DE2122201A1

DE2122201A1 - High strength hydraulic binder - from low calcium carbonate siliceous limestone

Info

Publication number: DE2122201A1
Application number: DE19712122201
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr.sc.techn. Uitikon Iberg (Schweiz); Fink, Ferdinand, Dr.mont, 6374 Steinbach. P
Original assignee: Battelle Institut eV
Current assignee: ZUERCHER ZIEGELEIEN ZUERICH CH
Priority date: 1971-05-05
Filing date: 1971-05-05
Publication date: 1972-11-16
Also published as: CH544727A; DE2122201B2

Abstract

Siliceous limestone containing at most 50% CaCO3 is slurried and injected into a vortex bed furnace at 700-1100 degrees C, the fired material being separated from the furnace waste gas, cooled, made up into mortar and hardened under saturated steam. Adding Al2O3 to the mix produces a porous material.

Description

Verfahren zur Herstellung hydraulisch erhärtender Baustoffe Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung hydraulisch erhärtender Baustoffe durch Brennen der Ausgangsmaterialien bei Temperaturen zwischen 700 und 11000C und bei einer Brennzeit, die bei relativ großkönigem Ausgangsmaterial und niedriger Brenntemperatur bei etwa einer Stunde liegen kann und sich bei feinkörnigem Material -und hohen Brenntemperaturen bis auf wenige Sekunden reduzieren läßt. Process for the production of hydraulically hardening building materials The present The invention relates to a method for producing hydraulically hardening building materials by firing the starting materials at temperatures between 700 and 11000C and with a burning time that is lower for a relatively large-scale starting material and lower Firing temperature can be around an hour and fine-grained material -and high firing temperatures can be reduced to a few seconds.

Die Herstellung ungesinterter hydraulischer Bindemittel aus kalziumkarbonatreichen Mergeln ist bekannt. Als Beispiele sind hydraulischer Kalk und Romankalk zu wählen.The manufacture of unsintered hydraulic binders from calcium carbonate rich Marls are known. Hydraulic lime and Roman lime are to be selected as examples.

Die Herstellung solcher Bindemittel aus kalziumkarbonatarmen Mergeln ist ebenfalls bekannt, wenn auch nicht gebräuchlich. Sie unterscheiden sich grundsätzlich von den Bindemitteln aus kalziumkarbonatreichen Mergeln durch ihr eher "puzzolanartiges" Erhärten. Schonendes Brennen zersetzt das Kalziumkarbonat und die Tonsubstanz. Man versucht dabei die Reaktion zwischen dem Kalk und den Hydraulefaktoren möglichst zu vermeiden. Das schonend gebrannte Gemisch besteht zum großen Teil aus dem zersetzten Ton, einem künstlichen Puzzolan und aus Kalk, sowie aus erheblichen Mengen von Kalkaluminaten. Beim Anmachen reagiert das Kalkhydrat mit dem Puzzolan und die KalkaluminatE mit Wasser, was das hydraulische Erhärten bewirkt.The production of such binders from marls that are low in calcium carbonate is also known, although not in use. They are fundamentally different of the binding agents from calcium carbonate-rich marls due to their rather "pozzolan-like" Hardening. Gentle burning breaks down the calcium carbonate and the clay substance. Man tries the reaction between the lime and the hydraulic factors as much as possible to avoid. The gently fired mixture consists largely of the decomposed one Clay, an artificial pozzolan and lime, as well as considerable amounts of lime aluminates. When mixing, the hydrated lime reacts with the pozzolan and the calcium aluminateE with Water, which causes hydraulic hardening.

Technik und Schrifttum behandeln fast nur die Herstellung ungesinterter hydraulischer Bindemittel aus Mergeln allein; sehr selten brennt man hydraulische Kalke aus (kalziumkarbonatreichen) Kieselkalken. Nicht bekannt sind Romankalke aus Kieses kalk.Technology and literature deal almost exclusively with the manufacture of unsintered materials hydraulic binder made from marl alone; very seldom one burns hydraulic ones Limes from (calcium carbonate-rich) silica limes. Roman limes are not known Gravel lime.

