DE4138009A1

DE4138009A1 - Verfahren zur herstellung von kalkhydrat mit kontrollierter temperatur

Info

Publication number: DE4138009A1
Application number: DE4138009A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: CHEMICAL LIME Co FORT WORTH TEX US; Chemical Lime Co
Current assignee: CHEMICAL LIME Co FORT WORTH TEX US; Chemical Lime Co
Priority date: 1990-11-21
Filing date: 1991-11-19
Publication date: 1992-05-27
Anticipated expiration: 2011-11-20
Also published as: CA2055925A1; CA2055925C; FR2669327A1; FR2669327B1; US5332436A; DE4138009C2; BE1006309A4

Description

Diese Anmeldung ist eine Fortführungsanmeldung der früher hinterlegten Anmeldung, Serial No. 07/6 16 363, angemeldet am 21. November 1990 mit dem Titel "Verfahren zum Erhöhen der plastischen Eigenschaften von hydriertem Kalk".

Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf ein Verfah ren zum Erhöhen des Oberflächenbereichs und der plasti schen Eigenschaften von Kalk, insbesondere hydriertem Kalk. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur chemischen Modifizierung der Reaktion der Hydrierung von ungelöschtem Kalk mit einem chemischen Modifikator, um einen viel höheren Oberflächenbereich des Kalkhydrats zu erreichen.

Kalkhydrat wird üblicherweise hergestellt, wenn un gelöschter Kalk (Kalzium oder Magnesiumoxid) mit Wasser reagiert. Diese Reaktion ist exothermisch mit etwa 500 Btu/lb sich ergebenden ungelöschtem Kalk. Das Volumen der Kalkpartikel erhöht sich auf bis zu 94% bei CaO und 119% bei Magnesiumoxid. Die wahrscheinlichste Erklärung für diesen Mechanismus des Hydrierverfahrens ist, daß die Hydrierung an den aktivsten Stellen des Kalkkristalls beginnt, wodurch ein Volumenanstieg und eine Deformation (Belastung) des Kristalls erfolgen. Die Deformation be wirkt, daß die Kalkpartikel weiter aufbrechen, so daß das Wasser zusätzliche aktive Stellen erreichen kann und das Hydrieren fortgesetzt wird. Diese Tätigkeit wird fortge setzt, bis der gesamte aktive Kalk hydriert ist. Wenn sich die aktiven Stellen auf den Kalkkristallen verringern, wird die Hydriertätigkeit verlangsamt, und die Wärmeent wicklung wird beendet.

Es ist bekannt, daß größere Oberflächenbereiche von Chemi kalien die chemische Aktivität solcher Chemikalien erhö hen. Daraus ergibt sich, daß ein größerer Oberflächenbe reich bei vielen Anwendungen ein Vorteil ist. Wenn bei spielsweise Kalk wegen seiner plastifizierenden Eigen schaften verwendet wird, so gestattet ein größerer Ober flächenbereich die Verwendung von verringerten Kalkmengen, wobei jedoch die gewünschte Verarbeitungsfähigkeit erhal ten bleibt.

Die relative Aktivität des ungelöschten Kalks und die Temperatur des Hydratwassers werden den Oberflächenbereich des sich ergebenden hydrierten Kalks bestimmen. Die chemi sche Aktivität des hydrierten Kalks ist abhängig von der Partikelgröße, und je kleiner die Kristallgröße ist, umso größer ist der Oberflächenbereich des hydrierten Kalks. Obwohl eine erhöhte Wassertemperatur im allgemeinen vor teilhaft ist, so besteht eine Einschränkung einer erhöhten Temperatur während des Hydrierungsverfahrens, daß das Wasser in einem flüssigen Zustand verbleiben muß, um sehr kleinen Hydratpartikel, die große Oberflächenbereiche er geben, zu erzeugen. Wasser in überhitztem Zustand oder Dampfzustand (d. h. unter Dampf) erzeugt Hydrate mit sehr niedrigem Oberflächenbereich. Solches Hydrat, das unter unkontrollierten Temperaturbedingungen erzeugt wird und das hier als "Hochtemperaturhydrat" bezeichnet wird, ist mit dichter und schneller Erstarrung befunden als eine Hy dratsuspension; es ist in Form von Kitt weniger plastisch, langsamer in der Reaktion beim Ätzen und im allgemeinen minderwertig gegenüber "kontrolliertem Temperaturhydrat", das unter kontrollierten Temperaturbedingungen erzeugt wird.

In dem Artikel "Hydration Control For Production Of Supe rior Calcium Hydroxite And Hydration Of Magnesium Oxide", Azbe Corporation, Februar 1949, wird beispielsweise dieser Aspekt der Kalkhydrierung diskutiert. Der Azbe-Artikel diskutiert eine mechanische Vorrichtung und ein Verfahren zum Kontrollieren der Temperatur des Hydrierwassers inner halb des Reaktionsgefäßes. Die mechanische Vorrichtung und das Verfahren der Anwendung sind schwierig und teuer.

