DE202016000055U1

DE202016000055U1 - Zusammensetzung umfassend (eine) Calcium-Magnesium-Verbindung(en) als Presskörper

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Publication number: DE202016000055U1
Application number: DE202016000055.2U
Authority: DE
Original assignee: S A Lholst Recherche Et Developpement; SA Lholst Recherche Et Developpement
Current assignee: S A Lholst Recherche Et Developpement; SA Lholst Recherche Et Developpement
Priority date: 2015-01-09
Filing date: 2016-01-07
Publication date: 2016-11-22
Anticipated expiration: 2026-01-08
Also published as: BR112017014482A2; WO2016110572A1; PE20171662A1; TW201627252A; JP2018508445A; EA201791245A1; US20180021980A1; BE1023414B1; AU2016205963A1; CL2017001767A1; MX2017008896A; KR20170102480A; EP3242960A1; CA2972934A1; FR3031524A1; ZA201704528B; CN107107008A

Abstract

Zusammensetzung, die mindestens eine Calcium-Magnesium-Verbindung umfasst, auf die die Formel aCaCO3·bMgCO3·xCaO·yMgO·zCa(OH)2·tMg(OH)2·ul passt, wobei l Verunreinigungen sind; a, b, z, t und u jeweils Massenanteile ≥ 0 und ≤ 50% sind, x und y jeweils Massenanteile ≥ 0 und ≤ 100% sind, mit x + y ≥ 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der mindestens einen Calcium-Magnesium-Verbindung, dadurch gekennzeichnet, dass – die mindestens eine Calcium-Magnesium-Verbindung die Form von Partikeln hat, – die Zusammensetzung einen kumulativen Calcium- und Magnesiumgehalt in Form von Oxiden hat, der größer als oder gleich 20 Gewichts-% ist, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, – die Zusammensetzung ferner mindestens eine zweite Verbindung umfasst, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus B2O3, NaO3, Calciumaluminat, Calciumsilikat, Calciumferrit wie Ca2Fe2O5 oder CaFe2O4, Metall Al, Metall Mg, Metall Fe, Metall Mn, Metall Mo, Metall Zn, Metall Cu, elementares Si, CaF2,, C, CaC2, Legierungen wie CaSi, CaMg, CaFe, FeMn, FeSi, FeSiMn, FeMo; TiO2, ein Oxid auf der Basis von Molybdän, ein Oxid auf der Basis von Kupfer, ein Oxid auf der Basis von Zink, ein Hydroxid auf der Basis von Molybdän, ein Hydroxid auf der Basis von Kupfer, ein Hydroxid auf der Basis von Zink und deren Gemische, – diese Zusammensetzung in Form von Presskörpern ist, wobei jeder Presskörper mit komprimierten und geformten Partikeln aus Calcium-Magnesium-Verbindungen gebildet wird, wobei die Presskörper einen Fallprobenindex von weniger als 20% aufweisen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zusammensetzung, die mindestens eine Calcium-Magnesium-Verbindung umfasst, auf die die Formel aCaCO₃·bMgCO₃·xCaO·yMgO·zCa(OH)₂·tMg(OH)₂·ul passt, wobei l Verunreinigungen sind; a, b, z, t und u jeweils Massenanteile ≥ 0 und ≤ 50% sind, x und y jeweils Massenanteile ≥ 0 und ≤ 100%, mit x + y ≥ 50 Gew.-% sind, bezogen auf das Gesamtgewicht der mindestens einen Calcium-Magnesium-Verbindung.
Calcium-Magnesium-Verbindungen werden in vielen Industriebereichen verwendet, wie beispielsweise in der Stahlherstellung, Gasbehandlung, Wasser- und Klärschlammaufbereitung, Landwirtschaft, Bauindustrie, im Tiefbau, ... Sie können entweder als Kiesel oder als Klümpchen verwendet werden, oder als Feinmaterial (eine Größe von typischerweise weniger als 7 mm). In bestimmten Industriebereichen wird nichtsdestotrotz die Kieselform bevorzugt. Dies ist zum Beispiel bei der Stahlherstellung der Fall, während der Zugabe von Calcium-Magnesium-Verbindungen in Sauerstoffkonvertern oder anderen Lichtbogenöfen.
Kalkhersteller halten stets ein Materialgleichgewicht zwischen Kieseln aus Calcium-Magnesium-Verbindungen und Feinmaterialien aufrecht, die vor und während der Calcinierung sowie während der darauffolgenden Behandlungs- und Verarbeitungsschritte erzeugt werden. Nichtsdestotrotz wird in bestimmten Fällen ein Überschuss an Feinmaterialien hergestellt. Diese Feinmaterialien können in Form von Briketts oder ähnlichem agglomeriert werden, was nicht nur die Möglichkeit bietet, die überschüssigen Feinmaterialien zu entfernen, sondern auch die Produktion von Calcium-Magnesium-Verbindungen in Kieselform durch das hinzufügen dieser Briketts und ähnlichem künstlich zu erhöhen.
Diese Briketts oder ähnliches haben im Allgemeinen eine geringere mechanische Stärke als die Calcium-Magnesium-Verbindungen in Kieselform. Sie haben häufig auch während ihrer Lagerung oder Verarbeitung eine Alterungsbeständigkeit, die sehr viel niedriger ist als die von Calcium-Magnesium-Verbindungen in Kieselform. Im Allgemeinen liegt die Gegenwart von Makrodefekten diesen nicht so guten Eigenschaften zugrunde, aber auch das Fehlen starker chemischer Bindungen an der Schnittstelle zwischen den Körnern. Dies erklärt, dass in der Praxis die Brikettierung von Feinmaterial aus Calcium-Magnesium-Verbindungen heutzutage industriell nicht sehr stark genutzt wird. Angesichts der geringen Qualität der Presskörper, die durch diese Verfahrensart gebildet wird, wird geschätzt, dass Brikettierung einen Ertrag von weniger als 50% liefert, da es in der Ausbringungsmenge dieser Verfahrensart so viele nicht verwendbare Presskörper gibt, was einen Recyclingschritt erforderlich macht.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff Makrodefekt jede Art von Spalten, Rissen, Bruchflächen und Ähnliches, die mit dem bloßen Auge, unter einem Lichtmikroskop oder auch mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) erkennbar sind.
Im Laufe der Jahre wurden mehrere Zusatzstoffe verwendet, um die Stärke und die Beständigkeit der Briketts oder ähnlichem aus Calcium-Magnesium-Verbindungen zu erhöhen, wie beispielsweise Calciumstearat oder Papierfasern, aber ohne dass dies jedoch zu ausreichenden Verbesserungen geführt hätte. Des Weiteren ist in vielen Fällen die Verwendung von Zusatzstoffen, die zur Herstellung von anderen geformten industriellen Produkten aktuell verwendet werden, eingeschränkt, wie dies insbesondere bei der Herstellung von Briketts aus Calcium-Magnesium-Verbindungen der Fall ist, einerseits, weil die Calcium-Magnesium-Verbindungen heftig mit Wasser reagieren, oder andererseits wegen einer möglichen negativen Wirkung dieser Zusatzstoffe auf die Endnutzung der Briketts aus Calcium-Magnesium-Verbindungen.
Das US Patent US 7,105,114 beansprucht ein Brikettierungsverfahren für (Dolomit-)Löschkalk-Feinmaterialien, wobei von 0,5 bis 5 Gew.-% Bindemittel verwendet werden, die pseudoplastische Kohlenstoffketten enthalten, die die mechanischen Eigenschaften der Briketts wesentlich verbessern und nicht die oben aufgeführten Nachteile aufweisen. Das Verfahren führt nichtsdestotrotz nur zum Erhalt von Briketts, von denen die Hälfte nach einem Fall aus zwischen 0,9 und 1,8 m (einem Fall aus zwischen 3 und 6 Fuß) zerbrochen ist, was eine völlig unzureichende mechanische Stärke darstellt.
Briketts oder ähnliches auf der Basis von Calcium-Magnesium-Verbindungen können ebenso durch Durchführung einer Wärmebehandlung bei einer sehr hohen Temperatur gefestigt werden, was zum Sintern dieser Briketts oder ähnlichem führt. Beispielsweise ist im Fall von gebackenen Dolomit-Briketts bekannt, dass eine Wärmebehandlung von einer bis zu einigen Stunden bei einer Temperatur über 1200°C, und sogar idealer über 1300°C, zu einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften dieser Briketts führt. Solch eine Wärmebehandlung bei sehr hoher Temperatur führt nichtsdestotrotz zu einer zeitabhängigen Veränderung in den strukturellen Eigenschaften der vorgenannten Briketts, in besonderem Maße führt es zu einer starken Verminderung sowohl der spezifischen Oberfläche als auch des Porenvolumens. Dies wird ebenso begleitet von einer starken Verminderung der Reaktivität mit Wasser, wie beschrieben in der Norm EN 459-2:2010E, was viele Probleme für bestimmte Anwendungen mit sich bringt.
Daher besteht ein echter Bedarf an der Entwicklung eines Presskörper-Produkts, das eine Calcium-Magnesium-Verbindung enthält, das sich von den Produkten wie Briketts, die heute bekannt sind durch eine deutliche Verbesserung der Fallbeständigkeit sowie bevorzugt durch eine viel bessere Alterungsbeständigkeit in feuchter Atmosphäre unterscheiden würde, während es die intrinsischen Merkmale (strukturellen Eigenschaften) der Calcium-Magnesium-Verbindung vor dem Formen erhält, insbesondere ihre spezifische Oberfläche und/oder ihr Porenvolumen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Stands der Technik durch das Bereitstellen einer Zusammensetzung wie zu Beginn aufgeführt zu überwinden, umfassend Partikel von mindestens einer Calcium-Magnesium-Verbindung, auf die die Formel CaCO₃·bMgCO₃·xCaO·yMgO·zCa(OH)₂·tMg(OH)₂·ul passt, wobei l Verunreinigungen darstellt, a, b, z, t und u jeweils Massenanteile ≥ 0 und ≤ 50% sind, x und y jeweils Massenanteile ≥ 0 und ≤ 100% sind, mit x + y ≥ 50 Gew.-%, die sich von bis heute bekannten Produkten durch eine besonders hohe Fallbeständigkeit sowie eine gute Alterungsbeständigkeit in feuchter Atmosphäre unterscheidet, während sie vorteilhafte strukturelle Eigenschaften aufweist, insbesondere ein(e) hohe(s) spezifische Oberfläche und/oder Porenvolumen.
Dieses Presskörper-Produkt ist bevorzugt ein Presskörper-Produkt auf der Basis von Calcium- und/oder Magnesiumoxid, beispielsweise Calcium, Magnesium oder gebrannten Dolomitkalk oder dolime (calciniertes Dolomit) enthaltend. In diesem Produkt können a, b, z, t und u jeden Wert zwischen 0 und 50% annehmen.
Die Zusammensetzung kann von einem natürlichen Produkt stammen, das mehr oder weniger calciniert, mehr oder weniger hydriert ist oder auch nicht, das jedoch immer mindestens 50 Gewichts-% gebrannte Produkte umfasst, d. h. auf der Basis von Calcium- und/oder Magnesiumoxid. Die Zusammensetzung kann auch von einem Gemisch aus einem oder mehreren Calcium- oder Magnesium-Verbindungen stammen. Die Zusammensetzung kann mehr als eine Calcium-Magnesium-Verbindung wie oben beschrieben oder andere hinzugegebene mineralische oder organische Produkte umfassen.
