AT211216B

AT211216B - Verfahren zur Herstellung eines für die Erzeugung von Baumaterial geeigneten Stoffes

Info

Publication number: AT211216B
Application number: AT74557A
Authority: AT
Inventors: John Erik Kjell Svenke; Hans Olof Hormander; Bjoern Erik Anders Berglund
Original assignee: Atomenergi Ab
Priority date: 1956-02-11
Filing date: 1957-02-04
Publication date: 1960-09-26

Description


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  Verfahren zur Herstellung eines für die Erzeugung von Baumaterial geeigneten Stoffes 
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Brennen von Kalkstein in Gegenwart eines   kieselsäurehalti-   gen Materials für die Herstellung von Ausgangsstoffen für hydraulische Bindemittel, z. B. für die Leicht-   betonherstellung. Insbesondere   bezieht sich die Erfindung auf das Brennen von Kalkstein mit Schiefer, der zwecks Extraktion wertvoller Salze oder Metalle ausgelaugt werden kann, oder mit andern bituminösen, kieselsäurehaltigen Materialien. 



   Bei der Herstellung von Blocksteinen für Bauzwecke aus schwedischen Schiefern wird im allgemeinen so vorgegangen, dass der in diesem Material enthaltene Schiefer und Kalkstein in Schachtöfen od. dgl. gebrannt und die bei der Verbrennung des Schiefers erzeugte Wärme teilweise zum Brennen des Kalksteins ausgenutzt wird. Zwecks Gewinnung eines geeigneten Ausgangsstoffes für die Herstellung z. B. von Leichtbeton ist es notwendig, dass der Schiefer und der Kalkstein auf mindestens 10000C erhitzt werden. Andernfalls erhalten die aus dem Material erzeugten Blocksteine unerwünschte Festigkeitswerte. Bei derart hohen Temperaturen erreicht der Schiefer, z.

   B. in einem gewöhnlichen Ofen, schon seine Erweichungstemperatur und es ergeben sich bei Öfen, insbesondere Schachtöfen, Schwierigkeiten, eine ausreichend hohe Temperatur aufrechtzuerhalten, ohne dass Betriebsstörungen auftreten und eine schlechte Ausbeute erzielt wird. 



   Es besteht also die Aufgabe, Kalkstein in solcher Weise zu brennen, dass kein gebildetes   CaO   mit gleichzeitig vorhandener Kieselsäure unter Bildung von CaO. SiO reagiert ; dieses Silikat ist für den hydraulischen Abbindevorgang bei der Blocksteinherstellung ungeeignet und dessen Bildung bedeutet daher lediglich einen Verlust an   CaO   sowie an   SiO, die   für den Aufbau solcher Silikate erforderlich sind, die das Material der Blocksteine, insbesondere bei der Dampfbehandlung derselben, zu verbinden haben. 



   Es ist an sich bekannt, Kalziumkarbonat und kieselsäurehaltiges Material zur Herstellung eines Baustoffes miteinander zu brennen. Soweit es sich dabei um die Herstellung portlandzementartiger hydraulischer Bindemittel handelt, wie dies bei den üblichen Zementbrenntemperaturen von 1250 bis 1400 C geschieht, tritt jedoch eine chemische Reaktion ein, die im vorliegenden Fall vermieden werden muss. 



  Bei den   ändern Brennvorgängen werden wieder   die   gebräuchlichen Kalkbrenntemperaturen von   800 bis   9800C   nicht überschritten und damit Produkte erhalten, die nur als Mörtelbindemittel brauchbar sind. 



   Es wurde nun festgestellt, dass ein Stoff von ausgezeichneter Eignung für die Erzeugung eines hydraulischen Baumaterial dadurch hergestellt werden kann, dass Kalkstein und das bituminöse kieselsäurehaltige Material in einer Wirbelschicht bei einer Minimaltemperatur von 10000C und einer unter 1150 C liegenden Maximaltemperatur gebrannt werden, die so begrenzt wird, dass die Teilchen des gebrannten Kalksteins nicht mit den Teilchen des Kieselsäurematerials chemisch reagieren. Die Menge der in den gebrannten Produkten gebildeten Sulfide wird zu einem beträchtlichen Masse verringert, so dass die sogenannte Verwitterung der Blocksteine vermieden wird.