Es ist daher die Aufgabe dieser Erfindung, einen hydrier ten Kalk zu erzeugen, entweder mit hohem Kalziumgehalt oder dolomitisch, gekennzeichnet durch einen erhöhten Oberflächenbereich, verglichen mit demjenigen des herkömm lichen Kalkhydrats, bei dem ein chemischer Modifikator zur Kontrolle der Temperatur des Hydrierwassers benutzt wird, um in dem sich ergebenden Hydrat erhöhte Oberflächenberei che vorzusehen.

Eine andere Aufgabe dieser Erfindung ist es, einen hy drierten Kalk zu erzeugen, der die Fähigkeit des Kalks erhöhen wird, Wasser zu halten und plastischer zu machen.

Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, einen hy drierten Kalk zu erzeugen, der in Mörtel in kleineren Anteilen verwendet werden kann als er in der allgemeinen Praxis verwendet wird und der doch die von Normen und Standards verlangte Handhabbarkeit beibehält.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Hydrier reaktion des Magnesiums, d. h. Dolomit, ungelöschter Kalk, zu erhöhen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Modifika tor für einen dolomitischen ungelöschten Kalk vorzusehen, der die Magnesiumhydrierreaktion auf weniger als eine Stunde katalysiert, verglichen mit einer normalen 24-Stun den-Reaktionsrate.

Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Verfah ren zur Erzeugung eines dolomitisch hydrierten Kalks vor zusehen, der für Mörtel geeignet ist ohne Verwendung von Druckverfahren der Hydrierung.

Eine andere Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines hydrierten Kalkschlamms mit sehr hohem Oberflächenbereich vorzuschlagen, der sich nahe einer fossilen Brennstoff-Kesselanlage befinden kann und der ein hochaktives Säuregassorbens für Sprühskrubber ergibt.

Eine andere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erzeugung eines chemisch sehr reaktiven hydrierten Kalkschlamms vorzusehen, der sich nahe einer Chemieanlage befinden kann, beispielsweise bei rekaustizierenden Ar beiten und solche Schlämme für chemische Verfahren vor zusehen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen hydrier ten Kalk vorzusehen, der den Betrag von speziellen Zusät zen verringert, die in Fertigmörteln verwendet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren erzeugt ein verbessertes Kalkhydrat, das durch Oberflächenbereiche größer als 20 m²/g gekennzeichnet ist und mit Kristallen in Form von dünnen, flachen Plättchen anstelle von klumpigen und un ebenen Massen. Das Verfahren schließt die Schritte ein, das Wasser und den ungelöschten Kalk in einem Löschvorgang zu kombinieren und dadurch ein Kalkhydrat zu bilden, den Schritt des Kombinierens von Wasser und ungelöschtem Kalk und das Erzeugen einer exotherm chemischen Reaktion, die ihrerseits erwärmtes Hydratwasser erzeugt. Der Lösch vorgang wird bei Vorhandensein eines chemischen Modifika tors durchgeführt, der ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Äthylenglykol, Diäthylenglykol, Triäthylen glykol, Monoethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin und Mischungen daraus, wobei der chemische Modifikator in einem Betrag vorhanden ist, der für die Kontrolle der Wärme des erwärmten Hydratwassers wirksam ist, und zwar ausreichend, um die Bildung von Dampf zu verhindern, wo raus sich ein hydriertes Kalkpartikel ergibt mit einer Partikelgröße im Bereich von etwa 0,2 bis 0,35 Mikron und mit einem Oberflächenbereich größer als 20 m²/g.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Erhöhung der pla stischen Eigenschaften des hydrierten Kalks verwendet werden, insbesondere für hydrierte, dolomitische Kalke. Danach kann der hydrierte ungelöschte Kalk benutzt werden, um einen verbesserten Mörtel auszubilden, der für Bau zwecke geeignet ist, indem eine Mischung des hydrierten, dolomitischen, ungelöschten Kalks mit Portlandzement, Sand und Wasser vorgesehen wird.

Zusätzliche Aufgaben, Merkmale und Vorteile können der folgenden Beschreibung entnommen werden. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 ein Foto eines Hochtemperatur-Hydrats (von einem Abtast-Elektronenmikroskop), erzeugt gemäß dem Verfahren nach dem Stand der Technik und

Fig. 2 ein ähnliches Foto eines kontrollierten Temperaturhydrats gemäß der Erfindung.

