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Verfahren zur Herstellung hydraulischer Zemente von hohem Tonerdegehalt
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung zementartiger Materialien von hohem
Tonerdegehalt.
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Im allgemeinen werden zementartige Materialien dieser Art durch Erhitzung
kalkhaltiger und hochtonerdehaltiger Stoffe, wie Bauxit, unter Bedingungen hergestellt,
die zu einer völligen oder doch nahezu vollständigen Schmelgung der Mischung führen.
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Man hat indessen auch vorgeschlagen, solche Mischungen einer länger
währenden Erhitzung bei niedrigeren Temperaturen auszusetzen, wobei man die Schmelzung
vermeidet, um eine Masse zu gewinnen, die leichter gemahlen werden kann.
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In der vollständigen Beschreibung des dem Erfinder erteilten englischen
Patents 303 639 ist ein Verfahren zur Herstellung von Zementen der in Frage
stehenden Art beschrieben, nach welchem man ein Material von hohem Tonerdegehalt
und gebrannten Kalk in Gegenwart von Dampf, vorzugsweise unter erhöhtem Druck, aufeinander
wirken läßt, um eine Reaktion zwischen dem Kalk und dem tonerdehaltigen Material
herbeizuführen, worauf das entstandene Produkt einer erhöhten Temperatur unterworfen
wird, die indes beträchtlich unter der Schmelztemperatur liegt, nämlich bei etwa
zooo°.
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Das so gewonnene Produkt ist ein zementartiger Stoff, der die normale
Abbindefähigkeit . eines Tonerdezementes besitzt. Wird andererseits solche Mischung
auf beträchtlich niedrigere Temperaturen erhitzt, die nur ausreichen, das gebundene
Wasser zu entfernen, so wird ein Produkt erhalten, das eine langsame Abbindung und
nur unvollkommen die Eigenschaften eines Zementes besitzt.
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Die vorliegende Erfindung ist auf die Beobachtung gegründet, daß bei
Kohlensäurebehandlung von Massen, die aus Verbindungen von Tonerde mit Kalk in zur
Gewinnung hydraulischer Zemente von dem hochtonerdehältigem-Typ geeigneten Mengenverhältnissen
bestehen oder sogar einen höheren Kalkgehalt besitzen, gewisse technisch vorteilhafte
Ergebnisse erzielt werden.
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Allgemein gesprochen, besteht die Erfindung darin, Zemente von dem
hochtonerdehaltigen Typ zu gewinnen, wobei die bei der Behandlung von tonerdereichem
Material und Kalk unter Bedingungen, die Calciumaluminate entstehen lassen, gewonnenen
Mischungen der Einwirkung von Kohlensäure in solchem Maße unterworfen werden, daß
der in diesen Produkten vorhandene gesamte reaktionsfähige Kalk in kohlensauren
Kalk urgewandelt wird.
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Mit der Kohlensäure wird gewöhnlich so lange behandelt, .bis nichts
mehr aufgenommen wird; in diesem Falle kann man annehmen, daß der vorhandene freie
Kalk wie der nur lose gebundene Kalk carbonisiert sind.
Nach den
Versuchen des Erfinders ist es wahrscheinlich, daß durch die Kohlensäure das Tricalciumaluminat
unter Bildung von Dicalciumaluminat oder Pentacalciumtrialuminat und Calciumcarbonat
zerlegt wird.
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Im allgemeinen hat das Endprodukt einen Kohlensäuregehalt von z2 bis
170/" aber j e nach den verwendeten Mengen von Kalk und Bauxit kann dieser Gehalt
zwischen viel weiteren Grenzen schwanken.
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Im speziellen wird das Verfahren zur Herstellung hochtonerdehaltiger
hydraulischer Zemente zum Beispiel so ausgeführt, daß der Kohlensäureeinwirkung
ein Produkt unterworfen wird, welches durch die Behandlung von Kalk und Bauxit oder
einem tonerdereichen Material mit Dampf, vornehmlich bei erhöhtem Druck, erhalten
ist; dabei wird der Kalk zu einem gewissen Grade in Carbonat verwandelt. Durch Erhitzung
auf genügend hohe Temperaturen wird das gebundene Wasser vertrieben. Zweckmäßig
wird in diesem Falle die Behandlung mit Kohlensäure und die Erhitzung des Materials,
um das Wasser zu vertreiben, gleichzeitig durchgeführt.
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Beispielsweise werden erfindungsgemäß Kalk und Bauxit in fein verteilter
Form und in ungefähr gleichen Gewichtsmengen mit Dampf behandelt, wie es in dem
britischen Patent 303 639
beschrieben ist, und die so erhaltene dampfbehandelte
Mischung durch ein geneigtes, sich drehendes Rohr, einen Portlandzementofen oder
einen rotierenden Trockner, geschickt, durch welches im Gegenstrom zu dem zementartigen
Material ein Strom heißer kohlensäurehaltiger Gase geht. Die Temperatur der Gase
beträgt an der Stelle, wo sie in das Rohr eintreten, 5oo bis 7oo°. Ein Teil der
Kohlensäure wird durch die Mischung absorbiert; das Material, welches aus dem Ofen
kommt, bildet nach Abkühlung und nötigenfalls Mahlung einen Zement, der eine genügend
lange Abbindezeit hat, um in der gewöhnlichen Weise verwendet zu werden.
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Die Temperatur, bei der die Behandlung durchgeführt wird, kann innerhalb
gewisser Grenzen variieren; im allgemeinen sind Temperaturen zwischen 300° und goo°
geeignet. Über dieser letzterwähnten Höchsttemperatur wird Kohlensäure ausgetrieben.
Durch Variierung der Temperatur kann eine weitgehende Verschiedenheit des Produktes
in Abbindezeit und anderen Eigenschaften erreicht werden.
