DE4330596C2

DE4330596C2 - Verfahren zur Herstellung von eisenhaltigem Tonerdeschmelzzement und Verwendung des Verfahrens

Info

Publication number: DE4330596C2
Application number: DE19934330596
Authority: DE
Inventors: Ruediger Dr R Oberste-Padtberg
Original assignee: ARDEX GmbH
Current assignee: ARDEX GmbH
Priority date: 1993-09-09
Filing date: 1993-09-09
Publication date: 1995-08-17
Anticipated expiration: 2013-09-10
Also published as: EP0667838A1; DE4330596A1; HRP940516A2; WO1995007244A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von eisenhaltigem Tonerdeschmelzzement durch Aufschmelzen einer im wesentlichen aus Kalkstein und eisenhaltigem Bauxit bestehenden Mischung und anschließender Abkühlung sowie die Verwen dung des Verfahrens zur gezielten Einstellung der Phase C₁₂A₇ im Mine ralbestand des Tonerdeschmelzzementes.

Verfahren zur Herstellung von eisenhaltigem Tonerdeschmelzzement sind seit langem bekannt.

Eisenhaltiger Bauxit wird dazu in einem bestimmten vorgegebenen Verhältnis mit Kalkstein und ggf. mit Quarzsand gemischt und in einem geeigneten Ofen aufgeschmolzen. Das Schmelzgut wird anschließend abgezogen und zur Abkühlung in Pfannen zu plattenartigen Formteilen mit einer Stärke von 30 bis 50 mm, dem sogenannten "Klinker", gegossen. Die Abkühlung findet hierbei in der Regel unkontrolliert im Freien statt. Die abgekühlten Tonerdeschmelzzementklinker werden gebrochen und gemahlen.

Die Herstellung von eisenhaltigem Tonerdeschmelzzement hat eine Maximierung der gewünschten Hauptkomponente, nämlich Monocalciumaluminat, CaO×Al₂O₃ zum Ziel. Neben dieser Hauptkomponente entstehenden jedoch auch variierende Gehalte an Nebenphasen, wie z. B. 12 CaO×7 Al₂O₃ und CaO×2 Al₂O₃, welche wie das Monocalciumaluminat ebenfalls hydraulischen Charakter haben. In Baustoffen, in denen nach dem Anmischen mit Wasser Abbindezeit und rheologische Eigenschaften eine Rolle spielen, sind diese Nebenphasen bzw. deren variierender Anteil im Tonerdeschmelzzement außerordentlich störend. Zur Ausbildung optimaler Baustoffeigenschaften ist eine Maximierung der Phase CaO×Al₂O₃ anzustreben.

Die DD-PS 96 222 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Hochtonerdezement, also von wärmebeständigen, hydraulisch abbindenden Materialien wie z. B. Feuerbeton, feuerfeste Massen und feuerfeste Formkörper. Dort werden zur Herstellung eines hierfür benötigten Hochtonerdezementes ca. 60 bis 70 Massenprozent Al₂O₃ und 25 bis 35 Massenprozent CaO verwendet. Bei dem bekannten Verfahren soll das CaO×Al₂O₃: CaO×2 Al₂O₃-Verhältnis beeinflußt werden.

Es ist ferner bekannt, daß die eigenschaftsbestimmenden Phasen eines Tonerdeschmelzzementes CaO×Al₂O₃ und CaO×2 Al₂O₃ sind (DE-Z HENNING, KÜHL, OELSCHLÄGER, PHILLIP: Technologie der Bindebaustoffe, Bd. 1, VEB Verlag für Bauwesen, Berlin 1976, S. 102-103). Darüber hinaus ist auch schon vorgeschlagen worden (DE-Z SEIDEL, HUCKAUF, STARK: Technologie der Bindebaustoffe, Bd. 3, VEB Verlag für Bauwesen, Berlin 1978, S. 51-53), den Gehalt an 2 CaO×Al₂O₃× SiO₂ (Gehlenit) zu minimieren. Um die weitgehende Resorption dieser Phase zu erreichen, wurde bereits vorgeschlagen, den Abkühlungsprozeß langsam durchzuführen. Bei dieser langsamen Abkühlung findet eine Rekristallisation des Glases statt, welches unter Resorption von 12 CaO×7 Al₂O₃ die Phasen 2 CaO×Al₂O₃SiO₂ und CaO Al₂O₃ bildet.

