
Feuerfeste Anwendungen von Glaspulvern
Ein feuerfestes Material
ist ein Material, das eine hohe Toleranz der Temperatur hat, und bei hohen Temperaturen ist resistent gegen Risse, Abbau oder andere chemische Angriffe. Pulverglas kann als Bestandteil bei der Herstellung von feuerfesten Materialien dienen. Die Eisen- und Stahlindustrie verbraucht 70 der weltweiten Versorgung mit feuerfesten Materialien (1). Feuerfeste Materialien gibt es in mehreren Klassen; sauer, basisl,oxid-kohlenstoff- oder spezialisiert. Als Hauptquelle von Kieselsäure(2) ist gemahlenes Glas daher ein saures feuerfestes Material; Kieselsäure ist die am häufigsten verwendete feuerfeste(3). Es wird geschätzt, dass jährlich mehr als 200 Millionen Tonnen Glasabfälle erzeugt werden(4), so dass eine Wiederverwendung eines großteils dieses Altglases unerlässlich ist. Da es sich um ein Abfallprodukt handelt, ist es sehr kostengünstig und damit für industrielle Zwecke attraktiv.
Der überwiegende Teil des
gemahlenen Glases
stammt aus Abfallbehältern und Plattenglas(5). Altglas wird in der Regel auf kommunaler Ebene gesammelt und erfährt eine Menge Reinigung, bevor es in Pellets zerkleinert wird, die als Scherben bezeichnet werden. Cullet selbst kann direkt geschmolzen werden, um mehr Glas herzustellen, oder es kann zu einem feinen Pulver gemahlen werden. Entscheidend für den Prozess ist die Identifizierung des Glases selbst - Glas mit hohem Metall- oder Metalloidgehalt kann einen Mangel an Gleichmäßigkeit in der Scherbenart us-Scherben selbst, dem Pulverscherben, verursachen, wenn es über diesen Weg oder in einem zukünftigen Glasprodukt verarbeitet wird.
Die Wiederverwendung von Glasscherben ist aufgrund der Recyclingungleichgewichte im Abfallsystem eines bestimmten Landes wichtig. Das Vereinigte Königreich beispielsweise kann nicht das gesamte grüne Glas (hauptsächlich aus Weinflaschen) verarbeiten, das es verwendet, und muss daher grüne Glasscherben exportieren. Es wäre von Vorteil, den Scherbenhaufen vor Ort zu verwenden und nicht zu exportieren.
Bodenglas hat verwendungsgemäß bei der Herstellung von Glasfaserisolierungen und als Flussmittel bei der Herstellung von Ziegeln gefunden. Diese sind jedoch keine feuerfesten Materialien für sich. Eine Teilmenge von Ziegeln sind jedoch so genannte "Feuersteine".


Feuerfeste Materialien
Feuerfeste Materialien werden in einem sequenziellen Verfahren hergestellt: Rohstoffverarbeitung, Umformung und anschließendes Brennen. Feuersteine sind ein Beispiel für ein kieselfestes Feuerfestmaterial. Sie werden für ihre hohe Temperaturbeständigkeit geschätzt. Solche Ziegel sind in Stahl- und Glasöfen zu finden und enthalten im Laufe der Zeit enthaltenes Bodenglas(6) als Hauptbestandteil. Andere Verwendungen jenseits von Ziegeln wurden demonstriert, wie z. B. ein tundish Futter und in Keramik und Zement.
Tundishes
Ein Tundish ist eine Vorrichtung, die bei der kontinuierlichen Herstellung von Stahlprodukten verwendet wird und als Puffer zwischen dem Ofen und den Gussformen fungiert. Entscheidend für die effiziente Stahlproduktion ist, dass der geschmolzene Stahl nicht an anderen Stellen als der Form zu kühlen und zu erstarren beginnt. Tundishes sind daher mit mehreren Schichten feuerfester Materialien isoliert(7). Neben Isolatoren werden tundishes zunehmend zur Reinigung des geschmolzenen Stahls verwendet, um nichtmetallische Verunreinigungen zu absorbieren und Oxidation zu verhindern(8).
Bei der Auswahl feuerfester Materialien, um tundish Schichten zu bilden, ist es wichtig, nicht nur die Eigenschaften des Materials selbst zu berücksichtigen, sondern auch die Eigenschaften, die aus der Form abgeleitet werden, in der es sich befindet. Tundishes, die mit Schichten von feuerfesten Ziegeln ausgekleidet sind, halten in der Regel weniger Zeit als die von Auskleidungen aus einzelnen, gegossenen Feuerfeststoffen(9) (weniger als fünf Hitzen im Vergleich zu 30 für den monolithentypen Typ). Ein früher tundish Liner bestand aus Natriumsilikat, das selbst aus der Reaktion von Kieselsäure und Natriumhydroxid gebildet wurde.
Ein besonders nützliches Merkmal von Kieselsäure - und damit geschliffenem Glas - ist, dass es in der Lage ist, Eisenoxid aus geschmolzenem Stahl zu entfernen, sowohl im Tundish als auch wenn es direkt in den geschmolzenen Stahl injiziert wird(10). Bei direkter Verwendung in einem geschmolzenen Aluminium-abgetöteten Stahl ersetzt das geschliffene Glas die Notwendigkeit von Calciumsilizid, das für die Umwandlung fehlerhafter Aluminiumoxidpartikel benötigt wird. Calciumsilizid ist entzündlich und kann sich spontan in der Luft entzünden. Studien haben gezeigt, dass nur 122 g pro Tonne geschmolzenen Stahls benötigt werden. Als Teil des Liners kann Scherben verwendet werden und wirkt als Flussmittel, das bei der Reinigung des geschmolzenen Metalls(11) hilft und potenziell nachgelagerte Vorteile wie die Verbesserung der Duktilität und Zerspanbarkeit bietet.