Die CaCO₃-, MgCO₃-, CaO-, MgO-, Ca(OH)₂- und Mg(OH)₂-Gehalte in Calcium-Magnesium-Verbindungen können leicht mit konventionellen Verfahren bestimmt werden. Beispielsweise können sie durch Röntgenfluoreszenzanalyse bestimmt werden, dessen Ablauf in der Norm EN 15309 beschreiben wird, gekoppelt mit einer Messung des Glühverlusts und einer Messung des CO₂-Volumens nach der Norm EN 459-2:2010E.
Der Gehalt von Calcium und Magnesium in Form von Oxiden in der Zusammensetzung kann auch in den einfachsten Fällen durch dasselbe Verfahren bestimmt werden. In komplizierteren Fällen, wie beispielsweise bei Zusammensetzungen, die verschiedene mineralische und organische Zusatzstoffe enthalten, ist ein Fachmann in der Lage, die Auswahl der anzuwendenden Charakterisierungstechniken an die Bestimmung dieses Gehalts von Calcium und Magnesium in Form von Oxiden anzupassen. Als Beispiel und auf nicht erschöpfende Weise ist es möglich, auf thermogravimetrische Analyse (TGA) zurückzugreifen und/oder auf Thermodifferentialanalyse (TDA), optional durchgeführt unter einer inerten Atmosphäre, oder auch auf die Röntgenbeugungsanalyse (XRD) in Verbindung mit einer semiquantitativen Analyse der Rietvelt-Art.
Um dieses Problem zu lösen, wird eine Zusammensetzung wie zu Beginn angegeben nach der Erfindung zur Verfügung gestellt, dadurch gekennzeichnet, dass

– diese mindestens eine Calcium-Magnesium-Verbindung die Form von Partikeln hat,
– diese Verbindung einen kumulativen Calcium- und Magnesiumgehalt in Form von Oxiden hat, der größer als oder gleich 20 Gewichts-% ist, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung,
– diese Verbindung ferner mindestens eine zweite Verbindung umfasst, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus B₂O₃, NaO₃, Calciumaluminat, Calciumsilikat, Calciumferrit wie Ca₂Fe₂O₅ oder CaFe₂O₄, Metall Al, Metall Mg, Metall Fe, Metall Mn, Metall Mo, Metall Zn, Metall Cu, elementares Si, CaF_2,, C, CaC₂, Legierungen wie CaSi, CaMg, CaFe, FeMn, FeSi, FeSiMn, FeMo; TiO₂, ein Oxid auf der Basis von Molybdän, ein Oxid auf der Basis von Kupfer, ein Oxid auf der Basis von Zink, ein Hydroxid auf der Basis von Molybdän, ein Hydroxid auf der Basis von Kupfer, ein Hydroxid auf der Basis von Zink und deren Gemische,
– diese Zusammensetzung in Form von Presskörpern ist, wobei jeder Presskörper mit komprimierten und geformten Partikeln aus Calcium-Magnesium-Verbindungen gebildet wird, wobei die Presskörper einen Fallprobenindex von weniger als 20% aufweisen.

Presskörper bezeichnet Feinmaterialien oder Gemische aus Feinmaterialien (mit einer Größe, die typischerweise unter 7 mm liegt) die verdichtet oder komprimiert sind. Diese Presskörper erscheinen allgemein in der Form von Tabletten oder Briketts.
Tablette bezeichnet im Sinne der vorliegenden Erfindung Objekte, die mit einer Technologie zum industriellen Verdichten oder Komprimieren von Feinmaterialien durch die kombinierte Wirkung von zwei Stanzen (eine in der oberen Position, die andere in der unteren Position) auf diese Feinmaterialien, die in einer Kavität platziert sind, geformt werden. Der Begriff Tablette fasst daher die Gesamtheit geformter Objekte zusammen, die zur Familie der Tabletten, Pastillen oder auch ferner der komprimierten Tabletten, und allgemein Objekte mit unterschiedlichen dreidimensionalen Formen wie beispielsweise zylindrische, achteckige, kubische oder rechteckige Formen gehören. Diese Technologie verwendet im Allgemeinen Rotationspressen oder Hydraulikpressen.
Brikett bezeichnet im Sinne der vorliegenden Erfindung Objekte, die mit einer Technologie zur Verdichtung oder zum Komprimieren von Feinmaterialien geformt werden, und die sich durch die kombinierte Wirkung von zwei tangentialen Walzen (allgemein Zylinder, die mit Kavitäten ausgestattet sind, die Formen bilden, die im Wesentlichen der gewünschten Form und den Abmessungen des Briketts entsprechen) auf diese Feinmaterialien ergeben, deren Zuführung durch eine Extruderschnecke erzwungen wird. Der Begriff Brikett fasst daher die Gesamtheit geformter Objekte zusammen, die zur Familie der Briketts, Kugeln, Seifenstücke und weiteren Plättchen gehören. Diese Technologie verwendet im Allgemeinen Pressen mit tangentialen Walzen.
Der Begriff Fallprobenindex im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet den Massenanteil der Feinmaterialien mit weniger als 10 mm, die nach viermaligem Fall aus zwei Meter Höhe mit ursprünglich 0,5 kg des Produkts mit einer Größe von mehr als 10 mm erzeugt wird. Dieser viermalige Fall wird durch Verwendung eines Rohrs mit einer Länge von 2 m und einem Durchmesser von 40 cm mit einem abnehmbaren Boden (Aufnahmebehälter) erreicht. Die Basis des Aufnahmebehälters ist eine Polypropylenplatte mit einer Stärke von 3 mm. Der Aufnahmebehälter liegt auf einem Betonboden auf.
Das Presskörperprodukt aus der vorliegenden Erfindung in Form von Tabletten oder Briketts wird in Bezug auf die kieselförmigen Produkte aus der Calcinierung von Kalkstein- oder Dolomitkies durch Berücksichtigung der internen Struktur unterschieden. Durch Betrachtung mit dem bloßen Auge, mit einem Lichtmikroskop oder auch mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) können die konstituierenden Partikel des Presskörperprodukts aus der Erfindung leicht aufgezeigt werden, anders als bei den Kieselprodukten aus der Calcinierung, die eine homogene Oberfläche haben, auf der die konstituierenden Partikel nicht zu unterscheiden sind.
Des Weiteren wird das Presskörperprodukt aus der vorliegenden Erfindung in Form von Tabletten oder Briketts von den bislang bekannten Produkten in Form von Briketts und ähnlichem ebenso durch die Berücksichtigung der internen Struktur unterschieden. Das Presskörperprodukt aus dieser Erfindung ist frei von makroskopischen Defekten oder Makrodefekten, die einen negativen Einfluss auf die Fallbeständigkeit haben, wie Spalten oder Risse, anders als die heute bekannten Produkte in Form von Briketts und ähnlichem, die Risse von einigen hundert Mikrometern bis zu einigen Millimetern Länge und von einigen wenigen Mikrometern bis zu einigen hundert Mikrometern Breite enthalten, die leicht mit bloßem Auge, mit einem Lichtmikroskop oder auch unter einem Rasterelektronenmikroskop (REM) zu erkennen sind.
Nach der vorliegenden Erfindung tritt die Zusammensetzung als Presskörperprodukt mit einer hohen Fall- und Alterungsbeständigkeit in feuchter Atmosphäre auf, was insbesondere wichtig für danach erfolgende Verwendungen ist, bei denen Feinmaterialien nicht angewendet werden können. Die Zusammensetzung nach der Erfindung ermöglicht somit die Verwendung von feinen Partikeln einer Calcium-Magnesium-Verbindung, die einen d₁₀₀ von weniger oder gleich 7 mm in Anwendungen von Calcium-Magnesium-Verbindungen aufweisen, die bis dato ausgeschlossen waren.
Die mindestens eine Calcium-Magnesium-Verbindung nach der vorliegenden Erfindung wird daher mindestens mit gebranntem Kalk, gebranntem Dolomitkalk, gebranntem Magnesiumkalk oder Dolomitkalk aus der Calcinierung natürlicher Kalksteine oder Dolomite gebildet und kann gelöschten Kalk, gelöschten Dolomitkalk, gelöschten Magnesiumkalk umfassen.
Die Verunreinigungen umfassen insbesondere all diese, die in natürlichen Kalksteinen und Dolomiten zu finden sind, wie Ton vom Typ Siliko-Aluminat, Kieselerde, Verunreinigungen auf Eisen- oder Manganbasis ...
Die Zusammensetzung nach der Erfindung kann daher auch Calcium- oder Magnesiumcarbonate wie ungebrannte Materialien aus dem Brennen natürlichen Kalksteins oder Dolomits oder auch weitere Produkte aus der Recarbonisierung von Calcium-Magnesium-Verbindungen umfassen. Schließlich kann sie auch Calcium- oder Magnesiumhydroxide aus der Hydrierung (Löschung) von Calcium-Magnesium-Verbindungen umfassen.
In einer Alternative der Zusammensetzung nach der Erfindung stammen die Calcium-Magnesium-Verbindungen vollständig oder teilweise aus dem Recycling von Nebenprodukten, insbesondere Schlacken von Konvertern aus der Stahlindustrie. Diese Schlacken haben typischerweise einen Massengehalt von 40 bis 70% CaO und von 3 bis 15% MgO.
In einer bevorzugten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung ist die zweite Verbindung, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus B₂O₃, NaO₃, Calciumaluminat, Calciumsilikat, Calciumferrit wie Ca₂Fe₂O₅ oder CaFe₂O₄, Metall Al, Metall Mg, Metall Fe, Metall Mn, Metall Mo, Metall Zn, Metall Cu, elementares Si, CaF_2,, C, CaC₂, Legierungen wie CaSi, CaMg, CaFe, FeMn, FeSi, FeSiMn, FeMo; TiO₂, ein Oxid auf der Basis von Molybdän, ein Oxid auf der Basis von Kupfer, ein Oxid auf der Basis von Zink, ein Hydroxid auf der Basis von Molybdän, ein Hydroxid auf der Basis von Kupfer, ein Hydroxid auf der Basis von Zink und deren Gemische, in der Zusammensetzung mit einem Gehalt enthalten, der gleich oder größer als 1 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, ist.
In einer besonderen Ausführungsform der Zusammensetzung nach der vorliegenden Erfindung ist die zweite Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus B₂O₃, NaO₃, Metall Al, Metall Mg, Metall Fe, Metall Mn, Metall Mo, Metall Zn, Metall Cu, elementares Si, CaF_2, Legierungen wie CaSi, CaMg, CaFe, FeMn, FeSi, FeSiMn, FeMo; TiO₂, ein Oxid auf der Basis von Molybdän, ein Oxid auf der Basis von Kupfer, ein Oxid auf der Basis von Zink, ein Hydroxid auf der Basis von Molybdän, ein Hydroxid auf der Basis von Kupfer, ein Hydroxid auf der Basis von Zink und deren Gemische, und ist in der Zusammensetzung mit einem Gehalt enthalten, der gleich oder weniger als 20 Gewichts-%, bevorzugt gleich oder weniger als 10 Gewichts-%, insbesondere gleich oder weniger als 5 Gewichts-% ist, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform der Zusammensetzung nach der vorliegenden Erfindung ist die zweite Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus CaF_2,, Calciumferrite wie beispielsweise Ca₂Fe₂O₅ oder CaFe₂O₄ und deren Gemische und ist in der Zusammensetzung mit einem Gehalt enthalten, der gleich oder weniger als 40 Gewichts-%, bevorzugt gleich oder weniger als 30 Gewichts-%, insbesondere gleich oder weniger als 20 Gewichts-% ist, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform der Zusammensetzung nach der vorliegenden Erfindung ist die zweite Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Calciumaluminat, Calciumsilikat, Kohlenstoff und deren Gemische und ist in der Zusammensetzung mit einem Gehalt enthalten, der gleich oder weniger als 60 Gewichts-%, bevorzugt gleich oder weniger als 50 Gewichts-%, insbesondere gleich oder weniger als 40 Gewichts-% ist, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
In einer vorteilhaften Alternative nach der vorliegenden Erfindung hat die mindestens eine Calcium-Magnesium-Verbindung Massenanteile, so dass x + y ≥ 60 Gewichts-% sind, bevorzugt ≥ 75 Gewichts-%, vorzugsweise ≥ 80 Gewichts-%, und noch mehr bevorzugt ≥ 90 Gewichts-%, insbesondere ≥ 93 Gewichts-%, oder sogar ≥ 95 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der mindestens einen Calcium-Magnesium-Verbindung.