Wie dem Fachmann bekannt, kann ungelöschter Kalk (entweder kalziumreicher Kalk, CaO oder dolomitischer, ungelöschter Kalk CaO+MgO) durch einen Löschvorgang mit Wasser hydriert werden, wobei die Reaktion von Wärmeentwicklung begleitet ist. Der speziell hydrierte, ungelöschte Kalk nach der Erfindung wird durch das Einführen eines speziellen chemi schen Modifikators zum ungelöschten Kalk vor der Hydrie rung erzeugt oder zum Hydrierwasser, um ein Hydrat vor zusehen, das unter kontrollierten Temperaturbedingungen erzeugt wird, wodurch der Oberflächenbereich des sich ergebenden Kalkhydrats vergrößert wird.

Hochaktiver Kalk und hydrierter Kalk mit großem Oberflä chenbereich kann gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung erzeugt werden. Es können daher entweder kal ziumreiche, ungelöschte Kalke oder dolomitische, un gelöschte Kalke in der Ausführung der Erfindung verwendet werden, je nach der endgültigen Verwendung des sich er gebenden Produkts. Kalziumreicher, ungelöschter Kalk be sitzt mehr als 90% Kalziumoxid sowie weniger als 5% Mag nesiumoxid und einen geringen Betrag inerte Materialien. Dolomitischer, ungelöschter Kalk besitzt im allgemeinen etwa 35 bis 50% Magnesiumoxid, und der Rest ist Kal ziumoxid und ein geringer Betrag von Unreinheiten. Die kalziumreichen Hydrate ätzen stark beim Neutralisieren saurer (acidischer) Verbindungen. Die kleineren Mag nesiumkristalle sehen eine größere Handhabbarkeit als Kal ziumkristalle vor, so daß dolomitischer, ungelöschter Kalk für den Gebrauch in Baumaterialien, beispielsweise Mörtel, gut geeignet ist. Dieser ungelöschte Kalk ist dem Fachmann bekannt und steht kommerziell von einer Reihe von Quellen zur Verfügung.

Das gemäß der Erfindung verwendete Löschwasser kann jedes Wasser von wirtschaftlichem und normalerweise benutztem Ursprung sein. Vorzugsweise soll das Wasser keine hohe Konzentration von Materialien haben, die mit dem un gelöschten Kalk, der zur Bildung von hydriertem Kalk nach der Erfindung benutzt wird, reagiert.

Die bevorzugten chemischen Modifikatoren, die für die Zwecke gemäß der Erfindung geeignet sind, werden aus der Gruppe bestehend aus Aminen und Glykolen ausgewählt. Be sonders bevorzugte Zusätze werden aus der Gruppe bestehend aus Äthylenglykol, Diäthylenglykol, Triäthylenglykol, Monoethanolamin, Diethanolamin, Trethanolamin und Mischun gen daraus ausgewählt. Der bevorzugteste Zusatz ist Tri ethanolamin.

Wie bereits erwähnt, wird ein großer Betrag von Wärme entwickelt, wenn Kalzium oder dolomitscher, ungelöschter Kalk (d. h. die Oxide) mit Wasser reagieren. Diese Wärme wird auf zwei Arten offenbar: 1) die Gesamtwärme des Sy stems, d. h. die Gesamttemperatur des Hydriergefäßes und 2) die Wärme im Kern der Kalkpartikel selbst, d. h. die Tempe ratur, die in den Kalkpartikeln und der Partikelmasse vor herrscht. Die Gesamtwärme des Systems steigt selten über 100°C. Die Wärme bei den reaktivierten Kalkkristallstellen kann jedoch viel höher sein und überschreitet oft 100°C, wodurch bewirkt wird, daß die Temperatur des Hydratwassers an den aktiven Stellen 100°C übersteigt. Wenn die Tempera tur des Hydratwassers über 100°C steigt, wird die Hydrie rung in einer Dampfatmosphäre durchgeführt. Ein Wachsen der Kristalle und Agglomerieren tritt auf, woraus sich größere Partikelgrößen ergeben, ein dichteres Produkt, schnell erstarrende Suspensionen und weniger Plastizität.

Die vorliegende Erfindung enthält die Entdeckung, daß, wenn die Hydriertemperatur gleichförmiger im gesamten Hydriersystem gemacht werden kann, besonders an den Stel len der Oxidkristalle, so würde sich ein kleineres hy driertes Kalkkristall mit größeren Oberflächenbereichen ergeben. Wie erwähnt, haben frühere Versuche, die Tempera tur des Hydrierwassers zu kontrollieren, im allgemeinen nach sich gezogen, die inneren Temperaturen im Reak tionsgefäß unter dem kritischen Stand zu halten mit sehr niedriger Temperatur des Hydrierwassers. Diese Versuche bedeuteten komplizierte mechanische Vorrichtungen, um das Wasser im Reaktionsgefäß zu kühlen und solche Verfahren arbeiteten im allgemeinen weniger als befriedigend und waren teuer in der Verwirklichung.

