Charakterisierung von Mineraloberflächen im Unterauftrag zum Projekt Simulationsunterstützte Entwicklung prozessstabiler Rohstoffkomponenten und Suspensionen für die Produktion von Sanitärkeramik auf der Basis modifizierter Mineraloberflächen (SIMSAN)

  • Ansprechpartner:

    Prof. Dr. Katja Emmerich

  • Projektgruppe:

    Angewandte mineralogie/Clay Science

  • Förderung:

    Unterauftrag FGK unter BMBF-Geotechnologien

  • Partner:

    Forschungsinstitut für Anorganische Werkstoffe - Glas/Keramik GmbH (FGK), Höhr-Grenzhausen (Koordinator)

    Stephan Schmidt KG, Dornburg

    Zschimmer & Schwarz GmbH & Co. KG, Lahnstein

    Villeroy & Boch AG, Geschäftsfeld Sanitärkeramik, Mettlach/Saar

    Lehrstuhl für Material- und Prozesssimulation, Universität Bayreuth

In der modernen Sanitärkeramikproduktion ist die technische Prozessgeschwindigkeit durch den Druckguss signifikant gesteigert worden. Variationen in der mineralogischen Zusammensetzung, aber auch in der Partikelgrößenverteilung und -morphologie der eingesetzten natürlichen Rohstoffe führen in der Produktion zu instabilen Prozessen und erhöhten Ausschussquoten.

Die Beschaffenheit der Mineraloberflächen eines Rohstoffgemenges ist die Grundlage für das rheologische Verhalten eines Versatzes, die Scherbenbildungsgeschwindigkeit im Gießprozess sowie die resultierenden Eigenschaften des Grünlings. Im Rahmen des Projektes sollte geklärt werden, welche chemischen und physikalischen Charakteristika an den Oberflächen der eingesetzten mineralischen Rohstoffe auftreten und mit welcher Intensität und Signifikanz sie auf den Prozess der Druckgussproduktion wirken.

Über quantitative Vorhersagen aus Simulationsrechnungen hinsichtlich der Auswirkungen von Additiven und prozessführenden Parametern auf die Scherbenbildungsrate und die Mikrostruktur des Scherbens beim Schlickerdruckguss sollen die Rohstoffbetriebe und die Keramikindustrie in die Lage versetzt werden, stabile Rohstoffmischungen und Gießschlicker zu entwickeln und so robuste Prozesse im Sinne eines nachhaltigen Wirtschaftens zu etablieren.

Die Oberflächeneigenschaften (PZC und Zetapotential) der Rohstoffpartikel sind nicht direkt messbar, da die Phasen nicht separiert werden können. Aus diesem Grund finden Parameter der Einzelphasen aus der konsistenten mineralogischen Charakterisierung von keramischen Tonrohstoffen Eingang in die Modellierung.

Die Bestimmung des quantitativen Phasenbestandes über verschiedene Korngrößenbereiche ermöglicht die Zuordnung von Oberflächeneigenschaften zu (Ton-) Mineralpartikeln und die Modellierung ihres Zusammenwirkens in einer feststoffreichen Suspension unter dem Einfluss von Elektrolyten durch lösliche Minerale sowie zugesetzte Additive.

Schlussbericht