleichmäßigere Zusammensetzung der Flugaschen aus Verbrennungsanlagen. Die Analysenwerte von typischen Flugaschen (Elektrofilteraschen) zeigt die folgende Tabelle:

Komponente	Gehalt
SiO₂	etwa 40-60 Gew.-%
Al₂O₃	etwa 20-30 Gew.-%
CaO	etwa 1-15 Gew.-%
Fe₂O₃	etwa 2-8 Gew.-%
MgO	<5 Gew.-%
Alkalioxide	<3,5 Gew.-%, insbesondere <1 Gew.-%
SO₃	<3 Gew.-%, insbesondere < 1,5 Gew.-%
C	bis zu 15 Gew.-%, insbesondere 9-10 Gew.-%
	(neue Aschen: 3-6 Gew.-%)

Auffallend an diesen Aschen ist der relativ hohe Gehalt an SiO₂ sowie die relativ geringen Gehalte an CaO und Alkalien.

Die Korngrößenverteilung einer typischen Filterasche zeigt folgendes Bild:

Anteile > 100 μηι:

etwa 10—2OGew.-°/o;

Anteile von 50 bis 100 μΐη:

etwa 10—60 Gew.-°/o, insbesondere 10—35 Gew.-%;

Anteil; < 50 μιτι:

Rest auf 100 Gew.-%, wobei die Partikel etwa 60—98%, vorzugsweise 80—95%, glasige Komponenten enthalten und gegebenenfalls innen hohl ausgebildet sind.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von neuen keramischen Fasern bzw. Wollen, die insbesondere für die Bauindustrie von Interesse sind und sich durch gute Wärme- und Schall-Dämmeigenschaften, Festigkeit, geringe Wasseraufnahme sowie günstige Verarbeitbarkeit und Manipulation auszeichnen.

Eine Reihe von Untersuchungen hat gezeigt, daß sich unter Vermeidung der Schwierigkeiten beim Einsatz von üblichen Schlacken und Aschen, Flugaschen allein oder Kombinationen von Flugasche (aus Verbrennungsanlagen) mit Glas und/oder Schmelzhilfen zu Schmelzen verarbeiten lassen, welche keramische Fasern mit ausgezeichneten Eigenschaften zu liefern imstande sina.

Es ist daher insbesondere Ziel der Erfindung, unter Umgehung der bisher eingesetzten Schlacken und unter Einsparung wertvoller Rohstoffe das umweltbelastende Abfallprodukt Flugasche und gegebenenfalls ein weiteres, umweltbelastendes und an sich wertvolles Altprodukt, nämlich, insbesondere auch farbiges, Altglas, unter Herstellung einer wertvollen keramischen Faser einer wirtschaftlich sinnvollen Verwertung zuzuführen.

Gegenstand der Erfindung sind demnach keramische Fasern und Wollen auf Basis von silikathaltigen Schmelzen von Verbrennungsrückständen von fossilen Brennstoffen und ggf. Zuschlägen von Schmelzhilfen, wie Erdalkalicarbonaten, welche dadurch gekennzeichnet sind, daß diese Schmelzen aus den Komponenten a), a) + b), a) + c) oder a) + b) + c) bestehen, wobei die Komponenten die folgenden sind:

a) Flugasche (d. h. Filterasche aus kalorischen Kraftwerken),

b) mindestens eine anorganische Schmelzhilfe aus der Gruppe der (Erd)-Alkali-Borate, (Erd)-Alkalioxide, (Erd)-Alkalihydroxide, (Erd)-Alkalicarbonate, (Erd)-Alkaliphosphate, (Erd)-Alkalifluoride, (Erd)-Alkalisilikate, Kryolithe und Feldspäte,

c) technisches Glas, insbes. Altglas.

