DE19830108A1 - Verwendung eines Briketts aus Abfallmaterialien als Zuschlagstoff für Schmelzöfen einer Eisengießerei und im Hochofen - Google Patents

Verwendung eines Briketts aus Abfallmaterialien als Zuschlagstoff für Schmelzöfen einer Eisengießerei und im Hochofen

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Abstract

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Briketts aus Abfallmaterialien als Zuschlagstoff für Schmelzöfen einer Eisengießerei, insbesondere in Kupol - oder sonstigen Schachtöfen oder im Hochofen. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verwendung eines Briketts aus Abfallmaterialien als Zuschlagstoff für Schmelzöfen einer Eisengießerei oder Hochöfen aufzuzeigen, indem diese in wirtschaftlicher Weise erzeugbar ist, es ausreichend hitzestabil ist, es auch bei schwankenden Gehalten in den Ausgangskomponenten mit gleicher Legierungszusammensetzung vorliegt. DOLLAR A Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die entsprechenden Abfallstoffe einer Eisengießerei, insbesondere Filterstäube aus der Sandaufbereitung der Formerei, Feinstsande aus der Sandregenerierung, feinkörniger Koksgrus, Kupolofengichtgasstaub, Putzereistaub, Schleifstaub (Schleifschlamm), verschiedene feinteilige Eisenteile einer Eisengießerei, MgO-Filterstaub, Betonschlamm, Betonschleifstaub und Zement-Eisenstaubgemische gesammelt, vermischt und angefeuchtet werden und daß die Gesamtmischung in Form von Brikett kalt verpresst wird.

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Briketts aus Abfallmaterialien als Zuschlagstoff für Schmelzöfen einer Eisengießerei, insbesondere in Kupol- oder sonstigen Schachtöfen und Hochöfen.
Filterstäube sind feinkörnige Partikel, die in der Gießereiindustrie anfallen und durch geeignete Filteranlagen die Staubemission auf ein umweltverträgliches Maß reduzieren. Diese Stäube entstehen in einer Gießerei aus den unterschiedlichsten Bereichen, so im Schmelzbetrieb an Kupolöfen, Elektrolichtbogenöfen, Drehtrommelöfen durch Filtrierung der staubförmigen Abgase sowie bei der Sandaufbereitung für die Formerei und in der Putzerei. In Gießereien, die Betongußartikel (z. B. Betongußrohre, Betonguß­ schachtabdeckungen usw.) herstellen, fallen weitere Abfallstoffe an, wie Beton- Zementschlamm, Betonschleifstaub, Zement- und Eisenstaubgemische. Es ist dabei zu unterscheiden ob bei der Filteranlage eine Trockenentstaubung (Staub fällt trocken an) oder eine Naßentstaubung (Staub wird mit Wasser gebunden, der durch geeignete Verfahren, wie Filterkammerpressen entwässert wird) gewählt wird. Je nach Entstehungsart weist dieser Staub, Schlamm oder Filterkuchen eine unterschiedliche chemische Zusammensetzung auf. So enthält der Staub aus dem Schmelzbetrieb, auch Gichtgasstaub genannt, zwischen 3% bis 25% Eisen bzw. Eisenoxide, Schwefel und schwefelhaltige Verbindungen und erhebliche Mengen an Siliziumoxid (bis 40%), Kalziumoxid (bis 25%) sind weitere Bestandteile. In diesem Staub sind auch lungengängige Schwermetalle enthalten, die im wesentlichen aus dem Schrotteinsatz stammen. Der Staub aus der Formerei- Sandaufbereitung oder Sandregenerierung besteht vornehmlich aus Formstoffen und Binderpartikeln wie Siliziumoxid, Aluminiumoxid und Kohlenstoff. Eine Schwermetallbelastung ist hier nicht zu verzeichnen.
