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Vergleichende Analyse von Basalt, Andesit und Andesitbasalten als Rohstoffe für die Herstellung von kontinuierlichen Fasern sowie aussichtsreiche Lagerstätten

Die Herstellung von kontinuierlichen Fasern auf Basis von Basalt, Andesit und Andesitbasalten gewinnt zunehmend an Popularität, dank der hohen Festigkeit, Hitzebeständigkeit und chemischen Widerstandsfähigkeit dieser Materialien. Dieser Artikel behandelt die technischen und technologischen Aspekte der Verwendung dieser Mineralien zur Herstellung von Fasern, deren Betriebseigenschaften, chemische Beständigkeit von Produkten sowie die vielversprechendsten Lagerstätten, die als Rohstoffquelle für die Industrie dienen könnten.

1. Vergleichende Zusammensetzung und Eigenschaften der Mineralien

Für den Vergleich von Basalt, Andesit und Andesitbasalten ist es wichtig, ihre typische chemische Zusammensetzung zu betrachten, da diese die Schlüsseleigenschaften der Fasern bestimmt, wie Festigkeit, Hitzebeständigkeit sowie Widerstandsfähigkeit gegenüber Säuren und Laugen.

Chemische Zusammensetzung von Basalt

Basalt ist der Haupttyp von magmatischen Gesteinen, und seine chemische Zusammensetzung variiert innerhalb der folgenden Grenzen:

• SiO₂ (Siliziumdioxid): 45–52 %
• Al₂O₃ (Aluminiumoxid): 12–16 %
• Fe₂O₃/FeO (Eisenoxide): 9–14 %
• MgO (Magnesiumoxid): 5–12 %
• CaO (Calciumoxid): 6–12 %
• Na₂O + K₂O (Alkalioxide): 2–5 %
• TiO₂ (Titandioxid): 1–3 %

Basalt hat einen hohen Gehalt an Eisenoxiden und Magnesium, was dem Material eine hohe Festigkeit, Hitzebeständigkeit und Laugenbeständigkeit verleiht.

Chemische Zusammensetzung von Andesit

Andesit, als saurerer Typ vulkanischen Gesteins, hat folgende typische Zusammensetzung:

• SiO₂ (Siliziumdioxid): 55–60 %
• Al₂O₃ (Aluminiumoxid): 17–20 %
• Fe₂O₃/FeO (Eisenoxide): 4–6 %
• MgO (Magnesiumoxid): 2–4 %
• CaO (Calciumoxid): 6–7 %
• Na₂O + K₂O (Alkalioxide): 3–7 %
• TiO₂ (Titandioxid): 0,5–1 %

Andesit hat einen höheren Silizium- und Aluminiumgehalt im Vergleich zu Basalt, was ihm eine hohe Säurebeständigkeit verleiht, aber seine Beständigkeit gegenüber Laugen verringert.

Chemische Zusammensetzung von Andesitbasalt

Andesitbasalt ist ein Übergangsgestein zwischen Basalt und Andesit, und seine chemische Zusammensetzung kann variieren:

• SiO₂ (Siliziumdioxid): 50–55 %
• Al₂O₃ (Aluminiumoxid): 15–18 %
• Fe₂O₃/FeO (Eisenoxide): 6–10 %
• MgO (Magnesiumoxid): 4–8 %
• CaO (Calciumoxid): 6–10 %
• Na₂O + K₂O (Alkalioxide): 2–5 %
• TiO₂ (Titandioxid): 1–2 %

Der Siliziumdioxidgehalt in Andesitbasalten ist höher als in Basalt, aber niedriger als in Andesit, was diese Gesteine mittelfest gegen Säuren und Laugen macht. Andesitbasalte kombinieren die Festigkeit und Hitzebeständigkeit von Basalt mit der chemischen Beständigkeit von Andesit, was sie zu einem attraktiven Material für die Faserherstellung macht.

2. Technologische Aspekte der Faserproduktion

Basalt
Die Herstellung von Basaltfasern ist seit langem erprobt und erfolgt durch das Schmelzen des Gesteins bei einer Temperatur von 1300–1400 °C mit anschließender Faserbildung. Dieser Prozess ist relativ einfach und kostengünstig.

