DE19737778C2

DE19737778C2 - Verfahren zur Herstellung von Calciumsulfat-Alpha-Halbhydrat

Info

Publication number: DE19737778C2
Application number: DE1997137778
Authority: DE
Inventors: Martin Oetzel; Thomas Koslowski; Guenther Wiesgickl; Franz Wosnitza
Original assignee: Sicowa Verfahrenstechnik fuer Baustoffe GmbH and Co KG
Current assignee: Rheinische Baustoffwerke GmbH
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1997-08-29
Publication date: 2002-06-20
Anticipated expiration: 2017-08-30
Also published as: DE19737778A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Calciumsulfat-Alpha-Halbhydrat in einer Phasenreinheit von < 98 Gew.-%, ausgehend von Calciumsulfat-Dihydrat als Rohstoff.

Calciumsulfat-Alpha-Halbhydrat ist eine Gipsphase, die durch Autoklavieren von Calciumsulfat-Dihydrat unter technischen Bedingungen im Temperaturbereich von 110 bis 180°C, insbesondere von 120 bis 140°C, entsteht, vgl. DE 38 19 652 C2 oder DE 38 44 938 C2.

Als Rohstoff für die Herstellung von Calciumsulfat-Alpha-Halbhydrat wurde in der Vergangenheit zwar auch körniger Naturgips eingesetzt; jedoch kommen gegenwärtig im wesentlichen nur feinteilige Reststoffe, wie beispielsweise REA- oder Chemiegips, zum Einsatz.

Die Autoklavierprodukte können im Wesentlichen phasenrein etwa nach der DE 38 19 652 C2 bzw. DE 38 44 938 C2 erhalten werden. Nach diesem bekannten Verfahren wird feuchtes, feinteiliges Calciumsulfat-Dihydrat zu porösen Formkörpern verpresst, die autoklaviert werden, um das Calciumsulfat-Dihydrat in Calciumsulfat-Apha-Halbhydrat umzuwandeln.

Nach dem Autoklavieren erfolgt zunächst ein Trocknen der noch nassen Formkörper bei entsprechend hoher Temperatur, um ein Rehydratisieren zu vermeiden, danach ein Brechen, gefolgt von einem Mahlen auf eine entsprechend dem Verwendungszweck gewünschte Mahlfeinheit, gegebenenfalls unter vorheriger Zwischenlagerung, wonach das gemahlene Produkt in Silos gespeichert wird.

Hierbei wurde festgestellt, dass beim Trocknen der Formkörper letztendlich die Phasenrein heit des Calciumsulfat-Alpha-Halbhydrats verloren geht und ein Mehrphasengemisch entsteht. Dies ist wohl darauf zurückzuführen, dass beim Trocknen der Formkörper die Außenrandbereiche stärker austrocknen als deren Inneres, denn es bildet sich offenbar hochreaktives, hygroskopisches Calciumsulfat-Anhydrit-III bzw. Mischphasen mit Calciumsulfat-Halbhydrat hiervon, da die Eigenschaften des schließlich erhaltenen Produktes insbesondere bei sich ändernden Außentemperaturen schwanken.

Aus der DE 44 09 219 A1 ist ein Nassverfahren zur Herstellung von Calciumsulfat-Alpha- Halbhydrat bekannt, bei dem Calciumsulfat-Dihydrat kontinuierlich als Wassersuspension in einem, mit gespanntem Dampf beaufschlagten Rührautoklaven gegeben, teilumge wandelt und nach Entfernung des Mutterfiltratüberschusses die Restumwandlung in einem zweiten, mit gespanntem Dampf beaufschlagten Trockenautoklaven vollendet wird, wonach das erhaltene Material getrocknet wird, wobei wiederum die Gefahr besteht, dass die Phasenreinheit verloren geht.

Für die Herstellung moderner Baustoffe, wie beispielsweise Putze und Estriche, ist es jedoch notwendig, Produkte als Basisgipse zu erzeugen, die sich durch hohe Phasenreinheit (insbesondere möglichst frei von Calciumsulfat-Dihydrat), Gleichmäßigkeit und Stabilität auszeichnen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, das es ermöglicht, ein Calciumsulfat- Alpha-Halbhydrat in einer Phasenreinheit von < 98 Gew.-%, ausgehend von Calciumsulfat- Dihydrat als Rohstoff, zu erhalten.

