-
Verfahren zur Herstellung feuerfester Produkte Der Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, die in der Natur in großen Mengen vorkommenden magnesiumorthosilicatreichen,
eisenhaltigen °Gesteine, wie Olivin, Peridotit, Dunit, auf feuerfeste Produkte zu
verarbeiten. Diese Aufgabe ist nach der Erfindung dadurch gelöst worden, daß ein
Gemenge von Teilchen der genannten Produkte mit magnesiumreichen Stoffen, wie Magnesiumoxyd,
Magnesiumhydroxyd u. dgl., in ungeformtem oder -geformtem Zustand durch Erhitzen
auf hohe Temperaturen, aber unter Vermeidung der Überführung der Mischung in schmelzflüssigen
Zustand verfestigt wird. Wie gefunden wurde, gelingt es durch dieses einfache, technisch
leicht durchführbare Verfahren, hochfeuerfeste Produkte herzustellen, welche den
Vorzug besitzen, daß sie auch bei Einwirkung hoher Temperaturen eine bemerkenswerte
Widerstandsfähigkeit gegen Druckbeanspruchung aufweisen.
-
Es ist bereits seit langem bekannt, daß reines Magnesiumorthosilicat
(Forsterit) einen sehr hohen Schmelzpunkt (189o °) besitzt (vgl. Schwarz, »Feuerfeste
und hochfeuerfeste Stoffe«, Braunschweig 1g18). Forsterit kommt aber in. der Natur
in so geringen Mengen vor, daß an seine Verwendung als Ausgangsmaterial für die
Herstellung feuerfester Produkte nicht zu denken ist. Die nach der Erfindung zu
verarbeitenden Olivine bestehen aus Magnesiumorthosilicat, welchem Eisenorthosilicat
in wechselnden Mengen isomorph beigemengt ist. Über die Schmelzpunkte von Olivinen
liegen verschiedene zum Teil recht widerspruchsvolle Angaben vor. D o e1 t e r gibt
in seinem Handbuch der Mineralchemie 1914, Seite 307, die Schmelzpunkte einiger
von ihm untersuchter Olivine wie folgt an: Kapfenstein136o bis 1419 und 138o bis
1q.10°, Olivin von Söndmöre 1395 bis 1¢3o Olivin von Somma 131o bis 1350',
Olivvi, edler, Ägypten, 1395 bis 14450.
-
Weiterhin führt Doelter einen von A_ Brun untersuchten Olivin aus
der Eifel an, welcher einen _ Schmelzpunkt von 1750' haben soll. Über die Zusammensetzung,
insbesondere den Eisengehalt des Olivins sind Angaben nicht gemacht worden.
-
Searle, »Refractory Materials«, London 192¢, gibt (Seite 8a) den Schmelzpunkt
eines Olivins mit q.1,70/, Fe0 mit über 160o° an. In der gleichen Tabelle ist der
Schmelzpunkt von reinem Magnesiumorthosilicat (Forsterit) mit 1:f60° angegeben.
-
Nach J. H. L. Vogt, »The Journal of Geology«, Band 29, 1g21, Seite
521 bis 523, bildet Magnesiumorthosilicat und Eisenorthasilicat eine fortlaufende
Reihe von Mischkristallen.
Der Schmelzpunkt reinen Magnesiumorthosilicats
wird von Vogt mit i 89o °, der Schmelzpunkt des Eisenorthosilicats mit iioo ° (nach
Doelter mit i065 °) angegeben. Seite 52a bringt Vogt ein Diagramm, aus dem zu entnehmen
isst, daß ein Olivin mit einem Gehalt an io% Fe0 (entsprechend 13°/o FeZSi04) bereits
bei 149o° zu schmelzen beginnt und ein Oliv in mit 39% Fe 0 sogar bereits bei izao
° zu schmelzen beginnt.
