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Verfahren zur Herstellung von künstlicher Keramik für Konstruktions-
und Baumaterial Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von künstlicher
Keramik für Konstruktions- und Baumaterial, so beispielsweise die Herstellung künstlicher
Zuschlagstoffe, die bei der Herstellung von Schwer- oder Leichtbeton verwendet werden.
Das Verfahren befaßt sich außerdem mit der Erzeugung geformter Teile für den Bauf
wie Ziegel, Bausteine oder dergl.
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Die Herstellung dieser künstlichen Materialien gewinnt an Bedeutung,
da sich ein Mangel an Zuschlagstoffen aller Voraussicht nach einstellen wird, so
beispielsweise an Kies und Ofenschlacke, während gleichzeitig das Problem der Beseitigung
feinen Müllmaterials, wie beispie7sweise raftwerksasche, an Bedeutung zunimmt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin5 ein Verfahren zu
entwickeln, mit dem verschiedenartige natürliche und künstliche Materialien, beispielsweise
Brennstoffasche oder Kesselflugasche zur Herstellung wertvoller Erzeugnisse und
Teile z. B. für das Bauwesen verwendet werden können.
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Untersuchungen betreffend den Zusammenhang zwischen cxgan>
schen
Stoffen und der Bildung von Gesteinen haben Reaktionen erkennen lassen, die durch
die Gegenwart von Kohlenwasserstoffen, Kohlehydraten und Enzymen gefördert werden.
Bei natürlichen Gesteinen und Mineralien wurden bisher die über lange Zeitperioden
herrschenden Temperaturen und Drücke als wesentlich für den Ablauf der beobachteten
mineralogischen Veränderungen angesehen. Experimente haben nun gezeigt, daß bei
Benutzung der gleichen Druck- und Teinperaturbedingungen ähnliche Veränderungen
künstlich erzeugt werden können, wenn auf Gemische aus anorganischen Substanzen
Druck zur Einwirkung gelangt. Dann bilden sich nämlich kompakte Produkte, die, sobald
sie hohen Temperaturen ausgesetzt werden, mineralogische Veränderungen durchmachen,
welche den bei Gesteinen und Mineralien festgestellten äqullralent sind.
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Eines der neuartigen Merkmale der organogeochemischen Prozesse ist
ihre Anwendbarkeit zur Umwandlung fein zerteilter Stoffe in handelsüblich brauchbare
Produkte, so beispielsweise künstliche Zuschlagstoffe, die sich aus vielfältiger
Materialien} wie pulverisierte Brennstoffasche, Kesselflugasche Kohlengrubenabfall,
Tone und verschiedene Arten anderer Sedimente herstellen lassen. Das erfindungsgemäße
Verfahren zur Herstellung künstlicher Keramik ist dadurch gekennzeichnet, daß nichtmetallische,
anorganische Teilchen mit Wasser und organischem Material, das zumindest Kohlenstoff,
Wasserstoff und Sauerstoff aufweist, zu einem Brei gemischt werden, daß danach Preßlinge
bei einem Druck von mindestens 50 kp/cm2 oder Granalien auf Granuliertellern geformt
werden und daß diese Preßlinge oder Granalien einer Zone mit hoher Temperatur zugeführt
werden, in der sie bei mindestens einer Temperatur von 8000 C belassen werden bis
einzelne Teilchen verschmolzen sind.
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Bei einer Ausführungsform desvVerfahrens nacrì r Erfindung wird ein
Gemisch aus nichtmetalliscnen# anor-ganischel Teilchen
in einem
Brei mit 0,5 - 10 Vol- Wasser hergestellt, das 0s2 - 2 Gew.- organisches Material,
bezogen auf das Gewicht der anorganischen Teilchen enthält, wobei das organische
Material Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff enthält, und daß die Preßlinge
oder Granalien dann einer Zone hoher Temperatur zugeführt werden, in der sie bei
einer Temperatur zwischen 900 und 15000 a wenigstens zwei Minuten verbleiben, bis
gebrannte Preßlinge oder Granalien entstanden sind, in denen die einzelnen Teilchen
miteinander verschmolzen sind. Hierbei können bei Verwendung von Preßlingen diese
über eine Zeitspanne von nicht mehr als 5 Minuten Drücken von 77 - 1540 kp/cm2 unterworfen
werden. Sie erhalten dadurch eine Eigenfestigkeit, die es erlaubt die Preßlinge
einer Zone hoher Temperatur zuzuführen. Bei Verwendung von Granalien ist eine derartige
Behandlung nicht unbedingt erforderlich, weil beim Vorgang des Granulierens ebenfalls
eine starke Verdichtung der Formlinge eintritt.