Bei der vorliegenden Erfindung wird ein spezieller chemi scher Modifikator während des Löschvorgangs verwendet, und zwar in einem Betrag, der wirksam ist, die Temperatur des Hydrierwassers innerhalb eines gewünschten Bereichs zu kontrollieren, so daß die Reaktion mit einer kontrollier ten Rate fortschreitet, wodurch die Kalkhydroxidkristalle sich in einem langsameren Verhältnis bilden können, ohne die zerreißenden Hydrierenergien der Hochtemperatur-Dampf hydrierung. Der erfinderische Mechanismus zum Kontrol lieren der Hydriertemperatur schließt daher die chemische Verzögerung des Hydriervorgangs ein, indem die hochaktiven Oxidstellen, die mit Wasser reagieren und Wärme erzeugen, abgeblockt werden. Der Mechanismus ist ein chemischer Mechanismus gegenüber den mechanischen Kühlvorrichtungen des Standes der Technik, die versuchten, Hydrierwasser mit niedriger Temperatur zum Reaktionsgefäß zu schaffen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird durchgeführt durch den Kontakt des chemischen Modifikators mit dem ungelöschten Kalk während des normalen Löschvorgangs, typischerweise in einem nicht unter Druck gesetzten Reaktionsgefäß. Die Abfolge der Zugabe der Bestandteile ist nicht wichtig. Beispielsweise ist es möglich, den chemischen Modifikator dem Wasser zuzugeben und dann das Wasser zum Löschen des ungelöschten Kalks zu verwenden oder den ungelöschten Kalk zu löschen, der vorher mit dem chemischen Modifikator überzogen wurde. Es ist nötig, die richtigen Proportionen des chemischen Modifikators und des ungelöschten Kalks zu verwenden, um das gewünschte kontrollierte Temperatur hydrat zu erhalten. Im Falle des "Kittkalks" gemäß der Erfindung ist es auch nötig, das Verhältnis des Löschwas sers zum Kalk beizubehalten derart, daß sich der ergebende hydrierte Kalk in einem "Kitt"-Zustand befindet. Bei spielsweise sollte der Prozentanteil des Kitts zwischen etwa 40% und 55% beibehalten werden, am bevorzugtesten zwischen etwa 48% und 52%.

Es wurde versucht, das Reaktionsverhältnis des ungelöschten Kalks und des Wassers mit und ohne die Verwendung eines chemischen Modifikators festzustellen, wie in dieser Er findung offenbart. Ein ASTM-Versuch bezüglich des Lösch verhältnisses mit ungelöschtem Kalk und Wasser wurde ent sprechend ASTM C-110 gemacht, der dem Fachmann bekannt ist. Der ungelöschte Kalk wurde mit etwa 4,0 Gew.% Tri ethanolamin behandelt, basierend auf dem Gesamtgewicht des ungelöschten Kalks. Die innere Temperatur an den aktiven Kristallstellen ist es, die letztlich zu kontrollieren ist und daß der Anstieg der Temperatur des Löschwassers im Reaktionsgefäß in wechselseitige Beziehung zum gewünschten kontrollierten Temperaturzustand gesetzt werden kann. Es hat sich herausgestellt, daß, wenn der Temperaturanstieg im erwärmten Hydrierwasser innerhalb des Reaktionsgefäßes unter etwa 82°C in vier Minuten gehalten wird, ein kon trolliertes Temperaturhydrat resultiert.

Die in Tabelle I gezeigten Resultate zeigen, daß un gelöschter Kalk, der mit dem chemischen Modifikator behan delt wurde, ein langsameres Reaktionsverhältnis hatte als ein unbehandelter ungelöschter Kalk und die Reaktion setz te sich fort über längere Zeit und erreichte eine höhere Temperatur. Diese Ergebnisse bestätigen den Reaktions mechanismus, wie vorstehend beschrieben, daß der chemische Modifikator, der an den aktiven Stellen des ungelöschten Kalks zugefügt war und das Wasser vom Reagieren abhielt. Wenn jedoch die langsamer reagierenden Stellen beginnen, mit dem Wasser zu reagieren, öffnen Deformationsrisse durch Ausdehnung die Kristalle des ungelöschten Kalks und gestatten die Fortführung der Reaktion. Im Falle von dolo mitischem, ungelöschtem Kalk wurde festgestellt, daß der chemische Modifikator überraschenderweise die Reaktion des Wassers und des Magnesiumoxids katalysiert und die Reak tion ausdehnt, bis das Magnesiumoxid völlig hydriert war. Ohne die Verwendung des chemischen Modifikators wird die Reaktion des Magnesiumoxids verzögert, weil die Hydrierung von MgO zu Mg(OH)₂ eine Funktion der Zeit und der Tempera tur ist und die weniger aktiven Stellen werden nicht den gleichbleibenden hohen Temperaturen während entsprechender Dauer ausgesetzt.

