DE60200939T2

DE60200939T2 - Verfahren und vorrichtung zur dehydroxylationsbehandlung von aluminosilikat

Info

Publication number: DE60200939T2
Application number: DE60200939T
Authority: DE
Inventors: Ga[L Cadoret
Original assignee: Saint Gobain Materiaux de Construction SAS
Current assignee: Saint Gobain Materiaux de Construction SAS
Priority date: 2001-02-20
Filing date: 2002-02-06
Publication date: 2005-09-01
Anticipated expiration: 2022-02-07
Also published as: CN1295148C; DE60200939D1; ATE273241T1; CZ20032221A3; FR2820990A1; CO5550482A2; UA75391C2; DK1362007T3; EP1362007B1; HK1060556A1; US20040129177A1; ES2227428T3; BG108115A; CN1503764A; AU2002237352A1; PT1362007E; BR0207331A; EP1362007A2; FR2820990B1; WO2002066376A2

Description

Die Erfindung betrifft die Behandlung teilchenförmiger Mineralien. Sie ist insbesondere auf ein Verfahren zur Dehydratisierung von Aluminiumsilicat, das speziell in Tonen enthalten sein kann, gerichtet, um ihm als Zusatz oder Zuschlagsstoff (mit Puzzolancharakter) in einer Zement-, Beton- oder anderen Matrix Reaktivität zu verleihen oder diese zu erhöhen.
Es ist bekannt, Aluminiumsilicat in Form von Metakaolin in Zement-, Mörtel- oder Betonzusammensetzungen als Zuschlagstoff zuzusetzen, der in der Lage ist, mit dem durch die Hydratation des Zements frei gewordenen Kalk zu reagieren, insbesondere in glasfaserverstärkten Zementen, worin der im Laufe des Abbindens freigesetzte Kalk des Zements auf die Verstärkungseigenschaften eine nachteilige Wirkung ausübt.
Dieses in reaktiver Form vorliegende Aluminiumsilicat kann durch Calcinierung von Kaolin oder Kaolinit, im Allgemeinen aus einem tonigen Ausgangsmaterial, erhalten werden. Dabei verläuft die endotherme Dehydratisierung wie folgt: Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O → Al₂O₃·2H₂O + 2H₂O (≈ –418 Joule/g).
Sie findet, je nach Charakter des Ausgangstons, bei einer Temperatur von etwa 500 bis 650°C statt.
Die industrielle Durchführung dieser Behandlung muss zwei Forderungen erfüllen: Eine Behandlung des Tonmaterials bis in den Kern, um die Umwandlung des gesamten Kaolins in Metakaolin sicherzustellen, ohne dass dabei die Temperatur des behandelten Materials die Abbautemperatur des Metakaolins erreicht, das sich (im Laufe einer exothermen Reaktion) bei etwa 900°C in eine nicht reaktionsfähige kristalline Form wie Mullit oder Crystobalit umwandeln kann.
In einem bekannten industriellen Verfahren wird der Ton in Form von Kugeln in einem Hordenofen behandelt, in welchem jede Etage, die von Brennern mit einer vorgegebenen Temperatur beheizt wird, eine Horde, auf welcher eine substantielle Tonschicht aufgebracht worden ist, und Abstreiferarme umfasst, die dafür sorgen, dass der Ton während der gewünschten Dauer der Temperatur der Etage ausgesetzt wird, und welche das auf einer Horde behandelte Material zur nächsten schicken. Typischerweise erfordern diese Anlagen einen Temperaturgradienten, der in Durchlaufrichtung des Tons von etwa 500 bis 750°C auf den Horden zunimmt. Um diese Temperaturen zu erreichen, erhitzen die Brenner mitunter lokal auf deutlich höhere Temperaturen, weshalb die Organe des Ofens, insbesondere die Wände und Arme, die hohen Belastungen ausgesetzt sind, aus feuerfesten Materialien hergestellt sein müssen, die eine gute Temperaturbeständigkeit besitzen und/oder mit einem Kühlsystem versehen sein müssen. Weiterhin ist die Verweilzeit der Materialien im Ofen sehr lang und erfordert einen sehr hohen Energieverbrauch, und schließlich werden die feinen Teilchen, die durch Aneinanderreiben der Kugeln erzeugt werden, vom Brenngas mitgerissen, weshalb eine Entstaubung des Abgases notwendig ist.