In dieser vorteilhaften Alternative ist die mindestens eine Calcium-Magnesium-Verbindung zum größten Teil eine Verbindung, die auf Calcium- und/oder Magnesiumoxid basiert und daher eine aktive Calcium-Magnesium-Verbindung.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform hat die Zusammensetzung nach der vorliegenden Erfindung einen kumulativen Gehalt von Calcium und Magnesium in Form von Oxiden größer oder gleich 40 Gewichts-%, vorteilhafterweise ≥ 60 Gewichts-%, bevorzugt ≥ 80 Gewichts-%, insbesondere ≥ 90 Gewichts-%, vorzugsweise ≥ 93% Gewichts-%, oder sogar gleich 95% Gewichts-%, bezogen auf die gesamte Zusammensetzung.
Zweckmäßigerweise haben diese Presskörper einen Fallprobenindex von weniger als 15%, bevorzugt weniger als 10%, insbesondere weniger als 8%. Insbesondere haben nach der vorliegenden Erfindung diese Presskörper einen Fallprobenindex von weniger als 6%. Insbesondere haben nach der vorliegenden Erfindung diese Presskörper einen Fallprobenindex von weniger als 4%. Und noch vorteilhafter haben diese Presskörper einen Fallprobenindex von weniger als 3%.
Vorteilhafterweise hat die Zusammensetzung nach der vorliegenden Erfindung eine spezifische Oberfläche, die durch Manometrie mit Stickstoffadsorption nach dem Entgasen im Vakuum bei 190°C für mindestens 2 Stunden gemessen wurde und gemäß dem Mehrpunkt-BET-Verfahren wie in der Norm ISO 9277:2010E beschrieben berechnet wurde, von mehr als oder gleich 0,4 m²/g, bevorzugt mehr als oder gleich 0,6 m²/g, noch vorteilhafter mehr als oder gleich 0,8 m²/g und noch vorteilhafter mehr als oder gleich 1,0 m²/g und insbesondere mehr als oder gleich 1,2 m²/g, was sehr viel mehr ist als die der gesinterten Produkte, die allgemein eine spezifische Oberfläche von weniger als oder gleich 0,1 m²/g haben.
Auf diese Weise hat die Zusammensetzung eine relativ hohe spezifische Oberfläche im Vergleich zu den oben genannten gesinterten Briketts, insbesondere unter Erhalt der intrinsischen Merkmale/strukturellen Eigenschaften der Calcium-Magnesium-Verbindung vor dem Formen.
Die Zusammensetzung ist ebenso dadurch gekennzeichnet, dass ihr Gesamtporenvolumen (bestimmt durch Porosimetrie mit Quecksilberintrusion gemäß Teil 1 der Norm ISO 15901-1:2005E, die darin besteht, die Differenz zwischen der Reindichte, gemessen bei 30000 psia, (207 Mpa), und der Rohdichte, gemessen bei 0,51 psia (3,5 kPa), durch die Reindichte zu teilen) größer als oder gleich 20% ist, bevorzugt größer als oder gleich 25% und noch mehr bevorzugt größer als oder gleich 30%, was viel größer ist als das von gesinterten Produkten, die im allgemeinen ein Gesamtporenvolumen von weniger als oder gleich 10% haben.
Zweckmäßigerweise hat die Zusammensetzung nach der Erfindung ein relativ hohes Porenvolumen im Vergleich zu den gesinterten Briketts oben, insbesondere durch Erhalten der intrinsischen Merkmale/strukturellen Eigenschaften der Calcium-Magnesium-Verbindung vor dem Formen.
Zweckmäßigerweise hat die Zusammensetzung eine homogene Dichteverteilung innerhalb des Presskörpers. Das vorgeschlagene Verdichtungsverfahren unter Verwendung einer einachsigen Presse ermöglicht tatsächlich die Bildung von Presskörpern, deren Dichte im Wesentlichen entlang der Längsrichtung (d. h. entlang der längsseitigen Fahrachsen der Stanzen) und entlang der Querrichtung (d. h. senkrecht zu den längsseitigen Fahrachsen der Stanzen) gleich ist.
Ein geringer Dichtegradient kann entlang der Längsrichtung bestehen, insbesondere wenn eine der Stanzen relativ zur anderen in Bewegung ist, wobei die höchste Dichte auf der Seite der aktiven Stanze zu finden ist, und die geringste Dichte auf der gegenüberliegenden Seite zu finden ist, auf der die Stanze inaktiv ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung haben die Presskörper ebenso einen Fallprobenindex von weniger als 20%, bevorzugt weniger als 10% nach einem Schnellalterungsversuch der Stufe 1 bei 30°C unter 75% relativer Luftfeuchte (d. h. 22,8 g/m³ absoluter Luftfeuchtigkeit) für 2 Stunden.
Mit Schnellalterungsversuch ist im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Alterung über 2 Stunden gemeint, die in einer Klimakammer durchgeführt wird, beginnend mit 0,5 kg des Produkts mit einer Größe, die höher oder gleich 10 mm ist, platziert als einzelne Schicht auf einem Gitter, das wiederum über einem Aufnahmebehälter platziert ist, so dass der Kontakt zwischen dem Produkt und der feuchten Atmosphäre optimal ist, d. h. jeder der konstitutiven Presskörper des Produkts ist mit einem Abstand von mindestens 1 cm zu den anderen Presskörpern angeordnet. Die Erhöhung der Masse während der Alterung quantifiziert die Wasserabsorption und somit die Hydrierung der Zusammensetzung.
Der Fallprobenindex, gemessen nach der Alterung, wird erhalten, indem mit der Gesamtheit des Produkts begonnen wird, d. h. auch wenn der Schnellalterungsversuch selbst Feinmaterial erzeugt hat, werden diese im Endergebnis ordnungsgemäß gezählt. Der Schnellalterungstest kann unter unterschiedlichen Temperatur- und relativen Luftfeuchtigkeitsbedingungen – und somit absoluter Luftfeuchtigkeit – ausgeführt werden, um so die Intensität zu modulieren. Vier Intensitätsstufen, die von 1 (der leichtere Test) bis 4 (der schwerste Test) wurden verwendet:

– Stufe 1: 30°C und 75% relative Luftfeuchtigkeit, was zu einer absoluten Luftfeuchtigkeit von 22,8 g/m³ führte;
– Stufe 2: 40°C und 50% relative Luftfeuchtigkeit, was zu einer absoluten Luftfeuchtigkeit von 25,6 g/m³ führte;
– Stufe 3: 40°C und 60% relative Luftfeuchtigkeit, was zu einer absoluten Luftfeuchtigkeit von 30,7 g/m³ führte;
– Stufe 4: 40°C und 70% relative Luftfeuchtigkeit, was zu einer absoluten Luftfeuchtigkeit von 35,8 g/m³ führte.

Vorteilhafterweise haben die Presskörper einen Fallprobenindex von weniger als 20%, bevorzugt weniger als 10% nach einem Schnellalterungsversuch der Stufe 2 bei 40°C unter 50% relativer Luftfeuchtigkeit (d. h. 25,6 g/m³ absoluter Luftfeuchtigkeit) für 2 Stunden.
Noch vorteilhafter haben die Presskörper einen Fallprobenindex von weniger als 20%, bevorzugt weniger als 10% nach einem Schnellalterungsversuch der Stufe 3 bei 40°C unter 60% relativer Luftfeuchtigkeit (d. h. 30,7 g/m³ absoluter Luftfeuchtigkeit) für 2 Stunden.
Noch vorteilhafter haben die Presskörper einen Fallprobenindex von weniger als 20%, insbesondere weniger als 10%, noch bevorzugt weniger als 5% und am bevorzugtesten weniger als 3%, nach einem Schnellalterungsversuch der Stufe 4 bei 40°C unter 70% relativer Luftfeuchtigkeit (d. h. 35,8 g/m³ absoluter Luftfeuchtigkeit) für 2 Stunden.
Nach der vorliegenden Erfindung kann die Zusammensetzung ferner mindestens eine dritte Verbindung umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem organischen Zusatzstoff, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Bindemittel, einem Schmiermittel und ihrem Gemisch, einem Oxid, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Oxid auf Aluminiumbasis, einem Oxid basierend auf Silizium, einem Oxid basierend auf Eisen, einem Oxid basierend auf Mangan, und ihrem Gemisch, einem Hydroxid, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Hydroxid auf Aluminiumbasis, einem Hydroxid basierend auf Silizium, einem Hydroxid basierend auf Eisen, einem Hydroxid basierend auf Mangan, und ihrem Gemisch, bevorzugt mit einem Gehalt gleich oder größer als 1 Gewichts-% und gleich oder kleiner als 40 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Der prozentuale Anteil organischen Kohlenstoffs in der Zusammensetzung nach der Erfindung kann durch eine Differenz zwischen dem prozentualen Anteil des gesamten Kohlenstoffs und dem prozentualen Anteil des Kohlenstoffs mineralischen Ursprungs berechnet werden. Der gesamte Kohlenstoff wird beispielsweise durch eine C/S-Analyse gemäß der Norm ASTM C25 (1999) gemessen, und der Kohlenstoff mineralischen Ursprungs wird beispielsweise durch Dosierung des CO₂-Volumens gemäß der Norm EN 459-2:2010E bestimmt.
Die Zusammensetzung nach der Erfindung kann, wie man sehen kann, ferner ein oder mehrere Oxide basierend auf Aluminium umfassen, insbesondere mit einem Gehalt, der im Bereich von 1 bis 40 Gewichts-% und bevorzugt von 5 bis 30 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, liegt, ausgedrückt als Al₂O₃ Äquivalent, beispielsweise Korund, Böhmit oder weitere amorphe Aluminiumoxide.
Die Zusammensetzung nach der Erfindung kann ebenso ferner ein oder mehrere Hydroxide basierend auf Aluminium umfassen, insbesondere mit einem Gehalt, der im Bereich von 1 bis 40 Gewichts-% und bevorzugt von 5 bis 30 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung liegt, ausgedrückt als Al₂O₃ Äquivalent, wie beispielsweise Böhmit, Gibbsit oder ferner Diaspor.