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Jedoch kann auch bei Verwendung von Granalien eine zusätzliche Behandlung
durch Druck zweckmäßig sein.
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Das breiartige Material wird vorzugsweise dadurch in einzelne ~Roh"-Formen
gebracht, daß das Material mit dem Druck so schnell, wie dies mechanisch möglich
ist, beaufschlagt wird. Die Breimasse muß dick genug sein, daß sie sich nicht entmischt.
Die genaue Art und Weise, in der sich die anorganischen Teilchen letztlich zusammenlagern,
bzw.
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miteinander verschmelzen, ist nicht mit vollständiger Sicherheit geklärt,
d. h. das Zusammenlagern der -Teilchen, auch Koaleszieren genannt, kann bei einer
gewissen unter hoher Temperatur stattfindenden, chemischen Reaktion erfolgen oder
durch einen Sinterungsvorgang der Teilchen in der Hochtemperaturzone oder auch durch
eine Kombination dieser beiden Prozesse. Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch
das Entstehen von Filmen aus anorganischen Substanzen ermöglicht, die an den meisten
der Gemengeteilchen des kompakten
Produktes anhaften oder sie vollständig
umschließen.
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Dieser Zustand wird durch die Druckbeaufschlagung des Gemisches aus
anorganischen und organischen Substanzen mit Hilfe der mechanischen Druckerzeugungsvorrichtung
ausgelöst.
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Einige oder alle organischen Teilchen reagieren mit dem zugehörigen,
aus anorganischem Material bestehenden Film individuell, wenn sie der rasch ansteigenden
Temperatur ausgesetzt werden. Demzufolge reagieren Teilchen aus anorganischem Material
verschiedener Zusammensetzung wahlweise mit dem organischen Material, bevor sie
miteinander eine chemische oder physikalische Verbindung eingehen, die eine harte,
steinähnliche Masse ergibt.
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Obgleich sich organische Verbindungen vielfaltigster Art für das hier
beschriebene Verfahren verwenden lassen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, biologisch
erzeugte Substanzen zu benutzen, da diese Substanzen oftmals organische Substanzen
enthalten, die enzymatische Eigenschaften besitzen, die die bei diesem Verfahren
auftretenden chemischen Reaktionen erleichtern bzw. fördern. Derartige bevorzugte
organische Verbindungen sind ein Zucker, Stärke oder ein Derivat oder ein Umwandlungsprodukt
der Stärke, ferner Zellulose oder eine andere Kohlehydratverbindung oder eine Humussäure
oder Alginsäure. Kläranlagen für Hausabwässer erzeugen einen Schlamm, der sich als
gutes Material organischer Natur für die Zwecke der vorliegenden Erfindung erwiesen
hat und der den weiten Bereich organischer flüssiger Substanzen demonstriert, die
sich für das hier beschriebene Verfahren eignen.
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Die heterogene Zusammensetzung der anorganischen Teilchen natürlicher
und künstlicher Pulver macht es schwer, eine umfassende Formel aufzustellen, aus
der die Reaktionen ersichtlich sind, die bei der Wärmebehandlung des kompakten Materials
stattfinden. Ein gemeinsamer Bestandteil solcher Pulver läßt sich als Alkalialominosilikat
klassifizieren, das sich bekanntermaßen wie folgt verhält:
Alkalialuminosilikat
+ C2H302 + Wärme Siliciumkarbid + Alkali + Aluminiumoxid + C02 + H20 + Wärme Alkalialuminosilikat
+ C02.
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Diese exotherme Reaktion verwandelt das eine Alkalialuminosilikat
in ein anderes, und in den Zwischenstufen können die Siliciumkarbide ähnlich dissoziierten
anorganischen Verbindungen miteinander reagieren, um neue Verbindung zu erzeugen,
die beim Abkühlen die Bildung eines kristallinen Gemenges unterstützen. Darüberhinaus
erzeugt der eil des organischen Stoffes der in Kohlenstoff umgewandelt wird, exotherme
Energie in Form eines inneren Brennstoffes, der die Bildung eines gesteinsähnlichen
Gemenges zusätzlich unterstützt. Diese verschiedenen Formen innerer Reaktionen werden
durch die Art und Weise angezeigt, in der das kompakte Material unversehrt bleibt,
wenn es rasch in die Hochtemperaturzonen eines Ofens befördert wird, sowie durch
die Fähigkeit des kompakten Naterials, dem beim Abschrecken in Wasser auftretenden
thermischen Schock zu widerstehen.
