-
Verfahren zur Herstellung von geschmolzenem Portlandzement aus Hochofenschlacken
und Kalkstein Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von geschmolzenem
Portlandzement. Bekanntlich ähnelt die chemische Zusammensetzung von Schlacken und
besonders von hochbasischen Hochofenschlacken in vielen Beziehungen derjenigen von
Zement. Der Hauptunterschied von Portlandzement und basischer Hochofenschlacke liegt
in dem verschieden höhen Kalkgehalt. Der Gedanke liegt nun nahe, der im schmelzflüssigen
Zustande anfallenden Schlacke die fehlende Menge Kalk und gegebenenfalls sonst noch
fehlende Stoffe zuzusetzen, das Gemisch bis zum Schmelzen zu erhitzen, abzukühlen
und auf Zementfeinheit zu vermahlen. Durch Zusatz von Kalk wird jedoch das Gemisch
so schwer schmelzbar, daß die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens dadurch in Frage
gestellt wird. Verzichtet man auf das Schmelzen und führt man den Kalk ungeschmolzen
in die feuerflüssige Schlacke ein, so erhält man Produkte, die sich nicht von auf
kaltem Wege hergestellten Gernischen von Schlacke und Kalk unterscheiden, da eine
chemische Bindung des Kalkes nicht eintritt.
-
Es ist bereits vorgeschlagen worden, schmelzflüssige Hochofenschlacke
im Kalkgehalt anzureichern. Diese Anreicherung in wirtschaftlicher Weise bis zur
Kalkhöhe des Portlandzementes hinaufzutreiben, ist jedoch bisher nicht gelungen,
Gemäß einem bekannten Verfahren zur Herstellung einer Schmelze aus Hochofenschlacke,
Kalk und Alkali, wird Hochofenschlacke mit einer aus rohem oder gebranntem Kalkstein
und kohlensaurem Alkali oder Ätzalkali hergestellten Fritte zu einem innigen Gemisch
verschmolzen. Alkalien. sind aber teuer und äußerst schädlich für Zement. Der Abbindungs-
und Erhärtungsvorgang wird durch sie ungünstig beeinflußt, und unerwünschte Nebenerscheinungen,
wie Ausblühungen, werden durch Alkalien hervorgerufen. Würde zur Vermeidung dieser
schädlichen Einflüsse die Menge des Zusatzes an Alkalien stark beschränkt, so würde
die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens in Frage gestellt. Es werden nämlich dann
die Schwierigkeiten, die durch die hohe Schmelztemperatur und Zähflüssigkeit des
Schmelzproduktes bedingt sind, nicht behoben. Durch das bekannte Verfahren wird,
wenn das Schmelzprodukt in Wasser gekörnt, gemahlen und mit Kalk versetzt wird,
entweder Schlackenzement erhalten oder, wenn es ohne Körnung gemahlen wird, Portlandzement.
Es wird also entweder ein verhältnismäßig geringwertiges Produkt (Schlackenzement)
oder ein hochwertiges hydraulisches Bindemittel (Portlandzement) erzeugt. Wäre es
möglich, auf diese Weise Portlandzement im Sinne der Normenvorschriften zu erhalten,
so würde man sich nie zur Herstellung von Schlackenzement entschließen, indem man
die portlandzementartige Schmelze erst noch körnt und dann im kalten Zustande nochmals
mit Kalk versetzt. Daraus läßt sich schließen, daß die Herstellung von Portlandzement
auf diese Weise nicht möglich ist. Der Grund hierfür liegt neben dem schon erwähnten
schädlichen Einfluß der Alkalien in der
Schwierigkeit, einen festenKörper
(dieFritte) mit einer Flüssigkeit (schmelzflüssige Hochofenschlacke) zu einem völlig
homogenen Gemisch zu verarbeiten.
-
Bei einem anderen bekannten Verfahren zur Herstellung kalkreicher
basischer Schmelzen wird zur Herstellung von Zement aus Hochofenschlacke unter gleichzeitiger
Gewinnung von schwefliger Säure der feuerflüssigen Schlacke unter Umrühren mit Luft
eine Schmelze, bestehend aus annähernd gleichen Molekülen Kalk und Kalziumsulfat
und geringen Mengen von Flußmitteln, zugesetzt. Die Durchführung des Verfahrens
bietet große technische Schwierigkeiten. Mit dem Fortschreiten der Austreibung der
schwefligen Säure wird naturgemäß das Produkt immer schwerer schmelzbar und zähflüssiger,
so daß gerade die Schwierigkeiten wieder auftreten, -die behoben werden müssen,
um wirtschaftlich zu arbeiten. Auch das Durchleiten von Luft wird natürlich mit
dem Fortschreiten der Austreibung immer schwieriger. Nun muß aber, um die schweflige
Säure möglichst weit auszutreiben, Luft durch die Masse geleitet werden, denn nur
so ist es zu erreichen,-daß der für Portlandzement zulässige Höchstgehalt an Schwefelsäureanhydrid
-von 2,5°/o nicht überschritten wird. Im übrigen zielt dieses Verfahren nur auf
die Erzeugung einer als latenthydraulischer Zuschlagsstoff geeigneten Schlacke hin.
