DE1792551A1 - Process for the production of synthetic wollastonite - Google Patents
Process for the production of synthetic wollastoniteInfo
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Description
RHEINISCHE KALKSTEnTWERKE 1792551RHEINISCHE LIMESTWORKS 1792551
G. M. B. H. 18.9.1968G. M. B. H. September 18, 1968
Wülfrath / RhId.Wülfrath / RhId.
7erfahren_zur_Herstellung_von_synthetischem Vollastonit7experienced_for_ the_production_of_synthetic full astonite
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von synthetischem Wollastonit CaOSiO2 aus Kalk und Kieselsäure.The present invention relates to a process for the production of synthetic wollastonite CaOSiO 2 from lime and silica.
Vollastonit, insbesondere der natürlich vorkommende ß-Vollastonit, findet zunehmend Eingang in der keramischen Industrie, da seine chemischen und physikalischen Eigenschaften keramische Massen und Glasuren verbessern. Besonders in der Wandfliesenkeramik und der Elektrokeramik treten die vorteilhaften Eigenschaften des Vollastonits hervor. Eine keramische Rohmasse aus beispielsweise 70 % Vollastonit und 30 % Ton erlaubt es, sogenannte "Einbrand"-Erzeugnisse herzustellen, bei denen die Glasur bereits auf die Rohlinge aufgebracht und in einem Brennprozeß mit der Grundmasse verbunden wird. Vollastonit vermindert die Porosität und erhöht die Kontraktion und die Durchschlagsfestigkeit bei Elektroporzellan, so daß es möglich ist, besonders verlustarme Isolatoren herzustellen. Vollaetonit ist darüber hinaus sehr geeignet für Glasuren. Durch Vollastonitzusatz bleiben die Glasuren fast bis zum Brandende für die vom Scherben und von der Glasur abgegebenen Gase durchlässig und schmelzen erst am Ende des Brandes dicht.Solid astonite, in particular the naturally occurring ß-solid astonite, is increasingly finding its way into the ceramic industry, as its chemical and physical properties improve ceramic bodies and glazes. The advantageous properties of solid astonite are particularly evident in wall tile ceramics and electrical ceramics. A ceramic raw mass of, for example, 70 % solid astonite and 30 % clay allows so-called "fired" products to be produced, in which the glaze is already applied to the blanks and bonded to the base mass in a firing process. Solid elastonite reduces the porosity and increases the contraction and dielectric strength of electroporcelain, so that it is possible to manufacture particularly low-loss insulators. Full aetonite is also very suitable for glazes. With the addition of full elastonite, the glazes remain permeable to the gases given off by the broken glass and glaze almost until the end of the fire and only melt tightly at the end of the fire.
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Einem breiten Einsatz von Wollastonit in der keramischen Industrie stand jedoch bisher der verhältnismäßig hohe Preis des natürlichen Materials entgegen. Es sind daher bereits eine Reihe von Verfahren bekanntgeworden, nach denen Wollastonit aus den Grundstoffen oder aus geeigneten Abfallstoffen durch Zusammenschmelzen gewonnen wird. Diese Verfahren haben jedoch den Nachteil, daß die Rohstoffe bei Temperaturen oberhalb der Bildungstemperatur von Wollastonit längere Zeit erhitzt werden müssen, um freien Kalk bzw. freie Kieselsäure im Reaktionsprodukt zu vermeiden. Eine intensive vorherige Vermahlung der Rohstoffe verkürzt zwar einerseits die Brenndauer, verursacht aber andererseits erhebliche Feinmahlkosten.A wide use of wollastonite in ceramic However, industry has hitherto been opposed to the relatively high price of the natural material. There are therefore a number of procedures have already become known, according to which wollastonite is obtained from the raw materials or from suitable waste materials by melting them together. However, these processes have the disadvantage that the raw materials at temperatures above the formation temperature of wollastonite must be heated for a long time to free lime or free silica in the reaction product to avoid. Intensive previous grinding of the raw materials shortens the burning time on the one hand but on the other hand considerable fine grinding costs.
Diese Nachteile werden nach der vorliegenden Erfindung vermieden, und zwar durch die Herstellung von Kalziumhydro-These disadvantages are avoided according to the present invention, through the production of calcium hydro-
Silikaten als Zwischenprodukte.Silicates as intermediates.