In einem anderen bekannten Verfahren, das als "Flash-Calcinierung" bezeichnet wird, werden die Tonteilchen derart beträchtlichen Temperaturgradienten ausgesetzt, dass sie fast sofort die Behandlungstemperatur erreichen. In der Praxis werden die Tonteilchen in einer Umgebung angeordnet, deren Temperatur 900 bis 1000°C und sogar darüber innerhalb eines sehr kurzen Zeitraums derart erreichen kann, dass der Wärmeaustausch die Teilchen auf die gewünschte Temperatur von etwa 500 bis 600°C bringt. Entsprechend bestimmter Ausführungsformen umfasst der Calcinierofen einen Behälter, in welchem ein Brenner installiert ist, der die gewünschte Temperatur erzeugt. Dabei birgt dieser Ofentyp das Risiko, dass Teilchen mit der Brennerflamme in Berührung kommen und ihre Temperatur die gewünschte Behandlungstemperatur übersteigt. Ein weiterer Typ eines Flash-Calcinierofens, der insbesondere in US-A-6 139 313 beschrieben ist, umfasst eine Kammer, in welcher eine Behandlung durch einen ringförmigen Gasstrom stattfindet, wobei ein Plasma mit sehr hoher Temperatur durch Einleiten des Brennstoffs in einen Heißgasstrom gebildet wird, der vor der Behandlungskammer erzeugt worden ist. Dabei sind die kritischen Organe des Ofens auch hier sehr hohen Temperaturen unterworfen, was komplizierte Kühlvorrichtungen erfordert.
Deshalb liegt der Erfindung als Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Calcinierverfahren bereitzustellen, durch welches ein zufriedenstellender Umsatz sichergestellt wird, ohne dass eine komplizierte Anlage und teure Materialien erforderlich wären.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Dehydratisierung von Aluminiumsilicat gelöst, in welchem das Aluminiumsilicat umfassende Teilchen einer Temperatur von mindestens 500°C ausgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen in Form eines trockenen Pulvers vorliegen, und dass das trockene Pulver in einem Gasstrom mit einer Temperatur von 600 bis 850°C einen Zeitraum lang transportiert wird, der ausreicht, damit der gewünschte Dehydratisierungsgrad erreicht wird.
Von den Erfindern ist festgestellt worden, dass das das Aluminiumsilicat umfassende Material, wenn es pulverförmig gemacht wird, erstaunlich schnell in dem Transportgas reagiert, dessen Temperatur dennoch deutlich niedriger als die übliche Temperatur einer "Flash-Calcinierung" ist, so dass erfindungsgemäß eine thermische Dehydratisierung bereitgestellt wird, deren Durchführung, sowohl was die erforderliche Energie als auch die zur Herstellung der Behandlungsvorrichtungen notwendigen Materialien betrifft, nicht teuer ist.
Um eine Vorstellung davon zu vermitteln, so besitzt das getrocknete Pulver im Allgemeinen eine Korngröße von kleiner als oder gleich 100 μm, d. h., dass alle Teilchen, aus denen es besteht, eine Größe haben, die durch Abmessungen (Durchmesser oder scheinbarer Durchmesser) von kleiner als oder gleich 100 μm charakterisiert sind. Vorzugsweise besteht es im Wesentlichen aus Teilchen mit Abmessungen von kleiner als oder gleich 80 μm. Es umfasst vorteilhafterweise mindestens 60 Gew.-% Teilchen mit einer Abmessung von kleiner als 20 μm und vorzugsweise einen geringen Anteil (beispielsweise kleiner als oder gleich 5%) von Teilchen mit Abmessungen von größer als 40 Mikrometer (95% < 40 Mikrometer).
Vorteilhafterweise wird das Pulver aus einer das Aluminiumsilicat umfassenden hydratisierten Grundmasse auf folgende Weise gebildet: Die Grundmasse wird zu Bruchstückchen zerkleinert, und es werden die Grundmassebruchstückchen durch mechanische Einwirkung in Anwesenheit eines heißen Gases mit einer Temperatur von etwa 500 bis 800°C vereinzelt.
Erfindungsgemäß hat es sich auch überraschenderweise gezeigt, dass es ein einfacher mechanischer Vorgang wie das Zermahlen, Rühren, Kneten oder dergleichen in Gegenwart eines Heißgases mit einer Temperatur von höher oder gleich 500°C, die üblicherweise für das Trocknen eines hydratisierten Materials vorgesehen wird, nicht nur erlaubt, das Hydratwasser der Grundmasse zu verdampfen, sondern darüber hinaus die Trennung des an das Aluminiumsilicat gebundenen Wassers auszulösen, wobei Metakaolin gebildet wird. Dieser Vorgang wird durchgeführt, indem die pulverförmigen Produkte von dem Heißgas transportiert werden, dessen Temperatur (500 bis 850°C) derart genau definiert wird, dass sie einerseits einen ausreichenden Reaktionsfortschritt erlaubt (Temperatur und Transportzeit) und andererseits in Anwesenheit von Kalk keine stabilen kristallisierten Produkte gebildet werden (Temperaturobergrenze).
