CH124714A - Process for the production of molten cement with the simultaneous formation of phosphorus-containing gases. - Google Patents

Process for the production of molten cement with the simultaneous formation of phosphorus-containing gases.

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CH124714A
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  Verfahren zur Herstellung von Schmelzzement unter gleichzeitiger Bildung von       phosphorhaltigen    Gasen.         Wöhler    hat Phosphor aus natürlichen  Phosphaten durch Erhitzen der letzteren mit  Kohle und Silikaten gewonnen. Hierbei er  hält man eine     Trisilikatschlacke,    die als  solche     keinen        industriellen    Wert hat.  



  Es wurde auch schon vorgeschlagen, den  Phosphor aus     Calcium-    oder     Aluminium-          phosphaten    ohne Zusatz von Kohle, durch  Mischen der Phosphate mit Tonerde und  Schmelzen der Mischung in einem elektri  schen Ofen mit einer     Lichtbogentemperatur     von ungefähr 8000   zu gewinnen (amerika  nisches Patent 1,076,497). Dieses Verfahren  ist wegen des grossen Aufwandes an     Heiz-          kraft        urwirtschaftlich.     



  Ferner wurde bereits vorgeschlagen, den  Phosphor in Form von Phosphorsäure durch  Sintern einer Mischung von     natürlichem    Cal  ciumphosphat und Aluminiumphosphat ohne  Zusatz von Kohle zu gewinnen     und    auf diese  Weise gleichzeitig ein zementartiges Produkt  von der     Beschaffenheit    eines aluminiumhal-    tigere     Portlandzementes    zu erhalten. Da bei  diesem Verfahren     Calcination    zusammen mit  Oxydation eintritt, so     wird    der Phosphor in  Form seines     Oxydes    gewonnen (amerikani  sches Patent 1,000,811).

   Dieses Verfahren  ist wegen der erforderlichen hohen Tempera  turen über 1600   ebenfalls unwirtschaftlich  und ergibt zudem eine unvollkommene Eli  mination des Phosphors.  



  Endlich wurde vorgeschlagen, den Phos  phor aus natürlichem     Calciumphosphat,    Sili  katen und kieselsäurehaltigem Ton bei einer  Temperatur von     ungefähr    1400' in Form  von     Phosphorpentoxyd    durch     Calcinierung     einer. solchen Mischung zu gewinnen. Hier  bei hat das erhaltene Produkt aber höchstens  den Wert     eines        Pozzuolanzementes    (amerika  nisches Patent 997,086).  



  Gemäss der Erfindung geht die Eliminie  rung des Phosphors auch dann     glatt    von  statten, wenn man nicht, wie es bei     Wöhler     der Fall ist, auf die Gewinnung einer     sauren              Trisilikatschlacke    hin arbeitet, sondern auf  eine stark aluminiumhaltige, die die Zusam  mensetzung eines Schmelzzementes besitzt.

    Zu diesem Zweck werden phosphorsaure-,  kieselsaure-, tonende- und kalkhaltige Mate  rialien, je nach ihrer     analytischen    Zusammen  setzung in solchen Mengenverhältnissen mit  einer für den     Reduktionsprozess    des Phos  phors hinreichenden Menge Kohlenstoff zu  sammen geschmolzen, dass neben den ent  wickelten phosphorhaltigen Gasen eine  Schlacke entsteht, die die Zusammensetzung  eines Schmelzzementes hat. Unter Schmelz  zement wird ein dem     Portlandzement    eben  bürtiger, im     Schmelzfluss    hergestellter, Ton  erde, Kieselsäure und Kalk enthaltender Ze  ment verstanden, der einen     Tonerdegehalt     von mehr als 11% aufweist.

   Dieses Zusam  menschmelzen kann im Schacht- oder     irrt     elektrischen Ofen durchgeführt werden.  



  Es handelt sich also hierbei um ein mit  Kohle durchgeführtes Reduktionsschmelz  verfahren. Es unterscheidet sich hierin von  den bisher bekannten Verfahren und ist als  überraschend zu bezeichnen, da bisher die  glatte. Eliminierung des Phosphors eine saure  Schlacke     bedingte.     



  Der wesentliche Vorteil liegt in der Aus  wertung der mineralischen Bestandteile der  Schlacke.  



       Beispiel   <I>1:</I>  1 t     Pebble        (enhaltend:        46%        Ca0,    2,5%       A1-.0,        1,5 a0.        Fe20;

  ,    7%     SiO.,        34%        P05,          3 ö        CO@,        6%        H.0    und nicht Bestimmtes) wer  den mit 0,6 t Bauxit (mit einem Gehalt von       65 ,o        A1.0.3,    10%     Fe. ,    10%     SiO.,    15% Was  ser -und nicht Bestimmtes) und 1,5t     Koks     (mit     8.5 ö    Asche;

       9"/o        Ca0,        33%        A1--0,        11%     Fe     .0",        45%        SiO2,        2'/o        H.0    und nicht Be  stimmtes) in einem Schachtofen oder elektri  schen Ofen zusammengeschmolzen.

