Verfahren zur Förderung des Zerrieselns diealeiumsilikathaltiger Brennprodukte. Bekanntlich haben dicalciumsilikathaltige Sinter- und Schmelzprodukte, die durch Re aktion von Kalk mit Silikaten hergestellt werden, die Eigenschaft, beim Abkühlen in mehr oder minder starkem Masse zu zer- rieseln. Diese Erscheinung ist nach dem heu tigen Stande unseres Wissens dadurch be- dingt, dass das Dicalciumsilikat verschiedene Modifikationen von teilweise verschiedener Raumbeanspruchung besitzt,
und dass beim Abkühlen auf Temperaturen unter 675 aus der ss-Modifikation kleinerer Raumbeanspru chung die y-Modifikation derselben Verbin dung mit grösserer Raumbeanspruchung ent steht (vergleiche Tabelle).
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Solche Zerrieselungserscheinungen sind in besonderem Masse in der Zementindustrie be kannt geworden.
Sie sind hier gefürchtet, eil sich herausgestellt hat, dass die zerriesel- ten Zemente infolge ihres hohen Gehaltes an Dicalciumsilikat schlechtere hydraulische Eigenschaften haben als die nicht zerriesel- ten, tricalciumsilikatreichen Klinker, die dann allerdings einem Mählprozess unterwor fen werden müssen.
Man hat in Erfahrung gebracht, dass man die Neigung der Klinker zum Zerfall da durch unterdrücken kann, dass man sie rasch mit kalter Luft abschreckt. Der Erfolg die ser Massnahme wird verständlich, wenn man bedenkt, dass rasches Abschrecken ein "Ein- frieren" der ss-Hochtemperaturmodifikation des Di-calciumsilikates, langsames Abkühlen hingegen über den Umwandlungspunkt der ss- in die y-Modifikation hinweg eine Förde ; rung des Modifikationsumschlages zur Folge haben muss.
Auf Grund der Tatsache, dass das Zer- rieseln stets eine unerwünschte Erscheinung war, ist verständlich, dass man bisher im wesentlichen bestrebt war, Mittel und Wege zu finden, die das Zerrieseln hemmen.
In neuerer Zeit sind jedoch auch Verfah ren bekannt geworden, bei denen das Zer- rieseln bewusst herbeigeführt und technisch ausgewertet wird, in der Absicht, dadurch einen Mahlvorgang zu ersparen. So macht man sich mit Vorteil das Zerrieseln zunutze, wenn man aluminiumsilikathaltige Rohstoffe durch Aufschlussbrand mit Kalk auf Tonerde und Zement verarbeiten will.
Bei diesem Aufschluss werden durch Erhitzen des Alu miniumsilikates mit Kalk auf etwa<B>1300'</B> Klinker hergestellt, die ausser Dicalcium- silikat hauptsächlich noch Calciumaluminat und Calciumaluminatferrit enthalten. Aus diesen Klinkern kann durch Umsatz mit Wasser, Alkalicarbonat und andern Lösun gen Tonerde ausgelaugt werden, während der Rückstand in einen Zement überführbar ist. Da die Klinker für die Laugung mög lichst feinkörnig sein sollen, müssten sie an sich weitgehend gemahlen werden.
Diese Mahlung wäre aber in Anbetracht der Härte der Klinker sehr kostspielig. Sie lässt sich in vielen Fällen dadurch ersparen, dass die Klinker bei richtiger Wahl der Zusammen setzung von selbst zerrieseln.
In zahlreichen Versuchen mit verschie densten Ausgangsmaterialien hat sich nun ge zeigt, dass das Zerrieseln teilweise sehr un vollständig erfolgen kann, so dass ein mehr oder weniger grosser Teil des Stoffes nach träglich noch gemahlen werden muss. Zudem vollzieht sich der Vorgang oft sehr langsam; er kann sich über Stunden, ja Tage er strecken.
Es wurde nun überraschenderweise gefun den, dass man diese Nachteile dadurch be- heben kann und ein vollkommenes Zerrieseln erreicht, dass man das erhitzte Gut nach der Erhitzung bei Temperaturen oberhalb 1100 tempert; zweckmässig lässt man hierbei die Temperatur langsam bis mindestens 1100 sinken. Die Wirkung dieser Arbeitsweise ist um so überraschender, als der Temperatur bereich, in dem die Nachtemperung zweck mässig vorgenommen wird, ganz abseits von derjenigen Temperatur liegt, bei der die für die Zerrieselung verantwortliche ss-y-Um- wandlung des Dicalciumsilikates erfolgt.
