DE3230962C2

DE3230962C2 - Verfahren zur Herstellung eines Bindemittels auf der Basis von hydratisiertem Magnesiumoxid

Info

Publication number: DE3230962C2
Application number: DE19823230962
Authority: DE
Inventors: Hubert Dipl.-Chem. Dr. 3003 Ronnenberg Duyster; Karl-Richard Dipl.-Chem. Dr. 3013 Barsinghausen Löblich; Arno Dipl.-Chem. Dr. 3500 Kassel Singewald
Original assignee: K+S AG
Current assignee: K+S AG
Priority date: 1982-08-20
Filing date: 1982-08-20
Publication date: 1986-11-06
Also published as: DE3230962A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines trockenen und lagerfähigen Bindemittels auf der Basis von Magnesiumhydroxid und Magnesiumsalzhydraten beschrieben, nach dem ein mit Rückgut vermischter, aus Magnesit erbrannter Kauster bei Temperaturen bis 100 ° C mit Wasser behandelt, anschließend getrocknet und mit Magnesiumchlorid-Hexahydrat bzw. Magnesiumsulfat-Heptahydrat trocken intensiv vermischt wird.

Description

a) in einer ersten Stufe aus Magnesit erbrannter Kauster bei einer Temperatur von 20 bis 100⁰C im Gewichtsverhältnis 1 :0,7 bis 1,5 mit Rückgut (RA) aus dieser Stufe und — bezogen auf den MgO-Gehalt des eingesetzten Kausters — im Molverhältnis 1 :03 bis 1,2 mit Wasser vermischt, für eine oder mehrere Stunden zwischengestapelt, in Rückgut (RA) und Produkt (A) getrennt wird, wobei letzteres aus dieser ersten Stufe ausgeführt wird,

b) in einer zweiten Stufe das Produkt (A) bei einer Temperatur von ca. 150⁰C getrocknet und zum Produkt (B) vermählen wird,

c) in einer dritten Stufe das Produkt (B) im Gewichtsverhältnis von 1 :0,6 bis 13 mit Magnesiumchlorid-Hexahydrat oder im Gewichtsverhältnis von 1 :0$ bis 1,6 mit Magnesiumsulfat-Heptahydrat innig vermischt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Stufe a) der Kauster mit warmem Rückgut vorgemischt, in dem auf eine Temperatur von etwa 100⁰C aufgeheizten und lebhaft bewegten Gemisch der Wassergehalt durch Zufuhr von Wasser und/oder Wasserdampf eingestellt wird und nach einer Verweilzeit von 1 bis 2 Stunden das aus diesem Gemisch abgetrennte Produkt (A) in Stufe b) eingeführt wird.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt (A) in Stufe b) auf einen Gehalt an freiem Wasser von 8 bis 10% getrocknet wird.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Produkt in Stufe c) im Gewichtsverhältnis 1 :0,08 bis 0,075 aktives Magnesiumoxid mit einer Jodzahl von 80 bis 120 zusätzlich zugemischt wird.

5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Teilmenge des Produkts (B) kurzzeitig auf eine Temperatur von 400 bis 45O⁰C erhitzt, danach schnell abgekühlt und in die dritte Stufe eingeführt wird.

Magnesia-Zemente, die auch als Sorelzemente bezeichnet werden, können bekanntlich durch Vermischen von kaustisch gebranntem Magnesit, dem sogenannten Kauster, und Magnesiumchloridlösung bzw. Magnesiumchlorid-Hexahydrat und Wasser oder auch Magnesiumsulfatlösung hergestellt werden. Da mit diesem Vermischen bereits das Abbinden der Mischung beginnt, kann diese Mischung nur am Einsatzort bereitet werden. Durch die Zumischung von Zuschlagstoffen, wie Sand, insbesondere eines bestimmten Kornaufbaus, zu solchen Magnesia-Zementmischungen entstehen Mörtel, die zu Innenausbau-Böden von besonders hoher Belastbarkeit verarbeitet werden können. Da ein solcher Mörtel auch organische Fasern, wie Holzmehl oder Holzspäne, störungsfrei und ohne wesentliche Festigkeitsminderung einbindet, können daraus vorteilhaft elastische und wärmedämmende Fußböden gefertigt werden.

