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Verfahren zur Herstellung feuerfester Baustoffe aus Serpentin und
magnesiumreichen Stoffen Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung feuerfester
Baustoffe aus Serpentin oder serpentinreichen Mineralien und magnesiumreichen Stoffen,
wie Magnesiumoxyd, oder zur Bildung von Magnesiumoxy d befähigten Stoffen, wie Rohmagnesit
u. dgl.
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Die Möglichkeit der Herstellung von forsteritartigen (magnesiumorthosilicatreichen)
Baustoffen durch direktes Aufeinanderwirken von Serpentin und Magnesiumoxyd ist
bereits in der deutschen Patentschrift 4I7 36o erörtert, aber mit der Begründung
verworfen worden, daß Serpentin erst bei relativ hohenTemperaturen in den schmelzflüssigen
Zustand übergehe, während Magnesia sich bereits bei niedrigeren Temperaturen verflüchtige.
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Frühere Arbeiten des Erfinders haben gezeigt, daß es möglich ist,
Mischungen von Magnesiumhydrosilicaten, wie Talk (Speckstein) und Serpentin mit
Magnesiumoxyd, Magnesit u. dgl. Stoffen durch Reaktionen in festem Zustand in magnesiumorthosilicatreiche
Baustoffe überzuführen. In der deutschen Patentschrift 591 747 ist gezeigt,
däß man Mischungen von Serpentin mit Magnesiumoxyd u. dgl. bzw. daraus hergestellte
Formkörper, z. B. Steine, durch übliches Brennen in Kammeröfen o. dgl. bereits bei
verhältnismäßig
sehr niedrigen Temperaturen, z. B. schon bei solchen
von 9oo bis I Ioo°, unter Vermeidung von Schmelzvorgängen in die . gewünschten feuerfesten
Erzeugnisse überführen kann (vgl. de vorstehende Patentschrift S. I, Zeilen 32 bis
37)-Bei Durchführung des bekannten Verfahrens, bei welchem das Brennen z. B. in
K.amneröfen bei langsamem Temperaturanstieg stattfindet und die Gesarnterhitzung
viele-. Stunden, z. B. mehrere Tage, in Anspruch nimmt, wird das Magnesiumhydrosilicat
unter Vermeidung von Schme1zvorgängen praktisch quantitativ in Magnesiumorthosilicat
übergeführt. Das Verfahren bietet aber den Nachteil, daß infolge des Ablaufs der
Reaktionen in festen Zustand die Erzeugnisse eine verhältnismäßig lockere Struktur
aufweisen und infolgedessen die mechanische Festigkeit derselben nicht besonders
gut ist. Weiterhin finden hei dieser Arbeitsweise Schrumpfungen statt, welche insbesondere
bei Herstellung größerer Baustücke -zur Bildung von Rissen und Sprüngen Veranlassung
geben können.
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Nach vorliegender Erfindung werden pulverige Mischungen von Serpentin
und magncsiumreichen Stoffen, wie Magnesiunoxyd, gebrannter Magnesit u. dgl. im
Drehrohrofen bis auf Temperaturen zwischen I4oo und I6oo° erhitzt, hierdurch in
einen festen Sinter übergeführt und dieser durch Zerkleinerung auf gewünschte Korngrößen
gebracht.
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Bei dieser Arbeitsweise verlaufen die chemischen Vorgänge, wie befundene
wurde, wesentlich anders als bei dem vorstehend beschriebenen bekannten Verfahren.
Hier findet zunächst vorzugsweise hei Temperaturen von etwa 9oo° ein Zerfall des
Serpentins unter Bildung von Magnesiumorthosilicat, Kieselsäure und Wasser statt.
Bei der im Drehrohr verhältnismäßig rasch vor sich gehenden Weitererhitzung findet
bei Temperaturen zwischen I4oo und I6oo°, vorzugsweise I45o bis I55o° (je nach dem
,Reinheitsgrad der Bestandteile der Mischung) eine teilweise Schmelzung des Gutes
statt unter Bildung einer Schmelze, die etwa 65 %, SiO2 und etwa 35% Mg0 enthält
und welche etwa 1/3 der Gesamtmenge des angewendeten Serpentins ausmacht,während
der Rest im wesentlichen aus ungeschmolzenem Magnesiumorthosilicatbesteht. welches
43°4 Si O2, enthalt Die infolge des inkongruenten Schmelzens gebildete kieselsäurereiche
Schmelze durchdringt nun gleichmäßig das im Drehrohr in ständiger Bewegung befindliche
Brenngut und reagiert unter gleichzeitiger Versinterung der ganzen Masse mit dem
vorlraricienen Magnesiunoxvd unter Bildung von weiteren Mengen von festem Magnesiumorthosilicat,
wodurch die Schmelze trotz gleichbleibender oder gegebenenfalls auch noch steigender
Temperatur wieder vollständig verfestigt wird, weil der Schmelzpunkt des Endreaktionsproduktes
Magnesiumorthosilicat hei I9Io° C liegt.
