DE1065315B

DE1065315B - Process for the production of crystalline stones from slag melts

Info

Publication number: DE1065315B
Application number: DENDAT1065315D
Authority: DE
Inventors: Kassel-Wilhelmshohe Erich Wolf
Original assignee: Bausteinwerk der Stadt Kassel G.m.b.H., Kassel, und Erich Wolf, Kassel-Wi'lhelmsho'he
Publication date: 1959-09-10

Description

BUNDESREPUBLiK DEUTSCHLANDFederal Republic of Germany

DEUTSCHES /Mim. PATENTAMTGERMAN / Mim. PATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

kl 80 b 8/20kl 80 b 8/20

D(TEBNAT. KL. C 04 bD (TEBNAT. KL. C 04 b

B 453101 Vc/80 bB 453 101 Vc / 80 b

ANMELDETAG: 13.JULI1957REGISTRATION DATE: JULY 13, 1957 BEKANNTMACHUNGNOTICE

DERANMELDÜNG 10. SOD t β Π1 b β Γ «59 UND AUSGABE DER ^r DERREMELDÜNG 10. SOD t β Π1 b β Γ «59 AND ISSUE OF ^r

AUSLEGESCHRIFT:EDITORIAL:

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von kristallinen Steinen aus Schlackenwie, diese beispielsweise bei Hoch- und w.arbidöfcn wie auch bei Kraftwcrkkesseln mit Zyklonfeuerung anfallen. Durch die Umwa^dlungjlei^sThe invention relates to a process for the production of crystalline stones from slags such as those obtained, for example, in high-level and w.arbidöfcn as well as in power boilers with cyclone firing. Through the transformations

meist glasigen Schlacke in kristallinen Gesteine, die mostly glassy slag in crystalline rocks , the

sowoni porig~als Such'U'iclit'erze'ugt werden können, ist die Möglichkeit gegeben, die Schlackenschmelzen in einem hochwertigen Zuschlagstoff für den Hoch- und Tiefbau als auch als Zuschlagstoff für die Beton- und die Leichtbetonindustric zu verwandeln.can be produced as porous as a search, the possibility is given to melt the slag in a high-quality aggregate for high and civil engineering as well as an aggregate for the concrete and lightweight concrete industry.

Die bei den Hochöfen und bei den Karbidöfen anfallenden Schlackeschmelzen werden seither durch Behandlung mit Wasser oder Dampf in ein mehr oder weniger poriges Material aufbereitet. Dieses bekannte Verfahren beruht in seiner Wirkung im wesentlichen darauf, daß die bei Hoch- und Karbjdöfgn anfallenden Schmelzen eventuelTBasisch sind und das in der Schmelze vorhandene Kalziumoxyd das Wasser, das der Schlacke zugesetzt wird, gierig annimmt, sein· Volumen vergrößert und dadurch eine Porigkeit in dem erstarrten Schmelzmaterial erzeugt. Durch die blähende Wirkung des Kalkes in der Schmelze unter dem Einfluß des Wassers wird die Festigkeit des erstarrten Schlackenmatcrials wesentlich herabgesetzt, zum Teil so weit, daß eine Verwendung in der Leichtbetonindustrie in Anbetracht der dauernd steigenden Festigkeitsforderungen nicht mehr möglich ist.The slag melts from blast furnaces and carbide furnaces have since been processed into a more or less porous material by treatment with water or steam. The effect of this known method is essentially based on the fact that the melts occurring in Hoch- and Karbjdöfgn are possibly basic and the calcium oxide present in the melt greedily accepts the water that is added to the slag, increases its volume and thus a porosity in generated by the solidified melt material. Due to the expansion of the lime in the melt under the influence of water, the strength of the solidified slag material is significantly reduced, sometimes so much that it is no longer possible to use it in the lightweight concrete industry in view of the constantly increasing strength requirements.

Bei den bei den modernen Kraftwerken anfallenden-, Stejrj- oder Braunkohlenschlackenschmelzen aus Zy-"klonfeuerungen handelt es sich um saure Schmelzen mit wenig Kalkanteil. Eine Behandlung dieser Schlakkcn mit Wasser führt wohl zu einer gewissen Porigbzw. Blasigkeit der erstarrten Schmelze. In ihrer Zusammensetzung bleiben aber diese Schmelzen bei Behandlung mit Wasser in ihrem glasigen Zustand erhalten. Das Glas im Endprodukt der auf diese Weise behandelten Schmelzen ist nicht beständig, zeigt im Dünnschliff bereits die Zerfallsrisse der später eintretenden Entglasung und kann deshalb als Baustoff nicht verwendet werden. The brown coal slag melts from cyclone furnaces that occur in modern power plants are acidic melts with a low proportion of lime. Treatment of this slag with water probably leads to a certain porosity or vesity of the solidified melt However, these melts remain in their vitreous state when treated with water. The glass in the end product of the melts treated in this way is not stable, shows in the thin section the decay cracks of the later devitrification and can therefore not be used as a building material.

