DE4319163A1 - Spinel-containing, cement-bonded shaped body and process for producing spinel-containing shaped bodies - Google Patents
Spinel-containing, cement-bonded shaped body and process for producing spinel-containing shaped bodiesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft spinellhaltige, zementgebundene Formkörper bestehend aus einer Mischung aus zementhaltigem Rohstoff und einem feinkörnigem Füllstoff, enthaltend Siliziumoxid und Aluminiumoxid und ggfs. weitere grob körnige Zuschlagstoffe, sowie ein Verfahren zur Her stellung von spinellhaltigen Formkörpern durch Mischen von CaO bzw. CaO-haltigen Rohstoffen mit tonerdehaltigen Zu satz- bzw. Füllstoffen und Sintern oder Schmelzen bei Temperaturen von oberhalb 1100°C.The invention relates to spinel-containing, cement-bound Shaped body consisting of a mixture of cementitious Raw material and a fine-grained filler, containing Silica and alumina and, if necessary, further coarse granular aggregates, as well as a method for producing Position of spinel-containing moldings by mixing CaO or CaO-containing raw materials with a clay-containing content or fillers and sintering or melting Temperatures above 1100 ° C.
Nach US-Patent 4,330,336 wird eine Krätze aus der Alumi niumindustrie zur Herstellung eines Tonerdezementes ver wendet. Dabei wird die Krätze als Rohstoff für den Brand eines Zementklinkers eingesetzt, nicht aber als Füllstoff einem zementgebundenen Baustoff zugesetzt. Auch wird der Einsatz von hochtonerdehaltigem Reststoff aus der Aufar beitung von Salzschlacke nicht beschrieben.According to US Patent 4,330,336, a dross from the Alumi niumindustrie for the production of an alumina cement ver applies. It is the scabies as a raw material for the fire a cement clinker used, but not as a filler added to a cement-bound building material. Also, the Use of high-alumina residue from the Aufar processing of salt slag not described.
Patent DE-AS 20 27 250 beansprucht ein Verfahren zur Her stellung feuerfester Kalzium-Magnesium-Tonerdezemente unter Verwendung natürlicher und künstlicher Rohstoffe. Hochtonerdehaltiger Reststoff aus der Salzschlackenauf arbeitung ist nicht erwähnt. Während dieser bereits Spinell MgO.Al₂O₃ enthält, wird nach DE-AS 20 27 250 die Spinell-Phase erst beim Sintern oder Schmelzen des Tonerdezementklinkers gebildet. Die Verwendung von hoch tonerdehaltigem Reststoff aus der Aufarbeitung von Salz schlacken zur nachträglichen Zumischung als Füllstoff zu einem aufgemahlenen Zementklinker bzw. Zement ist nicht beschrieben. Patent DE-AS 20 27 250 claims a method for Her refractory calcium-magnesium alumina cements using natural and artificial raw materials. High alumina residual material from the salt slag work is not mentioned. While this one already Spinel contains MgO.Al₂O₃ is according to DE-AS 20 27 250 the spinel phase only when sintering or melting the Alumina cement clinker formed. The use of high clay-containing residue from the work-up of salt slag for subsequent admixture as a filler a ground cement clinker or cement is not described.
Auch aus der Literatur sind Tonerdezemente mit Spinell gehalt bekannt (M. Jung: Silikattechnik 27 (1976) 7, 224-226). Wie bei DE-AS 20 27 250 ist Spinell jedoch aus schließlich Bestandteil eines Zementklinkers und nicht Bestandteil eines Füllstoffes.Also from the literature are alumina cements with spinel content known (M. Jung: Silikattechnik 27 (1976) 7, 224-226). As with DE-AS 20 27 250 spinel is, however, off finally part of a cement clinker and not Component of a filler.
In den Patentschriften DE 27 31 612 und DE 27 59 908 werden Zementmischungen und Betonzusammensetzungen bean sprucht, die einen feinkörnigen Füllstoff enthalten, bei dem es sich um Siliziumoxid, Chromoxid, Titanoxid, Zirkon oxid und Aluminiumoxid handeln kann. Auch L. Zaigeng u. a. (Stahl und Eisen Special (1992) 10, 149-152) beschreiben, daß Siliziumoxid, Aluminiumoxid und Chromoxid in feuer festen Betonzusammensetzungen als feine Füllstoffe ver wendet werden. Auf einen Füllstoff mit einer Zusammen setzung entsprechend einem hochtonerdehaltigen Reststoff aus der Salzschlackenaufarbeitung geben beide Quellen keinen Hinweis.In the patents DE 27 31 612 and DE 27 59 908 Cement mixtures and concrete compositions will bean with a fine-grained filler which are silicon oxide, chromium oxide, titanium oxide, zirconium oxide and alumina can act. Also L. Zaigeng u. a. (Stahl and Eisen Special (1992) 10, 149-152), that silica, alumina and chromium oxide in fire solid concrete compositions as fine fillers ver be used. On a filler with a together tion corresponding to a high-alumina residue from the salt slag processing give both sources no indication.
