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Verfahren zur Herstellung feuerfester Erzeugnisse aus eisenhaltigen
magnesiumorthosilicatreichen'Naturgesteinen Durch das Hauptpatent ist ein Verfahren
zur Herstellung von im wesentlichen aus Magnesiumorthosilicat bestehenden feuerfesten
Baustoffen geschützt, welches darin besteht, daß eisenhaltige magnesiumorthosilicatreiche
Naturgesteine, wie Olivin, Peridotit, Dunit, in Mischung mit magnesiumreichen Stoffen,
wie Magnesiumoxyd, Magnesiumhydroxyd u. dgl., gegebenenfalls in Gegenwart anderer
Bindemittel, wie Ton, oder organischer Bindestoffe in geformtem oder ungeformtem
Zustand auf hohe Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes des Gemisches erhitzt
werden.
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Die als Ausgangsstoffe in Betracht kommenden magnesiumorthosilicatreichen
Naturstoffe, wie Olivine bzw. Olivingesteine, enthalten stets mehr oder weniger
große Mengen von Eisen, welches in der Hauptsache in Form des niedrigschmelzenden
Eisenorthosilicats dem Magnesiumorthosilicat beigemischt ist.
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Vorliegende Erfindung beruht auf dem Gedanken, die in den Ausgangsstoffen
anwesenden Eisenverbindungen, insbesondere das niedrigschmelzende Esenorthosilicat,
in höher schmelzende Verbindungen, insbesondere Magnesiumferrit, überzuführen. Dies
geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß die magnesiumoxydreichen Stoffe, wie Magnesit
u. dgl., in Mengen zugeschlagen werden, die ausreichen, um die leichtschmelzenden
Eisenverbindungen in die gewünschten hochschmelzenden Verbindungen, insbesondere
Magnesiumferrit, überzuführen und vorhandene freie oder frei werdende Kieselsäure
unter Bildung von Magnesiumorthosilicat zu binden.
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Bei Anwesenheit von Magnesiumhydrosilicaten und Magnesiummetasilicaten;
wie Serpentin, Talkum, Enstatit, Magnesiumhornblende u. dgl. Stoffen, in den Ausgangsstoffen
wird die Menge der magnesiumoxydreichen Zuschläge zweckmäßig so bemessen, däß sie
auch ausreichen, um die genannten Stoffe in gewünschtem. Ausmaß in Magnesiumorthosilicat
überzuführen. In gegebenen Fällen hat es sich als nützlich erwiesen, den Zuschlag
an Magnesiumoxyd, Magnesit u. dgl. so zu bemessen, daß das fertig gebrannte Produkt
noch freies Magnesiumoxyd enthält.
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Als Ausgangsstoffe kommen vorzugsweise Olivine bzw. -Olivngesteine
in Betracht, deren Gehalt an Eisenverbindungen, berechnet als Fe0, bis zu ro°jo
beträgt. Man kann aber auch infolge der Möglichkeit der Überführung von Eisenorthosilicat
in hochschmelzende Eisenverbindungen Ausgangsstoffe mit erheblich höheren Eisengehalten
unter Erzielung ausgezeichneter Erzeugnisse verarbeiten.
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Der Gehalt des zu verarbeitenden Olivingesteins an wasserhaltigen
Umwandlungserzeugnissen,
wie Serpentin 1z. dgl., kann bis zu 4o11;,
uhd mehr- betragen. Bei Verarbeitung derartiger Ausgangsstoffe hat es sich als.?
vorteilhaft erwie°senr,"-dieselben zunächst durA-i Erhitzen auf passende Temperaturen
rnebr. oder weniger weitgehend zu entwässern.: Für die Durchführung des Verfahrens
kann' man pulverige oder feinkörnige Mischungen von z. B. Olivin und kaustisch gebranntem
Magnesit verwenden. Mit Vorteil werden Mischungen verarbeitet, die zum Teil aus
grobkörnigeren Olivinen und zum anderen 'Teil aus pulverigen Mischungen von Magnesiurnsilicaten
und magnesiumreichen Stoffen, wie Magnesiumoxyd, Magnesiumcarbonat' usw., bestehen.
