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Verfahren zur Herstellung eines für die Erzeugung von Baumaterial geeigneten Stoffes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Brennen von Kalkstein in Gegenwart eines kieselsäurehalti- gen Materials für die Herstellung von Ausgangsstoffen für hydraulische Bindemittel, z. B. für die Leicht- betonherstellung. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf das Brennen von Kalkstein mit Schiefer, der zwecks Extraktion wertvoller Salze oder Metalle ausgelaugt werden kann, oder mit andern bituminösen, kieselsäurehaltigen Materialien.
Bei der Herstellung von Blocksteinen für Bauzwecke aus schwedischen Schiefern wird im allgemeinen so vorgegangen, dass der in diesem Material enthaltene Schiefer und Kalkstein in Schachtöfen od. dgl. gebrannt und die bei der Verbrennung des Schiefers erzeugte Wärme teilweise zum Brennen des Kalksteins ausgenutzt wird. Zwecks Gewinnung eines geeigneten Ausgangsstoffes für die Herstellung z. B. von Leichtbeton ist es notwendig, dass der Schiefer und der Kalkstein auf mindestens 10000C erhitzt werden. Andernfalls erhalten die aus dem Material erzeugten Blocksteine unerwünschte Festigkeitswerte. Bei derart hohen Temperaturen erreicht der Schiefer, z.
B. in einem gewöhnlichen Ofen, schon seine Erweichungstemperatur und es ergeben sich bei Öfen, insbesondere Schachtöfen, Schwierigkeiten, eine ausreichend hohe Temperatur aufrechtzuerhalten, ohne dass Betriebsstörungen auftreten und eine schlechte Ausbeute erzielt wird.
Es besteht also die Aufgabe, Kalkstein in solcher Weise zu brennen, dass kein gebildetes CaO mit gleichzeitig vorhandener Kieselsäure unter Bildung von CaO. SiO reagiert ; dieses Silikat ist für den hydraulischen Abbindevorgang bei der Blocksteinherstellung ungeeignet und dessen Bildung bedeutet daher lediglich einen Verlust an CaO sowie an SiO, die für den Aufbau solcher Silikate erforderlich sind, die das Material der Blocksteine, insbesondere bei der Dampfbehandlung derselben, zu verbinden haben.
Es ist an sich bekannt, Kalziumkarbonat und kieselsäurehaltiges Material zur Herstellung eines Baustoffes miteinander zu brennen. Soweit es sich dabei um die Herstellung portlandzementartiger hydraulischer Bindemittel handelt, wie dies bei den üblichen Zementbrenntemperaturen von 1250 bis 1400 C geschieht, tritt jedoch eine chemische Reaktion ein, die im vorliegenden Fall vermieden werden muss.
Bei den ändern Brennvorgängen werden wieder die gebräuchlichen Kalkbrenntemperaturen von 800 bis 9800C nicht überschritten und damit Produkte erhalten, die nur als Mörtelbindemittel brauchbar sind.
Es wurde nun festgestellt, dass ein Stoff von ausgezeichneter Eignung für die Erzeugung eines hydraulischen Baumaterial dadurch hergestellt werden kann, dass Kalkstein und das bituminöse kieselsäurehaltige Material in einer Wirbelschicht bei einer Minimaltemperatur von 10000C und einer unter 1150 C liegenden Maximaltemperatur gebrannt werden, die so begrenzt wird, dass die Teilchen des gebrannten Kalksteins nicht mit den Teilchen des Kieselsäurematerials chemisch reagieren. Die Menge der in den gebrannten Produkten gebildeten Sulfide wird zu einem beträchtlichen Masse verringert, so dass die sogenannte Verwitterung der Blocksteine vermieden wird.
Durch Einhaltung einer Mindesttemperatur von 1000 C gelingt es, einen für die Erzeugung eines Baumaterial geeigneten, gebrannten Kalk und Kieselsäure enthaltenden Stoff ohne Zusammenkleben der Beschickung, also in störungsfreiem Betrieb, herzustellen. Ausserdem wird eine bedeutende Steigerung der Festigkeit von Kunststeinen aus diesem erfin-
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dungsgemäss zwischen 10000 und 11500C gebrannten Material erzielt, beispielsweise für Leichtbetonsteine mit einem spez. Gewicht von 0, 65 kg/dm3 mit einem Festigkeitswert von 43 kg/cma (Brenntemperatur für Schiefer und Kalk : 9000C) auf einen Wert von 54 kg/crn bei einer Brenntemperatur von 105 0 C.