Bekanntlich wird die hydraulische Erhärtung der hydraulischen Kalke und der Romankalke durch die Kalziumaluminate und Kalziumsilikate bedingt. Selbst bei den schonend gebrannten Mergeln, die puzzolanartig erhärten, ist festzustellen, daß fast die gesamte Tonerde der zersetzten Tonsubstanz als Kalziumaluminat vorliegt. In Fachkreisen herrscht die Ansicht, daß diese Kalziumaluminate in erster Linie das erstaunlich schnelle Abbinden herbeiführen und daß im Vergleich dazu die Kalziumsilikate träge wirken.As is well known, the hydraulic hardening of hydraulic limes and the Roman limestone due to the calcium aluminates and calcium silicates. Self in the gently fired marls, which harden like pozzolan, it can be determined that that almost all of the clay of the decomposed clay substance is present as calcium aluminate. Experts believe that these calcium aluminates are primarily bring about the astonishingly fast setting and that, in comparison, the calcium silicates appear sluggish.

Folglich müßten kalziumkarbonatarme Kieselkalke auch nach schonendem Brennen schlechte Binder und andere Baustoffe ergeben.Consequently, silica limes with a low calcium carbonate content would have to be used even after gentle Burn bad binders and other building materials result.

Es wurde nun jedoch gefunden, daß das eingangs genannte Herstellungsverfahren zu Baustoffen hoher Festigkeit führt, wenn erfindungsgemäß als Ausgangsmaterial ein kalziumkarbonatarmer Kieselkalk mit maximal 50, vorzugsweise 20 bis 40 Gew.-% Kalziumkarbonat verwendet wird und daß die Temperatur sowie die Brennzeit derart beschränkt werden, daß kein Dikalziumsilikat in dem Baustoff entsteht.However, it has now been found that the manufacturing process mentioned at the outset leads to building materials of high strength if according to the invention as a starting material a calcium carbonate low silica lime with a maximum of 50, preferably 20 to 40 wt .-% Calcium carbonate is used and that the temperature and the burning time are such be limited so that no dicalcium silicate is formed in the building material.

Ferner ist nach einer vorteilhaften Ausführungsart der Erfindung vorgesehen, Kieselkalk mit nur 10 bis t0 Gew.-% Kalziumkarbonat zu brennen und den fertigen Baustoff dann hydrothermal mit gespanntem Dampf zu härten.Furthermore, according to an advantageous embodiment of the invention intended, To burn silica lime with only 10 to t0 wt .-% calcium carbonate and the finished Then harden the building material hydrothermally with pressurized steam.

Das Ausgangsmaterial kann erfindungsgemäß auch in Form eines wässerigen Schlammes in ein beheiztes Wirbelbett eingeführt und dort gebrannt werden, wobei dann das gebrannte Gut von dem Rauchgas ausgetragen und nach Abkühlung aus dem Rauchgas wieder ausgeschieden wird.According to the invention, the starting material can also be in the form of an aqueous one Sludge introduced into a heated fluidized bed and burned there, wherein then the fired material is discharged from the flue gas and, after cooling, from the flue gas is eliminated again.

Die erfindungsgemäß verwendeten Kieselkalke führen vielfach zu besseren Baustoffen als schonend gebrannte Mergel. Es hat sich gezeigt, daß in diesen Bindemitteln nur wenig oder kein Dikalziumsilikat enthalten sein darf. Diese Feststellung steht im Gegensatz zu der von Fachleuten als gültig erachteten Meinung, daß in diesem Falle hauptsächlich das Dikalziumsilikat das hydraulische Abbinden bewirken würde.The silica limes used according to the invention often lead to better ones Building materials as gently burned marl. It has been shown that in these binders it must contain little or no dipicalcium silicate. This statement stands contrary to the opinion believed to be valid by those skilled in the art, that in this The main trap is the calcium silicate that would cause hydraulic setting.

Gute hydraulische Eigenschaften stellen sich ein, wenn beim Brennen nur ein Teil des Kalziumkarbonates, etwa 40 bis 70 Gew.-% der Ausgangsmenge zersetzt wird. Die Vorgänge, welche diese Erscheinung herbeiführen, sind noch nicht vollständig aufgeklärt. Vieles spricht jedoch dafür, daß der "halbgebrannte11 Kalk mit der feinverteilten, ebenfalls thermisch behandelten Kieselsäure beim Erhärten besonders lebhaft reagiert.Good hydraulic properties are obtained when burning only part of the calcium carbonate, about 40 to 70% by weight of the initial amount, is decomposed will. The processes that bring about this phenomenon are not yet complete enlightened. However, there is much to suggest that the "half-burnt11 lime with the finely divided, also thermal treated silica especially when it hardens reacts vigorously.