-
Nach einem anderen bekannten Verfahren sollen lediglich Schlacken,
die als hydraulische Zuschlagstoffe ungeeignet sind, also saure Schlacken, in hochbasische
Schlacken umgeschmolzen werden. Demgegenüber verfolgt das neue Verfahren die Anreicherung
von Schlacken bis zu der Kalkhöhe des Portlandzementes. Die Schmelzprodukte können
also für sich als Portlandzement oder als Anreger für granulierte basische Hochofenschlacken
zur Herstellung von Eisenportland-und Hochofenzement verwendet werden. Ferner gewährleistet
das neue Verfahren eine vollständige Homogenität bei niedrigen Schmelztemperaturen
unter Ausschaltung schädlicher Nebenwirkungen durch die verwendeten Zusatzschmelzstoffe,
die außerdem noch verhältnismäßig billig sind. Es wird also ein wertvolles Produkt
mit größter Wirtschaftlichkeit erzeugt.
-
Das neue Verfahren geht davon aus, daß es möglich ist, Kalk in einem
geschmolzenen Stoff oder Stoffgemisch zu lösen, ohne daß die Schmelztemperatur und
die Zähflüssigkeit wesentlich gesteigert werden. Die Erfindung besteht darin, daß
bei Verfahren zur Herstellung von Portlandzement die Schmelze verhältnismäßig leicht
schmelzbarer Stoffe als Lösungsmittel für die in Reaktion tretenden Komponenten
benutzt wird. So kann man z. B. mit einer Schmelze, die aus Kalkstein, Chlorkalzium
und Flußspat hergestellt ist, ohne weiteres die schmelzflüssige Schlacke mischen
unter Maßnahmen, die eine vollständige Homogenisierung gewährleisten wie gleichmäßiges
Zusammenfließen der beiden Schmelzen oder Einlaufen der spezifisch schweren Schmelze
in die leichtere, Wesentliche Vorteile des Verfahrens sind, daß die sonst erforderliche
Aufbereitung der Rohstoffein Fortfall kommt, der Wärmeinhalt der flüssigen Schlacke
ausgenutzt wird und außerdem die Herstellungstemperatur verhältnismäßig niedrig
ist.
-
Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel des neuen Verfahrens angegeben:
In einem geeigneten Ofen, z. B. Flammofen ; mit Gas-, Öl- oder Kohlenstaubfeuerung,
werden nachstehende Stoffe, deren chemische Zusammensetzung weiter unten angegeben
ist, niedergeschmolzen: izo Teile Kalkstein, 2o Teile Flußspat, io Teile Chlorkalzium.
-
Bei etwa z4oo° ist dieses Gemisch voll----ständig geschmolzen. Diese
Schmelze wird gleichzeitig -mit ioo Teilen schmelzflüssiger Hochofezschlacke in
ein= Mischer gebracht. Dann wird die Gesamtschmelze in der für Schmelzzement bekannten
Weise abgekühlt.
-
Der durch Vermahlen -von 2o Gewichtsteilen dieses Portlandzementschmelzklinkers,
78 Gewichtsteilen der granulierten Hochofenschlacke und 2 Gewichtsteilen Rohgips
hergestellte Hochofeuzement hatte bei normaler Abbindung und vollständiger Volumenbeständigkeit
bei normengemäßer Prüfung Mörtelfestigkeiten, die um etwa 6o°/, über den für Portlandzement
geforderten Mindestfestigkeiten lagen. Die Festigkeiten dieses Hochofenzementes
waren auch wesentlich höher als diejenigen des zum Vergleich aus zo Gewichtsteilen
gutem Handelsportlandzement, 78 Gewichtsteilen derselben Schlacke und 2 Gewichtsteilen
Rohgips unter gleich feiner Vermahlung hergestellten Hochofenzementes.
-
Die chemische Zusammensetzung der verwendeten Rohmaterialien war folgende:
Schlacke Si 02 : 32,6o°/" A1203: 11,37°1o Fe O : 2,12°'a MnO: o,56°/0 CaO : 45,46°/o
Mg 0 : 430°/0 SO., : o,86°/0 S : i,48°/0 Diese Schlacke -wurde also in dem
obigen Ausführungsbeispiel der Herstellung von
Hochofenzement sowohl
als Tonkomponente (in schmelzflüssiger Form) für den hergestellten Portlandzementschmelzklinker
wie auch als latenthydraulischer Zuschlagstoff (in granulierter Form) verwendet.
-
Kalkstein Si 02 2,41% A120. : 0,300/0 Fe203 . 1,43°/o Ca O : 53,6401o
Mg O : o,62°/0 SO, 0,01°/o Glühverlust . q.2,520/0 Flußspat: Ca F2 : 91,9o0/0
Si 0, . 6,o50/0 A12 03+Fe2 O9 . I,o10Io Chlorkalzium: Ca C12 : 75,10°/o Wasser
: Rest Außerdem Spuren von Verunreinigungen.