DE1671118C3

DE1671118C3 - Verfahren zum Herstellen gekörnten Blähgutes

Info

Publication number: DE1671118C3
Application number: DE1967ST027428
Authority: DE
Inventors: Jan Christian Beek Lemmens (Niederlande)
Original assignee: Stamicarbon BV
Current assignee: Stamicarbon BV
Priority date: 1966-10-08
Filing date: 1967-10-07
Publication date: 1978-05-18
Also published as: DE1671118A1; DE1671118B2; BE704779A; NL6614201A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen gekörnten Blähgutes aus ton- und schieferhaltigen Gesteinskörnern oder Gesteinsbröckchen, bei dem das zu blähende Gut zunächst unterhalb der Blähtemperatur durch einen oxydierenden Brand vorbehandelt und dann auf die Blähtemperatuir von wenigstens 1000⁰C erhitzt und fertiggebrannt wird.

Es ist bekannt, daß sich aus Ton oder Schiefer körniges Blähgut herstellen läßt, welches als Zuschlagstoff für hochwertigen Leichtbeton geeignet ist. Die Körner müssen dabei ein niedriges Raumgewicht von ca. 1,0 bis 1,2 g/cm³ und auch eine genügend hohe Festigkeit haben. Zum Blähen werden die Körner des Gesteinsmaterials bis auf die Erweichungstemperatur des Gesteins, welche im Normalfall wenigstens 1000" C beträgt, erhitzt, wobei das Korn plastisch wird und sich um dasselbe eine glasartige abdichtende Haut bildet. Zugleich entwickelt sich Gas im Korn, wodurch die plastische Masse aufgebläht wird und eine sehr feine und leichte Porenstruktur erhält. Ein geeignetes Ausgangsmaterial für das Blähgut ist zermahlener 4s Schiefer, aus dem sich nach Benetzung ein tonartiges Material bildet.

Es hat sich gezeigt, dal) die Anwesenheit von Bitumina im Blähgut, insbesondere von Kohleteilchen, die Festigkeit sowie die Blähfähigkeit der Körner des Blähguis stark beeinträchtigt. So darf der Anteil an Kohleresten bei Verwendung von Schiefer nicht über 5% hinausgehen, wenn die geblähten Körner eine ausreichende Festigkeit aufweisen sollen. Die Abraumhalden von Kohlezechcn enthalten gewöhnlich 10 bis 20% Steinkohlereste, so daß sich derartiges Gestein zum Herstellen fester, als Zuschlagstoff für hochwertigen konstruktiven Leichtbeton bestimmter Körner weniger eignet. Es ist nicht möglich, die schädliche Kohle während des Erhitzens zu entfernen, weil die Erhitzungszeit zu kurz ist und die abdichtende Haut um das Korn einen Eintritt oxydierender Gase in das Korn verhindert.

Man könnte Kohlereste in bekannter Weise durch Vorwaschen des Gesteins zu entfernen versuchen, (^ jedoch ist eine derartige Vorbehandlung sehr kostspielig und führt infolge einer vielfach innigen Durchwachsung von Gestein und Kohle (Mittelgut) häufig nicht zu dem gewünschten Ergebnis. Bitumina und damit auch Kohlereste lassen sich auch dadurch entfernen, daß man das Gestein wenigstens zum Teil bei ausreichend hoher Temperatur von z. B. 600 bis 850° C glüht Durch dieses Glühen geht aber die Blähfähigkeit des Gesteins verloren. Aus diesem Grund darf nur ein Teil des zu blähenden Gutes geglüht werden, weshalb nicht genügend schädlicher Kohlenstoff entfernt werden kann.

Aus der DT-AS 11 85 976 ist es zum Herstellen von porösen, keramischen Stoffen bekannt, ton- oder schieferhaltige Gesteinskörner oder Gesteinsbröckchen zunächst unter der Blähtemperatur durch e^;nen oxydierenden Brand bei einer Temperatur bis etwa 900° C mit großem Luftüberschuß vorzubrennen und dann auf die wenigstens 1000⁰C betragende Blähtemperatur zu erhitzen und fertig zu brennen. Die Vorbrenntemperatur ist dabei so hoch, daß im Ausgangsmaterial befindliches Wasser aus demselben entfernt wird, was die Blähfähigkeit von Gesteinskörnern vermindert, so daß den derart vorbehandelten Gesteinskörnern für das endgültige Blähen ein Blähhilfsmittel zugesetzt werden müßte.

