DE1918219A1 - Verfahren zur Herstellung von Calciumhydrosilikaten,insbesondere von Xonotlit - Google Patents

Description

RHEINISCHE KALKSTEIHWEEiE

G. Mo Β» Η. 24. März 1969

Wülfrath/ RhId₀ 1 91 8

Verfahren zur Herstellung von Calciumhydrosilikaten, insbesondere von Xonotlit

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Calciumhydrosilikaten, insbesondere von Xonotlit, durch hydrothermale Umsetzung von Kalk und Kieselsäure in etwa äquivalenten Mengen bei' erhöhten Temperaturen und unter Druck.

Es ist bekannt, daß sich Kieselsäure und Kalk in Gegenwart von Wasser bei Temperaturen oberhalb etwa 150 C bei länger andauerndem Erhitzen zu Hydrosilikaten umsetzen. Je nach den gewählten Kalk-Kieselsäure-Verhältnissen und nach den angewendeten Temperaturen bilden sich die verschiedenen HydroSilikate sowohl der tobermoritischen Gruppe, als auch der wollastonitischen Gruppe. Um die gewünschten Umsetzungen zu erzielen, sind jedoch nicht nur hohe Temperaturen und Drucke erforder- ι lieh, sondern die Ausgangsstoffe müssen in möglichst feinteiligem Zustand vorliegen₀ Die erforderlichen Erhitzungszeiten erstrecken sich dabei von einigen Stunden bis zu 20 Tagen und· mehr.

Diese Hydrosilikate sind wertvolle Ausgangsstoffe für industrielle Verfahren, abgesehen von zahlreichen unmittelbaren

079-11/236 Anwendungsmöglichkeiten. Es bestand daher die Aufgabe, die DroWz/Lr

erheblichen Kosten für die Feinmahlung der Ausgangsstoffe

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zu senken und auch die Reaktionszeiten zu verkürzen und ein Verfahren zu entwickeln, welches die Herstellung von Calciumhydrosilikaten, insbesondere die Herstellung des Xonotlits, in wirtschaftlicher Weise ermöglicht.

Es wurde gefunden, daß man die Calciumhydrosilikate, insbesondere Xonotlit durch hydrothermale Umsetzung von Kalk und Kieselsäure in etwa äquivalenten Mengen bei erhöhten Temperaturen und unter Druck vorteilhaft herstellen kann, wenn man die Ausgangsstoffe Kalk und Kieselsäure in einem geschlossenen, als Mahlaggregat ausgebildeten Gefäß, nach und nach mit 10 4-0% Wasser, bezogen auf die Ausgangsstoffe, versetzt, wobei sich durch die Hydratationswärme des Kalkes Temperaturen über 200° C einstellen, während gleichzeitig die Ausgangsstoffe und auch die Reaktionsprodukte in dem Mahlaggregat zerkleinert werden.

Überraschenderweise zeigte sich, daß bei diesem Verfahren innerhalb sehr kurzer Reaktionszeiten nahezu vollständige Umsetzungen zu Calciumhydrosilikaten erfolgen. Als Endprodukt wird je nach der verwendeten Wassermenge eine fast trokkene bis brikettierbar feuchte Masse erhalten.

Durch die Initialbildung der Hydroeilikate wird ein katalytisch gesteuerter, lawinenartig verlaufender Prozeß ausgelöst» Dieser Prozeß führt eben zu diesen hohen Bildungsgeschwindigkeiten im Gegensatz zu den in der Literatur erwähnten langen

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Reaktionszeiten«, Für den Verlauf der Reaktion wird angenommen, daß sich zunächst tobermoritähnliche Phasen

bilden, welche sich in Xonotlit unter Freisetzung von Wasser umwandeln, welches erneut an der Bildung der tobermoritähnlichen Phasen.teilnimmt ο Auf diese Weise genügen die erfindungsgemäß geringen Wassermengen, was den Vorteil hat, daß die exotherm ablaufende Bildung der Hydrosilikate eine Energiezufuhr von außen zur Aufrechterhaltung der Reaktionstemperatur und des sich dabei einstellenden Wasserdampfdruckes unnötig macht. Es ist jedoch wichtig, daß zur Bildung der Hydrosilikate freies Wasser und wasserdampfgesättigte Atmosphäre im Reaktionsgefäß vorhanden sind. Zur Einleitung der Reaktion zwischen Kalk und Kieselsäure ist eine bestimmte Wassermenge notwendig. Diese Wassermenge löscht einen Teil des Kalkes ab unter Bildung von Calciumhydroxid und gleichzeitiger Bildung von Wasserdampf. Dadurch werden Bedingungen für die Bildung der tobermoritähnlichen Phase geschaffen, welche sich nach weiterer Wasserdosierung zunehmend vermehrt und autokatalytisch den Prozeß beschleunigte Als Folge dieses Prozesses steigt die Temperatur auf über 200° C und schafft somit die Sildunfrsbedinfnmgen für das Endprodukt Xonotlit_o Die Wasserdosierung wird daher zweckmäßig dem Reaktionsverlaüf entsprechend den Druck-ZTemperaturverhsltnissen angepaßt.