Ein Problem bei dem bekannten Verfahren besteht darin, daß die während der Sinterung gebildete Spinellphase nicht homogen in dem Formkörper verteilt ist. Insbesondere bei großen Formkörpern ergeben sich aufgrund der unterschied lichen Temperaturverteilung und Zusammensetzung Inhomo genitäten in der Verteilung der Spinellphasen. Dieses muß entweder durch sehr aufwendige Mischprozesse oder durch lange Behandlungszeiten kompensiert werden.A problem with the known method is that the spinel phase formed during sintering is not is homogeneously distributed in the shaped body. Especially at large shaped bodies arise due to the difference temperature distribution and composition Inhomo properties in the distribution of spinel phases. This must either by very complex mixing processes or by long treatment times are compensated.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Nach teile der bekannten spinellhaltigen Formkörper zu ver meiden und ein Verfahren anzubieten, das schon bei relativ niedrigen Temperaturen und kurzen Behandlungszeiten eine homogene Ausbildung der Spinellphase über den Querschnitt der Formkörper garantiert. Object of the present invention is therefore, the Nach Parts of the known spinel-containing moldings ver to avoid and to offer a procedure that already at relative low temperatures and short treatment times homogeneous formation of the spinel phase over the cross section the molded body guaranteed.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Als wesentlicher Gedanke der Erfindung wird dabei angesehen, daß hochton erdehaltige Reststoffe aus der Aufarbeitung von Salz schlacken der Aluminiumindustrie in Verbindung mit einem CaO-Träger zu einem wertvollen und in seinen Eigenschaften hervorragenden Tonerdezementklinker gebrannt werden kann.The object is achieved by the in the Claims specified features solved. As essential Thought of the invention is considered that high tone Residual residues from the workup of salt the aluminum industry in connection with a CaO carrier to a valuable and in its properties excellent alumina cement clinker can be fired.
Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Aus führungsbeispiele näher erläutert. Es zeigtIn the following the invention with reference to several off guide examples explained in more detail. It shows
Fig. 1 Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen, spinellhaltigen Formkörper, Fig. 1 is a cross section through an inventive, spinellhaltigen shaped body,
Fig. 2 Verfahrensablauf bei dem erfindungsgemäßen Verfahren. Fig. 2 process flow in the inventive method.
Für die nachfolgenden Beispiele werden folgende Zusammen setzungen angegeben:For the following examples, the following are together stated:
Reststoff "OXITON": Chemische Zusammensetzung Oxiton-Ts in (%) bezogen auf TrockensubstanzResidue "OXITON": Chemical composition Oxiton-Ts in (%) based on dry matter
Tonerdezement: Handelsname "SECAR 51" der Firma Lafarge Fondu International in Neuilly-sur-Seine, Frankreich, Sinterkorund: handelsübliche Tabulartonerde.Alumina cement: trade name "SECAR 51" from Lafarge Fondu International in Neuilly-sur-Seine, France, Sintered corundum: commercial tabular earth.
Die genaue Zusammensetzung der Mörtelmischungen sind in Tabelle 1 angegeben. So besteht der Mörtel gemäß Beispiel 1 aus reinem Zement (SECAR 51), während in den Beispielen 2 und 3 nach folgender Prozedur verfahren wurde:The exact composition of the mortar mixtures are in Table 1 given. So the mortar consists according to example 1 of pure cement (SECAR 51), while in the examples 2 and 3 according to the following procedure:
Hochtonerdenhaltiger Reststoff ("OXITON") und Tonerde zement ("SECAR 51") wurden im Gewichtsverhältnis 1 : 3 (Beispiel 2) bzw. 1 : 1 (Beispiel 3) eingewogen, und zu einem Mörtel gemischt. Der Wassergehalt wurde so eingestellt, daß eine gut verarbeitbare Konsistenz vorlag.High-alumina soil ("OXITON") and clay cement ("SECAR 51") were in the weight ratio 1: 3 (Example 2) or 1: 1 (Example 3) weighed, and to mixed with a mortar. The water content became like that adjusted that a good processable consistency existed.
Die Erstarrungszeiten, Beginn und Ende, wurden mittels Vicat-Nadel bestimmt.The solidification times, beginning and end, were determined by means of Vicat needle determined.
Zur Herstellung von Prüfkörpern wurde der Mörtel in Formen der Abmessungen 10×10×60 mm mit Hilfe eines Vibriertisches eingerüttelt. Nach Feuchtlagerung von 3 Tagen wurden die Biegefestigkeit und die Druckfestigkeit gemessen.For the preparation of specimens, the mortar was in forms of dimensions 10 × 10 × 60 mm by means of a vibrating table vibrated. After moist storage of 3 days, the Flexural strength and compressive strength measured.