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' Durch die im Verlaufe des Verfahrens sich bildende Schmelze erfolgt
ein gleichmäßiges und vollständiges Durchsi.ntern des Reaktionsproduktes unter Bildung
eines festen. volumkonstanten Sinters von sehr guter mechanischer Festigkeit, der
noch ien Vorzug besitzt, d aß er beim Zerkleinern in einkörniges, scharfkantiges
Gut zerfällt, wobei verhältnismäßig sehr geringe Mengen von unerwünschtem Staub
anfallen. Das zerkleinerte hochfeuerfeste Material kann in üblicher Weise durch
Maßnahmen, wie Formen, Brennen u. dgl., in. gewünschte Erzeugnisse, z. B. Steine,
übergeführt werden. Die so erhaltenen Erzeugnisse sind volumkonstant und zeichnen
sich durch sehr gute mechanische Festigkeit aus.
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Es ist zwar bereits vorgeschlagen worden, zur 'Herstellung der feuerfesten
Erzeugnisse aus Serpentin und nagnesiumreichen Stoffen Rohprodukte, z. B. unentwässerten
Rohserpentin oder ungebrannten Magnesit, zu verwenden. Die Anwendung dieser Rohstoffe
bereitet aber hei den bekannten Verfahren beträchtliche Schwierigkeiten und Nachteile.
Bei vorliegender Erfindung leistet der Drehrohrofen nicht nur die Entwässerung des
Serpentins und das Brennen von z. B. Rohmagnesit; es werden vielmehr noch besondere
Vorteile erzielt. Es hat sich z. B. gezeigt, daß hei Verwendung von rohem unentwässertem
Serpentin die Reaktionen besser und schneller verlaufen als bei Verwendung von vorentwässertem
Serpentin. Bei Verarbeitung von unentwässertern Rohserpentin findet bei etwa 9oo°
eine praktisch vollständige Entwässerung mit großer Geschwindigkeit statt. wobei
gleichzeitig aus dem entwässerten Serpentin das obenerwähnte Reaktionszwischenprodukt
Magnesiumorthosilicat und Silicitimdioxvd i anfällt.
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Mit Bezug auf Glas Brennen von Magnesit ist bekannt, daß es sehr hoher
Temperaturen bedarf, um rohen oder kaustischen Magnesit im Drehrohrofen derart zu
sintern, daß derselbe alsy feuerfester Baustoff verwendbar ist. Da eisenarme Rohmagn.esite
hierfür urigeeignet sind, ist man gezwungen, für das Sinterbrennen von hIagnesit
im Drehrohrofen eisenreiche Magnesite zu verwenden, die infolgedessen teurer sind
als reinere eisenarme Magnesite. Beim Arbeiten gemäß Erfindung kann man nun mit
'besonderem Vorteil die bis-. her nicht verwendbaren eisenarmen kohmagnesite. z.
B. schlesische Magnesite, verweil- i den und außerdem die angewendeten Rohnragnesite
])ei Temperaturen, «-elche unterhalb
den zum Sinterbrennen von
Magnesit im Drehrohrofen üblicherweise erforderlichen Temperaturen liegen, zu unreaktivem
Sinter gut verdichten.
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Wenn man bei vorliegendem Verfahren ausgeht von z.B. unentwässertem
Rohserpentin und Rohmagnesit, so leistet der Drehrohrofen die Entwässerung beider
Stoffe, das. Austreiben der Kohlensäure, die Sinterung des Magnesits und die chemischen
Umsetzungen zwischen Serpentin und Magnesiumoxyd einschließlich der hierbei sich
abspielenden Nebenreaktionen,wie Überführung von Eisensauerstoffverbindungen in
Magnesiumferrit u. dgl. Im übrigen kann man als magnesiumreiche Stoffe, z. B. auf
chemischem Wege hergestelltes Magnesiumcarbonat, Magnesiumhydrocarbonat, Magnesiumhydroxyd
oder Geinische derartiger Stoffe verwenden.