In der Putzerei fallen Stäube an, die aus einem Gemisch aus Formstoff und Fe- Metallstaub bestehen. Bei der Herstellung von duktilen Gußeisen entsteht zusätzlich ein Filterstaub, der bis zu 75% aus Magnesiumoxid besteht. Bei Gießereien, welche Betongußartikel herstellen, fallen zusätzlich Betonschleifstäube, Betonschlämme und Zement- Eisenstaubgemische an. Diese staubförmigen und mit Wasser gebundenen Abfallstoffe sind geeignet zu entsorgen. Bei der Bearbeitung von metallischen Produkten entstehen erhebliche Mengen von Abfallmaterialien und anderen kleinteiligen metallischen Resten, wie Schleifstaub, Stanzabfälle, Späne usw., die nicht ohne weiteres nutzbar sind.
Vom Stand der Technik ist die Verwertung von Filterstäuben und der Wiedereinsatz von kleinteiligen metallischen Resten im Schmelzbetrieb von Gießereien bekannt.
Nach der Druckschrift DE 44 16 699 A1 wird ein Verfahren zur Verwertung von metallischen Restmaterialien, insbesondere Spanmaterial, in Schmelzöfen erfindungs­ gemäß dargestellt, wobei diese mit Staub zu Brikett gepreßt werden. Der Erfinder setzt ein Gemenge von kleinteiligen Resten, z. B. aus der Stanzerei, Späne sowie Gichtgasfilterstaub ein, welche brikettiert und anschließend im Kupolofen zur Gußeisenherstellung verwendbar sind. Der Nachteil dieser Erfindung besteht darin, daß der Gichtgasfilterstaub erhebliche Mengen ca. 5% bis 12% von Schwefel und schwefelhaltigen Verbindungen in der chemischen Zusammensetzung beinhaltet. Eine damit verbundene Anreicherung des Schwefelgehaltes übt eine schädliche Wirkung aus, indem es Zähflüssigkeit der Schmelze, Härte des Gusses und Blasenbildung er­ zeugt. Es ist auch nicht nachvollziehbar, daß ohne entsprechende Bindemittel durch Kaltbrikettierung bei den angegebenen Verpreßdruck druckstabile Brikett hergestellt werden, die einen rauhen Ofengang eines Kupolofens überstehen.
Weiterhin ist nach der Druckschrift DE 43 08 294 A1 ein Verfahren bekannt, welches die Herstellung von schlackebildenden Brikett zur Anwendung in Schmelzöfen beschreibt, wobei die Brikett aus Filterstäuben und Gießereisanden hergestellt werden. Der erfinderische Nachteil besteht darin, daß als Bindemittel eine Sulfitablauge eingesetzt wird. Die Schwefelverbindungen dieser Lauge wirken sich wie bereits dargestellt, negativ auf die Schmelze aus. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Abgaskonzentration von SO2 und SO3 ansteigt, was eine Kostensteigerung in der Abgasreinigung zur Folge hat.
Ein Verfahren zur Herstellung von bindemittellosen Brikett aus Stahlwerksstäuben ist nach der Druckschrift DE 37 32 351 A1 bekannt. In dieser Verfahrensbeschreibung werden eisenhaltige Stahlwerksstäube im Drehrohrofen unter inerter Atmosphäre auf über 500°C Brikettiertemperatur aufgeheizt. Der Nachteil dieser Erfindung besteht darin, daß die Stahlwerksstäube mit einem hohen energetischen Aufwand auf über 500°C aufgeheizt werden müssen, um druckstabile Brikett herstellen zu können. Durch die hohe Brikettiertemperatur ist auch ein erhöhter Verschleiß an den Brikettierwalzen zu verzeichnen, was die Standzeiten erheblich herabsetzt.
Eine Erfindung nach der Druckschrift DE 39 42 902 A1 betrifft ein Verfahren von im Kupolofen anfallenden Stauben, die wiederum in die Brennzone des Kupolofens eingeblasen werden. Der Nachteil dieser Erfindung besteht darin, daß zwar die Konzentration von Zinkoxid ansteigt, gleichzeitig steigen die Konzentrationen von Schwefel, Schwermetallen und anderen ofenschädlichen Stoffen, was sich negativ auf die Schmelze auswirkt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß es an den Einblas­ düsen, auf Grund der hohen Temperaturunterschiede, zu Anbackungen kommt, welche die Standzeit des Ofens herabsetzt.