Es wurde gefunden, daß man einen Teil der Flugasche bzw. der im Gemisch vorhandenen Flugasche, nämlich 20—80 Gew.-% der Flugasche, durch einen Mergel ersetzen kann und dabei die Eigenschaften der auf Flugaschebasis aufgebauten Fasern erhalten bleiben.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, 5—30 Gew.-% der Flugasche durch Sande, insbesondere Alt-Formen-Sande, zu ersetzen, wobei ebenfalls die Eigenschaften der Fasern erhalten bleiben. Diese Möglichkeit des teilweisen Ersatzes der Flugaschen b:> durch Mergel bzw. Sande gilt für alle im folgenden beschriebenen bevorzugten Schmelzen bzw. Mischun-Bevorzugt sind solche Fasern und Wollen, die aus einer Schmelze au$

a) 20—80 Gew.-%, insbesondere 25—65 Gew.-%, Flugasche,

b) 0—20 Gew.-o/o, insbesondere 10—20 Gew.-%, anorganischer Schmelzhilfe aus der obengenannten Gruppe und

c) 80—20 Gew.-%, insbesondere 65—25 Gew.-%, Glas,

jeweils bezogen auf die Gesamtmenge der Schmelze, gesponnen sind.

Vorteilhaft sind, wie weiter gefunden wurde, auch Fasern und Wollen, die aus einer Schmelze aus

a) 20—80 Gew.-o/o, insbesondere 25—65 Gew.-°/o, Flugasche,

b) 80—20 Gew.-%, insbesondere 65—25 Gew.-%, anorganische Schmelzhilfe aus der obengenannten

■•Gruppe und

c) 20—OGew.-°/o, insbesondere 10—0Gew.-%,Glas,

jeweils bezogen auf die Gesamtmenge der Schmelze, gesponnen sind.

Eine für die Fasern günstige Ausgangsschmelze enthält 25—65 Gew.-°/o Flugasche, 30-60 Gew.-% Glas, vorzugsweise Altglas, und 5—30 Gew.-% anorganische Schmelzhilfe, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge der Schmelze. Gemäß einer weiteren Variante haben sich Fasern auf Basis einer Schmelze aus 35—55 Gew.-% Flugasche, 25—50 Gew.-°/o Glas, vorzugsweise Altglas, und 5—20 Gew.-% anorganische Schmelzhilfe ausgezeichnet bewährt. Besonders bewährt haben sich Fasern und Wollen auf Basis einer Schmelze von 40—80 Gew.-°/o Flugasche und 60—20 Gew.-% mindestens einer Schmelzhilfe aus der Gruppe Magnesit, Dolomit, Kalkstein und CaO.

Die neuen Fasern stellen, wie einschlägige Versuche gezeigt haben, ein vollwertiges, in der Bauindustrie unmittelbar einsetzbares Produkt dar.

Die Fasern lassen sich insbesondere als Füllmittel und/oder Verstärkungselemente in Baustoffen aller Art oder direkt in Form von »Wollen«, Geweben, Filzbahnen, Vliesen, Faserbahnen oder dergleichen und bevorzugt als Baustoff mit ausgezeichneten Schall- und Wärme-Dämm-Eigenschaften einsetzen.

Die erfindungsgemäßen Fasern bzw. Wollen können

a) direkt als solche in Baustoffgemische eingearbeitet und z. B. mit (hydraulischen) Bindemitteln, wie etwa Kalk, Zement, Phosphaten, Wasserglas, oder beispielsweise auch Kunstharzen zu Mörteln, Verputzen oder Formkörpern wie z. B. Formsteinen, gebunden und verarbeitet werden und bilden in den schließlich z. B. an Luft oder in Dampf ausgehärteten Gemischen eine Art Füll- und/oder Verstärkungsmatrix, oder aber

b) die Fasern werden — gegebenenfalls gleich bei ihrer Herstellung — zu keramischer Wolle, zu Geweben, Faserbahntn, Filzen oder Vliesen verarbeitet, die gegebenenfalls mit Bindemitteln, wie z. B. Phenolharzen, verstärkt, in Form von Dämmelementen aller Art, Dämm-Platten und verlegungsfertigen Bahnen Einsatz finden können. Zusätzliche Verwendungsmöglichkeit für die Fasern besteht im Einsatz als Filterstoffe, da sie

Die erfindungsgemäßen Fasern können, wenn sie langfaserig vorliegen, als zugaufnehmende Verstärkungselemente in Kunststoffe, wie z. B. Platten, Auskleidungen usw. eingebracht werden.

Die neuen Fasern zeichnen sich durch hohe s Festigkeit, hohe Geschmeidigkeit, geringe Sprödigkeit, geringe Wasseraufnahme, hohe Säure- und Chemikalienbeständigkeit sowie hohes Wärme- und Schall-Isolier- und Dämmvermögen aus. Darüber hinaus bieten sie die Möglichkeit der wirtschaftlichen Verwertung der ι ο stark umweltbelastenden Abfallprodukte Flugasche und gegebenenfalls auch Altglas.