Das Brennen kann bei Verwendung von Schiefer als Brennstoff vorzugsweise bei einer Temperatur unter 1100 C erfolgen. Als Minimaltemperatur ist eine solche oberhalb 10500C besonders vorteilhaft, zumindest, wenn Schiefer als Brennstoff benutzt wird. Es ist zweckmässig, dass der Brennvorgang während eines verhältnismässig kurzen Zeitraumes verläuft und das Material in einer fein verteilten Form vorliegt, denn dadurch kann die Temperatur bis zu gewissem Grade über die Sintertemperatur ohne Gefahr von Fehlergebnissen hinausgehen.
Wenn dann das Kieselsäurematerial aus Alaunschiefer besteht, werden die in dem Schiefer vorhandenen Kalorien zum Brennen des Kalksteines ausgenutzt. Falls das Kieselsäurematerial oder der Kalkstein keine genügende Menge verbrennbarer Substanz enthält, kann man Kohle oder Koks bzw. Öl einführen und in der Schicht verbrennen.
Es wurde gefunden, dass es äusserst vorteilhaft ist, die für die Aufwirbelung benutzte Luft vorzuwärmen, bevor sie in die Schicht eingelassen wird. Natürlich ist die Vorwärmung von Verbrennungsluft aus verschiedenen Brennprozessen in Öfen bekannt, und sie wird allgemein angewendet, um die Wärmewirtschaftlichkeit eines Verfahrens zu verbessern. Die Vorwärmung schliesst jedoch erhöhte Anlagekosten ein, weshalb der brennstoffwirtschaftliche Gesichtspunkt allein nicht immer eine Vorwärmung der Luft rechtfertigt.
Tatsächlich bedeutet die Luftvorwärmung in diesem Fall eine Brennstoffersparnis, aber als eine Folge hat sie auch einige überraschende Wirkungen, die im folgenden dargelegt werden :
In der Wirbelschicht soll eine oxydierende Atmosphäre aufrechterhalten werden, mindestens wenn Schiefer verwendet wird oder sonst wenn eisenhaltige Stoffe verwendet werden, um einen höheren Schmelzpunkt zu erreichen, als bei Benutzung einer reduzierenden Atmosphäre.
Die nachstehende Tabelle gibt die Erweichungstemperaturenvongelaugtem Schiefer aus der schwedischen Provinz Närke, ungelaugtem Schiefer aus derselben Provinz und zwei verschiedene Schiefersorten von dem schwedischen Hügel Billingen an. Diese Schiefer sind in einer Wirbelschicht unter oxydierenden Bedingungen bei ungefähr 8000 gebrannt und dann in verschiedenen Atmosphären erhitzt worden.
