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Verfahren zur Gewinnung von Kalziumsulfatbetahalbhydrat aus Kalziumsulfatdihydrat.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Kalziumsulfatbetahalbhydrat
aus Kalziumsulfatdihydrat.
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Bei verschiedenen Brennprozessen zur Erzeugung von Kalziumsulfatbetahalbhydrat,
Anhydrit III und Anhydrit II werden unterschiedliche Mengen dieser einzelnen Komponenten
aus dem dem Brennprozess zugeführten Kalziumsulfatdihydrat
gewonnen.
Bei Aufgabe von körnigem bis stückigem Ausgangsmaterial ist das Mischungsverhältnis
sehr wesentlich von der Temperatur, welche an den einzelnen partikeln während des
Brennens auftritt, abilangig. Es tritt beispielsweise bei größeren Stücken ein Temperaturgefälle
von außen nach innen auf, und dementsprechend ist bereits die Komponenten-Zusammensetzung
in einem einzigen Korn oder Stück entsprechend verschieden.
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Wird das Ausgangsmaterial beim Brand in einem Heißgasstrom vermahlen,
so daß nur noch verhältnismäßig kleine partikel unter 0,5 bis 1 mm Durchmesser vorliegen,
dann können insbesondere die Anhydrit III Mengen im Endprodukt große Anteile erreichen.
Der Ausgangsstoff Kalziumsulfatdihydrat und auch das sich bildende Kalziumsulfatbetahalbhydrat
gehen vornehmlich bei Temperaturen über 1800 C in Anhydrit III über, wobei gleichzeitig
bei steigenden Temperaturen auch ein zunehmender Anteil von Anhydrit II festzustellen
ist. Während ein bestimmter Gehalt an Anhydrit III für schnell ansteifende Massen
günstig ist, können zu hohe Gehalte dieser Komponente bei bestimmten Verwendungen
sich ungünstig auswirken. Hier tritt dann besonders die sehr kurze Abbindezeit des
Anhydrit III in den Vordergrund. Reine Anhydrit III Proben erreichen
beispielsweise
Abbindezeiten von 8 Min., während die Abbinde zeiten bei Kalziumsulfatbetahalbhydrat
überlicherweise in der Größenordnung von 15 bis 70 Min. liegen.
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Der sich bei höheren Temperaturen, insbesondere über 2000 C langsam
bildende Anhydrit II kann auch hoch reaktiv sein, d. h. zu kürzeren Abbindezeiten
führen, doch liegt die Reaktivität immer deutlich unter der des Anhydrit III.
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Des weiteren hat sich beim Brennen pulverförmigen oder sehr feinkörnigen
Materials herausgestellt, daß die Abkühlung des heißen Anhydrit III nur sehr schwer
möglich ist, da die zwischen den einzelnen partikeln eingeschlossene Luft stark
isoliert und eine Wärmeabgabe aus dem Inneren einer heizen Pulvermenge fast unmöglich
macht. Ein großer Vorrichtungsaufwand sowohl zum Abkühlen unmittelbar nach dem Brennprozess
als auch für das langsame endgültige Abkühlen während der nachträglichen Lagerung
in Silos ist nötig und gestaltet das bisherige Verfahren unwirtschaftlich. Schließlich
ist auch die Energierückgewinnung aus derart schwer abzukühlenden Massen nur sehr
schlecht und das Verfahren somit auch aus der Sicht der Energiebilanz ungünstig.
Andererseits ist jedoch ein Brand bei möglichst hohen Temperaturen, bevorzugt etwa
3000 C, wegen der damit
verbundenen Beschleunigung des Brennprozesses
erwünscht.
