DE2101821B2

DE2101821B2 - Verfahren zur Herstellung eines synthetischen Zuschlagstoffes für StraBenbaumaterial

Info

Publication number: DE2101821B2
Application number: DE2101821A
Authority: DE
Inventors: Ransome James Gravesend Kent Murray (Grossbritannien)
Original assignee: The Associated Portland Cement Manufacturers Ltd., London
Priority date: 1970-01-16
Filing date: 1971-01-15
Publication date: 1979-08-23
Also published as: GB1305581A; FR2076153B1; DK143843B; DE2101821A1; US3785842A; BE761548A; FR2076153A1; JPS5613678B1; DE2101821C3; DK143843C; NL7100305A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines synthetischen Zuschlagstoffes für Straßenbaumaterial zu einem Einsatz als Splitt oder Schotter bei der Herstellung von rutschfesten Straßendecken.

Natürlicher Splitt oder Schotter bietet in vielen Fällen entweder eine ungenügende Rutschfestigkeit oder wird bei Gebrauch abgeschliffen, was eine Herabsetzung der Rutschfestigkeit unter ein annehmbares Maß

bedingt. Deshalb widmet man der Verwendung von synthetischen Zuschlägt:η für diesen Zweck steigende Aufmerksamkeit.

Es wurden auch schon gute Ergebnisse mit einem Material erzielt, das einen hohen Anteil an calciniertem Bauxit enthält, allerdings ist jedoch Bauxit ein teures Material, das darüber hinaus nicht überall verfügbar ist.

Natürliche und bekannte synthetische Zuschläge zur Verwendung als Splitt und Schotter enthalten im allgemeinen Teilchen aus einem harten Schleifmittel, die in eine weichere Matrix eingebettet sind, welche schneller abgetragen wird als das harte Material, wobei der Zuschlag durch Brennen einer Mischung ausgesuchter harter Schleifmittel geeigneter Teilchengrößen mit geeigneten matrixbildenden Stoffen hergestellt wird. Wie oben erwähnt, stellt das geeignetste harte Schleifmittel calcinierter Bauxit dar, der aber den Nachteil hoher Kosten besitzt.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen synthetischen Zuschlagstoff für Straßenbaumaterial zu schaffen, wobei man auf leicht verfügbare und billige Rohstoffe zurückgreifen kann.

Diese Aufgabe wird gemäß den Ansprüchen gelöst.

Die Erfindung beruht demgemäß auf der Erkenntnis, daß durch Brennen geeigneter, billig zu erhaltender Rohstoffe oder Mischungen von Rohstoffen unter geeigneten Zeit- und Temperaturbedingungen Sinterungen und Rekristallisation zusammen mit der Kristalfisation von Spinellen großer Härte aus dem gebrannten Material stattfindet, wobei diese Spinelle in eine weichere Matrix eingebettet werden. So erzeugt ein einziger Brennprozeß zugleich das gewünschte harte Schleifmittel und bettet es in eine geeignete Matrix ein.

Die allgemeine Formel für Spinelle ist R¹O · R^ra ₂O₃, worin Rⁿ Fe, Mg und Zn, R^m Al, Cr und Mn umfassen. Aus wirtschaftlichen Gründen und wegen der physikalischen Eigenschaften sind im Hinblick auf die Erfordernisse der vorliegenden Erfindung FeAl₂O₄ und MgAI₂Oj die bevorzugten Spinelle.

Bevorzugte Rohmatenahen weisen einen Aluminiumoxidgehalt im Bereich von 15 bis 40%, einen FeO-Gehalt im Bereich von 5 bis 40%, einen MgO-Gehalt im Bereich von 5 bis 40% und einen Gesamtgehaltan FeO und MgO auf, der ausreicht, um wenigstens 25% Spinelle im hergestellten Zuschlag zu erzeugen.

Enthält das Rohmaterial wenigstens einen Teil seines Eisengehalis in der dreiwertigen Form, sollte die Brennstufe unter reduzierenden Bedingungen durchgeführt werden.

Wenigstens ein Teil des Al₂O₃-Gehalts kann durch Cr₂O₃ und/oder Mn₂O₃ ersetzt werden, das aber ist dank des hohen kommerziellen Wertes von Chrom und Manganerzen normalerweise unwirtschaftlich.