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Die Temperaturen, denen die stark zusammengepreßten Produkte in der
Hochtemperaturzone ausgesetzt werden, können im Temperaturbereich von 300 - 1500°
0 weitgehenden Schwankungen unterliegen, und zwar in Abhängigkeit von den anorganischen
Teilchen, der organischen Verbindungen, der benutzten Drücke und auch von der Art
des Endproduktes, das hergestellt werden soll. Es ist keine Vortrocknung erforderlich,
und die unteren Grenzen der Temperatur stellen das Demperaturnivéau dar, das bei
einem herkömmlichen, kontinuierlichen Wärmebehandlungsverfahren auftritt, während
die oberen Temperaturgrenzen sich durch die Schmelzpunkte der anorganischen Teilchen
bestimmen. Die Zeitspanne der Wärmebehandlung regelt sich nach Größe und Form des
kompakten Materials, bzw. der geformten Packungen, im folgenden Preßlinge genannt,
und dem benutzten Ofentyp, wobei jedoch in den höchsten Temperaturzonen des Ofens
eine Verweilzeit von nicht weniger als
zwei Minuten aufrechterhalten
werden sollte. Werden die Produkte der höchsten ~Temperatur länger ausgesetzt, so
hat dies keinen flachteil.
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In den Fällen, in denen die Preßlinge oder Granalien auf Temperaturen
im unteren Teil des genannten Temperaturbereiches erwärmt werden, besitzen die Endprodukte
eine höhere Dichte, als sie die Produkte aufweisen, die bei Benutzung der iDemperaturen
gegen das obere Ende des angezeigten Bereiches erhalten werden. Die physikaliscl
-zw mechanische Stabilität der in dem unteren Temperaturbereicn erhaltenen Endprodukte
kennzeichnet sich dadurch, daß diese Produkte empfindlicher sind gegen Wärmeschocks
als die Produkte, die bei höheren Uemperaturen erzeugt werden. Obgleich es demnach
möglich ist 9 die Endprodukte, die bei höheren Temperaturen hergestellt werden,
unmittelbar aus dem Ofen auszutragen und sie in Wasser abzukühlen, ohne daß irgendein
wesentlicher Zerfall eintritt, können aus den genannten Gründen die im unteren Temperaturbereich
hergestellten Produkte nicht immer unmittelbar, solange sie noch hoch erhitzt sind,
beim Austrag mit Wasser in Berührung gebracht werden, sondern müssen vor dem Abschrecken
mit wasser allmählich abgekühlt werden, wenn ein erheblicher Zerfall vermieden werden
soll.
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Die zur Durchführung des Verfahrens der hier beschriebenen Art notwendigen
Drücke sind å e nach Art des anorganischen Haterials verschieden. In der Praxis
liegen die rück, die zur Erzeugung eines geformten Preßlings erforderlich sind der
eine ausreichende "Roh"-Festigkeit besitzt, um mechanisch behandelt werden zu können,
nicht unter 77 kp/cm2. Derartige Drücke müssen so schnell wie möglich zur Einwirkung
gelangen, um die organischen Zusätze in dem ganzen Preßling gleichförmig zu verteilen.
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Das rasche Jiiifbringen der Drücke läßt sich durch Verwendung herkömmlicher
Pressen oder gewißer Arten von Extrudern erreichen, wie sie beispielsweise zur Herstellung
pharmazeutischer Tabletten, Packungen oder Pellets benutzt werden oder die Hersteller
von Brennstoffbriketts benutzen und bei der Behandlung von Metallpulvern auf dem
Gebiete der Pulvermetallogie zur Anwendung gelangen. Die mit Hilfe solcher Maschinen
erzeugten Drücke haben sich für die Herstellung der meisten hier in Frage kommenden
Preßlinge aus Gemischen organischer und anorganischer Substanzen als geeignet erwiesen.
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Es wurde außerdem festgestellt, daß der rasche Anstieg von Drücken,
die während der Stoßbewegung der Stößel und Matritzen bzw. Gesenke oder der Kolben
ausgeübt werden, zu der erforderlichen Ummantelung der anorganischen Teilchen durch
organisches Material führt. Im allgemeinen wird der Grad der Reaktionsfähigkeit
der zusammengepreßten Produkte umso größer, je höher der einwirkende Druck und je
kürzer die Stoßzeit werden. Demzufolge sind die obere Druckgrenze und die kürzeste
Zeit durch die mechanischen Eigenschaften der Maschinen bestimmt, die zur Herstellung
der zusammengepreßten Produkte benutzt werden. Durch Versuche wurde festgestellt,
daß einwirkende Drücke von weniger als 1540 kp/cm2 für eine abschließende Stoßdauer
von über einer Sekunde zur Vorfertigung der meisten hier in Frage kommenden Substanzen
nicht besonders wirkungsvoll sind, wenn diese Verfahren in der industriellen Fertigung
angewendet werden.
