DE205083C - - Google Patents
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Description
KAISERLICHES
PATENTAMT.
PATENTSCHRIFT
205083 KLASSE 80 b. GRUPPE
Verfahren zur Herstellung hydratwasserhaltiger Bindemittel mittels des Dämpfverfahrens.
Patentiert im Deutschen Reiche vom 7. Februar 1907 ab.
Den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet ein Verfahren zur Herstellung hydratwasserhaltiger
Bindemittel und die Überführung derselben in Zemente durch Glühen. Wirkt Kalkhydrat im Hochdruckdampf auf
irgendeine zur Zementbildüng geeignete Säure oder auf irgendein Salz einer solchen oder auf
ein zementbildendes Metalloxyd in solchen Mengenverhältnissen ein, daß basische Verbindüngen
gebildet werden können, so tritt bei
- entsprechend feiner Mahlung der Rohmischung der ganze saure Bestandteil derselben mit
dem Kalkhydrat in Reaktion. Dies ist so zu verstehen, daß hierbei z. B. Aluminiumoxyd
in der hydraulischen Verbindung AI2 O3 · 2 Ca O
als Säure, in der hydraulischen Verbindung 2 SiO2- Al2O3- Ca O oder in manchen hydraulischen
Hochofenschlacken aber als Base auftritt. Hydraulisch wirkende Verbindungen
entstehen dann, wenn die Reaktionstemperatur (d. i, die Temperatur des Dampfes) eine
entsprechende, aber von der Natur des ze-■ mentbildenden sauren Bestandteiles der Rohmasse
abhängige Höhe erreicht und wenn die bei der Reaktion gegenwärtige Wassermenge
entsprechend bemessen wird. Diese hydraulischen Verbindungen erhärten mit Sand verformt
beim Dämpfen, die aus Silikaten hergestellten jedoch auch an der Luft und unter Wasser. .
Die hydraulischen Eigenschaften der Reaktionsprodukte entwickeln sich nicht oder nur
in untergeordnetem Maße, wenn die Dampftemperatur bei der Aufschließung zu niedrig
oder die hierbei gegenwärtige Wassermenge zu groß war. Werden jedoch diese hydraulisch
minderwertigen oder auch die bei höherer Dampftemperatur gebildeten Produkte durch
Einwirkung überhitzten Dampfes oder feuchter heißer Luft solchen Temperaturen ausgesetzt,
die höher sind als die Aufschließungstemperatur, bei denen aber eine völlige Entwässerung
der Aufschließungsprodukte noch nicht eintritt, so wird die Hydraulizität derselben erhöht.
Werden die im Dampf aufgeschlossenen Produkte bis zum Austreiben des Hydratwassers
geglüht, so wird dadurch die Erhärtungsfähigkeit noch weiter gesteigert und auch eine Verkürzung des Erhärtungsbeginnes
herbeigeführt. Die geglühten Produkte sind Zemente im gewöhnlichen Sinne des Wortes.
Es ist nun bereits bekannt, durch Dämpfen von aus Sand, Kieselsäure oder kieselsäurehaltigen
Magerungsmitteln und Kalk hergestellten Formungen Kunststeine zu erzeugen.
Insbesondere sei auf die britische Patentschrift
16307 vom Jahre igoo und das D. R. P. ; 14195 verwiesen. Wie es in der erstgenannten
Druckschrift heißt, daß »die Mischung von gelöschtem Kalk und Schlacke die Eigenschaf-
. 5 ten eines hydraulischen Zementes annimmt«, so kann unter Berücksichtigung der in dieser
Druckschrift über das Verfahren gemachten Angaben (7 Prozent Kalk neben 50 Prozent
Magerungsmitteln und 43 Prozent Sodaäschern)
10· keinesfalls angenommen werden, daß hierunter die Bildung eines selbständig verwendbaren
Hydraulites gemeint sei. Vielmehr sollte dadurch nur eine vergleichsweise Vorstellung über
den Erhärtungsprozeß des Steines selbst an-
gedeutet werden. Ähnliches gilt von der zweiterwähnten Druckschrift. Es ist ferner
bekannt, die Erhärtungsfähigkeit von Kalk-Silikat-Mörteln dadurch zu erhöhen, daß das
körnige Magerungsmittel (z. B. Ziegelmehl, Quarzsand, Kohlenschlacke, Hochofenschlacke)
bereits vor dem Verformen mit Kalk der Einwirkung von Dampf ausgesetzt wird (D. R. P.