Keramik
Bodenscherben haben Anwendung in der
Herstellung von Keramik
neben Kaolin und Ton gefunden, diese Keramik enthäut gegen Temperaturänderungen, vorgeblich aufgrund des Vorhandenseins der gemahlenen Glas-abgeleiteten Kieselsäure feuerfest(12), und gelten als Kandidaten für den Einsatz in rauen Bedingungen Umgebungen aufgrund ihrer chemischen Beständigkeit(13). Mit der Behandlung von Kaolin und Ton auf diese Weise kann das gemahlene Glas in eine synthetische Wollastonitkeramik umgewandelt werden(14), die selbst als Isolator in Steinwolle verwendet wird, und für die weitere Eingemeindung in Keramik mit einem Bedarf an Leistung.

Als Bestandteil bei der Herstellung von nachwachsenden Keramikfritten aus Abfallstoffen hat sich gemahlenes Glas neben Keramikschlamm als nützlich erwiesen, um Engobes zu bilden, die dann in thermisch stabile Fliesenprodukte umgewandelt werden können(15). Die Zusammensetzung war nicht nur hitzebeständig auf 1450°C, sondern war auch deutlich billiger als die Herstellung von Fritten und Engoben aus neuen Materialien. Ein Engobe ist eine dünne Schicht aus meist tonbasierten Materialien, die auf und mit Keramik verwendet werden, um mechanische Eigenschaften zu bieten. Einer der vielen Vorteile des Einsatzes von Erdglas in der Engobe ist die Energieeinsparung, die für die Produktion benötigt wird - da es sich als Fluss im Herstellungsprozess verhält. Bei der Herstellung von Steinzeug kann Keramik mit einem großen Prozentanteil aus gemahlenem Glas hergestellt werden, sintern bei 1000°C, mit Härte und Festigkeit vergleichbar mit herkömmlichem Porzellan(16) - Forscher führen die Stärke auf Wechselwirkungen zwischen Glas und Ton, der mehrere kristalline Phasen produziert.
Zemente und Ziegel
Bei der Herstellung von Zementen wird geschliffenes Glas seit langem als Aggregat verwendet. In pulverförmiger Form haben Forscher festgestellt, dass gemahlenes Glas eine gewisse pozzolanische Aktivität bietet. Einfach ausgedrückt, je feiner das gemahlene Glaspulver, desto stärker die pozzolanische Aktivität. In einigen Szenarien kann eine Menge Portlandzement im Betonmix durch gemahlenes Glas ersetzt werden(17). Feuerfester Zement ist analog zu herkömmlichem Zement, aber der Portland-Zement wird durch verschiedene Calcium-Aluminiumoxide ersetzt. Es wird verwendet, wenn Festigkeit unter hohen Temperaturen erforderlich ist, z. B. in Ofenauskleidungen(18).
Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Gemahlenglas in feuerfestem Zement ist seine Fähigkeit, die Alkali-Siliziumdioxid-Ausdehnung zu reduzieren, obwohl festgestellt wird, dass die Partikelgröße eine wesentliche Rolle spielt(19). Die in der Literatur berichteten Daten zeigen, dass, wenn das Altglas fein gemahlen ist, insbesondere bei Sorten unter 75 m, der Alkali-Silica-Effekt nicht auftritt und die Haltbarkeit des Mörtels erhalten bleibt oder sogar verbessert wird(20). Die Vermeidung dieses Effekts verlängert die Lebensdauer des feuerfesten Zements. Darüber hinaus wird die Verwendung von Altglasmaterialien zu niedrigeren finanziellen und ökologischen Kosten in der Zementproduktion führen(21).
In einer Studie wurde festgestellt, dass die Einbeziehung von Altglas die Leistungsmerkmale des erzeugten feuerfesten Ziegels verbesserte: Die Schrumpfung des Feuers verringerte sich, während die Schüttdichte und die Druckfestigkeit mit größerem Glasgehalt zunahmen(22). Neben Calciumoxid wurde gemahlenes Glas - als Quelle von Kieselsäure - verwendet, um kieselfeste Steine zu bilden(23), und neben Kalksteinstaub Ziegel mit verbesserten Druckfestigkeitseigenschaften zu produzieren(24). Darüber hinaus wurde geschliffenes Glas in Abstimmung mit Biomasse und Ton verwendet, um einen effektiven Feuerstein aus ausschließlich nachwachsenden Rohstoffen herzustellen(25).


