Projekt 20292/01

Optimierung eines emissionsarmen Salzglasierverfahrens für Keramik als Alternative zur traditionellen Kochsalz-Glasur

Projektdurchführung

Töpferhof Mühlendyck
Lindenstr. 39
56203 Höhr-Grenzhausen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Das Projekt zielte auf die Optimierung einer ökologisch unbedenklichen Alternative zur traditionellen Salzglasur, einer Anflugglasur, bei der im keramischen Brand Reaktionen zwischen der heißen Scherbenoberfläche und gezielt dafür in die Ofenatmosphäre eingebrachten Glasiermedien stattfindet, durch welche an der Scherbenoberfläche eine Glasurschicht entsteht.
Das traditionell übliche Verfahren verwendet Kochsalz (NaCI) als Glasiermedium auf dem Werkstoff Steinzeug, das Natrium reagiert mit der Scherbenoberfläche zu einem Natrium-Aluminium-Silikat. Das frei werdende Chlor entweicht und bildet mit der Umgebungsluft Salzsäure. Das Verfahren ist auf großtechnischen Anlagen seit Jahren nicht mehr zulässig. Der Töpferhof Mühlendyck hatte bereits um 1998 die Grundzüge des Verfahrens einer Anflugglasur mittels Natronlauge mit dem Kooperationspartner FGK entwickelt, um Chloremissionen zu vermeiden.
Das Projekt zielte darauf, dieses Verfahren auf einer speziell dafür konzipierten Versuchsanlage weiter zu entwickeln und auf seine Betriebstauglichkeit zu testen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenHierzu wurde zunächst eine Versuchsanlage konzipiert und erstellt, welche für alle in Frage kommenden Anwendungsbereiche hinsichtlich Endtemperatur, Besatzgewicht, Brennatmosphäre und Brennkurve Untersuchungen ermöglichen sollte. Auf der Anlage sollten auch Feuerfestwerkstoffe sowie Beschichtungen hinsichtlich Ihrer Eignung für das Verfahren getestet werden. Hinzu kam die Entwicklung geeigneter Anlagen zum Eindüsen des Glasiermediums Natronlauge.
Es wurde ein Technikumsofen konzipiert, der die Möglichkeit bietet, eine Vielzahl unterschiedlicher Besatzarten bei beliebigen Brennkurven und Randbedingungen zu brennen. Die Nutzraumgröße von 0,6 m³ ist ein Kompromiss aus Begrenzung von Brenngutdurchsatz und Energieverbrauch für die Versuchsbrände und realitätsnahen Bedingungen eines Produktionsbetriebs. Auch die Ofengestaltung als selbsttragende ausgesteifte Stahlblechkonstruktion und die variabel positionierbaren Kromschröder- Hochgeschwindigkeitsbrenner sind auf einen flexiblen Versuchsbetrieb ausgerichtet.
Die Natronlauge-Eindüsanlage wurde mit Ziel einer feinen Vernebelung des Eindüsmediums und eines möglichst länglichen Sprühstrahls konzipiert. Dank Spülluftkühlung waren Ölbrennerdüsen einsetzbar.
Das FGK begleitete die Versuchsbrände, erstellte Brennpläne und eine fotografische Dokumentation und war für die umfangreiche Analytik (z.B. REM; EDX) zuständig.