Die erfindungsgemäß vorgesehene mechanische Einwirkung ist vorzugsweise derart, dass die Teilchen getrennt werden, die das mineralische Material der Grundmasse bilden, um dem trockenen Material seine "natürliche" Korngrößenverteilung zu verleihen. Deshalb wird hier die Bezeichnung Vereinzelung benutzt. Weiterhin umfasst der Begriff "Zerkleinern", wenn er in dieser Beschreibung benutzt wird, eine beliebige "schonende" Einwirkung, insbesondere ein Zerreiben, und ist nicht auf einen Vorgang zur Verkleinerung der Korngröße eines Materials beschränkt, wobei es in seine konstituierenden Teilchen zerlegt wird.
Die Temperatur des Heißgases, das in der Vereinzelungsstufe eingesetzt wird, wird auf unter 800°C gewählt, um eine spätere Umwandlung des Metakaolins in eine nicht reaktionsfähige Form zu verhindern, wobei es jedoch erwünscht ist, dass sie so hoch wie möglich ist, um eine schnelle Trocknung der hydratisierten Grundmasse zu erreichen. Die Temperatur kann innerhalb eines Bereichs gewählt werden, der von dem Wassergehalt und den Eigenschaften des Ausgangsstoffs, die mit dessen Zusammensetzung verknüpft sind, und somit von dem Abbau oder der verwendeten Quelle abhängig ist. Die genaue Temperatur der Umwandlung eines Kaolins in Metakaolin kann ermittelt werden, indem der Ausgangsstoff einer Differentialthermoanalyse (DTA) unterworfen wird, wobei der Peak der Umwandlung in Metakaolin im Allgemeinen zwischen 500 und 550°C oder 600°C liegt. Die Temperatur des Heißgases kann vorteilhafterweise auf etwa 600 bis 750°C und insbesondere 650 bis 700°C gewählt werden. Dabei handelt es sich um die Temperatur des Gases nach dem Vermischen und der Zufuhr der Tonteilchen. Es ist deshalb interessant, dass die Einleitung des Heißgases mit der Temperatur durchgeführt wird, die der Umwandlungstemperatur am nächsten liegt, wobei sie jedoch so hoch wie möglich (850 bis 900°C) sein muss, aber unterhalb des Grenzwerts, der der Umwandlung in Mullit entspricht.
Die Bedingungen der erfindungsgemäßen Vereinzelungsstufe erlauben eine substantielle Entfernung des in der hydratisierten Grundmasse enthaltenen Wassers. Typischerweise besitzt, ausgehend von einer Grundmasse mit einem Wassergehalt von unter 30 Gew.-%, insbesondere von etwa 15 bis 30 Gew.-%, das vereinzelte trockene Pulver im Allgemeinen einen Restwassergehalt von etwa 0 bis 1 Gew.-%.
Vorteilhafterweise wird die Vereinzelung durchgeführt, indem die Grundmassebruchstückchen und das Heißgas durch Mahlorgane geschickt werden. So wird eine maximale Kontaktfläche zwischen Masse und Heißgas geschaffen, welche den Wärmeaustausch begünstigt und eine fast sofortige Trocknung erlaubt.
Aufgrund der Trocknungsbedingungen wird das Material der Grundmasse zu einem Pulver mit den Abmessungen seiner konstituierenden Teilchen zerkleinert. Im All gemeinen beträgt die Korngröße des trockenen Pulvers weniger als oder gleich 100 μm und vorzugsweise als 80 μm. Es enthält vorteilhafterweise mindestens 60 Gew.-% Teilchen mit Abmessungen von kleiner als 20 μm und einen geringen Anteil (beispielsweise weniger als oder gleich 5%) Teilchen mit Abmessungen von größer als 40 Mikrometer.
Je nach dem eingesetzten Ausgangsstoff kann, insbesondere wenn es sich um ein natürliches Material wie Ton handelt, auf die Vereinzelungsstufe eine Stufe der Abtrennung der größeren Teilchen wie Sand, insbesondere in einem Zyklon, folgen, nach welcher das trockene Pulver gewonnen wird, das der Wärmebehandlung unterworfen werden soll.
Je nach dem verwendeten Ausgangsstoff kann ein trockenes Pulver erhalten werden, das das Aluminiumsilicat umfasst, das während des Zerkleinerns-Trocknens teilweise dehydratisiert werden kann. Dabei kann der Dehydratisierungsgrad durch die Reaktivität im Chapelle-Versuch abgeschätzt werden, der darin besteht, die CaO-Menge zu bestimmen, die potentiell von dem mineralischen Material verbrauchbar ist, wobei sie das Puzzolanat des mineralischen Zusatzes definiert. In diesem Versuch, der von R. Largent im "Bulletin de Liaison des Laboratoires des Ponts et Chaussées", Nr. 93, Januar–Februar 1978, S. 63–64, beschrieben wurde, werden mineralisches Material und Kalk in Wasser suspendiert 16 Stunden lang in der Nähe des Siedepunkts miteinander in Berührung gebracht. Nach Abkühlung wird der Kalk bestimmt, der nicht reagiert hat. Das Ergebnis wird in g auf 1 g mineralisches Material angegeben.