-
Eine vergleichende Betrachtung der vorstehend wiedergegebenen Veröffentlichungen
zeigt, daß die Angaben über die Schmelzpunkte eisenhaltiger Olivine derart widerspruchsvoll
sind, daß ein technisches Verfahren zur Herstellung hochfeuerfester Produkte auf
diesen Angaben nicht aufgebaut werden konnte: dies um so weniger, als es bei der
Herstellung hochfeuerfester Erzeugnisse nicht nur auf den Schmelzpunkt, sondern
auch auf andere Eigenschaften, wie Druckfestigkeit, bei Belastung in der Hitze Sprungfestigkeit
usw., ankommt. Da Olivin neben dem hochschmelzenden Magnesiumorthosilicat wechselnde
Mengen von Eisenorthosilicat, welches einen Schmelzpunkt von nur etwa iioo° hat,
enthält, war zu erwarten, daß das Eisenorthosilicat infolge seines niedrigen Schmelzpunktes
als Flußmittel wirken würde und daß beim Erhitzen auf verhältnismäßig niedrige Temperaturen
inkongruentes Schmelzen stattfinden würde. Infolgedessen war zu befürchten, daß
bei Anwendung eisenreicher Olivine als feuerfester Baustoff das Material sich beim
Erhitzen auf gewisse Temperaturen in einen flüssigen und einen festen Anteil zerlegen
würde und die mechanische Festigkeit der Produkte infolge Einlagerung der festen
Teilchen in eine bewegliche Flüssigkeit bereits bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturgebieten
eine unzureichende sein würde.
-
Die Fachwelt hat sich zwar vielfach die Aufgabe gestellt, aus Magnesiumorthosilicat
bestehende hochfeuerfeste Produkte herzustellen. Sie hat aber hierzu nicht zu den
in großen Lagern vorhandenen magnesiumorthosilicatreichen Olivinen gegriffen, sondern
versucht, das Magnesiumorthosilicat auf synthetischem Wege herzustellen.
-
So ist schon vorgeschlagen worden, künstliches Magnesiumorthosilicat
durch Erhitzen genau proportionaler Mengen von calciniertem Magnesit und Talkum
bei Temperaturen von iioo bis 1400' herzustellen, wobei Olivine der Mischung einverleibt
werden können.
-
In der deutschen Patentschrift 417 360 (von Jakob) ist z. B.
einleitend die Möglichkeit erörtert, feuerfeste Produkte nach Art des Magnesiumor
thosilicats aus Serpentin und Magnesia herzustellen, wobei dieser Weg aber sofort
wieder als ungangbar verworfen wurde, weil Serpeiiti.ti erst bei sehr hohen Temperaturen
in schmelzflüssigen Zustand übergehe und Magnesia sich bereits bei erheblich niedrigeren
Temperaturen verflüchtige. Diese Schwierigkeit hat man dadurch zu umgehen versucht,
daß Serpentin zunächst mit Quarzsand und Magnesiumsulfat zusammengeschmolzen werden
soll, wobei durch fortwährendes Verdampfen von SO, bzw. SO, der Schmelzpunkt
allmählich bis zum Schmelzpunkt des Magnesiumorthosilicats erhöht werden soll: Nachdem
sich eine größere Menge von Magnesiumorthosilicatschmelze gebildet hat, soll alsdann
ein äquivalentes Gemenge von Serpentin und Magnesiumsulfat eingetragen werden. Es
handelt sich also um einen bei sehr hohen Temperaturen verlaufenden, das Ofenmaterial
stark beanspruchenden und außerdem noch SO, bzw. SO,
entwickelnden
Schmelzprozeß, von dessen Überführung in die Praxis nichts bekanntgeworden ist.
-
Demgegenüber geht vorliegende Erfindung aus von in der Natur in größten
Mengen vorkommenden magnesiumorthosilicatreichen Gesteinen (Olivinen). Nach der
Erfindung gelingt es, diese außerordentlich billigen Ausgangsstoffe durch Zusatz
relativ geringer Mengen von Magnesiumoxyd oder zur Magnesiumoxydbildung befähigten
Stoffen, wie Magnesiumhydroxyd, Magnesiumcarbonat u. dgl., durch einfache Brennprozesse,
also unter Vermeidung des Schmelzens in hochfeuerfeste Produkte überzuführen. Das
Magnesiumoxyd kann z. B. in Form von billigem Rohmagnesit angewendet werden.