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Die Art des organischen Stoffes, der in dem Verfahren verwendet wird,
ändert sich mit der chemischen Zusammensetzung und der Teilchengröße des anorganischen
Stoffes, sowie mit den gewünschten Eigenschaften des Endproduktes.
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Organische Stoffe 9 die in dem hier beschriebenen Verfahren
verwendet
werden können, lassen sich, abgesehen von reinem Kohlenstoff, als diejenigen Kohlenstoffverbindungen
definieren, die Wasserstoff und Sauerstoff enthalten, mit oder ohne Stickstoff und
Schwefel, jedoch sind viele organische Verbindungen, die sich zur Durchführung des
Verfahrens eignen, häufig ohne praktischen Wert, da sie entweder zu teuer sind,
oder zu flüchtig, d. h. einen zu tiefen Siedepunkt besitzen, als dass sie den Transport
zu den Wärmebehandlungsprozessen einigermaßen ertragen können. Gleicherweise müssen
auch andere organische Verbindungen, die mechanische Probleme bei der kontinuierlichen
Produktioh zusammengepreßter Produkte aufwerfen, hier ausscheiden. Unter den übrigen
Substanzen des weiten Bereiches der in Frage kommenden organischen Substanzen, die
wasserlöslich oder mit Wasser mischbar sind, sind insbesondere diejenigen interessant,
die durch biologische Prozesse geschaffen worden sind, oder diejenigengdie eine
Affinität zu derartigen Substanzen aufweisen, da diese Stoffe die Verbindungen enthalten,
von denen festgestellt wurde, daß sie in den natürlichen Prozessen der Mineral-
und Hartgesteiflsbildung mitwirken. Darüberhinaus sind viele solcher Substanzen
mit geringem Kostenaufwand herzustellen und besitzen physikalische Eigenschaften,
die sich für die Produktion von Preßlingen aus anorganischen Teilchen besonders
eignen. Demzufolge haben sich Zucker, Stärke, Dextrin, Glutin, Zellulose, Schlamm
von Abwasserkläranlagen, Humussäuren und Alginsäuren als Zusätze bei der Herstellung
der gewünschten zusammengepreßten Produkte als besonders vorteilhaft erwiesen.
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Die ungewöhnlichen Eigenschaften dieser zusammengepreßten Produkte
bzw. Preßlinge oder Granalien zeigen sich in der Art und Weise in der diese Produkte
sehr rauhe Wärmebehandlungen aushalten ohne zu zerfallen. Unter normalen atmosphärischen
Bedingungen lassen sich die rohen oder auch "grün" genannten Preßlinge oder Granalien
unmittelbar in die Brwärmungszonen transportieren, wo sie steilen Temperaturgradienten
ausgesetzt
werden, die ihren Ausgang weit über den normalen Siedepunkten der betreffenden organischen
Verbindungen nehmen. Der genaue Grund für diese überraschende Stabilität ist bisher
nicht bekannt, scheint jedoch darin zu liegen, daß in dem Zustand, der durch den
Druck, dem diese organischen Verbindungen ausgesetzt worden sind, erzeugt wird,
die Verbindungen in einen physikalischen oder chemischen metastabilen Zustand eingetreten
sind, der bewirkt, daß sie bei höheren Temperaturen mit den Teilchen des anorganischen
Stoffes reagieren und daß diese Reaktionen in Gegenwart enzymatischer Verbindungen
beschleunigt werden, die gewöhnlich in biologisch erzeugten Zusätzen, wie Abwasserschlamm,
vorhanden sind. Als Folge dessen scheint es, daß ihre latente Verdampfungswärme
sich geändert hat und sich der latenten Schmelzwärme der anorganischen Teilchen
unter den herrschenden Drücken nähert. Diese Hypothese bildete die Grundlage für
die experimentelle Arbeit, die zu einer Vorfabrikation harter, kompakter, geformter
Preßlinge führte, die sich als Zuschlagstoffe verwenden lassen. Als Folge dessen
kann ein "grüner oder roher Preßling, beispielsweise eine Tablette oder ein Pellet,
in einen Ofen mit einer Temperatur von über 10000 C eingeführt werden, ohne daß
dadurch ein Verfall des Produktes auftritt. Das Produkt kann auf dieser Temperatur
gut über eine Stunde gehalten werden, ohne daß irgendein erheblicher Volumen- und
Formabbau bzw. Formzerstörung auftritt. Die Tablette oder das Pellet läßt sich aus
dem Ofen herausnehmen und direkt in kaltes Wasser tauchen, ohne daß dabei ein Zerfall
des Produktes auftritt, vorausgesetzt, die Temperatur ist soweit erhöht worden,
wie dies zum Abschluß der stattfindenden organo-geochemischen Reaktionen erforderlich
ist. Solche Eigenschaften sind für die kontinuierliche Produktion von Tabletten
und Pellets in handelsüblichem Maßstab förderlich.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens
ist in der Zeichnung dargestellt. Diese schematisch
gezeigte Vorrichtung
dient zur Erzeugung von Pellets aus pulverförmiger Brennstoffasche oder Kesselflugasche.