Für die Bereitung dieser Magnesiazemente bzw. -mörtel ergeben sich jedoch Schwierigkeiten aus der Tatsache, daß der sogenannte Kauster selbst bei Herkunft des Magnesits aus einer Lagerstätte von Charge

ίο zu Charge erhebliche Abweichungen in seiner Zusammensetzung und in seinen Eigenschaften aufweisen kann, auf die die Magnesiazement- bzw. -mörtelmassen empfindlich reagieren. Aus diesen Gründen ist es notwendig, vor Verarbeitung einer neuen Kauster-Charge zu Magnesiazement bzw. -mörtel Voi Untersuchungen zur Einstellung des jeweils optimalen MgO-MgCb-H2O-Verhältnisses durchzuführen.

Eine weitere technische Schwierigkeit stellt die bei der exothermen Reaktion des Magnesiumoxids mit dem Magnesiumchlorid und Wasser freiwerdende Wärme bei der Verarbeitung von Magnesiazementen dar, die von der Reaktionsgeschwindigkeit abhängig ist, welche von der Aktivität des Kausters bestimmt wird. Gelingt es bei der Verarbeitung von Magncsiazementen nicht, die Reaktionswärme in einem bestimmten Verhältnis zu ihrer Entstehung aus der Magnesia-Zementmischung abzuführen, so neigen die daraus entstehenden Produkte zur Bildung unerwünschter Risse.
Zur Lösung dieser Probleme wird in der DE-PS 7 39 164 empfohlen, in Magnesiazementen anstelle des Magnesiumoxids bzw. des Kausters auch Magnesiumhydroxid einzusetzen. Dazu ist es jedoch notwendig, eine Magnesiumchloridlösung solcher Konzentration einzusetzen, daß in dem Gemisch einschließlich des mit dem Magnesiumhydroxid eingebrachten Wassers die Magnesiumchlorid-Konzentration zwischen 21 und 27 Gew.-°/o liegt. Die Biidungsgeschwindigkeit des Oxichlorids kann nach diesem Verfahren durch Zusatz bemessener Mengen an aktivem Magnesiumoxid beschleunigt werden. Dieses Verfahren erfordert jedoch auch eine besondere Sorgfalt hinsichtlich der Einhaltung der Mengenverhältnisse der Ausgangsmaterialien und deren besonders gute Durchmischung, die nur am Einsatzort von besonders erfahrenen Fachleuten durchgeführt werden kann.

Um die Probleme der Verarbeitung von Magnesiazementen auch hierin zu verringern, ist in der DE-PS 8 32 565 eine trockene Vormischung für die Verarbeitung als Magnesiazement beschrieben. Diese Vormischungen werden aus wäßrigen Mischungen von Magnesiumhydroxid und Magnesiumchloridlösung durch Entwässerung erhalten, wobei neben dem entstehenden Oxichlorid noch freies Magnesiumhydroxid und -chlorid erhalten bleiben muß. Diese trockenen Vormischungen brauchen am Verarbeitungsort, gegebenenfalls nach Zumischen von Zuschlagstoffen, nur mit Wasser angemacht und verarbeitet zu werden.

Nach der DE-PS 8 39 622 wird diese Arbeitsweise dahingehend variiert, daß Pasten aus Magnesiumhydroxid und -chloridlösungen eingesetzt werden, die pro 100 Gew.-Teile Magnesiumhydroxid 100 bis 700 Gew.-Teile Magnesiumchloridlösung mit 10 bis 30 Gew.-% MgCI₂-Gehalt enthalten.

Aus einer Veröffentlichung der »Forschungsgemeinschaft Bauen und Wohnen« (1966), Heft 80, Seite 57, ist bekannt, daß die Gewichtsverhältnisse Magnesiumchlorid zu Magnesiumoxid in Estrichmassen bei etwa 1 :2,5 bis 3,5, jedoch keinesfalls unter 1 : 2, liegen soll.