Es wurde gefunden, daß man in sehr einfacher Weise synthetischen Wollastonit herstellen kann, und zwar durch hydrothermale Umsetzung von Kalk und Kieselsäure in etwa äquivalenten Mengen und anschließendes Entwässern der Hydrosilikate zu ß-Wollastonit.It has been found that it is very easy to make synthetic wollastonite by hydrothermal conversion of lime and silica in approximately equivalent amounts and subsequent dewatering of the Hydrosilicates to ß-wollastonite.
Der bevorzugte Temperaturbereich für die hydrothermale Umsetzung liegt zwischen 170 und 2000G, wobei mit den sich bei dieser Temperatur einstellenden WasserdaiapfdruckenThe preferred temperature range for the hydrothermal reaction is between 170 and 200 ° C., with the water pressure dropping at this temperature
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gearbeitet wird. Diese Temperatur- und Druckbedingungen sind leicht durch die in der Kalksandsteinindustrie üblichen Härtekessel zu verwirklichen. Bei der hydrothermalen Umsetzung bilden sich im wesentlichen Xonotlit und Tobermorit, welche beim Aufheizen Wasser abspalten und um 8000C leicht in feinkristallinen ß-Wollastonit übergehen.is being worked on. These temperature and pressure conditions can easily be achieved using the hardening kettles commonly used in the sand-lime brick industry. During the hydrothermal reaction, xonotlite and tobermorite are essentially formed, which split off water when heated and easily convert to finely crystalline β-wollastonite at around 800 ° C.
Als Ausgangsstoffe für dap erfindungsgemäße Verfahren werden zweckmäßig gebrannter Kalk und Quarzsand verwendet, wobei der Quarzsand vorteilhaft als Peinkorn eingesetzt wird, um eine glatte und schnelle Umsetzung zu erreichen. Der Kalk sollte wenigstens 80 % CaO enthalten. Selbstverständlich kann man statt Branntkalk auch gelöschten Kalk mit Kieselsäure umsetzen, jedoch ist es günstiger, die beim Ablöschen entstehende Wärme zur Aufheizung des Kalkkieselsäuregemisches für die hydrothermale Reaktion auszunützen.As starting materials for the process according to the invention, burnt lime and quartz sand are expediently used, the quartz sand advantageously being used as fine grain in order to achieve a smooth and rapid conversion. The lime should contain at least 80% CaO. Of course, instead of quicklime, slaked lime can also be reacted with silica, but it is better to use the heat generated during the slaking process to heat the lime-silica mixture for the hydrothermal reaction.
Nach einer vorteilhaften Verfahrensvariante der Erfindung wird die hydrothermale Umsetzung der Ausgangsstoffe zu Kalziumhydrosilikaten unter gleichzeitiger Zerkleinerung bzw. Mahlung des Reaktionsgemisches durchgeführt. Es hat eich gesägt, daß auf diese Weise eine weitaus schnellere Reaktion erreichbar ist und daß man daher auch normalen grobkörnigen Quarzsand einsetzen kann. Die Hydrosilikatschichten auf den Quarzkörnern werden durch das währendAccording to an advantageous variant of the method of the invention the hydrothermal conversion of the starting materials to calcium hydrosilicates with simultaneous crushing or grinding of the reaction mixture carried out. It has been sawn that in this way a much faster one Reaction is achievable and that you can therefore use normal coarse-grained quartz sand. The hydrosilicate layers on the quartz grains are made by the during
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der Umsetzung stattfindende Kahlen abgetragen, so daß die Reaktion erheblich beschleunigt wird. Die Mahlarbbii' istt/ wesentlich geringer gegenüber einer Vormahlung des Quarzes, da die Hydrosilikate erheblich weicher sind als Quarzsand.the implementation taking place bald removed, so that the Reaction is accelerated considerably. The Mahlarbbii 'istt / significantly less than a pre-grinding of the quartz, since the hydrosilicates are considerably softer than quartz sand.
Die hydrothermale Härtung unter gleichzeitiger Mahlung des Reaktionsproduktes kann erfindungsgemäß in einfacher Weise in einer wasserdampfbeaufschlagten Mühle, z.B. einer Rohrmühle, durchgeführt werden.The hydrothermal hardening with simultaneous grinding of the reaction product can according to the invention in a simple Way in a steam pressurized mill, e.g. a tube mill.