Um einen hohen Dehydratisierungsgrad mit einer Reaktivität im Chapelle-Versuch von mindestens etwa 0,7 bis etwa 0,8 zu erreichen, ist erfindungsgemäß eine Wärmebehandlungsstufe vorgesehen, in welcher das trockene Pulver in einem Heißgasstrom mit einer Temperatur von 600 bis 850°C einen Zeitraum lang transportiert wird, der ausreicht, um den gewünschten Dehydratisierungsgrad zu erreichen, ohne dass dabei die Teilchentemperatur den Umwandlungsbereich des Minerals in Mullit erreicht.
Die Analyse der durch DTA erhaltenen Kurven erlaubt es, sowohl die Reaktionstemperaturen (Bestimmung von Minimum- und Maximumtemperatur) sowie die Kinetik der Umwandlung von Kaolin in Metakaolin genau zu identifizieren und zu quantifizieren, die nützlich ist, um erfindungsgemäß das Temperatur-Transportzeit-Paar des pulverförmigen Kaolins zu ermitteln. Dabei bestimmt die Temperatur des Heißgases (wobei die DTA-Ergebnisse genutzt werden) die Transportzeit (Kontakt des Gases mit dem Pulver), die erforderlich ist, um das Kaolin in Metakaolin umzuwandeln. So betrug bei einem untersuchten Kaolin die Transportzeit, die erforderlich war, um eine 80%ige Dehydratisierung zu erreichen, 13 Sekunden bei einer Temperatur von 600°C, während sie vorteilhafterweise bei einem Gas mit etwa 800°C auf 0,1 Sekunden gesenkt wurde. Dabei ist festzustellen, dass die Bedingungen der Wärmebehandlung der elementaren Teilchen des Kaolins, die sich in einem verdünnten Strom befinden, wesentlich andere als diejenigen sind, die in den Messapparaturen vom Typ DTA/GTA herrschen, in welchen sich der Probekörper als kleines Paket befindet. Diese geometrische Anordnung senkt die Geschwindigkeit des Wärmeaustauschs, weiterhin wird diese Kinetik ebenfalls durch das Vorhandensein einer Feuchtigkeit modifiziert, die in den Tiegeln der Apparatur größer als diejenige ist, die in dem verdünnten Strom vorherrscht.
Das Pulver, das einer Wärmebehandlung unterworfen werden soll, kann direkt nach der Vereinzelung, wenn diese am Ort der Wärmebehandlung durchgeführt wird, oder auch nach einer dazwischenliegenden Lagerstufe an diesem Ort oder in einer von der Herstellung des Pulvers getrennten Anlage behandelt werden.
Im ersten Fall kann das Pulver mit dem Heißgasstrom nach der Vereinzelung gewonnen werden, um es an den Ort der Wärmebehandlung, gegebenenfalls unter zusätzlicher Wärmezufuhr in Form eines zusätzlichen Heißgasstroms oder eines anderen Beheizungsmittels, um das Gas auf eine Temperatur von 600 bis 850°C zu bringen, zu transportieren.
Im zweiten Fall wird das Pulver in einen zweiten Heißgasstrom geschickt, dessen Temperatur 600 bis 850°C beträgt.
In beiden Varianten kann vorteilhafterweise die Temperatur des Heißgases während des Transports des trockenen Pulvers kontrolliert werden. Dabei kann die Kontrolle darin bestehen, dem Gas und dem Pulver einen Temperaturgradienten aufzuzwingen oder auch, im Gegenteil, darin bestehen, die Heißgastemperatur während des Transports des trockenen Pulvers konstant zu halten.
Am Ende der Behandlung kann das dehydratisierte trockene Pulver durch verschiedene Mittel, insbesondere durch Filtern, gewonnen werden.
Die Erfindung hat weiterhin eine Vorrichtung zur Dehydratisierung von Aluminiumsilicat zum Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Rohrleitung, durch welche ein Heißgasstrom mit einer Temperatur von 600 bis 850°C geleitet wird, Mittel, um in die Rohrleitung ein das Aluminiumsilicat umfassendes trockenes Pulver zu schicken, und Mittel, um das trockene Pulver in dieser Rohrleitung zu transportieren, umfasst.