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<tb>
<tb>
Erweichungs <SEP> - <SEP> Schmelz- <SEP> Atmosphäre <SEP>
<tb> temperatur <SEP> temperatur <SEP>
<tb> Schiefer <SEP> von <SEP> Närke, <SEP> gelaugt
<tb> mit <SEP> verdünnter <SEP> Schwefelsäure <SEP> 12400 <SEP> 12750 <SEP> Luft
<tb> 1195 <SEP> 1245 <SEP> 1/3 <SEP> CO, <SEP> 2/3CO <SEP>
<tb> 1160 <SEP> 1190 <SEP> 2/3 <SEP> CO, <SEP> l/3CO <SEP>
<tb> Schiefer <SEP> von <SEP> Nähe <SEP> 1230 <SEP> 1270 <SEP> Luft
<tb> 1170 <SEP> 1210 <SEP> 1/3 <SEP> CO, <SEP> 2/3CO <SEP>
<tb> 1130 <SEP> 1175 <SEP> 2/3 <SEP> CO, <SEP> 1/3CO <SEP>
<tb> Schiefer <SEP> von <SEP> Rillingen <SEP> 1195 <SEP> 1250 <SEP> Luft
<tb> 1180 <SEP> 1230 <SEP> 1/3 <SEP> CO, <SEP> 2/3CO <SEP>
<tb> 1120 <SEP> 1180 <SEP> 2/3 <SEP> CO, <SEP> l/3CO <SEP>
<tb> Schiefer <SEP> von <SEP> Billigen <SEP> 1160 <SEP> 1230 <SEP> Luft
<tb> 1155 <SEP> 1200 <SEP> 1/3 <SEP> CO,
<SEP> 2/3CO <SEP>
<tb> 1120 <SEP> 1170 <SEP> 2/3 <SEP> CO, <SEP> l/3CO <SEP>
<tb>
Es ist ersichtlich, dass eine höhere Oxydationstemperatur einen höheren Erweichungspunkt und Schmelzpunkt ergibt. Dies bedeutet einen grossen Vorteil, wenn der Brand bei hoher Temperatur erfolgen und eine Schmelzung des Materials vermieden werden soll. Beim Brennen von Kalkstein zusammen mit Schiefer ist es daher vorteilhaft, wenn ein möglichst grosser Teil der für den Brand erforderlichen Wärme mit der Luft zugeführt wird, da dann die Atmosphäre in der Schicht so stark oxydierend wie möglich wird.
Wenn die Luft nicht vorgewärmt wird, muss mehr Brennstoff der Wirbelschicht zugeführt werden, welche die Luft weniger stark oxydierend bzw. in ungünstigen Fällen sogar reduzierend werden lässt, was wiederum zu einem niedrigeren Schmelzpunkt des Materials in der Schicht und damit zu einer erhöhten Gefahr der Sinterung führt.
Im allgemeinen schmilzt ein Eisenoxyd unter stärker reduzierenden Umständen leichter als unter mehr oxydierenden Umständen. Niedrigere Oxyde als fers bilden auch leicht schmelzbare Silikate.
In Fällen, wo das Material in der Wirbelschicht eisenhaltig ist, ist es daher besonders wichtig, dass
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handlung von Blocksteinen benutzt werden kann, die aus dem im Verfahren behandelten Material gefertigt werden können. Es versteht sich von selbst, dass mehrere der erwähnten Kühlungsmethoden kombiniert verwendet werden können. In einigen Fällen, z. B. bei Benutzung von Schiefern mit hohem Heizwert soll die Wirbelschicht gekühlt werden.
Das Verhältnis zwischen Brennstoff und Kalkstein muss zunächst einmal durch die erforderlichen Randbedingungen, d. h. in einer solchen Weise festgelegt werden, dass die richtigen Temperaturbedingungen erreicht werden. Da diese jedoch bis zu gewissem Grade auf andern Wegen geregelt werden können, ist es möglich, die Mengenverhältnisse mehr in Beziehung zu den im Endprodukt gewünschten Anteilenfestzulegen. Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung beim Brennen von Kalkstein zusammen mit
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Schiefer, ist dashaltigen Material derart, wie es in dem Rohmaterial zur Erzeugung vonBlocksteinen gefordert wird. Hiebei kann das Material aus der Wirbelschicht unmittelbar gebraucht werden.
Diese Methode hat eine noch grössere Bedeutung bei der Behandlung von an Kieselsäure ärmeren Brennstoffen, wie Koks oder Öl ; es ist zu beachten, dass diese Brennstoffe möglicherweise verwendet werden können.
Wenn der rohe Schiefer reich an Kalkstein ist, oder in sonstiger Hinsicht eine Zusammensetzung hat, die für die Anwendung des Verfahrens ungünstig ist, kann es zweckmässig sein, den gebrochenen Rohschiefer einer Separierong, z.B. gemäss der sogenannten Sink- und Schwemmethode zu unterziehen, um mindestens einen Teil des in den Rohschiefer eintretenden Kalksteins abzutrennen.