   Durch Einhaltung einer Mindesttemperatur von 1000 C gelingt es, einen für die Erzeugung eines Baumaterial geeigneten, gebrannten Kalk und Kieselsäure enthaltenden Stoff ohne Zusammenkleben der Beschickung, also in störungsfreiem Betrieb, herzustellen. Ausserdem wird eine bedeutende Steigerung der Festigkeit von Kunststeinen aus diesem erfin- 

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 dungsgemäss zwischen 10000 und 11500C gebrannten Material erzielt, beispielsweise für Leichtbetonsteine mit einem spez. Gewicht von   0, 65 kg/dm3   mit einem Festigkeitswert von 43   kg/cma   (Brenntemperatur für Schiefer und   Kalk : 9000C)   auf einen Wert von 54   kg/crn   bei einer Brenntemperatur von   105 0 C.   



   Das Brennen kann bei Verwendung von Schiefer als Brennstoff vorzugsweise bei einer Temperatur unter 1100 C erfolgen. Als Minimaltemperatur ist eine solche oberhalb 10500C besonders vorteilhaft, zumindest, wenn Schiefer als Brennstoff benutzt wird. Es ist zweckmässig, dass der Brennvorgang während eines verhältnismässig kurzen Zeitraumes verläuft und das Material in einer fein verteilten Form vorliegt, denn dadurch kann die Temperatur bis zu gewissem Grade über die Sintertemperatur ohne Gefahr von Fehlergebnissen hinausgehen. 



   Wenn dann das Kieselsäurematerial aus Alaunschiefer besteht, werden die in dem Schiefer vorhandenen Kalorien zum Brennen des Kalksteines ausgenutzt. Falls das Kieselsäurematerial oder der Kalkstein keine genügende Menge verbrennbarer Substanz enthält, kann man Kohle oder Koks bzw. Öl einführen und in der Schicht verbrennen. 



   Es wurde gefunden, dass es äusserst vorteilhaft ist, die für die Aufwirbelung benutzte Luft vorzuwärmen, bevor sie in die Schicht eingelassen wird. Natürlich ist die Vorwärmung von Verbrennungsluft aus verschiedenen Brennprozessen in Öfen bekannt, und sie wird allgemein angewendet, um die Wärmewirtschaftlichkeit eines Verfahrens zu verbessern. Die Vorwärmung schliesst jedoch erhöhte Anlagekosten ein, weshalb der brennstoffwirtschaftliche Gesichtspunkt allein nicht immer eine Vorwärmung der Luft rechtfertigt.

   Tatsächlich bedeutet die Luftvorwärmung in diesem Fall eine Brennstoffersparnis, aber als eine Folge hat sie auch einige überraschende Wirkungen, die im folgenden dargelegt werden :
In der Wirbelschicht soll eine oxydierende Atmosphäre aufrechterhalten werden, mindestens wenn Schiefer verwendet wird oder sonst wenn eisenhaltige Stoffe verwendet werden, um einen höheren Schmelzpunkt zu erreichen, als bei Benutzung einer reduzierenden Atmosphäre. 



   Die nachstehende Tabelle gibt die Erweichungstemperaturenvongelaugtem Schiefer aus der schwedischen Provinz Närke, ungelaugtem Schiefer aus derselben Provinz und zwei verschiedene Schiefersorten von dem schwedischen Hügel Billingen an. Diese Schiefer sind in einer Wirbelschicht unter oxydierenden Bedingungen bei ungefähr 8000 gebrannt und dann in verschiedenen Atmosphären erhitzt worden. 
 EMI2.1 
 
<tb> 
<tb> 



  Erweichungs <SEP> - <SEP> Schmelz- <SEP> Atmosphäre <SEP> 
<tb> temperatur <SEP> temperatur <SEP> 
<tb> Schiefer <SEP> von <SEP> Närke, <SEP> gelaugt
<tb> mit <SEP> verdünnter <SEP> Schwefelsäure <SEP> 12400 <SEP> 12750 <SEP> Luft
<tb> 1195 <SEP> 1245 <SEP> 1/3 <SEP> CO, <SEP> 2/3CO <SEP> 
<tb> 1160 <SEP> 1190 <SEP> 2/3 <SEP> CO, <SEP> l/3CO <SEP> 
<tb> Schiefer <SEP> von <SEP> Nähe <SEP> 1230 <SEP> 1270 <SEP> Luft
<tb> 1170 <SEP> 1210 <SEP> 1/3 <SEP> CO, <SEP> 2/3CO <SEP> 
<tb> 1130 <SEP> 1175 <SEP> 2/3 <SEP> CO, <SEP> 1/3CO <SEP> 
<tb> Schiefer <SEP> von <SEP> Rillingen <SEP> 1195 <SEP> 1250 <SEP> Luft
<tb> 1180 <SEP> 1230 <SEP> 1/3 <SEP> CO, <SEP> 2/3CO <SEP> 
<tb> 1120 <SEP> 1180 <SEP> 2/3 <SEP> CO, <SEP> l/3CO <SEP> 
<tb> Schiefer <SEP> von <SEP> Billigen <SEP> 1160 <SEP> 1230 <SEP> Luft
<tb> 1155 <SEP> 1200 <SEP> 1/3 <SEP> CO,