Andesit
Andesit schmilzt bei einer etwas höheren Temperatur – etwa 1500 °C, was eine genauere Einstellung der Ausrüstung erfordert. Andesitfasern sind aufgrund ihrer hohen Säurebeständigkeit vielversprechend, befinden sich jedoch noch in der Entwicklung.

Andesitbasalte
Auch die Herstellung von Fasern aus Andesitbasalten ist bei einer Schmelztemperatur von etwa 1400–1500 °C möglich. Dieses Forschungsgebiet gilt als vielversprechend, da diese Fasern die Vorteile beider Mineralien kombinieren können.

3. Chemische Beständigkeit von Produkten

Basaltfasern

Basaltfasern sind aufgrund ihres geringen Siliziumgehalts beständig gegen Laugen, was sie für den Einsatz in alkalischen Umgebungen geeignet macht. Allerdings sind sie weniger säurebeständig.

• Säurebeständigkeit: moderat, sie werden durch starke Säuren zerstört.
• Laugenbeständigkeit: hoch.

  Andesitfasern

Aufgrund des hohen Siliziumgehalts haben Andesitfasern eine hohe Säurebeständigkeit, sind jedoch weniger beständig gegenüber Laugen.

• Säurebeständigkeit: hoch.
• Laugenbeständigkeit: niedrig.

Andesitbasaltfasern
Andesitbasalte kombinieren die Eigenschaften von Basalt und Andesit, was ihnen eine hohe Säurebeständigkeit und eine moderate Laugenbeständigkeit verleiht.

• Säurebeständigkeit: höher als bei Basalt.
• Laugenbeständigkeit: niedriger als bei Basalt, aber besser als bei Andesit.

4. Betriebseigenschaften von Produkten

Basaltfasern

• Hitzebeständigkeit: bis 1000 °C.
• Anwendung: Dämmmaterialien, Verstärkungskomposite, feuerfeste Produkte.

Andesitfasern

• Hitzebeständigkeit: bis 800–900 °C.
• Anwendung: vielversprechend für den Einsatz in säurehaltigen Umgebungen und in der Wärmedämmung.

Andesitbasaltfasern

• Hitzebeständigkeit: bis 1000 °C.
• Anwendung: kombinierte Umgebungen mit Einwirkung von Säuren und Laugen, Strukturmaterialien, Komposite.

5. Aussichtsreiche Lagerstätten von Andesitbasalten

• Ferner Osten und Sibirien, Russland

Im Fernen Osten und in Ostsibirien, einschließlich Kamtschatka und den Kurilen, sind Andesitbasalt-Lavaströme weit verbreitet, was diese Regionen zu vielversprechenden Rohstoffquellen für die Faserproduktion macht.

• Karpaten, Ukraine
  Die Region Transkarpatien ist bekannt für Andesit- und Andesitbasaltvorkommen. Hier könnte eine Entwicklung von Ressourcen für die Faserproduktion erfolgen.
• Andengebirge, Südamerika
  Andesitbasalt-Lagerstätten in Chile und Peru bieten enormes Potenzial für den industriellen Abbau, dank der reichen vulkanischen Gebiete und der wachsenden Infrastruktur.
• Mitteleuropa
  Die Vulkangürtel Deutschlands (Rheinisches Schiefergebirge) und Tschechiens enthalten ebenfalls Andesitbasaltgesteine, was diese Region zu einer wichtigen Rohstoffquelle macht.
• Nordamerika
  Die Kaskadenkette in den USA und Westkanada ist reich an vulkanischen Gesteinen, einschließlich Andesitbasalten, was Chancen für die Faserproduktion eröffnet.

Fazit

Für die Herstellung von kontinuierlichen Fasern bleibt Basalt aufgrund seiner Verfügbarkeit und guten Betriebseigenschaften das Hauptmaterial. Andesit und Andesitbasalte stellen jedoch vielversprechende Alternativen dar, insbesondere in säurehaltigen Umgebungen. Andesitbasalte könnten zu einem Rohstoff für Fasern werden, die die Festigkeit von Basalt und die chemische Beständigkeit von Andesit kombinieren. Andesitbasaltvorkommen in Russland, der Ukraine, Süd- und Nordamerika sowie in Mitteleuropa haben enormes Entwicklungspotenzial, was eine Schlüsselrolle bei der Weiterentwicklung dieser Branche spielen könnte.