Die Aufgabe wird entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Hierbei sollte die Temperatur der aus dem Autoklav kommenden Formkörper nicht unter etwa 70°C sinken. Das separate Trocknen in einem Trockner dient dazu, die Autoklavier zeit kurz zu halten. In Abhängigkeit von der jeweiligen Temperatur stellt sich ein Gleich gewicht zwischen Calciumsulfat-Alpha-Halbhydrat und Anhydrit-III ein, das durch den herrschenden Wasserdampfpartialdruck verschiebbar ist. Es wurde beispielsweise fest gestellt, dass die Umwandlungstemperatur von Calciumsulfat-Alpha-Halbhydrat in Anhydrit-III zumindest im Temperaturbereich von 100°C ± etwa 10°C durch eine Atmo sphäre mit einem Wasserdampfpartialdruck von 0,05 bar gegenüber einer Atmosphäre mit einem Wasserdampfpartialdruck von 0 bar um etwa 20°C angehoben wird, wobei die Umwandlungskinetik entsprechend verlangsamt wird, und zwar derart, dass sich bei den angewendeten Trocknungszeiten praktisch kein Anhydrit-III oder Mischphasen desselben mit Calciumsulfat-Alpha-Halbhydrat bilden.

Wie das schematische Diagramm in Fig. 1 zeigt, in dem einerseits der Wasserdampfpar tialdruck und andererseits die Temperatur der Umgebung gegenüber der Zeit während des Trocknens der Formkörper nach dem Autoklavieren aufgetragen ist, steigt der Wasserdampfpartialdruck entsprechend der gestrichelt gezeichneten Kurve P_H2O zunächst steil an, da das in den Formkörpern enthaltene Wasser verdampft. Die Temperatur an der Formkörperoberfläche T_OF steigt ebenfalls an, während die Kerntemperatur innerhalb der Formkörper T_Kern zunächst sogar leicht absinkt, um gegen Ende des Trocknungsvorgangs T_OF zusammenzulaufen.

Wenn dann entsprechend viel Wasser aus den Formkörpern verdampft ist, fällt P_H2O steil ab und würde schließlich gegen nahe null gehen. Dies würde zur Bildung von Anhydrit- III führen, zumal die Formkörper oberflächlich austrocknen und überhitzen, so dass sich normalerweise etwa 7 bis 8 Gew.-% Anhydrit-III bilden würde. Um dies zu verhindern, läßt man den Wasserdampfpartialdruck nicht unter einen vorbestimmten Minimalwert fallen, der vorzugsweise bei 0,03 bar und insbesondere bei 0,05 bar liegt. Gewöhnlich wird man den vorbestimmten Wert im Bereich von etwa 0,05 bis 0,3 bar, beispielsweise 0,1 bar, wählen, und den Wasserdampfpartialdruck um diesen Wert regeln, wobei entweder der zum Trocknen verwendeten Heißluft Wasserdampf entsprechend zugesetzt und/oder die Zufuhr von Frischluft zur Umluft entsprechend gedrosselt wird. Hierdurch läßt sich ein Austrocknen der Formkörper im Oberflächenbereich verhindern, wodurch auch der Flüssigkeitstransport aus dem Innern der Formkörper an die Oberfläche nicht abreißt und das Auftreten von Calciumsulfat-Anhydrit-III bzw. dessen Mischphasen mit Calciumsulfat-Alpha-Halbhydrat im wesentlichen vermeiden. Auf diese Weise läßt sich Calciumsulfat-Alpha-Halbhydrat in einer Phasenreinheit von < 98% (bezogen auf den Calciumsulfat-Dihydrat-Anteil des eingesetzten Rohstoffs) auch nach den dem Auto klaven folgenden Verarbeitungsschritten erhalten.

Zwar ist die Obergrenze für den Wasserdampfpartialdruck theoretisch erst dann erreicht, wenn Sattdampf vorliegt, da dann keine Trocknung mehr stattfindet; jedoch ist es im Sinne einer schnellen und ökonomischen Trocknung, mit einem möglichst niedrigen Wasserdampfpartialdruck zu arbeiten, so dass dieser einen Wert im Bereich von etwa 0,2 bis 0,4 bar nicht überschreiten sollte.

