DE4128963A1 - Fluorine-resistant alumino-silicate refractory material - contains lime component for protective layer formation, used for e.g. lining chambers, electrolytic aluminium@ prodn. vessel, etc. - Google Patents

Fluorine-resistant alumino-silicate refractory material - contains lime component for protective layer formation, used for e.g. lining chambers, electrolytic aluminium@ prodn. vessel, etc.

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DE4128963A1 DE19914128963 DE4128963A DE4128963A1 DE 4128963 A1 DE4128963 A1 DE 4128963A1 DE 19914128963 DE19914128963 DE 19914128963 DE 4128963 A DE4128963 A DE 4128963A DE 4128963 A1 DE4128963 A1 DE 4128963A1
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    • C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/08—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
    • C25C3/085—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes characterised by its non electrically conducting heat insulating parts

Abstract

Fluorine-resistant refractory material, consists of (i) a basic matrix of 20-97 wt. % aluminosilicate raw material; (ii) a binder matrix of 2.5-65 wt. % clay and opt. finely ground ceramic raw materials of aluminosilicate type; and (iii) 0.5-15 wt. % lime component. The material pref. contains 13-98 (pref. more than 70) % Al203. The basic matrix pref. has a particle size of 0.2-4mm and may comprise fire=clay, bauxite, corundum, alumina, mullite or andalusite. The binder matrix pref. has a particle size of less than 0.2mm. The lime component pref. has a particle size of less than 2mm and may be burnt lime, slaked lime, calcium carbonate etc. USE/ADVANTAGE - The material is used (a) for lining chambers in which fluorine can occur (e.g. in waste incineration, waste gas cleaning and cement mfr) (b) for lining electrolytic Al prodn. vessels; and (c) in the form of spent material with at least 70% Al2O3 content as raw material for aluminium prodn. It can be used as surface levelling material or a joint filler or as fired bricks. The lime component causes formation of a surface protective layer providing high resistance to attack by fluorine-contg. media

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen feuerfesten, gegen fluorhaltige Medien beständigen Werkstoff und dessen Anwendung. Der Werkstoff kann in Form von Steinen oder in schüttbarer Form zur Auskleidung von Räumen, Gefäßen oder Schmelzöfen eingesetzt werden, in denen fluorhaltige Gase, Kryolith und gegebenenfalls andere fluorhaltige Medien auftreten.The invention relates to a refractory, against fluorine-containing media resistant material and its Application. The material can be in the form of stones or in pourable form for lining rooms, vessels or Furnaces are used, in which fluorine-containing Gases, cryolite and possibly other fluorine-containing Media occur.

Bei feuerfesten, aluminosilikatischen Werkstoffen reagieren Fluoride mit den Hauptkomponenten Al2O3 und SiO2 über komplexe Korrosionsmechanismen. Dabei treten beispielsweise flüchtige Siliziumfluoride und Schmelzphasen auf, die das Werkstoffgefüge auflockern und zerstören. Auch feuerfeste Steine mit einem geringen Si- Gehalt, wie beispielsweise Korundsteine sind nicht beständig.For refractory, aluminosilicate materials, fluorides react with the main components Al 2 O 3 and SiO 2 via complex corrosion mechanisms. In this case, for example, volatile silicon fluorides and melting phases occur, which loosen up and destroy the material structure. Even refractory bricks with a low Si content, such as corundum stones are not resistant.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen feuerfesten Werkstoff zu schaffen, der gegenüber fluorhaltigen Medien eine hohe Beständigkeit aufweist.The object of the invention is therefore to provide a refractory Material to create, compared to fluorine-containing media has a high resistance.

Diese Aufgabe wird mit einem Werkstoff gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche 2 bis 5 geben bevorzugte Merkmale des Werkstoffs an. Die Ansprüche 6 bis 8 beziehen sich auf eine bevorzugte Verwendung des Werkstoffes.This object is achieved with a material according to the claim 1 solved. The dependent claims 2 to 5 give preferred Characteristics of the material. The claims 6 to 8 refer to a preferred use of the Material.