Für einige Einsatzgebiete ist der durch Entwässern der Hydrosilikate gewonnene ß-Wollastonit nur bedingt geeignet, da er zu feinkristallen ist. Vorteilhaft wird daher dieser ß-Wollastonit zur Erzeugung eines grobkristallinen Wollastonits anschließend auf Temperaturen oberhalb des <A / ß Umwandlungspunktes, der bei etwa 12000C liegt, erhitzt, wobei er sich in relativ kurzer Zeit in <* -Wollastonit umwandelt. Dieser σ( -Wollastonit kann anschließend durch Erhitzen auf Temperaturen um 12000C oder durch langsames Abkühlen in diesem Temperaturbereich in den bekannten grobkristallinen ß-Wollastonit umgewandelt werden.For some areas of application, the ß-wollastonite obtained by dewatering the hydrosilicates is only suitable to a limited extent because it is too fine-grained. Therefore, this beta-wollastonite is then heated to produce a coarsely crystalline wollastonite to temperatures above the <A / ß transformation point, which is at about 1200 0 C, preferably, wherein it is transformed into a relatively short time at <* wollastonite. This σ (wollastonite can then by heating to temperatures around 1200 0 C or by slow cooling in this temperature range are converted in the known coarse crystalline beta-wollastonite.
Die Entwässerung der Hydrosilikate zu ß-Wollastonit, seine Umwandlung in C^ -Wollastonit und schließlich die Rückbildung zu ß-Wollastonit wird zweckmäßig in einem Arbeitsgang in einem Drehofen durchgeführt. Es ist dabei vorteilhaft, wenn dem Reaktionsgemisch zweckmäßig bereits vor der hydrothermalen Reaktion an sich bekannte Mineralisatoren wie Borsäure,The dehydration of the hydrosilicates to ß-wollastonite, its conversion into C ^ -wollastonite and finally the regression to ß-wollastonite is expediently carried out in one operation in a rotary kiln. It is advantageous if the reaction mixture expediently mineralizers known per se, such as boric acid, even before the hydrothermal reaction,
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Alkalikarbonate oder Kalziumphosphat in Mengen zwischen 0,5 bis 1 % zugegeben werden. Diese Mineralisatoren beschleunigen insbesondere die Rückbildung des ß-Wollastonits aus der cX-Modif ikation.Alkali carbonates or calcium phosphate are added in amounts between 0.5 to 1%. These mineralizers accelerate in particular the regression of the ß-wollastonite from the cX modification.
Das erfindungsgemäße Verfahren sei anhand der Zeichnung mit einem Ausführungsbeispiel in technicehern Maßstab^ erläutert:The method according to the invention is based on the drawing with an exemplary embodiment on a technical scale ^ explained:
Die SiOp-Komponente, z.B. Quarzsand, aus dem Silo 1 und Branntkalk aus dem Silo 2 werden im Gewichtsverhältnis 1:1 unter Zusatz geringer Mengen (ca. 0-1 %) Mineralisatoren aus dem Silo 3 über Dosierorgane 4· und einem Behälter 5 einem als Mühle ausgebildeten Autoklav 6 aufgegeben. In die geschlossene "Autoklavmühle" wird Wasser und Wasserdampf eingeführt. Der Reaktionsprozeß wird so geleitet, daß ein vollständiger Umsatz der Ausgangskomponenten zu einer Mischung von Kalziumhydrosilikaten erfolgt. Der Reaktionsprozeß wird durch die beim Ablöschen des Kalkes entstehende Wärme eingeleitet. Die Erreichung und Aufrechterhaltung der Reaktionstemperatur in der "Autoklavmühle'1 erfolgt durch zusätzliche Wärmezufuhr, z.B. durch Dampf oder andere Wärmeträger. Der dabei gleichzeitig stattfindende Mahlprozeß schafft die Voraussetzung für einen schnellen Umsatz der Kalk-Kieselsäure-Mi3chung, weil vom Quarzkorn die Hydrosilikat-Reaktionsschicht durch Abrieb immer wieder entfernt wird. Auf diese Weise ist es möglich, in verhältnismäßigThe SiOp components, for example quartz sand, from the silo 1 and quicklime from the silo 2 are in a weight ratio of 1: 1 with the addition of small amounts (approx. 0-1%) mineralizers from the silo 3 via metering elements 4 and a container 5 designed as a mill autoclave 6 abandoned. Water and steam are introduced into the closed "autoclave mill". The reaction process is conducted in such a way that the starting components are completely converted into a mixture of calcium hydrosilicates. The reaction process is initiated by the heat generated when the lime is extinguished. The reaction temperature in the “autoclave mill” 1 is reached and maintained by additional heat input, for example by steam or other heat transfer media. The simultaneous grinding process creates the prerequisite for rapid conversion of the lime-silica mixture because the quartz grain forms the hydrosilicate reaction layer is repeatedly removed by abrasion. In this way it is possible in proportion
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kurzer Zeit ein Gemisch von Kalziumhydrosilikaten zu erhalten.a mixture of calcium hydrosilicates for a short time obtain.