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Bei der dargestellten Vorrichtung wird eine wässrige Suspension einer
Lösung eines geeigneten organischen Zusatzes in einem Sammelbehälter 1 bereitgehalten,
von wo aus sie mit Hilfe einer Pumpe 2 durch eine Rohrleitung v abgezogen und in
Form eines Sprühstrahls in eine Mischkammer 4 gefördert wird. In diese Mischkammer
4 wird mit einer konstanten Geschwindigkeit durch eine Leitung 5 pulverförmige Brennstoffasche
eingeführt. Das Gemisch aus pulverförmiger Brennstoffasche (PFA) Wasser und organischem
Zusatz wird in einem Granulator 6 weiter durchmischt, von wo aus das Material in
eine Batterie Pelletisierpressen 7 wandert. Die "grünen" Pellets aus den Pelletisierpressen
7 werden in einen Ofen 8 herkömmlicher Bauart gefördert, der eine Vorrichtung aufweist,
mit der die Pellets durch ihn hindurchgefördert werden, um dann in eine Sammelzone
9 ausgetragen zu werden. Bei einem typischen Beispiel sind die Pelletisierpressen
7 so angeordnet, daß sie "grüne" Pellets in einer Größe von 3,2 -76,2 mm herstellen,
d. h. annähernd in den Abmessungen, wie sie bei dem in der Natur auftretenden Kies
zu finden sind.
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Zur Herstellung von Granalien können sogenannte Granulierteller dienen,
die in Schräglage arbeiten und einen Tellerrand aufweisen. Mittels solcher Granulierteller
kann eine starke Verdichtung der Granalien erreicht werden, die durch Verwendung
geeigneter Annetzmittel noch gesteigert werden kann. Eine stärkere Verdichtung kann
auch dadurch erreicht werden, daß zwei oder mehrere Granulierteller hintereinander
geschaltet werden. Auch ist es möglich, die strukturelle Verfestigung der Granalien
durch Einstellung der Tellerumlaufgeschwindigkeiten zu beeinflussen. Der Granuliervorgang
bietet auch die Möglichkeit 9 die Schalenbildung der Granalien zu beeinflussen,
so daß verschiedene Schalen aus verschiedenen Stoffen oder Stoffgemischen entstehen
können, so daß dadurch
die Reaktionsfähigkeit zwischen organischen
Verbindungen und anorganischen Stoffen günstig beeinflußt wird.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele für das neuartige Verfahren
beschrieben: Beispiel 1 Dieses Beispiel bezieht sich auf die Herstellung eines künstlichen
Kieses unter Verwendung pulverisierter Brennstoffasche, wie sie von den mit Kohlenstaub
betriebenen Kraftwerken erhältlich ist.
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Wenn der Kohlenstaub in den Öfen der Elektrizität erzeugenden Kraftwerke
verbrannt wird, so entsteht eine feine Asche, die häufig mit den Verbrennungsgasen
weggetragen wird und aus ihnen abgeschieden werden muß. Diese Asche wird häufig
pulverisierte Brennstoffasche genannt und ist auch als Flugasche bekannt, sie wird
deshalb hier mit Flugasche bezeichnet.
