DE329406C - Verfahren zur Herstellung von Zement - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von Zement. Die Erfindung betrifft ein Verfahren, um aus natürlichem, kieselsäurehaltigem Material, beispielsweise Feldspat und Tongestein, ein wertvolles hydraulisches Bindemittel herzustellen. Es hat sich gezeigt, daß man :durch die nachfolgend, beschriebene Behandlung von natürlichem, zugleich kieselsäure- und alkalihaltigem Material, wie Feldspat, ein hydraulisches Bindemittel von wertvollen Eigenschaften herstellen kann, und :dlaß, man auch das Kali oder sonstige Alkali schnell und wirtschaftlich mit einer großen prozentualen Ausbeute gewinnen kann, indem das Verfahren einen verhältnismäßig kleinen Brennstoffverbrauch erfordert und -stetig betrieben werden kann. Wie weiter unten erläutert, ist das Verfahren gemäß der Erfindung äußerst wertvoll für die Herstellung eines hydraulischen Bindemittels, auch kann Kali. oder sonstiges Alkali als Nebenprodukt bei der Zementfabrikation gewonnen werden.
• Das neue Verfahren besteht in seiner bevorzugten Ausführungsform darin:, daß man natürlichem, tonigem, kieselsäurehaltigemMaterial, vorzugsweise Tongestein oder Feldspat, in solcher Menge kalkhaltiges Material, z. B. Kalziumkarbonat, zusetzt, @daß das kalkhaltige Material dien CaO-Gehalt des resultierenden Bindemittels bis auf 40 bis 55 Prozent bringt, und daß man das Gemisch in einer oxydierenden oder nicht reduzierenden Atmosphäre schmilzt und- die Stoffe, während sie sich in-geschniolzenem Zustande befinden, in welchem sie praktisch :keine oxydierbaren Bestandteile enthalten, mit einer Lösung eines Salzes eines oder mehrerer Alkalimetälle oder alkalischen Erdmetalle, z. B. mit Magnesiumsulfat, behandelt, um das: geschmolzene Produkt zu zersetzen und ihm zwecks Herstellung eines hydraulischen B-in.demittels hydraulische Eigenschaften zu :erteilen. Das Alkali kann z. B. wirtschaftlich dadurch erhalten werden, :daß man neben dem Kalkmaterial oder an Stelle eines Teiles desselben eine so große Menge eines; Halogensalzes bzw. von Halogensalzen, z. B. Kalziumchlorid, zusetzt, daß es sich mit dem in dem Feldspat enthaltenen, Alkali verbindet, so daß dieses, welches durch das Schmelzenverflüchtigt wird, als Alkali-Halogen-Salz gewonnen, werden kann und zwei wertvolle Stoffe direkt aus ,denselben Rohmaterialien erhalten werden. Man kann auch :das Alkali ohne Verwendung von Halogensalzen erhalten, indem man es beim Schmelzen in einer nicht reduzierenden Atmosphäre -durch Kohlendioxyd[ bindet, wobei leicht gewinnbares Alkalikarbonat entsteht.
• Der erzeugte Zement ist, obwohl er ausgezeichnete hydraulische Eigenschaften besitzt, kein. Portlandzement im Sinne :der heutigen Bedeutung dieses Ausdruckes, hauptsächlich wegen des geringen Gehaltes an Ca 0.
• Bei einer bevorzugten, beispielsweisen -Ausführung -des Verfahrens wird Feldspat (Orthoklas) in einem Ofen in, einer oxydierendenAtmosphäre -mit so viel Kalziumchlorid geschmolzen, daß genügend Chlor entsteht, um das in -dem Feldspat enthaltene Alkali zii binden, und mit einer so großen Menge Kalziumkarbonat, daß der Kalziumoxyd'gehalt des Endmaterials zwischen 4o und 55 Prozent zu liegen kommt. .Das Kalziurnchlorid: verbindet sich finit dem indem Silikat enthaltenen Alkali zu Kalium- oder sonstigem Alkalichlorid, welches verflüchtigt wird und; durch geeignete Kondensationseinrichtungen gesammelt werden kann. Das sich ergebende Material .kann ungefähr die folgende Zusarnmnensetzung besitzen.: .

  Kieselsäure .... 35 Prozent,

  Tonerde ...... io.

  Kalziumoxy d .. 52 -

  . Rest ......... !3 - .

