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Magnesiazement Magnesiazemente werden aus reaktionsfähigem Magnesiumoxyd,
wie kaustischer Magnesia, mit geeigneten Salzlösungen, insbesondere Magnesiumsalzlösungen,
erhalten. So bilden sich z. B. aus reaktionsfähigem Magnesiumoxyd und Magnesiumchloridlösung
die bekannten Sorelzemente, die unter Mitverwendung von organischen Füllmitteln,
insbesondere Holzmehl, oder auch anorganischen Füllmitteln, wie Gesteinsmehl, zu
Platten und anderen Formkörpern oder zu zusammenhängenden Belagschichten verarbeitet
werden. Für andere Zwecke, wie insbesondere Leichtbauplatten unter Verwendung von
Holzwolle, Schilfrohr, werden zur Bildung von Magnesiazement aus reaktionsfähiger
Magnesia an Stelle von Lösungen von Magnesiumchlorid Magnesiumsulfatlösüngen verwendet.
Aus der Patentschrift 888 523 ist ferner bekannt, zu einer Magnesiumsulfatlösung
geringe Mengen an Ammonsulfat zuzusetzen, das von dem reaktionsfähigen Magnesiumoxyd
unter Freimachung des Ammoniaks und Nachbildung von Magnesiumsulfat zersetzt wird.
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Ein anderer bekannter Vorschlag geht dahin, den Bruchmodul von Magnesiazementmischungen,
die mit Hilfe von kaustischer Magnesia, Füllstoffen und
einer Magnesiumsulfatlösung
von 32° B6 hergestellt wurden, durch den Zusatz von löslichen Salzen von Kupfer
oder Zink, gewissen Alkali- oder Ammoniumsalzen oder organischen Säuren zu verbessern.
Bei einem ähnlichen Verfahren zur Herstellung von Magnesiazement wird eine Magnesiumsulfat-
und/oder -chloridlösung von 2o bis 30-° B6 zusammen mit Lösungen von Aluminiumchlorid,
Aluminiumsulfat, _ magnesiumhaltigen Doppelsalzen oder einer Mischung mehrerer dieser
Stoffe verwendet. Ferner ist es bekannt, die Magnesiumchloridlösung teilweise durch
eine Lösung von Magnesiumsulfat- oder -nitrat oder eine Lösung von Metallsalzen,
wie Kupfer- oder Eisensulfat, zu ersetzen.
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Die Magnesiazement bildenden Salze können auch in trockener Form,
allenfalls mit dem reaktionsfähigen Magnesiumoxyd gemischt, in den Verkehr gebracht
und am Verwendungsort durch Zusatz von Wasser in Lösung gebracht werden.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Magnesiazemente aus reaktionsfähigem
Magnesiumoxyd und Magnesiumsulfatlösungen. Um Magnesiazemente von befriedigenden
technologischen Eigenschaften, wie hohe Biegezugfestigkeit und Kugeldruckhärte,
zu erhalten, müssen die Magnesiumsulfatlösungen ein spezifisches Gewicht von mindestens
1,125 (16° Be) aufweisen, was einem Gehalt von mindestens 12 Gewichtsprozent MgS04
entspricht. Als Standardlösung gilt für die Herstellung von Magnesiazementen eine
Magnesiumsulfatlösung vom spezifischen Gewicht 1,134 (17° Be) bei 2o° C und Normaldruck,
die 145,2 g/1 MgS 04 enthält. Bereits verhältnismäßig geringe Konzentrationsverminderungen
von Magnesiumsulfat in der Sulfatlösung führen zu wesentlichen Verschlechterungen
der technologischen Eigenschaften der erhaltenen Magnesiazemente.
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Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß die Konzentration an
SO,"-Ionen in der Magnesiumsulfatlösung wesentlich gesenkt werden kann, wenn zur
Herstellung des Zementes aus reaktionsfähigem Magnesiumoxyd an Stelle einer reinen
Mg S04 Lösung eine Salzlösung verwendet wird, die neben Magnesiumsulfat kleine
Mengen Sulfate anderer zweiwertiger Kationen als Mg" oder kleine Mengen Sulfate
mehrwertiger Kationen enthält. Demgemäß besteht der Magnesiazement gemäß der Erfindung
aus reaktionsfähigem Magnesiumoxyd und Sulfatlösungen im Wesen darin, daß die Sulfatlösung
neben einem überwiegenden Anteil an Magnesiumsulfat zusätzlich wasserlösliche Sulfate
anderer zweiwertiger Kationen oder mehrwertiger Kationen, vorzugsweise schwefelsaure
Salze solcher Kationen, deren Hydroxyde in Wasser schwer löslich sind, in geringen
Mengen enthält, wobei die Sulfatlösung einen im Vergleich zu der Konzentration an
SO,"-Ionen einer Standard-Magnesiumsulfatlösung vom spezifischen Gewicht 1,134 herabgesetzten
Gesamtgehalt an S04"-Ionen aufweist, der vorzugsweise zwischen 35 und 7o °/o des
Gehaltes an SO,"-Ionen der Standard-Magnesiumsulfatlösung beträgt. Als zuzusetzende
Sulfate kommen insbesondere Kupfersulfat, Eisensulfat und Aluminiumsulfat oder deren
Mischungen in Betracht. Die zuzusetzenden Sulfate werden nach einer bevorzugten
Ausführungsform der Sulfatlösung in Form von Ammoniumdoppelsalzen, beispielsweise
Ammonium-Alaun, zugesetzt.