In der Druckschrift DE 41 09 214 A1 wird ein Verfahren zum Betreiben eines Kupolofens dargestellt. Erfindungsgemäß werden Kupolofengichtgasstäube aus den Filteranlagen gesammelt und über die Windzufuhr wieder in den Kupolofen eingeführt.
Es ergeben sich die gleichen Nachteile wie bei der Druckschrift DE 39 42 902 A1.
Die Umwandlung von Filterstäuben der Gießereiindustrie zu einem deponiefähigen Produkt wird in der Druckschrift DE 42 07 265 A1 dargestellt. Als Bindemittel werden natürliche Binder wie Glucosesirup, Maisstärke usw. zugegeben. Die Erfindungs­ beschreibung beinhaltet eine allgemeine technische Lehre. Da Gießereiabfallstoffe aus den einzelnen Verfahren und Anfallorten sehr unterschiedliche chemische Zusammensetzungen aufweisen, ist es nicht nachvollziehbar, daß Körper mit ausreichender Festigkeit hergestellt werden können. Es mangelt hier wegen Fehlens der einzelnen Rezepturangaben der verwendeten Filterstäube an der nach­ vollziehbaren Offenbarung. Die Funktionsfähigkeit bzw. die industrielle Anwendbarkeit ist deshalb nicht regelmäßig gewährleistet.
Die Druckschrift DE 43 31 159 C1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Einsatzstoffen für den Einsatz in der Eisen-, Stahl- und Gießereiindustrie. Dabei werden die Einsatzstoffe aus Mischungen, welche im wesentlichen aus Abfall­ produkten bestehen, zum Einsatz von Olivin, Kies, Dolomit, Bauxit, Andalusit usw. verwendet. Über die Verfahrensschritte: Pulverisierung - Brikettierung - Pelletierung oder Sintern werden diese synthetischen Einsatzstoffe für die metallurgische Verwertung aufbereitet. Durch Verwendung, einer dem jeweils gewünschten Mischungsverhältnis angepaßten Verfahren werden eigenschaftsspezifische Einsatzstoffe gleich­ bleibender Qualität hergestellt. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß die technische Umsetzung dieses Verfahrens unmöglich ist, da in jedem Abfallstoff außer den Hauptkomponenten ein Vielzahl anderer Reststoffe enthalten sind, die nur mit einem hohen technischen Aufwand abgetrennt werden können. Des weiteren müssen zur Ausbildung fest bindender Brikett mit hoher Grünstandsfestigkeit zusätzlich verschiedene Bindemittel zugesetzt werden. Dabei stehen nur solche Bindemittel aus Abfallprodukten zur Verfügung, die keine besonders hitzebeständigen Bindungen er­ möglichen, bzw. aus Melasse aus der Zuckerindustrie, bzw. ofenschädlichen Stoffen in den Schmelzprozeß einbringen.
Die Druckschrift DE 43 08 294 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von schlacke­ bildenden Brikett zur Anwendung in Schmelzöfen, bei denen das Brikett aus industriell anfallenden Stäuben oder Sanden gebildet wird, die insbesondere SiO2 enthalten. Unter Zusatz von Sulfitablauge, vorzugsweise aus der Zellstoffindustrie, bilden sich nach Verpressung überraschend stabile Brikett. Nachteilig bei diesem Verfahren ist der damit verbundene ungünstig hohe Schwefelanteil. Auch fällt die für die Erzielung einer festen Bindung benötigte Sulfitablauge nicht in der Gießerei selbst an und steht damit nicht direkt zur Verfügung.