Die Ergebnisse, im Vergleich mit reinem Zement "SECAR 51", zeigt Tabelle 1.The results, compared to pure cement "SECAR 51", shows Table 1.
Zur Herstellung von Beton wurden die in Tabelle 2 notier
ten Mischungen aus
hochtonerdehaltigem Reststoff (OXITON)
Tonerdezement (SECAR 51) und
Sinterkorund (TABULAR-TONERDE)
eingewogen, gemischt und Anmachwasser nach Bedarf zuge
geben.To produce concrete, the mixtures listed in Table 2 were used
high-alumina residue (OXITON)
Alumina cement (SECAR 51) and
Sintered Corundum (TABULAR TONERDE)
Weighed, mixed and added mixing water as needed.
Beim Abformen zu Prüfkörpern mit den Abmessungen 160×40×40 mm wurde mittels Vibriertisch verdichtet. Nach 3 Tagen Feuchtlagerung wurden die Biegefestigkeit und die Druckfestigkeit gemessen.When molding into test specimens with the dimensions 160 × 40 × 40 mm was compacted by vibrating table. After 3 Wet storage days were the flexural strength and the Compressive strength measured.
Die Ergebnisse zeigt Tabelle 2.The results are shown in Table 2.
Besonders zu beachten ist die gleichbleibende Biegefestig keit bei hohen Reststoffgehalten. Diese behält den Wert von 7 N/mm² bei, obwohl die Druckfestigkeit absinkt. Of particular note is the constant bending strength at high residue levels. This retains the value of 7 N / mm², although the compressive strength decreases.
Zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden nachfolgende Beispiele 4 und 5 durchgeführt.To illustrate the method according to the invention were Examples 4 and 5 below are performed.
115 g getrockneter, hochtonerdigerhaltiger Reststoff "OXITON" und 75 g Kalksteinmehl "20 m" (Rheinische Kalk steinwerke, Wülfrath) wurden in einem Taumelmischer "Turbula" (Maschinenfabrik Willi Bachofen, Schweiz) 30 min lang trocken gemischt. Anschließend wurde unter Zugabe von 5% einer 1%igen Lösung von Methylcellulose in Wasser ein preßfertiges Granulat hergestellt. Bei einem Preßdruck von 50 N/mm wurden uniaxial Tabletten gepreßt von 24 mm Durchmesser und 7 mm Höhe. Nach Trocknung bei 110°C/12 h wurde eine Gründichte von 1,6 g/cm³ ermittelt. In einem elektrisch beheizten Laborkammerofen (Naber, Bremen) wurde mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 300 km/h bei 1200°C/1 h Haltezeit gesintert. Die Tabletten wurden im abgeschalteten Ofen innerhalb 12 h langsam auf Raumtempe ratur abgekühlt.115 g dried, hochtonerdigerhaltiger residue "OXITON" and 75 g of limestone flour "20 m" (Rhenish lime steinwerke, Wülfrath) were in a tumble mixer "Turbula" (Maschinenfabrik Willi Bachofen, Switzerland) 30 min mixed dry for a long time. Subsequently, with the addition of 5% of a 1% solution of methylcellulose in water produced a press-ready granules. At a pressing pressure of 50 N / mm, uniaxial tablets were pressed of 24 mm Diameter and 7 mm height. After drying at 110 ° C / 12 h a green density of 1.6 g / cm³ was determined. In one electrically heated laboratory furnace (Naber, Bremen) was with a heating rate of 300 km / h Sintered 1200 ° C / 1 h holding time. The tablets were in switched off the oven slowly to room temp within 12 h cooled.
Mittels Röntgenbeugungsanalyse wurden folgende Mineral phasen bestimmt:The following minerals were analyzed by X-ray diffraction analysis determined phases:
Die Herstellung des Zementklinkers erfolgte wie in Bei spiel 1 beschrieben, wobei jedoch der Klinker durch Ab schrecken in Wasser von Raumtemperatur gekühlt wurde.The cement clinker was produced as in Bei game 1 described, but the clinker by Ab was cooled in water from room temperature.
Die Röntgenbeugungsanalyse ergab:The X-ray diffraction analysis revealed:
Zur Herstellung eines Baustoffes, der sich in der Hoch- und Tiefbauindustrie verwenden läßt, können 5-10% Reststoff (OXITON), 10-15% Portlandzement und Rest Kies oder Schamotte in der üblichen Korngrößenzusammensetzung verarbeitet werden. Ein sich daraus ergebender Beton weist nach der Abbindung eine Biegefestigkeit von 8-10 N/mm² bei einer Druck festigkeit von 40-50 N/mm² auf.For the production of a building material, located in the Building and civil engineering industry can be 5-10% Residue (OXITON), 10-15% Portland cement and residual gravel or chamotte in the usual grain size composition are processed. A resulting concrete shows after setting a bending strength of 8-10 N / mm² at one pressure strength of 40-50 N / mm².