Tabelle I

Temperaturanstieg

ASTM C-110 Löschratentest

In einem anderen Versuch wurde der Oberflächenbereich des erzielten Hydrats gemessen, wobei der ungelöschte Kalk mit verschiedenen Beträgen des chemischen Modifikators behan delt wurde. Die Prozentzahlen des Modifikators sind Ge wichtsprozent, basierend auf dem Gesamtgewicht des un gelöschten Kalks, der behandelt wird. Die Ergebnisse sind in der Tabelle II gezeigt.

BET Messungen des Oberflächenbereichs von kalziumreichen Hydraten
% chemischer Modifikator
Oberflächenbereich (m²/g)
0,0
30,0
1,0	45,0
2,0	54,8
4,0	56,7

Bei Verwendung der Technik des chemischen Modifikators gemäß der Erfindung wurden die Oberflächenbereiche fast verdoppelt, was für schnellere und wirksamere chemische Reaktionsverhältnisse sehr bedeutend ist.

Die Fig. 1 und 2 sind Fotos, aufgenommen von einem Ab tast-Elektronenmikroskop, die die verschiedenen Größen und Formen der hydrierten Kalkpartikel zeigen unter Verwendung der Technik nach dem Stand der Technik bzw.bei Verwendung des chemischen Modifikators gemäß der Erfindung. Die hy drierten Kalkkristalle, die nach dem Stand der Technik (Fig. 1) erzeugt wurden, sind in Partikeln von etwa 0,3 bis 0,5 Mikron im Durchmesser verklumpt. Sie sind auch klumpig und uneben in der Form und lassen sich nicht in einzelne Partikel trennen. Ihre Plastifizierungsfähigkeit würde gering sein, da sie nicht um einander herum schlüp fen und gleiten und auch keine beachtlichen Beträge von Schmierwasser enthalten.

Im Gegensatz dazu haben die hydrierten Kalkpartikel nach der Erfindung (Fig. 2) Kristalle, die etwas kleiner als beim Stand der Technik sind (0,2 bis 0,35 Mikron), und die Kristallformen sind deutlich verschieden. Es sind dünne, flache Plättchen, die sehr wirksam schlüpfen und gleiten, wodurch verbesserte plastifizierende Eigenschaften erzielt werden.

Der modifizierte hydrierte Kalk nach der Erfindung kann, wie gewünscht, für chemische Reaktionen verwendet werden oder zum besseren Handhaben oder Zumessen mit zusätzlichem Wasser verdünnt werden, um einen dünnen Schlamm zu er zeugen. Schlamm kann in Tankbehältern für lange Zeit ohne wenig Bewegung gelagert werden, und zwar wegen des großen Oberflächenbereichs und der langsamen Erstarrungsrate.

Um die verbesserten Eigenschaften des erfindungsgemäßen Kalkhydrats zu demonstrieren wird ein spezieller Endver brauch - ein Konstruktionsmörtel - im einzelnen be schrieben. Kalk wird wegen seiner Platifizierfähigkeit in Mörteln verwendet (Mörtel für den Zweck dieser Erfindung sind eine Kombination von Portlandzement, Plastifiziermit tel, Sand und Wasser), so daß die Handhabbarkeit gegeben ist oder die Fähigkeit, den Mörtel leicht und wirksam zu formen und zu gestalten. Der Mörtel muß für Mauerarbeiten auf der Mörtelplatte für lange Zeit biegsam bleiben (60 Minuten plus) und auf Mauerteilen ausstreichbar sein, ohne während mehrerer Minuten steif zu werden. Diese Anfor derung wird dem Maurer gestatten, den Mörtel über Längen von 10 bis 15 Fuß auszustreichen und daß er trotzdem plas tisch ist, so daß eine richtige Bindung vorhanden ist.

Im Falle von Mörtel, der bei Putzarbeiten verwendet wird, muß dieser plastisch und handhabbar bleiben, während er über lange Entfernungen (300 bis 600 Fuß) in Schläuchen mit kleinem Durchmesser (2 bis 4 Zoll im Durchmesser) ge pumpt wird, und zwar ohne Sandabsonderungen, Versteifung oder andere Weise, die das Klumpen des Mörtels im Mörtel strom bewirkt.