Temperatur, Druck, Umfangsgeschwindigkeit, Mahlkörperfüllung und Mahldauer der "Autokl4.vmühle" sind abhängig von der Korngröße und Reaktionsfähigkeit der SiOo-Komponente. Nach Abschluß des AutokliAvprozesses wird die sehlammförmige Kalziumhydrosilikatmasse in einem Behälter 9 aufgefangen und schlammförmig mittels einer Fördereinrichtung 10 in einen Konsistenzregler 11 befördert. Von dort gelangt der auf den notwendigen Wassergehalt eingestellte Schlamm über den Transportweg 12 in den Vorratssilo 13· Ober das Dosierorgan 14 gelangt der Schlamm in den Drehofen 15. Beim Brennprozeß wird die Masse auf 1200 bis 14000C aufgeheizt und anschließend 1 «.Bis 2..*Stunden gefrittet. Bei etwa 12000C erfolgt eine intensive Festkörperreaktion, welche zur Bildung von O^-Wollastonit führt. Durch gezieltes Abkühlen im Kühler 16 bei vorher zugegebenen Mineralisatoren läßt sich der C* -Wollastonit in ß-Wollastonit umwandeln. Der Brennprozeß kann auch in Tunnelöfen 15& oder in Kammeröfen 15b durchgeführt werden. Biee setzt natürlich eine Entwässerung der schlammförmigen Kalziumhydrosilikatmasse, z.B. in einem Filter 11a, voraus.The temperature, pressure, circumferential speed, grinding media filling and grinding time of the "Autokl4.vmühle" depend on the grain size and reactivity of the SiOo component. After completion of the autoclave process, the lamb-shaped calcium hydrosilicate mass is collected in a container 9 and conveyed in the form of a sludge by means of a conveying device 10 to a consistency regulator 11. From there the set to the required water content of sludge on the transport path 12 passes into the storage silo 13 x Upper the metering element 14 enters the sludge in the rotary kiln 15. In the firing process, the mass is heated up to 1200-1400 0 C and then 1 ".To 2 .. * Frited hours. At about 1200 0 C an intensive solid-state reaction takes place, which leads to the formation of O ^ -Wollastonit. By targeted cooling in the cooler 16 with previously added mineralizers, the C *-wollastonite can be converted into β-wollastonite. The firing process can also be carried out in tunnel ovens 15 & or in chamber ovens 15b. Of course, Biee requires the sludge-like calcium hydrosilicate mass to be dewatered, for example in a filter 11a.
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GB (1) | GB1250670A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2402670A1 (en) * | 1972-05-11 | 1975-04-17 | Onoda Chem Ind Co Ltd | PROCESS FOR THE PRODUCTION OF HYDROGEN CALCIUM SILICATES |
EP0002536A1 (en) * | 1977-12-20 | 1979-06-27 | Wessel-Werk GmbH | Method for refining treatment of phosphorus furnace slag and the use of the material obtained by this method |
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1968
- 1968-09-19 DE DE19681792551 patent/DE1792551A1/en active Pending
-
1969
- 1969-09-15 GB GB1250670D patent/GB1250670A/en not_active Expired
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2402670A1 (en) * | 1972-05-11 | 1975-04-17 | Onoda Chem Ind Co Ltd | PROCESS FOR THE PRODUCTION OF HYDROGEN CALCIUM SILICATES |
EP0002536A1 (en) * | 1977-12-20 | 1979-06-27 | Wessel-Werk GmbH | Method for refining treatment of phosphorus furnace slag and the use of the material obtained by this method |
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Publication number | Publication date |
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GB1250670A (en) | 1971-10-20 |
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