Gemäß weiteren Merkmalen

– umfasst die Vorrichtung Mittel zur Zerkleinerung einer das Aluminiumsilicat umfassenden hydratisierten Grundmasse zu Bruchstückchen, einen Zerkleinerer-Trockner, der die Grundmassebruchstückchen durch mechanische Einwirkung in Gegenwart eines Heißgases mit einer Temperatur von 500 bis 800°C vereinzelt, und Mittel, um nach dem Zerkleinerer-Trockner ein trockenes Pulver zu sammeln, wobei
• der Zerkleinerer-Trockner einen Mahlbereich mit Mahlorganen und Durchlässen für das Heißgas in diesen Mahlbereich umfasst und
• die Mahlorgane mindestens zwei parallele Scheiben umfassen, die auf ihren einander gegenüberliegenden Flächen vorstehende Finger tragen, und die Durchlässe für das Heißgas Zwischenräume zwischen den Fingern der Scheiben sind,
– die Vorrichtung nach dem Zerkleinerer-Trockner Trennungsmittel wie einen Zyklon umfasst,
– umfasst die Vorrichtung zwischen dem Zerkleinerer-Trockner und der Rohrleitung Mittel für die Zwischenlagerung, wobei
• die Rohrleitung von einem Brenner, dessen Flamme sich außerhalb der Rohrleitung befindet, mit Heißgas gespeist wird,
• die Rohrleitung mit äußeren Beheizungsmitteln wie Heizwiderständen und/oder einem Heizmantel ausgerüstet ist und
• die Beheizungsmittel aus mindestens einer Zuleitung für das Gas bestehen, das es durch Verbrennung an einer Wand der Vorrichtung erlaubt, die Wandtemperatur auf etwa 800°C zu halten, und
– umfasst die Vorrichtung danach Mittel zum Sammeln des Pulvers durch Filtern.

Weitere erfindungsgemäße Merkmale und Einzelheiten werden anhand der folgenden Beschreibung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die im Anhang befindlichen Zeichnungen näher erläutert, wobei:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 einen schematischen senkrechten Schnitt durch einen Zerkleinerer-Trockner, der Bestandteil der Vorrichtung von 1 sein kann, und
3 Einzelheiten der Mahlorgane des Zerkleinerer-Trockners von 2
zeigt.
In diesem Beispiel wird das erfindungsgemäße Verfahren auf die Behandlung eines kaolinischen Tons angewendet, um das Aluminiumsulfat in Metakaolin umzuwandeln.
Dazu kann die Vorrichtung von 1 verwendet werden. Dabei ist festzustellen, dass die Darstellung in 1 schematisch ist, die Elemente nicht maßstäblich sind, und sie die Erfindung nicht beschränkt, insbesondere, was die Anordnung der verschiedenen Stationen oder Anordnung und Lage der Transportleitungen für die Stoffe betrifft.
Diese Vorrichtung umfasst im Wesentlichen einen Trichter 1 für die Lagerung des Tons, eine Zerkleinerungsmaschine 2, einen Zerkleinerer-Trockner 3, gegebenenfalls einen Zyklon 4, gegebenenfalls einen Lagerbehälter 5, eine Transportleitung 6, eine Kühlstation 7 und einen Filter 8 zum Sammeln des Pulvers.
Der im Trichter 1 enthaltene Ton liegt in der Form vor, wie sie durch den Abbau der Lagerstätte entsteht, im Allgemeinen in Form von Brocken aus einer hydratisierten Grundmasse, deren Abmessungen etwa 10 cm erreichen können. Im Ausgangszustand besitzt er einen Wassergehalt, der beispielsweise 15 bis 30 Gew.-% betragen kann.
Die Zerkleinerungsmaschine 2 liefert, beispielsweise über eine archimedische Schnecke, Grundmassebruchstückchen mit verringerten Abmessungen, insbesondere von etwa einigen Zentimetern, an den Zerkleinerer-Trockner 3.
Der Zerkleinerer-Trockner 3 wird mit einem Heißgasstrom gespeist, der in 9 von einem Brenner 10 und einem Gebläse 11 erzeugt und durch die Rohrleitung 12 in den Zerkleinerer-Trockner transportiert wird. Dabei wird die Flamme des Brenners 10 so geregelt, dass die Temperatur des Heißgasstroms in der Rohrleitung 12 etwa 500 bis 800°C, vorzugsweise etwa 600 bis 750°C, und insbesondere 650 bis 700°C beträgt.
Die Grundmassebruchstückchen werden in den Heißgasstrom durch 13 mit einem kontrollierten Takt, beispielsweise durch Umdrehung der Schnecke, unmittelbar bevor die Rohrleitung 12 in den Zerkleinerer-Trockner 3 mündet, eingebracht.
Die Vereinzelungsstufe lässt sich besser anhand der 2 und 3 verstehen, die einen erfindungsgemäß verwendbaren Typ eines Zerkleinerers-Trockners im Schnitt entlang einer vertikalen Ebene in der Achse der Linie des Teils der Vorrichtung, der unten in 1 dargestellt ist, bzw. eine Einzelheit dieses Zerkleinerers-Trockners in Explosionsdarstellung zeigen. Dieser Typ eines Zerkleiner-Trockners wird insbesondere von CMI-HANREZ vertrieben.