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Die feinen Teilchen der Flugasche enthalten aufgrund der unvollstandigen
Verbrennung des Kohlenstaubes im Ofen einen gewissen Restkohlenstoffs wobei jedoch
die Menge von einem Kraftwerk zum anderen stark schwankt, wobei sich sogar Schwankungen
während des Betriebes des einzelnen Kraftwerks einstellen. Das hier beschriebene
Verfahren erlaubt, daß alle Arten und Varianten der Flugasche zu künstlichem Kies
verarbeitet werden, und zwar unabhängig von der in der Asche befindlichen restlichen
Kohlenstoffmenge.
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Die Flugasche kann direkt von dem Ofen weggeführt und für das hier
beschriebene Verfahren benutzt werden und läßt sich mit einer wässrigen Lösung oder
Suspension der gewünschten organischen Verbindung, beispielsweise mit einer 2-prozentigen
Stärkesuspension oder einer 2-prozentigen Dextrinlösung oder mit dem Schlamm besprühen,
der in Abwasserkläranlagen anfällt.
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Der Wassergehalt der besprühten Teilchen wird durch Verdampfung auf
einen Wert unter 10 ffi verringert, so daß eine ausreichend steife, breiartige Masse
entsteht, die sich leicht zu grünen Preßlingen formen läßt. Die feuchte Masse wird
einer Tablettisiermaschine derart zugeführt, wie sie bei der Herstellung pharmazeutischer
Tabletten verwendet wird, und die Formteile dieser Maschine werden unter dem Stoß
der Maschinenstempel hohen Drücken ausgesetzt. Die hergestellten, stark zusammengepreßten
Tabletten werden aus dem Formgesenk ausgeworfen und zu einem Ofen transportiert,
beispielsweise einem Muffelofen, oder sie werden auf ein Sinterband gefördert. In
dem Ofen oder auf dem Sinterband laufen die ~grünen" Tabletten in einer Hochtemperaturzone,
die am Eintrittsende eine Temperatur von wenigstens 9000 a aufweist, wobei der Temperaturgradient
so schnell wie möglich auf 1150 - 13500 C erhöht wird. Dabei findet ein rasches
Sintern oder Koaleszieren bzw. Verschmelzen der anorganischen Teilchen statt, und
nach einer Zeitspanne von nicht weniger als zwei Minuten läßt sich das Endprodukt
aus dem Ofen oder von dem Sinterband entfernen. Wenn die Preßlinge längere Zeiträume
in dem Ofen gehalten werden, so entstehen Tabletten geringerer Dichte, so daß je
nach Wunsch dichte oder leichte künstliche Zuschlagstoffe erhalten werden können.
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Ein typisches Beispiel für die Verwendung dieser Produkte bei der
Herstellung von Betonzuschlagstoffen zeigen die folgenden Versuche.
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Blöcke aus diesen künstlichen Stoffen wurden mit anderen Blöcken verglichen,
die aus natürlichem Kies gefertigt wurden, wobei diese Blöcke den genormten Versuchen
unterworfen wurden, welche zu den folgenden Werten führten: Größe der Blöcke: Würfel
mit einer Kantenlänge von 15,24 cm; Dauer der Verfestigung der Blöcke: 28 Tage;
künstliche Zuschlagstoffe und natürlicher Kies vermischt mit 50 Vol-Sand/Zement
in einem Mischungsverhältnis von 5 : 1.
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künstlicher natürlicher Kies Kies Proben No. 1 2 3 Gewicht gr/cm3
2,06 2,37 2,37 Bruchfestigkeit to 21,75 28,0 26,0 Festigkeit kp/cm2 214 276 256
Die wesentlichen Merkmale, die sich aus den obigen Versuchen ergaben, waren die
Äquivalenz beider Arten Zuschlagstoffe in bezug auf ihre Bruchfestigkeit sowie das
stark reduzierte Gewicht des aus den künstlichen Materialien hergestellten Zuschlagstoffes.
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Zur Herstellung einer gewünschten Vielfalt verschieden großer Preßlinge
lassen sich mehrere Tablettierungsmaschinen oder ähnliche Pressen verwenden oder
in einer einzigen Maschine unterschiedlich große Preßformen. Alle Preßlinge werden
zusammen durch die Hochtemperaturzone geschickt, so daß das ausgetragene Material
eine Mischung künstlicher Zuschlag stoffteilchen enthält, deren Korngröße im gewünschten
Be reich liegt, so daß ein Zuschlagstoff brauchbarer Güte erzeugt wird.
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Anstelle der Pelletisierungspressen der in der Zeichnung dargestellten
Vorrichtung lassen sich auch Brikettiervorrichtungen mit ähnlichen Resultaten verwenden.