Abgesehen davon ermöglicht es ein derartiges Verfahren, zumindest anfänglich mit relativ hohen Trocknungstemperaturen, d. h. einer hohen Umlufttemperatur zu arbeiten, die im Bereich von 130 bis 160°C liegen kann. Hierdurch ergeben sich geringe Trock nungszeiten. Je höher die anfänglichen Trocknungstemperaturen sind, um so steiler fällt allerdings der Wasserdampfpartialdruck ab, so dass es zweckmäßig ist, dann, wenn der Wasserdampfpartialdruck abzufallen beginnt, die Trocknungstemperatur kontinuierlich abzusenken, bis sie am Ende des Trocknungsvorgangs etwa Umlufttemperatur, etwa 110°C, erreicht.

Eine sich an die Trocknung anschließende Abkühlung auf eine Temperatur im Bereich von etwa 40 bis 70°C, insbesondere 50 bis 60°C, kann unter wenigstens anfänglicher Aufrechterhaltung des Wasserdampfpartialdrucks vorgenommen werden. Der Wasserdampfpartialdruck ist hierbei derart zu wählen, daß es zu keiner Taupunktunter schreitung kommt.

Bei einem anschließendem Mahlen ist es zweckmäßig, wenn hierbei die Temperatur des Materials kleiner als etwa 50°C gehalten wird.

Das Kühlen kann mittels Schnecken, Drehrohraggregaten oder Fließbettaggregaten und dergleichen vorgenommen werden.

Bei entsprechender Verfahrensführung läßt es sich somit großtechnisch realisieren, große Mengen an Calciumsulfat-Alpha-Halbhydrat in einer Phasenreinheit von < 98% herzustellen.

Als Rohstoff eignet sich feinteiliges Calciumsulfat-Dihydrat, vorzugsweise mit einer maximalen Korngröße von 100 µm, insbesondere REA-Gips oder Chemiegips. Diese Gipse fallen feucht an und können im Wesentlichen erdfeucht zu porösen Formkörpern verpresst und insbesondere bei 120 bis 140°C autoklaviert werden.

Einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß wird feuchter REA-Gips zu Formlingen des Kalksandsteinformates DF mit einer Rohdichte von 1,5 g/cm² bei einem Gesamtporen volumen von 30 Vol% verpreßt und bei einer Temperatur von 140°C 8 Std. autoklaviert. Die aus dem Autoklav kommenden Formlinge, deren Temperatur nicht unter etwa 70°C abgesunken ist, werden unmittelbar in einem Trockner mittels Heißluft von anfänglich 150°C getrocknet, wobei die Temperatur während der 8-stündigen Trocknungszeit bis auf 110°C abfällt. Der Wasserdampfpartialdruck liegt während des gesamten Trocknungs verlaufes nicht unter 0,1 bar. Nach dem Trocknen werden die Formlinge zerkleinert und in einem Drehrohraggregat auf kleiner 50°C abgekühlt, in einer Mühle auf die gewünschte Mahlfeinheit aufgemahlen und anschließend in Silos gelagert.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Calciumsulfat-Alpha-Halbhydrat in einer Phasenrein heit von < 98 Gew.-%, ausgehend von Calciumsulfat-Dihydrat als Rohstoff, wobei
das Calciumsulfat-Dihydrat in einer Korngröße von max. 100 µm zu Formkörpern verpresst wird,
die Formkörper zu Calciumsulfat-Alpha-Halbhydrat-Formkörpern autoklaviert und
unmittelbar danach in einem Trockner mittels Heißluft getrocknet werden,
wobei das Trocknen anfänglich bei einer Heißlufttemperatur von 130 bis 160°C erfolgt, die bis zum Ende der Trocknung allmählich auf etwa 110°C abgesenkt wird
und während der Trocknung ein minimaler Wasserdampfpartialdruck aus dem Bereich zwischen 0,03 und 0,05 bar aufrechterhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch Zugabe von Wasser dampf zur Heißluft und/oder Drosselung von Frischluftzufuhr zur Umluft ein Wasserdampfpartialdruck von 0,05 bis 0,12 bar eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass getrock netes Material unter zumindest anfänglichem Aufrechterhalten des Wasserdampfpar tialdrucks abgekühlt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem anschlie ßenden Mahlen des Materials dessen Temperatur unter 50°C gehalten wird.