DE4319163C2 - Spinellhaltiger, zementgebundener Feststoff - Google Patents

Spinellhaltiger, zementgebundener Feststoff

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Description

Die Erfindung betrifft spinellhaltige, zementgebundene Feststof­ fe, enthaltend eine Mischung aus zementhaltigem Rohstoff und einem feinkörnigen Füllstoff, enthaltend Siliziumoxid und Alumi­ niumoxid.
Nach US-Patent 4,330,336 wird eine Krätze aus der Aluminiumindu­ strie zur Herstellung eines Tonerdezementes verwendet. Dabei wird die Krätze als Rohstoff für den Brand eines Zementklinkers eingesetzt, nicht aber als Füllstoff einem zementgebundenen Baustoff zugesetzt. Auch wird der Einsatz von hochtonerdehalti­ gem Reststoff aus der Aufarbeitung von Salzschlacke nicht be­ schrieben.
Die DE-AS 20 27 250 betrifft ein Verfahren zur Herstellung feu­ erfester Kalzium-Magnesium-Tonerdezemente unter Verwendung na­ türlicher und künstlicher Rohstoffe. Hochtonerdehaltiger Rest­ stoff aus der Salzschlackenaufarbeitung ist nicht erwähnt. Wäh­ rend dieser bereits Spinell MgO·Al₂O₃ enthält, wird nach DE-AS 20 27 250 die Spinell-Phase erst beim Sintern oder Schmelzen des Tonerdezementklinkers gebildet. Die Verwendung von hochtonerde­ haltigem Reststoff aus der Aufarbeitung von Salzschlacken zur nachträglichen Zumischung als Füllstoff zu einem auf gemahlenen Zementklinker bzw. Zement ist nicht beschrieben.
Auch aus der Literatur sind Tonerdezemente mit Spinellgehalt bekannt (M. Jung: Silikattechnik 27 (1976) 7, 224-226). Wie bei DE-AS 20 27 250 ist Spinell jedoch aus schließlich Bestandteil eines Zementklinkers und nicht Bestandteil eines Füllstoffes.
In den Patentschriften DE 27 31 612 und DE 27 59 908 werden Zementmischungen und Betonzusammensetzungen beansprucht, die einen feinkörnigen Füllstoff enthalten, bei dem es sich um Sili­ ziumoxid, Chromoxid, Titanoxid, Zirkonoxid und Aluminiumoxid handeln kann. Auch L. Zaigeng u. a. (Stahl und Eisen Special (1992) 10, 149-152) beschreiben, daß Siliziumoxid, Aluminiumoxid und Chromoxid in feuerfesten Betonzusammensetzungen als feine Füllstoffe verwendet werden. Auf einen Füllstoff mit einer Zu­ sammensetzung entsprechend einem hochtonerdehaltigen Reststoff aus der Salzschlackenaufarbeitung geben beide Quellen keinen Hinweis.
Ein Problem bei den bekannten Verfahren besteht darin, daß die während der Sinterung gebildete Spinellphase nicht homogen in dem Formkörper verteilt ist. Insbesondere bei großen Formkörpern ergeben sich aufgrund der unterschiedlichen Temperaturverteilung und Zusammensetzung Inhomogenitäten in der Verteilung der Spi­ nellphasen. Dieses muß entweder durch sehr aufwendige Mischpro­ zesse oder durch lange Behandlungszeiten kompensiert werden.
Aus der DE-OS-16 46 878 sind Formkörper bekannt, die sich aus einer Kalziumaluminatzementkomponente sowie einem Spinell zu­ sammensetzen. Es sollen hochreine, homogene Zuschlagstoffe ein­ gesetzt werden, die eine maximale Teilchengröße von 0,3 mm auf­ weisen, wobei vorzugsweise 40-84 Gew.-% der Zuschlagstoffe eine Teilchengröße im Bereich von 0,6-0,3 mm haben. Die unter Verwendung derartiger Zuschlagstoffe hergestellten Formkörper sind verhältnismäßig teuer und benötigen für eine homogene Aus­ bildung der Spinellphase relativ lange Behandlungszeiten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Nachteile der bekannten spinellhaltigen Formkörper zu vermeiden und einen Feststoff anzubieten, der schon bei relativ niedrigen Temperaturen und kurzen Behand­ lungszeiten eine homogene Ausbildung der Spinellphase über den Querschnitt der Feststoffe ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Als wesentlicher Gedanke der Erfindung wird dabei angesehen, daß für die feinkörnigen Feststoffe hochtonerdehaltige Reststoffe aus der Aufarbeitung von Salzschlacken der Aluminiumindustrie verwendet werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbei­ spiele näher erläutert.