Ähnliche Konzepte
Reisschale Kieselsäure ist ein natürliches Produkt aus dem Mahlen von Reisschalen abgeleitet, es hat einen hohen Kieselsäuregehalt und ist ähnlich in Eigenschaften wie ultrafeine geschliffenes Glas.
Es wurde zur Herstellung von Cordierit für Wärmedämmungszwecke verwendet(26). Die Verwendung von Kieselsäuresand bei der Herstellung von feuerfesten Ziegeln bietet auch verbesserte mechanische Eigenschaften und hohe Leistung bei typischen Feuerziegeltemperaturen(27). Kieselsäuresand ist, wie Reisschalen-Siliziumzilica, ein feines Pulver, das dem gemahlenen Glas weitgehend ähnelt.
Zusammenfassung
- Ground Class (Cullet) ist ein preiswertes Produkt, das weitgehend auf Deponien landet, wenn es nicht recycelt wird. Es ist eine lebensfähige Quelle von Kieselsäure.
- Es wird in der Stahl- und Glasherstellung für die Auskleidung von Öfen verwendet, oft als Teil eines feuerfesten Zements.
- Bodenglas wird in Tundishes in der Stahlherstellung verwendet, um einen stabilen Fluss von geschmolzenem Stahl zu gewährleisten und gleichzeitig Verunreinigungen zu entfernen.
- In feuerfester Keramik und Steinzeug wird gemahlenes Glas verwendet, um einen Teil des Tonmaterials zu ersetzen und dadurch die thermischen Kapazitäten und Festigkeit zu erhöhen.
- Als Teil von feuerfesten Zementen kann gemahlenes Glas hinzugefügt werden, um einen Teil des Aggregats, Zementoder beides zu ersetzen - was Verbesserungen in Festigkeit, Haltbarkeit und Hitzebeständigkeit bietet.
- Bei feuerfesten Ziegeln verbesserte die Zugabe von gemahlenem Glas einige mechanische Leistungsmerkmale.
- Insgesamt ist Gemahlenglas ein brauchbares Material für den Einsatz in feuerfesten Anwendungen.

Verweise
1 A. Muan and E. F. Osborne, Phase Equilibrium among Oxides in Steelmaking, Addison Wesley, Reading, Vereinigte Staaten, 1965
2 M. H. Rahman et al., Int. J. Sust. Gebaut. Env., 2017, 6, 37
3 A. Muan und S. Somiya, J. Am. Ceram. Soc.Transportjahr 1959, 42, 603
4 Q. Ma, et al., Konstanz. Bauen. Mater. 2015, 93, 371
5 R. K. Dhir OBE et al., Nachhaltige Baustoffe: Glass Cullet, Woodhead, Duxford, Großbritannien, 2018
6 US-Patent US3360387A, 1967, abgelaufen
7 US-Patent US3963815A, 1974, abgelaufen
8 S. Aminorroya et al., Basic Tundish Powder Evaluation for Continuous Casting of Clean Steel, in AIS Tech - The Iron & Steel Technology Conference and Exposition, Cleveland, 2006
9 Y. V. Materikin und V. A. Molochkov, Feuerfeste, 1983, 24, 108
10 E. T. Turkdogan, Eisen- und Stahlerzeugung, 2004, 31, 131
11 US-Patente US5366535A, 1992, abgelaufen und US617437B1, 1996, abgelaufen
12 M. R. Sahar et al., Int. J. Bergbau Metallurgie Mat., 2018, 25, 350
13 K. Okada, Eur. J. Ceram. Soc.Transport , 2004, 24, 2367
14 W. Zhang und H. Liu, Ceram. Int., 2013, 39, 1943
15 A. P. N. Oliveira et al., J. Cleaner Prod., 2015, 86, 461
16 E. Bernardo, J. Am. Ceram. Soc., 2008, 91, 2156
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18 N. Schwarz et al., Adv. Appl. Ceram., 2010, 109, 253
19 W. Li et al., Int. J. Betonstruktur. Mater., 2018, 12, 67
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21 I. B. Toph und M. Canbaz, Zement Concr. Res.Transport , 2004, 34, 267
22 H. H. Abdeen, Master-Abschluss, The Islamic University-Gaza, 2016
23 G. Almarahle, Bin. J. Appl. Sci.Transportjahr 2005, 2, 465
24 P. Turgut, Mater. und Struct.Transport , 2008, 41, 805
25 M. Vlasova et al., Sci. Sintern, 2011, 43, 81
26 S. Sembling et al., Ceram. Int., 2016, 42, 8431
27 C. Sadik, J. Mater. Env. Sci., 2013, 4, 987
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