Die Zerkleinerung des Reaktionsgemisches durch Mahlung erfolgt zweckmäßig nach dem Prinzip der Autogenmahlung, wobei sich die

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Quarzkörner gegenseitig zerkleinern. Dabei werden die oberflächlich gebildeten Hydrosilikate abgerieben und neue Oberflächen freigelegt. Nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung können daher normale handelsübliche Quarzkörnungen eingesetzt werden, und es ist nicht erforderlich, von teuren Quar'zmehlen auszugehen, die bisher notwendig waren, um hinreichende Reaktionsgeschwindigkeiten zu erreichen.

Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sei anhand der Zeichnung erläutert:

Die Zeichnung zeigt schematisch eine Anlage zur Herstellung und Weiterverarbeitung von Calciumhydrosilikaten„ Die Bunkergruppe 1 enthält die Ausgangsstoffe Kalk und Quarzsand sowie einen Vorrat an Mineralisatoren, welche insbesondere für die Weiterverarbeitung eine Rolle spielen und zweckmäßig schon dem Ausgangsgemisch zugesetzt werden.

Die Ausgangsstoffe werden über Dosierwaagen 2 im gewünschten Mischungsverhältnis dem als Mahlaggregat ausgebildeten Reaktionsgefäß, der Autoklavmühle 3» zugeführt_o Nach der Beschikkung wird die Autoklavmühle gesahlossen, in Drehung versetzt und über die Zuführung 4· 10 — 20% der benötigten Wassermenge eindosiert ο Die Temperatur des Reaktionsgemisches steigt an und entsprechend dem Temperaturanstieg wird weiteres Wasser dosierte Die Reaktion ist beendet, wenn die erforderliche Wassermenge zugegeben ist und ein Abklingen der Temperatur sich bemerkbar macht„ Die Entleerung der Autoklavmühle 3 erfolgt

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über einen oder mehrere Entspannungsbehälter 5» in welche das Reaktionsprodukt durch den in der Mühle vorhandenen Druck hineingedrückt wirdo Der Rest des Reaktionsproduktes wird aus der Mühle durch Druckluft ausgetragen, die das Gebläse 6 erzeugt. Die Abscheidung des Feststoffanteiles erfolgt in einem Multizyklon 7· Die Summe des Austrage wird entsprechend der vorgesehenen Weiterverarbeitung entweder in der Brikettierpresse 8 brikettiert und von dort aus in einem Tunnelofen 9 oder in einem Kammerofen 10 zu Wollastonit gebrannt oder das Reaktionsprodukt wird pneumatisch über eine Fullerpumpe 11 dem Vorratssilo 12 zugeführt, von wo es in den Drehofen 13 gelangt, wo es zu Pigmenten oder zu körnigen Brennprodukten, z. B₀ Aufheilungsstoffen für den Straßenbau, Füllstoffen und dergleichen, gebrannt wirdo

Die Hydrosilikate, welche nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung gewonnen werden, sind sehr feinteilige Stoffe mit großer spezifischer Oberfläche. Sie eignen sich für den unmittelbaren Einsatz als Füllstoffe, als Isolierstoffe und als Rohstoffe für die Keramik«, Sie können ferner als Absorptionsmittel Verwendung finden und - wie gezeugt - als Ausgangsstoffe für die Herstellung von Wollastonit und Pigmenten dienen.

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Patentansprüche - 6 -

Claims (1)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Calciumhydrosilikaten, insbesondere von Xonotlit, durch hydrothermale Umsetzung von Kalk und Kieselsäure in etwa äquivalenten Mengen bei erhöhten Temperaturen und unter Druck, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstoffe Kalk und Kiesel-

™ säure in einem geschlossenen, als Mahlaggregat ausgebildeten Gefäß, nach und nach mit 10 - 40% Wasser, bezogen auf die Ausgangsstoffe, versetzt werden, wobei sich durch die Hydratationswärme des Kalkes Temperaturen über 200 C einstellen, während gleichzeitig die Ausgangsstoffe und auch die Reaktionsprodukte in dem Mahlaggregat zerkleinert werden»

2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

fc zusammen mit den Ausgangsstoffen geringe Mengen Calciumhydrosilikate als Mineralisatoren zugesetzt werden«

ο Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerkleinerung des Reaktionsgemisches nach dem Prinzip der Autogenmahlung erfolgte

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