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Der Zuschlag an Magnesit u. dgl. kann so gewählt werden, daß er zur
Überführung von Serpentin in Magnesiumorthosilicat und gegebenenfalls anderer Mg
O verbrauchender Reaktionen ausreicht oder so, daß in -dem Fertigprodukt ein Überschuß
an Magnesiumoxyd, z. B. etwa Io% MgO, enthalten ist oder auch so, daß die Fertigprodukte
etwas weniger MgO enthalten als der Zusammensetzung des Magnesiumorthosilicats entsprechen
würde, z. B. I,85 Atome Mg auf I Atom Si. Letztgenannte Erzeugnisse sind, wie gefunden
wurde, für manche Anwendungszwecke, insbesondere solche, bei welchen es auf gute
Temperaturwechselbeständigkeit ankommt, besonders geeignet.
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Man kann auch Naturprodukte, welche Serpentin und magnesiumreiche
Stoffe, z. B. Magnesit, enthalten, verarbeiten und durch geeignete Zuschläge die
Zusammensetzung der Ausgangsgemische so regeln, daß Erzeugnisse von gewünschter
Zusammensetzung erhalten werden. Als derartige Ausgangsstoffe kommen z. B. serpentinreiche
Abfälle der Magnesitgewinnung oder Asbestgewinnung in Betracht.
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Weiterhin eignen sich als Ausgangsstoffe serpentinreiche Rohstoffe,
wie z. B. Gemenge von Serpentin, Olivin und Enstatit.
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Man kann den Ausgangsmischungen auch noch Zuschläge an anderen feuerfesten
Stoffen heimengen. Als solche kommen u. a. chromhaltige- Stoffe, z. B. Chromeisenstein,
in Betracht.
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Die Verarbeitung der pulverigen Ausgangsgemische erfolgt in der bei
Anwendung von Drehrohren üblichen Weise, z. B. mit Hilfe von Kohlenstaubfeuerung
oder Ölfeuerung.
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Der auf gewünschte Korngrößen, gegebenenfalls verschiedene Korngrößen
zerkleinerte Sinter kann in üblicher Weise, gegebenenfalls unter Zuschlag anderer
feuerfester Stoffe, auf gewünschte Erzeugnisse, z. B. Steine u. dgl., verarbeitet
werden.
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Beispiele: I. Als Ausgangsmaterial dient ein Serpentingestein der
Zusammensetzung: 4o°/o Si O2 4I%,MgO I °% A12O3 4 °/o Fee O3 I4% H2 O und ein Rohmagnesit
der Zusammensetzung: 4o% Mg O 2% Ca O 3%, Fe O 4%Si 02 5I % Co2 Ioo Teile Serpentingestein
und 3o Teile Rohmagnesit werden. in ähnlicher Weise wie die Rohmaterialien für die
Zementfabrikation fein vermahlen, das Gemenge in einem Drehrohrofen auf Temperaturen
bis zu I45o bis I55o° erhitzt und das gesinterte Produkt zu Körnern, deren Maximalgröße
8 mm nicht übersteigen soll, zerkleinert. Das zerkleinerte Material wird mit geringen
Mengen von Bindemitteln angemacht, d.ie Mischung zu Formsteinen verarbeitet und
die Formsteine in üblicher Weise durch einen Brennprozeß verfestigt.
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Die Mischung von zerkleinertem Sintermaterial und Bindemitteln kann
auch als Stampfmasse verwendet werden.
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a. Man verarbeitet ein Gestein, das aus einem Gemenge von Serpentin,
Olivin und Enstatit besteht, mit der Zusammensetzung: 44% SiO2 44%0 Mg O 7 l)/,Fe.
0s 5 % H20. _ ` -Das Gestein wird in einer Rohrmühle auf eine Korngröße von
maximal o,2 mm vermahlen. Hierzu :gibt man chemisch hergestelltes Magnesimmoxyd,
und zwar 16 Gewichtsteile Magnesiumoxydauf ioo Gewichtsteile Gestein.
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Das Gemenge wird in einem Drehrohrofen auf 1500° C erhitzt, das gesinterte
Produkt wird teils in Form grober Brocken, teils in Form zerkleinerten Materials
zur Ausfütterung metallurgischer und anderer Öfen verwandt, unter Zugabe geeigneter-Bindemittel,
wie kleiner Mengen von kaustisch gebranntem Magnesiumoxyd und verdünnter Chlormagnesiumlösung.