DE1258326B - Verfahren zur Herstellung bituminoes gebundener, hochfester und temperaturbestaendiger Formkoerper - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C04b

Deutsche Kl.: 80 b-8/12

Nummer: 1258 326

Aktenzeichen: St 22492 VT b/80 b

Anmeldetag: 4. August 1964

Auslegetag: 4. Januar 1968

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung bituminös gebundener, hochfester und temperaturbeständiger Formkörper, bei dem Feststoffpartikelchen einzeln mit einem dünnen Bitumenfilm überzogen werden, bei dem ferner aus diesen Feststoffpartikelchen Formkörper mit einem interkommunizierenden Hohlraumsystem von 5 bis 25 Volumprozent durch Verpressen hergestellt werden und bei dem diese Formkörper in einem Temperaturbereich zwischen 150 und 300⁰C unter Anwesenheit von Sauerstoff zur Umwandlung des Bitumenfilms in einen unschmelzbaren und unlöslichen Zustand erwärmt werden.

Es sind Verfahren zur Herstellung großer, mit Pech oder Asphalt gebundener Formkörper, beispielsweise Blockanoden für die Aluminiumelektrolyse, bekannt. Nach diesem Verfahren werden Knetmischungen aus körnigem bis staubfeinem Petrol- und Pechkoks mit Pech oder Asphalt hergestellt, die Mischungen zu Formkörpern der gewünschten Größe verpreßt und die Formkörper sodann in Öfen einer 10 bis 16 Tage dauernden Kalzination im Temperaturbereich zwischen 800 und 1200° C unterworfen. Durch diese Behandlung wird das pechförmige Bindemittel im Formkörper von allen flüchtigen Bestandteilen durch Verdampfung befreit und das Bindemittel verkokt.

Diese Verfahren haben den Nachteil, daß durch das Verkoken des Bindemittels die Bindeeigenschaften völlig zerstört werden. Durch Verdampfung und Zersetzung verliert das der Mischung beigemischte Bindemittel etwa 40% flüchtige Bestandteile, und es sind umfangreiche technische Maßnahmen erforderlich, um die Abdämpfe und Abgase dieses Prozesses vor dem Abblasen in die Atmosphäre zu reinigen. Ein weiterer Nachteil ist die außerordentlich lange Behandlungsdauer und der hohe Wärmeenergiebedarf nach diesem Verfahren.

Es ist ferner ein Verfahren zur Herstellung von gehärteten Formkörpern, z. B. von Erzbriketts, Kohlebriketts, Platten oder Rohren nach der deutschen Auslegeschrift 1153 311 bekannt. Gemäß diesem Verfahren können kleine Formkörper, wie etwa Briketts in Ei- oder Nußformgröße oder Platten relativ geringer Dicke aus thermoplastischen Feststoffmischungen, hergestellt werden, bei denen das thermoplastische Bindemittel im Formkörper unschmelzbar und lösungsmittelunempfindlich gemacht wird und dadurch die Festigkeit der Formkörper außerordentlich zunimmt.

Nach diesem Verfahren werden körnige bis pulverförmige Feststoffe durch Aufwirbeln und Besprühen Verfahren zur Herstellung bituminös
gebundener, hochfester und
temperaturbeständiger Formkörper

Anmelder:

Straba Handels A. G., Zug (Schweiz)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Höger

und Dipl.-Ing. W. Stellrecht M. Sc,

Patentanwälte, 7000 Stuttgart S, Uhlandstr. 16

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Klaus Schulze,
8000 München-Pasing

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 6. August 1963 (9728)

mit dem nebelfein zerstäubten Bindemittel mit dünnsten Bitumenfilmen überzogen, wie es beispielsweise nach dem in der deutschen Patentschrift 933 497 beschriebenen sogenannten Impact-Verfahren möglich ist. Diese so erhaltene Mischung wird sodann so verpreßt, daß poröse homogene Formkörper mit einem Hohlraumgehalt von 5 bis 25 Volumprozent entstehen. Die Formkörper werden sodann für eine gewisse Zeit im Temperaturbereich zwischen 150 und 300⁰C, vorzugsweise 190 und 22O⁰C, der Einwirkung von sauerstoffhaltigen Gasen unterworfen.

Durch diese Behandlung werden vermöge einer initialen Teiloxydation und sich anschließender intramolekularer Umgruppierung der Kohlenwasserstoffmoleküle die dünnen, die Wandungen der Poren des Formkörpers darstellenden Bitumenoberflächen in unschmelzbaren und unlöslichen Zustand überführt.