101954, D. R. P. 502, D. R. P. 3774, V. St. A. P. 684649, V. St. A. P. 663904). Unter den
in diesen Druckschriften angegebenen Verhältnissen konnte jedoch nur ein kleiner Teil des
Magerungsmittels vom Kalke angegriffen wer den, und überdies wurden bei keinem der bekannten
Verfahren jene Reaktionsbedingungen zielbewußt eingehalten, die die Herstellung eines hydraulischen Bindemittels mit Sicherheit
gewährleisten. Die vom Erfinder gemachte Beobachtung, daß die Silikate bei entsprechend feiner Mahlung unter den oben
angegebenen Verhältnissen mit Kalkhydrat unter Bildung hydraulischer Silikate quantitativ
in Reaktion treten, ermöglichte es, das hydraulische Bindemittel für sich, d. i. nicht
mit dem' Magerungsmittel gemischt, herzustellen, woraus sich eine erhöhte Gebrauchsfähigkeit desselben z. B. für die Herstellung
künstlicher Steine (Kalksandsleine, Erz briketts) gegenüber den bisher erzeugten Hydrosilikate
enthaltenden Mörteln ergibt.
Die technische Durchführung des Verfahrens gestaltet sich nun in ihren Ausführungsformen
zur Erzeugung von Bindemitteln aus Silikaten wie folgt: Von den aus Silikaten gemäß vorliegender
Erfindung dargestellten Hydrauliten seien folgende genannt: Ein hydraulisch erhärtendes
Bindemittel entsteht aus geglühtem Kaolin oder geglühtem Ton oder geröstetem tonhaltigen Eisenerz, wenn dieselben lediglich
im Hochdruckdampf mit Kalkmengen behandelt werden, die man aus der beim Glühen,
z. B. des hydratwasserhaltigen Tones, entwei-. chenden Menge des Hydratwassers derart ermittelt,
daß 2 .H2 O ι Molekül Ca O entspre-.
chen (z. B. ein Kaolin von der Zusammensetzung 2SiO2 Al2 O32 H2O wird geglüht und
mit ι Molekül Ca O behandelt). Hydratwasserhaltiger
Kaolin oder Ton gibt unter diesen Verhältnissen kein hydraulisches Bindemittel. Vielmehr liefern diese erst dann Hydraulite,
wenn die Kalkzügabe das Verhältnis
(a 'SiO2+ b· Al2 O3) : (a+ bJCaO
überschreitet.
Hochofenschlacken verhalten sich wie geglühter Kaolin bei Einwirkung geringer Kalkmengen,
nur muß hier das Mischungsverhältnis auf empirischem Wege festgestellt werden. Im allgemeinen müssen in diesem Falle
Schlacken von relativ hohem Kieselsäure- und Tonerdegehalt durch die Kalkzugabe auf die
Zusammensetzung der basischen Schlacken gebracht werden. Die. so erhaltenen gedämpften,
wie granulierte Hochofenschlacken bei 300 ° getrockneten Produkte sind den Schlackenzementen
gleichwertig. Von dem Verfahren nach Patentschrift 138312 unterscheidet sich
das vorliegende Verfahren dadurch,' daß dort die Schlacken ohne Kalkzuschlag durch Dampf
aufgeschlossen und in Bindemittel für Kunst- * steine umgewandelt werden. Wird bei gebranntem
oder ungebranntem Ton und bei Hochofenschlacke für die Dampfbehandlung die Kalkzugabe so bemessen, daß der Kalkgehalt
der Rohmischung im Maximum den der Formel .