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Der Erfinder hat festgestellt, daß unter 500° in der Regel die Wasserabspaltung
und Kohlensäureabsorption ziemlich langsam erfolgt, weswegen es meist vorzuziehen
ist, bei: Temperaturen zwischen 5oo° und 7oo° zu arbeiten.
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Es gibt eine ganze Reihe von Wegen, um das Verfahren durchzuführen,
und die nur niedrige erforderliche Temperatur erlaubt eine große Auswahl in der
Apparatur. " Die Behandlung mit Kohlensäure kann erforderlichenfalls gesondert von
der Wasserabtreibung durch Erhitzen erfolgen; aber in der Regel ist es zweckmäßig,
die beiden Operationen zusammen durchzuführen, wobei man heiße Verbrennungsgase
oder Abgase von Öfen aller Art benutzt, um sowohl die nötige Hitze wie Kohlensäuremenge
aufzubringen.
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Die folgenden Einzelheiten werden als Beispiel gegeben, wie man in
geeigneter Weise die Erfindung praktisch ausführen kann Ein Bauxit, der 55°/o Tonerde
und 50/0 Kieselsäure enthält, wird so fein gemahlen, daß go°/° ein Sieb mit zoo
Maschen auf das Quadratzentimeter passieren, und mit dem x,8fachen seines Gewichtes
an Wasser zu einem Schlamm angerührt. Eine dem Bauxit gleiche Gewichtsmenge eines
95% CaO enthaltenden Kalkes wird dem Bauxitschlamm beigemischt, wobei der Kalk gelöscht
wird; der entstehende Schlamm ist gerade noch dünn genug zum Pumpen. Dieser Schlamm,
'welcher Calciumhydrat und Bauxit enthält, wird zu einem Druckgefäß gepumpt oder
geleitet, das aus einem horizontalen Kesselmantel mit einem sich langsam drehenden,
axial angebrachten Rührer besteht. Dampf reit einem Druck vom go Atm. wird von einem
Kessel in das Druckgefäß geleitet. Dieser Druck wird unter Rühren 3 Stunden lang
aufrechterhalten, wonach er durch Abblasen auf atmosphärischen Drück herabgesetzt
wird. Der dampfbehandelte Schlamm wird dann zur Heizvorrichtung gepumpt, welche
aus einem geneigten, rotierenden, mit Ziegelsteinen ausgekleideten Zylinder besteht.
65o° heiße Gase treten am tieferen Ende des Zylinders ein und streichen, entgegen
dem herabfließenden Schlamm, durch den Zylinder, wobei sie ihn zu einem Pulver trocknen.
Die in den heißen Gasen vorhandene Kohlensäure verbindet sich mit dem Zement; außerdem
wird auch das chemisch gebundene Wasser ausgetrieben. Der Zement verläßt den Heizzylinder
als ein heißes Pulver und wird durch einen anderen kleineren Zylinder geleitet,
um abzukühlen. Dann läßt man ihn zum Mahlen durch eine Kugelmühle gehen.
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Nach dem obigen Beispiel wird eine relativ große Wassermenge verwendet,
um das Rohmaterial in Form eines Schlammes, der leicht mit mechanischen Vorrichtungen
befördert werden kann, zu erhalten. Man kann indessen auch ebensogut eine halbtrockene
Mischung der Rohmaterialien unter Verwendung geeigneter mechanischer- Beförderungsvorrichtungen
verarbeiten, in welchem Falle die Behandlung mit Kohlensäure enthaltenden Gasen
von geringerer Temperatur durchgeführt werden kann.
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Die Qualität des gemäß der Erfindung hergestellten Zements kann im
allgemeinen verbessert werden, wenn er in beschränktem
Maße feuchter
Luft ausgesetzt wird. Beispielsweise kann man Feuchtigkeit, etwaAbdampf, der Luft
zufügen, welche durch den Kühler streicht, in den der aus dem rotierenden Erhitzungszylinder
kommende Zement gebracht wird.
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Der nach der Erfindung hergestellte Zement ähnelt anderen Tonerdezementen,
insofern er in 2,4 Stunden und weniger eine große Härte erreicht. Vor anderen Tonerdezementen
hat er den großen Vorteil, bei Mischung mit Wasser in hohem Grade plastisch zu sein,
so daß er sich gut ausbreitet oder fließt, wenn er wie Gips, Mörtel oder Beton benutzt
wird.
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Wird, wie es im allgemeinen der Fall ist, die Ausgangsmischung aus
Bauxit und Kalk bereitet und nicht übermäßig hohen Temperaturen unterworfen, so
behält der Zement die Farbe, meist Rot, des zu seiner Herstellung verwendeten Bauxits.
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Zum Schluß sei noch betont, daß, wenn sich auch nach den obigen Ausführungen
die Erfindung hauptsächlich auf die Behandlung von Verbindungen des Kalkes mit hochtonerdehaltigem
Material, die mit Hilfe von Dampf hergestellt wurden, bezieht, doch auch die entsprechenden
durch die- Einwirkung von Hitze allein, in Abwesenheit von Dampf hergestellten Verbindungen
wie auch die nach dem Verfahren des englischen Patents 303 639 erhaltenen
gemäß der Erfindung mit Kohlensäure behandelt werden sollen.
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In diesem Zusammenhang sei noch darauf hingewiesen, daß, wenn Kalk
und Bauxit zusammen auf ungefähr xooo° erhitzt werden, eine Verbindung gebildet
wird, die nur unvollkommen abbindet. Wird indessen diese so gewonnene Verbindung
mit Kohlensäure behandelt, um eine teilweise Carbonisation des vorhandenen Kalks
zu erreichen, so wird ein Produkt gewonnen, das eine normale Abbindezeit hat.