Dieses Verfahren hat gegenüber den bekannten

Verkokungs- oder Verschwelungsverfahren den großen Vorteil, in kurzer Zeit bei relativ niedrigen Temperaturen unschmelzbare und auch in hohen Temperaturbereichen stabile Formkörper herstellen zu können. Es treten praktisch weder Verdampfungsnoch Zersetzungsprodukte auf, da unterhalb der Verdampfungs- oder Zersetzungstemperatur gearbeitet wird.

Es ist nun bereits vorgeschlagen worden, bei der Herstellung von Kohleelektroden durch das vorgenannte Verfahren aus Kohlenstoff und bituminösem

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Bindemittel ein plastisches Gemisch zu bilden und ist, daß Feststoffpartikelchen zerdrückt werden und dieses plastische Gemisch derart heiß zu verpressen, dadurch nicht oder nur teilweise bituminöse umhüllte daß im Preßling ein der Luft zugänglicher, regel- Partikelchen im Formkörper entstehen, mäßig verteilter Hohlraum von 5 bis 15% verbleibt, Diese so gepreßten Formkörper werden sodann in

und darauf die noch heißen Preßlinge in einen mittels 5 eine Wärmebehandlungskammer eingesetzt und läneiner wärmeisolierenden, luftdurchlässigen Masse gere Zeit der Einwirkung von sauerstoffhaltigen ausgekleideten Behälter eingebracht werden, in wel- Gasen im Temperaturbereich zwischen 150 und chem sich in den Preßlingen ein exothermisch ver- 300⁰C, vorzugsweise 190 und 220⁰C, ausgesetzt, laufender Oxydationsprozeß entwickelt. Dabei hat wobei das sauerstoffhaltige Gas zwangläufig kontisich gezeigt, daß die Umwandlung des bituminösen io nuierlich oder intermittierend in ausreichenden Men-Bindemittels in den unschmelzbaren Zustand auch gen durch oder in den porösen Formkörper zugeführt nach längerer Behandlungszeit nur in einer 3 bis 5 cm wird.

tiefen Schicht an den Außenseiten des Formkörpers Nach einem Ausführungsbeispiel wird in die rechtmöglich war, während das Innere._ solcher Körper eckigen Formkörper eine zweckmäßigerweise nach mehr oder weniger unbeeinflußt blieb. Es wurde 15 innen zu konische Öffnung an geeigneter Stelle in den beobachtet, daß der Umwandhmgsprozeß in einem Formkörper gebohrt, in die mit einer luftdichten Formkörper von außen nach innen zonenförmig fort- Masse ein Rohranschlußstück eingefügt wird. Der schreitet, solange von außen her ausreichende Men- Preßkörper wird sodann in der Behandlungskammer gen sauerstoffhaltiger Gase in die Reaktionszone ein- auf einen Rost gesetzt, das Rohranschlußstück mit geführt werden können. Während bei kleineren Kör- 20 einer Gasabsaug- oder -druckvorrichtung verbunden, pern die Sauerstoffzufuhr ohne weiteres von selbst Während des Aufenthaltes in der Wärmekammer durch Diffusion eintritt, wird Offenbar bei großen wird nun der Wärmekammer zugeführtes, sauerstoff-Körpern der Reaktionsprozeß durch Mangel an haltiges Gas durch die Absaugvorrichtung ständig sauerstoffhaltigen Gasen, die nicht tiefer durch Diffe- von außen nach innen durch den porösen Formsion in den Körper eindringen können, abgebrochen 25 körper so lange hindurchgesaugt, bis die von außen und das weitere Fortschreiten der Reaktionszone in nach innen fortschreitende Teiloxydations- und sich das Innere des Körpers verhindert. anschließende Umwandlungszone bis in das Innerste

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das des Körpers vorgedrungen und damit das gesamte Verfahren so zu gestalten, daß der Umwandlungs- über die Innenflächen des interkommunizierenden, prozeß in allen, auch großen Körpern im wesent- 30 kapillarartigen Hohlraumgehaltes verteilten Bitumenlichen vollständig durchgeführt wird. Diese Aufgabe oberflächen unschmelzbar und unlöslich geworden wird bei dem eingangs erwähnten Verfahren gemäß sind.