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Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Gewinnung
von Kalziumsulfatbetahalbhydrat aus Kalziumsulfatdihydrat zu schaffen, bei dem trotz
Einsatzes hoher Brenntemperaturen der Anteil an Anhydrit III im Endprodukt einen
gewissen zulässigen Anteil nicht übersteigt, zur Vermeidung unnötig großen Vorrichtungsaufwan
des das pulverförmige Endprodukt in möglichst kurzer Zeit wieder abgekühlt wird
und der energietechnische Wirkungsgrad möglichst hoch ist. Zur Lösung dieser Aufgabe
wird so verfahren, daß aus einem Teil der Kalziumsulfatdihydrat-Ausgangsmenge durch
Brennen bei erhöliten Temperaturen und unter Zerkleinern in Pulver- oder Grießform
Anhydrit III erzeugt und diesem die beim Brand für die Umwandlung in Kalziumsulfatbetahalbhydrat
der Kalziumsulfatdihydrat-Restmenge anfallenden, wasserdampfhaltigen Brüden-Abgase
unter Umwälzung zugeführt werden, wobei die Anhydrit III Menge untie Kalziumsulfatdihydrat-Restmenge
nach dem stöchiometrischen Verhältnis des Anhydrit III und des aus der Restmenge
freigesetzten Wasserdampfes gewählt werden. Vorteilhaft wird das erfindungsgemäße
Verfahren noch dahingehend verbessert, daß der vom Brand heiße Anhydrit III und
die Restmenge des ebenfalls pulver- oder
grie;L3rörm3g vorliegenden
Kalziumsulfatdihydrats miteinander vermischt werden, wobei die Temperaturen und
das Mengenverhältnis nach den für die Umsetzungen benötigten Wärmemengen und dem
stöchiometrischen Verhältnis des Anhydrit III und des aus dem Kalziumsulfatdihydrat
freigesetzten Wassers gewählt werden.
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Technisch wird das Verfahren also folgendermaßen durchgeführt. Feinkörnig
bis pulvrig gemahlenes Kalziumsulfatdihydrat wird in Kalziumsulfatbetahalbhydrat
durch Zugabe einer bestimmten Menge heißen Anhydrit III, das zuvor durch Brennen
bei hoher Temperatur gewonnen wird, umgewandelt, wobei gleichzeitig eine Abkühlung
der gesamten Masse erfolgt.
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Diese Abkühlung resultiert im wesentlichen aus dem Brennen des Kalziumsulfatdihydrat-Anteils
mit der Wärmemenge des zugegebenen heißen Anhydrit III. Bei diesem Brennvorgang
des Kalziumsulfatdihydrates wird Wasser frei, welches die Umwandlung des Anhydrit
III in Betahalbhydrat bewirkt. Die jeweils zusammenzumischenden Mengen sind stöchiometrisch
nach folgenden Bedingungen zu bemessen: a) Kalziumsulfatdihydrat + Wärmeenergie
= Kalziumsulfatbetahalbhydrat + frei werdender Wasserdampf.
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b) Anhydrit III + stöchiometrische Menge Wasserdampf ergibt Kalziumsulfatbetahalbhydrat.
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In diese ganzen Betrachtungen ist die mit dem heißen Anhydrit III
eingeführte Wärmeenergiemenge einzubeziehen.
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Dieser Prozess ist nicht nur hinsichtlich der möglichen Phasenbeeinflussung
der Substanzen von Bedeutung, sondern auch energetisch. Feinkörnige Massen von höherer
Temperatur sind bekanntermaßen sehr schwierig abzukühlen.
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So verbleiben gebrannte Kalziumsulfat-Phasengemische, die mit einer
Temperatur von 2000 C in einen Silo von 5 m Durchmesser eingebracht werden, mehrere
Wochen auf höherer Temperatur. Dadurch wird großer Siloraum benötigt, oder, wenn
dies nicht erwünscht ist, müssen komplizierte und teufe Abkühlvorrichtungen für
das pulverförmige Gemisch vorgesehen werden. In beiden Fällen geht ein großer, wenn
nicht aller Wärmeenergieinhalt des Gemisches verloren. Durch die Zugabe des Kalziumsulfatdihydrates
und dessen Brand durch Einmischen in den heißen Anhydrit III wird jedoch die Energie
des Anhydrit III optimal genutzt, wobei das Endprodukt auf günstigste Temperatur
eingestellt werden kann.
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Zugleich kann die hohe Wasseraufnahmebereitschaft des Anhydrit III
auch dazu genutzt werden, die etwa mit 1300 C in den Kamin gehenden Brüden-Abgase
weiter zu verwenden.
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Diese Brüden-Abgase bestehen im wesentlichen aus C02 und Wasserdampf,
die bei der Verbrennung entstehen, und zusätzlichem Wasserdampf, der beim Brennen
des Kalziumsulfatdihydrates abgespalten wird. Es sind also stark wasserdampfhaltige
Gase, die bei Rückleitung durch den Anhydrit III diesen unter Abgabe ihres Wassers
bei richtiger Dosierung in Kalziumsulfatbetahalbhydrat umwandeln. Dabei muß eine
Überdosierung jedoch vermieden werden) damit keine direkte Rückbildung in Kalziumsulfatdihydrat
stattfindet.