Dr. Victor Bartashov

Welche Vorteile bietet das Recycling von KMF-Abfällen mithilfe der IBE-Technologie?

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Elektrischer Schmelzprozess und Komposit-Düsenplatte für die Herstellung von Basalt-Endlosfaser.

Unser Unternehmen hat platinfreie Spinndüse für Continuous Basalt Fiber (CBF) mit der Anzahl der Löcher von 200 bis 600 entwickelt und deren umfassende Tests durchgeführt.

Die zur Implementierung unserer Technologie konzipierte Ausrüstung besteht aus:

• Beladevorrichtung für primäre Basaltfraktion von 0 bis 8 mm ohne jegliche Vorverarbeitung (Waschen, Sortieren usw.)
• Induktionsschmelzofen mit vorgegebenem Temperaturprofil in vier Zonen
• InLine-Mischer (Neuheit!)
• Elektrischer Feeder mit 10 Outlets
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Als Ergebnis wurde ein äußerst stabiler Prozess zur Herstellung von CBF entwickelt, der das Hochgeschwindigkeits-Induktionsschmelzen von Basalt, die Hochtemperatur-Wärmebehandlung und das Niedertemperatur-„Gießen“ von Filamenten umfasst. Das Verfahren ermöglicht es, die Qualität der Basaltfäden über den gesamten Durchmesserbereich zu verbessern, die Anlagenproduktivität, um durchschnittlich 15 % zu steigern und Fadenbrüche beim Ziehen zu vermeiden.

Wirtschaftliche und betriebliche Eigenschaften des oben genannten Gerätesatzes:

• Energieverbrauch pro 1 Tonne Faser                                        820 kWh
• Spinndüse mit 608 Löchern Leistung                                        >30 kg/h
• Der Testzeitraum für die Komposit-Spinndüse                          90 Tage im Dauerbetrieb, die Spinndüse blieb voll funktionsfähig
• Der Durchmesser der elementaren Fasern                               9-16 µ, abhängig von der Ziehgeschwindigkeit
• Preisverhältnis im Vergleich zur PtRh-Spinndüse                     1/15

Bei den Versuchen kam es zu keinem einzigen Bruch der gezogenen Fäden.

Die Arbeiten zur Erhöhung der Geräteleistung werden fortgesetzt.

Technische Daten der Schmelzanlage IBE70-3.2

• Kapazität zum kontinuierlichen Schmelzen im 24/7 x 2-Modus für Basalt mit einem Säuremodul im Bereich von 0,9–2	7,23	t/h
• Kompletter Tiegel:
HTiegel=	2.732	mm
DTiegel=	1.156	mm
Gewicht=	3.037	kg
• Doppelinduktor:
Durchmesser	1.176	mm
Höhe	2.340	mm
• Spezifischer Stromverbrauch	653	kWh/t
• Generatorleistung (installiert)	5.700	kW
• Energieverluste	91	kWh/t
• Wirkungsgrad der Schmelzeinheit	86	%

Arbeitstemperatur:

Schmelzbereich:                     1.270°C

Thermobehandlungsbereich:  1.600°C

Gussbereich:                           1.470°C (einstellbar)

IBE70-3.2

Neue Induktionsanlage IBE70-3.2 zum Schmelzen mineralischer Stoffe (dispergiertes Glas, Stein, Steine bis 12 mm, verschiedene Oxide und deren Mischungen, einschließlich Faserabfälle und Staub) im Dauerbetrieb im Temperaturbereich von 1.100 bis 2.100 °C mit einer Kapazität von bis zu 7 t/h. Einzelheiten auf Anfrage.

FROHE WEIHNACHTEN UND EIN GESUNDES, ERFOLGREICHES NEUES JAHR

Wir wünschen unseren Kunden, Geschäftspartnern und Kollegen ein frohes Weihnachtsfest ️ und alles Gute für 2023!

