DE2101821C3

DE2101821C3 - Verfahren zur Herstellung eines synthetischen Zuschlagstoffes für Straßenbaumaterial

Info

Publication number: DE2101821C3
Application number: DE2101821A
Authority: DE
Inventors: Ransome James Gravesend Kent Murray (Ver. Koenigreich)
Original assignee: ASSOCIATED PORTLAND CEMENT MANUFACTURERS Ltd LONDON
Current assignee: ASSOCIATED PORTLAND CEMENT MANUFACTURERS Ltd LONDON
Priority date: 1970-01-16
Filing date: 1971-01-15
Publication date: 1980-05-08
Also published as: BE761548A; DE2101821B2; DE2101821A1; GB1305581A; US3785842A; DK143843B; FR2076153B1; JPS5613678B1; FR2076153A1; DK143843C; NL7100305A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines synthetischen Zuschlagstoffes für Straßenbaumatenalzu einem Einsatz als Splitt öder Schotter bei der Herstellung Von rutschfesten Straßendecken,

Natürlicher Splitt oder Scholler bietet in vielen Fäl* len entweder eine ungenügende Rüfschfcstigkeit öder wird bei Gebrauch abgeschliffen, was eine Herabsetzutigder Rtitschfestigkeit unter ein ahfichmbarcs Maß bedingt. Deshalb widmet man der Verwendung von synthetischen Zuschlagen 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 ίο 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 rait geeigneten matrixbildenden Stoffen hergestellt wird. Wie oben erwähnt, stellt das geeignetste harte Schleifmittel calcinierter Baunt 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 Kristallisation 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 Mali trix ein.

Die allgemeine Formel für Spinelle ist R¹¹O R'"₂O₃, worin R" Fe, Mg und Zn, R"¹ AI, Cr und Mn umfassen. Aus wirtschaftlichen Gründen und wegen der physikalischen Eigenschaften sind im Hin-

blick auf die Erfordernisse der vorliegenden Erfindung FeAl₂O₄ und MgAl₂O₄die bevorzugten Spinelle. Bevorzugte Rohmaterialien weisen einen Aluminiumoxidgehalt im Bereich von 15 bis 40%, einen FeO-Gehalt im Bereich von 5 bis 40%, einen MgO-Gehalt im Bereich \ < >n 5 bis 40% und einen Gesamtgehalt an FeO und MgO auf, der ausreicht, um wenigstens 25% Spinelle im hergestellten Zuschlag zu erzeugen.

Enthält das Rohmaterial wenigstens einen Teil sci-

->() nes Eisengehalts in der dreiwertige. Form, sollte die Brennstufe unter reduzierenden Bedingungen durchgt'ührt werden.

Wenigstßnr oinTcil des AI₂O,-Gehalts kann durch Cr₂O, und/oder Mn₂O, erseizt werden, das aber ist

μ dank des hohen kommerziellen Wertes von Chrom und Manganer/cn normalerweise unwirtschaftlich.

Die erfindungsgemäß hergestellten Zuschlagstoffe weisen einen durch Oxidanalyse ermittelten Gehalt an S bis .VS^ SiO₂. 15 bis 70% A1,O„ 0 bis 6S% FeO. O bis Sl)C, MgO, - S% Alkalien und - 5% CaO auf) wobei wenigstens 157c, vorzugsweise wenigstens 25% eifief Matrix aus Silikaten üiid/oder Atuminösl· likateri auskrisiällisierter SptricH'-Kfistäild vorliegen. Der Abriebwert beträgt weniger als 20% und der Stcitv-Poiierwert wenigstens 60, Beide Werte werden gemäß der British Standard Specification BS 812/ 1967 ermittelt.
Vorzugsweise wird flls Rohmaterial ein liocheisen-

haltiger Ton mit geeigneten Analysenwerte oder Eisenerz, eisenhaltige Abfälle, Magnesit, Magnesiumoxid oder -hydroxid, mit Kolilendioxid behandelte Magnesiumhydroxidaufschlämiiiungen, hocheisenhaltiger Ton oder ein anderes Material mit hohen FeO- oder MgO-Gehalt untereinander im Gemisch mit Hochofenschlacke, pulverisierter Brennstoffschlacke, hochaluminiumhaltigen Ton oder in Mischung mit einem anderen hochaluminiumhaltigen 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 Analysenwerte und das Phasendiagramm der vorhandenen Hauptoxide, genügend SiO₂ und Al₂O₃, um eine Spinellbildung bei mäßigen Temperaturen zu ermöglichen und ein Silikat- und Aluminosilikat-haltiges Matrixmaterial zu bilden.

Zur Vorbereitung der Materialien zum Brennen kann entweder ein Naß- < der ein Trockenverfahren angewandt werden, wobei. Jiese Materialien wenn nötig zerkleinert und in geeignetem Verhältnis gemischt werden.

Das gemischte Material kann vor dem Brennen durch herkömmliche Mittel nodulisiert, mit einem geeigneten Binder wie Bentonit oder einem anderen plastischen Ton, Alginaten, Stärke oder Teerölrückständen vermischt und extrudiert werden, um beim gebrannten Material eine Teilchengröße zu erzielen, die entweder für die direkte Verwendung beim Straßenbau oder für diesen Zweck nach mäßigem Zerkleinern geeignet ist, wobei die für «Jen Straßenbau ungeeigneten Feinanteile wieder in die Nodulierungsstufe in den Kreislauf zurückgeführt werden können. Die Feinanteile können mit einem Flußmittel-Zuschlag wie SiO₂ versetzt und gebrannt werden, um ein befriedigendes Straßenbaumaterial zu erhalten.

Das Brennen der Klumpen oder des extrudieren Materials kann unter Verwendung eines geeigneten Brennstoffs in einem Drehrohrofen, Schachtofen oder am Sinterstrang bei 1000° bis 1500° 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 Aluminosilikaten auskristallisieren zu lassen.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele

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 8,40% Kohlenstoff wurde innig mit einem zerkleinerten natürlichen Magnesit mit 3 % SiO₂ vermischt und verknetet, so daß das Verhältnis von Flugasche zu Magnesiumoxid 2:1 war. Der erhaltenen Masse wurde bei 800° C Kohlendioxid entzogen, sodann wurde sie im Verlauf von 45 min auf 1380° C gebracht und bei dieser Temperatur 4 h lang gehalten, in 3Ö min wurde sie auf 100O¹ C abgekühlt und dann aus dem Schmelzofen ausgebracht. Die ungefähre Phasenzusammensetzung des erhaltenen Materials war folgende: 30% Spinelle (MgAl₂O₄ 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

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 Heizverfahren war dem aus Beispiel 1 ähnlich, außer daß die

■to Höchsttemperatur 1400° C betrug iir.d 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 dei 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, 0 bis 65% FeO, 0 bis 50% MgO, <5% Alkalien und <5% CaO, wobei der Gehalt an FeO und MgO zusammen ausreicht, um wenigstens 15% Spinelle im fertigen Zuschlagzu liefern, Mischen und Brennen des Materials 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 FeO- 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 Al₂O₃ 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 hocheisenhaltigcr Ton mit geeigneten Analysenwerten oder Ei&enerz, 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 Brcnnstoffschlacke, hochaluminiumhaltigen Ton oder in Mischung mit einem anderen hochaluminiumhaltigen Material verwendet wird.

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