In der Druckschrift DE 197 08 376 A1 und EP 98301432.5-2309 wird ein Verfahren dargestellt, welches die Verwendung von Brikett aus Abfallmaterialien als Zuschlagstoff für Schmelzöfen einer Eisengießerei beinhaltet, die in wirtschaftlicher Weise erzeugt werden, hitzestabil sind und wieder in den Schmelzofen eingesetzt werden, bei dem es zu einer Fe-Rückgewinnung, einer Energieträgerrückgewinnung kommt. In der Schlacke liegen die eluierfähigen Schadstoffe als glasig erstarrte Silikate in umweltver­ träglicher Form vor. Als Binder für die Brikettierung wird MgO-Filterstaub, Kalkstein­ filterstaub und Weißkalk eingesetzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verwendung eines Brikett aus Abfallmaterialien als Zuschlagstoff für Schmelzöfen einer Eisengießerei oder im Hochofen aufzuzeigen, indem diese in wirtschaftlicher Weise hergestellt werden, ausreichend hitzestabil sind, keinen zusätzlichen Schadstoffeintrag im Schmelzprozeß bewirken und die stofflichen und energetischen Komponenten wieder zurückgewonnen werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe nach dem im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildung der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß Filterstäube aus der Sandaufbereitung der Formerei und/oder Feinstsande aus der Sandregenerierung und/oder Putzerei und/oder Schleifstaub und/oder Kupolofengichtgasstaub und oder feinteilige Eisenteile und/oder MgO-Filterstaub und/oder Koksgrus, in den Einzelkomponenten auch als Filterkuchen, mit bzw. ohne Betonschlamm und/oder Betonschleifstaub, ge­ gebenenfalls unter Zugabe von Wasser, homogen vermischt und kalt mittels Walzen­ presse bzw. Stempelbrikettierpresse zu druckstabilen Brikett verpresst werden, die hitzestabil bis 1000°C sind und in einem Kupolofen oder Hochofen als Zuschlagstoff gattiert und wirtschaftlich wieder eingesetzt werden können.
Weitere Vorteile sind:
  • - Das in den Abfallmaterialien enthaltene Fe und z. T. die Fe-Oxide werden als nutzbarer Rohstoff zurückgewonnen.
  • - Der Kohlenstoff aus dem Filterstaub der Sandaufbereitung, -regenerierung und anfallender Koksgrus wird energetisch verwertet.
  • - Das schlackebildende Material aus dem Kupolofengichtgasstaub bzw. aus den vorgenannten Filterstäuben wird zu glasig erstarrten Silikaten umgewandelt, die keine eluierfähigen Schadstoffe enthalten.
Zur Herstellung dieser Brikett wurden zur Verringerung der spezifischen Preßkraft Betonschlamm, Betonschleifstaub und Zement-Eisenstaubgemische als Binder eingesetzt. Der Betonschlamm bzw. Betonschleifstaub besitzt noch eine geringe hydraulische Bindefähigkeit. Eisenhaltige Stäube wandeln sich in Verbindung mit Wasser zu Fe2O3 um, welches selbständig als Binder wirkt. Bei Einsatz von schwachen Säuren wie verdünnte Salpetersäure oder Kohlensäure statt Wasser kann der Aushärtungsprozeß beschleunigt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Ausführungsbeispielen dargestellt.
Filterstäube aus der Sandaufbereitung der Formerei, Feinstsande aus der Sand­ regenerierung, feinkörniger Koksgrus, Kupolofengichtgasstaub, Putzereistaub Schleifstaub (Schleifschlamm), verschiedene feinteilige Eisenteile einer Eisengießerei, MgO-Filterstaub, Betonschlamm, Betonschleifstaub und Zement-Eisenstaub­ gemische werden in Vorratssilos bevorratet. Zur Absicherung einer konstanten Qualität des herzustellenden Brikett werden die einzelnen Stoffe verwogen und einem geeigneten Zwangsmischer homogen vermischt. Die Stoffgemische sind mit einem Wassergehalt von 4% bis 30% herzustellen, um eine gute Brikettierbarkeit zu ermöglichen. Dieses Stoffgemisch wird in einer Walzenbrikettierpresse mit oder ohne Schneckenvorverdichtung mit einer Gesamtpresskraft von 100 bis 500 kN/cm Walzenbreite bei einem Walzendurchmesser von 520 mm zu einem Brikett mit den Abmessungen 50 × 32 × 28 mm (Kissenform) verpresst. Es sind jedoch auch Brikettformen mit kleineren bzw. größeren Abmessungen möglich, die mit einem anderen Walzendurchmesser hergestellt werden. Alternativ besteht die Möglichkeit o.g. Stoffgemische mit einer Stempelbrikettierpresse mit einer Presskraft von 1 kN/cm2 bis 10 kN/cm2 zu verpressen. Günstige Brikettformen sind 40-60 mm Durchmesser und 30-70 mm Höhe (Zylinderform). Es können jedoch auch andere Abmessungen hergestellt und eingesetzt werden.