Gegenstand der Erfindung ist weiter ein Verfahren zur Herstellung der bisher beschriebenen, neuen keramischen Fasern bzw. Wollen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man Flugasche allein oder ein Gemisch der Komponenten

a + b Flugasche, vorzugsweise Filterasche, insbesondere Elektrofilterasche und anorganische Schmelzhilfe, oder

a+ c Flugasche und Glas, insbesondere Altglas, oder

a + b + c Flugasche und Schmelzhilfe (wie oben angegeben) und Glas

gegebenenfalls nach Bildung von Formkörpern, bei Temperaturen im Bereich von etwa 700 bis etwa 1650° C, vorzugsweise von etwa 1000 bis etwa 1450° C, in eine Schmelze überführt und diese dann einem Spinnvorgang unterwirft, wonach gegebenenfalls eine Bindung der Fasern aneinander erfolgt. Die erwähnte, abschließende Bindung der Fasern aneinander kann je nach gewünschtem Zweck auch unterbleiben. Sie ist insbesondere dann von Interesse, wenn die Fasern bzw. Wollen in Form von Vliesen oder Filzbahnen übergeführt werden sollen. Zur Bindung, insbesondere in der Wärme, sind vernetzende und hitzehärtbare Harzsysteme, wie z. B. Phenolharze, Harnstoffharze oder Epoxidharze bevorzugt Dabei kann so vorgegangen werden, daß sofort beim Entstehen der Fasern, also noch wenn sie heiß sind, das Harz auf die sich bildende Wolle aufgetropft oder gesprüht wird, und dort unter Vernetzung die gewünschte Bindung bildet Die Fasern oder Wollen können aber auch mit üblichen Bindemitteln, also z. B. Kunstharzen, aber auch beispielsweise mit hydraulischen Bindemitteln, wie z. B. Zement, unter Bildung von Bausteinen aneinander gebunden werden.

Bevorzugt wird zur Herstellung der zu verspinnenden Schmelze eine Flugasche mit einer Partikelgröße wie sie oben beschrieben ist, eingesetzt Es hat sich gezeigt, daß bei Einsatz derartig aufgebauter Flugaschen die Bereitung der Schmelze bzw. auch die Bereitung von Formkörpern vor dem Schmelzen problemlos ist.

Bevorzugt werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Fasern und Wollen hergestellt, welche die Komponenten a, b und c in den vorher angegebenen bevorzugten Mengenverhältnissen enthalten. Dazu geht man von Flugasche direkt oder von Mischungen der Ausgangskomponenten in den für die Spinnschmelze oben angegebenen Mengenverhältnissen aus.

Es hat sich gezeigt, daß bei der Herstellung, also beim Spinnen der Faser aus Schmelzen auf Flugaschenbasis, mit den oben näher beschriebenen, erfindungsgemäßen Zusammensetzungen, wesentlich weniger Abfall — der üblicherweise in Form von Kügelchen auftritt — anfällt als üblicherweise bei Mineralfasern, daß also die Faserausbeute infolge der neuartigen Zusammensetzung der Ausgangsmischung höher ist als bei den bisher bekannten Mineralfaser-Produktionsprozessen.

Es hat sich zur Herstellung der Fasern und Wollen als günstig erwiesen, wenn man die Flugasche bzw, das Gemisch der Ausgangskomponenten mit einem Anmach- und/oder Bindemittel, vorzugsweise Wasser und/oder Klebstoffen, wie beispielsweise Wasserglas, Phosphate, anorganischen Bindemitteln, z. B. Zement oder Kalk-Hydrat, Melassen und/oder Kunstharzen in Formkörper, beispielsweise Briketts oder Peliets, überführt und diese dem Schmelzvorgang unterwirft. Bevorzugt werden die »Briketts« in einem Schachtofen, insbesondere in einem Kupol-Ofen, in die Spinnschmelze übergeführt.

Eine andere und üblicherweise angewandte Möglichkeit besteht darin, daß man ein, gegebenenfalls feinteiliges, Gemisch der Ausgangskomponenten in einen Elektroschmelzofen einbringt und dort dem Schmelzvorgang unterwirft. Es erfolgt also ein gleichmäßiges Schmelzen zu einer größeren Menge Schmelze, welche zum Verspinnen abgezogen wird.