Beispiel : Eine Mischung von 60 % Alaunschiefer, gelaugt mit Schwefelsäure, und 40 % Kalkstein wird auf eine Korngrösse unter 4 mm gemahlen. Die folgende Siebanalyse wurde erhalten :
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<tb>
<tb> 6 <SEP> Maschen <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> % <SEP>
<tb> 8 <SEP> " <SEP> 14,8 <SEP> %
<tb> 10" <SEP> 31, <SEP> 6% <SEP>
<tb> 14"18, <SEP> 8% <SEP>
<tb> 20 <SEP> " <SEP> 9,6 <SEP> %
<tb> 28 <SEP> " <SEP> 6,5 <SEP> %
<tb> 35"5, <SEP> 3% <SEP>
<tb> 48 <SEP> " <SEP> 4,1 <SEP> %
<tb> 65 <SEP> " <SEP> 3,1 <SEP> %
<tb> 100 <SEP> " <SEP> 3,3 <SEP> %
<tb> 100 <SEP> " <SEP> 2,8 <SEP> %
<tb> 100, <SEP> 0 <SEP> %
<tb>
EMI4.3
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<tb>
<tb> HauptSiO2 <SEP> 48,0 <SEP> % <SEP> Fe2O3 <SEP> 8,4 <SEP> %
<tb> Al2O3 <SEP> 9,8 <SEP> % <SEP> S <SEP> 5,7 <SEP> %
<tb> K2O <SEP> 2,9 <SEP> % <SEP> C <SEP> 20,
0 <SEP> %
<tb>
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<tb>
<tb> 15 <SEP> ei <SEP> ; <SEP> SiO2.Kalkgehalt <SEP> Glühverlust <SEP>
<tb> alsCaO
<tb> Material <SEP> aus <SEP> der <SEP> Schicht <SEP> 20, <SEP> 4 <SEP> % <SEP> 0,63% <SEP> (0,19% <SEP> C)
<tb> Material <SEP> aus <SEP> dem <SEP> Cyclon- <SEP> 30,6% <SEP> 1,12% <SEP> (0,35 <SEP> % <SEP> C)
<tb> abscheider <SEP> : <SEP>
<tb>
Aus dem geringen Glühverlust ist ersichtlich, dass die Beschickung gut gebrannt war. Trotz dieser Tatsache waren die Kalksteinteilchen nach dem Brennen klar voneinander getrennt, also nicht mit den Teilchen des gebrannten Schiefers vereinigt. Das so erhaltene Produkt wurde zur Herstellung von dampf- gehärteten Leichtbetonblöcken benutzt.
Diese Blöcke hatten eine Beschaffenheit, die gleich der Beschaffenheit von Blöcken aus einem Gemisch von Schiefer und Kalkstein war, welches nach üblichen Methoden gebrannt worden war.
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Process for the production of a substance suitable for the production of building material
The invention relates to a method for burning limestone in the presence of a silicic acid-containing material for the production of starting materials for hydraulic binders, e.g. B. for lightweight concrete production. In particular, the invention relates to the burning of limestone with shale, which can be leached to extract valuable salts or metals, or with other bituminous, siliceous materials.
In the production of blocks for building purposes from Swedish slate, the general procedure is that the slate and limestone contained in this material are burned in shaft furnaces or the like and the heat generated when the slate is burned is partially used to burn the limestone. For the purpose of obtaining a suitable starting material for the production of e.g. B. lightweight concrete, it is necessary that the slate and limestone are heated to at least 10000C. Otherwise, the blocks produced from the material acquire undesirable strength values. At such high temperatures the slate, e.g.
B. in an ordinary furnace, already its softening temperature and there are difficulties in furnaces, especially shaft furnaces, to maintain a sufficiently high temperature without operational disturbances occurring and a poor yield is achieved.
There is therefore the task of burning limestone in such a way that no CaO is formed with the simultaneous presence of silica with the formation of CaO. SiO reacts; This silicate is unsuitable for the hydraulic setting process in block production and its formation therefore only means a loss of CaO and SiO, which are necessary for the construction of those silicates that have to connect the material of the blocks, especially during steam treatment of the same.
It is known per se to burn calcium carbonate and silicic acid-containing material together to produce a building material. As far as it concerns the production of Portland cement-like hydraulic binders, as happens at the usual cement burning temperatures of 1250 to 1400 C, however, a chemical reaction occurs which must be avoided in the present case.
During the other firing processes, the usual lime firing temperatures of 800 to 9800C are again not exceeded and thus products are obtained that can only be used as mortar binders.