Die so hergestellten Mischbrikett haben eine ausreichende Grünstandsfestigkeit, daß eine Absiebung z. B. bei den Brikett aus der Walzenbrikettierpresse unmittelbar nach der Brikettierung mittels Siebmaschine möglich ist. Dieser Siebdurchgang ist vorteilhaft, weil damit alle Feinanteile entfernt werden, die wieder in die Walzen­ brikettierpresse über ein Förderband und ein Becherwerk zugeführt werden können. Mit üblichen Transportorganen werden die Brikett zum Lagerplatz bzw. In die Container gefördert.
In einem ersten Ausführungsbeispiel besteht die Mischung aus:
  • - 5 bis 40 (optimal 25) Gew.-% Gichtgasstaub (Filterkuchen),
  • - 20 bis 60 (optimal 40) Gew.-% Gußeisenspäne,
  • - 5 bis 30 (optimal 15) Gew.-% Filterstaub; Sandaufbereitung (Filterkuchen)
  • - 2 bis 10 (optimal 5) Gew.-% Gußeisenschleifschlamm (nicht ölhaltig)
  • - 5 bis 20 (optimal 15) Gew.-% Gußeisenstaub (trocken).
Das Ziel dieses Ausführungsbeispiels ist es, den hohen Eisengehalt dieser Mischung wieder in den Schmelzprozeß zurückzuführen. Der Eisengehalt dieser Brikett beträgt durchschnittlich zwischen 40 bis 85%. Dabei ist darauf zu achten, daß der Wassergehalt der Mischung, hervorgerufen durch die Eigenfeuchte der Filterkuchen, 20% nicht übersteigt (optimal 4-12%), da dann eine Brikettierung in einer Walzen­ brikettierpresse nicht mehr möglich ist. Es ist auch vorstellbar, daß alle Materialien trocken anfallen, dann sind 2-20 l Wasser auf 100 kg Mischgut während des Mischvorganges einzudüsen. Eine Brikettierung ohne Verwertung von Gichtgasstaub ist ebenfalls erfolgreich möglich. Nach der Brikettierung haben die Brikett eine aus­ reichende Grünstandsfestigkeit. Es ist jedoch zu empfehlen, die Brikett noch in einem Zwischenlager ca. 48 h aushärten zu lassen. Dabei entwickeln die Brikett eine Eigenwärme, welche vorteilhaft für den Härteprozeß ist.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel besteht die Mischung aus:
  • - 5 bis 40 (optimal 25) Gew.-% Gichtgasstaub (Filterkuchen),
  • - 20 bis 60 (optimal 35) Gew.-% Filterstaub Sandaufbereitung (trocken),
  • - 2 bis 15 (optimal 8) Gew.-% MgO-Filterstaub (trocken),
  • - 5 bis 20 (optimal 10) Gew.-% Koksgrus
  • - 5 bis 20 (optimal 15) Gew.-% Betonschlamm (Filterkuchen)
  • - 2 bis 8 (optimal 4) Gew.-% Betonschleifstaub (trocken)
  • - 2 bis 5 (optimal 3) Gew.-% Zement-Eisenstaub.
Das Ziel dieses Ausführungsbeispiels ist es, alle anfallenden Stäube einer Eisengießerei zu verwerten, indem hitzebeständige (mid. bis 1000°C) und druck­ stabile Brikett hergestellt werden. Die Energieträgerrückgewinnung aus dem darin enthaltenen Kohlenstoff des Filterstaubs der Sandaufbereitung und der Koksgrus ist ein Ziel bei der Rückführung in dem Schmelzofen. Die anderen Mischungsbestandteile werden als Ersatz für Schlackebildner eingesetzt. Die dabei entstandene Schlacke hat keine eluierfähigen Schadstoffe, beeinflusst die Schlackequalität nicht negativ und kann z. B. im Straßenbau eingesetzt werden. Es ist auch möglich, daß andere Zusammensetzungen von Mischungen z. B ohne MgO-Filterstaub hergestellt werden können.