der Erfindung dadurch gelöst, daß bei Herstellen ver- Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel werden

hältnismäßig großer Formkörper sauerstoffhaltige sauerstoffhaltige Gase über das im Zentrum des Gase zwangläufig durch die Formkörper so lange 35 Formkörpers sich öffnende Rohranschlußstück durch hindurchgeführt werden, bis die Reaktionszone die ein Gasdrucksystem von innen nach außen durch den Formkörper ganz durchwandert hat. Damit wird die porösen Formkörper durchgedrückt, wodurch das für den Umwandlungsprozeß und das Fortschreiten Fortschreiten der Reaktionszone von innen nach der Reaktionszone erforderliche Menge an sauer- außen durch den Formkörper bewirkt wird, stoffhaltigen Gasen gesteuert in das Innere des ver- 40 Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel werden preßten Formkörpers zugeführt, um den Stillstand die grünen Formkörper in der Wärmebehandlungsder Reaktion durch mangelndes Eindiffundieren der kammer auf einen Rost aufgesetzt, der mit einem Gase zu verhindern. Die zwangläufige Zuführung Gasdruck- oder -absaugsystem verbunden ist. Die sauerstoffhaltiger Gase kann sowohl kontinuierlich porösen Seitenflächen des Formkörpers werden durch als auch intermittierend erfolgen. 45 einen gasdichten Anstrich abgeschlossen und an den

Nach einem Ausführungsbeispiel zur Herstellung dem Rost aufliegenden Kanten gegen den Rand des von Blockanoden für die Aluminiumelektrolyse wird Rostes gasdicht verkittet. Sodann werden sauerstoffzunächst eine Mischung aus etwa 12 oder weniger haltige Gase entweder in die Wärmekammer einge-Prozent eines Bitumens B 80 mit körnigem bis staub- führt und über ein dem Rost angeschlossenes Abfeinem Petrolkoks nach dem bekannten Verfahren 50 saugsystem von oben nach unten durch den Formgemäß der deutschen Patentschrift 933 497 so ge- körper hindurchgesaugt, wodurch das Fortschreiten mischt, daß jedes Feststoffpartikelchen individuell der Reaktionszone in Richtung von der dem Rost mit einem dünnsten, vorzugsweise etwa 1 μ dicken zugewandten Fläche zu der dem Rost zugewandten Bitumenfilm überzogen wird. Diese Mischung wird Fläche gewährleistet wird.

sodann so zu sogenannten grünen Elektroden ver- 55 Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel wird preßt, daß außerordentlich poröse, schwamm- oder durch ein Gasdrucksystem, das an dem Rost in der korallenstockstrukturähnliche Formkörper entstehen, Wärmekammer angeschlossen ist, sauerstoffhaltiges die von einem interkommunizierenden System kapil- Gas in Richtung von der dem Rost zugewandten larartiger Hohlräume durchzogen sind, deren Außen- Querschnittsfläche des Formkörpers zu der dem Rost flächen aus bituminösem Bindemittel in dünnsten 60 abgewandten Querschnittsfläche des Formkörpers Filmen bestehen und die die Feststoffpartikelchen hindurchgedrückt und über ein Leitungssystem aus umhüllen. Zur Herstellung solcher Formkörper ist der Wärmekammer entfernt. Dadurch wird das Fortzu beachten, daß die keinerlei Überschüsse von schreiten der Reaktionszone über den gesamten Cuerfreiem Bitumen enthaltende Mischung so verpreßt schnitt des Formkörpers von der dem Rost zugewird, daß einerseits die Feststoffpartikelchen sich 65 wandten Fläche zu der dem Rost abgewandten Fläche untereinander direkt berühren, also der zwischen gewährleistet.

ihnen befindliche Bitumenfilm weggedrückt worden Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der

ist, andererseits jedoch der Preßdruck nicht so hoch Formkörper ebenfalls auf einem Rost in die Wärme-

behandlungskammer eingesetzt. Sodann wird durch ein Rohrleitungssystem sauerstoffhaltiges Gas in die Wärmekammer eingeführt und der Gasdruck innerhalb der Wärmekammer von Atmosphärendruck bis auf etwa 3 atü erhöht. Dadurch werden erhebliche Mengen komprimierten, sauerstoffhaltigen Gases durch das interkommunizierende kapillarartige Hohlraumsystem innerhalb des Formkörpers bis in sein Innerstes eingeführt und dadurch die Versorgung der Reaktionszone mit ausreichenden Mengen Sauerstoff gewährleistet. Sobald durch die Teiloxydation der Sauerstoff der sauerstoffhaltigen Gase in der Reaktionszone verbraucht ist, wird die Wärmekammer entlüftet, so daß der Druck im Inneren der Formkörper und der Wärmekammer auf Atmosphärendruck sinkt. Sobald der Druckausgleich hergestellt ist, wird erneut sauerstoffhaltiges Gas in die Wärmekammer eingeführt und der Druck erneut bis auf etwa 3 atü erhöht. Dieser intermittierende Gasaustausch im Formkörper wird so lange fortgeführt, bis die Reaktionszone von außen nach innen über den ganzen Querschnitt des Formkörpers gewandert ist.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Formkörper in der Wärmebehandlungskammer einer gewissen Zeit der Einwirkung sauerstoffhaltiger Gase unter atmosphärischem Druck ausgesetzt und sodann das keinen Sauerstoff mehr enthaltende Gas in die Wärmebehandlungskammer eingeführt, bis der Druckausgleich mit der Atmosphäre wiederhergestellt ist. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis die Reaktionszone von außen nach innen den gesamten Querschnitt des Formkörpers durchwandert hat.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die beiden zuvor genannten Verfahren miteinander kombiniert in der Weise, daß zunächst der Druck der sauerstoffhaltigen Gase in der Wärmekammer auf 3 atü erhöht und nach einer gewissen Zeit die Kammer und der Formkörper evakuiert werden, um sodann den Vorgang von vorn beginnen zu lassen, bis die Reaktionszone den gesamten Querschnitt des Formkörpers von außen nach innen durchwandert hat.