Zur Optimierung der Viskosität der Schmelze sowie zur Minimierung der Phasen 12 CaO×7 Al₂O₃ und CaO×2 Al₂O₃ wird das Rohmaterial im allgemeinen durch Quarzmehlzugabe auf einen SiO₂-Gehalt von 3,5 bis 4,5 Gew. -% eingestellt. Davon sind in der Regel 2 bis 2,5 Gew. -% SiO₂ bereits im verwendeten Bauxit enthalten. Diese SiO₂-Zugabe bringt jedoch den Nachteil mit sich, daß sich in dem abgekühlten Tonerdeschmelzzementklinker Calciumaluminiumsilikate, wie z. B. Gehlenit und SiO₂-haltiges Glas bilden. Diese Phasen binden die Komponenten Al₂O₃ und CaO, welche ursprünglich für die Bildung der hydraulisch aktiven Hauptphase, dem Monocalciumaluminat vorgesehen sind. Sie sind hydraulisch praktisch völlig inaktiv und somit als Bestandteil eines Tonerdeschmelzzementes wertlos bzw. unerwünscht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das bekannte und zuvor näher beschriebene Verfahren zur Herstellung von eisenhaltigem Tonerdeschmelzzement so zu verbessern, daß dessen Mineralbestand gezielt eingestellt wird, wobei insbesondere eine gezielte Einstellung des Gehaltes der Phase 12 CaO×7 Al₂O₃, auf niedrigem Niveau ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird überraschenderweise dadurch gelöst, daß zur gezielten Einstellung des Mineralbestandes des Tonerdeschmelzzementes die Abkühlung der Schmelze mit einer Haltezeit von mehr als 5 Minuten bei einer Temperatur zwischen 500 und 1350°C erfolgt oder daß die Abkühlgeschwindigkeit im Bereich zwischen 1350 und 500°C auf weniger als 200°C/min eingestellt wird. Erfindungsgemäß bewirkt eine kontrollierte und verzögerte Abkühlung der Schmelze eine Minimierung der Phase 12 CaO×7 Al₂O₃ bei gegebener chemischer Zusammensetzung einer Rohmischung bzw. eines Tonerdeschmelzzementklinkers.

Dabei kann alternativ die optimale Haltezeit zwischen 10 und 60 Minuten oder die optimale Haltetemperatur zwischen 900 und 1100°C liegen.

Eine weitere Lehre der Erfindung nutzt die kontrollierte Abkühlung zur gezielten Einstellung der Phase 12 CaO×7 Al₂O₃ im Mineralbestand des Tonerdeschmelzzementes.

Die unterschiedlichen Phasengehalte schnell und unkontrolliert abgekühlter einerseits und langsam, kontrolliert abgekühlter Klinker andererseits werden am folgenden Beispiel deutlich:

Ein nicht hydratisiertes Tonerdeschmelzzement-Klinker- Bruchstück mit der in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzung, welches, - röntgenographisch nachgewiesen - einen Anteil an 12 CaO×7 Al₂O₃ von 4 Gew.-% hat, wird einer einstündigen thermischen Behandlung bei 1250°C unterzogen. Nach dieser Behandlung ist der verbleibende Gehalt an 12 CaO×7 Al₂O₃ unterhalb der Nachweisgrenze.

Al₂O₃
ca. 39 Gew. -%
CaO	ca. 38 Gew.-%
SiO₂	ca. 4 Gew. -%
FeO + Fe₂O₃	ca. 16 Gew. -%
TiO₂	ca. 2 Gew. -%