Das Brennen muß derart verlaufen, daß sich nur ein Teil des Kalksteines zersetzt. Allgemein ergeben natürliche Ausgangsmaterialien gute Baustoffe, wenn das Brennen zwischen 700 und 9000C erfolgt. Auch ist die Abstimmung der Brennzeit auf die Temperaturen und auf die Korngröße von Bedeutung; bekanntlich sinkt die Brennzeit mit steigender Temperatur. Außerdem sollte stückiger Kieselkalk nur relativ langsam - bis zu einer Stunde - bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen von 700 bis 8000C gebrannt werden.The burning process must be such that only part of the limestone can be seen decomposed. In general, natural starting materials make good building materials, if the firing takes place between 700 and 9000C. Also is the coordination of the burning time on the temperatures and on the grain size of importance; as is well known, it sinks Burning time with increasing temperature. In addition, lumpy silica lime should only be relatively slowly - up to an hour - at a comparatively low temperature of 700 can be burned up to 8000C.

Schlammiger Kieselkalk wird vorteilhafterweise zunächst zerstäubt und im Heizgas schwebend gebrannt. In diesem Fall genügen häufig kurze Brennzeiten von nur wenigen Sekunden, wenn die Brenntemperatur auf relativ hohe Werte von 900 bis 11000C gesteigert wird. Es ist zu beachten, daß längere Brennzeiten bei Temperaturen über 9000C zum Uberbrennen führen, was bedeutet, daß das gebrannte Gut nicht mehr ausreichend abbindet.Sludgy silica lime is advantageously first atomized and burned floating in the heating gas. In this case, short burning times are often sufficient of just a few seconds when the firing temperature has reached a relatively high value of 900 is increased to 11000C. It should be noted that longer burning times at temperatures over 9000C lead to overburning, which means that the fired product is no longer sets sufficiently.

Als Bindemittel werden die erfindungsgemäß hergestellten Baustoffe im allgemeinen mehlfein gemahlen verarbeitet.The binders produced according to the invention are used Building materials generally processed finely as a flour.

Beim Herstellen wird entweder der rohe Kieselkalk aufgemahlen und daraufhin gebrannt, oder das stückige Gut wird erst nach dem Brennen gemahlen.During production, either the raw silica lime is ground up and then fired, or the lumpy material is only ground after firing.

Stückiger, gebrannter Kieselkalk wird zu einer geeigneten Korngrößen-verteilung zerkleinert, mit Wasser angemacht und zu Bausteinen verformt. Nach dem Erhärten ist ein Baustoff von bedeutender Festigkeit entstanden. Auch große Bauelemen-te sind auf diese Art herstellbar. Das gemahlene Endprodukt läßt sich außerdem in bekannter Art und Weise zu Leichtbaustoffen, auch geschäumten Leichtbaustoffen weiterverarbeiten.Lumpy, burnt silica lime becomes a suitable grain size distribution crushed, mixed with water and formed into building blocks. After hardening a building material of considerable strength has emerged. Large structural elements too can be produced in this way. The ground end product can also be used in a known manner Process into lightweight construction materials, including foamed lightweight construction materials.

Bei den kalziumkarbonatärmeren ieselkalken, insbesondere bei solchen mit 10 bis 30 Gew.-% Kalziumkarbonat, ist in der Regel eine hydrothermale Härtung mit gespanntem Dampf im Autoklaven angebracht.In the case of the limescale limes with lower calcium carbonate content, especially those with 10 to 30% by weight calcium carbonate, is usually a hydrothermal hardening attached with pressurized steam in the autoclave.

Die folgenden beiden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der vorliegenden Erfindung: Beispiel 1 Ein 3tücl;iger Kieselkalk wird auf eine Korngröße unter 20 mm gebrochen und im Drehrohrofen bei 850°C gebrannt.The following two examples serve to further explain the present invention: Example 1 A 3-part silica lime is used Broken to a grain size of less than 20 mm and fired in a rotary kiln at 850 ° C.

Das Ausgangsmaterial besitzt folgende chemische Zusammensetzung: Glühverlust 21,40 Gew.-% SiO2 45,94 Gew.-% Al204 2,99 Gew.-% Je203 1,27 Gew.-% CaO 21,70 Gew.-% MgO 4,06 Gew.-% Rest 2,11 Gew.-% 99,47 Gew.-% Das gebrannte Gut wird zerkleinert, mit Wasser angemacht - wobei der freie Kalk löscht - und zu einem Bauelement von 1,5 x 0,75 m gestampft, verpreßt oder gegossen.The starting material has the following chemical composition: Loss on ignition 21.40 wt% SiO2 45.94 wt% Al204 2.99 wt% Je203 1.27 wt% CaO 21.70 wt% MgO 4.06% by weight, remainder 2.11% by weight 99.47% by weight The fired material is comminuted, mixed with water - whereby the free lime extinguishes - and becomes a component of 1.5 x 0.75 m stamped, pressed or cast.