  Die Schmelzung erfolgt vorzugsweise im Ofen in -einer oxydierenden oder wenigstens nicht reduzierenden Atmosphäre, so,daß kein in den Doppelsilikaten enthaltenes Metall reduziert w ird und den- Ofen verstopft.
• Das geschmolzene Material wird (nach Abscheidung des Alkalis, falls dieses gewonnen werden soll) schnell und billig in einen ausgezeichneten., wertvollen, hydraulischenZement umgesetzt. Zu diesem Zweck läßt man das Material entweder direkt oder von- einem Löffel aus d!em Herd ablaufen, vorzugsweise auf eine umlaufende Trommel, so. daß es in einer mit einem Sprühregen. .einer wäßrigen Lösung von Magnesiumsulfat gefüllten Kammer in feinste Teilchen zerteilt wird!. Da das Magnesiumsulfat eine wäßrige Lösung ist, beispielsweise eine 5prozentige Lösung, und mit den Teilchendes Materials in Berührung kommt (welches sich noch in- geschmolzenem Zustande befindet, in welchem es praktisch keine oxydierbaren Bestandteile enthält), wird das Lösewasser schnell verdampft und schließt das Produkt beim Abkühlen: auf. Hierbei ergeben sich bemerkenswerte Veränderungen in der chemischen und physikalischen-Beschaffenheit der geschmolzenen Silikate, und es entsteht ein hochwertiger hydraulischer Zement.
• Die Ausdrücke »Schmelzung«, »geschmolzen« u. dgl. bezeichnen hierbei nichts weniger als ein vollständig flüssig geschmolzenes Produkt .im Gegensatz zu bloßen Sinterungsprodukten, wie man sie sonst vielfach :durch Brennprozesse erzeugt.
• Anstatt Kalziumchlorid, zu verwenden, kann man als. Ersatz jedes billige Halogensalz oder mehrere solche Salze nehmen, welche einen Bestandteil enthalten, der mit dem Alkali eine leicht flüchtige Verbindung einzugehen vermag. Statt Kalziumkarbonat-kann -f- jedes andere geeignete kalkhaltige Material verwendet werden, welches den Kalziumoxyd= gehalt des sich ergebenden Produktes auf einen höheren. Prozentsatz steigert. Desgleichen kann man bei der zweiten Verfahrensstufe bei der Herstellung von, Zement andere wasserlösliche Salze -der Alkali- oder Erdalkalimietalle- in das heiße Material einführen. In manchen Fällen. kann man auch andere Materialien, .z. B. Eisensalze, Alkalisalze usw., verwenden, für deren Auswahl der Gesichts-' punkt maßgebend ist, daß bei dem zweiten. Abschnitt des Verfahrens die erforderlichen j Stoffe zugefügt werden, damit ein hydraulischer Zement entsteht, welche Stoffe je nach *der Art des bearbeiteten Grundstoffes und der besonderen Art oder Beschaffenheit dies verlangten hydraulischen Zements schwanken.
• Die zweite Verfahrensstufe ändert den Charakter des geschmolzenen Materials und macht -es zur Herstellung eines hydraulischen Zements geeignet, weil das in flüssiger Form befindliche Salz bei -,der Berührung mit -dem heißen.Produkt die Änderungen verursacht, welche für die Erzeugung eines Materials -wesentlich sind, das die physikalischen: Eigenschaften von Zemnentklinkern zeigt. Zu diesem Produkt wird nachher eine entsprechend, große Menge von Mörtel oder Gips zugesetzt, um die gewünschte Abbindezeit des Zements hervorzurufen. Statt -des obenerwähnten Ka1-ziumchlorid kann man- bei .der ersten Verfahrensstufe Kalziümkarbonat allein verwenden. Wenn man so ein Doppelsilikat von -Kalium und, Aluminium nimmt, welches im wesentlichen folgende Zusammensetzung besitzt:

  Kieselsäure ... 65 Prozent,

  Tonerde. .... 18 -

  Kaliumöxyd ... 14 -

  und Spuren von Eisen-, Natrium-, Kalzium-und Magnesiumoxyd und diese Materialien mit einem verhältnismäßig reinen Kalkstein oder Marmor im Verhältnis von ioo Teilen Doppelsilikat auf 1.7o Teile Kalziumkarbonat verbindet, erhält man ein geschmolzenes Produkt von ungefähr folgender Zusammensetzung:

  Kieselsäure . . . . . . . 35 Prozent,

  Tonerde . ....... io -

  Kalziumoxyd . 52 -

  sonstige Bestandteile - 3 -

  Diese Stoffe schmelzen sehr leicht und bei einer Temperatur, welche 200° bis 300° tiefer liegt als die zur Herstellung voni Pörtländzemnent erforderliche Temperatur, welche ungefähr i3oo° C beträgt. Hierdurch wird ihr Brennen - eine verhältnismäßig einfache Sache, indem -die Stoffe auf ungefähr die Größen gebrochen und zermahlen; werden, welche für die Hochofenbearbeitung erforderlich sind, doch können sie. gewün.schtenfalls :durch Walzen. grab zerquetscht und in einem Schachtofen behandelt werden. Wenn die Materialien geschmolzen sind, wird das- Alkali verflüchtigt und verbindet sich mit dem Überschuß an Kohlendioxyd, um Alkälikärbonat zu bilden, welches sich in den Rauch-' kanälen kondensiert. und unter Benutzung einer geeigneten Ofeneinrichtung gewonnen werden kann, welche das entweichende Gas kühlt.
• Wenn die Materialien in dien letztgenannterv Mengenverhältnissen vereinigt werden, kann man aus j e 45 kg Orthoklas bei vollständiger Wiedergewinnung. ,des ganzen Alkalis etwa 1 1,2, kg Alkalikarbonat erhalten.. Jedes Faß Zement würde ungefähr 9o kg Orthoklas erfordern, wenn Rücksicht genommen wird auf Unreinheiten im Kalk und auf Zusätze von Asche und Magnesiumsulfat und Gips, welche in dien zweiten Verfahrensstufe entstehen können. Es würde deshalb bei vollständiger Gewinnung des Alkalis möglich sein, auf jedes Faß hydraulischen Zements aus solchen Materialien etwa 22,¢5 kg Alkalikarbonat zu erhalten.
• Dadurch, daß man, das Schmelzen der Materialien in einer oxydierenden oder- doch nicht reduzierenden Atmosphäre vornimmt, , werden beträchtliche. Vorteile erzielt. Es werden nicht nur Metalle und oxydierbäre Stoffe ausgeschieden, welche für die Beschaffenheit dies Zements nachteilig sein würden, wie z. B. Sulfide, sondern das Alkali wird auch viel schneller und vollständiger abgegeben. Außerdem wird hierdurch eine größere Wirtschaftlichkeit erzielt, -da ein kleinerer Brennstoffverbrauch erforderlich ist und die Entstehung von freiem Metall verhindert wird, wodurch der Ofen verstopft und der Betrieb periodisch gestört werden würde.
• Dadurch, -daß man die ob@engenannten Mengenverhältnisse von: CaO zu -Säurebestandteilen einhält und das Gemisch' schmilzt, statt es nur einer bloßen' Kalzinierung zu unterwerfen, wird praktisch das ganze Alkali leichtabgegeben und gewonnen, während beim Kalzinieren ungefähr die halbe Alkalimnenge in den kalzinierten Bestandteilen verbleiben würde. Die Schmelzung befördert ferner .die Wirtschaftlichkeit insofern, -als weniger Brennstoffverbrauch erforderlich ist als beim Sintern.
• Es ist zu beachten, daß. verschiedene Kalkmaterialien bei der Schmelzung des Kieselsäurematerials verwendet werden können. Jedoch erscheint Kalziumkarbonat als besonders geeignet. Kalziumsulfat kann beispielsweise verwendet werden, ist aber nicht so ZweCkmäßig, weil SO., erst-bei einer verhältnismäßig höheren Temperatur freigegeben wird und man bei Verwendung .:dieses Materials einen Zement schwieriger herstellen .kann. Auch Magnesiumkarbonat und ähnliche Verbindungen wirken bis zu einem gewissen Grade auf gleiche Weise wie Kalziumkarbo= nat und können als Ersatzstoffe dafür dienen.
• Durch Verwendung des neuen Verfahrens können Orthoklas, Tonschiefer oder sonstige . tonige, kieselsäurehaltige Materialien, zur Herstellung eines hydraulischen Zements verwendet werden, wobei man gleichzeitig einen relativ höheren Prozentsatz verflüchtigten Alkalis.-erhält, als es bisher mit. Hilfe eines Brennverfahrens möglich gewesen ist.
• - Wesentlich für das vorliegende Verfahren und für den dadurch erstrebten und erreichten Effekt ist, @daß eine Mehrzahl von Bedingungen gleichzeitig erfüllt wird. Das kieselsäurehaltige, tonige Material -muß z. in an sich bekannter Weise mit Kalk versetzt werden, und zwar in solcher Menge, daß :der Gehalt der Rohmischung von Ca0 etwa 50 Prozent ihrer nicht flüchtigen Bestandteile beträgt; :dieses zu dem Zweck, eine hinreichend niedrige Schmelztemperatur zu erzielen; 2. muß der Schmelzprozeß der Rohmischung in, einer oxydierenden oder jedenfalls nicht reduzierenden Atmosphäre durchgeführt werden,- so daß der Schmelzfluß keine oxydierbaren Bestandteile enthält, und 3. muß die so beschaffene Schmelze mit die Hydraulizität steigernden Alkalinnetallsalzlösuirgen behandelt werden.
• Es genügt nicht, @daß man in an sich bekannter Weise eine durch' hohen Kalkgehalt bei verhältnismäßig niedriger Temperatur schmelzende Rohmischung herstellt und diese einer ihre Hydraulizität steigernden Behandlung unterwirft, sondern; der Schmelzprozeß muß in besonderer Art, nämlich in nicht reduzierender Flamme, (durchgeführt werden, um die- Schmelze frei von oxydierbaren Bestandteilen zu halten, da diese die Verflüchtigung,des stets vorhandenen und im besonderen als wertvolles Nebenprodukt gewinnbaren Alkalis hindern, und auch um Metalleinschlüsse, insbesondere Einschlüsse von metallischem Eisen, sowie Einschlüsse von Sulfiden aus in der Mischung vorhandenen Sulfaten und aus dem Schwefel des Brennstoffs in dem herzustellenden Zement auszuschließen. Dieser Zustand des Freiseins der Schmelze von oxydierbären Bestandteilen muß auch aufrechterhalten werden Während der Behandlung mit den die Hydraulizität steigernden Alkalimetalls-alzlösungen, und diese Behandlung muß durchgeführt werden, während sich die Masse im schmelzflüssigen Zustande befindet. Das wesentlich Neue des vorliegenden Verfahrens gegenüber vorbekannten Verfahren, welche das eine oder das andere Merkmal, wie die leichte Schmelzbarkeit der Rohmischung oder die Steigerung der Hydraulizität .durch Alkalimetallsalzlösung, mit ihm gemein haben,-legtbesonders in der Erkenntnis von der Bedeutung der Vermeidung eines Gehalts an oxydationsfähiger Substanz in der Schmelze bei der Behandlung mit Alkali- oder Erdalkälimetallsalzlösung.