Aus der DT-AS 11 70 309 in es bekannt, blähfähiges Gut im Wirbelschichtverfahren zu blähen. Zu diesem Zweck wird dem zu blähenden Gut durch den Boden eines Wirbelschichtofens erhitzte Luft zugeführt. Die erhitzte Luft besorgt dabei das Aufheizen des zu blähenden Gutes auf die Blähtemperatur.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Möglichkeit zu schaffen, körniges Gestein, das einen verhältnismäßig hohen Kohlenstoffgehalt aufweist, ohne Verwendung von Blähhilfsmitteln derart blähen zu können, daß es beispielsweise als leichter Zuschlagstoff für im Bauwesen verwendeten Leichtbeton geeignet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, daß das zu blähende Gut aus Material von Waschbergen oder Abraumhalden von Steinkohlenzechen gewonnen und bei einer Temperatur von wenigstens 400° C und höchstens 650⁰C für eine Zeitdauer von nicht langer als einige Stunden vorbehandelt wird. Das körnige Gestein wird also vor dem Erhitzen auf die Blähtemperatur von wenigstens 1000⁰C in einer oxydierenden Atmosphäre bei einer Temperatur vorbehandelt, bei der das im Gestein gebundene Wasser nicht verlorengeht, so daß dasselbe für den eigentlichen Blähvorgang erhalten bleibt.

Durch die Vorbehandlung wird hingegen der unerwünschte Kohlenstoff durch Vergasung weitgehend beseitigt, ohne daß dadurch die charakteristischen Eigenschaften des Gesteins wie Gasbildung bei Erhitzung und Plastizität beeinträchtigt werden. Gemeint ist sowohl die Plastizität von noch zu Körnern zu verarbeitendem, tonartigem Gut (gegebenenfalls erhalten durch Zermahlen von kohlenhaltigem Schiefer) als auch die Plastizität von nahe bis an die Erweichungstemperatur erhitzten Körnern. Durch die richtige Wahl der Vorbehandlungstemperatur wird die Festigkeit der aufgeblähten Körner verbessert. Die für die Vorbehandlung vorgeschlagene Temperaturgrenze hängt von den charakteristischen Eigenschaften und der Zusammensetzung des als Ausgangsmaterial bestehenden Gesteins ab und liegt vorzugsweise zwischen 475 und 65O⁰C. Für jeden einzelnen Fall ist ein Optimalwert festzulegen. Die untere Ternperaturgrenze muß so hoch sein, daß die im Gestein enthaltenen Bitumina vergasen. Die Vergasung von Bitumina setzt bei etwa 400⁰C ein. Die

Zeitdauer der Vorbehandlung hängt davon ab, welche Temperatur gewählt wird und in welchem Umfang Sauerstoff Zutritt zu den Körnern hat. Eine Behandlungsdauer von maximal 5 Stunden reicht in den meisten Fällen aus.

Es ist besonders zweckmäßig, das zu blähende Gut unter Zufuhr von oxydierendem Gas im an sich bekannten Wirbelschichtverfahren vorzubehandeln, wobei den Gesteinskörnern oxydierendes Gas zugeführt wird, um den im Gestein enthaltenen Kohlenstoff weitgehend zu vergasen.

Beispiele

Einzelne Partien zermahlener Waschberge aus einer Zeche mit einem Glüh verlust bei 750⁰C von 30,9% wurden vier Stunden lang unter Zufuhr von Luft bei verschiedenen Temperaturen erhitzt Aus dem so behandelten Material wurden anschließend unter Benetzung kugelförmige Körner mit einem Gewicht von etwa 8 g gebildet. Nach Trocknung wurden diese Körner einige Minuten lang auf 1250⁰C erhitzt. Anschließend wurde das Raumgewicht der so erhitzten Kügelchen ermittelt Es wurde auch der Druckzertrümmerungsgrad der aufgeblähten Kügelchen bestimmt Dazu wurden diese Kügelchen, bis zum Bruch, zwischen zwei flachen Stahlplatten gepreßt. Die dabei auf die runden Körner wirkende Punktbelastung ist nur als ein Vergleichsmaßstab zu betrachten.

Es wurden folgende Resultate erhalten:

Behandlungstemperatur, ⁰C

Raumgewicht nach
Erhitzung bis zu
1250⁰C

Zulässige Belastung

Nicht behandelt

450

525

600

1,50 g/cm³
1,14 g/cm³
0,95 g/cm³
1,60 g/cm³

20 kg
66 kg
18 kg
63 kg

Behandlungstemperatur, °C

Raumgewicht nach
Erhitzung

Zulässige Belastung

Nicht behandelt

450

525

600

Korn zerfällt
1,0 g/cm³
1,4 g/cm³
1,4 g/cm³

64 kg

bkg

74 kg

Bei einem auf ähnliche Weise geprüften Gemisch einer Zeche mit einem Glühverlust bei 750⁰C von 23% wurden nachfolgende Werte festgestellt:

Behandlur.gs-	Raumgewicht nach	Zulässige
temperatur, °C	Erhitzung	Belastung
Nicht behandelt	1,0 g/cm³	keine Druck
		festigkeit
450	1,2 g/cm³	25 kg
500	1,0 g/cm³	30 kg
600	1,1 g/cm³	70 kg
700	1,4 g/cm³	25 kg

Dieses Beispiel zeigt, daß die günstigste Vorbehandlungstemperatur dieses Gesteinsmaterials höher ist als bei den Beispielen 1 und 2. Bei einer Vorbehandlungstemperatur von 600° C fällt ein sehr starkes und leichtes Korn an.