Beim Verspinnen selbst kann man so vorgehen, daß man die Schmelze durch Spinndüsen führt. Dies ist insbesondere dann von Interesse, wenn beispielsweise lange Verstärkungsfasern gewünscht werden.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß man zum Spinnen von Wolle mindestens einen Strahl der Schmelze über einen rotierenden Spinnteller oder einen Mehrrad-Spinner führt

Man kann aber auch vorsehen, daß man die Schmelze mittels eines Gasstromes, insbesondere eines Luft- oder Dampfstromes, in die erfindungsgemäßen Fasern bzw. Wollen überführt

Besonders vorteilhaft ist es, einen Strahl der Schmelze über einen rotierenden Spinnteller zu führen und zusätzlich mittels Luft- oder Dampfstrom in die Fasern bzw. Wolle überzuführen. Die erfindungsgemäßen Fasern sind sehr fein und haben eine Stärke im Bereich von 2 bis 15 μπι, insbesondere von 5 bis 8 μηι.

Die neuen Fasern bzw. deren Herstellung werden anhand der folgenden Beispiele erläutert

Beispiel 1

Feingepulverte Mischungen (Korngröße bis 50 μΓΠ.) der aus Tabelle 1 ersichtlichen Ausgangs-Komponenten wurden in den dort ersichtlichen Gewichtsverhältnissen innig gemischt und zu für die Untersuchung im Hochtemperatur-Heizmikroskop geeigneten zylindrischen Proben 1 — 12 verarbeitet

Tabelle

10

Probe Nr. Zusammensetzung

1 handelsübliche Glaswolle (Vergleich)

2 »Rockwool« (Basaltwolle) (Vergleich)

	Flugasche	Glas**)	Schmelzhilfe	Art der Schmelzhilfe
	Gew.-%	Gew.-%	Gew.-%
3	80	20	_	—
4	60	40	-	-
5	60	20	20	Ca-Borat
6	75	20	5	Ca-Borat
7	75	20	5	Borax*)
8	75	20	5	Wasserglas*)
9	60	20	20	Borax*)
10	60	20	20	Wasserglas*)
11	75	20	5	Soda
12	60	20	20	NaHCO₃

*) Wasserfrei.
·*) Haushalts- und Industrie-Altglas.

Die so hergestellten Proben wurden im Heizmikroskop unter Standardbedingungen beobachtet und die jeweils beim Sinterbeginn, beim Erweichungspunkt (Beginn eines teigartigen Zustandes), beim Halbkugelpunkt (Probe bildet eine Halbkugel an der Oberfläche)

Tabelle 2

und beim Flüssigkeitspunkt (Probe geschmolzen) herrschende Temperatur bestimmt. Die folgende Tabelle 2 zeigt die Resultate. Die Viskosität der Schmelze lag bei den Proben 3—12 im Bereich zwischen 5 und 100 dPas (Dezi-Pascal-Sekunden).

Probe Nr.

Sinterbeginn

Erweichungspunkt ⁰C

Halbkugelpunkt
⁰C

Flüssigkeitspunkt
⁰C

1	600	680	850	1100
2	750	1230	1240	1255
3	1000	1190	1250	1315
4	770	1030	1100	1260
5	620	890	1020	1200
6	770	1160	1190	1250
7	770	Blasenbildung	1170	1260 (Entgasen)
S	-	1180	1210	1270
9	600	750	-	1050 (Blasen)
10	800	1060	1170	1270
11	830	1180	1220	1300
12	730	1140	1230	1280

Im praktischen Versuch auf einer Pilot-Spinnanlage zeigte sich, daß die Proben 3—12 in einem Temperaturbereich von 1300⁰C, insbesondere 1350⁰C, bis 1400° C im Luftstrom zu einer geschmeidigen Wolle mit einer Faserstärke von 4 bis 9 μιτι und guten Eigenschaften verblasen werden konnten.

Beispiel 2

Es wurden feingepulverte Mischungen der aus der Faserbildungseigenschaften einer praxisorientierten folgenden Tabelle 3 ersichtlichen Komponenten, wie in Spinnfähigkeits-Prüfungunterzogen: Beispiel 1 angegeben, gemischt und nachher deren

Tabelle 3

Probe Nr.