Das erfinderische Problem besteht daher darin, aus den anfallenden Schlackenschmelzen durch besondere Behandlung einen bestandigen Stoff herzustellen, welcher für die Verwendung in der Bau wirtschaft geeignet ist.The inventive problem is therefore from the resulting slag melt by special Treatment to produce a durable fabric that is suitable for use in the construction industry is.

Es ist bekannt, daß durch bestimmte Mineralzusätze, die den flüssigen Schlackenschmelzen beigefügt werden, und durch anschließende Temperung bzw. langsame Abkühlung die Schlackenschmelzen 5" kristalline Form annehmen. Die kristalline Umwandlung der Schlackenschmelzen erfolgt gemäß der Erfindung durch Vermischen der Schmelze mit vulkanischen Sedimenten.It is known that due to certain mineral additives which are added to the liquid slag melts and subsequent tempering or slow cooling, the slag melts assume a crystalline form. The crystalline conversion of the slag melts takes place according to the invention by mixing the melt with volcanic sediments.

Verfahren zur Herstellung
von kristallinen Steinen
aus SchlackenschmelzenMethod of manufacture
of crystalline stones
from slag smelting

Anmelder:Applicant:

Bausteinwerk der Stadt Kassel G.m.b.H., Kassel, Schillerstr. 6-12,Building block factory of the city of Kassel G.m.b.H., Kassel, Schillerstr. 6-12,

und Erich Wolf,and Erich Wolf,

Kassel -Wilhelmshöhe,Kassel -Wilhelmshöhe,

Nordshäuser Str. 6V2Nordshäuser Str. 6V2

Erich Wolf, Kassel-Wilhelmshöhe,
ist als Erfinder genannt wordenErich Wolf, Kassel-Wilhelmshöhe,
has been named as the inventor

Vulkanische Sedimente sind ursprünglich lose Auswurfmässcn. Sie entstanden dadurch, daß das Magma durch die explosh^re Kraft entweichender Dämpfe in die Atmosphäre staubförmig geschleudert wurde. Diese vulkanischen Aschen, staubartig fein, weißlich, grau, gelb, braun oder schwarz, aus Kristallen und Kristallsplittern bestehend, sind in mehr oder weniger größeren Entfernungen von den Schloten, nicht selten in großen Mächtigkeiten, abgelagert. Die Gemengeteile an Kristallsplittern sind außerordentlich zahlreich und verschieden in ihrer Art. In der zugehörigen Lava treten diese stark zurück oder fehlen gänzlich, weil sie später resorbiert wurden. Auch enthalten diese Mineralpartikeln der Asche oft mehr Gaseinschlüsse und Gasporen als die Gemengeteile der späteren Lava. Aus der Verfestigung loser vulkanischer Aschen gehen Tuffe her\'or (Lapillituffe, Sandtuffe, Kristalltuffe, Aschentuffe). In der langen Ablagerungszeit haben sich während der Verfestigung Umwandlungs- und Neubildungsprodukte gebildet, beispielsweise beim Diabastuff: Karbonat, Chlorit, Epidot, Uralit, Strahlstein usw. Die Umwandlungsprodukte sind in den Tuffen in kleinster, unausgcwachsener Form mit großer Kristallisationskraft j vorhanden. Sind diese Tuffablagerungen in Flachseen entstanden, so haben sioh in schaliger, zonaler und steifer Anordnung sekundäre Nädelchen und Körnchen um diese Kristallbestandteile gebildet,Volcanic sediments are originally loose ejecta. They originated by the fact that the magma was thrown in dust form into the atmosphere through the explosh e ^r force escaping vapors. These volcanic ashes, fine dust, whitish, gray, yellow, brown or black, consisting of crystals and crystal splinters, are deposited at more or less greater distances from the chimneys, often in great thicknesses. The mixed pieces of crystal splinters are extraordinarily numerous and different in their type. In the associated lava these recede strongly or are completely absent because they were later resorbed. These mineral particles of the ash often contain more gas inclusions and gas pores than the mixture parts of the later lava. The solidification of loose volcanic ash gives rise to tuffs (lapillite tuffs, sand tuffs, crystal tuffs, ash tuffs). During the long period of deposition, conversion and regeneration products have formed during the solidification, for example in the case of diabastuff: carbonate, chlorite, epidote, uralite, jet stone, etc. If these tuff deposits were formed in shallow lakes, then they have formed secondary needles and grains around these crystal components in a shell, zonal and rigid arrangement,

