CH136863A - Verfahren zur Herstellung feuerfester Produkte aus natürlichen Magnesiumsilikaten. - Google Patents

Description

  Verfahren zur Herstellung feuerfester Produkte aus natürlichen Magnesiumsilikaten.    Die Erfindung bezieht sich auf die Her  stellung von feuerfesten Erzeugnissen aus  natürlichen Magnesiumsilikaten, insbeson  dere aus mineralischen Rohstoffen, welche  ausser Magnesium und Silizium noch be  trächtliche Mengen von Metallen, insbeson  dere Eisen, enthalten. Als Ausgaagsstoffe  kommen insbesondere magnesiumorthosilikat  reiche Naturprodukte, wie Olivin, Peridotit,  Dunit und dergleichen in Betracht, weiche  fast stets mehr oder weniger grosse Mengen  von Eisen enthalten.

   Nach den Feststellun  gen der Anmelderin ist die Hauptmenge des  in     derartigen        Naturprodukten        vorhandenen     Eisens in Form von Fe2Si04 dem Magnesium  orthosilikat isomorph beigemischt, während  Bruchteile des Eisens in ebenfalls zweiwer  tiger Form, auch in anderer Form, zum Bei  spiel als Chromit oder Spinell vorhanden sein  können.  



  Aus derartigen Rohstoffen hergestellte,  feuerfeste Massen und Gegenstände sind für  manche Anwendungszwecke nicht gut geeig-    net, da der verhältnismässig hohe Gehalt an  Eisenverbindungen sich mitunter störend  bemerkbar macht.  



  Die Anmelderin hat sich nun die Auf  gabe gestellt, das in dien Ausgangsstoffen  in unerwünschter Form vorhandene Eisen,  insbesondere das verhältnismässig     niedrig     schmelzende Eisenorthosilikat in unschäd  liche, gegebenenfalls vorteilhafte Formen  überzuführen. Dies Ziel wird erfindungs  gemäss dadurch erreicht, dass man die als  Ausgangsstoffe in Betracht kommenden,  eisenhaltigen Magnesiumsilikate mit passen  den Mengen magnesiumreicher Stoffe, wie  zum Beispiel Magnesiumoxyd oder Stoffen,  welche befähigt sind, Magnesiumoxyd zu  bilden, wie zum Beispiel Magnesit, mischt.

    und das Mischgut, gegebenenfalls nach vor  heriger Überführung in Formkörper auf ge  eignete Temperaturen erhitzt.     Beim    Erhitzer=  des     Mischgutes    in oxydierender     rltmosphärt          wird        :das        zweiwertige    Eisen     in        Fe-,03        über-          beführt,    welches dann durch     Umsetzung    mit      Magnesiumoxyd die hochfeuerfeste und che  misch indifferente Verbindung Mg0.Fe2O3  (Magnesiumferrit) bildet.

   Anderseits wird  die Kieselsäure durch Aufnahme von MgO  in ebenfalls hochfeuerfestes Magnesium  orthosilikat übergeführt. Die bei diesen Vor  gängen sich abspielenden Um- und     Rekristal-          lisationen    dienen zur Verkittung der mehr  oder minder feinkörnigen Mischungen. Bei  Durchführung des Verfahrens in Gegenwart  genügender Mengen von Magnesiumoxyd,  Magnesit und dergleichen Stoffen könnet  gleichzeitig die dem Olivin, Peridotit,     Du-          nit    usw. fast stets beigemengten     Magnesium-          hydrosilikate,    wie Serpentin. Talkum usw.

    mehr oder weniger weitgehend in Magne  siumorthosilikat übergeführt werden, wo  durch die Eigenschaften der Produkte ver  bessert werden können.  



       Die    zur     Durchführung    der Reaktion er  forderlichen Temperaturen sind abhängig  von der Art der angewendeten Magnesium  silikate und den übrigen Arbeitsbedingun  gen, zum Beispiel mit Bezug auf Korngrösse  der angewendeten Stoffe. Es hat sich ge  zeigt, dass man die vorstehend erläuterten  Umsetzungen unter Vermeidung der Über  führung der Mischungen in schmelzflüssigen  Zustand, gegebenenfalls bei Temperaturen,  welche weit     unterhalb    des     Schmelzpunktes     der erfindungsgemäss herzustellenden, feuer  festen Produkte liegen, durchführen kann.  Im allgemeinen kommen für die Durchfüh  rung des Verfahrens Temperaturen zwischen  700 o und 1500' in Betracht.  