Zusammensetzung
Flugasche Glas

Gew.-%

Schmelzhilfe	Art der Schmelzhilfe	Flüssigkeits
		punkt
Gew.-%		⁰C
20	Dolomit	1420
15	10 Dolomit/	1320
	5CaF₂
15	10 Dolomit/	1310
	5 Borax*)
15	10 Magnesit/	1310
	5 Borax*)
30	20 Kalkstein/	1370
	10 Magnesit
35	20 Kalkstein/	1360
	10 Dolomit/

[;■	13	80	-
!■■■	14	65	20
η ft	15	65	20
'■■■i
·'£ &	16	60	25

I	17	70
ft	18	65	—
		(davon
ta		50 Gew.-%
."■■J"		Mergel)
1 «ti	*) Wasserfrei.


$1

a: Flugasche	50.7%
b: Kalkstein	163%
Magnesit	16,9%
Bindemittel:
Melasse	4,7%
Wasser	2,4%
Kalkhydrat	8,4%

Das Schüttgewicht betrug 833 g/l (Briketts).

In einem Kupol-Ofen wurden diese Briketts geschmolzen. Der Sinterbeginn lag bei 1300°C, hier entnommene Proben zeigten bräunliche Farbe. Die Vollschmelze wurde bei 1370°C erreicht, die entnommenen Proben waren leicht grau gefärbt Die Schmelze wurde einem Spinnrad zugeführt und es wurde eine hochwertige Mineralwolle, Faserstärke 5—8 um, erzielt Die erhaltene Wolle hatte hellgraue Farbe.

Beispiel 4

Die im folgenden beschriebene Schmelze I wurde in einem Kupol-Ofen bei 1350⁰C, die Schmelze Il im Elektroschmelzofen hergestellt:

5CaF,

Durch anorganische Zusätze kann eine Entfärbung der Schmelze und der Fasern erreicht werden. Die Proben 13—18 konnten bei Temperaturen zwischen 1350 und 1400⁰C auf dem Spinnteller zu einer keramischen Wolle aus feinen etwa 5—8 μΐη dicken geschmeidigen Fasern versponnen werden.

Beispiel 3

Es wurden aus der unten angeführten Mischung 19 t Briketts in Nußform 4x4χ2cm³ auf einer Brikettiermaschine hergestellt Die eingesetzte Mischung der Ausgangskomponenten hatte folgende Zusammensetzung:

Schmelzet: 1350⁰C

20 Gew.-% Elektrofilterasche

(Briketts2x4x4cm³)
45Gew.-% Mergel (Korn 45-65 mm)
35Gew.-% Dolomit (Korn 45-65 mm)

Schmelze H: 1360⁰C

36Gew.-% Flugasche
30Gew.-% Mergel (Korn 45-65 mm)
10Gew.-% Magnesit
10Gew.-% Kalkstein
14 Gew.-% Dolomit

(Flugasche. Magnesit Kalkstein und Dolomit
als Briketts 2x4x4 cm³)

Die Schmelze I wurde über einen Vierrad-Spinner geführt und weiße Fasern von 3—8 μπι Dicke wurden erhalten.

Die Schmelze Il wurde mittels Luft-Strom zu hellgrauer Mineralwolle (Faserdicke 5—9 μιτι) versponnen.

Beispiel 5

Auf den Elektrofiltern eines steinkohlegefeuerten kalorischen Kraftwerkes abgeschiedene Flugasche wurde, wie sie ist, in einem Elektro-Schmelzofen auf eine Temperatur von 1620 bis 1640° C gebracht und in eine Schmelze übergeführt, welche im Luftstrom zu einer Steinwolle mit graubrauner Farbe und einer Faserstärke von 3—9 um versponnen wurde.

Claims

Patentansprüche:

1. Keramische Fasern und Wollen auf Basis von silikathaltigen Schmelzen von Verbrennungsrückständen von fossile". Brennstoffen und ggf. Zuschlägen von Schmelzhilfen, wie Erdalkalicarbonaten, dadurch gekennzeichnet, daß diese Schmelzen aus den Komponenten a), a)+b), a)+c) oder a) + b)+c) bestehen, wobei die Komponenten die folgenden sind: