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T1 - Entwicklung eines Verfahrens zur kontrollierten Expansion von feinstdispersen Perlit-Rohsanden

AU - Weingrill, Georg

N1 - gesperrt bis 03-04-2024

PY - 2019

Y1 - 2019

N2 - Das Hauptaugenmerk dieser mehrjährigen Forschungsarbeit lag auf der Entwicklung eines ausschließlich elektrisch betriebenen Verfahrens zur kontrollierten Expansion feinstdisperser Perlit-Rohsande. Im Sinne einer möglichst vollständigen Nutzung von Lagerstätten stellt das als Bublite-Prozess bezeichnete Konzept zur geschlossenzelligen Expansion vulkanischer Gläser für den Korngrößenbereich < 100 µm eine Ergänzung zum bereits erfolgreich am Markt eingeführten Bublon®-Prozess der in Gleisdorf situierten Bublon GmbH dar. Die vorliegende Dissertation ist in sieben Kapitel unterteilt, die sich thematisch drei Teilen zuordnen lassen: Der erste Teil der in den Kapiteln 3 und 4 dargestellten Forschungsarbeiten befasst sich – nach einer kurzen Einleitung (Kapitel 1) und einer Beschreibung der Aufgabenstellung (Kapitel 2) – allgemein mit Perlit als mineralischer Rohstoff aus unterschiedlichen Blickwinkeln. Aus ausgedehnten, chemischen Analysen und Bestimmungen des gebundenen Wassers wurde abgeleitet, dass der Gehalt an Wasser einen signifikanten Einfluss in Form einer Erniedrigung der Viskosität der Glasschmelze um etwa 10² Pa·s hat, wodurch eine Expansion erst ermöglicht wird. Zudem konnte festgestellt werden, dass sich auch Unterschiede im Kieselsäuregehalt (Schwankungsbreite von etwa 2 %) auf die Viskosität der Schmelze auswirken. Mittels ortsaufgelöster Mikrosondenanalyse wurde eine inhomogene Verteilung der Alkalielemente in den Körnern gemessen. Diese Verteilungen wiesen ähnliche Formen wie die für Perlit typischen splitterartigen Bruchstücke auf, was auf eine Schwächung des Gefüges an eben diesen Stellen schließen ließ. Neben der Beschreibung konventioneller Expansionsverfahren wurden in Ergänzung orientierende Untersuchungen mit weiteren, nachfolgend aufgelisteten Rohstoff-Produkten durchgeführt, welche die Einsatzmöglichkeiten der Bublon®- bzw. Bublite-Prozesse wesentlich erweitern würden: •Cenosphären aus der Steinkohleverfeuerung •geschäumte Altglaskugeln •Hohlglaskugeln •Blähton-Granulate Zur Herstellung der für eine qualitätsvolle Expansion zu feinstdispersen Bublite-Granulaten benötigten engen Korngrößenfraktionen stellte sich die Klassierung mittels Taumelsiebung mit Ultraschallabreinigung als effizienteste Methode heraus. Im zweiten Teil der in den Kapiteln 5 und 6 beschriebenen Forschungsarbeiten wurden jene Ergebnisse zusammengefasst, die die Konstruktion, Fertigung, Inbetriebnahme und Durchführung der Versuchsreihen zur Prüfung auf Funktionalität des Bublite-Expansionsschachtes zum Inhalt hatten. Der korrekten Auslegung der Dispergierstelle, welche einerseits mittels Vielfachdiffusor und andererseits mittels Saugtaschenlösung ausgeführt ist, kam dabei eine besondere Bedeutung zu. Insgesamt wurden drei unterschiedliche Konfigurationen auf Einsatztauglichkeit und Betriebsverhalten geprüft, wobei zwei Konfigurationen den Vielfachdiffusor als Basis hatten und eine die Saugtaschenlösung. Die Vorwärmung der Dispergierluft erwies sich aus thermodynamischer Sicht als zwingend erforderlich, um den Effekt der konvektiven Kühlung zu minimieren und gute Expansionsergebnisse zu erhalten. Im dritten Teil, welcher in Kapitel 7 zu finden ist, wurde auf die Eigenschaften und mögliche Anwendungen der expandierten Perlitprodukte eingegangen. Aus den Bestimmungen der Kornfestigkeiten der expandierten Perlitprodukte wurde zudem ein quadratischer Zusammenhang zwischen Kornfestigkeit und Schüttdichte abgeleitet. Versuche, das erzeugte Expansionsprodukt weiter aufzubereiten, um noch niedrigere Schüttdichten zu erreichen, zeigten, dass bei der Sortierung am Lufttrennherd die besten Sortierergebnisse zu erwarten sind. Beim Einsatz als funktionelles Leichtstoffgranulat in Spritzgussteilen konnte eine Verbesserung des E-Moduls um max. 58 % und der Bruchdehnung um 42 % gemessen werden.