Ein besonders interessanter Anwendungsfall besteht in der Auskleidung von Schmelzöfen. Hierzu werden üblicherweise einfache Schamotte mit verhältnismäßig grober Körnung verwendet. Diese bestehen überwiegend aus Siliziumdioxid und ca. 30% Aluminiumoxid.A particularly interesting application is the Lining of smelting furnaces. These are usually simple chamotte with a relatively coarse grain size used. These consist mainly of silicon dioxide and about 30% alumina.
Es ist nun möglich, die Beständigkeit der Ofenauskleidung gegenüber aggressiven Schmelzen wie Aluminium- und Magnesiumschmelzen dadurch zu verbessern, daßIt is now possible, the durability of the furnace lining against aggressive smelting such as aluminum and Magnesium melts thereby improve that
- - entweder ein erfindungsgemäßer feinkörniger Füllstoff in Form des hochtonerdehaltigen Reststoffes gemäß Anspruch 1 bei der Herstellung der Schamotte zuge mischt wird, wobei der Gehalt des Füllstoffes etwa 15-35% betragen kann.- either a fine-grained filler according to the invention in the form of the high alumina residual material according to Claim 1 in the production of fireclay added is mixed, wherein the content of the filler is about 15-35% can be.
- - oder man coated die bereits vorhandene Schamotteaus kleidung mit einem Überzug, enthaltend den erfindungs gemäßen Reststoff in einer Bindemittelphase. Das Bindemittel kann hydraulisch bei Raumtemperatur ab binden, sofern eine Zementphase in der geeigneten Zusammensetzung entsteht. Es kann aber auch chemisch abbinden, wenn beispielsweise Aluminiumphosphate als Bindemittel eingesetzt werden. Die Abbindung erfolgt dann bei Temperaturen von etwa 200°C. Als weitere Bindemittelphase kommt noch Tonerde in Betracht, die bei Temperaturen oberhalb von 800°C eine keramische Bindung mit dem Reststoff eingeht. In allen Fällen wird vorteilhafterweise die in dem Reststoff bereits vorhandene Spinellphase genutzt. Es entsteht dann ein gegenüber aggressiven Schmelzen resistenter Überzug, der eine Reduzierung des Siliziumoxidgehaltes der Schamotte während der Elektrolyse oder während des Umschmelzens von Leichtmetallegierungen weitgehend verhindert.- or you coat the already existing fireclay Clothing with a coating containing the invention proper residue in a binder phase. The Binder can be hydraulically off at room temperature bind, provided that a cement phase in the appropriate Composition arises. It can also be chemical when, for example, aluminum phosphates as Binders are used. The binding takes place then at temperatures of about 200 ° C. As another Binder phase is still alumina into consideration, the at temperatures above 800 ° C a ceramic Binding with the residue is received. In all cases is advantageously already in the residue used existing spinel phase. It then arises resistant coating to aggressive melts, the reduction of the silicon oxide content of Chamotte during the electrolysis or during the Remelting of light metal alloys largely prevented.
Claims (5)
7-10% MgO,
6-9% SiO₂,
2-5% CaO,
1,5-2,5% F,
1,5-2,5% Fe₂O₃ und
7-11% Glühverlustwobei mineralogisch MgO als Spinell MgO.Al₂O₃ und CaO als Flußspat CaF₂ vorliegen. 1. Spinellhaltiger, cementitious molded body, consisting of a mixture of cementitious raw material and a fine-grained filler containing silica and alumina and, if necessary. Further coarse granular additives, characterized in that the fine-grained filler is a hochtonerdehaltiger residue from the workup of salt slag of the aluminum industry containing at least the following constituents, based on the weight of the dried substance: 55-70% Al₂O₃,
7-10% MgO,
6-9% SiO₂,
2-5% CaO,
1.5-2.5% F,
1.5-2.5% Fe₂O₃ and
7-11% loss on ignition while mineralogically MgO as spinel MgO.Al₂O₃ and CaO as Flußspat CaF₂ present.
- a) der Anteil Spinell MgO.Al₂O₃8-10 Gew.-% bezogen auf den wirksamen Bindemittelanteil der Gesamtmischung beträgt und
- b) die spinellhaltige Phase im Volumenanteil der Zementphase homogen verteilt ist.
- a) the proportion of spinel MgO.Al₂O₃8-10 wt .-% based on the effective binder content of the total mixture is and
- b) the spinel-containing phase is homogeneously distributed in the volume fraction of the cement phase.
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