Die Zusammensetzung kann auch ein oder mehrere Oxide basierend auf Silizium umfassen, insbesondere mit einem Gehalt, der im Bereich von 1 bis 30 Gewichts-% und bevorzugt von 5 bis 20 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, liegt, ausgedrückt als SiO₂ Äquivalent, wie beispielsweise pyrogene Kieselsäure oder ferner gefällte Kieselsäure.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann, wie ersichtlich ist, die Zusammensetzung auch ein oder mehrere Hydroxide basierend auf Silizium umfassen, insbesondere mit einem Gehalt, der im Bereich von 1 bis 30 Gewichts-% und bevorzugt von 5 bis 20 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, liegt, ausgedrückt als SiO₂ Äquivalent.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Zusammensetzung nach der Erfindung ferner ein oder mehrere Oxide basierend auf Eisen, insbesondere mit einem Gehalt, der im Bereich von 1 bis 30 Gewichts-% und bevorzugt von 5 bis 20 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, liegt, ausgedrückt als Fe₂O₃ Äquivalent, wie beispielsweise Hämatit, Magnetit oder ferner Wüstit.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Zusammensetzung nach der Erfindung ferner ein oder mehrere Hydroxide basierend auf Eisen, insbesondere mit einem Gehalt, der im Bereich von 1 bis 30 Gewichts-% und bevorzugt von 5 bis 20 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, liegt, ausgedrückt als Fe₂O₃ Äquivalent, wie beispielsweise Goethit oder ferner Limonit.
In noch einer weiteren Ausführungsform umfasst die Zusammensetzung nach der vorliegenden Erfindung ein oder mehrerer Oxide basierend auf Mangan, insbesondere mit einem Gehalt, der im Bereich von 1 bis 10 Gewichts-% und bevorzugt von 1 bis 5 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, liegt, ausgedrückt als MnO Äquivalent, wie beispielsweise Pyrolusit oder auch ferner Manganmonoxid MnO.
In noch einer weiteren Ausführungsform umfasst die Zusammensetzung nach der vorliegenden Erfindung ein oder mehrere Hydroxide basierend auf Mangan, insbesondere mit einem Gehalt, der im Bereich von 1 bis 10 Gewichts-% und bevorzugt von 1 bis 5 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, liegt, ausgedrückt als MnO Äquivalent.
In einer bestimmten Ausführungsform der Zusammensetzung gemäß der Erfindung haben die Partikel eine Größe von weniger oder gleich 7 mm, erkennbar durch optische Mikroskopie oder Rasterelektronenmikroskopie und haben vor dem Verdichten eine Partikelgröße d₁₀₀ von weniger als oder gleich 7 mm, insbesondere weniger als oder gleich 5 mm, beispielsweise durch Sieben gemessen.
Nach der vorliegenden Erfindung tritt die Zusammensetzung daher als Presskörper in Erscheinung, die zunächst ausgehend von feinteiligen Verbundstrukturen von Partikeln von Calcium-Magnesium-Verbindungen mit einem d₁₀₀ von weniger als oder gleich 7 mm erhalten werden, und die schließlich sehr beständig gegenüber Fallen und Alterung in einer feuchten Atmosphäre sind, was insbesondere von Bedeutung für nachfolgende Verwendungen ist, bei denen Feinmaterialien nicht angewendet werden können. Die Zusammensetzung nach der Erfindung ermöglicht daher inter alia, wie oben bemerkt, die Verwendung von feinteiligen Partikeln von Calcium-Magnesium-Verbindungen mit einem d₁₀₀ kleiner als oder gleich 7 mm in Anwendungen von Calcium-Magnesium-Verbindungen, die bislang ausgeschlossen waren.
Die Bezeichnung d_X stellt einen in mm ausgedrückten Durchmesser dar, in Bezug zu welchem X Massen-% der gemessenen Partikel kleiner oder gleich sind.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung haben die Partikel der Calcium-Magnesium-Verbindungen vor dem Verdichten einen d₉₀ von weniger als oder gleich 3 mm, insbesondere weniger als oder gleich 2 mm.
Noch bevorzugter haben die Partikel der Calcium-Magnesium-Verbindungen vor dem Verdichten einen d₅₀ von weniger als oder gleich 1 mm, insbesondere weniger als oder gleich 500 μm, und einen d₅₀ größer als oder gleich 0,1 μm, insbesondere größer als oder gleich 0,5 μm, insbesondere größer als oder gleich 1 μm.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung haben die Presskörper eine regelmäßige und homogene Form, die typisch für Produkte aus Verfahren zum Formen von Feinmaterialien über einen trockenen Weg ist, beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe der Tabletten oder Briketts, und sie haben eine Größe, die zwischen 10 und 100 mm liegt, bevorzugt größer als oder gleich 15 mm ist, bevorzugt größer als oder gleich 20 mm, und bevorzugt kleiner als oder gleich 70 mm, insbesondere kleiner als oder gleich 50 mm.
Größe der Presskörper bezeichnet die derjenigen, die durch ein Sieb oder einen Durchwurf passen, beispielsweise mit quadratischen Maschen.
Insbesondere haben im Sinne dieser Erfindung die Presskörper ein durchschnittliches Gewicht pro Presskörper von mindestens 1 g, bevorzugt mindestens 5 g, vorzugsweise mindestens 10 g und insbesondere mindestens 15 g.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung haben die Presskörper ein durchschnittliches Gewicht pro Presskörper von weniger als oder gleich 200 g, bevorzugt weniger als oder gleich 150 g, vorzugsweise weniger als oder gleich 100 g und insbesondere weniger als oder gleich 50 g.
Zweckmäßigerweise haben die Presskörper eine Rohdichte (Volumenmasse) zwischen 1,5 g/cm³ und 3 g/cm³, zweckmäßigerweise zwischen 1,5 g/cm³ und 2,8 g/cm³ und bevorzugt zwischen 1,7 g/cm³ und 2,6 g/cm³.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung schließt dieser Presskörper eine Durchgangsöffnung ein.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung tritt der Presskörper als Tablette in Erscheinung.
Die Form dieser Presskörper-Produkte ist leicht von den kieselförmigen Calcium-Magnesium-Verbindungen zu unterscheiden, die man traditionell nach der Calcinierung von Kalkgestein oder Dolomitgestein erhält.
Andere Ausführungsformen der Zusammensetzung nach der Erfindung sind in den beigefügten Ansprüchen angegeben.
Die vorliegende Erfindung betrifft ebenso ein Verbundmaterial, das mehrere aufeinanderfolgende Schichten umfasst, um eine mehrschichtige Struktur zu bilden, worin mindestens eine Schicht mit dem Presskörperprodukt mit der Zusammensetzung nach der Erfindung gebildet wird.
Andere Ausführungsformen der Verbundmaterialien nach der Erfindung sind in den beigefügten Ansprüchen angegeben.
Beschrieben wird ebenso ein Verfahren zur Herstellung einer Zusammensetzung in Form eines Presskörpers, das die folgenden aufeinanderfolgenden Schritte umfasst:

a) Zur Verfügung stellen von Partikeln mit mindestens einer Calcium-Magnesium-Verbindung, auf die die Formel aCaCO₃·bMgCO₃·xCaO·yMgO·zCa(OH)₂·tMg(OH)₂·ul passt, wobei l Verunreinigungen darstellt, a, b, z, t und u sind jeweils Massenanteile ≥ 0 und ≤ 50%, x und y sind jeweils Massenanteile ≥ 0 und ≤ 100%, mit x + y ≥ 50 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Calcium-Magnesium-Verbindung
b) Hinzugeben mindestens einer zweiten Verbindung zu den Partikeln der mindestens einen Calcium-Magnesium-Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus B₂O₃, NaO₃, Calciumaluminat, Calciumsilikat, Calciumferrit wie Ca₂Fe₂O₅ oder CaFe₂O_4, Metall Al, Metall Mg, Metall Fe, Metall Mn, Metall Mo, Metall Zn, Metall Cu, elementares Si, CaF_2,, C, CaC₂, Legierungen wie CaSi, CaMg, CaFe, FeMn, FeSi, FeSiMn, FeMo; TiO₂, ein Oxid auf der Basis von Molybdän, ein Oxid auf der Basis von Zink, ein Oxid auf der Basis von Kupfer, ein Hydroxid auf der Basis von Molybdän, ein Hydroxid auf der Basis von Zink, ein Hydroxid auf der Basis von Kupfer und deren Gemisch, mit einem Gehalt gleich oder größer als 1 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung,
c) Vermischen der Partikel und der zweiten Verbindung bis eine homogene Zusammensetzung erreicht wird,
d) zur Verfügung stellen der homogenen Zusammensetzung in einem begrenzten Raum zwischen zwei Stanzen mit einem Querschnitt zwischen 1 und 40 cm², zweckmäßigerweise zwischen 1 und 20 cm², bevorzugt zwischen 1 und 10 cm², insbesondere zwischen 2 und 10 cm²,
e) Verdichten der homogenen Zusammensetzung zum Bilden eines Presskörperprodukts mit einer dreidimensionalen Form, durch Anwenden eines Verdichtungsdrucks zwischen 200 MPa und 800 MPa, bevorzugt zwischen 250 MPa und 600 MPa, weiter bevorzugt zwischen 300 und 500 MPa, und noch weiter bevorzugt zwischen 350 und 500 MPa,
f) Entlasten des Verdichtungsdrucks und
g) Auswurf des Presskörperprodukts aus dem begrenzten Raum.

In einer bestimmten Variante des beschriebenen Verfahrens ist die zweite Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus B₂O₃, NaO₃, Metall Al, Metall Mg, Metall Fe, Metall Mn, Metall Mo, Metall Zn, Metall Cu, elementares Si, CaC₂, Legierungen wie CaSi, CaMg, CaFe, FeMn, FeSi, FeSiMn, FeMo; TiO₂, ein Oxid auf der Basis von Molybdän, ein Oxid auf der Basis von Kupfer, ein Oxid auf der Basis von Zink, ein Hydroxid auf der Basis von Molybdän, ein Hydroxid auf der Basis von Kupfer, ein Hydroxid auf der Basis von Zink und deren Gemisch und ist in der Zusammensetzung mit einem Gehalt enthalten, der gleich oder geringer als 20 Gewichts-% ist, bevorzugt gleich oder weniger als 10 Gewichts-%, insbesondere gleich oder weniger als 5 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
In einer anderen bestimmten Variante des beschriebenen Verfahrens ist die zweite Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus CaF_2,, Calciumferrite wie beispielsweise Ca₂Fe₂O₅ oder CaFe₂O₄ und deren Gemisch und ist in der Zusammensetzung mit einem Gehalt enthalten, der gleich oder geringer als 40 Gewichts-% ist, bevorzugt gleich oder geringer als 30 Gewichts-%, insbesondere gleich oder geringer als 20 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
In einer weiteren anderen bestimmten Variante des beschriebenen Verfahrens ist die zweite Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Calciumaluminat, Calciumsilikat, Kohlenstoff und deren Gemisch und ist in der Zusammensetzung mit einem Gehalt enthalten, der gleich oder geringer als 60 Gewichts-% ist, bevorzugt gleich oder geringer als 50 Gewichts-%, insbesondere gleich oder geringer als 40 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Zweckmäßigerweise umfasst das beschriebene Verfahren einen weiteren Schritt, in dem eine dritte Verbindung hinzugegeben wird, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem organischen Zusatzstoff, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Bindemittel, einem Schmiermittel und deren Gemisch, einem Oxid, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Oxid basierend auf Aluminium, einem Oxid basierend auf Silizium, einem Oxid basierend auf Eisen, einem Oxid basierend auf Mangan und deren Gemisch, einem Hydroxid, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Hydroxid basierend auf Aluminium, einem Hydroxid basierend auf Silizium, einem Hydroxid basierend auf Eisen, einem Hydroxid basierend auf Mangan und deren Gemisch, wobei die dritte Verbindung eine Härte von größer als oder gleich 5 auf der Mohs-Skala aufweist, und eine Partikelgröße d₁₀₀ von weniger als oder gleich 200 μm, bevorzugt weniger als oder gleich 150 μm und weiter bevorzugt weniger als oder gleich 100 μm, vor dem Schritt des zur-Verfügung-Stellens der homogenen Zusammensetzung in einem beschränkten Raum d).