Es kann vorteilhaft sein, bei der vorstehenden Kombination beider Verfahren zunächst nur mit einem Wechsel zwischen Atmosphären- und Überdruck zu arbeiten und das Evakuieren erst nach einer gewissen Zeit vorzunehmen, um ab und zu das gesamte Hohlraumsystem des Formkörpers zu entgasen. Dadurch werden Dämpfe flüchtiger Bitumenbestandteile, die möglicherweise durch Beimischungen im Bitumen im Hohlraumsystem entstanden sein können und die die Einführung sauerstoffhaltiger Gase in das Porensystem und damit das Fortschreiten der Reaktionszone beeinträchtigen können, entfernt. Das Evakuieren soll zweckmäßigerweise vor allem dann nicht vorgenommen werden, wenn die Reaktion im oberen Temperaturbereich, d. h. über 250° C vor sich geht. Durch den dadurch entstehenden Unterdruck können flüchtige Bestandteile des Bitumens, die bei atmosphärischem Druck bei dieser Temperatur noch nicht verdampfen würden, verdampfen und den Reaktionsprozeß ungünstig beeinträchtigen.

Das Einhalten der angegebenen Reaktionstemperaturen von vorzugsweise 190 bis 220⁰C kann dadurch erreicht werden, daß man die Reaktion durch Einführung kalten, sauerstoffhaltigen Gases oder durch Verminderung des Sauerstoffgehaltes steuert. Bei der Herstellung von Elektroden kann es gegen Ende des Reaktionsprozesses oder nach seinem Abschluß von Vorteil sein, die Formkörper durch Einführung heißen inerten Gases zur Regulierung des erforderlichen elektrischen Widerstandes auf kurzzeitig hohe Temperaturen zu erhitzen. Vorteilhaft wird dadurch die bereits durch das Verfahren vorgenommene Aufheizung des Formkörpers ausgenutzt.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung bituminös gebundener, hochfester und temperaturbeständiger Formkörper, bei dem Feststoffpartikelchen einzeln mit einem dünnen Bitumenfilm überzogen werden, bei dem ferner aus diesen Feststoffpartikelchen Formkörper mit einem interkommunizierenden Hohlraumsystem von 5 bis 25 Volumprozent durch Verpressen hergestellt werden und bei dem diese Formkörper in einem Temperaturbereich zwischen 150 und 300⁰C unter Anwesenheit von Sauerstoff zur Umwandlung des Bitumenfilms in einen unschmelzbaren und unlöslichen Zustand erwärmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei Herstellen verhältnismäßig großer Formkörper sauerstoffhaltige Gase zwangläufig durch die Formkörper so lange hindurchgeführt werden, bis die Reaktionszone die Formkörper ganz durchwandert hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sauerstoffhaltigen Gase aus einer Wärmezone durch den Formkörper hindurchgesaugt und/oder in eine Wärmezone hineingedrückt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sauerstoffhaltigen Gase intermittierend durch den Formkörper hindurchgeführt werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchtritt der sauerstoffhaltigen Gase durch periodisches Erhöhen und/oder Erniedrigen des Druckes über bzw. unter den atmosphärischen Druck erzeugt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch Abdichtung bestimmter Außenflächen der Formkörper die sauerstoffhaltigen Gase in einer bestimmten Richtung durch die Formkörper von einer Eintrittsfläche bis zu einer Austrittsfläche durchgesaugt und/oder hindurchgedrückt werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß gegen Ende oder nach Abschluß der Umwandlung des Bitumens die Formkörper unter Ausnützung der durch das Verfahren entstandenen Wärme durch Einführen eines heißen inerten Gases zur Regulierung des elektrischen Widerstandes kurzzeitig stark aufgeheizt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1005 889,
1179493;
USA.-Patentschrift Nr. 2 883 708.

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