Für die nachfolgenden Beispiele werden folgende Zusammensetzun­ gen angegeben:
Reststoff A
Chemische Zusammensetzung eines hochtonerdehaltigen Reststoffes in Gew.-% bezogen auf Trockensubstanz
GV|9,3 + 20%
Cges 1,4 + 20%
F* 1,9 + 10%
C1⁻ 0,1 + 20%
Pges 0,02 + 20%
Sges 0,2 + 30%
Al₂O₃ 63 + 10%
SiO₂ 7,4 + 10%
Fe₂O₃ 1,8 + 10%
CaO 3,2 + 30%
MgO** 8,5 + 10%
Na₂O+K₂O < 1,0
* Kristallchemisch als CaF₂
** Kristallchemisch als Spinell (MgAl₂O₄)
Handelsüblicher Tonerdezement: Produkt S
Sinterkorund: handelsübliche Tabulartonerde
Beispiele 1-3
Die genaue Zusammensetzung der in den Beispielen 1-3 verwende­ ten Mörtelmischungen sind in Tabelle 1 angegeben. So besteht der Mörtel gemäß Beispiel 1 aus reinem Zement (Produkt S), während in den Beispielen nach 2 und 3 folgender Prozedur verfahren wurde:
Hochtonerdehaltiger Reststoff (Produkt A) und Tonerdezement (Produkt S) wurden im Gewichtsverhältnis 1 : 3 (Beispiel 2) bzw. 1 : 1 (Beispiel 3) eingewogen, und zu einem Mörtel gemischt. Der Wassergehalt wurde so eingestellt, daß eine gut verarbeitbare Konsistenz vorlag.
Die Erstarrungszeiten, Beginn und Ende, wurden mittels Vicat- Nadel bestimmt.
Zur Herstellung von Prüfkörpern wurde der Mörtel in Formen der Abmessungen 10 × 10 × 60 mm mit Hilfe eines Vibriertisches ein­ gerüttelt. Nach Feuchtlagerung von 3 Tagen wurden die Biegefe­ stigkeit und die Druckfestigkeit gemessen.
Die Ergebnisse, im Vergleich mit reinem Zement "Zementprodukt S", zeigt nachfolgend Tabelle 1.
Tabelle 1
Mörtelmischungen
Besonders zu beachten ist die gleichbleibende Biegefestigkeit bei hohen Reststoffgehalten. Diese behält den Wert von 7 N/mm² bei, obwohl die Druckfestigkeit absinkt.
Untersuchungen an einem Betonformkörper
Zur Herstellung von Beton wurden die in Tabelle 2 notierten Mischungen aus
hochtonerdehaltigem Reststoff (Produkt A)
Tonerdezement (Produkt S)
Sinterkorund (Tabular-Tonerde)
eingewogen, gemischt und Anmachwasser nach Bedarf zugegeben.
Beim Abformen zu Prüfkörpern mit den Abmessungen 160 × 40 × 40 mm wurde mittels Vibriertisch verdichtet. Nach 3 Tagen Feuchtlagerung wurden die Biegefestigkeit und die Druckfe­ stigkeit gemessen.
Die Ergebnisse zeigt Tabelle 2.
Tabelle 2
Betonmischungen

Claims (2)

1. Spinellhaltiger, zementgebundener Feststoff, bestehend aus Zement und feinkörnigem Füllstoff, enthaltend Siliziumoxid und Aluminiumoxid und ggfs. weitere grobkörnige Zuschlagstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß der feinkörnige Füllstoff ein hochtonerdehaltiger Rest­ stoff aus der Aufarbeitung von Salzschlacken der Aluminium­ industrie ist, der zumindest die folgenden Bestandteile, bezogen auf das Gewicht der getrockneten Substanz, auf­ weist: 55-70% Al₂O₃,
7-10% MgO,
6-9% SiO₂,
2-5% CaO,
1,5-2,5% F,
1,5-2,5% Fe₂O₃ und
7-11% Glühverlustwobei mineralogisch MgO als Spinell MgO·Al₂O₃ und CaO als Flußspat CaF₂ vorliegen.
2. Spinellhaltiger, zementgebundener Feststoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff in einer Menge von 15-35%, bezogen auf die Summe von Zement und Reststoff vorliegt.
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