   Man er  hält einen Schmelzzement von folgender Zu  sammensetzung:     42,5%        Ca0,    41%     A10.,    und       16,5%        SiO-    Das Eisen wird an Phosphor zu       Eisenphosphid    gebunden und befindet sich  im Eisenkönig. Die entstandenen phosphor  haltigen Gase können in bekannter Weise       weher    verarbeitet werden.

           Beispiel   <I>2:</I>  1 t     Pebble    (von der vorstehend angegebe  nen Zusammensetzung), 1 t     silikatarmes     Aluminiumphosphat 20,5%     Ca0,        33,5%        A120"          2 ö        Fe-#0..,    4%     SiO.,        3"r         ö        P.Oz;

  ,        3%        H#A    und  nicht Bestimmtes),     1!,    t     Bauxit    (Zusammen  setzung wie oben) und 3 t     Koks    werden     ver-          möllert    oder, falls notwendig, vermahlen und  brikettiert und in einem Schachtofen redu  zierend geschmolzen.

   Es entsteht     neben          Eisenphosphid    und phosphorhaltigen Gasen  ein Schmelzzement: von annähernd folgender       Zusammensetzung:        43,5 #ö        Ca0,        40,5%        A1.0;,          16\'ü        Siol.     



  Das Verfahren kann auch in den ver  schiedensten elektrischen Ofen in einem Ar  beitsgang     durchgefiibrt    werden, unter ande  rem auch in elektrischen Schachtöfen, die       gleichzeitig    zum     Erw    armen der Charge ver  wendet werden. Dabei ist es wesentlich, dass  soviel     Koks    zugesetzt wird, als zur vollkom  menen Reduktion der Phosphate erforderlich  ist und soviel Phosphate, dass für die Bildung  des Schmelzzementes genügend Kalk nach  bleibt.  



  Der notwendige     Tonerdegehalt    kann     teil-          tveise    oder ganz durch Phosphate mit     hoheir_     Aluminiumgehalt gedeckt werden, so dass un  ter Umständen sogar ohne besonderen Zusatz  von Bauxit     etc.    auszukommen ist.  



       Man    kann das Verfahren auch unter Zu  gabe von     Alkaliverbindungen    durchführen,  um das Schmelzen de., Reaktionsgemisches  zu erleichtern, wobei man neben Phosphor  säure auch     Alkaliphosphate    in direkter Weise  erhalten kann. Zu diesem Zwecke werden  Phosphate,     Koks        und    geeignete Zuschläge,  die sowohl Tonerde, als auch     Alkalioxy    de in       heiiügender        Men"e    enthalten, in einem     ver-          kürzten    Schacht- oder elektrischen Ofen ver  arbeitet.

   Da. die     Alkalien    sich bei der unter  den gegebenen Verhältnissen noch hohen  Temperatur zusammen mit: dem Phosphor  verflüchtigen, können sie durch eine partielle  Verbrennung     direkt        zti        Alkalisalzen        der          Phosphorsäure        gekuppelt    werden, eine Ar  beitsweise, die bisher technisch nur geson  dert und unter erheblichen Kosten vorgenom-           men    werden konnte.

   Die     Alkaliphosphate     können .in     quantitativer    Ausbeute gewonnen  werden, da der Phosphor durch Zusatz von  Alkali     quantitativ        atis    der Schlacke sich ent  fernen lässt.  



       31s        Alkaliverbindungen        können    Feldspat  oder jede andere Kalium- oder     Natriumver-          bindung    genommen werden.  



  Diese Ausführungsform des Verfahrens  sei an folgendem Beispiel erläutert:  Man mischt 1 t     Pebble    mit 0,6 t Bauxit  und 1,05 t Normalfeldspat und schmilzt die  ses Gemisch in einem Schachtofen oder elek  trischen Ofen unter Zusatz der notwendigen  Menge Koks nieder. Man erhält eine Schlacke  von etwa folgender Zusammensetzung:     40'/o          Ca0,    40% A1203, 20%     SiO2.    Hierbei ist der       Aschegehalt    des     Kokses    nicht berücksichtigt.  



  Das Verhältnis von     Kaliumoxyd    zu     Phos-          phorpentoxyd    ist in diesem Falle ungefähr  8%. Das Verhältnis lässt sich durch Zusatz  von Feldspat nicht mehr wesentlich steigern,  dagegen durch Zusatz von     Kaliumchlorid.     