Die erfindungsgemäß hergestellten Zuschlagstoffe weisen einen durch Oxidanalyse ermittelten Gehalt an 5 bis 35% SiO₁, 15 bis 70% Al₂O₃, O bis 65% FeO, O bis 50% MgO, < 5 % Alkalien und < 5 % CaO auf, wobei wenigstens 15%, vorzugsweise wenigstens 25% eiriif Matrix aus Silikaten und/oder Aluminosilikaten auskristallisierter Spinell»Kristalle vorliegen. Der Abriebwert beträgt weniger als 20% und der Stein-Polierwert wenigstens 60. Beide Werte werden gemäß der British Standard Specification BS 812/ 1967 ermittelt.

Vorzugsweise wird als Rohmaterial ein hocheisen-

haltiger Ton mit geeigneten Analysenwerte od«jr Eisenerz, eisenhaltige Abfälle, Magnesit, Magnesiumoxid oder -hydroxid, mit Kohlendioxid behandelt»! Magnesiurahydroxidaufschlämraungen, hocheisen·' haltiger Ton cder ein anderes Material mit hohen FeO- oder MgO-Gehalt untereinander im Gemischt mit Hochofenschlacke, pulverisierter Brennstoff·' schlacke, hochaluminhimhaltigen Ton oder in Mischung mit einem anderen hochaluminiumhaltigeni Material verwendet

Selbstverständlich sind die Abfälle, Nebenprodukte und natürlichen Materialien, wie vorstehend zur Verwendung als Rohmaterialien aufgeführt, keine reinen Oxide und können deshalb auch keine reinen Spinelle liefern. Doch enthalten solche Materialien, in geeignetem Mischungsverhältnis im Hinblick auf ihre Anai-Iysenwerte und das Phasendiagramm der vorhandenen Hauptoxide, genügend SiO₂ und Al₂O₃, um eine Spinellbildung bei mäßigen Temperaturen zu ermöglichen und ein Silikat- und Aluminosilikat-haltigea Matrixmaterial ze bilden.

Zur Yarherehssg der Materialien zum Brennen kann entweder ein NaB- oder ein Trockenverfahren angewandt werden, wobei diese Materialien wenn nötig zerkleinert und in geeignetem Verhältnis gemischt werden.

Das gemischte Material kann vor dem Brennern durch herkömmliche Mittel noduiisiert, mit einem geeigneten Binder wie Bentonit oder einem anderen plastischen Ton, Alginaten, Stärke oder Teerölrückständen vermischt und extrudiert werden, um beim gebrannten Matern! «ine Teilchengröße zu erzielem, die entweder für die direkte Verwendung beim Straßenbau oder für diesen Zweck nach !Mäßigem Zerkleinern geeignet ist, wobei die für den Straßenbau ungeeigneten Feinanteile wieder in die NoCalierungsstuf« in den Kreislauf zurückgeführt werden können. Dii; Feinanteile können mit einem Flußmittel-Zuschlag WJeSiO₂ versetzt und gebrannt werden, um ein befriedigendes Straßenbaumaterial zu erhalten.

Das Brennen der Klumpen oder des extrudierteri Materials kann unter Verwendung eines geeigneten Brennstoffs in einem Drehrohrofen, Schachtofen oder am Sinterstrang bei 1000° bis 1500^s C erfolgen, wobei die angewandte Temperatur und die Brenndauer in Abhängigkeit von der Natur des Rohmaterials, der Geschwindigkeit der Spinellbildung und der Notwendigkeit, praktisch alles freie Magnesiumoxid umzusetzen, das sonst fehlerhafte Stellen im fertigen Produkt hervorruft, und von der Herabsetzung der Porosität des Produkts auf ein Maß, das ihm einen Abriebwert von weniger als 20% und vorzugsweise nicht mehr als 15% gibt, durch den Versuch bestimmt werden muß. Die Brenntemperatur muß ausreichen, um Spinelle aus einer Matrix aus Silikaten und/oder Aluminosflikaten auskristallisieren zu lassen.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele M) weiter erläutert:

Beispiel 1

Eine pulverisierte Brennstoffasche mit den Analysenwerten 44,0% SiO₂, 29,4% Al₂O₃, 9,16% Fe₂O₃,