Der Zerkleinerer-Trockner besteht im Wesentlichen aus einem Behälter 14, in welchem sich eine Welle 15 dreht, die von schematisch eingezeichneten Mitteln 16 angetrieben wird und wenigstens eine Scheibe 17 trägt, die mit mindestens einer Reihe von Fingern 18 versehen ist, die auf mindestens einer ebenen Seite der Scheibe überstehen und vorzugsweise in einem dem Umfang der Scheibe 17 folgenden Ring angeordnet sind. Der Behälter umfasst zwei Wände 19, 20, deren Form der der Scheibe folgt, die parallel zur Scheibe 17 verlaufen und auf ihrer Oberfläche gegenüber den planen Seiten der Scheibe 17 mindestens eine Reihe von Fingern 21, 22 tragen, die in einem dem Umfang der Scheiben 19, 20 folgenden Ring angeordnet sind. Die Finger-Reihen sind konzentrisch angeordnet und ihre Länge wird derart gewählt, um zwischen den Fingern von zwei benachbarten Reihen Umlenkeinrichtungen zu bilden.
Bei Betrieb werden die Grundmassebruchstückchen 23 durch die Umdrehung der Scheibe 14 zum Umfang des Behälters 14 geschickt. Auf der ersten Seite der Scheibe 17 durchlaufen die Bruchstückchen die zwischen den Fingern 18 und 22 gebildeten Umlenkeinrichtungen, laufen anschließend entlang des Umfangs des Behälters 14 zur anderen Seite der Scheibe 17 und auf deren anderer Seite durch die von den Fingern 18 und 21 gebildeten Umlenkeinrichtungen. Dieser Durchlauf zwischen den sehr nahe beieinander stehenden Zerkleinerungsfingern hat ein Zerreiben oder Triturieren der Tonmasse zur Folge.
Der Heißgasstrom 24 verfolgt denselben Weg, der von den Pfeilen angegeben wird, umhüllt die Grundmassebruchstückchen mit einer beträchtlichen Wärmeaustauschfläche zwischen dem Heißgas und der Grundmasse und dringt in sie ein. Diese große Wärmeaustauschfläche erlaubt eine praktisch sofortige sehr schnelle Verdampfung des Hydratwassers des Tons, der sich fortschreitend durch Zerreiben in Teilchen mit immer kleinerer Größe zerteilt.
In der scheibenförmigen Wand 19 ist eine Blende 25 angebracht, die es den kleineren Teilchen erlaubt, den Behälter 14 zu verlassen, während größere Teilchen zu den Umlenkeinrichtungen zurückgeschickt werden, um weiter durch Zerreiben vereinzelt zu werden. Somit kann die Vorrichtung geregelt werden, um nach der Blende 25 ein Pulver 26 zu gewinnen, dessen Korngrößenverteilung die natürliche Korngröße der Tonplättchen ist. Typischerweise hat das Pulver 26 Abmessungen von kleiner als 100 μm und kann sogar mindestens 95% Teilchen mit einer Abmessung von kleiner als 40 μm enthalten.
In diesem Stadium enthält das Pulver im Allgemeinen nur noch 0 bis 1 Gew.-% Wasser. Seine Reaktivität gegenüber Kalk gemäß dem Chapelle-Versuch ist in Bezug auf das Anfangsstadium im Wesentlichen unverändert und beträgt im Allgemeinen weniger als 0,5 g auf 1 g.
Das Pulver 26 und der Gasstrom 27, der sich während des Vereinzelungsvorgangs abgekühlt hat (seine Temperatur kann auf 100°C sinken, muss aber auf über seinem Taupunkt gehalten werden), werden über eine Rohrleitung 28 gewonnen, die in einen Zyklon führen kann, um gegebenenfalls die Pulverteilchen in Abhängigkeit von ihrer Größe aufzutrennen, beispielsweise, um Sandkörner oder agglomerierte Teilchen mit einer Abmessung von größer als 100 oder 40 Mikrometer zu entfernen.
Das von Gasstrom 27 transportierte Pulver 26 kann, nach Evakuierung des Transportgases, in 5 gelagert oder direkt in die folgende Wärmebehandlungsstufe befördert werden.
In 1 wird das Pulver aus dem Bunker 5 entnommen und über eine Rohrleitung 29, beispielsweise in einem Trägergasstrom, in die Transportleitung 6 gebracht, durch welche ein Gasstrom 30 strömt, der von einem Brenner 31 erzeugt wird, der sich derart vor der Rohrleitung 6 befindet, dass die Brennerflamme nicht bis in den Bereich der Zufuhr des Pulvers gelangen kann. Die Flamme des Brenners 31 wird geregelt, damit die Temperatur des Heißgasstroms 30 in der Rohrleitung 6 etwa 600 bis 850°C und vorzugsweise etwa 600 bis 800°C beträgt. Dabei kann das Heißgas wie hier ein Verbrennungsgas sein, kann aber auch eine beliebige andere Art eines Gases wie Luft oder dergleichen, das von einem beliebigen bekannten Mittel erhitzt wird, sein.