AB - Das Hauptaugenmerk dieser mehrjährigen Forschungsarbeit lag auf der Entwicklung eines ausschließlich elektrisch betriebenen Verfahrens zur kontrollierten Expansion feinstdisperser Perlit-Rohsande. Im Sinne einer möglichst vollständigen Nutzung von Lagerstätten stellt das als Bublite-Prozess bezeichnete Konzept zur geschlossenzelligen Expansion vulkanischer Gläser für den Korngrößenbereich < 100 µm eine Ergänzung zum bereits erfolgreich am Markt eingeführten Bublon®-Prozess der in Gleisdorf situierten Bublon GmbH dar. Die vorliegende Dissertation ist in sieben Kapitel unterteilt, die sich thematisch drei Teilen zuordnen lassen: Der erste Teil der in den Kapiteln 3 und 4 dargestellten Forschungsarbeiten befasst sich – nach einer kurzen Einleitung (Kapitel 1) und einer Beschreibung der Aufgabenstellung (Kapitel 2) – allgemein mit Perlit als mineralischer Rohstoff aus unterschiedlichen Blickwinkeln. Aus ausgedehnten, chemischen Analysen und Bestimmungen des gebundenen Wassers wurde abgeleitet, dass der Gehalt an Wasser einen signifikanten Einfluss in Form einer Erniedrigung der Viskosität der Glasschmelze um etwa 10² Pa·s hat, wodurch eine Expansion erst ermöglicht wird. Zudem konnte festgestellt werden, dass sich auch Unterschiede im Kieselsäuregehalt (Schwankungsbreite von etwa 2 %) auf die Viskosität der Schmelze auswirken. Mittels ortsaufgelöster Mikrosondenanalyse wurde eine inhomogene Verteilung der Alkalielemente in den Körnern gemessen. Diese Verteilungen wiesen ähnliche Formen wie die für Perlit typischen splitterartigen Bruchstücke auf, was auf eine Schwächung des Gefüges an eben diesen Stellen schließen ließ. Neben der Beschreibung konventioneller Expansionsverfahren wurden in Ergänzung orientierende Untersuchungen mit weiteren, nachfolgend aufgelisteten Rohstoff-Produkten durchgeführt, welche die Einsatzmöglichkeiten der Bublon®- bzw. Bublite-Prozesse wesentlich erweitern würden: •Cenosphären aus der Steinkohleverfeuerung •geschäumte Altglaskugeln •Hohlglaskugeln •Blähton-Granulate Zur Herstellung der für eine qualitätsvolle Expansion zu feinstdispersen Bublite-Granulaten benötigten engen Korngrößenfraktionen stellte sich die Klassierung mittels Taumelsiebung mit Ultraschallabreinigung als effizienteste Methode heraus. Im zweiten Teil der in den Kapiteln 5 und 6 beschriebenen Forschungsarbeiten wurden jene Ergebnisse zusammengefasst, die die Konstruktion, Fertigung, Inbetriebnahme und Durchführung der Versuchsreihen zur Prüfung auf Funktionalität des Bublite-Expansionsschachtes zum Inhalt hatten. Der korrekten Auslegung der Dispergierstelle, welche einerseits mittels Vielfachdiffusor und andererseits mittels Saugtaschenlösung ausgeführt ist, kam dabei eine besondere Bedeutung zu. Insgesamt wurden drei unterschiedliche Konfigurationen auf Einsatztauglichkeit und Betriebsverhalten geprüft, wobei zwei Konfigurationen den Vielfachdiffusor als Basis hatten und eine die Saugtaschenlösung. Die Vorwärmung der Dispergierluft erwies sich aus thermodynamischer Sicht als zwingend erforderlich, um den Effekt der konvektiven Kühlung zu minimieren und gute Expansionsergebnisse zu erhalten. Im dritten Teil, welcher in Kapitel 7 zu finden ist, wurde auf die Eigenschaften und mögliche Anwendungen der expandierten Perlitprodukte eingegangen. Aus den Bestimmungen der Kornfestigkeiten der expandierten Perlitprodukte wurde zudem ein quadratischer Zusammenhang zwischen Kornfestigkeit und Schüttdichte abgeleitet. Versuche, das erzeugte Expansionsprodukt weiter aufzubereiten, um noch niedrigere Schüttdichten zu erreichen, zeigten, dass bei der Sortierung am Lufttrennherd die besten Sortierergebnisse zu erwarten sind. Beim Einsatz als funktionelles Leichtstoffgranulat in Spritzgussteilen konnte eine Verbesserung des E-Moduls um max. 58 % und der Bruchdehnung um 42 % gemessen werden.

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M3 - Dissertation

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