Das Materinal wird in diesem Fall ebenfalls durch Walzen und Pressen e"Z-trudiert,
wie sie beispielsweise zur Herstellung von Zemrnt formstücken und Brammen dienen,
unci ca zusammengepreßte Material wurde auf die gleiche oben beschriebene Weize
einet Wärmebehandlung unterworfen. Die Dichte der gebrannten 2reßlinge läßt sich
durch niedrigere Temperaturgradienten erhöhen, jedoch ändern sich die genauen Grenzen
in Abhängigkeit von dem Entstehungsort der Flugasche. Auf diese Weise
können
Zuschlagstoffe verhältnismäßig hoher Dichte für normale Betontypen hergestellt werden.
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Beispiel 2 Herstellung von Zuschlagstoffen aus Kohlebergwerksabfällen
Bei diesem Beispiel wird eine Verfahrensweise benutzt, die derjenigen ähnlich ist,
wie sie im Zusammenhang mit der Verwendung von Flugasche zur Anwendung gelangt.
Bei Kohlewaschanlagen fällt ein Schlamm ab, dessen Menge bis zu 380 1 pro Minute
groß sein kann. Die Feststoffe in diesem Schlamm bilden ein tonähnliches Sediment,
das Teilchen fein zerteilter Kohle enthält. Normalerweise läßt man dieses Sediment
sich in Lagunen absetzen oder entfernt es mit Hilfe von verschiedenartigen Filtrierprozessen.
Zum Kohlenwaschen werden verschiedene anorganische Chemikalien verwendet, die teilweise
in dem Schlamm mit ausgetragen werden. In einigen Fällen werden Eindickungs- oder
Flockungsmittel, beispielsweise Stärke, benutzt, um die Sedimentation zu beschleunigen,
und diese Mittel werden ebenfalls mit in dem abgelagerten Sediment eingeschlossen
und eventuell auf die Berwerksabras halden geworfen. Demzufolge ändert sich die
Verarbeitung des Kohlebergwerkabfalls zu pelletisierten Teilchen zwecks Wärmebehandlung
von Kohlengrube zu Kohlengrube, und die Notwendigkeit für die Benutzung weiterer
organischer Zusätze hängt von dem zur Anwendung gelangenden Kohleriwaschprozeß ab.
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Wenn die diesbezüglichen Bedingungen geklärt sind, dann ei folgt die
Herstellung des Zuschlagstoffes in etwa auf dieselbe Weise, wie dies oben im Zusammenhang
mit der Flugasche beschrieben ist. Der Wassergehalt des Breis wird auf etwa 19 Vol-#
verringert und der Brei wird mit Stärke oder Uextrirr oder verschiedenen Zellulose
arten und Alginsäuren vermischt.
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Diese orgahischen Zusätze bringen den Wassergehalt in einem wässrigen
organischen Zusatz ins Gleichgewicht, so da>» er sich für den Preßvorgang eignet.
imine Batterie Pelletisiermaschinen preßt das Gemisch in genau bemessene #n## eforirt#'
Preßlinge,
die dann in die Öfen oder auf ein Sinterband befördert und rasch auf Temperaturen
unterhalb 13500 C erhitzt werden. Anstelle der in der Zeichnungsfigur gezeigten
Pelletisierungspressen wurden Brikettiermaschinen mit ähnlichen Resultaten eingesetzt.
Das Material wurde ebenfalls durch Walzen und Pressen extrudiert, wie sie beispielsweise
bei der Herstellung von Zementformkörpern und Brammen oder Blöcken verwendet werden,
und der Preßling wurde in derselben Weise wie oben beschrieben einer Wärmebehandlung
unterworfen. Die genaue Höhe der benutzten maximalen Temperatur wird durch den Kohlegehalt
des Abfalls und durch die eingesetzten organischen Zuschläge bestimmt. Die Pelletisierungsmaschinen
arbeiten mit Stoßgeschwindigkeiten von nicht über ein Impuls pro Sekunde und erzeugen
Drücke von über 6 Tonnen.
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Beispiel 3 Pulverisierte Brennstoffasche wurde wie im Beispiel 1 gemischt,
und der Brei wurde durch Walzenpressen geschickt, wie sie beispielsweise bei der
Herstellung von Dachziegeln oder Betonplatten verwendet werden.