-
In Ausübung der Erfindung kann man z. B. derart verfahren, daß Olivin
in pulveriger Form oder Mischungen von pulverigem oder körnigem oder stückigem Olivin
mit geringen Mengen von Magnesiumoxyd, z. B. solchen, wie sie als Binder gebräuchlich
sind, vermengt wird. Derartige Mischungen können als Stampfmasse, Gußmasse u. dgl.
verwendet werden. Ebenso kann man die Mischungen nach üblichen Methoden in Formkörper,
z. B. Steine, Blöcke, Platten u. dgl., überführen und die letzteren durch Erhitzen
verfestigen. ' Als Ausgangsstoffe kommen vorzugsweise solche Olivine in Betracht,
deren Gehalt an Eisen, berechnet als Fe 0, i00% nicht wesentlich übersteigt.
Es können aber auch Olivine von höheren Eisengehalten mit gutem Erfolg auf feuerfeste
Produkte verarbeitet werden. Zur Erzielung des Erfolges genügen zumeist bereits
verhältnismäßig geringe Zusätze von Magnesiumoxyd. Für viele Zwecke haben sich z.
B. Zusätze von etwa 5% M90 als gut geeignet erwiesen.
-
Es ist an sich bekannt, feuerfesten Baustoffen reines Magnesiumoxyd
beizufügen. Hierbei erfolgte die Zugabe insbesondere in Fällen, in welchen das Magnesiumoxyd
die Eigenschaften
des Produktes beeinflussen sollte, zumeist in
sehr beträchtlichen Mengen, z. B. 2o Gewichtsprozent und darüber. Im vorliegenden
Falle spielt das Magnesiumoxyd nicht die Rolle eines gewöhnlichen Bindemittels;
es hat vielmehr die vorteilhafte Wirkung, daß selbst durch mengenmäßig sehr geringen
Zusatz von Magnesiumoxyd eine beträchtliche Erhöhung der Feuerfestigkeit . des Baustoffs
hervorgebracht wird. Um diese günstige Wirkung des Magnesiumoxyds herbeizuführen,
sind, wie gefunden wurde, Schmelzprozesse nicht erforderlich. Die Verfestigung der
Produkte kann z. 13: schon durch Erhitzen auf Temperaturen von iooo bis i5oo°
erfolgen. In gleicher Richtung wie Magpesiumoxyd wirken andere magnesiumreiche,Stoffe,
wie Magnesiumhydroxyd, Magnesiumcärbonat u. dgl. .
-
Eine größere Anzahl vergleichender Betriebsversuche, bei denen ein
zerkleinerter Roholivin mit 6 bis 7%Fe0 (etwa io% Fe2Si0,) einerseits mit Bindeton,
andererseits mit Mg0-Zusatz auf Steine verarbeitet und diese unter Belastung von
--2 kg je qcm erhitzt wurden, führte zu folgenden Ergebnissen: Die mit Bindeton
hergestellten Steine konnten unter der genannten Belastung auf Temperaturen von
155o bis 162o' erhitzt werden, während die aus dem gleichen Olivin mit 5 % Mg0-Zusatz
hergestellten Steine bei gleicher Belastung auf 168o bis 171o ° erhitzt werden konnten.
Steine aus Olivin mit io% Fe0 (14% FeeSi04) konnten bei Bindetonzusatz auf 153o
bis 16oo ° und bai 5 % idig 0-Zusatz auf 267o bis 1700' erhitzt werden. Bei
Überschreitung der genannten Temperaturen trat Erweichung bzw. Zusammenbruch ein.
-
Das Verfahren kann mit Magnesit u. dgl. unter Verzicht auf die Zugabe
anderer Binder durchgeführt werden. Man kann aber auch gebräuchliche Bindemittel,
wie z. B. plastischen Ton, Wasserglas, Kalk, Teer, Pech, Asphalt, Sulfitcelluloseablauge
oder daraus hergestellte Produkte, mitverwenden und hierdurch in gegebenen Fällen
noch besondere Vorteile- erzielen.