Wie zu sehen ist, kann die Partikelzusammensetzung, die zur Verfügung gestellt wird, ohne dass dies jedoch notwendig ist, Zusatzstoffe entweder organischer Art enthalten, wie beispielsweise konventionelle Bindemittel oder Schmiermittel, oder mineralischer Art wie beispielsweise Oxide oder Hydroxide basierend auf Aluminium, insbesondere in einer Menge von 1 bis 40% und bevorzugt von 5 bis 30%, ausgedrückt als Al₂O₃ Äquivalent, basierend auf Silizium, insbesondere in einer Menge von 1 bis 30% und bevorzugt 5 bis 20%, ausgedrückt als SiO₂ Äquivalent, basierend auf Eisen, insbesondere in einer Menge von 1 bis 30% und bevorzugt 5 bis 20%, ausgedrückt als Fe₂O₃ Äquivalent, basierend auf Mangan, insbesondere in einer Menge von 1 bis 10% und bevorzugt 1 bis 5%, ausgedrückt als MnO Äquivalent, oder weitere mineralische Zusatzstoffe mit einer Härte größer als oder gleich 5 auf der Mohs-Skala, dadurch gekennzeichnet, dass ihre Partikel eine Größe d₁₀₀ kleiner als oder gleich 200 μm aufweisen, bevorzugt kleiner als oder gleich 150 μm und weiter bevorzugt kleiner als oder gleich 100 μm.
Vorteilhafterweise wird der Schritt zum zur-Verfügung-Stellen der Partikelzusammensetzung kontrolliert und tritt so auf, dass es immer dieselbe Menge derselben Zusammensetzung ist, die in dem begrenzten Raum zwischen den zwei Stanzen platziert wird.
In einer weiteren Variante des beschriebenen Verfahrens wird der begrenzte Raum zwischen den zwei Stanzen zunächst mittels eines Schmierschritts geschmiert, während dem das Schmiermittel als Pulver, beispielsweise Calcium- oder Magnesiumstearat, auf der Oberfläche des begrenzten Raums zwischen den zwei Stanzen aufgetragen wird, wobei das Schmiermittel als Pulver mit den Partikeln der Zusammensetzung der Partikel verdichtet wird und zweckmäßigerweise zwischen 0,01 und 0,3 Gewichts-% darstellt, bevorzugt zwischen 0,02 und 0,1 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Presskörperprodukts. Diese Ausführungsform bietet daher die Möglichkeit der externen Schmierung, d. h. Schmierung der Stanzen und der Formen, was ökonomischer ist als die interne Schmierung, die darin besteht, ein Schmiermittel direkt in die zu verdichtende Zusammensetzung hinzuzugeben, was üblicherweise 0,25 Gewichts-% bis 1 Gewichts-% an Schmiermittel erfordert. Dies vermeidet ferner die Zugabe von zusätzlichen Verbindungen in der zu verdichtenden Zusammensetzung, wodurch das Risiko der Denaturierung unterbunden wird.
Dieses Verfahren ermöglicht die Bildung eines Presskörpers, basierend auf einer oder mehreren Calcium-Magnesium-Verbindungen, der eine hohe Fallbeständigkeit und eine gute Alterungsbeständigkeit aufweist.
Durch Berücksichtigung der internen Struktur wird dieser Presskörper aus dem Verfahren weiterhin von den heute bekannten Produkten, wie beispielsweise die Briketts, die aus Formverfahren unter Verwendung von Pressen mit Walzen stammen, unterschieden. Der Presskörper nach der Erfindung ist frei von Makrodefekten wie Spalten, Rissen oder Bruchflächen, anders als die heute bekannten Produkte in Form von Briketts und ähnlichem, die Risse von einigen hundert Mikrometern bis zu einigen Millimetern Länge und von einigen Mikrometern bis zu einigen hundert Mikrometern Breite enthalten, die leicht durch einfache Betrachtung mit bloßem Auge, mit einem Lichtmikroskop oder auch unter einem Rasterelektronenmikroskop (REM) zu erkennen sind.
Gemäß einer Variante wird eine Rotationspresse zur Durchführung der Verdichtung verwendet, aber im Allgemeinen kann das Verdichtungssystem jeder Art sein, beispielsweise kann auch eine Hydraulikpresse verwendet werden. Prinzipiell umfassen diese Verdichtungssysteme eine Form, innerhalb derer eine oder zwei Stanzen gleiten können, wobei die Elemente den begrenzten Raum bilden, in dem die Zusammensetzung zur Verdichtung platziert wird.
Es ist die Wirkung der Stanzen, die die zum Bilden der Presskörper erforderliche Verdichtungsbelastung ausübt. Diese angewendete Verdichtungsbelastung kann darin bestehen, die Zusammensetzung zu einem bestimmten Verdichtungsdruck zu bringen, der für den begrenzten Raum zwischen den zwei Stanzen einem bestimmten Volumen entspricht, und somit einer bestimmten Position der Stanzen, und optional dem Halten der Position dieser Stanzen für eine bestimmte Zeit, die bis zu etwa einhundert Millisekunden reichen kann, während es bekannt ist, dass das Halten dieser Position für eine längere Dauer nicht schädlich ist, jedoch keinen zusätzlichen Nutzen hat.
Eine Rotationspresse mit Stanzen arbeitet mit einem hohen Verdichtungsdruck. Prinzipiell umfasst das Verdichtungssystem eine Drehplattform, die Kavitäten aufweist, die Formen bilden, in die eine oder zwei Stanzen hineingleiten können, wobei diese Elemente einen begrenzten Raum bilden, in dem die Zusammensetzung zur Verdichtung platziert wird.
Die Geometrie und der Betrieb einer Rotationspresse ermöglicht eine bessere Übertragung der Kraft auf das zu verdichtende Produkt, was eine bessere Homogenisierung der Dichteverteilung im Presskörper erzeugt und somit eine bessere mechanische Stärke und weniger strukturelle Defekte.
Die Verwendung einer Rotationspresse zum Bilden der Presskörperprodukte auf der Basis von Calcium-Magnesiumoxiden bietet des Weiteren die Möglichkeit, die Kinetik und Kinematik der Verdichtung besser zu steuern, mit der Möglichkeit einer Vorverpackung und/oder Vorverdichtung, die die Möglichkeit bietet, das Pulver besser zu verdichten und Luft auszutreiben, wodurch die Bildung von Defekten wie Spalten oder Einschlüsse vermieden wird.
Zweckmäßigerweise wird in dem beschriebenen Verfahren das kollektive Presskörperprodukt dann zwischen 700°C und 1200°C für eine vorbestimmte Zeit zwischen 1 und 90 Minuten, bevorzugt länger als oder gleich 5 Minuten und kürzer als oder gleich 60 Minuten, insbesondere länger als oder gleich 10 Minuten und kürzer als oder gleich 30 Minuten thermisch behandelt.
Zweckmäßigerweise wird die thermische Behandlung oberhalb von 800°C ausgeführt, zweckmäßigerweise oberhalb von 900°C und unter 1100°C, bevorzugt unter 1000°C.
In einer bestimmten Variante schließt die thermische Behandlung ferner ein, dass die Zeiten zum Steigern oder Senken der Temperatur so kurz wie möglich gehalten werden, so dass die Produktivität der Wärmebehandlung optimal ist.
Dieses Verfahren ermöglicht die Bildung eines Presskörpers auf der Basis einer oder mehrerer Calcium-Magnesium-Verbindungen, der eine sehr gute Fallbeständigkeit und eine sehr gute Alterungsbeständigkeit aufweist.
Nach einer Variante wird ein horizontaler Ofen wie zum Beispiel ein Tunnelofen, ein Durchlaufofen, ein Rollenofen oder ferner ein Bandofen zum Durchführen der thermischen Behandlung verwendet. Alternativ kann jede andere Art konventioneller Öfen, die jedoch nicht die Integrität der Presskörper verändern, zum Beispiel durch eine zu hohe Zermürbung, verwendet werden.
In noch einer weiteren Variante umfasst das beschriebene Verfahren ferner einen Schritt zur Oberflächenbehandlung des gesammelten Presskörperprodukts, optional nach der thermischen Behandlung, sofern diese erfolgt, bei einer Temperatur höher als oder gleich 50°C, bevorzugt höher als oder gleich 100°C, bevorzugt höher als oder gleich 150°C und niedriger als oder gleich 700°C, zweckmäßigerweise niedriger als oder gleich 500°C, bevorzugt niedriger als oder gleich 400°C, insbesondere niedriger als oder gleich 300°C, zweckmäßigerweise niedriger als oder gleich 250°C, für eine Dauer zwischen 5 und 60 Minuten, bevorzugt zwischen 10 und 30 Minuten unter einem Gasstrom, der CO₂ und Dampf enthält.
Zweckmäßigerweise umfasst der Gasstrom eine Dampfkonzentration zwischen 5 und 25 Volumen-% und bevorzugt zwischen 5 und 15%.
Bevorzugt umfasst der Gasstrom eine CO₂-Konzentration im Gas zwischen 5 und 40 Volumen-% und bevorzugt zwischen 10 und 25%.
Insbesondere stammt der Gasstrom aus Verbrennungsrauch, beispielsweise aus einem traditionellen Kalkofen.
Mit diesem Verfahren ist es möglich, einen Presskörper auf der Basis einer oder mehrerer Calcium-Magnesium-Verbindungen zu bilden, der eine sehr gute Fallbeständigkeit und eine sehr gute Alterungsbeständigkeit aufweist.
Nach einer Variante werden einem vertikalen Gegenstromreaktor über die Oberseite Presskörper zugeführt, und Gas über die Unterseite, um die Oberflächenbehandlung durchzuführen.
Zweckmäßigerweise wird die Erhöhung der Temperatur der Presskörper direkt durch eine Injektion des bereits heißen oder zuvor aufgewärmten Gases erreicht, wie dies der Fall beispielsweise bei Gas sein würde, das von Verbrennungsrauch stammt.
Auch wenn dies nicht erforderlich ist, ist der Nutzen der Durchführung dieser Oberflächenbehandlung mit Verbrennungsgasen anstatt synthetischen Gasen, die Kohlenstoffdioxid und Dampf enthalten, aus ökonomischen und umwelttechnischen Gründen sowie aus Gründen nachhaltigen Handelns klar erkennbar.
Beschrieben wird ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundmaterials, das mehrere aufeinanderfolgende Schichten umfasst, um eine mehrschichtige Struktur zu bilden, wobei mindestens eine Schicht mit dem Presskörperprodukt der Zusammensetzung durch das Verfahren der Erfindung gebildet wird und ferner einen zusätzlichen Schritt zum Verdichten dieser mindestens einen Schicht des Presskörperprodukts und einer weiteren Presskörperschicht umfasst.
Gegenstand der Erfindung ist ebenso die Verwendung der Zusammensetzung nach der vorliegenden Erfindung oder einer, die von dem beschriebene Verfahren stammt, in der Stahlindustrie, insbesondere in Sauerstoffkonvertern oder auch in Lichtbogenöfen, bei der Behandlung von Rauchgasen, bei der Behandlung von Wasser, bei der Behandlung von Abwässern und Klärschlamm, in der Landwirtschaft, im Hochbau und im Tiefbau, zum Beispiel zur Stabilisierung von Erdreich.