Bei Verwendung derartiger Mischungen spielen sich die Umsetzungen, insbesondere
die Überführung von Magnesiumhydrosilicat in Magnesiumorthosilicat und die Überführung
von Eisenorthosilicat in Magnesiumferrit, in der Hauptsache in der Feinmischung
und an den Oberflächen bzw. in den Oberflächenteilen der grobkörnigen Stücke sowie:
in Spalten, Klüften und Rissen der Körner ab. Hierbei finden Um- und Rekristallisationen
statt, die eine Verkittung der Teilchen, insbesondere auch .eine gute Verkittung
grobkörnigerer .Teilchen der Mischung bewirken. Die Erhitzung wird vorteilhaft in
oxydierender Atmosphäre durchgeführt. Es kann gegebenenfalls auch in abwechselnd
oxydierender und reduzierender Atmosphäre gearbeitet werden. Die zur Durchführung
der Umsetzungen erforderlichen Temperaturen sind abhängig von der Art der angewendeten
Magnesiumsilicate und den übrigen Arbeitsbedingungen, z. B. auch den Korngrößen
der angewendeten Stoffe. Es hat sich gezeigt, daß man .die erstrebten Umsetzungen
durch Brennen der Mischungen unter Vermeidung der Überführung derselben in schmelzflüssigen
Zustand durchführen kann. Als Arbeitstemperaturen kommen z. B. solche zwischen
700 und 150o° in Betracht. Man kann die Umsetzung j e nach Wahl der Korngröße
der zu verarbeitenden Stoffe, der angewendeten Temperaturen und der Brenntemperatur
mehr oder weniger «reit treiben. Man kann den Brennprozeß z. B. auch in mehreren
Stufen durchführen, z. B. derart, daß die Massen, bzw. Formkörper zunächst einer
Vorerhitzung bei niedrigen Tem- I p.eraturen unterworfen und alsdann bei höheren
Temperaturen, gegebenenfalls an der Verwendungsstelle, z. B, nach erfolgtem Einbau
fertig gebrannt werden.
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Bei Verarbeitung von Magnesiumsilicaten, welche neben Eisen noch andere
Metalle, wie z. B. Mangan, Chrom, Nickel, Aluminium, enthalten, können auch diese
mehr oder weniger weitgehend an Magnesium gebunden werden, z. B. unter Bildung von
Verbindungen, wie Mg O Cr, 04; MgAl2 04 u. dgl.
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Man kann den Ausgangsstoffen bzw. den .4ätaus hergestellten Mischungen
und Massen 'Ch noch andere Stoffe oder Verbindungen ,.eftverleiben und hierdurch
die Eigenschaften 'der Erzeugnisse nach gewünschten Richtungen hin beeinflussen.
Man kann z. B. die mechanische Festigkeit der Masse durch Zusatz von Eisenverbindungen,
insbesondere Eisenoxyden, erhöhen und hierdurch noch weitere Vorteile z: B. mit
Bezug auf Leitungsvermögen für Wärme und Elektrizität erzielen. Die Eisenverbindungen
können in Form billiger Naturerzeugnisse, z. B. von Eisenerzen, wie Magnetit, angewendet
werden; an Stelle oder neben Eisenverbindungen können gegebenenfalls auch Stoffe
verwendet werden, welche noch andere Metalle, insbesondere solche der Eisengruppe
enthalten. Es hat sich gezeigt, daß selbst erhebliche Zuschläge von Eisenoxyd u.
dgl. die Feuerfestigkeit der erfindungsgemäß hergestellten Erzeugnisse nicht in
solchem Grade herabsetzen, daß hierdurch die technische Anwendung verhindert wird.
Man kann mit dem Zusatz von Eisenverbindungen gegebenenfalls bis zur Hälfte der
Zusammensetzung des feuerfesten Erzeugnisses gehen. Als weitere Zusatzstoffe kommen
Aluminiumverbindungen, wie Ton, Kaolin, Bauxit u.dgl., ferner Chromverbindungen
oder solche enthaltende Stoffe, wie z. B. Chromite, in Betracht. In gegebenen Fällen
kann rüan durch Zuschlag verschiedener Metallverbindungen der genannten Art oder
von Stoffen, welche mehrere der genannten Metallverbindungen enthalten, besondere
Vorteile erzielen. So kann man z. B. durch Einverleibung von Alumniumverbin-Jungen
und Eisenverbindungen Steine herstellen, welche sich durch große Wärmeleitfähigkeit
und Wärmekapazität auszeichnen und infolgedessen besondere Eignung für Zwecke besitzen,
bei welchen die Steine abwechselnder Erhitzung und Kühlung unterworfen werden, wie
z. B. bei Winderhitzern. Auch andere Verbindungen dreiwertiger oder vierwertiger
Elemente mit hohen Atomgewichten,.vorzugsweise über 4o, oder solche enthaltende
Stoffe kommen als Zuschläge in Betracht.