Um das thermische Gleichgewicht in der Rohrleitung so wenig wie möglich zu stören, kann das Pulver von einem Heißgasstrom durch die Rohrleitung 29 gebracht werden.
Die Rohrleitung 6 kann mit Mitteln zur Kontrolle und Regelung der Gastemperatur ausgerüstet sein, beispielsweise, um entlang der Rohrleitung einen Temperaturgradienten zu erzeugen, oder, im Gegenteil, um die Temperatur innerhalb eines kleinen Schwankungsbereichs zu halten. Die Rohrleitung 6 wird vorteilhafterweise mit Beheizungsmitteln versehen, da die Dehydratisierung des Kaolins endotherm verläuft und daher die Temperatur des Behandlungsgases und somit die der Teilchen sinkt.
So ist die in 1 gezeigte Rohrleitung mit einem Heizmantel 32 ausgerüstet, der aus einer Doppelwandung bestehen kann, durch welche ein Beheizungsfluid, insbe sondere ein Verbrennungsgas, strömt. In einer Abwandlung oder Ergänzung können elektrische Beheizungsmittel vorgesehen werden.
Da die Dehydratisierung endotherm verläuft, kann es unter dem Gesichtspunkt des Wärmewirkungsgrades interessant sein, den von dem Strom transportierten Teilchen Energie zuzuführen. Diese Energiezufuhr kann insbesondere durch eine elektrische Strahlung oder durch die Verbrennung eines gasförmigen bzw. flüssigen Brennstoffs realisiert werden. (Falls es sich um ein Gas handelt, zündet dieses im Kontakt mit der Wand von selbst.)
Um die Wärmeverluste zu senken, ist die Rohrleitung vorteilhafterweise mit einer nicht dargestellten äußeren Wärmeisolation versehen.
Die Rohrleitung 6 ist auf eine beliebige bekannte Weise, die es erlaubt, die Pulverteilchen zu verwirbeln, vorzugsweise vertikal, angeordnet und derart bemessen, dass eine ausreichende Verweilzeit des Pulvers im Gasstrom 30 ermöglicht wird. Diese Auslegung ist unter anderem von dem zu behandelnden Ausgangsstoff abhängig, dessen Korngröße die Verwirbelungsgeschwindigkeit bestimmt, welche die Mindestgeschwindigkeit des Gasstroms 30 ist, um das Pulver durch die gesamte Rohrleitung transportieren zu können. Beispielhaft kann die Geschwindigkeit des Gases 30 für die Behandlung des Tons etwa 10 m/s betragen.
Die Verweilzeit des Pulvers in der Rohrleitung ist von dem gewünschten Dehydratisierungsgrad und der Temperatur des Gases 30 abhängig und wird daher von Fall zu Fall vom Fachmann angepasst. Eine Verweilzeit von 0,1 bis 0,2 Sekunden bei 800°C reicht im Allgemeinen aus, um die Reaktivität im Chapelle-Versuch beträchtlich zu erhöhen, vorteilhafterweise um mindestens 0,1 g und insbesondere von etwa 0,7 g auf 0,8 g.
Mit einem kaolinischen Ton, dessen Vermögen, Kalk im Chapelle-Versuch zu binden, sich schon nach dem Zerkleinerer-Trockner in einer Reaktivität von beispielsweise etwa 0,5 g ausdrückte, konnte nachgewiesen werden, dass es die Behandlung in der Rohrleitung 6 erlaubt, die Dehydratisierung zu erreichen, wobei sich die Reaktivität des Pulvers erhöht. Dabei kann die Behandlung in der Rohrleitung 6 auch durchgeführt werden, um einem anfänglich sehr wenig reaktionsfähigen Ausgangsstoff Reaktivität zu verleihen.
So wurde in einem anderen Versuch ein pulverförmiges Kaolin, das von der Gesellschaft SOKA unter der Marke SIALITE vertrieben wird und dessen anfängliche Chapelle-Reaktivität sehr gering ist (etwa 45 mg CaO pro Gramm), mit einem Gas behandelt, dessen Temperatur 800°C betrug und das mit einer Geschwindigkeit von 10 m/s durch eine 1,7 m lange Rohrleitung geschickt wurde, wobei der Dehydratisierungsgrad derart war, dass die Chapelle-Reaktivität 307 mg auf 1 g Ausgangstoff betrug, und mit einer 5,1 m langen Rohrleitung eine Reaktivität von 0,7 auf 1 g trockener Ausgangsstoff erreicht wurde.
Nach der Rohrleitung ist die Temperatur von Pulver 26 und Gas 30 immer noch hoch, weshalb es wünschenswert sein kann, sie abzukühlen, bevor die Auftrennung des Pulvers durchgeführt wird. Deshalb enthält die Vorrichtung einen Wärmeaustauscher 7, der an den Ausgang der Rohrleitung 6 vor dem Filter 8 zur Auftrennung des dehydratisierten Pulvers angeschlossen ist.