  Man kann die obengenannten Umsetzun  gen je nach Wahl der Temperaturen, der  Brenndauer und Korngrösse der zu verar  beitenden Stoffe mehr oder weniger weit  treiben. Man kann den Brennprozess zum  Beispiel auch in mehreren Stufen durchfüh  ren, zum Beispiel derart, dass die Massen  bezw. Gegenstände zunächst einer     Vorerhit-          zung    bei niedrigen Temperaturen unter  worfen und alsdann bei höheren Tempera  turen, gegebenenfalls an der Verwendungs  stelle, zum Beispiel nach     erfolgtem    Einbau,  fertiggebrannt werden.

      Die Menge der dem     magnesiumortho-          silikathaltigen    Ausgangsmaterial, zum Bei  spiel Olivin, zuzusetzenden, magnesiumrei  chen Stoffe, wie zum Beispiel gebranntes  Magnesit, ist nach vorstehendem so zu be  messen, dass sie ausreicht, um das Eisen in  gewünschtem Grade in Magnesiumferrit  unter Bindung der ursprünglich an das FeO  gebundenen Kieselsäure als Magnesium  orthosilikat überzuführen. Bei Anwesenheit  von Magnesiumhydrosilikaten oder Magne  siummetasilikaten wird zweckmässig für  Gegenwart von Magnesiumoxyd oder mag  nesiumoxydbildenden Stoffen in solchen  Mengen Sorge getragen, dass diese Stoffe in  gewünschtem Ausmasse in Magnesiumortho  silikat übergeführt werden können.

   In ge  gebenen Fällen hat es sich als nützlich er  wiesen, den Zuschlag au Magnesiumoxyd,  Magnesit und dergleichen so zu bemessen,       dass    das fertig gebrannte Produkt noch freies  Magnesiumoxyd enthält.  



  Bei Verarbeitung von Magnesiumsilika  ten, welche neben Eisen noch andere Me  talle, wie zum Beispiel Mangan, Chro@@.  Nickel, Aluminium, enthalten, werden auch  diese im Sinne der Erfindung an Magnesiium  gebunden. zum Beispiel unter Bildung von  Verbindungen, wie MgCr2O4, MgAl2O4 und  dergleichen.  



  Als Ausgangsmaterialien für die prak  tische Durchführung des Verfahrens kom  men insbesondere auch eisenreichere Vor  <U>kommen</U> von     Olivin        und    dergleichen, zum  Beispiel solche, welche mehr als 4 %     Fe    (be  rechnet .als metallisches Eisen), zum Beispiel  bis zu 10 % Fe und mehr enthalten.  



  Man     keim    auch ausgehen von     Olivin-          arten,    welche grössere Mengen, zum Bei  spiel bis zu 40 % und mehr an wasserhal  tigen     Umwandlungsprodukten,    wie zum Bei  spiel     Serpentin    oder Talkum enthalten, in  dem man den Zusatz von     Magnesiumoxyd.          Magnesit    und dergleichen entsprechend     hach          bemisst.    Man kann schliesslich .auch wasser  haltige     ylagnesiuinsilil.:

  .ate,    wie zum Beispiel       Serpentin    und dergleichen, welche Eisen  enthalten, im Sinne der Erfindung durch      entsprechende Bemessung des Magnesium  oxydzuschlages auf hochwertige, feuerfeste  Produkte verarbeiten. Bei Verarbeitung von  Ausgangsstoffen, w-elche reich sind an     Mag-          nesiumhydrosilikaten    oder im wesentlichen  aus solchen bestehen, hat es sieh in manchen  Fällen als vorteilhaft erwiesen, diese durch  Erhitzen auf     passende    Temperaturen zu  nächst mehr oder weniger weitgehend zu  entwässern und sie erst dann, zum Beispiel  mit passenden Mengen von Magnesit dem  Brennprozess zu unterwerfen.  



  In Ausübung der Erfindung kann man  zum Beispiel     derart        verfahren,    dass man das  eisenhaltige Ausgangsmaterial, zum Beispiel  Olivingestein oder Olivinsand, auf passende  Korngrösse bringt und dasselbe mit den er  findungsgemäss anzuwendenden Mengen von  Stoffen, welche mehr MgO im Verhältnis mu  SiO2 enthalten, als dem Verhältnis 2:1 ent  spricht, mischt. Als derartige Zuschläge  kommen zum Beispiel in Betracht Magne  siumoxyd, Magnesiumhydroxyd,     Magne-          siumcarbonate    und dergleichen. Mit Vorteil  kann man unreinen, kaustisch gebrannten  Magnesit verwenden.