Im allgemeinen sind Plastifiziermittel solche Materialien wie beispielsweise hydrierter Kalk, Lehmmischungen, or ganische Verbindungen, beispielsweise Zelluloseprodukte oder aus Seife gebildete Luftblasen oder andere Arten von Chemikalien, die dazu hergestellt werden, um speziell Luftblasen entstehen zu lassen, wenn der Mörtel mit Wasser gemischt wird.

Mörtel wird in sich drehenden Mischvorrichtungen gemischt, in denen Wasser, Portlandzement und Sand zur gewünschten Festigkeit entsprechend der bevorzugten Anwendung durch den Maurer gemischt werden. Ein Plastifiziermittel wird auch verwendet, vorzugsweise hydrierter, dolomitischer Kalk. Die Proportionen der Zutaten, die im Mörtel verwen det werden, sind im allgemeinen solche, die durch Kodie rungen oder Spezifikationen benannt sind. Beispielsweise Standard C-270 ASTM spezifiziert Mörtel durch Typen, näm lich M, S, N oder O. Jeder Mörteltyp wird spezifiziert, um einen speziellen engen Bereich der Proportionen oder durch benötigte Verdichtungsstärke zu erfüllen. Diese Arten sind in der folgenden Tabelle gezeigt:

Typische Mörtelmischungen, ASTM C-270

(Volumenanteile)

Mörtelarten nach Eigenschaft
Mörtelart
Unbegrenzte Verdichtungsstärke, psi
M
2500
S	1800
N	750
O	350

Es wird darauf hingewiesen, daß sich die Handhabbarkeit erhöht, wenn der prozentuale Anteil des Kalks erhöht ist; gleichzeitig verringert sich jedoch die Verdichtungs stärke. Je größer daher der plastische Gehalt des hydrier ten Kalks ist, je weniger kann er verwendet werden. Wenn man weniger Kalk in einem Mörtel verwendet, wird die Ver dichtungsstärke erhöht.

Der Zustand des Mörtels auf der Platte ist für den Maurer wichtig. Es ist wichtig, daß der Mörtel für den Maurer lange genug handhabbar bleibt, um den Mörtel auf die Mau erstücke aufzubringen, bevor der Mörtel erstarrt, und zwar wegen Wasserverlust, wegen Verdunstung oder vorzeitigem Erstarren des Portlandzements. Jede Zutat, die in den Mörtel eingebracht wird und vorzeitige Erstarrung hervor ruft, entweder durch einen Zusatz oder wegen einer Unrein heit in den Mörtelzutaten, würde sehr nachteilig sein.

Die Handhabbarkeit eines Mörtels wird gemessen durch den Betrag an Wasser, das vom Mörtel zurück gehalten wird, nachdem eine Vakuumansaugung vorgenommen wurde. Ein sol ches Prüfverfahren wird beschrieben in ASTM Standard C.91, das sogenannte Wasserrückstands-Prüfverfahren. Nach dem ASTM Mörtel Standard C-270 muß der Mörtel ein Minimum von 75% Wasserrückstand haben. Ein ausgezeichneter Kalkplas tifizierer kann dem Mörtel einen Wasserrückstandswert im Bereich von 90% geben. Ein schlechter Plastifizierer, der einen Mörtel mit einem Wasserrückstandswert von unter 75% ergibt, resultiert in einem schwierig zu handhabenden Mörtel und einem Verlust der Bindungsstärke.

Wenn er im Mörtel verwendet wird, kann der "Kitt" direkt in den Mörtelmischer zugegeben werden und mit Portlandze ment, Sand und Wasser gemischt werden. Das Mischen kann in herkömmlicher Praxis durchgeführt werden, wobei die Richtlinien, wie bereits erwähnt, nach ASTM Mörtel Stan dard C-270 und ASTM Standard C-91 benutzt werden und deren Offenbarung wird hiermit als Referenz eingebracht. Wie gezeigt, kann der speziell behandelte "Kitt"-hydrierte Kalk in einer Mörtelmischung verwendet werden, und zwar bei etwa 30 Pfund (50% Feststoffe) Kitt, um 50 Pfund trockenen, unbehandelten hydrierten Kalk zu ersetzen.

Beim Vermischen des Kalks, des chemischen Modifikators und des Löschwassers nach der Erfindung liegt das Verhältnis von Löschwasser zu ungelöschtem Kalk vorzugsweise zwischen 2,0 : 1 und 3,0 : 1 und am meisten bevorzugt etwa zwischen 2,4 : 1 und 2,7 : 1, so daß ein sich ergebender "Kitt"- Kalk etwa 50% Feststoffe hat. Das Gewichtsverhältnis des chemischen Modifikators zu ungelöschtem Kalk, das für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignet ist, liegt zwischen etwa 0,003 : 1 und 0,040 : 1, am meisten bevor zugt zwischen etwa 0,004 : 1 und 0,010 : 1. Bei diesen Raten ist der hydrierte Kalk im "Kitt"-Zustand mit etwa 50% Feststoffen.