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In manchen Fällen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Ausgangsmischungen
ge-, ringe Mengen von Stoffen oder Körpern einzuverleiben, welche befähigt sind,
die gewünschten Reaktionen zu begünstigen bzw. die Vorgänge der Umkristallisation
und Rekristallisation zu fördern. Als derartige Zusätze kommen u. a. Alkalisalze,
z. B. Alkalisilicate, Alkalichloride, Borsäure, Borate der Alkalien oder Erdalkalien
usw., in Betracht.
Die Menge dieser Zusätze wird vorteilhaft gering
gehalten; sie kann z. B. etwa 2 % der Mischung betragen. : _ Zwecks Herstellung
von Formkörpern karin man z. B. derart verfahren, daß man die Mischungen mit Hilfe
von Flüssigkeiten, "ge@ gebenenfalls unter Zusatz von Bindemitteln oder Verkittungsmitteln,
plastisch macht und gegebenenfalls unter Anwendung von Druck verformt. Als Bindemittel
können anorganische oder organische Stoffe, wie z. B. kolloidale Magnesiumsilicate,
Ton, Chlormagnesiumlauge, Teer, Pech, Asphalt, Sulfitcelluloseablaugen, gegebenenfalls
Mischungen verschiedener derartiger Stoffe, Verwendung finden. Die Formung kann
gegebenenfalls unter Anwendung von hohen Preßdrucken durchgeführt werden. Hierdurch
können die Umsetzungen begünstigt werden,. so daß sie bei niedrigeren Temperaturen
bzw. in kürzerer Zeit durchführbar sind. Außerdem wird bei Hochdruckpressung die
Oberfläche der Formlinge stark verkittet. Hochgepreßte Formlinge besitzen auch bereits
gute mechanische Eigenschaften und Widerstandsfähigkeit gegen Feuchtigkeit. Man
kann sie infolgedessen aufbewahren und befördern, so daß der Brennvorgang erst später
stattfinden kann. Die getrockneten Formstücke werden auf die gewünschten Temperaturen,
z. B. iooo bis 150o°, erhitzt und der Brennprozeß so lange fortgesetzt, bis die
gewünschten Umsetzungen und die keramische Verfestigung erzielt ist. Der Brennprozeß
kann einstufig oder mehrstufig, gegebenenfalls unter Anwendung verschiedener Temperaturen,
durchgeführt werden, 1. Beispiel ioookg eines Gesteins, enthaltend 8ookg eisenhaltigen
Olivin und Zoo kg eisenhaltigen Bronzit, mit einem durchschnittlichen Gehalt von
io% Fe0 wird mit einer Menge Magnesiumoxyd gemischt, welche ausreichend ist, um
den ganzen Eisengehalt des Gesteins als MgFe2 04 zu binden und um (gemeinsam mit
dem im Gesteinsmaterial enthaltenen Mg0) den ganzen Gehalt des Gesteins an Siliciumdioxyd
in Form von Magnesiurnorthosilicat zu binden. Das Gestein wird auf eine Feinheit
unter o,2 mm vermahlen, mit Magnesiumoxyd vermischt (Vermahlung und Mischung eventuell
in einem Arbeitsgang). Hierauf wird, gegebenenfalls in Gegenwart geeigneter Bindemittel
und (oder) gegebenenfalls unter Anwendung von hohem Druck, z. B. 50o bis iooo kg
je Quadratzentimeter, geformt. Das Formstück wird in oxydierender Atmosphäre 6 Stunden
auf 1¢5o° C erhitzt. Hierdurch entsteht ein Gemenge von Magnesiumo.rthosilicat und
Magnesiumferrit; bei der Umsetzung wird das Material zu einer festen und widerstandsfähigen
steinartigen Masse verkittet. z. Beispiel 2. i ooo kg eines Gesteins, enthaltend
Olivin, Serpentin, Pyroxen, Chromeisenstein, entsprechend der Analyse: 42% S102,
0,7% Ale O3, 0,4% Cr. O., 0,50/0 Fez O, 6% Fe O, 49 % Mg O, 1,2 % H2 O, wird mit
14o kg eines kaustisch gebrannten Magnesits vermischt, welcher 840% M90, 3 % Si
02 bei 130/, Glühverlust enthält. Durch das in Beispiel i genannte Verfahren entsteht
hieraus ein Produkt, welches etwa 12 Gewichtsprozent von Magnesiumferrit (einschl.
Magnesiumchromit und Magnesiumaluminat) sowie 88 Gewichtsprozent Magnesiumorthosilicat
enthält.