a · Si O2 · 2 Ca O + b · Al2 O3 2 CaO
" + c - Fe2 O3 2 CaO
entsprechenden Betrag erreicht, so genügt ein Erhitzen unterhalb der Sinterung, um volumbeständige
hochwertige Zemente zu erhalten. Überschreitet der Kalkgehalt der Rohmischung diese Grenze, so müssen die gedämpften Produkte
bis zur Sinterung erhitzt werden. Kieselkalksteine, welche mehr Kalk enthalten, als dem Molekularverhältnisse 2 CaO : SiO2
entspricht, werden gebrannt und mit so viel Quarzsand oder anderem tonerdearmen Kieselsäurematerial
vermählen, daß die Rohmischung nicht wesentlich mehr Kalk enthält, als der
Zusammensetzung SiO2ZCaO entspricht. Auch
kann der gebrannte Kieselkalkstein zu hydraulischem Kalk abgelöscht und dann mit Quarzsand
vermählen werden. Diese Rohmischungen werden dann im Hochdruckdampf aufgeschlossen
und die aufgeschlossene Masse unterhalb der Sinterung gebrannt. Aus Kieselgur oder Quarz können bei Behandlung mit Kalk
unter Einhaltung derselben Verhältnisse hydraulische Bindemittel hergestellt werden.
Die Aufbereitung der Rohmasse kann sowohl mit Kalkhydrat als auch mit gebranntem
Kalk erfolgen. Die Verwendung von feuchtem Kalkhydrat empfiehlt sich insbesondere bei
Verarbeitung nasser geschlämmter Materialien, z. B. Kaolin. Kommen trocken aufbereitbare
Silikate zur Verwendung, so ist es zweckmäßig,
Silikat und gebrannten Kalk bis zur üblichen Portlandrohmassefeinheit zu vermählen. Das
Mahlgut kann dann entweder mit Wasser unter Umständen behandelt werden, daß ein Trockenlöschen des Kalkes erfolgt, worauf
nach eventuellem Nachmahlen Ziegel geformt und dieselben dann gedämpft werden, oder
aber es kann die Rohmischung im losen Zustande in dem zweckmäßig mit Rührvorrichtungen
versehenen geschlossenen Dämpfer mit Wasser behandelt werden, wodurch sich das Ablöschen des Kalkes und die Aufschließung
des anderen Teiles der Rohmasse in einer einzigen Operation vollzieht. Diese Art der
Arbeit hat den Vorteil, daß die Rohmasse rasch auf die günstige Reaktionstemperatur
gebracht wird. An Stelle von feingemahlenem Kalk kann auch Stückkalk oder Kalkgrieß
verwendet werden, nur muß dann für eine entsprechende Mischung vor dem Dämpfen
bzw. während des Dämpfens und für ein Nachmahlen der Rohmasse zwecks Zerteilung von
Kalkhydratklümpchen und Zerkleinerung ungar gebrannten Kalksteines gesorgt werden.
Um den Wassergehalt der Rohmasse während des Dämpfens innerhalb der zulässigen Grenzen
zu erhalten, muß beim Dämpfen loser Massen der Dämpfer zwecks Verhinderung der Bildung größerer Mengen von Kondensationswasser
gut isoliert oder zweckmäßig auch von außen geheizt werden. Sollen geziegelte Massen
gedämpft werden, so empfiehlt es sich, die Ziegel möglichst trocken zu pressen (8 bis
10 Prozent Wassergehalt). Es ist ferner angezeigt, den Wassergehalt der Masse im Dämpfer
gegen Schluß der Reaktion allmählich zu verringern, was durch kontinuierliche Dampfentnahme
aus dem geheizten Dämpfer erfolgen kann. Auch kann in diesem Stadium hoch überhitzter Dampf oder heiße Luft' in den
Dämpfer eingeleitet werden.
