Brenntiegel aus recyceltem keramischen Pulver

Keramische Abfälle aus Produktionsbruch, verschlissenen Brennhilfsmitteln und Tiegeln fallen in der Keramikproduktion in großen Mengen an. Sie beinhalten wertvolle Materialien, beispielsweise SiC und Al₂O₃. Wie diese gesammelt, sortiert, aufbereitet und zu Brenntiegeln recycelt werden können, wurde im Rahmen des BMBF-geförderten KMU-innovativ Projekts »SiAluPor« (FKZ: 033RK070) untersucht.

Eine Rückgewinnung und Weiterverarbeitung von SiC und Al₂O₃ ist von großer Bedeutung, da für die Herstellung einer Tonne neuwertigen SiC ca. 7 bis 8 MWh elektrische Energie benötigt und ca. 6,6 t CO₂ erzeugt werden. Auch die Herstellung technisch relevanter Al₂O₃-Pulverqualitäten ist sehr energieaufwändig.

Der Projektpartner Spitzer Rohstoffhandelsgesellschaft mbH hat europaweit keramische Abfallprodukte mit hohen Anteilen an SiC und Al₂O₃ zusammengetragen. Aus den gesammelten, sortierten und aufbereiteten Abprodukten können reproduzierbar Pulverbatches aus recyceltem SiC bzw. Al₂O₃ hergestellt werden. Durch ihre enge Kornverteilung eignen sie sich für die Verarbeitung über gängige keramische Formgebungsverfahren, wie den Druckschlickerguss (Abb. 1).

Neben der Entfernung metallischer Verunreinigungen, die durch den Mahlprozess eingebracht werden, wurden in enger Kooperation mit Rösler CeramInno Rezepturen für Druckschlickergussmassen auf Basis der recycelten Pulverfraktionen erarbeitet. Diese zeichnen sich durch einen möglichst hohen Anteil recycelten Materials mit grober Körnung von 1 bis 2 mm und eine stabile keramische Bindung aus. Sowohl für tongebundenes SiC als auch für tongebundenes Al₂O₃ konnten passende Zusammensetzungen und Verarbeitungsparameter realisiert werden. Damit ließen sich Brenntiegel herstellen, die beispielsweise für das Kalzinieren keramischer Pulver eingesetzt werden.

In Dauerversuchen (Abb. 2 und 3) zeigte sich, dass die recycelten SiC-Tiegel bei Temperaturen von 1180 °C innerhalb des Versuchszeitraums keine Degradationsmerkmale aufwiesen. Erst bei höherer Temperatur trat eine Reaktion mit dem Brenngut auf, die bei einigen Tiegeln zur Rissbildung führte. Ähnliche Ergebnisse lieferten die Tiegel auf Al₂O₃-Basis. Im Rahmen des Projekts wurde somit erfolgreich nachgewiesen, dass sich gezielt einstellbare Pulverfraktionen aus SiC- und Al₂O₃-Abprodukten reproduzierbar aufbereiten lassen. Durch eine geeignete Reinigung weisen diese nur geringfügig erhöhte Gehalte an Mahleisen auf. Diese Recyclingpulver eignen sich aufgrund ihrer sehr guten Verarbeitungseigenschaften für die Herstellung oxidgebundener SiC- und Al₂O₃-Brenntiegel.