Die Grundmatrix des Werkstoffes besteht aus anteilig 20 bis 97 Gew.-% aufbereiteter, aluminosilikatischer und insbesondere tonerdereicher Rohstoffe wie Schamotte, Bauxit, Korund, Tonerde, Mullit oder Andalusit, die auch in Kombination eingesetzt werden können. Die Bindematrix mit 2,5 bis 65 Gew.-% wird aus Ton gegebenenfalls mit Zusatz von feingemahlenen Rohstoffen der vorgenannten Arten gebildet. Erfindungsgemäß ist außerdem eine Kalkkomponente in einer Menge von 0,5 bis 15 Gew.-% zugefügt. Als Kalkkomponente kann z. B. Brandkalk, gelöschter Kalk, Kalziumcarbonat usw. eingesetzt werden.The basic matrix of the material consists of a proportionate 20 to 97 wt .-% of recycled, aluminosilicate and especially high-grade raw materials such as fireclay, Bauxite, corundum, clay, mullite or andalusite, too  can be used in combination. The binding matrix with 2.5 to 65 wt .-% of clay optionally with Addition of finely ground raw materials of the aforementioned Species formed. According to the invention is also a Lime component in an amount of 0.5 to 15% by weight added. As Kalkkomponente z. B. lime, slaked lime, calcium carbonate, etc. are used.

Aus der Mischung der Bestandteile kann durch ein schüttfähiges rieselfähiges und körniges Produkt gebildet werden, welches als Ausgleichsmasse, als Stampfmasse oder als Fugenfüller verwendbar ist.From the mixture of ingredients can by a pourable free-flowing and granular product formed be used as a balancing mass, as ramming mass or usable as joint filler.

Die Bestandteile können auch durch Formen und Pressen chemisch und/oder durch einen Temper- beziehungsweise Brennprozeß, insbesondere zu geeigneten Formsteinen verfestigt werden.The ingredients can also be made by molding and pressing chemically and / or by a tempering or Firing process, in particular to suitable shaped bricks be solidified.

Die in der Bindematrix des Werkstoffes eingelagerte Kalkkomponente bildet beim Angriff von Fluoriden aus Gasen und anderen Medien wie z. B. Kryolith Passivierungsschichten auf den Oberflächen und schützt den Werkstoff gegen den korrosiven Angriff. Hierdurch wird einer Auflösung und somit Zerstörung des Werkstoffes entgegengewirkt. Auf diese Weise bleibt das Material beziehungsweise der Stein in seinem Volumen im wesentlichen stabil.The embedded in the binding matrix of the material Lime component forms during the attack of fluorides Gases and other media such as B. cryolite Passivation layers on the surfaces and protects the material against the corrosive attack. This will a dissolution and thus destruction of the material counteracted. This way the material stays or the stone in its volume in the substantially stable.

Die Steine können entsprechend ihrer Rohstoffzusammensetzung und Korngrößenverteilung mit Rohdichten von 0,4 g/cm3 bis 3,3 g/cm3 gefertigt werden. Für die Herstellung von geformten Produkten mit niedriger Rohdichte können organische Substanzen, wie z. B. Sägemehl, Styropor, Naphthalin usw. als Ausbrenn- oder Ausdampfstoffe zugegeben werden. The stones can be manufactured according to their raw material composition and particle size distribution with bulk densities of 0.4 g / cm 3 to 3.3 g / cm 3 . For the production of molded products with low bulk density, organic substances such. As sawdust, polystyrene, naphthalene, etc. are added as Ausbrenn- or evaporators.

Für den Werkstoff wird ein Kornaufbau gewählt, der in der Grundmatrix 0,1 bis 6 mm vorzugsweise 0,2 bis 4 mm, insbesondere über 0,5 mm mittlerer Korndurchmesser, in der Bindematrix kleiner als 0,5 mm vorzugsweise kleiner als 0,2 mm und in der Kalkkomponente bis 5 mm vorzugsweise kleiner als 2 mm aufweist. Durch die Rohstoffwahl und die Korngröße des Stützkorns lassen sich Rohdichte und Wärmeleitfähigkeit und auch der Tonerdegehalt in dem angegebenen Bereich einstellen.For the material, a grain structure is chosen, which in the Basic matrix 0.1 to 6 mm, preferably 0.2 to 4 mm, in particular over 0.5 mm mean grain diameter, in the binding matrix is less than 0.5 mm, preferably smaller than 0.2 mm and in the lime component to 5 mm preferably less than 2 mm. By the Choice of raw materials and grain size of the supporting grain can be Bulk density and thermal conductivity and also the Alumina content in the specified range adjust.