Claims (2)

1. PATENT-ANSPRÜcHE: i. Verfahren zur Herstellung von Zement aus kieselsäurehaltigen, tonigen Materialien, wie z. B. Tonschiefer oder Feldspat, durch Niederschmelzen mit Kalk oder kalkhaltigen Stoffen, besonders kohlensaurem Kalk, dadurch gekennzeichnet, daß der Kalkzusatz so bemessen wird, daß der Gehalt an Ca0 etwa 5o Prozent der nicht flüchtigen Bestandteile der Rohmischung beträgt, und daß die Masse in einer nicht reduzierenden Atmosphäre geschmolzen und, während sie sich in geschmolzenem Zustande befindet, in, welchem sie praktisch keine oxydierbaren Bestandteile enthält, mit einer Lösung eines oder mehrerer Salze von Alkali- oder alkalischem Erdmetall, _ wie z. B. Magiesiumsulfat, behandelt wird, zum Zweck, in einem kontinuierlichen Prozeß einen fein verteilten Zement von hoher Hydraulizität zu gewinnen, welcher praktisch frei von Sulfid und. von metallischen Beimengungen ist und einen CaO-Gehalt von etwa 50 Prozent besitzt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei seiner Durchführung dafür Sorge getragen wird-, daß das geschmolzene Gemisch ein oder mehrere Halogensalze, wie z. B. Kalziutnchlord, in solcher Menge enthält, d'aß das in der Rohmischung vorhandene Alkali praktisch vollständig daran gebunden werden und leicht bei. der durch den Kalkgehalt bedingten niedrigen Temperatur verflüchtigt werden kann, zum Zweck, aus demselben Rohmaterial Zement und Alkali durch einen einheitlichen ' Prozeß zu gewinnen.