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Die Mitverwendung der zusätzlichen Sulfate neben Magnesiumsulfat in
den Sulfatlösungen ermöglicht es, den Gehalt an Magnesiumsulfat in den Salzlösungen
sehr wesentlich, z. B. auf 25 bis 4o111, der üblichen Magnesiumsulfatkonzentration
herabzusetzen, wobei der Gehalt an zuzusetzenden Sulfaten sehr gering bemessen werden
kann. In dieser Weise kann somit ein voll befriedigender Magnesiazement unter Verwendung
von Sulfatlösungen wesentlich geringerer Konzentration bzw. spezifischen Gewichtes
im Vergleich zu den bisher üblichen Standard-Magnesiumsulfatlösungen hergestellt
werden.
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Einige Vergleichsversuche und deren Ergebnisse sind den folgenden
Tabellen zu entnehmen. Die untersuchten Prüfkörper wurden, um den Einfiuß von Zuschlägen
jeder Art auf die Prüfkörper auszuschalten, aus reiner kaustischer Magnesia und
den hinsichtlich ihrer Wirkung zu vergleichenden Sulfatlösungen ohne Mitverwendung
von Füllmitteln hergestellt. Für die Herstellung der Prüfkörper wurden je Zoo g
kaustischer Magnesia mit 15o cm3 Sulfatlösung zur gießbaren Konsistenz angeteigt,
der Brei in zweiteilige Rundformen eingefüllt und während 1 Stunde in einem Wasserbad
von 8o° C zum Erhärten gebracht. Nach ihrer Ausformung wurden die Prüfkörper nach
Verlauf von 1 Stunde sowie nach drei-und siebentägiger Lagerung bei Zimmertemperatur
und bei 8o bis 9o °% relativer Feuchtigkeit auf Biegefestigkeit und auf Kugeldrackhärte
geprüft. Als Kontrollversuch diente für die Vergleichsmessungen ein Magnesiazementkörper
aus Zoo g kaustischer Magnesia und einer Magnesiumsulfatlösung vom spezifischen
Gewicht 1,134 (17° Be). Die dieser Standard-Magnesiumsulfatlösung entsprechende
S O, `-Ionenkonzentration wird für den Vergleich mit zoo °/o bezeichnet (Tabelle
1). Die bei den Versuchen unter Verwendung dieser Standard-Magnesiumsulfatlösung
erhaltenen Prüfwerte für Biegezugfestigkeit und Kugeldruckhärte werden gleichfalls
mit dem Wert zoo bezeichnet (Tabelle 2).
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Tabelle i enthält die Angaben über die Zusammensetzung der untersuchten
Lösungen, Tabelle 2 in gleicher Reihenfolge die erhaltenen zugehörigen Prüfwerte
für Biegezugfestigkeit und Kugeldruckhärte. Bei Versuch i (Kontrollversuch) wurde
die oben angegebene Standard-Magnesiumsulfatlösung verwendet. Die Konzentration
an Magnesiumsulfat ist, verglichen mit dem Kontrollversuch, bei den Vergleichsversuchen
2 bis 5 auf die Hälfte, bei den Vergleichsversuchen 6 und 7 auf ein Viertel vermindert.
Beim Vergleichsversuch 2 wurde eine reine Magnesiumsulfatlösung von verminderter
Konzentration angewendet. Bei den Vergleichsversuchen 3 bis 7 wurden hingegen Magnesiumsulfatlösungen
verwendet, denen die in der Tabelle 1 angeführten zusätzlichen Sulfate zugesetzt
waren. Die Konzentration der zugesetzten Sulfate betrug bei den Versuchen 3, 4 und
5 zo °/o, bezogen auf die für den Versuch angewendete Magnesiumsulfatkonzentration,
bei den Versuchen 6 und 7 je 4o°/, der für diese Versuche
angewendeten
Magnesiumsulfatkonzentration. Die gesamte SO,"-Konzentration (einschließlich Fremdsulfaten)
betrug also in bezug auf die Standard-Magnesiumsulfatlösung (Nr. i der Tabelle x)
bei Versuch 2 50 °/0, bei den Versuchen 3 bis 5 55°/o und bei den Versuchen 6 und
7 35 °/°. Die in der Tabelle 2 unter den jeweiligen Prüfwerten für Biegezugfestigfeit
und Kugeldruckhärte angeführten Zahlen stellen die Vergleichswerte mit dem Wert
ioo des Kontrollversuches dar. Da bei allen Versuchen das gleiche Volumen an Salzlösung.