Andere Verwendungsformen gemäß der Erfindung werden in den beigefügten Ansprüchen angegeben.
Andere Merkmale, Details und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung als nicht einschränkende Beispiele und mit Verweis auf die beigefügten Beispiele ersichtlich.
BEISPIELE.-
Beispiel 1.-
Es wird ein Pulvermischer Gericke GCM450 mit einem Fassungsvermögen von 10 dm³ verwendet, ausgestattet mit einer Standardklinge mit einem Radius von 7 cm, die bei 350 U/min (d. h. 2,6 m/s) rotiert. Dieser Mischer wird in einem kontinuierlichen Modus verwendet, um ein Gemisch herzustellen, das 85 Gewichts-% Feinstoffe aus gebranntem Kalk, 0–3 mm, und 15 Gewichts-% CaF₂-Pulver (Flussspat CaF₂) 0–6 mm umfasst. Die Gesamtdurchsatzrate des Pulvers beträgt 300 kg/h und die Verweilzeit beträgt 3,5 s. Das sich daraus ergebende Gemisch ist sehr homogen, das heißt, dass die Menge des CaF₂ bei unterschiedlichen Proben von 10 g, die dem fertigen Gemisch entnommen wurden, jedes Mal zwischen 14 und 16 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, liegt.
Es wird eine Eurotab-Rotationspresse vom Typ „Titan” verwendet. Beginnend mit etwa dreißig Kilogramm Feinmaterial aus gelöschtem Kalk mit 0–3 mm, werden 12,7 g dieses Gemischs nacheinander in jede der Formen der Fertigungsmittel von zylindrischer Form mit einem Durchmesser von etwa 21 mm gefüllt. Die Verdichtung wird unter einer Kompression mit 500 MPa durchgeführt, mit einer Schließgeschwindigkeit der Stanzen von 115 m/s und einer Haltezeit von 100 ms.
Mehrere Kilogramm zylindrischer Presskörper, die jeweils ein Gewicht von 12,6 g und eine Größe (Durchmesser) von 21,4 mm aufweisen, werden erhalten. Die Höhe beträgt 15,9 mm und die Dichte beträgt 2,20 g/cm³. Diese Presskörper sind von einer homogenen Qualität und sind frei von makroskopischen Defekten.
Diese Presskörper entwickeln eine spezifische BET-Oberfläche (wie gemessen durch Manometrie mit Adsorption von Stickstoff nach dem Entgasen in vacuo bei 190°C für mindestens zwei Stunden und nach dem in Norm ISO 9277:2010E beschriebenen Multipunkt-BET-Verfahren berechnet) von 1,8 m²/g und haben ein gesamtes Quecksilber-Porenvolumen von 34% (wie durch Porosimetrie gemessen, durch Einführung von Quecksilber gemäß Teil 1 der Norm ISO 15901-1:2005E, was darin besteht, die Differenz zwischen der Reindichte, gemessen bei 30000 psia, und der Rohdichte, gemessen bei 0,51 psia, durch die Reindichte zu teilen).
Eine Fallprobe wird durchgeführt, beginnend mit 0,5 kg dieser Presskörper, indem nacheinander viermal ein Fall aus zwei Meter Höhe durchgeführt wird. Die Menge der Feinmaterialien von weniger als 10 mm, die am Ende dieser vier Fälle erzeugt wurde, wird gewogen. Es wird ein Fallprobenindex von 2,8% erhalten.
Beispiel 2.-
Es wird ein Pulvermischer Gericke GCM450 mit einem Fassungsvermögen von 10 dm³ verwendet, ausgestattet mit einer Standardklinge mit einem Radius von 7 cm, die bei 350 U/min (d. h. 2,6 m/s) rotiert. Dieser Mischer wird in einem kontinuierlichen Modus verwendet, um ein Gemisch herzustellen, das 85 Gewichts-% Feinstoffe aus gebranntem Kalk, 0–3 mm, und 15 Gewichts-% CaF₂-Pulver (Flussspat CaF₂) 0–6 mm umfasst. Die Gesamtdurchsatzrate des Pulvers beträgt 300 kg/h und die Verweilzeit beträgt 3,5 s. Das sich daraus ergebende Gemisch ist sehr homogen, das heißt, dass die Menge des CaF₂ bei unterschiedlichen Proben von 10 g, die dem fertigen Gemisch entnommen wurden, jedes Mal zwischen 14 und 16 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, liegt.
Es wird eine Eurotab-Rotationspresse vom Typ „Titan” verwendet. Beginnend mit etwa dreißig Kilogramm Feinmaterial aus gelöschtem Kalk mit 0–3 mm, werden 12,7 g dieses Gemischs nacheinander in jede der Formen der Fertigungsmittel mit zylindrischer Form und mit einem Durchmesser von etwa 21 mm gefüllt. Die Verdichtung wird unter einer Kompression mit 430 MPa durchgeführt, mit einer Schließgeschwindigkeit der Stanzen von 115 m/s und einer Haltezeit von 100 ms.
Mehrere Kilogramm zylindrischer Presskörper, die jeweils ein Gewicht von 12,6 g und eine Größe (Durchmesser) von 21,5 mm aufweisen, werden erhalten. Die Höhe beträgt 17,4 mm und die Dichte beträgt 2,1 g/cm³. Diese Presskörper sind von einer homogenen Qualität und sind frei von makroskopischen Defekten.
Diese Presskörper entwickeln eine spezifische BET-Oberfläche (wie gemessen durch Manometrie mit Adsorption von Stickstoff nach dem Entgasen in vacuo bei 190°C für mindestens zwei Stunden und nach dem in Norm ISO 9277:2010E beschriebenen Multipunkt-BET-Verfahren berechnet) von 1,6 m²/g und haben ein gesamtes Quecksilber-Porenvolumen von 42% (wie durch Porosimetrie gemessen, durch Einführung von Quecksilber gemäß Teil 1 der Norm ISO 15901-1:2005E, was darin besteht, die Differenz zwischen der Reindichte, gemessen bei 30000 psia, und der Rohdichte, gemessen bei 0,51 psia, durch die Reindichte zu teilen).
Eine Fallprobe wird durchgeführt, beginnend mit 0,5 kg dieser Presskörper, indem nacheinander viermal ein Fall aus zwei Meter Höhe durchgeführt wird. Die Menge der Feinmaterialien von weniger als 10 mm, die am Ende dieser vier Fälle erzeugt wurde, wird gewogen. Es wird ein Fallprobenindex von 7,9% erhalten.
Beispiel 3.-
Es wird ein Pulvermischer Gericke GCM450 mit einem Fassungsvermögen von 10 dm³ verwendet, ausgestattet mit einer Standardklinge mit einem Radius von 7 cm, die bei 350 U/min (d. h. 2,6 m/s) rotiert. Dieser Mischer wird in einem kontinuierlichen Modus verwendet, um ein Gemisch herzustellen, das 70 Gewichts-% Feinstoffe aus gebranntem Kalk, 0–3 mm, und 30 Gewichts-% CaF₂-Pulver (Flussspat CaF₂) 0–6 mm umfasst. Die Gesamtdurchsatzrate des Pulvers beträgt 300 kg/h und die Verweilzeit beträgt 3,5 s. Das sich daraus ergebende Gemisch ist sehr homogen, das heißt, dass die Menge des CaF₂ bei unterschiedlichen Proben von 10 g, die dem fertigen Gemisch entnommen wurden, jedes Mal zwischen 28 und 32 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, liegt.
Es wird eine Eurotab-Rotationspresse vom Typ „Titan” verwendet. Beginnend mit etwa dreißig Kilogramm Feinmaterial bestehend aus 50% gelöschtem Kalk mit 0–3 mm und aus 50% gelöschtem Dolomitkalk mit 0–3 mm, werden 12,5 g dieses Gemischs nacheinander in jede der Formen der Fertigungsmittel mit zylindrischer Form und mit einem Durchmesser von etwa 21 mm gefüllt. Die Verdichtung wird unter einem Druck von 590 MPa durchgeführt, mit einer Schließgeschwindigkeit der Stanzen von 115 m/s und einer Haltezeit von 105 ms.
Mehrere Kilogramm von Presskörpers, die jeweils ein Gewicht von 12,5 g und eine Größe (Durchmesser) von 21,4 mm aufweisen, werden erhalten. Die Höhe beträgt 15,6 mm und die Dichte beträgt 2,32 g/cm³. Diese Presskörper sind von einer homogenen Qualität und sind frei von makroskopischen Defekten.
Diese Presskörper entwickeln eine spezifische BET-Oberfläche von 1,5 m²/g und haben ein gesamtes Quecksilber-Porenvolumen von 35%.
Eine Fallprobe wird durchgeführt, beginnend mit 0,5 kg dieser Presskörper, indem nacheinander viermal ein Fall aus zwei Meter Höhe durchgeführt wird. Die Menge der Feinmaterialien von weniger als 10 mm, die am Ende dieser vier Fälle erzeugt wurde, wird gewogen. Es wird ein Fallprobenindex von 5,2% erhalten.
Beispiel 4.-
Es wird ein Pulvermischer Gericke GCM450 mit einem Fassungsvermögen von 10 dm³ verwendet, ausgestattet mit einer Standardklinge mit einem Radius von 7 cm, die bei 350 U/min (d. h. 2,6 m/s) rotiert. Dieser Mischer wird in einem kontinuierlichen Modus verwendet, um ein Gemisch herzustellen, das 70 Gewichts-% Feinstoffe aus gebranntem Kalk, 0–3 mm, und 30 Gewichts-% CaF₂-Pulver (Flussspat CaF₂) 0–6 mm umfasst. Die Gesamtdurchsatzrate des Pulvers beträgt 300 kg/h und die Verweilzeit beträgt 3,5 s. Das sich daraus ergebende Gemisch ist sehr homogen, das heißt, dass die Menge des CaF₂ bei unterschiedlichen Proben von 10 g, die dem fertigen Gemisch entnommen wurden, jedes Mal zwischen 28 und 32 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, liegt.
Es wird eine Eurotab-Rotationspresse vom Typ „Titan” verwendet. Beginnend mit etwa dreißig Kilogramm Feinmaterial bestehend aus gelöschtem Kalk mit 0–3 mm, werden 9,4 g dieses Feinmaterials nacheinander in jede der Formen der Fertigungsmittel mit zylindrischer Form und mit einem Durchmesser von etwa 21 mm gefüllt. Die Verdichtung wird unter einem Druck von 480 MPa durchgeführt, mit einer Schließgeschwindigkeit der Stanzen von 115 m/s und einer Haltezeit von 100 ms.
Mehrere Kilogramm von Presskörpern, die jeweils ein Gewicht von 13,5 g und eine Größe (Durchmesser) von 21,3 mm aufweisen, werden erhalten. Die Höhe beträgt 17,85 mm und die Dichte beträgt 2,1 g/cm³. Diese Presskörper entwickeln eine spezifische BET-Oberfläche von 1,3 m²/g und haben ein gesamtes Quecksilber-Porenvolumen von 40%.
Eine Fallprobe wird durchgeführt, beginnend mit 0,5 kg dieser Presskörper, indem nacheinander viermal ein Fall aus zwei Meter Höhe durchgeführt wird. Die Menge der Feinmaterialien von weniger als 10 mm, die am Ende dieser vier Fälle erzeugt wurde, wird gewogen. Es wird ein Fallprobenindex von 8,5% erhalten.