Das geformte Bauelement wird in einem Autoklaven mit Sattdampf von 9 kg/cm2 zehn Stunden lang gehärtet. Das Endprodukt hat folgende Eigenschaften: Raumgewicht : 1,44 kg/dm3 Druckfestigkeit : 380 kp/cm2 Beispiel 1 In einer Kieswäsche fällt ein Schlamm folgender Zusammensetzung an: Glühverlust 19,10 Gew.-% SiO2 50,40 Gew.-Al203 1,77 Gew.-% Je203 1,13 Gew.-% CaO 22,50 Gew.-% MgO 2,88 Gew.-% Rest 1,91 Gew.-% Summe 99,69 Gew.-% Dieser Schlamm wird mit 40 Gew.-% Wasser in ein ölbeheiztes Wirbelbett eingedüst, in diesem Wirbelbett getrocknet und gebrannt und sodann von dem Rauchgasstrom ausgetragen.The molded component is in an autoclave with saturated steam of Cured 9 kg / cm2 for ten hours. The end product has the following properties: Volume weight: 1.44 kg / dm3 Compressive strength: 380 kp / cm2 example 1 A sludge of the following composition is produced in a gravel wash: Loss on ignition 19.10% by weight SiO2 50.40% by weight Al203 1.77% by weight per203 1.13% by weight CaO 22.50% by weight MgO 2.88% by weight Remainder 1.91% by weight Total 99.69% by weight This sludge is 40% by weight Water is sprayed into an oil-heated fluidized bed and dried in this fluidized bed and burned and then discharged from the flue gas stream.

Nach Abkühlung des Gasstromes wird das gebrannte Material im Staubscheider wieder aus dem Rauchgas ausgeschieden. Die Temperatur im Wirbelbett beträgt in diesem Falle 970°C.After the gas stream has cooled down, the fired material is placed in the dust separator again excreted from the flue gas. The temperature in the fluidized bed is in this Trap 970 ° C.

Das mehlfein gemahlene Bindemittel ergibt mit Sand gemischt einen brauchbaren Mörtel.The flour-finely ground binder results in a mixed with sand usable mortar.

Das mit Wasser aufgeschlämmte Bindemittel wird in bekannt ter Weise mit Aluminiumpulver geschäumt, in Formen vergossen und mit Sattdampf von 9 kg/cm2 zehn Stunden lang gehärtet.The binder, slurried with water, is known in the art Foamed with aluminum powder, cast in molds and with saturated steam of 9 kg / cm2 Hardened for ten hours.

Der nach diesem Beispiel hergestellte Porenbaustoff hat ein Raumgewicht von 0,85 kg/dm2 und eine Druckfestigkeit von 120 kp/cm2.The porous building material produced according to this example has a volume weight of 0.85 kg / dm2 and a compressive strength of 120 kp / cm2.

Das erfindungsgemäße Verfahren erweitert erheblich die Rohstoffbasis der Baustoffherstellung. Von besonderer technischer und wirtschaftlicher Bedeutung ist die Tatsache, daß mit dem Verfahren nach der Erfindung auch Abfallschlämme, wie sie in vielen Gesteins- und Kieswäschen anfallen, nicht nur beseitigt, sondern auf einfache Weise zu einem ausgezeichneten Bindemittel oder sonstigem Baustoff verarbeitet werden können.The method according to the invention considerably expands the raw material base the manufacture of building materials. Of particular technical and economic importance is the fact that with the method according to the invention also waste sludge, as they occur in many rock and gravel washes, not only removed, but in a simple way to an excellent binder or other building material can be processed.

Claims

PATENT CLAIMS

Process for the production of a hydraulically hardening building material by firing the raw materials at a temperature between 700 and 110,000 and a firing time which, depending on the grain size and firing temperature, is between about one Hour and a few seconds, characterized in that as the starting material a calcium carbonate low silica lime with a maximum of 50 wt. calcium carbonate is used and that the temperature and the burning time are limited so that no Dicalcium silicate is created in the building material.

2. The method according to claim 1, characterized in that when using From silica lime with only 10 to 30% by weight calcium carbonate, the finished building material is hydrothermal is hardened with pressurized steam.

3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that that the starting material in the form of an aqueous slurry in a heated fluidized bed is introduced and burned there, and that the burned material is then released from the flue gas discharged and finally excreted from the flue gas after cooling will.