  Eine weitere Ausführungsform des Ver  fahrens besteht darin, dass man als Ausgangs  produkt     Aluminiumphosphate    verwendet und  diese mit einem Zuschlag von Kalk bei  Gegenwart von Kohlenstoff     niederschmilzt.     Auch hierbei wird die Phosphorsäure abge  spalten und durch den Kohlenstoff reduziert,  während eine stark     tonerdehaltige    Schmelze  entsteht, die als Schmelzzement verwendet  werden kann.  



  Welche chemischen Vorgänge bei dieser  Ausführungsform     stattfinden,    kann nur ver  mutungsweise gesagt werden. Wahrschein  lich ist, dass der Kalk zunächst an die Phos  phorsäure geht, diese bei der Reduktion ihre  Base verliert und das     Calciumaluminat    ent  steht.  



  Diese Ausführungsform des Verfahrens  wird beispielsweise wie folgt ausgeführt:       Redondaphosphat    wird je nach der  Zusammensetzung des     Rollphosphates    mit    der anderthalbfachen bis doppelten Menge  Koks mit einem Kalkgehalt von zirka  <B>3%,</B>     sowie    einem Zuschlag von etwa 6  bis     10 /a    Kalk im Schachtofen oder elek  trischen Ofen niedergeschmolzen, bis eine  vollkommene Verflüssigung eintritt und bis  keine Gase mehr aus der Schmelze austreten.  Die entstehenden phosphorhaltigen Gase kön  nen in bekannter Weise auf Phosphor     bezw.     Phosphorverbindungen verarbeitet werden.

    Die zurückbleibende Schlacke hat bei den  meisten Aluminiumphosphaten,     wie    zum Bei  spiel dem     Redondaphosphat,    ohne weiteres  die Zusammensetzung eines Schmelzzementes.



  Process for the production of molten cement with the simultaneous formation of phosphorus-containing gases. Wöhler obtained phosphorus from natural phosphates by heating the latter with coal and silicates. Here he holds a trisilicate slag, which as such has no industrial value.



  It has also been proposed to obtain the phosphor from calcium or aluminum phosphates without the addition of carbon by mixing the phosphates with alumina and melting the mixture in an electric furnace with an arc temperature of about 8000 (American patent 1,076,497). This process is very economical due to the large amount of heating power required.



  It has also already been proposed to obtain the phosphorus in the form of phosphoric acid by sintering a mixture of natural calcium phosphate and aluminum phosphate without the addition of coal and in this way at the same time to obtain a cement-like product of the nature of an aluminum-containing Portland cement. Since in this process calcination occurs together with oxidation, the phosphorus is obtained in the form of its oxide (American patent 1,000,811).

   This process is also uneconomical because of the high temperatures required over 1600 and also results in an imperfect elimination of the phosphorus.



  Finally it was proposed that the phosphorus from natural calcium phosphate, silicates and siliceous clay at a temperature of about 1400 'in the form of phosphorus pentoxide by calcining a. to win such a mixture. In this case, however, the product obtained has at most the value of a Pozzuolan cement (American patent 997,086).



  According to the invention, the elimination of phosphorus goes smoothly even if one does not, as is the case with Wöhler, work towards the extraction of an acidic trisilicate slag, but rather towards a highly aluminum-containing one, which has the composition of a molten cement.

    For this purpose, materials containing phosphoric acid, silica, clay and lime, depending on their analytical composition, are melted together with a sufficient amount of carbon for the phosphorus reduction process in such proportions that, in addition to the phosphorus-containing gases, a slag is formed arises, which has the composition of a molten cement. Enamel cement is a cement that is native to Portland cement, produced in the melt flow, contains clay, silica and lime and has an alumina content of more than 11%.

   This melting together can be carried out in a shaft furnace or an electric furnace.



  It is a reduction melting process carried out with coal. It differs in this from the previously known methods and is to be described as surprising, since so far the smooth. Elimination of phosphorus caused an acidic slag.



  The main advantage lies in the evaluation of the mineral components of the slag.



       Example <I> 1: </I> 1 t pebble (containing: 46% Ca0, 2.5% A1-.0, 1.5 a0. Fe20;

  , 7% SiO., 34% P05, 3 ö CO @, 6% H.0 and not specified) with 0.6 t of bauxite (with a content of 65, o A1.0.3, 10% Fe., 10 % SiO., 15% water - and not determined) and 1.5t coke (with 8.5 ö ash;

       9 "/ o Ca0, 33% A1-0, 11% Fe.0", 45% SiO2, 2% H.0 and not certain) melted together in a shaft furnace or electric furnace.

   He holds a molten cement of the following composition: 42.5% Ca0, 41% A10., And 16.5% SiO- The iron is bound to phosphorus to form iron phosphide and is in the iron king. The resulting phosphorus-containing gases can be processed in a known manner.