   Derartige Mischungen  können zum Beispiel als Stampfmasse,  Spritzmasse, Farbmasse, Mörtel und der  gleichen verwendet und durch Erhitzen auf  geeignete Temperaturen verfestigt werden.  



  Zwecks Herstellung von Formkörpern  kann man zum Beispiel derart verfahren,  dass man die Mischungen mit Hilfe von  Flüssigkeiten, gegebenenfalls unter Zusatz  von Bindemitteln oder Verkittungsmitteln  plastisch macht und gegebenenfalls unter       Anwendung    von Druck verformt. Als  Bindemittel können anorganische oder or  ganische Stoffe, wie zum Beispiel kol  loidale Magnesiumsilikate, Ton,     Chlor-          rnagnesiurnlauge    . oder dergleichen, fer  ner Stoffe, wie zum Beispiel Teer, Pech,  Asphalt, Sulfitcelluloseablaugen und daraus  gewonnene Produkte usw@ verwendet wer  den. Weiterhin kommen zum Beispiel auch  Bindemittel in Betracht, wie solche bei der  Fabrikation von Asbestwaren oder von  Steatitwaren Verwendung finden.

      Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die  Formung unter Anwendung von hohen  Pressdrucken, zum Beispiel solchen von  mehr als 300 kg zweckmässig 500-1000 kg  und mehr pro cm3 durchzuführen. Hierdurch       gelingt    die     Herstellung    von transportfähigen  Formnstichen, wie Steinen und dergleichen,  und zwar auch bei Verzicht auf die Mit  wirkung von Bindemitteln.  



  Die Formstücke werden alsdann getrock  net und auf die für die gewünschten Um  setzungen erforderlichen Temperaturen, zum  Beispiel auf 1000  --1500   C erhitzt und  der     Brennprozess    so lange     fortgesetzt,    bis  die     gewünschte        Verfestigung    erzielt ist.  Der     Brennprozess    kann einstufig oder mehr  stufig, gegebenenfalls auch unter Anwen  dung verschiedener Temperaturhöhen durch  geführt werden.  



       Man    kann den Ausgangsstoffen     bezw.     den daraus hergestellten Mischungen und  Massen auch noch andere Stoffe oder Ver  bindungen einverleiben und hierdurch die       Eigenschaften    derselben     bezw.    der daraus  hergestellten Produkte nach gewünschten       Richtungen    hin beeinflussen. So kann man  zum Beispiel die     mechanische    Festigkeit des  Materials durch Zusatz von Eisenverbindun  gen,     insbesondere    Eisenoxyden, erhöhen und  hierdurch noch weitere Vorteile, zum Bei  spiel mit Bezug ,auf Leitungsvermögen für  Wärme und Elektrizität erzielen.

   Die Eisen  verbindungen     können    mit Vorteil in Form  billiger Naturprodukte, zum Beispiel von  Eisenerzen, wie     Magnetit    und dergleichen.  



  <B>,</B>     ant,        -ewendet        werden.        An        Stelle        oder        neben     Eisenverbindungen können gegebenenfalls  auch Stoffe verwendet werden, welche noch  andere Metalle, insbesondere solche der  Eisengruppe, enthalten.

   Es hat sich     über-          raschenderweise    gezeigt, dass selbst bei sehr  erheblicher Beimischung von Eisenoxyd und  dergleichen die Feuerfestigkeit der     erfin-          dungsgemäss        hergestellten    Produkte nicht in       Solchem    Grade herabgesetzt wird, dass hier  durch die technische     Anwendung    verhindert  wird.     Mau    kann mit dem Zusatz von Eisen  verbindungen gegebenenfalls bis zur Hälfte      der Zusammensetzung des feuerfesten Ma  terials gehen.  



  Als weitere Zusatzstoffe kommen Alu  miniumverbindungen, wie zum Beispiel Ton,       Kaolin,    Bauxit und dergleichen, ferner  Chromverbindungen oder solche enthaltende  Stoffe, wie zum Beispiel Chromite, in Be  tracht. In gegebenen Fällen kann man durch  Zuschlag verschiedener Metallverbindungen  der genannten Art oder von Stoffen, welche  mehrere der in Betracht kommenden Metall  verbindungen enthalten, besondere Vorteile  erzielen. So kann man zum Beispiel durch  Einverleibung von Aluminiumverbindungen  und Eisenverbindungen Steine herstellen,  welche sich durch grosse Wärmeleitfähigkeit  und Kapazität auszeichnen und infolgedes  sen besondere Eignung für Zwecke besitzen,  bei welchen sie abwechselnder Erhitzung  und Abkühlung unterworfen werden, wie  zum Beispiel bei Winderhitzern.