Um lediglich den Einfluß der Vorbehandlung auf die Blähfähigkeit eines Gesteins prüfen zu können, wurde ein blähfreudigir, kohlearmer karbonischer Schiefer mit einem Glühverlust von 94% bei 750⁰C einer ähnlichen Reihe von Versuchen unterzogen. Die Ergebnisse waren wie folgt:

Behandlungstemp. in ⁰C Raumgewicht nach Erhitzung

Aus den Zahlen ist ersichtlich, daß n^:cht behandeltes Material ein schweres, nicht festes Korn ergibt. Dies ist dem Umstand zuzuschreiben, daß die einzelnen Gesteinsteilchen in der plastischen Phase bei 125O°C durch die zwischengelagerten Kchleteilchen nur schlecht zusammenkitten und nicht ineinanderfließen. Hierdurch entsteht kein inniger Zusammenhang; außerdem kann sich das Korn auch nicht insgesamt aufblähen.

Bei einer Behandlungstemperatur von 450⁰C zeigen die Körner eine feste Struktur und haben ein leichtes Gewicht. Bei einer Behandlungstemperatur von 525° C läßt die Festigkeit durch ein übermäßiges Aufblähen wieder stark nach. Das Beispiel zeigt deutlich, daß die Bläheigenschaften bei einer Temperatur von 600⁰C größtenteils verlorengegangen sind. Es hat sich dann ein festes und schweres Korn gebildet.

Ein ähnlicher Versuch wurde mit einem Gesteinsge- 5«, misch mit besonders hohem Kohleanteil durchgeführt. Das Gemisch bestand zu 75% aus Waschbergen mit einem Glühverlust bei 750°C von 31% und zu 25% aus Mittelgut mit einem Glühverlust bei 750° C von 50%.

Nachfolgende Ergebnisse wurden erhalten:

200
300
400
450
500
600
700
800

0,9 g/cm³
0,6 g/cm³
0,7 g/cm³
0,7 g/cm³
1,6 g/cm³
1,9 g/cm³
1,9 g/cm³
1,8 g/cm³

Aus diesem Beispiel geht deutlich hervor, daß sich bei einer Vorbehandlungstemperatur zwischen etwa 475 und 500°C eine Änderung in der Blähfähigkeit dieses Materials einstellt.

Die Beispiele zeigen ferner, daß Raumgewicht und/oder Festigkeit der Körner durch eine bestimmte kritische Einstellung der Vorbehandlungstemperatur beeinflußt werden können.

Obwohl in den Beispielen die fein zermahlenen Waschberge vor der Verarbeitung zu Blähgut gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren vorbehandelt wurden, wird nachdrücklich darauf hingewiesen, daß eine Vorbehandlung der Waschberge nach erfolgter Körnerbildung auch ein wesentlicher Teil der Erfindung ist. Nur der Zutritt des zum Vergasen der Kohlenteilchen erforderlichen Sauerstoffs kann hierbei stärker beeinträchtigt werden. Das kann eine Verlängerung der notwendigen Vorbehandlungszeit bedeuten, ist aber durch den beim Zermahlen erhaltenen Feinheitsgrad bedingt.

Es ist notwendig, daß während dieser Vorbehandlung eine örtlich übermäßige Erhitzung durch das Brennen von Kohleteilchen vermieden wird. Dies kann dadurch bewirkt werden, daß man die Zufuhr von oxydierendem Gas in Abhängigkeit von der Temperatur regelt. Dies ist möglich, wenn man das Gas nach dem Kontakt mit den Körnern wieder zurückführt, und zwar unter Zusatz eines sauerstoffhaltigen Gases wie Luft. Dieses Verfah-

ren kann mit einem Festbett, auf einem Rostband, in einem Trommelofen od. ä. durchgeführt werden.

Bevorzugt wird dabei eine Behandlung der Körner gemäß einem an sich bekannten Verfahren, und zwar dem Wirbelschichtverfahren, damit die Vorbehandlungszeit verkürzt wird. Dazu gehört auch die Verwendung eines sogenannten »Spritzbettes«. Wegen der großen Beweglichkeit der Wirbelschichtteilchen wird eine örtlich übermäßige Erhitzung vermieden.

Sowohl die Vorbehandlung als die Erhitzung finden vorzugsweise in gesonderten Reaktoren statt, wobei ieder Reaktor eigens für diesen Zweck bemessen ist. Es ist allerdings auch möglich, die Behandlungen hintereinander in demselben Reaktor durchzuführen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen gekörnten Blähguts aus ton- oder schieferhaltigen Gesteinskörnern oder s Gesteinsbröckchen, bei lern das zu blähende Gut zunächst unterhalb der Blähtemperatur durch einen oxidierenden Brand vorbehandelt und dann auf die Blähtemperatur von wenigstens 1000⁰C erhitzt und fertiggebrannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das zu blähende Gut aus Material von Waschbergen oder Abraumhalden von Steinkohlenzechen gewonnen und bei einer Temperatur von wenigstens 400° C und höchstens 650" C für eine Zeitdauer von nicht langer als einige Stunden >s vorbehandelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zu blähende Gut unter Zufuhr von oxidierendem Gas im Wirbelschichtverfahren vorbehandelt wird.