Weiter ist in der DE-PS 29 21 245 bereits vorgeschlagen worden, Magnesiumhydroxid mit -chlorid in pulvriger Form trocken innig zu einer Magnesiamörtel-Trokkenmasse zu vermischen, wobei das Gewichtsverhältnis MgO : MgCI₂ zwischen 0,8 und 2,0 liegen soll. Derartige Magnesiamörtel-Trockenmassen haben die Vorteile, lagerfähig und in stets gleichbleibenden Mengenverhältnissen an dem Verarbeitungsort mit Wasser vermischt verarbeitbar zu sein. Jedoch muß das Magnesiumhydroxid nach gebräuchlichem Verfahren gesondert erzeugt werden.

Hieraus ergab sich die Aufgabe, eine Möglichkeit zu Finden, die diese gesonderte Erzeugung des Magnesiumhydroxids für Magnesiamörtel-Trockenmassen überflüssig macht, ohne auf die Vorteile der Magnesiumhydroxid enthaltenden Magnesiamörtel-Trockenmassen verzichten zu müssen.

Es wurde ein Verfahren zur Herstellung eines trockenen, lagerfähigen Bindemittels auf der Basis von Magnesiumhydroxid unii Magnesiumsalz-Hydraten gefunden, h w'rd eriindun^cTs^CTeniäß

a) in einer ersten Stufe aus Magnesit erbrannter Kauster bei einer Temperatur von 20 bis 100⁰C im Gewichtsverhältnis 1 :0,7 bis 14 mit Rückgut (A) aus dieser Stufe und — bezogen auf den MgO-Gehalt des eingesetzten Kausters — im Molverhältnis 1 :0,9 bis 1,2 mit Wasser vermischt, für eine oder mehrere Stunden zwischengestapelt, in Rückgut (RA) und Produkt (A) getrennt, wobei letzteres aus dieser ersten Slufe ausgeführt wird,

b) in einer zweiten Stufe das Produkt (A) bei einer Temperatur von ca. 150⁰C getrocknet und zum Produkt (B) vermahien,

c) in einer dritten Stufe das Produkt (B) im Gewichtsverhältnis von 1 :0,6 bis 1,5 mit Magnesiumchlorid-Hexahydrat oder im Gewichtsverhältnis von 1 :0,9 bis 1,6 mit Magnesiumsuifat-Heptahydrat innig vermischt

Die Hydratation von aus Magnesit erbranntem Kauster verläuft aufgrund der geringen Reaktivität des darin enthaltenen Magnesiumoxids erheblich langsamer als beispielsweise die Hydratation von gebranntem Kalk. Bei Temperaturen um 20° C ist die Hydratation des Kausters erst nach vier Tagen weitgehend abgeschlossen. Diese langsame. Hydratation verläuft über eine teigartige Phase, die gegen Ende der Hydratation zu einer sehr festen Masse erstarrt. Erfindungsgemäß werden sowohl die teigartige Phase als auch das Erstarren zu einer festen Masse dadurch vermieden, daß dem einzusetzenden Kauster im Gewichtsverhältnis 1 :0,7 bis 1,5 Rückgut zugemischt wird, das bereits weitgehend hydratisiert ist Dadurch bleibt das Reaktionsgemisch auch bei der anschließenden Zumischung des Wassers stets feinkörnig bis krümelig, wenn die auf den MgO-Gehalt des frisch eingesetzten Kausters bezogene Wassermenge pro Mol MgO 0,9 bis 1,2 Mol Wasser beträgt.

Besonders vorteilhaft wird der Kauster in dieser ersten Verfahrensstufe mit noch warmem Rückgut vorgemisciit, worauf das Gemisch, vorzugsweise in einer Drehtrommel oder einem Paddelmischer, durch Eindüsen von warmem Wasser bzw. Einblasen von Sattdampf auf eine Temperatur von etwa 100⁰C vorgeheizt und darin pro Mol frisch zugeführtes MgO ein Wassergehalt von 0,9 bis 1,2 Mol eingestellt wird. Nach einer Verweilzeit von 1 bis 2 Stunden wird das dabei erhaltene Produkt in Rückgut (RA) und Produkt (A) getrennt, die erfindungsgemäß weiter verarbeitet werden.