Beispiel 5.-
Es wird ein Pulvermischer Gericke GCM450 mit einem Fassungsvermögen von 10 dm³ verwendet, ausgestattet mit einer Standardklinge mit einem Radius von 7 cm, die bei 350 U/min (d. h. 2,6 m/s) rotiert. Dieser Mischer wird in einem kontinuierlichen Modus verwendet, um ein Gemisch herzustellen, bestehend aus 89,75 Gewichts-% Feinstoffe aus gebranntem Kalk, 0–3 mm, und 10,25 Gewichts-% aus einem Gemisch aus Kohlenstoff (Blaskohle Luxcarbon 97 DCE 0–2 mm) und Glyzerin (97,5 Gewichts-% Kohlenstoff und 2,5 Gewichts-% Glyzerin). Die Gesamtdurchsatzrate des Pulvers beträgt 300 kg/h und die Verweilzeit beträgt 3,5 s. Das sich daraus ergebende Gemisch ist sehr homogen. Das heißt, dass der Kohlenstoffgehalt bei unterschiedlichen Proben von 10 g, die dem fertigen Gemisch entnommen wurden, jedes Mal zwischen 9 und 11% (+/–10% relativ), liegt.
Es wird eine Eurotab-Rotationspresse vom Typ „Titan” verwendet. Beginnend mit etwa dreißig Kilogramm des Gemischs, werden 12,8 g dieses Gemischs nacheinander in jede der Formen der Fertigungsmittel mit zylindrischer Form und mit einem Durchmesser von etwa 21 mm gefüllt. Die Verdichtung wird unter einem Druck von 500 MPa durchgeführt, mit einer Schließgeschwindigkeit der Stanzen von 115 mm/s und einer Haltezeit von 105 ms.
Mehrere Kilogramm Presskörper, die jeweils ein Gewicht von 12,8 g und eine Größe (Durchmesser) von 21,4 mm aufweisen, werden erhalten. Die Höhe beträgt 16,4 mm und die Dichte beträgt 2,25 g/cm³. Diese Presskörper sind von einer homogenen Qualität und sind frei von makroskopischen Defekten.
Eine Fallprobe wird durchgeführt, beginnend mit 0,5 kg dieser Presskörper, indem nacheinander viermal ein Fall aus zwei Meter Höhe durchgeführt wird. Die Menge der Feinmaterialien von weniger als 10 mm, die am Ende dieser vier Fälle erzeugt wurde, wird gewogen. Es wird ein Fallprobenindex von 5,0% erhalten.
Beispiel 6.-
Es wird ein Pulvermischer Gericke GCM450 mit einem Fassungsvermögen von 10 dm³ verwendet, ausgestattet mit einer Standardklinge mit einem Radius von 7 cm, die bei 350 U/min (d. h. 2,6 m/s) rotiert. Dieser Mischer wird in einem kontinuierlichen Modus verwendet, um ein Gemisch herzustellen, bestehend aus 45 Gewichts-% Feinstoffen aus gebranntem Kalk, 0–3 mm, 15 Gewichts-% Metall Al, 0–200 μm, 30 Gewichts-% Al₂O₃ (0–3 mm) und 10 Gew.-% gelöschtem Kalk. Die Gesamtdurchsatzrate des Pulvers beträgt 300 kg/h und die Verweilzeit beträgt 3,5 s. Das erhaltene Gemisch ist sehr homogen. Das heißt, dass der Gehalt der Aluminiummischung (Metall Al oder Al₂O₃) bei unterschiedlichen Proben von 10 g, die dem fertigen Gemisch entnommen wurden, jedes Mal zwischen 13 und 17% und 28% und 32% (+/–10% jeweils) liegt.
Es wird eine Eurotab-Rotationspresse vom Typ „Titan” verwendet. Es werden 12,8 g dieses Gemischs nacheinander in jede der Formen der Fertigungsmittel mit zylindrischer Form und mit einem Durchmesser von etwa 21 mm gefüllt. Die Verdichtung wird unter einem Druck von 470 MPa durchgeführt, mit einer Schließgeschwindigkeit der Stanzen von 115 m/s und einer Haltezeit von 105 ms.
Mehrere Kilogramm von zylindrischen Presskörpern, die jeweils ein Gewicht von 12,8 g und eine Größe (Durchmesser) von 26,2 mm aufweisen, werden erhalten. Die Höhe beträgt 16,4 mm und die Dichte beträgt 2,25 g/cm³. Diese Presskörper sind von einer homogenen Qualität und sind frei von makroskopischen Defekten.
Diese Presskörper entwickeln eine spezifische BET-Oberfläche von 4,8 m²/g und haben ein gesamtes Quecksilber-Porenvolumen von 37%.
Eine Fallprobe wird durchgeführt, beginnend mit 0,5 kg dieser Presskörper, indem nacheinander viermal ein Fall aus zwei Meter Höhe durchgeführt wird. Die Menge der Feinmaterialien von weniger als 10 mm, die am Ende dieser vier Fälle erzeugt wurde, wird gewogen. Es wird ein Fallprobenindex von 3,0% erhalten.
Es ist offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung in keiner Weise durch die oben beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt wird und dass viele Änderungen daran vorgenommen werden können, ohne dass man vom Umfang der beigefügten Schutzansprüche abweicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7105114 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Norm EN 459-2:2010E [0008]
Norm EN 15309 [0013]
Norm EN 459-2:2010E [0013]
Norm ISO 9277:2010E [0035]
Teil 1 der Norm ISO 15901-1:2005E [0037]
Norm ASTM C25 (1999) [0048]
Norm EN 459-2:2010E [0048]
Norm ISO 9277:2010E [0108]
Teil 1 der Norm ISO 15901-1:2005E [0108]
Norm ISO 9277:2010E [0113]
Teil 1 der Norm ISO 15901-1:2005E [0113]

Claims

Zusammensetzung, die mindestens eine Calcium-Magnesium-Verbindung umfasst, auf die die Formel aCaCO₃·bMgCO₃·xCaO·yMgO·zCa(OH)₂·tMg(OH)₂·ul passt, wobei l Verunreinigungen sind; a, b, z, t und u jeweils Massenanteile ≥ 0 und ≤ 50% sind, x und y jeweils Massenanteile ≥ 0 und ≤ 100% sind, mit x + y ≥ 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der mindestens einen Calcium-Magnesium-Verbindung, dadurch gekennzeichnet, dass – die mindestens eine Calcium-Magnesium-Verbindung die Form von Partikeln hat, – die Zusammensetzung einen kumulativen Calcium- und Magnesiumgehalt in Form von Oxiden hat, der größer als oder gleich 20 Gewichts-% ist, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, – die Zusammensetzung ferner mindestens eine zweite Verbindung umfasst, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus B₂O₃, NaO₃, Calciumaluminat, Calciumsilikat, Calciumferrit wie Ca₂Fe₂O₅ oder CaFe₂O₄, Metall Al, Metall Mg, Metall Fe, Metall Mn, Metall Mo, Metall Zn, Metall Cu, elementares Si, CaF_2,, C, CaC₂, Legierungen wie CaSi, CaMg, CaFe, FeMn, FeSi, FeSiMn, FeMo; TiO₂, ein Oxid auf der Basis von Molybdän, ein Oxid auf der Basis von Kupfer, ein Oxid auf der Basis von Zink, ein Hydroxid auf der Basis von Molybdän, ein Hydroxid auf der Basis von Kupfer, ein Hydroxid auf der Basis von Zink und deren Gemische, – diese Zusammensetzung in Form von Presskörpern ist, wobei jeder Presskörper mit komprimierten und geformten Partikeln aus Calcium-Magnesium-Verbindungen gebildet wird, wobei die Presskörper einen Fallprobenindex von weniger als 20% aufweisen.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die zweite Verbindung, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus B₂O₃, NaO₃, Calciumaluminat, Calciumsilikat, Calciumferrit wie Ca₂Fe₂O₅ oder CaFe₂O₄, Metall Al, Metall Mg, Metall Fe, Metall Mn, Metall Mo, Metall Zn, Metall Cu, elementares Si, CaF_2,, C, CaC₂, Legierungen wie CaSi, CaMg, CaFe, FeMn, FeSi, FeSiMn, FeMo; TiO₂, ein Oxid auf der Basis von Molybdän, ein Oxid auf der Basis von Kupfer, ein Oxid auf der Basis von Zink, ein Hydroxid auf der Basis von Molybdän, ein Hydroxid auf der Basis von Kupfer, ein Hydroxid auf der Basis von Zink und deren Gemisch, in der Zusammensetzung mit einem Gehalt gleich oder größer als 1 Gewichts-% enthalten ist, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus B₂O₃, NaO₃, Metall Al, Metall Mg, Metall Fe, Metall Mn, Metall Mo, Metall Zn, Metall Cu, elementares Si, CaC₂, Legierungen wie CaSi, CaMg, CaFe, FeMn, FeSi, FeSiMn, FeMo; TiO₂, einem Oxid auf der Basis von Molybdän, einem Oxid auf der Basis von Kupfer, einem Oxid auf der Basis von Zink, einem Hydroxid auf der Basis von Molybdän, einem Hydroxid auf der Basis von Kupfer, einem Hydroxid auf der Basis von Zink und deren Gemische, und in der Zusammensetzung mit einem Gehalt enthalten ist, der gleich oder weniger als 20 Gewichts-% ist, bevorzugt gleich oder weniger als 10 Gewichts-%, insbesondere gleich oder weniger als 5 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die zweite Verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus CaF₂, Calciumferrite wie beispielsweise Ca₂Fe₂O₅ oder CaFe₂O₄ und deren Gemisch und in der Zusammensetzung mit einem Gehalt enthalten ist, der gleich oder weniger als 40 Gewichts-%, bevorzugt gleich oder weniger als 30 Gewichts-%, insbesondere gleich oder weniger als 20 Gewichts-% ist, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die zweite Verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Calciumaluminat, Calciumsilikat, Kohlenstoff und deren Gemisch und in der Zusammensetzung mit einem Gehalt enthalten ist, der gleich oder weniger als 60 Gewichts-%, bevorzugt gleich oder weniger als 50 Gewichts-%, insbesondere gleich oder weniger als 40 Gewichts-% ist, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die mindestens eine Calcium-Magnesium-Verbindung Massenanteile wie x + y ≥ 60% aufweist, bevorzugt ≥ 75 Gewichts-%, vorzugsweise ≥ 80 Gewichts-%, weiter bevorzugt ≥ 90 Gewichts-%, insbesondere ≥ 93 Gewichts-%, oder sogar ≥ 95 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der mindestens einen Calcium-Magnesium-Verbindung.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Presskörper einen Fallprobenindex von weniger als 15% haben, zweckmäßigerweise weniger als 10%, insbesondere weniger als 8%, bevorzugt weniger als 6%, und weiter bevorzugt weniger als 4%, insbesondere weniger als 3%.