angewendet wurde, stehen die dem Magnesiumoxyd angebotenen SO,"-Mengen im gleichen
Verhältnis wie ihre Konzentrationen. Tabelle i Zusammensetzung der verwendeten Salzlösungen
bei gleichbleibender Menge (20o g) und Qualität des Magnesiumoxyds
| Spezifisches |
| Gewichts- Menge des Gewichtsprozent Gewichtsprozent |
| Nr. prozent MgS04 Gewicht der Zugesetztes Zusatzes 11n_ S04'
aus dem S04' insgesamt |
| MgS04 . M9S04 Lösung Sulfat MgS04 in der Lösung |
| g/1 (ohne Zusatz) g/1 |
| 1 12,8 145,2 1,134 - - ioo 110o |
| 2 6,4 69,3 1,o83 - - 50 50 |
| 3 6,4 69,3 1083 A12 (S 04)3 12>0 50 55 |
| 4 6,4 69,3 1,o83 CUS04 13,5 50 55 |
| 5 . 6,4 69,3 1,o83 FeS04 15,1 50 55 |
| 6 3,2 32,9 1029 A12 (S04 )3 24,0 25 35 |
| 7 3,2 32,9 1,029 FeS04 30,2 25 35 |
Tabelle 2 Prüfwerte der untersuchten Magnesiazemente
| Nr. Biegezugfestigkeit in kg/cmz Kugeldruckhärte in kg/mmz |
| zh 3d 7 d rh 3d 7d |
| 1 18,3 35,5 31,9 1,20 |
| 3,03 2.77 |
| i00,00/0 100,00/0 100,00/, I00,0 0/° . 100,0()/,
100,00/0 |
| 2 11,8 20,7 21,5 0;72 2,59 2155 |
| 64,5% 58W10 67,4% 60,o °/0 85,50/0 92,00 11o |
| 3 17,5 25,5 43,0 1,20 2,36 3,03 |
| 95,7% 72>o °/0 135,0()/o i00,00/0 78,0% 109,00/0 |
| 4 20,7 i9,i 27,1 1,22 1,87 245 |
| 113,2% 53,8 °/o 85,0% 102,o °/0 61,8 °/0 88,5 °/o |
| 5 17,5 z7,5 33,5 1,03 2,05 2,55 |
| 96,7% 49,3)/, 105,0')/, 86,o0/, 67,6% 92'1 °/0 |
| 6 7,58 17,7 12,7 0,70 2,07 1,42 |
| 41,5()/o 49,80/0 39,7% 58,5 °/o 68,4% 51,4 °!o |
| 7 9,56 12,9 z8,1 0,77 213 1,73 |
| 52,3% 36,4 °/o 88,o"/, 64,3)/o 70,4)/o 67,9()/o |
Wie aus den vorstehenden Tabellen hervorgeht, erhöhen sich die Festigkeit und Härte
bei Verwendung sulfatärmerer Magnesiumsulfatlösungen durch Zugabe geringer Mengen
an zugesetzten Sulfaten zum Teil auf die entsprechenden Werte der Vergleichslösung
vom spezifischen Gewicht 1,134 und selbst darüber, so daß in diesen Fällen gleiche
oder selbst bessere technologische Eigenschaften durch Anwendung von nur 55 % Sulfat
gegenüber der reinen Standard-Mägnesiumsulfatlösung erhalten werden.
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. Bei den Versuchen 6 und 7 wurde die ursprüngliche Magnesiumsulfat-c::,
,entration auf ein Viertel herabgesetzt, wobei durch Zugabe von Aluminium- oder
Eisensulfat bessere Festigkeiten erzielt wurden als bei Verwendung einer reinen
Magnesiumsulfatlösung vom spezifischen Gewicht 1,o83 (ii° B6), die 500/0 S 04"-Ionen
enthält.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht also, Magnesiazemente
mit gleichen oder selbst verbesserten technologischen Eigenschaften unter Verringerung
der Konzentration der Salzlösungen und damit unter Einsparung von Magnesiumsulfat
zu erreichen. Dies ist insbesondere dort auch von wirtschaftlichem Wert, wo Magnesiumsulfat
nicht leicht erhältlich ist, während die zuzusetzenden Sulfate, wie Eisensulfat,
Kupfersulfat, Aluminiumsulfat u. dgl.,
oftmals ais'Nebenprodukte
der chemischen Industrie anfallen und daher leicht und billig zugänglich sind.
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Die Magnesiazemente gemäß der Erfindung können zur Herstellung von
Formstücken, Abgüssen, Kunststeinen, Belägen, allenfalls unter Mitverwendung von
Füllur tteln oder zur Verkittung von Fasern, insbesondere Holzwolle, Schilfrohr
Ü. dgl., bei der Herstellung von Leichtbauplatten und für alle sonstigen Zwecke
dienen, zu welchen Magnesiazemente angewendet werden. Man kann auch die trockene
Mischung von Magnesiumsulfat und Sulfaten anderer zweiwertiger oder mehrwertiger
Kationen, gegebenenfalls auch mit dem reaktionsfähigen Magnesiumoxyd gemischt, in
Verkehr bringen und am Ort der Verwendung durch Zusatz von Wasser die Sulfatlösungen
herstellen.