909 530/357909 530/357

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die unter clem Begriff Mikgalions-Struktur bekannt sind. Es ist dies eine Folge der Umbildung alter in neue Gemcngelcilc, gleichsam eine Wanderung der ^Stoffe. Die"sekundären Kristallenen sind für das Verfahren von größter Bedeutung, da diese eine außergewöhnlich hohe Keimkraft besitzen. Außerdem weisen aHc vulkanischen Tuffe einen hohen Gehalt au Kristallwasscr (von 4 bis 20%) auf.known as the Mikgalion structure are. This is a consequence of the transformation of old into new ones, as it were a migration of the ^ Fabrics. The "secondary crystals" are for the process of the utmost importance, as these have an exceptionally high germination power. Also wise The volcanic tuffs have a high content of crystalline water (from 4 to 20%).

Werden diese vulkanischen Sedimente, die je nach der Zusammensetzung der Schmelzen, entsprechend ausgesucht werden müssen, in Mengen von 3 bis 5°/o dem Schmelzfluß zugesetzt, so wird die außergewöhnliche Keimkraft· der Kristallenen bzw. Kristallkeime in der Schmelze wirksam und verwandelt die Schmelze in einen kristallinen Stein./Bei der Vielzahl und der verschiedenen Art der Kristallenen und Kristallkeime ist eine langsame Abkühlung der SchmcV/.r; von wesentliche*!¹ .Bedeutung, da in jedem Temperaturbereich neue Kristalle zürn" Wachstum kommen. Das Krisrallwasscr der Tuffe trägt wesentlich dazu bei, den Schmelzpunkt der Schlackenschmelzc herabzusetzen. Dies ist sehr erwünscht, da sich bei niedrigen Schmelztemperaturen weitere Kristalle ausbilden. Werden für diese Vorgänge Tuffe verwendet, die außergewöhnlich hohen Kristallwassergehalt aufweisen, wird das Endprodukt aus diesen Schmelzen entsprechend porig. Auf diese Weise ist eine Steuerung der Porigkeit des Materials durch die Wahl und die Menge der der Schmelze beigcgcbciicn Tuffe möglich.If these volcanic sediments, which have to be selected according to the composition of the melts, are added to the melt flow in amounts of 3 to 5%, the extraordinary germination power of the crystals or crystal nuclei becomes effective in the melt and transforms the melt into a crystalline stone. / With the multitude and different types of crystals and crystal nuclei, a long cooling of the SchmcV / .r; of essential *! ^1. Significance that new crystals grow in every temperature range. The crystalline water of the tuffs contributes significantly to lowering the melting point of the slag melt. This is very desirable, since further crystals form at low melting temperatures. Tuffs are used for these processes If used, which have an exceptionally high water of crystallization content, the end product from these melts becomes correspondingly porous.

Für die Umwandlung der Schlackeschmelzen in kristallines Gestein eignen sich alle vulkanischen Sedimente, insbesondere jene, deren Ablagerung in Flachsccu erfolgte (Sckundiirkristallc). Es sind dies:All volcanic rocks are suitable for converting slag melts into crystalline rock Sediments, especially those that were deposited in flax crystals (Sckundiirkristallc). These are:

PorphyrtuffcPorphyrtuffc

Silifizicrtc Porphyrtuffc
Quarzkcratophyre
Rhyolithtuffc
PcrlittuffcSilicicrtc Porphyrtuffc
Quartz Cratophyres
Rhyolite tuffc
Pcrlittuffc

TrachytluffcTrachytluffc

Traß
(Duckstcinc)Trass
(Duckstcinc)

Phonol'ithtuffcPhonol'ithtuffc

Ncphclin-JLeucit-Phonolith-Tuffe, Tuffe der
Porphyrirc. Andcsite und lVlckiphyrcNcphclin-JLeucit-Phonolith-Tuffe, Tuffe der
Porphyrirc. Andcsite and lVlckiphyrc