Das Kalkhydrat mit kontrollierter Temperatur nach der Erfindung kann dann mit Portlandzement, Sand und Wasser gemischt werden, um die erfindungsgemäßen Mörtelzusammen setzungen zu erzeugen. Das Mischen kann in herkömmlicher Praxis durchgeführt werden, wobei die Richtlinien, wie bereits erwähnt, nach ASTM Mörtel Standard C-270 und ASTM Standard C-91 benutzt werden und deren Offenbarung wird hiermit als Referenz eingebracht. Wie gezeigt, kann das speziell behandelte Hydrat in einer Mörtelmischung mit etwa 30 Pfund Kitt verwendet werden, um 50 Pfund trocke nen, unbehandelten, hydrierten, ungelöschten Kalk zu er setzen.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne diese in ihrem Bereich zu begrenzen. Ein Beispiel der Wirksamkeit des erfindungsgemäß erzeugten hydrierten Kalks ist das folgende:

Bei Verwendung des Wasserrückstands-Prüfverfahrens, wie in ASTM C.91 ausgeführt, wurde Mörtel erzeugt unter Verwen dung von Portlandzement, Kalk, Sand und Wasser. Ver ringerte Beträge von behandeltem Kalk wurden verwendet und die Wasserrückstandswerte wurden festgestellt. Die Tabelle III gibt die Kalkmenge in der Mörtelmischung an, in der Portlandzement und Sand in Prozenten beibehalten wurden und nur der Kalkgehalt wurde verändert.

Tabelle III

Handhabbarkeit von plastischem Mörtel

Wasserrückstandsverfahren

Im Versuch A mit nur 15 Pfund trockenem Kalk in dem Kitt war der Wasserrückstand höher als in 50 Pfund trockenem Kalkhydrat. Im Versuch D mit nur 3 3/4 Pfund Kalk im Kitt war der Wasserrückstand über der ASTM Standard C-270 An forderung für einen annehmbaren Mörtel und der han delsübliche trockene Kalk mit 25 Pfund erfüllte nicht die Anforderung.

Wenn die relativen Viskositäten des hydrierten, dolomiti schen Kalks nach der Erfindung gemessen werden, zeigt sich, daß in einem Prüfverfahren zum Messen der Viskosität von Schlämmen, die mit dem gleichen Wasser/Kalk-Verhältnis erzeugt wurden, auch die anderen Bedingungen konstant gehalten wurden und das Hydrat ohne Zusatz hatte eine Viskosität von etwa 300 000 Centipoise. Ein erfin dungsgemäßes Hydrat hat eine Viskosität von 1 500 000 Cen tipoise, eine fünffache Erhöhung.

Die erfindungsgemäßen Kalkhydrate können wegen ihres er höhten Oberflächenbereichs auch in anderen industriellen Verfahren verwendet werden, beispielsweise beim Waschen von sauren Gasen, um die acidischen Komponenten zu entfer nen, bevor das ausströmende Gas an die Atmosphäre ab gegeben wird. In der Vergangenheit wurden die Schlamm partikel im allgemeinen verwendet, da die nassen Partikel Oberflächenbereiche größer als 50 m²/g hatten. Die trocke nen, hydrierten Kalkpartikel nach dem Stand der Technik hatten Oberflächenbereiche von im allgemeinen unter 20 m²/g. Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens können trockene, hydrierte Kalkpartikel mit Oberflächenbe reichen größer als 50 m²/g vorgesehen sein. Andere Endver brauche für die verbesserten Kalkhydrate nach der Erfin dung werden dem Fachmann bekannt sein.

Die Erfindung hat mehrere Vorteile geschaffen. Das vor liegende Verfahren erhöht den Oberflächenbereich des kal ziumreichen und dolomitischen, hydrierten Kalks, so daß die chemische Aktivität begünstigt wird. Die auf diese Weise erzeugten Kalkhydrate haben eine größere Fähigkeit, das Wasser zurückzuhalten und werden plastischer und beim dolomitischen Kalk ist die Viskosität 500 mal erhöht. Hydrierter Kalk nach der Erfindung besitzt sehr große Oberflächenbereiche, so daß die Schlämme wenig Neigung zeigen, über längere Zeit zu erstarren. Auf diese Weise erzeugter hydrierter Kalk kann sehr nahe an handels üblichen fossilen Brennanlagen hergestellt werden oder an Herstellungsorten von Ätzsoda aus Sodaasche und einen sehr reaktiven Schlamm vorsehen, der zu den Herstel lungsanlagen gepumpt werden kann. Die speziellen Zusätze gemäß der Erfindung erhöhen die Hydrierreaktion der Mag nesiumhydrierreaktion von einer normalen 24-Stundenrate auf etwa eine Stunde. Es ist nicht nötig, Druckverfahren der Hydrierung zu verwenden, um den hydrierten, ungelöschten Kalk nach der Erfindung zu er zeugen. Besondere Techniken zum Pumpen des ungelöschten Kalks in Druckgefäße ist nach dieser Erfindung nicht nö tig. Der erfindungsgemäße hydrierte Kalk wird keine "Kitt"-Probleme im fertigen Gips hervorrufen, wenn er nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt wurde. Das Verfah ren nach der Erfindung kann auch benutzt werden, um die Lebensdauer des Mörtels der vorgemischten Mörtel zu erhö hen, beispielsweise sogenannte "Fertigmörtel". Die Verwen dung des hydrierten Kalks, der gemäß der Erfindung behan delt wurde, wird die Erstarrungszeit des Fertigmörteln um einen oder mehrere zusätzliche Tage verlängern.