Selbst wenn dieses hierbei anfallende Hydratationsprodukt für eine oder mehrere Stunden zwischengestapelt wird, kann es mit Maghesiumchlorid-Hexahydrat nur zu einem Bindemittel vermischt werden, das bei Lagerung in mehr oder weniger kurzer Zeit verhärtet

Aus diesem Grund wird das Produkt (A) der ersten Stufe des Verfahrens der Erfindung in einer zweiten Stufe bei einer Temperatur von ca. 150⁰C getrocknet

ίο bevor es zum Produkt (B) fein vermahien wird. Vorteilhaft wird das Produkt (A) in dieser Verfahrensstufe auf einen Gehalt an freiem Wasser von 8 bis 10 Gew.-% und weniger getrocknet Das hierbei anfallende Trockengut wird dann mehlfein zu dem Produkt (B) vermählen.

Das Produkt (B) wird dann im Gewichtsverhältnis 1 :0,6 bis 1,5 mit feingemahlenem Magnesiumchlorid-Hexahydrat oder im Gewichtsverhältnis 1 :0,9 bis 1,6 mit ebenfalls feingemahlenem Magnesiumsulfat Heptahydrat zu dem trockenen und lagerfähigen Bindemittel innig vermischt das vorteilhaft in Kunststoffsäcken luftdicht abgepackt wird.

Als Anreger und zur Verkürzung der Abbindezeit des erfindungsgemäß hergestellten Bindemittels kann diesem im Gewichtsverhältnis 1 :0,08 bis 0,075 aktives Magnesiumoxid mit einer Jodzahl von 80 bis 120 zusätzlich zugemischt werden. Die gleiche Wirkung wird jedoch auch erreicht, wenn ε'κ-e Teilmenge des Produkts (B), vorzugsweise 5 bis 20 Gew.-%, kurzzeitig, d. h. etwa für die Dauer von 5 min, auf eine Temperatur von 400 bis 450⁰C erhitzt und anschließend schnell abgekühlt wird, bevor sie in die dritte Stufe des Verfahrens der Erfindung eingeführt wird.

Durch die Menge des in der Trockenmischung enthaltenen aktiven Magnesiumoxids kann die Zeit vom Anmachen der Trockenmischung mit Wasser bis zum Erstarrungsbeginn, wie er in dem Entwurf der DIN-Vorschrift 273, Teil 1, vom Februar 1977 definiert und seine Bestimmung beschrieben ist, dergestalt variiert werden, daß mit abnehmender Menge an aktivem Magnesiumoxid die Zeit zwischen dem Anmachen und dem Erstarrungsbeginn verlängert wird, und zwar von 10 min bis 3 Stunden.

Nach dem Verfahren der Erfindung können ohne die Notwendigkeit einer gesonderten Erzeugung von Magnesiumhydroxid trockene und lagerfähige Bindemittel auf der Basis von Magnesiumhydroxid und Magnesiumsalz-Hydraten erzeugt werden, die nach dem Anmachen mit Wasser, vorzugsweise in Mengen von 15 bis 30Gew.-% des Gewichts des trockenen Bindemittels, reproduzierbar in gleichem Zeitabstand zu Produkten von gleichen mechanischen und physikalischen Eigenschaften abbinden.

Zusammen mit der Trockenmischung können auch Magerungssubstanzen, wie beispielsweise Holzspäne, Sand, Steine, Glasscherben, Autoreifenschnitzel, in die Anmach-Mischung eingebracht werden. Hierbei ist die Wasseraufnahmefähigkeit dieser Magerungssubstanzen zu berücksichtigen und gegebenenfalls beim Anmachen eine entsprechend größere Wassermenge einzusetzen.