2,6% CaO, 2,0% MgO und 3,40% Kohlenstoff wurde innig mit einem zerkleinerten natürlichen Magnesit mit 3 % S1O2 vermischt und verknetet, so daß das Verhältnis von Flugasche zu Magnesiumoxid 2:1 war. Der erhaltenen Masse wurde bei 800 ^s C Kohlendioxid entzogen, sodann wurde sie im Verlauf von 45 min auf 1380° C gebracht und bei dieser Temperatur 4 fi !eng gehalten. In 30 min wurde sie auf 1000° C abgekühlt und dann aus dem Schmelzofen ausgebracht. Die ungefähre Phasenzusammensetzung des erhaltcnen Materials war folgende: 30% Spinelle (MgALO₄ und FeAl₂O₄), 52% Forsterit Mg₂SiO₄, der Rest glasartiges Material.

Das Material wurde in zwei Chargen hergestellt, die im Versuch Abriebwerte des Zuschlags von 15%

und Stein-Polierwerte von 67 und 66 zeigten. Ähnliche Ergebnisse wurden erzielt, wenn die Zeit für die Höchsttemperatur auf 20 min herabgesetzt wurde.

Beispiel 2

J5 Die in Beispiel 1 verwendete pulverisierte Brennstoffasche wurde mit einem ausgefällten Magnesiumhydroxid innig vermischt, so daß das Verhältnis von Flugasche zu MgO wieder 2:1 war. Das Heizverfabren war dem aus Beispiel 1 ähnlich, außer daß die

Höchsttemperatur 1400° C betrug upd das Material bei dieser Temperatur 20 min lang gehalten wurde. Zwei Chargen wurden hergestellt, die im Versuch Abriebwerte für den Zuschlag von 13% und Stein-Polierwerte von 64 und 63 zeigten.

Die angewandten Testverfahren zur Bestimmung der Stein-Polierwerte und der Abriebwerte für den Zuschlag sind in der British Standard Specification 812, 1967 beschrieben.

Claims

21 Ol 821 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines synthetischen Zuschlagstoffes für Straßenbaumaterial, gekennzeichnet durch die Herstellung eines fein zerteilten Rohmaterials mit einem Gehalt von 5 bis 35% SiO₂, 15 bis 70% Al₂O₃, O bis 65% FeO, O bis 50% MgO, <5% Alkalien und <5% CaO, wobei der Gehalt an FeO und MgO zusammen ausreicht, um wenigstens 15% Spinelle im fertigen Zuschlag zu liefern, Mischen und Brennen des Materids bei einer das Rekristallisieren des Rohmaterials bewirkenden Temperatur, bis im wesentlichen kein freies Magnesiumoxid mehr vorliegt und ein Material entstanden ist, das in eine Matrix aus Aluminosilikaten, Silikaten oder deren Gemisch eingebettete Spinell-Kristalle enthält und eine so geringe Porosität aufweist, daß der Zuschlag einen Abriebwert von weniger als 20% besitzt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumoxid-Gehalt 15 bis 40%, der E;O- und MgO-Gehalt jeweils 5 bis 40% beträgt und zusammen ausreicht, um wenigstens 25% Spinelle im hergestellten Zuschlag zu erzeugen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des Eisengehaltes des Rohmaterials in der Eisen-III-Form vorliegt und die Brennstufe unter reduzierenden Bedingungen durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des Gehalts an AI₂O₃ im Rohmaterial durch Cr₂O₃ und/oder Mn₂O₃ ersetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Rohmaterial ein hocheisenhaltiger Ton verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Rohmaterial ein hocheisenhaltiger Ton mit geeigneten Analysenwerten oder Eisenerz, eisenhaltige Abfälle, Magnesit, Magnesiumoxid oder -hydroxid, mit Kohlendioxid behandelte Magnesiumhydroxidaufschlämmungen, hocheisenhaltiger Ton oder ein anderes Material mit hohem FeO- oder MgO-Gehalt allein oder in Mischung untereinander im Gemisch mit Hochofenschlacke, pulverisierter Brcnnsioffschlacke, hochaluminiumnaitigen Ton oder in Mischung mit einem anderen hochaluminiumnaitigen Material verwendet wird.

7. Verwendung eines gemäß den Ansprüchen 1 bis 6 hergestellten Zuschlagstoffes in Straßenbaumaterialien.