Ergebnisse und Diskussion

Nachdem sich in der Einfahrphase gezeigt hatte, dass der Ofen sowohl in der Temperaturverteilung wie auch hinsichtlich der Regelbarkeit alle Erwartungen erfüllte und auch die Eindüsanlage ein beherrschbares Einbringen des stark alkalischen Glasiermediums zuließ, wurden die eigentlichen Versuche mit einem Standardbesatz durchgeführt, welcher engobierte Probekörper, Glasurplättchen und Proben von Brennhilfsmitteln enthielt.
Die Versuche zur Verfahrensoptimierung und Erzielung einer gleichmäßigen Verteilung ergaben:
- Das Optimum der Laugenkonzentration liegt bei ca. 7,0%.
- Die optimale Laugenmenge ist werkstoff- und besatzabhängig (kein allgemeingültiges Optimum).
- Die Eindüstemperatur ist werkstoffabhängig; sie ist möglichst niedrig zu wählen.
- Der optimale Ofeninnendruck liegt bei 0,4- 0,8 mbar.
Für die Anlage kann keine optimale Eindüszeit bestimmt werden, ein zügiges Eindüsen ist anzustreben.
Die ökologische Bedeutung des Projekts liegt in der Vermeidung umweltschädlicher Säureemissionen. Beim Glasieren mit NaOH entweicht als Reaktionsprodukt offenbar Wasser, die Abgase sind zwar durch ausgetragenes NaOH nicht völlig im neutralen Bereich, aber deutlich unkritischer als die massiven HCI- und NaCl-Emissionen beim Kochsalzeinsatz in der traditionellen Salzglasur.
Es wurden erfreulich niedrige Fluorwerte gemessenen. Die Schwermetalllöslichkeit in der gebildeten Glasur ist deutlich niedriger ist als beim traditionellen Verfahren. Die Korrosion an Metallbauteilen im Abgasbereich ist im deutlichen Unterschied zum klassischen Verfahren zu vernachlässigen.
Die technologische Bedeutung der Projektergebnisse liegt darin, dass die Parameter des Verfahrens weitgehend erfasst sind und dass industrielle Versuche hierauf aufbauen können.
Die ökonomische Bedeutung des Projekts liegt darin, dass ein Verfahren entwickelt wurde, welches die traditionelle Salzglasur im Töpferhandwerk zwar nicht ersetzen, aber ergänzen kann. Handwerker, welche bislang aufgrund ihrer örtlichen Verhältnisse keine Salzglasur fertigen können, haben nunmehr eine ökologisch tragfähige Alternative. Für die Industrie ergibt sich eine ökologisch unbedenkliche Möglichkeit zur Erzeugung von Anflugglasuren, die besonders zur Erzeugung hochpreisiger Erzeugnisse im Bereich der Fassadengestaltung geeignet ist. Das Verfahren soll in Folgeprojekten mit industriellen Partnern weiter entwickelt werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Auf Grund eines Abkommens mit der Wirtschaftsförderung des Westerwaldkreises steht das Verfahren und auch der Versuchsofen zum Selbstkostenpreis allen Betrieben im Landkreis offen.
Während der Projektlaufzeit wurden jährlich zur Veranstaltung Höhr brennt publikumswirksame Informationsveranstaltungen durchgeführt, wobei besonders der Schaubrand viele Kollegen anlockte.
Das Verfahren war Thema eines Vortrags im keramischen Kolloquium und im Hafnereisymposion 2000.
Es wurde in den Kundenmitteilungen des FGK mehrfach ausführlich erwähnt, und auf der Fachmesse Ceramitec in München präsentiert.


Fazit

Auch wenn es nicht gelungen ist ein Verfahren zu entwickeln, welches die traditionelle Anflugglasur auf der Basis von Kochsalz (NaCI) ersetzt und dabei deren Vorzüge mit einer einwandfreien Umweltbilanz vereinigt, so ist doch ein Verfahren entstanden, welches in bestimmten Bereichen der Keramik eine ökologisch unbedenkliche Anflugglasur möglich macht.
Im Töpferhof Mühlendyck wird in Zukunft mit beiden Verfahren und Kombinationen derselben gearbeitet werden. Es ist zwar nicht möglich, bestehende Serien ohne Abstriche oder Modifikationen im neuen Verfahren zu produzieren. Die Verfahrensentwicklung wird mit Hochdruck fortgeführt; auch ein scaling up ist weiterhin vorgesehen: So bald wie möglich soll auch der Produktionsofen des Töpferhofs Mühlendyck auf die Einsetzbarkeit des neuen Verfahrens umgerüstet werden.