   Auch an  dere Verbindungen dreiwertiger oder vier  wertiger Elemente mit hohen Atomgewich  ten, vorzugsweise über 40, oder solche ent  haltende Stoffe, kommen als Zuschläge in  Betracht.  



  In manchen Fällen hat es sich als vor  teilhaft erwiesen, den Ausgangsmischungen  geringe Mengen von Stoff     oder    Körpern  einzuverleiben, welche befähigt sind, die  gewünschten Reaktionen zu begünstigen  bezw. die Vorgänge der Umkristallisation  und Rekristallisation zu fördern. Als der  artige Zusätze kommen zum Beispiel geringe  Mengen, zum Beispiel etwa 2 % von Alkali  salzen, zum Beispiel Alkalisilikate, Alkali  chloride und dergleichen in Betracht.  



  Die Erfindung gestattet die Herstellung  von hackfeuerfesten Produkten aus billig  sten Naturprodukten, wie zum Beispiel     Oli-          vin    und unreinem Magnesit. Die erfindungs  gemäss herstellbaren Erzeugnisse zeichnen  sich nicht nur durch Widerstandsfähigkeit  gegen hohe Temperaturen, sondern auch  durch ausgezeichnete Beständigkeit gegen  gewisse chemische Agentien, insbesondere  alkalischer Natur, aus. Ein besonderer Vor  zug besteht darin, dass sie auch bei Einwir-    kung hoher Temperaturen eine ausgezeich  nete Stand- und Druckfestigkeit besitzen.  



  Beispiele:  1. 1000 kg eines Gesteins, enthaltend  800 kg eisenhaltiges Olivin und 200 kg  eisenhaltiges Bronzit, mit einem durch  schnittlichen Gehalt von 10 % FeO wird mit  einer Menge Magnesiumoxyd gemischt, wel  che ausreichend ist, um den ganzen Eisen  gehalt des Gesteins als MgFe2O4 zu binden  und um (gemeinsam mit dem im Gesteins  material enthaltenen MgO) den ganzen Ge  halt des Gesteins an     Siliziumdioxyd    in Form  von Magnesiumorthosilikat zu binden. Das  Material wird auf eine Feinheit unter 0,2  mm vermahlen, mit Magnesiumoxyd ver  mischt (Vermahlung und Mischung eventuell  in einem Arbeitsgang). Hierauf wird ge  gebenenfalls in     Gegenwart    geeigneter Binde  mittel und (oder) gegebenenfalls unter An  wendung von hohem Druck, zum Beispiel  500 bis 1000 kg per cm2, geformt.

   Das  Formstück wird in oxydierender Atmosphäre  6 Stunden auf 1450' C erhitzt. Hierdurch  entsteht ein Gemenge von Magnesiumortho  silikat und Magnesiumferrit; bei der Um  setzung wird das Material zu einer festen  und widerstandsfähigen, steinartigen Masse  verkittet.  



  2. 100 kg eines Serpentingesteins, ent  haltend 6 % FeO und 4 % Fe2O3, werden mit  einer Menge     Ma.gnesiumoxyd    vermischt.  welche ausreichend ist, um den ganzen  Eisengehalt des Gesteins in Form von       MgFe204    zu binden und um den     ganzen          Kieselsäuregehalt    .des     .Serpentins    in     Mag-          nesiumorth@osilikat    zu überführen.

   Eventuell       inag    man auch einen     Mersehuss    von     Ma;-          @iesiumoxyd    oder von     magnesiumoxydlie-          fernden    Stoffe     anwenden.    Die Materialien  werden auf     Ceinentfeinheit        zerkleinert,    sorg  fältig vermischt und in     Gegenwart    von Was  ser     und    geeigneten     Bindemitteln,

      gegebenen  falls     unter    Anwendung von Druck geformt  und 12 Stunden auf 1300   C     erhitzt.    Hier  durch entsteht ein Gemenge von Magnesium  orthosilikat und     Magnesiumferrit    und gleich-      zeitig wird die Mischung zu einer festen  und widerstandsfähigen, steinartigen Masse  gebunden.  