Es hat sich gezeigt, daß nicht nur eine thermische Nachbehandlung, sondern auch eine kontrollierte Abkühlung dazu geeignet ist, den gewünschten, niedrigen Gehalt an 12 CaO×7 Al₂O₃ zu erhalten. Während die schnelle Abkühlung zu einem feinkristallinen, glasähnlichen Erscheinungsbild des Klinkers und einem hohen Anteil an 12 CaO×7 Al₂O₃ führt, besteht durch die kontrollierte, langsame Abkühlung die Möglichkeit einer gröber kristallinen Ausbildung, wobei erfindungsgemäß ein deutlich niedrigerer Gehalt an 12 CaO×7 Al₂O₃ im erstarrten Klinker nachgewiesen werden kann. Zum Nachweis der unterschiedlichen Gehalte an 12 CaO×7 Al₂O₃ wurde eine Tonerdeschmelzzementklinkerplatte von etwa 45 mm Dicke und der Zusammensetzung gemäß Tabelle 1 hergestellt, indem eine Wanne mit schmelzflüssigem Tonerdeschmelzzementmaterial gefüllt und anschließend unter freiem Himmel abgekühlt worden ist. Der äußere Bereich des Klinkers, welcher die höchste Abkühlgeschwindigkeit erfahren hat, ist mittelbraun gefärbt, feinkristallin, glasglänzend und von hoher Dichte. Der schematische Aufbau einer solchen Klinkerplatte ist in Fig. 1 dargestellt. Dabei ist der zuvor beschriebene äußere Bereich mit A gekennzeichnet. Es versteht sich, daß der Schichtaufbau der Klinkerplatten spiegelsymmetrisch ausgebildet ist.

Durch die isolierende Wirkung des Bereichs A war die Abkühlgeschwindigkeit im mittelkristallinen Bereich B bereits wesentlich geringer. In dieser Zone ist das Material deutlich dunkler und hat eine matte Oberfläche. Im innersten grobkristallinen Bereich C, welcher der geringsten Abkühlgeschwindigkeit unterworfen war, ist das Material schwarz, von Rissen durchzogen und relativ porös. Der Gehalt an 12 CaO×7 Al₂O₃ in den genannten unterschiedlichen Bereichen A, B und C ist in Tabelle 2 wiedergegeben:

Bereich
12 CaO×7 Al₂O₃ (Gew. -%)
A
4,6
B	2,0
C	0

Am aufgeführten Beispiel wird deutlich, daß ein Material, welches "aus einem Guß" hergestellt wurde, welches also die gleiche chemische Zusammensetzung hat, entsprechend der unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten auch unterschiedliche mineralogische Zusammensetzungen aufweist.

Schließlich soll noch an einem Beispiel die Kontrollmöglichkeit des Gehaltes an 12 CaO×7 Al₂O₃ durch kontrollierte Abkühlung in einem SiO₂-armen Tonerdeschmelzzement nachgewiesen werden. Dazu wurde ein Rohmaterial, welches - abgesehen von dem auf etwa 3 Gew. -% verminderten SiO₂-Gehalt - der Zusammensetzung gemäß Tabelle 1 entspricht - bei ca. 1450°C aufgeschmolzen. Danach wird von der Schmelze ein Teil (Probe I) nach dem Aufschmelzen direkt bei Raumtemperatur abgekühlt und ein anderer Teil (Probe II) nach dem Aufschmelzen nach einer 30-minütigen Haltezeit bei 950°C ebenfalls auf Raumtemperatur abgekühlt. Die entsprechenden Gehalte an 12 CaO×7 Al₂O₃ sind in Tabelle 3 wiedergegeben:

Probe
12 CaO×7 Al₂O₃ (Gew. -%)
I
5,1
II	0

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von eisenhaltigem Tonerdeschmelzzement durch Aufschmelzen einer im wesentlichen aus Kalkstein und eisenhaltigem Bauxit bestehenden Mischung und anschließender Abkühlung, dadurch gekennzeichnet, daß zur gezielten Einstellung des Mineralbestandes des Tonerdeschmelzzementes die Abkühlung der Schmelze mit einer Haltezeit von mehr als 5 Minuten bei einer Temperatur zwischen 500 und 1350°C erfolgt oder daß die Abkühlgeschwindigkeit im Bereich zwischen 1350 und 500°C auf weniger als 200°C/min eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltezeit auf 10 bis 60 Minuten eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltetemperatur auf 900 bis 1100°C eingestellt wird.

4. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur gezielten Einstellung der Phase 12 CaO×7 Al₂O₃ im Mineralbestand des Tonerdeschmelzzementes auf niedrigem Niveau.