Infolge der sich bildenden Schutzschichten können die Werkstoffe dort eingesetzt werden, wo ein Angriff durch fluorhaltige Medien zu erwarten ist. Erfindungsgemäß wird daher die Anwendung des Werkstoffes zur Auskleidung von Räumen und Gefäßen, in denen fluorhaltige Medien auftreten können, verwendet wie bei der Müllverbrennung, der Abgasreinigung und der Zementherstellung. Außer zur Anwendung in Verbrennungsräumen sind in geeigneter Weise geformte Produkte auch zum Einsatz in der chemischen Industrie verwendbar.Due to the forming protective layers, the Materials are used where an attack by fluorine-containing media is expected. According to the invention therefore the application of the material to the lining of Spaces and vessels containing fluorochemical media can occur as used in waste incineration, emission control and cement production. Except for Application in combustion chambers are appropriate Shaped products also used in chemical Industry usable.

Eine besonders bevorzugte Anwendung des Werkstoffes und der aus ihm gebildeten Formsteine ist die Auskleidung von Gefäßen bei der elektrolytischen Herstellung von Aluminium.A particularly preferred application of the material and the molded blocks formed from it are the lining of Vessels in the electrolytic production of Aluminum.

In diesem Fall kann z. B. der Boden des Gefäßes eine obere Sperrschicht gegen Kryolith aus Formsteinen mit 20 Gew.-% tonerdereichen Komponenten aufweisen, die gegen Kryolith beständig ist, sowie darunter eine weitere Sperrschicht gegen fluoridhaltige Gase mit 80 Gew.-% tonerdereichen Komponenten.In this case, z. B. the bottom of the vessel a upper barrier layer against cryolite from shaped bricks with 20 wt .-% toner-rich components that against Cryolite resistant, as well as another Barrier against fluoride-containing gases at 80% by weight Toner-rich components.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß verbrauchte oder beschädigte Werkstoffe sowie auch Reste bei der Herstellung und Montage, soweit der Werkstoff einen Al2O3-Gehalt von wenigstens 70% vorzugsweise 80 Gew.-% aufweist, als Rohmaterial bei der Aluminiumherstellung eingesetzt werden kann. Insbesondere Auskleidungen von Aluminiumöfen, die mit Fluor belastet sind, können nach ihrer Zerkleinerung als Rohstoff bei der Aluminiumherstellung in Schmelzöfen zugesetzt und wieder verwendet werden, so daß eine Deponierung dieses mit Fluor belasteten Materials entfällt.In a further embodiment of the invention, it is provided that used or damaged materials as well as residues in the manufacture and assembly, as far as the material has an Al 2 O 3 content of at least 70%, preferably 80 wt .-%, used as a raw material in the production of aluminum can be. In particular linings of aluminum ovens loaded with fluorine can be added after their comminution as a raw material in the aluminum production in melting furnaces and reused, so that a landfill of this loaded with fluorine material is eliminated.

Beispielexample

Zur Herstellung von Steinen wurde von einer Mischung folgender Stoffe ausgegangen:For the production of stones was made of a mixture the following substances:

Gew.-%Wt .-% Grundmatrix @basic matrix @ Bauxit (Korngröße 0,2-3 mm)Bauxite (grain size 0.2-3 mm) 7575 Bindematrix @binding matrix @ Bauxit Feinmehl (<0,2 mm)Bauxite fine flour (<0.2 mm) 1515 Tonvolume 7,57.5 Kalklime 2,52.5

Die erhaltene Mischung wurde unter Zusatz von 1 Gew.-% eingedickter Sulfitablauge und 3 Gew.-% Wasser unter einem Druck von 40 bis 60 N/mm2 zu Steinen verformt. Diese Steine hatten nach einem Brand bei 1325° C folgende chemisch-physikalisch-technologischen Eigenschaftswerte:The resulting mixture was formed into stones with the addition of 1% by weight of concentrated sulfite liquor and 3% by weight of water under a pressure of 40 to 60 N / mm 2 . These stones had the following chemical-physical-technological properties after fire at 1325 ° C:

Raumgewicht, g/cm³Density, g / cm³ 2,52.5 offene Porosität, %open porosity,% 27,527.5 Druckfestigkeit bei Raumtemperatur, N/mm²Compressive strength at room temperature, N / mm² 2626 Al₂O₃-Gehalt, %Al₂O₃ content,% 80,580.5

Werkstoffmuster wurden einem Fluorbeständigkeitstest ausgesetzt, welcher speziell vom Institut SINTEF/ALILAB (Norwegen) in Zusammenarbeit mit der Aluminiumindustrie entwickelt wurde. Der im Beispiel angeführte Stein wies mit dem Restergebnis von -0,04 Vol-% eine hohe Volumenbeständigkeit auf. Nicht erfindungsgemäße Steine haben bei diesem Testverfahren eine Volumenzunahme in der Größenordnung von +0,7 bis +3,2 Vol-%. Aufgrund seines Al2O3-Gehaltes von < 80 Gew.-% ist dieser Werkstoff als Rohmaterial für die Aluminiumherstellung geeignet.Material samples were subjected to a fluorine resistance test, which was specially developed by the SINTEF / ALILAB Institute (Norway) in collaboration with the aluminum industry. The stone quoted in the example showed a high volume stability with the residual result of -0.04% by volume. Non-inventive bricks have in this test method an increase in volume in the order of +0.7 to +3.2 vol%. Due to its Al 2 O 3 content of <80 wt .-%, this material is suitable as a raw material for aluminum production.

Claims (8)

1. Feuerfester, gegen fluorhaltige Medien beständiger Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer Grundmatrix von anteilig 20 bis 97 Gew.-% aus aufbereiteten, aluminosilikatischen Rohstoffen, einer Bindematrix von anteilig 2,5 bis 65 Gew.-% Ton und gegebenenfalls feingemahlenen keramischen Rohstoffen der vorgenannten Art und 0,5 bis 15 Gew.-% einer Kalkkomponente besteht.1. Refractory, resistant to fluorine-containing media material, characterized in that it consists of a base matrix of a proportionately 20 to 97 wt .-% of prepared, aluminosilicate raw materials, a binder matrix of proportionately 2.5 to 65 wt .-% clay and optionally finely ground ceramic raw materials of the aforementioned type and 0.5 to 15 wt .-% of a lime component. 2. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Al2O3-Gehalt zwischen 13 und 98 Gew.-% beträgt.2. Material according to claim 1, characterized in that the Al 2 O 3 content is between 13 and 98 wt .-%. 3. Werkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Al2O3-Gehalt über 70% beträgt.3. Material according to claim 2, characterized in that the Al 2 O 3 content is over 70%. 4. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße der Grundmatrix 0,2 bis 4 mm, der Bindematrix kleiner als 0,2 mm und der Kalkkomponente kleiner als 2 mm beträgt.4. Material according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the grain size of the base matrix is 0.2 to 4 mm, the binding matrix smaller than 0.2 mm and the Lime component is less than 2 mm. 5. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er geformt und chemisch und/oder durch einen Temper- oder Brennprozeß verfestigt ist.5. Material according to one of claims 1 to 4, characterized characterized in that it is shaped and chemically and / or is solidified by an annealing or firing process. 6. Anwendung des Werkstoffes nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er zur Auskleidung von Räumen, in denen Fluor auftreten kann, verwendet wird wie bei der Müllverbrennung, der Abgasreinigung und der Zementherstellung.6. Application of the material according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that it for lining rooms where fluorine occurs can be used as in refuse incineration, the Exhaust gas purification and cement production. 7. Anwendung des Werkstoffes nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er zur Auskleidung der Gefäße bei elektrolytischen Aluminiumherstellung verwendet wird. 7. Application of the material according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that it for lining the vessels in electrolytic Aluminum production is used.   8. Anwendung des Werkstoffes nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, insbesondere von nicht mehr brauchbarem Material mit einem Al2O3-Gehalt von wenigstens 70% als Rohmaterial für die Aluminiumherstellung.8. Application of the material according to one or more of claims 1 to 7, in particular of no longer usable material having an Al 2 O 3 content of at least 70% as a raw material for the production of aluminum.
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