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Platten aus zusammengepreßtem Produkt die etwa 5 cm dick waren, wurden
unmittelbar in einen Ofen geschickt, dessen Temperatur über 13000 C lag. Das gesinterte
Produkt konnte sich dann abkühlen und wurde zerbrochen und in zwei Größenbereiche
eingeteilt, von denen der eine den Bereich zwischen 12 7 - und 4,8 mm und der andere
den Bereich zwischen 4>8 und 0 mm betraf. Die Gemische mit Zement wurden zu Blöcken
geformt, die den Normenversuchen unterworfen wurden, welche zu folgenden Werten
führten: Größe der Blöcke: Würfel mit einer Kantenlänge von 15,2 cm; Dauer des Erhärtens
der Blöcke: 28 Tage; beide Größenbereiche mit 50 Vol-% Sand/Zement im Verhältnis
5 : 1 gemischt.
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12,7 - 4,8 mm 4,8 - O mm Gewicht gr/cm3 1,98 1,98 Bruchfestigkeit
to 73,5 79,5 Festigkeit kp/cm2 320 348 Die von diesem Produkt erhaltenen Ergebnisse
zeigen, daß sich das Verfahren zur Herstellung von Zuschlagmaterial verwenden läßt,
das nicht die äußeren Fornmerkmale aufweisen muß, wie sie in den beiden vorherigen
Beispielen erhalten wurden.
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In dem hier beschriebenen Verfahren können auch verschiedene andere
feine anorganische, teilchenförmige Materialien verwendet werden, wobei speziell
an Lehm oder Ton gedacht ist die bereits in der Industrie in der sogenannten gequollenen
oder gesinterten Form verwendet werden. Derartige Tonteilchen werden bei der Herstellung
leichter Zuschlagstoffe und Ziegel weit verbreitet verwendet und lassen sich in
Vorrichtungen ähnlich derjenigen behandeln, wie sie in der Zeichnung dargestellt
ist, wobei die Tonteilchen und die gelösten oder suspendierten organischen Stoffe
in einem Schneckenextruder miteinander vermischt werden. Die Vorfertigung von Materialien
wie künstliches Aluminiumoxid oder Kohlenstaub oder Kaolin kann auch als Beispiel
für Materialien dienen, die auf diese Weise in hitzebeständige, künstliche Produkte
verwandelt werden können.
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Beispiel 4 Herstellung von Zuschlagstoffen aus Kohlebergwerkabraum,
abgelagert auf Bergwerkskippen bzw. Kohlenhalden.
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Das Material einer Kohlenhalde in Südwales, das Schieferbruch und
zugehöriges Gestein sowie Kohle enthielt, wurde zu Pulver mit einer Korngröße von
unter O42 mm gemahlen. Es wurde dann
mit nassem Schlamm gemischt,
der einer örtlichen Kläranlage entnommen wurde. Das Mengenverhältnis von Klärschlamm
zu Pulver wurde entsprechend der Herstellung einer brauchbaren Paste variiert, und
diese Paste wurde dann. einer Brikettiermasc#hine zugeführt die Eierbriketts von
5,08 cm Durchmesser erzeugte. Diese "grünen" Briketts wurden in einem Ofen bei einer
Temperatur von 900 - 13500 C behandelt. Das aus dem Ofen austretende Material wurde
rasch in Wasser abgekühlt.
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Auf diese Weise wurde ein schnelles Verfahren zur Ausnutzung von Bergwerkshalden
entwickelt, mit dem sich gesteinsähnliche Zuschlagstoffe erzeugen lassen, die sich
als Ballaststoffe und Zuschlag für Beton bei der Herstellung von Gebäudefundamenten
und Straßen eignen.
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Die zum Beispiel auf Seite 10 erwähnte Abkürzung (PFA) bedeutet ~pulverised
fuel ash, Wesentlich ist also bei dem Verfahren nach der Erfindung, daß sowohl Preßlinge
als auch Granalien verwendet werden können. Durch Versuche wurde ermittelt, daß
beim Granulieren mindestens die gleiche Dichtigkeit wie beim Herstellen von Preßlingen
erreicht werdenkann und zwar bei Preßlingen unter Verwendung der angegebenen Drücke.
Es könnte aber auch zweckmäßig sein, Formlinge durch kombinierte Anwendung durch
Granulieren und Pressen herzustellen, wobei es auch zweckmäßig sein könnte, in bestimmten
Fällen zuerst zu granulieren und in anderen Fällen zuerst die Formlinge einem Druck
auszusetzen.
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In diesem Fäll wäre es also möglich, den Kern als Formling durch Druck
herzustellen und danach diesen Kern einem Granuliervorgang auszusetzen, durch den
der Kern ein oder mehrere Schalen aus verschiedenen und beliebigen Stoffen erhalten
kann.