Zusammensetzung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der kumulative Calcium- und Magnesiumgehalt in Form von Oxiden größer oder gleich 40 Gewichts-% ist, zweckmäßigerweise ≥ 60 Gewichts-%, bevorzugt ≥ 80 Gewichts-%, insbesondere ≥ 90 Gewichts-%, bevorzugt ≥ 93 Gewichts-%, oder sogar gleich 95 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Zusammensetzung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, weiterhin mindestens eine dritte Verbindung umfassend, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem organischen Zusatzstoff, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Bindemittel, einem Schmiermittel und deren Gemisch, einem Oxid, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Oxid basierend auf Aluminium, einem Oxid basierend auf Silizium, einem Oxid basierend auf Eisen, einem Oxid basierend auf Mangan, und ihrem Gemisch, einem Hydroxid, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Hydroxid basierend auf Aluminium, einem Hydroxid basierend auf Silizium, einem Hydroxid basierend auf Eisen, einem Hydroxid basierend auf Mangan, und ihrem Gemisch, bevorzugt mit einem Gehalt gleich oder größer als 1 Gewichts-% und gleich oder kleiner als 40 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Zusammensetzung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Partikel eine Größe von weniger oder gleich 7 mm aufweisen, erkennbar mit optischer Mikroskopie oder durch Rasterelektronenmikroskopie, und die vor dem Verdichten eine Partikelgröße d₁₀₀ von weniger als oder gleich 7 mm aufweisen, insbesondere weniger als oder gleich 5 mm.
Zusammensetzung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Partikel der mindestens einen Calcium-Magnesium-Verbindung vor dem Verdichten einen d₉₀ von weniger als oder gleich 3 mm aufweisen.
Zusammensetzung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Partikel der mindestens einen Calcium-Magnesium-Verbindung vor dem Verdichten einen d₅₀ von weniger als oder gleich 1 mm aufweisen.
Zusammensetzung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Presskörper eine regelmäßige und homogene Form aufweisen, die typisch für Produkte aus Verfahren über einen trockenen Weg ist, beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe umfassend Pastillen, Tabletten, komprimierte Tabletten, Briketts, Plättchen, Kugeln oder ferner „Seifenstück”-Formen und die eine Größe zwischen 10 und 100 mm aufweisen, bevorzugt größer als oder gleich 15 mm, bevorzugt größer als oder gleich 20 mm, und bevorzugt kleiner als oder gleich 70 mm, bevorzugt kleiner als oder gleich 50 mm.
Zusammensetzung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Presskörper ein durchschnittliches Gewicht pro Presskörper von mindestens 1 g aufweisen, bevorzugt mindestens 5 g, vorzugsweise mindestens 10 g, und insbesondere mindestens 15 g.
Zusammensetzung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Presskörper ein durchschnittliches Gewicht pro Presskörper von weniger als oder gleich 200 g aufweisen, bevorzugt weniger als oder gleich 150 g, vorzugsweise weniger als oder gleich 100 g und insbesondere weniger als oder gleich 50 g.
Zusammensetzung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Presskörper eine Rohdichte zwischen 1,5 g/cm³ und 3 g/cm³ aufweisen, zweckmäßigerweise zwischen 1,5 g/cm³ und 2,8 g/cm³ und bevorzugt zwischen 1,7 g/cm³ und 2,6 g/cm³.
Zusammensetzung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Presskörper eine Durchgangsöffnung einschließt.
Zusammensetzung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Presskörper frei von Makrodefekten ist, auf der Basis einer einfachen Sichtprüfung, einer Prüfung unter einem Lichtmikroskop oder ferner einer Prüfung mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM).
Verbundmaterial, mehrere aufeinanderfolgende Schichten umfassend, um eine mehrschichtige Struktur zu bilden, worin mindestens eine Schicht mit dem Presskörperprodukt der Zusammensetzung nach einem der vorigen Ansprüche gebildet wurde.
Zusammensetzung in Form eines Presskörpers, erhältlich durch ein Verfahren, welches die folgenden Schritte umfasst: a) Zur Verfügung stellen von Partikeln mit mindestens einer Calcium-Magnesium-Verbindung, auf die die Formel aCaCO₃·bMgCO₃·xCaO·yMgO·zCa(OH)₂·tMg(OH)₂·ul passt, wobei l Verunreinigungen darstellt, a, b, z, t und u jeweils Massenanteile ≥ 0 und ≤ 50% sind, x und y jeweils Massenanteile ≥ 0 und ≤ 100% sind, mit x + y ≥ 50 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Calcium-Magnesium-Verbindung b) Hinzugeben mindestens einer zweiten Verbindung zu den Partikeln der mindestens einen Calcium-Magnesium-Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus B₂O₃, NaO₃, Calciumaluminat, Calciumsilikat, Calciumferrit wie Ca₂Fe₂O₅ oder CaFe₂O₄, Metall Al, Metall Mg, Metall Fe, Metall Mn, Metall Mo, Metall Zn, Metall Cu, elementares Si, CaF_2,, C, CaC₂, Legierungen wie CaSi, CaMg, CaFe, FeMn, FeSi, FeSiMn, FeMo; TiO₂, einem Oxid auf der Basis von Molybdän, einem Oxid auf der Basis von Kupfer, einem Oxid auf der Basis von Zink, einem Hydroxid auf der Basis von Molybdän, einem Hydroxid auf der Basis von Kupfer, einem Hydroxid auf der Basis von Zink und deren Gemisch, mit einem Gehalt gleich oder größer als 1 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, c) Vermischen der Partikel und der zweiten Verbindung, bis eine homogene Zusammensetzung erreicht wird, d) zur Verfügung stellen der homogenen Zusammensetzung in einem begrenzten Raum zwischen zwei Stanzen mit einem Querschnitt zwischen 1 und 40 cm², zweckmäßigerweise zwischen 1 und 20 cm², bevorzugt zwischen 1 und 10 cm², insbesondere zwischen 2 und 10 cm², e) Verdichten der homogenen Zusammensetzung zum Bilden eines Presskörperprodukts mit einer dreidimensionalen Form, durch Anwenden eines Verdichtungsdrucks zwischen 200 MPa und 800 MPa, bevorzugt zwischen 250 MPa und 600 MPa, weiter bevorzugt zwischen 300 und 500 MPa, und noch weiter bevorzugt zwischen 350 und 500 MPa, f) Entlasten des Verdichtungsdrucks und g) Auswurf des Presskörperprodukts aus dem begrenzten Raum.
Zusammensetzung nach Anspruch 20, wobei die zweite Verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus B₂O₃, NaO₃, Metall Al, Metall Mg, Metall Fe, Metall Mn, Metall Mo, Metall Zn, Metall Cu, elementares Si, CaC₂, Legierungen wie CaSi, CaMg, CaFe, FeMn, FeSi, FeSiMn, FeMo; TiO₂, einem Oxid auf der Basis von Molybdän, einem Oxid auf der Basis von Kupfer, einem Oxid auf der Basis von Zink, einem Hydroxid auf der Basis von Molybdän, einem Hydroxid auf der Basis von Kupfer, einem Hydroxid auf der Basis von Zink und deren Gemisch und in der Zusammensetzung mit einem Gehalt enthalten ist, der gleich oder geringer als 20 Gewichts-%, bevorzugt gleich oder weniger als 10 Gewichts-%, insbesondere gleich oder weniger als 5 Gewichts-% ist, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Zusammensetzung nach Anspruch 20 oder 21, wobei die zweite Verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus CaF₂, Calciumferrite wie beispielsweise Ca₂Fe₂O₅ oder CaFe₂O₄ und deren Gemisch und in der Zusammensetzung mit einem Gehalt von gleich oder weniger als 40 Gewichts-%, bevorzugt gleich oder weniger als 30 Gewichts-%, insbesondere gleich oder weniger als 20 Gewichts-%, enthalten ist, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Zusammensetzung nach Anspruch 20 oder 21, wobei die zweite Verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Calciumaluminat, Calciumsilikat, Kohlenstoff und deren Gemisch und in der Zusammensetzung mit einem Gehalt von gleich oder weniger als 60 Gewichts-%, bevorzugt gleich oder weniger als 50 Gewichts-%, insbesondere gleich oder weniger als 40 Gewichts-%, enthalten ist, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, wobei das Verfahren einen weiteren Schritt des Hinzugebens einer dritten Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem organischen Zusatzstoff, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Bindemittel, einem Schmiermittel und deren Gemisch, einem Oxid ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Oxid basierend auf Aluminium, einem Oxid basierend auf Silizium, einem Oxid basierend auf Eisen, einem Oxid basierend auf Mangan und deren Gemisch, einem Hydroxid, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Hydroxid basierend auf Aluminium, einem Hydroxid basierend auf Silizium, einem Hydroxid basierend auf Eisen, einem Hydroxid basierend auf Mangan und deren Gemisch, wobei die dritte Verbindung eine Härte größer als oder gleich 5 auf der Mohs-Skala und eine Partikelgröße d₁₀₀ von weniger als oder gleich 200 μm, bevorzugt weniger als oder gleich 150 μm und weiter bevorzugt weniger als oder gleich 100 μm aufweist, vor dem Schritt des zur-Verfügung-stellens der homogenen Zusammensetzung in einem beschränkten Raum d), umfasst.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, wobei der zwischen den zwei Stanzen begrenzte Raum zunächst mittels eines Schmierschritts geschmiert wird, während dem das Schmiermittel in Form eines Pulvers, beispielsweise Calcium- oder Magnesiumstearat auf der Oberfläche des zwischen den zwei Stanzen begrenzten Raums aufgetragen wird, wobei das Schmiermittel in Form eines Pulvers mit den Partikeln der Zusammensetzung der Partikel verdichtet wird und zweckmäßigerweise zwischen 0,01 und 0,3 Gewichts-% darstellt, bevorzugt zwischen 0,02 und 0,1 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Presskörperprodukts.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 20 bis 25, wobei das gesammelte Presskörperprodukt dann zwischen 700°C und 1200°C für eine vorbestimmte Zeit zwischen 1 und 90 Minuten, bevorzugt länger als oder gleich 5 Minuten und kürzer als oder gleich 60 Minuten, insbesondere länger als oder gleich 10 Minuten und kürzer als oder gleich 30 Minuten thermisch behandelt wird.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 20 bis 26, wobei das Verfahren ferner einen Schritt zur Oberflächenbehandlung des gesammelten Presskörperprodukts umfasst, optional nach der thermischen Behandlung, sofern diese erfolgt, bei einer Temperatur höher als oder gleich 50°C, bevorzugt höher als oder gleich 100°C, bevorzugt höher als oder gleich 150°C und niedriger als oder gleich 700°C, zweckmäßigerweise niedriger als oder gleich 500°C, bevorzugt niedriger als oder gleich 400°C, insbesondere niedriger als oder gleich 300°C, zweckmäßigerweise niedriger als oder gleich 250°C, für eine Dauer zwischen 5 und 60 Minuten, bevorzugt zwischen 10 und 30 Minuten, unter einem Gasstrom, der CO₂ und Dampf enthält.
Verbundmaterial erhältlich durch ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials, das mehrere aufeinanderfolgende Schichten umfasst, zur Bildung einer mehrschichtigen Struktur, worin mindestens eine Schicht mit dem Presskörperprodukt der Zusammensetzung durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 27 gebildet wird, und das ferner einen zusätzlichen Verdichtungsschritt für die mindestens eine Schicht des Presskörperprodukts und einer anderen verdichteten Schicht vor dem Schritt des Auswerfens umfasst.
Verwendung der eines Erzeugnisses nach den Ansprüchen 1 bis 28, in der Stahlherstellung, insbesondere in Basis-Sauerstoffkonvertern, in Lichtbogenöfen oder weiterhin in der Sekundärmetallurgie, bei der Behandlung von Rauchgasen, bei der Behandlung von Wasser, bei der Behandlung von Abwässern und Klärschlamm, in der Landwirtschaft, im Hochbau und im Tiefbau, zum Beispiel zur Stabilisierung von Erdreich.