  3. 1000 kg eines Gesteins, enthaltend  Olivin, Serpentin, Pyrozen, Chromeisenstein,  entsprechend der Analyse, 42 % SiO2, 0,7 %  Al2O3, 0,4 % Cr203, 0,5 % Fe2O3, 6 % Fe0,  19 % MgO, 1,2 % H2O werden mit 140 kg  eines kaustisch gebrannten Magnesits ver  mischt, welcher 84 % MgO, 3 % SiO2, bei  13 % Glühverlust enthält. Durch das in Bei  spiel 1 genannte Verfahren entsteht hieraus  ein Produkt, welches etwa 12 Gewichts  prozent von Magnesiumferrit (einschliesslich  Magnesiumchromit und Magnesiumalumi  nat), sowie 88 Gewichtsprozent Magnesium  orthosilikat enthält.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung feuerfester Produkte aus Magnesiumsilikaten, dadurch gekennzeichnet, dass natürliche, eisenhaltige Magnesiumsilikate in Gegenwart von minde stens solchen Mengen Magnesiumoxyd, um das Eisen als Magnesiumferrit und die ge samte Kieselsäure als Magnesiumorthosilikat zu binden, auf hohe Temperaturen erhitzt werden, unter Vermeidung der Überführung der Mischungen in schmelzflüssigen Zustand. UNTERANSPRÜCHE: 1. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die natür lichen Magnesiumsilikate mit solchen Stoffen gemischt werden, welche befä higt sind, in der Hitze Magnesiumoxyd zu liefern. 2. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass natürliches Magnesiumortho silikatreiches Naturgestein verarbeitet wird. 3.

   Verfahren nach Patentanspruch und Un teransprüchen 1 und 2, dadurch Bekenn zeichnet, dass bei Verwendung von Na turgestein, welebes neben Magnesium orthosilikat noch Magnesiumhydrosili- kate enthält, die Reaktion in Gegenwart solcher Mengen von Magnesiumoxyd durchgeführt wird, dass neben der Mag nesiumferritbildung und der Bindung der Kieselsäure auch noch Überführung von Magnesiumhydrosilikat in Magne siumorthosilikat stattfindet. 4. Verfahren nach Patentanspruch und Un teranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eisenhaltige Silikate, welche magne siumärmer sind als Orthosilikat, ver arbeitet werden in Anwesenheit solcher Mengen von Magnesiumoxyd, dass neben der erstrebten Magnesiumferritbildung und der Bildung von Kieselsäure noch Überführung des angewendeten Magne siumsilikats in Magnesiumorthosilikat er folgt. 5.

   Verfahren nach Patentanspruch und Un teransprüchen 1-4, dadurch gekenn zeichnet, dass in Gegenwart solcher Mengen von Magnesiumoxyd gearbeitet wird, dass das fertig gebrannte Produkt noch freies Magnesiumoxyd enthält. 6. Verfahren nach Patentanspruch und Un teransprüchen 1-5, dadurch gekenn zeichnet, dass in oxydierender Atmo- späre gearbeitet wird. 7. Verfahren nach Patentanspruch und Un teransprüchen 1-6, dadurch gekenn zeichnet, dass die Ausgangsmischungen in Formkörper übergeführt und diese zur Verfestigung .auf hohe Temperatu ren, unter Vermeidung der Tlberführung der Massen in schmelzflüssigen Zustand erhitzt werden. B.

   Verfahren nach Patentanspruch und Un teranspruch 7, !dadurch gekennzeichnet, dass die Überführung der Massen in Formkörper, unter Anwendung von ho hen Drucken, vorgenommen wird. 9. Verfahren nach Patentanspruch und Un teransprüchen 1--8, dadurch gekenn zeichnet, dass den Ausgangsmischungen noch Eisenverbindungen zugeschlagen werden. ]0. Verfahren nach Patentanspruch und ZTn- teransprüchen 1-9, dadurch gekenn- zeichnet, dass den Ausgangsmischungen noch Aluminiumverbindungen zuge schlagen werden. 11.

   Verfahren nach Patentanspruch und Un teransprüchen 1-10, dadurch gekenn zeichnet, dass den Ausgangsmischungen noch Chromverbindungen zugeschlagen werden. 12. Verfahren nach Patentanspruch und Un teransprüchen 1-11, dadurch gekenn- zeichnet, dass den Ausgangsmischungen Stoffe zugesetzt werden, welche befä higt sind, die Reaktionen, sowie die da mit verbundenen Umkristallisationen und Rekristallisationen zu begünstigen.