Sollen die gedämpften Produkte selbst als Bindemittel Verwendung finden, so ist es
zweckmäßig, dieselben, wie bei granulierter Hochofenschlacke üblich, zu trocknen.
Das Brennen der gedämpften Massen erfolgt auf übliche Weise in Kammer-, Schachtoder
Drehrohröfen.
Außer aus Silikaten können nach dem oben beschriebenen Verfahren auch aus einer Reihe
anderer Körper Bindemittel hergestellt werden. Tonerde, Sesquioxyde der Erdmetalle, Eisenoxyd,
Chromoxyd und Manganoxyd bilden hydratwasserhaltige Bindemittel beim Dämpfen mit Kalk im Molekularverhältnis R2 O3 Ca 0
und R2 O3 2 CaO. Auch die Hydroxyde dieser
Körper reagieren mit Kalk im Hochdruckdampf. Insbesondere ist zu bemerken, daß trotz der Einwirkung des Kalkes unter den
beschriebenen Verhältnissen die verschiedenen 'Farbennuancen der Chromoxyde, Eisenoxyde
und Ocker usw. wenig geändert werden. Diese gedämpften Produkte können als Zementfarben
bzw. als härtefähige Kalksandsteinfarben Verwendung finden. Durch das Glühen gehen die Farbentöne der obengenannten Ausgangsstoffe
verloren. Kieselsäurereiche Eisenerze geben mit zweckmäßig kieselsäurereichem gebrannten Kalk gedämpft und geglüht Zemente
von großer Härtefähigkeit und Beständigkeit gegen Salzlösungen. Zemente bilden ferner Zinkoxyd, Kupferoxyd, Bleioxyd
und denen verwandte Metalloxyde im MoIe-
kularverhältnis RO · 2 Ca O. Auch die Salze
der Oxyde der Chromsäurereihe bilden allerdings schwache Hydraulite von der Zusammen-
Setzung Cr O3 2 CaO bzw. Cr O3 · RO · Ca O.
Die hydratisierten Produkte sind kalkechte Farben. Hydraulite bilden ferner Borsäure,
die Arsen-, Antimon- und die Zinnsäuren.
Farbige Bindemittel können ferner aus sauren und neutralen Salzen zementbildender
Säuren (z. B. Kieselsäure, Borsäure, Chromsäure, Wolframsäure, Arsen-, Antimon- und
Zinnsäuren usw.) dargestellt werden. Von den sauren Salzen kommen vorzugsweise jene
in Betracht, bei welchen der basische Bestandteil selbst ein zementbildendes Oxyd ist
(z. B. Kupferoxyd, Eisenoxyd usw.). Es können aber auch saure Oxydulsalze zementbildender
Säuren in Hydraulite übergeführt werden. Soll von Neutralsalzen ausgegangen werden,
so muß der basische Bestandteil ein hydraulitbildendes Oxyd sein. Die Bemessung der Kalkzugabe erfolgt in beiden Fällen nach
stöchiometrisehen Verhältnissen derart, daß die Bildung einer oder mehrerer Atomgruppen
von der Form
— O Ca-. — O Ca-.
>0 bzw. x )0
— OCa/ —0R/
in Betracht kommt. Als Ausführungsbeispiele für die Darstellung derartiger gemischter Hydraulite
bzw. hydratisierter Hydraulite seien angeführt: 1 Molekül Antimonpentoxyd wird
mit ι Molekül Bleioxyd im-Muffelofen bis zur
Entwicklung der gelben Farbe geglüht, dann mit 2 Molekülen Kalziumhydroxyd im feuchten
Zustande gedämpft. Zinnoxyd wird mit salpetersaurem Kupferoxyd im Molekularverhältnis
1:1 im Wasserbad eingedampft, geglüht, dann mit 2 Molekülen Kalziumhydroyd
bei etwa 8 Atm.' gedämpft, ■ basisch chromsaures Kupfer (Cr O3 · 2 Cu O) in Chromsäure
gelöst im Molekularverhältnis 1: 1 mit 1 Molekül Kalkhydrat eingedampft und zweckmäßig
gespanntem Wasserdampfe ausgesetzt.