Die Nachtemperung im Bereich bis 1100 wird vorteilhaft. unmittelbar an den Brand angeschlossen und dauert zweckmässig meh rere Stunden; oft genügt auch schon ein Ab kühlen bis auf 1200 innert einer halben Stunde. Die Art der Abkühlung von 1100 an abwärts ist gleichgültig, es kann rasch oder langsam abgekühlt werden. Zur Abkür zung des Verfahrens wird man eine rasche Abkühlung vorziehen.
Zur technischen Durchführung der Nach- temperung kann man sich selbstverständlich der verschiedenartigsten Anordnungen bedie nen. Beim Arbeiten in Drehrohren nach dem Gegenstromverfahren lässt sich die ge wünschte Temperung ohne besondere Vor sichtsmassregeln schlecht erreichen, weil das die Brennzone verlassende Gut meist zu rasch auf niedrige Temperaturen kommt. Mit be sonderem Vorteil arbeitet man dagegen in Drehrohren nach dem Gleichstromverfahren, wobei das Brenngut nach Verlassen der hei ssen Ofenzone bei langsam fallender Tempe ratur sehr gleichmässig nachgetempert wird. Durch Veränderung der Länge des Ofens, der Umdrehungszahl und so fort lässt sich die Temperungsdauer in sehr einfacher Weise regeln.
Der Erfolg der Arbeitsweise gibt sich be sonders darin kund, dass die Zerrieselung sonst unvollständig zerrieselnder Klinker sehr vollständig abläuft. Es gelingt beispielsweise, gebrannte dicalciumsilikathaltigeMassen, die bei rascher Abkühlung bis zu 40 % Rück stand ergaben, bis zu 99 % zur Zerrieselung zu bringen. Sie äussert sich ferner darin, dass eine erhebliche Abkürzung der Zerfallsdauer der Klinker erreicht wird.
<I>Beispiel:</I> Aus einem Tonschiefer und einem Kalk stein wurde nach Feinmahlung der Rohstoffe eine innige Mischung hergestellt, die (glüh- verlustfrei berechnet) die folgende Zusam mensetzung hatte:
23,3% S10" 14,0% A1203, <B>U%</B> Fe203, <B>57,1%</B> Ca0. Diese Mischung wurde 1 Stunde auf<B>1350'</B> erhitzt und da durch zu einem Klinker gebrannt, der etwa <B>67%</B> Dicalciumsilikat neben, im wesentli chen, Calciumaluminat enthielt.
Der Klin ker wurde unmittelbar nach beendeter Er hitzung 1. aus dem Ofen genommen und rasch ab kühlen gelassen; 2. bis 1200' in 1/2 Stunde abgekühlt und dann aus dem Ofen entfernt; 3. 11/2 Stunde bei langsam bis 1000 fal lender Temperatur im Ofen gelassen und dann dem Ofen entnommen.
Im ersten Falle betrug der Siebrückstand auf dem 900-Maschensieb 65 %, im zweiten Falle 13,3 % und im dritten nur 1,7 %.
Die gleiche Mischung wurde einmal im Drehofen nach dem Gegenstromprinzip ver arbeitet, wobei das Material kurze Zeit nach Verlassen der Sinterzone in eine Kühltrom mel fiel, zum andern in einem Drehrohr im Gleichstrom gebrannt, wobei das Material nach Verlassen der heissesten Zone noch etwa 2 Stunden im Ofen verweilte. Der nicht zer fallene Anteil betrug im ersteren Falle zwi schen 10 bis 40%, im zweiten Falle ergaben sich in mehrtägiger Versuchsdauer gleich mässig geringe, unter 1 bis höchstens etwa betragende Siebrückstände.
Process for promoting the trickling of the ealium-silicate-containing fuel products. It is known that sintered and melted products containing dicalcium silicate which are produced by the reaction of lime with silicates have the property of falling apart to a greater or lesser extent on cooling. According to the current state of our knowledge, this phenomenon is due to the fact that the dicalcium silicate has various modifications, sometimes with different space requirements,
and that when cooling to temperatures below 675, the ss-modification with a smaller space requirement results in the y-modification of the same compound with a greater space requirement (see table).
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Such frizziness phenomena are particularly well known in the cement industry.