           Example <I> 2: </I> 1 t pebble (of the composition given above), 1 t low-silicate aluminum phosphate 20.5% Ca0, 33.5% A120 "2 ö Fe- # 0 .., 4% SiO ., 3 "r ö P.Oz;

  , 3% H # A and not specified), 1 !, t bauxite (composition as above) and 3 t coke are pulverized or, if necessary, ground and briquetted and melted in a shaft furnace to reduce it.

   In addition to iron phosphide and gases containing phosphorus, a molten cement is produced: with approximately the following composition: 43.5% Ca0, 40.5% A1.0 ;, 16% Siol.



  The process can also be carried out in a wide variety of electric furnaces in one work step, including in electric shaft furnaces that are used at the same time to heat the batch. It is essential that as much coke is added as is necessary for the complete reduction of the phosphates and so much phosphates that enough lime remains for the formation of the molten cement.



  The required alumina content can be partially or completely covered by phosphates with a high aluminum content, so that under certain circumstances it is even possible to manage without any special addition of bauxite, etc.



       The process can also be carried out with the addition of alkali metal compounds in order to facilitate the melting of the reaction mixture. In addition to phosphoric acid, alkali metal phosphates can also be obtained directly. For this purpose, phosphates, coke and suitable additives, which contain both alumina and alkali oxides in hot quantities, are processed in a shortened shaft or electric furnace.

   There. the alkalis volatilize together with the phosphorus at the temperature, which is still high under the given conditions, they can be coupled directly to the alkali metal salts of phosphoric acid by partial combustion, a procedure that has hitherto only been carried out technically separately and at considerable costs could be.

   The alkali phosphates can be obtained in quantitative yield, since the phosphorus can be removed quantitatively from the slag by adding alkali.



       As alkali compounds, feldspar or any other potassium or sodium compound can be used.



  This embodiment of the method is illustrated by the following example: Mix 1 t pebble with 0.6 t bauxite and 1.05 t normal feldspar and melt this mixture in a shaft furnace or electric furnace with the addition of the necessary amount of coke. A slag with approximately the following composition is obtained: 40% Ca0, 40% A1203, 20% SiO2. The ash content of the coke is not taken into account here.



  The ratio of potassium oxide to phosphorus pentoxide in this case is about 8%. The ratio can no longer be increased significantly by adding feldspar, but by adding potassium chloride.



  Another embodiment of the process is that aluminum phosphates are used as the starting product and these are melted with an addition of lime in the presence of carbon. Here, too, the phosphoric acid is split off and reduced by the carbon, while a high-alumina melt is created that can be used as melt cement.



  Which chemical processes take place in this embodiment can only be said as a guess. It is probable that the lime initially goes to the phosphoric acid, which loses its base during the reduction and the calcium aluminate is formed.



  This embodiment of the method is carried out, for example, as follows: Depending on the composition of the rolling phosphate, redondaphosphate is added with one and a half times to double the amount of coke with a lime content of about 3% and an addition of about 6 to 10 / a Lime melted down in a shaft furnace or electric furnace until it liquefies completely and no more gases escape from the melt. The resulting phosphorus-containing gases can bezw NEN in a known manner on phosphorus. Phosphorus compounds are processed.

    In the case of most aluminum phosphates, such as, for example, Redondo phosphate, the slag that remains has the composition of a molten cement without further ado.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCFI Verfahren zur Herstellung von Schmelz zement unter gleichzeitiger Bildung von phosphorhaltigen Gasen, dadurch gekenn zeichnet, dass man phosphorsäure-, kiesel- säure, tonerde- und kalkhaltige Materialien in Gegenwart einer für den Reduktionsprozess des Phosphors notwendigen Kohlenstoff menge in solchen Mengenverhältnissen zu sammenschmilzt, dass neben den entwickelten phosphorhaltigen Gasen eine Schlacke ent steht, die die Zusammensetzung eines Schmelzzementes hat. UNTERANSPRÜCHE: 1. PATENT CLAIMS Process for the production of fused cement with simultaneous formation of phosphorus-containing gases, characterized in that phosphoric acid, silica, alumina and lime-containing materials are melted together in such proportions in the presence of an amount of carbon necessary for the phosphorus reduction process that In addition to the developed phosphorus-containing gases, a slag is created that has the composition of a molten cement. SUBCLAIMS: 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsgemisch in einem- Schachtofen geschmolzen wird. 2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsgemisch in einem elektrischen Ofen geschmolzen wird. 3. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass dem Reaktionsge misch zwecks Erleichterung des Schmel zens Alkaliverbindungen zugesetzt werden. Method according to claim, characterized in that the reaction mixture is melted in a shaft furnace. 2. The method according to claim, characterized in that the reaction mixture is melted in an electric furnace. 3. The method according to claim, characterized in that alkali compounds are added to the reaction mixture in order to facilitate the melting.
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