Basal ttu ITeBasal ttu ITe

Pcpcrin
PalagoiiiitliiffePcpcrin
Palagoiiiitliiffe

DiabastuffeDiabastuffe

Das erfinduiigsgcmäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß dcr_Jrisch anfallenden Schlackcnschmelze ein je nach der chemischen Zusammcns"tcTTüng"~dcr Schlackensclnnclzc ausgesuchtes vulkanisches Sediment in einer Menge von 5 bis 10% unmittelbar beigefügt und unter ständiger Bewegung (Drehofen) lapffiam zur Abkühlung und .Erstarrung gebracht ward. Beispielsweise wurden einer ßraunkohlenaschciTSchinclze 10% gekörnter Basaltlavatuff aus dem Gebiet des Habichtswaldcs bei Kassel beigefügt und die Schmelze unter Drehbewegung langsam abgekühlt.The erfinduiigsgcmäße method is characterized in that ß dcr_Jrisch resulting Schlackcn melt a dcr depending on the chemical Zusammcns "tcTTüng" ~ Schlackensclnnclzc Chosen volcanic sediment directly attached to and in an amount of 5 to 10% under constant motion (rotary kiln) lap ffi on for cooling and froze. For example, 10% granular basalt lavatuff from the Habichtswald area near Kassel was added to a brown coal chinchin and the melt was slowly cooled while rotating.

Analyse der Braunkohlcuschmclze
nach Untersuchung der Universität GottingenAnalysis of Brown Cabbage Melts
after investigation by the University of Gottingen

SiOo .SiOo.

A\,Ö_a A \, Ö _a

Fe₂ O'„
FcO .Fe ₂ O '"
FcO.

TiO₂ .TiO ₂ .

MnO .MnO.

MgO .MgO.

CaO .
¹S Na₂OCaO.
¹ S Na ₂ O

K₂O .
- K₀ K ₂ O.
- K ₀

P₂O₅ P ₂ O ₅

S S.

CO₂ .CO ₂ .

Braunkohlensintersdilacke Lignite sintered waxes

41,61%
L4,53%41.61%
L4.53%

1,03%1.03%

5,36%5.36%

2,29%2.29%

0,17%0.17%

2,22%
28,71 %2.22%
28.71%

0,26%0.26%

2,15%2.15%

0,11%0.11%

0,80%0.80%

0,05%0.05%

0,45%0.45%

unter der Nachweisgrenze
99,74%below the detection limit
99.74%

Das unter Zusatz von ßasalttuff daraus entstandene Produkt stellte ein kristallines, poriges Gestein dar. Nach der mineralogischen Bestimmung der Universität Göttingcn enthält das kristalline Produkt ein M'ikrogefüge folgender Kristalle:The resulting from it with the addition of ßasalttuff Product represented a crystalline, porous rock. According to the mineralogical determination of the university In Göttingen, the crystalline product contains a microstructure of the following crystals:

Monokline Pyroxen,
Diopsid,Monoclinic pyroxene,
Diopside,

Plagioklas (Kalknatronfeldspat),
kleine bräunliche Oktaoder, bei denen es sich um einen gering eisenhaltigen Spinell (MgAI₂O₄) handelt,Plagioclase (soda lime feldspar),
small brownish octahodos, which are low iron spinels (MgAI ₂ O ₄ ),

größere Olivin- und Pyroxenkristalle, die als Reste aus dem beigemengten Tuff als nicht vollständig resorbiert angesehen werden können, ferner Feldspatkristalie.larger olivine and pyroxe crystals, which as remnants from the admixed tuff are considered incomplete can be regarded as resorbed, furthermore feldspar crystals.

Aus der Schlackenschmelze, die in der unbehandclten Form aus reinem Glas besteht, das stark zur EiTtglasuiig und damit zum Zerfall neigt, wurde also ein kristallines Material geschaffen. Der neu erzeugte S'toff kann als ein außerordentlich beständiges Material angeschen werden. Es hat eine außergewöhnliche Härte (Härte 7) und eignet sich nach Zerkleine-' rung und Aufbereitung in Körnungen vorzüglich für die Herstellung von Baustoffen. Unter der Einwirkung von Dampf mit einem Druck von 40 Atm. im Autoklav zeigen¹ sich weder starke Änderungen noch Ausblühungen und keinerlei Minderungen der Druckfestigkeit. Es läßt sich mit Zement, Kalk oder Gips als Bindemittel .zu Bausteinen verformen, ist von großer Wetterbeständigkeit, hat infolge hoher Mikroporigkcit gute Wärmeeigenschaften und durch die Feinstrauheit der Oberflächenstruktur eine außergewöhnliche Reaktion mit allen Bindemitteln, die den _6o seither üblichen Oberflächenstrukturen, beispielsweise bei Kies usw., sehr überlegen ist.A crystalline material was created from the slag melt, which in its untreated form consists of pure glass, which has a strong tendency to be egg-glassy and thus to disintegrate. The newly produced material can be used as an extremely durable material. It has an exceptional hardness (hardness 7) and, after being crushed and processed into grains, is ideally suited for the production of building materials. Under the action of steam with a pressure of 40 atm. in the autoclave showing ^one neither strong nor changes efflorescence and any reductions in compressive strength. It can be shaped into building blocks with cement, lime or gypsum as a binding agent, is highly weather-resistant, has good thermal properties due to its high microporacity and, due to the fine roughness of the surface structure, an extraordinary reaction with all binding agents that have been used in the surface structures that have been common since then, for example Gravel, etc., is very superior.