They are feared here, because it has been found that the crushed cements, due to their high content of dicalcium silicate, have poorer hydraulic properties than the non-scattered, tricalcium-silicate-rich clinker, which, however, then has to be subjected to a milling process.
It has been learned that the tendency of the clinker to decay can be suppressed by quickly quenching it with cold air. The success of this measure is understandable if one considers that rapid quenching causes a "freezing" of the ss high-temperature modification of the di-calcium silicate, while slow cooling beyond the transition point of the ss to the y modification is a fjord; change the modification envelope.
Due to the fact that the trickling was always an undesirable phenomenon, it is understandable that up to now the main aim has been to find ways and means that inhibit the trickling.
In recent times, however, processes have also become known in which the crushing is deliberately brought about and technically evaluated, with the aim of saving a grinding process. This is how you can take advantage of the trickle if you want to process raw materials containing aluminum silicate by means of digestion firing with lime on clay and cement.
During this digestion, clinker is produced by heating the aluminum silicate with lime to about <B> 1300 '</B>, which, in addition to dicalcium silicate, mainly also contains calcium aluminate and calcium aluminate ferrite. Alumina can be leached from these clinkers by reacting with water, alkali carbonate and other solutions, while the residue can be converted into cement. Since the clinkers for leaching should be as fine-grained as possible, they would have to be largely ground.
However, this grinding would be very costly in view of the hardness of the clinker. In many cases, this can be avoided by the fact that the clinker will trickle by itself if the correct composition is chosen.
In numerous tests with a wide variety of starting materials, it has now been shown that the trickling can sometimes be very incomplete, so that a more or less large part of the material still has to be ground afterwards. In addition, the process often takes place very slowly; it can stretch for hours, even days.
It has now been found, surprisingly, that these disadvantages can be remedied and complete trickling is achieved by annealing the heated material at temperatures above 1100 after heating; the temperature is expediently allowed to drop slowly to at least 1100. The effect of this procedure is all the more surprising as the temperature range in which the post-tempering is expediently carried out is completely different from the temperature at which the ss-y conversion of the dicalcium silicate, responsible for the sprinkling, takes place.
Post-heating in the range up to 1100 is advantageous. directly connected to the fire and expediently takes several hours; often cooling down to 1200 within half an hour is enough. The type of cooling from 1100 onwards does not matter, it can be cooled quickly or slowly. To shorten the process, rapid cooling is preferred.
A wide variety of arrangements can of course be used for the technical implementation of post-heating. When working in rotary kilns according to the countercurrent process, the desired tempering can hardly be achieved without special precautionary measures because the material leaving the combustion zone usually reaches low temperatures too quickly. On the other hand, it is particularly advantageous to work in rotary kilns using the direct current method, with the material being post-heated very evenly after leaving the hot furnace zone at a slowly falling temperature. By changing the length of the furnace, the number of revolutions and so on, the tempering time can be regulated in a very simple manner.
The success of the working method is particularly evident in the fact that the trickling of otherwise incomplete clinker is very complete. For example, burnt dicalcium-silicate-containing masses, which resulted in a residue of up to 40% when cooled down quickly, are successful in causing up to 99% to disintegrate. It is also expressed in the fact that a considerable reduction in the decay time of the clinker is achieved.
<I> Example: </I> After fine grinding the raw materials, an intimate mixture was produced from a slate and a limestone, which (calculated without loss of ignition) had the following composition:
23.3% S10 "14.0% A1203, <B> U% </B> Fe203, <B> 57.1% </B> Ca0. This mixture was heated to <B> 1350 '</ B for 1 hour > heated and then burned to a clinker which contained about <B> 67% </B> dicalcium silicate in addition to, essentially, calcium aluminate.
Immediately after the end of heating, the clinker was 1. taken out of the oven and allowed to cool quickly; 2. Cooled to 1200 'in 1/2 hour and then removed from the oven; 3. Left in the oven for 11/2 hours at a temperature slowly falling to 1000 and then removed from the oven.
In the first case, the sieve residue on the 900-mesh screen was 65%, in the second case 13.3% and in the third only 1.7%.
The same mixture was processed once in a rotary kiln according to the countercurrent principle, with the material falling into a cooling drum shortly after leaving the sintering zone, and secondly, it was burned in a rotary kiln in cocurrent, with the material for about 2 hours after leaving the hottest zone Furnace lingered. The proportion that did not disintegrate in the first case was between 10 and 40%; in the second case, evenly small sieve residues of less than 1 to a maximum of approximately resulted over several days of testing.