It has now been found that a material of excellent suitability for the production of a hydraulic building material can be produced by burning limestone and the bituminous siliceous material in a fluidized bed at a minimum temperature of 10000C and a maximum temperature below 1150C, which is so limited It is ensured that the particles of the burnt limestone do not chemically react with the particles of the silica material. The amount of sulphides formed in the fired products is reduced to a considerable extent, so that the so-called weathering of the blocks is avoided.
By maintaining a minimum temperature of 1000 C it is possible to produce a substance that is suitable for the production of a building material and contains quick lime and silica without sticking the charge together, that is, in trouble-free operation. In addition, a significant increase in the strength of artificial stones from this inven-
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according to the method between 10000 and 11500C fired material achieved, for example for lightweight concrete blocks with a spec. Weight from 0.65 kg / dm3 with a strength value of 43 kg / cma (firing temperature for slate and lime: 9000C) to a value of 54 kg / cm3 at a firing temperature of 105 ° C.
If shale is used as fuel, the burning can preferably take place at a temperature below 1100 ° C. A minimum temperature above 10500C is particularly advantageous, at least when shale is used as fuel. It is advisable that the firing process takes place over a relatively short period of time and that the material is in a finely divided form, because this allows the temperature to exceed the sintering temperature to a certain extent without the risk of incorrect results.
Then if the silica material consists of alum shale, the calories present in the shale are used to burn the limestone. If the silica material or limestone does not contain a sufficient amount of combustible substance, coal or coke or oil can be introduced and burned in the bed.
It has been found that it is extremely beneficial to preheat the air used for the fluidization before it is let into the bed. Of course, the preheating of combustion air from various combustion processes in furnaces is known and is widely used to improve the heat economy of a process. However, preheating includes increased system costs, which is why the fuel economy aspect alone does not always justify preheating of the air.
In fact, in this case, air preheating means a fuel saving, but as a consequence it also has some surprising effects, which are presented below:
An oxidizing atmosphere should be maintained in the fluidized bed, at least when shale is used or otherwise when ferrous materials are used in order to achieve a higher melting point than when using a reducing atmosphere.
The table below shows the softening temperatures of leached slate from the Swedish province of Närke, unleached slate from the same province and two different types of slate from the Swedish hill Billingen. These slates were fired in a fluidized bed under oxidizing conditions at around 8000 and then heated in different atmospheres.
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<tb>
<tb>
Softening <SEP> - <SEP> Melting <SEP> atmosphere <SEP>
<tb> temperature <SEP> temperature <SEP>
<tb> Slate <SEP> by <SEP> Närke, <SEP> leached
<tb> <SEP> sulfuric acid diluted with <SEP> <SEP> 12400 <SEP> 12750 <SEP> air
<tb> 1195 <SEP> 1245 <SEP> 1/3 <SEP> CO, <SEP> 2 / 3CO <SEP>
<tb> 1160 <SEP> 1190 <SEP> 2/3 <SEP> CO, <SEP> l / 3CO <SEP>
<tb> Slate <SEP> from <SEP> near <SEP> 1230 <SEP> 1270 <SEP> air
<tb> 1170 <SEP> 1210 <SEP> 1/3 <SEP> CO, <SEP> 2 / 3CO <SEP>
<tb> 1130 <SEP> 1175 <SEP> 2/3 <SEP> CO, <SEP> 1 / 3CO <SEP>
<tb> Slate <SEP> from <SEP> grooves <SEP> 1195 <SEP> 1250 <SEP> air
<tb> 1180 <SEP> 1230 <SEP> 1/3 <SEP> CO, <SEP> 2 / 3CO <SEP>
<tb> 1120 <SEP> 1180 <SEP> 2/3 <SEP> CO, <SEP> l / 3CO <SEP>
<tb> slate <SEP> from <SEP> cheap <SEP> 1160 <SEP> 1230 <SEP> air
<tb> 1155 <SEP> 1200 <SEP> 1/3 <SEP> CO,
<SEP> 2 / 3CO <SEP>
<tb> 1120 <SEP> 1170 <SEP> 2/3 <SEP> CO, <SEP> l / 3CO <SEP>
<tb>
It can be seen that a higher oxidation temperature gives a higher softening point and melting point. This is a great advantage if the fire takes place at a high temperature and melting of the material is to be avoided. When burning limestone together with slate, it is therefore advantageous if the largest possible part of the heat required for the fire is supplied with the air, since the atmosphere in the layer then becomes as oxidative as possible.