Das Verfahren zur Herstellung druckstabiler Brikett aller genannten Ausführungs­ beispiele ist dadurch gekennzeichnet, daß der Filterstaub in der Eisengießerei in geschlossenen Silos gesammelt wird und mit Silofahrzeugen bzw. bei Filterkuchen mit Containern zum jeweiligen Brikettierwerk gefahren wird und in geeigneten Vorratssilos zwischengelagert wird. Über Förderschnecken bzw. Förderbänder erfolgt der Abzug in geeignete Verwiegeeinrichtungen zur Dosierung. Unter Zugabe von Wasser, ge­ gebenenfalls verdünnte Abfallsäuren (außer Schwefel-bzw. schweflige Säure), welches in einen Zwangsmischer in das trocken vorgemischte Gut eingedüst wird, erfolgt eine homogene Vermischung. Die so hergestellte Mischung wird dann in einer Walzenbrikettierpresse bzw. Stempelbrikettierpresse zu Brikett verpresst. Die so hergestellten Brikett können mit den äußeren Abmessungen in den Dimensionen zwischen 1 cm bis 15 cm hergestellt werden, da nur so eine ausreichende Durchgasung des Kupolofens möglich ist. Nach dem Auswurf der Brikett aus der Walzenbrikettierpresse erfolgt eine Absiebung über eine Siebmaschine. Die Feinanteile werden über entsprechende Förderorgane in die Walzenbrikettierpresse zurückgeführt. Bei Brikettausstoß aus der Stempelbrikettierpresse ist keine zusätzliche Absiebung erforderlich.
Die so hergestellten Brikett werden mittels Container in die Gießerei zurückgeführt und als Zuschlagstoff wieder eingesetzt bzw. im Hochofen stofflich oder energetisch verwertet.
Die notwendige spezifische Presskraft bei allen Filterstaubmischungen mit den angegebenen Bindern beträgt bei Walzenbrikettierpressen 100 bis 500 kN/cm Arbeits­ breite und beim Einsatz einer Stempelbrikettierpresse 1 bis 10 kN/cm2.

Claims (3)

1. Verwendung eines kalt geformten Brikett aus Abfallmaterialien als Zuschlagstoff für Schmelzöfen einer Eisengießerei oder Hochofen, dadurch gekennzeichnet, daß das Brikett ausschließlich aus Abfallmaterialien besteht, daß diese Abfallmaterialien hydraulische Bindemittel in Form von Betonschlamm und/oder Betonschleifstaub und/oder Eisenstaub mit einer Fe2O3-Bindephase beinhalten und daß das Brikett durch Zusatz einer vordefinierten Menge Wasser mittels der Calziumoxid und/oder Fe2O3-Bindephase gebunden ist.
2. Verwendung eines Brikett aus Abfallmaterialien als Zuschlagstoff für Schmelzöfen einer Eisengießerei oder Hochofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Brikett ausschließlich aus Abfallmaterialien einer Eisengießerei besteht und in dieser als Zuschlagstoff für Schmelzöfen eingesetzt wird und/oder in einem Hochofen verhüttet wird.
3. Verwendung eines Brikett aus Abfallmaterialien als Zuschlagstoff für Schmelzöfen einer Eisengießerei oder Hochofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zur Gewährleistung der Bindefähigkeit des Brikett notwendiges Mischungs­ verhältnis eingestellt wird, indem zusätzlich zu den Abfallmaterialien ausschließlich einer Eisengießerei eine Beimischung von Betonschlamm und/oder Beton­ schleifstaub und/oder Eisenstaub erfolgt.
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FR2806948A1 (fr) * 2000-03-30 2001-10-05 Valeo Systemes Dessuyage Procede de fabrication d'un lopin metallique
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WO2006084670A2 (de) * 2005-02-08 2006-08-17 Eduard Buzetzki Bindemittel auf basis von calciumaluminat

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