Die Erfindung wurde nur in einer ihrer Formen gezeigt und ist daher nicht begrenzt, sondern ist für verschiedene Änderungen und Abwandlungen aufnahmefähig, ohne ihren Bereich zu verlassen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Kalkhydrat mit kontrol lierter Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß dieses einen Oberflächenbereich größer als 20 m²/g mit Partikeln in Form von dünnen, flachen Plättchen besitzt, wobei das Verfahren folgende Schritte einschließt:
die Kombination von Wasser und ungelöschtem Kalk in einem Löschvorgang, um daraus einen Kalkhydratkitt zu bilden, wobei eine exothermische chemische Reaktion erzeugt wird, die ihrerseits ein erwärmtes Hydratwasser erzeugt;
der Löschungsvorgang wird bei Vorhandensein eines chemi schen Modifikators durchgeführt, der ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Äthylenglykol, Diäthylenglykol, Triäthylenglykol, Monoethanolamin, Diethanolamin,Trietha nolamin und Mischungen daraus, wobei der chemische Modifi kator in einem Betrag vorhanden ist, der für die Kontrolle der Wärme des erwärmten Hydratwassers wirksam ist, und zwar ausreichend, um die Bildung von Dampf zu verhindern, woraus sich ein hydriertes Kalkpartikel ergibt mit einer Partikelgröße im Bereich von etwa 0,2 bis 0,35 Mikron und mit einem Oberflächenbereich größer als 20 m²/g.

2. Verfahren zur Herstellung von Kalkhydrat mit kontrol lierter Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß dieses einen Oberflächenbereich größer als 20 m²/g mit Partikeln in Form von dünnen, flachen Plättchen besitzt, wobei das Verfahren folgende Schritte einschließt:
die Kombination von Wasser und ungelöschtem Kalk in einem Löschvorgang in einem Hydriergefäß, um daraus ein Kalkhy drat zu bilden, wobei eine exothermische chemische Reak tion erzeugt wird, die ihrerseits erwärmtes Hydratwasser erzeugt, wobei der ungelöschte Kalk Oxidbestandteile mit hochaktiven Oxidstellen einschließt;
der Löschvorgang wird bei Vorhandensein eines chemischen Modifikators durchgeführt, der ausgewählt wird aus der Gruppe von Monoethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin und Mischungen daraus, wobei der chemische Modifikator in einem Betrag vorhanden ist, der für die Kontrolle der Wärme des erwärmten Hydratwassers wirksam ist, und zwar ausreichend, um die Bildung von Dampf durch Blockierung der hochaktiven Oxidstellen zu verhindern und die Reaktion zu verzögern, woraus sich ein hydriertes Kalkpartikel ergibt mit einer Partikelgröße im Bereich von etwa 0,2 bis 0,35 Mikron und mit einem Oberflächenbereich größer als 20 m²/g.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der chemische Modifikator Triethanolamin ist und wo bei der Oberflächenbereich des sich ergebenden Kalkhydrats über 50 m²/g beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturanstieg in dem erwärmten Hydratwasser im Hydriergefäß innerhalb von vier Minuten unter 82°C ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin Schritte zur Vorbereitung einer verbesserten Mörtelzusammensetzung vorgesehen sind, und zwar durch Kom binieren des Kalkhydrats mit kontrollierter Temperatur mit Portlandzement, Sand und Wasser, wobei das Kalkhydrat mit kontrollierter Temperatur als Plastifiziermittel in der Mörtelzusammensetzung dient.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Löschwasser zu Plastifiziermittel in der Mörtelzusammensetzung im Bereich von etwa 2,0 : 1 bis 3,0 : 1 liegt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis des chemischen Modifikators zum ungelöschten Kalk zwischen etwa 0,004 : 1 und 0,006 : 1 beträgt.