Es wurde bereits bemerkt, daß die gemäß dem vorliegenden Verfahren hergestellten hy-
dratwasserhaltigen Bindemittel die Eigenschaft besitzen, mit Quarzsand oder anderen Magerungsmitteln
von ähnlichem Verhalten verformt beim Dämpfen des Formlings eine Erhärtung desselben herbeizuführen. Zu diesem
Zwecke werden diese Bindemittel im feuchten oder getrockneten Zustande mit dem Magerungsmittel
(ζ. Β. Quarzsand) innig vermischt, in bekannter Weise verformt und der Formling
im Dampf gehärtet. Die aus kieselsäure- oder tonhaltigen Eisenerzen oder aus Silikatschlacken
(z. B. Hochofenschlacke) hergestellten Bindemittel können für die Erzeugung von im Dampf gehärteten Erzbriketts Verwendung
finden. Sollen Kalksandsteine hergestellt werden, so ist es zweckmäßig, Bindemittel
mit möglichst großer Erhärtefähigkeit herzustellen, um mit möglichst geringen Mengen
derselben das Auskommen zu finden. Für diese Zwecke nähert sich die Kalkzugabe den
Molekularverhältnissen
. χ · Si O2 2 Ca O -f y · Al2 O3 (Fe2 O3) · 2 CaO,
wenn das Bindemittel aus Quarzsand bzw. aus Ton und tonhaltigen Substanzen hergestellt
wird. Sollen Singulosilikatschlacken Verwendung finden, so wird die Kalkzugabe so bemessen, daß die Bindemittelmischung der
Zusammensetzung basischer Schlacken ent-
spricht. Ein Überschuß von Kalkhydrat kann aber in diesen Fällen ohne Schaden verwendet
werden. Die Ausführung des Verfahrens ist nun keineswegs an die Anwendung der obengenannten
Silikate gebunden, sondern es können alle mit dem beschriebenen Verfahren hergestellten
hydratisierten Hydraulite Verwendung finden, die dann, insofern sie farbig sind,
farbige Kunststeine liefern. Da die Bindekraft mancher farbiger Bindemittel für die
Herstellung von gedämpften Kunststeinen ungenügend ist, so ist es zweckmäßig, gleichzeitig
aus weißen Silikaten (z. B. Kaolin, Kalk) hergestellte gedämpfte Bindemittel mit zu verwenden.
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung hydratwasserhaltiger Bindemittel mittels des
Dämpfverfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß man Kalkhydrat auf feinpulverige, zementbildende Oxyde oder Hydroxyde
oder Salze (z. B. Silikate) in zur Zementbildung geeigneten Mengenverhältnissen bei
Gegenwart von Wasser in einer Atmosphäre von gespanntem, gegebenenfalls überhitztem
Wasserdampf mindestens bis zur völligen Aufschließung des Feinmehles einwirken läßt.
2. Ausführungsform des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man saure oder neutrale Salze zementbildender Säuren mit solchen Mengen Kalkhydrat behandelt, als zur Bildung von
basischen Gruppen von der der Berechnung zugrunde zu legenden Formel
— O Ca, — O Ccu
)O bzw. x yo
-OCa/ —OR'
nötig sind. . ' ■
3. Die Verwendung der nach den Ansprüchen ι und 2 erzeugten Hydraulite
als Bindemittel für durch Mischen von Magerungsmitteln (Quarz u. dgl.) und Bindemittel,
Formen und Dämpfen herzustellende künstliche Steine.
4. Verfahren zur Herstellung von Zementen, dadurch gekennzeichnet, daß die
gemäß den Ansprüchen 1 und 2 erhaltenen Produkte geglüht werden.
Publications (1)
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