Recy & DepoTech-Konferenz

Unser Unternehmen hat an der 16.  Recy & DepoTech-Konferenz teilgenommen. Sie fand von 9. bis 11. November in Leoben statt. Unser Vortrag „Der induktive Inline-Ofen für Recycling und Verwertung mineralischer Abfälle und Reststoffe“ wurde mit Interesse aufgenommen. Das Paper steht zum Download bereit. Vortrag_IBE_DepoTech2022

Verfahren zur abfallfreien Herstellung von Dämmstoffprodukten aus Mineralwolle

Am 15.10.2022 wurde unser Patent „Verfahren zur abfallfreien Herstellung von Dämmstoffprodukten aus Mineralwolle“ (AT 524875, Prioritätsdatum 16.08.2021) veröffentlicht.

Die Erfindung betrifft ein wirtschaftlich vorteilhaftes, umwelt- und ressourcenschonendes Verfahren zur Herstellung von Dämmstoffprodukten aus Mineralwolle, bei dem in einem Produktionsbereich (A) die Schmelze in einem Kupolofen, in einem Lichtbogenofen oder in einem gasbefeuerten Schmelzofen erzeugt, zerfasert und zu einem Mineralwollprodukt verarbeitet wird.

Durch Hinzufügung eines Produktionsbereiches (B), in dem die körnigen und faserigen Produktionsabfälle beider Produktionsbereiche in einem induktiv beheizten Inline-Schmelzofen geschmolzen und zu einem Mineralwollprodukt verarbeitet werden, entsteht eine abfallfreie Produktion. Die Brikettierung oder Deponierung der Abfälle entfällt. Es ist nicht nötig, Abfälle in qualitätsmindernder Weise den bereits erzeugten Fasern zuzugeben.

Die Erfindung beruht auf dem Alleinstellungsmerkmal des von IBE entwickelten induktiv beheizten Inline-Schmelzofens, mit dem ein kontinuierlicher Schmelzstrom aus körnigem und faserigem Aufgabematerial bis 12 mm Korngröße in beliebigen Anteilen erzeugt werden kann.

Dem induktiv beheizten Inline-Schmelzofen können zusätzlich mineralische Einsatzstoffe aufgegeben werden, wie zum Beispiel Basalt und Dolomit, wodurch die Produktionsmenge mit vergleichsweise geringem Aufwand erhöht werden kann.

Beide Produktionsbereiche verfügen in vorteilhafter Weise über eine zusammenhängende Produktionsplanung und -steuerung und eine gemeinsame Infrastruktur, inbegriffen die Strom- und Medienversorgung, die Automation, die Logistik, die Rohstoffaufbereitung, die Aufbereitung von Produktionsabfällen, die Bindemittelaufbereitung, die Verpackung, die Kommissionierung, die Wartungs- und Reparatureinrichtungen.

Zum Patent AT524875:  https://www.ibe.at/de/veroeffentlichungen/

INBETRIEBNAHME DER INDUKTIVEN SCHMELZANLAGE IM PRODUKTIONSWERK JIZZAX

Am 01.10.22 wurde im Werk Jizzaх (Usbekistan) das 25.000-Tonnen induktiven Schmelzaggregat für Schmelzung des Basaltes in Betrieb genommen. Die Montage mit anschließender Inbetriebnahme für den Rest der Produktionslinie wird fortgesetzt.

IBE Lose Stopfsteinwolle

IBE Lose Stopfsteinwolle ist ein praktisches und wirtschaftliches Wärmedämmmaterial, bestehend aus imprägnierten Steinwollefasern. Dieses Dämmstoffprodukt kann schon nach der Montage und Inbetriebnahme der Schmelz- und Zerfaserungseinheit als Teilbereich der kompletten Produktionslinie hergestellt werden. IBE Lose Stopfsteinwolle lässt sich leicht auseinanderziehen und eignet sich besonders zum Ausfüllen von schwer zugänglichen Hohlräumen oder komplexen Bauteilen. Wie Steinwolleprodukte generell ist IBE Lose Stopfsteinwolle nichtbrennbar (Baustoffklasse A1), wärme- und schalldämmend, alterungsbeständig sowie chemisch neutral. Das Produkt ist einfach und schnell zu verarbeiten.