Um den thermischen oder energetischen Wirkungsgrad der Vorrichtung zu verbessern, kann eine Rückleitung für das Heißgas mit der Möglichkeit einer erneuten Erwärmung vorgesehen werden.
Obwohl insbesondere unter Bezugnahme auf die Behandlung eines kaolinischen Tons beschrieben, lässt sich die Erfindung ganz allgemein auf die Behandlung eines beliebigen Aluminiumsilicat umfassenden Ausgangsstoffs anwenden.

Claims

Verfahren zur Dehydratisierung von Aluminiumsilicat, in welchem das Aluminiumsilicat umfassende Teilchen einer Temperatur von mindestens 500°C ausgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen in Form eines trockenen Pulvers vorliegen, und dass das trockene Pulver (26) in einem Gasstrom (30) mit einer Temperatur von 600 bis 850°C einen Zeitraum lang transportiert wird, der ausreicht, damit der gewünschte Dehydratisierungsgrad erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver aus einer hydratisierten Grundmasse, die das Aluminiumsilicat umfasst, auf folgende Weise gebildet wird: – Zerkleinerung der Grundmasse zu Bruchstückchen (23) und – Vereinzelung der Grundmassebruchstückchen (23) durch mechanische Einwirkung (in 3) in Anwesenheit eines heißen Gases (24) mit einer Temperatur von 500 bis 800°C, um das trockene Pulver (26) zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wassergehalt der Grundmasse weniger als 30 Gew.-% beträgt, und dass der Restwassergehalt des trockenen Pulvers etwa 0 bis 1 Gew.-% beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngröße des trockenen Pulvers gleich oder weniger als 100 μm und vorzugsweise als 80 μm beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vereinzelung durchgeführt wird, indem die Grundmassebruchstückchen (23) und das Heißgas (24) zwischen Mahlorgane (18, 21, 22) geschickt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Vereinzelungsstufe eine Stufe der Abtrennung (in 4) der großen Teilchen folgt, nach welcher das trockene Pulver gewonnen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das trockene Pulver (in 5) gelagert wird, bevor es (in 6) in den Heißgasstrom befördert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Heißgases während des Transports des trockenen Pulvers kontrolliert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Heißgastemperatur während des Transports des trockenen Pulvers im Wesentlichen konstant gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dehydratisierte trockene Pulver nach Abkühlung durch Filtern gewonnen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Chapelle-Reaktivität des behandelten trockenen Pulvers mindestens 0,7 g auf 1 Gramm beträgt.
Vorrichtung zur Dehydratisierung von Aluminiumsilicat, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Rohrleitung (6), durch welche ein Heißgasstrom (30) mit einer Temperatur von 600 bis 850°C geleitet wird, Mittel, um in die Rohrleitung (6) ein das Aluminiumsilicat umfassendes trockenes Pulver zu schicken, und Mittel (31), um das trockene Pulver in dieser Rohrleitung zu transportieren, umfasst, wobei die Rohrleitung für die Dehydratisierung des Aluminiumsilicats ausgelegt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel (2) zur Zerkleinerung einer das Aluminiumsilicat umfassenden hydratisierten Grundmasse zu Bruchstückchen (23), einen Zerkleinerer-Trockner (3), der die Grundmassebruchstückchen (23) durch mechanische Einwirkung in Gegenwart eines Heißgases (24) mit einer Temperatur von 500 bis 800°C vereinzelt, und Mittel (28, 8), um nach dem Zerkleinerer-Trockner ein trockenes Pulver (26) zu sammeln, umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Zerkleinerer-Trockner (2) einen Mahlbereich mit Mahlorganen (18, 21, 22) und Durchlässen für das Heißgas im Mahlbereich umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mahlorgane mindestens zwei parallele Scheiben (17, 19, 20) umfassen, die auf ihren einander gegenüberliegenden Flächen vorstehende Finger (18, 21, 22) tragen, und dass die Durchlässe für das Heißgas Zwischenräume zwischen den Fingern (18, 21, 22) der Scheiben sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie nach dem Zerkleinerer-Trockner (3) Trennungsmittel (4) wie einen Zyklon umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwischen dem Zerkleinerer-Trockner (3) und der Rohrleitung (6) Mittel (5) für die Zwischenlagerung umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (6) von einem Brenner (31), dessen Flamme sich außerhalb der Rohrleitung befindet, mit Heißgas (30) gespeist wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (6) mit äußeren Beheizungsmitteln wie Heizwiderständen und/oder einem Heizmantel (32) ausgerüstet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass sie danach Mittel zum Sammeln des Pulvers durch Filtern (8) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Beheizungsmittel aus einer elektrischen Strahlung oder der gasförmigen bzw. flüssigen Verbrennung eines Brennstoffs bestehen.