Die unter Verwendung des erfindungsgemäß hergestellten Bindemittels letztlich erzeugte breiförmige Mischung muß vor dem Erstarrungsbeginn in die gewünschte Form gebracht werden. Der nach dem Abbinden erhaltene Formkörper hat das gleiche Volumen wie die ausgeformte breiförmige Masse. Das erfindungsgemäße Verfahren eröffnet die Möglichkeit, ohne gesonderte Herstellung von Magnesiumhydroxid ein hinsichtlich seiner Zusammensetzung eindeutig definiertes Bin-

demittel zu erzeugen, das in vorbestimmten Zeiten zu einem ausblühungsfreien Produkt von konstantem Volumen und vorzüglichen mechanischen und physikalischen Eigenschaften abbindet

Beispiel 1

lOOGew.-Teile eine? aus Magnesit mit 90Gew.-% MgO-Gehalt erbrannten Kausters werden mit 140 Gew.-Teilen Rückgut (RA) gemischt und in dieses to Gemisch 40 Gew.-Teile Wasser eingearbeitet. Danach wird die Mischung 96 Stunden zwischengestapelt und in 140 Gew.-Teile Rückgut sowie in 140 Gew.-Teile Produkt (A) geteilt

Das Produkt (A) wird dann in einer Trockentrommel auf eine Temperatur von 150° C gebracht und dabei der Gehalt des Produkts an freiem Wasser auf 5 Gew.-% gesenkt Anschließend wird das getrocknete Gut mehlfein zu dem Produkt (B) vermählen.

133 Gew.-Teile Produkt (B) werden mit 142 Gew.-Teüen feinvermahlenem Magnesiumchlorid-Hexahydrat sowie mit 8 Gew.-Teilen akVvem Magnesiumoxid (Jodzahl 100) intensiv vermischt und in luftdicht verschlossene Polyäthylensäcke abgepackt

In dieser Verpackung bleibt das Bindemittel unbegrenzt lagerfähig und verliert nicht an Bindewirkung.

100 Gew.-Teile des Bindemittels werden mit 20 Gew.-Teilen Wasser angemacht und zu einem Normkörper ausgeformt Das Abbinden der Masse beginnt 200 min danach und ist 260 min danach beendet Nach 26 Tagen hat der Normkörper eine Biegezugfestigkeit von 9,2 N/mm² und eine Druckfestigkeit von 38 N/nim².

Beispiel 2

35

110 Gew.-Teile eines aus Magnesit mit 92Gew.-% MgO-Gehalt erbrannten Kausters werden in der ersten Stufe mit 90 Gew.-Teilen Rückgut (RA) gemischt und dieses Gemisch in einer Drehtrommel mit heißem Wasser besprüht und mit Sattdampf derart behandelt, daß das auf eine Temperatur von 100⁰C aufgeheizte Gemisch eine Wassermenge von 49,5 Gew.-Teilen aufgenommen hat. Nach einer Verweilzeit von 90 min wird das Gemisch in 90 Gew.-Teile Rückgut (A) und 159 Gew.-Teile Produkt (A) aufgeteilt

In der zweiten Stufe werden die 159 Gew.-Teile Produkt (A) bei einer Temperatur von 150⁰C auf einen Gehalt an freiem Waser von 4 Gew.-% getrocknet und mehlfein zu Produkt (B) vermählen. Von diesem Trokkenprodukt werden 29 Gew.-Teile in einem Drehrohrofen schnell auf eine Temperatur von 430⁰C erhitzt, für die Dauer von 5 min auf dieser Temperatur gehalten und dann schnell auf Umgebungstemperatur abgekühlt Es verbleiben 25 Gew.-Teile zwischenerhitztes Produkt (B), die in der dritten Stufe mit den restlichen 116 Gew.-Teilen Produkt (B) und 158 Gew.-Teilen gemahlenem Magnesiumchlorid-Hexahydrat zu dem Bindemittel innig vermischt werden, das in Polyäthylensäkke abgepackt wird, die luftdicht verschlossen werden.

In dieser Verpackung bleibt das Bindemittel unbegrenzt lägerfähig, ohne seine Bindewirkung zu verlieren.

100 Gew.-Teile des Bindemittels werden mit 19 Gew.-Teilen Wasser angemacht und zu einem Estrich ausgeformt. Das Abbinden beginnt 120 min danach und ist 2öO min danach beendet. Nach 26 Tagen hat der Estrich eh'j Biegezugfestigkeit von 9 N/mm² und eine Druckfestigkeit von 41 N/mm².

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines trockenen, lagerfähigen Bindemittels auf der Basis von Magnesiumhydroxid und Magnesiumsalz-Hydraten durch Vermischen der Komponenten im Gewichtsverhältnis von unter 2, dadurch gekennzeichnet, daß