If the air is not preheated, more fuel has to be fed to the fluidized bed, which makes the air less oxidizing or, in unfavorable cases, even reducing, which in turn leads to a lower melting point of the material in the bed and thus to an increased risk of sintering leads.
In general, an iron oxide melts more easily under more reducing circumstances than under more oxidizing circumstances. Lower oxides than fers also form easily fusible silicates.
In cases where the material in the fluidized bed contains iron, it is therefore particularly important that
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Treatment of blocks can be used, which can be made from the material treated in the process. It goes without saying that several of the cooling methods mentioned can be used in combination. In some cases, e.g. B. when using slates with a high calorific value, the fluidized bed should be cooled.
The relationship between fuel and limestone must first of all be determined by the necessary boundary conditions, i.e. H. be determined in such a way that the correct temperature conditions are achieved. However, since these can be regulated in other ways to a certain extent, it is possible to determine the proportions more in relation to the proportions desired in the end product. According to one embodiment of the invention when burning limestone together with
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Shale, the material it contains is as required in the raw material for making blocks. The material from the fluidized bed can be used immediately.
This method is even more important in the treatment of fuels poor in silica, such as coke or oil; it should be noted that these fuels can potentially be used.
If the raw slate is rich in limestone, or in any other respect has a composition which is unfavorable for the application of the method, it may be expedient to use the crushed raw slate of a separating long, e.g. to be subjected to the so-called sinking and flooding method in order to separate at least part of the limestone entering the raw slate.
Example: A mixture of 60% alum slate, leached with sulfuric acid, and 40% limestone is ground to a grain size of less than 4 mm. The following sieve analysis was obtained:
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<tb>
<tb> 6 <SEP> meshes <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP>% <SEP>
<tb> 8 <SEP> "<SEP> 14.8 <SEP>%
<tb> 10 "<SEP> 31, <SEP> 6% <SEP>
<tb> 14 "18, <SEP> 8% <SEP>
<tb> 20 <SEP> "<SEP> 9.6 <SEP>%
<tb> 28 <SEP> "<SEP> 6.5 <SEP>%
<tb> 35 "5, <SEP> 3% <SEP>
<tb> 48 <SEP> "<SEP> 4.1 <SEP>%
<tb> 65 <SEP> "<SEP> 3.1 <SEP>%
<tb> 100 <SEP> "<SEP> 3.3 <SEP>%
<tb> 100 <SEP> "<SEP> 2.8 <SEP>%
<tb> 100, <SEP> 0 <SEP>%
<tb>
EMI4.3
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<tb>
<tb> main SiO2 <SEP> 48.0 <SEP>% <SEP> Fe2O3 <SEP> 8.4 <SEP>%
<tb> Al2O3 <SEP> 9.8 <SEP>% <SEP> S <SEP> 5.7 <SEP>%
<tb> K2O <SEP> 2.9 <SEP>% <SEP> C <SEP> 20,
0 <SEP>%
<tb>
EMI4.5
EMI4.6
<tb>
<tb> 15 <SEP> ei <SEP>; <SEP> SiO2 lime content <SEP> Loss on ignition <SEP>
<tb> alsCaO
<tb> Material <SEP> from <SEP> of the <SEP> layer <SEP> 20, <SEP> 4 <SEP>% <SEP> 0.63% <SEP> (0.19% <SEP> C)
<tb> Material <SEP> made of <SEP> the <SEP> Cyclon- <SEP> 30.6% <SEP> 1.12% <SEP> (0.35 <SEP>% <SEP> C)
<tb> separator <SEP>: <SEP>
<tb>
The low loss on ignition shows that the charge was well burned. In spite of this fact, the limestone particles were clearly separated from one another after firing, that is, they were not united with the particles of the burned slate. The product thus obtained was used to manufacture steam-hardened lightweight concrete blocks.
These blocks had a texture which was similar to that of blocks made from a mixture of slate and limestone which had been burned by conventional methods.