Die Festigkeiten des Materials liegen auf der Ebene von natürlichen Basalten. Hinzu kommt, daß die Körnung, wie erwähnt, eine griffige Oberfläche und Form hat, so daß bei der Herstellung von Betonen nicht nur die Festigkeit aus der Obcrflächenverkittung der Körnungen mit Bindemitteln, sondern auch cl'ie aus der Form deM^öniungen^sich ergebende zusätzliche Verzahnung fcstigkeitsmäßig zum Tragen kommt. Erfahrungsgcmäß lassen sich aus solchen Zuschlag-The strength of the material is on the level of natural basalts. In addition, the grain as mentioned, has a non-slip surface and shape, so that not only in the production of concrete the strength from the surface cementing of the grains with binders, but also from the Form deM ^ öniungen ^ resulting additional toothing comes into play in terms of fitness. Based on experience can be derived from such surcharges

stoffen nicht nur die gewünschten Druckfestigkeiten im Beton erreichen, sondern bei verzahnten Zuschlagstoffen ist auch gleichzeitig eine wesentlich höhere Elastizität bei günstiger Beeinflussung der Biegzugfestigkeiten gegeben. Im Vergleich zu anderen Zuschlagstoffen, die eine ähnliche Porosität haben, zeigen die Erzeugnisse der Erfindung, vielleicht wegen der besonderen Ausbildung ihrer Poren, keine wasseransaugenden Eigenschaften. Hieraus ergibt sich die Tatsache, daß Betone aus dem kristallinischen Schlackenmaterial nach der Erfindung praktisch — wie das auch bei den Betonen bei Verwendung von Lava ki der Eifel der Fall ist — so gut wie keine Wasseransaugung haben. Dieses Verhalten wirkt sich besonders für die Frostbeständigkeit des Betons aus. Das neue Erzeugnis hat wegen seiner Oberflächenausgestakung besonders gute Eigenschaften als Putzträger, weil der damit hergestellte Beton eine für den Putz griffige Oberfläche hat und dadurch die Putzschicht gut haftet.materials not only achieve the desired compressive strength in concrete, but also with interlocked aggregates is also at the same time a significantly higher elasticity with a favorable influence on the flexural strength given. Compared to other aggregates that have a similar porosity, show the products of the invention, perhaps because of the special design of their pores, not water-absorbing Properties. From this follows the fact that concretes from the crystalline Slag material according to the invention practically - as also with the concretes when using Lava ki the Eifel is the case - as good as none Have water suction. This behavior has a particular effect on the frost resistance of the concrete. The new product has particularly good properties as a plaster base due to its staked surface, because the concrete produced with it has a non-slip surface for the plaster and thus the plaster layer adheres well.

Für den Tiefbau eignet sich das Erzeugnis nach der Erfindung durch hohe Festigkeit, festes Gefüge, Korrosionsfestigkeit gegen Grundwasser, Frostbeständigkeit und die geringe Wasscraufnahme.The product according to the invention is suitable for civil engineering due to its high strength, solid structure, and corrosion resistance against groundwater, frost resistance and the low water absorption.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. A method for the production of a crystalline stone from molten slag, characterized in that that volcanic sediments such as basalt tuff, porphyry tuff, Trachyttuff, Phonolithtuff, Diabastuff, add and then let the melt cool down slowly.

2. The method according to claim 1, characterized in that the liquid slag melt about 10% granular basalt tuff added.

3. The method according to claim 1, characterized in that one di «slow cooling under constant turning or kneading movement of the melt.

4. The method according to claim 1, characterized in that the offset with the aggregate Melt leads through heated zones for the purpose of even slower cooling.

Considered publications:
German patents No. 630 898, 697 653,
514; ^

Niederleuthner, Unbildsame raw materials of ceramic masses, 1928, p. 36.