   <SEP> 2/3CO <SEP> 
<tb> 1120 <SEP> 1170 <SEP> 2/3 <SEP> CO, <SEP> l/3CO <SEP> 
<tb> 
 
Es ist ersichtlich, dass eine höhere Oxydationstemperatur einen höheren Erweichungspunkt und Schmelzpunkt ergibt. Dies bedeutet einen grossen Vorteil, wenn der Brand bei hoher Temperatur erfolgen und eine Schmelzung des Materials vermieden werden soll. Beim Brennen von Kalkstein zusammen mit Schiefer ist es daher vorteilhaft, wenn ein möglichst grosser Teil der für den Brand erforderlichen Wärme mit der Luft zugeführt wird, da dann die Atmosphäre in der Schicht so stark oxydierend wie möglich wird.

   Wenn die Luft nicht vorgewärmt wird, muss mehr Brennstoff der Wirbelschicht zugeführt werden, welche die Luft weniger stark oxydierend bzw. in ungünstigen Fällen sogar reduzierend werden lässt, was wiederum zu einem niedrigeren Schmelzpunkt des Materials in der Schicht und damit zu einer erhöhten Gefahr der Sinterung führt. 



   Im allgemeinen schmilzt ein Eisenoxyd unter stärker reduzierenden Umständen leichter als unter mehr oxydierenden Umständen. Niedrigere Oxyde als    fers   bilden auch leicht schmelzbare Silikate. 



   In Fällen, wo das Material in der Wirbelschicht eisenhaltig ist, ist es daher besonders wichtig, dass 

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 handlung von Blocksteinen benutzt werden kann, die aus dem im Verfahren behandelten Material gefertigt werden können. Es versteht sich von selbst, dass mehrere der erwähnten Kühlungsmethoden kombiniert verwendet werden können. In einigen Fällen,   z. B.   bei Benutzung von Schiefern mit hohem Heizwert soll die Wirbelschicht gekühlt werden. 



   Das Verhältnis zwischen Brennstoff und Kalkstein   muss   zunächst einmal durch die erforderlichen Randbedingungen,   d. h.   in einer solchen Weise festgelegt werden, dass die richtigen Temperaturbedingungen erreicht werden. Da diese jedoch bis zu gewissem Grade auf andern Wegen geregelt werden können, ist es möglich, die Mengenverhältnisse mehr in Beziehung zu den im Endprodukt gewünschten Anteilenfestzulegen. Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung beim Brennen von Kalkstein zusammen mit 
 EMI4.1 
 
Schiefer, ist dashaltigen Material derart, wie es in dem Rohmaterial zur Erzeugung vonBlocksteinen gefordert wird. Hiebei kann das Material aus der Wirbelschicht unmittelbar gebraucht werden.

   Diese Methode hat eine noch grössere Bedeutung bei der Behandlung von an Kieselsäure ärmeren Brennstoffen, wie Koks oder Öl ; es ist zu beachten, dass diese Brennstoffe möglicherweise verwendet werden können. 



   Wenn der rohe Schiefer reich an Kalkstein ist, oder in sonstiger Hinsicht eine Zusammensetzung hat, die für die Anwendung des Verfahrens ungünstig ist, kann es zweckmässig sein, den gebrochenen Rohschiefer einer Separierong, z.B. gemäss der sogenannten Sink- und Schwemmethode zu unterziehen, um mindestens einen Teil des in den Rohschiefer eintretenden Kalksteins abzutrennen. 



   Beispiel : Eine Mischung von 60 % Alaunschiefer,   gelaugt   mit   Schwefelsäure,   und 40 % Kalkstein wird auf eine   Korngrösse   unter 4 mm gemahlen. Die folgende Siebanalyse wurde erhalten : 
 EMI4.2 
 
<tb> 
<tb> 6 <SEP> Maschen <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> % <SEP> 
<tb> 8 <SEP> " <SEP> 14,8 <SEP> %
<tb> 10" <SEP> 31, <SEP> 6% <SEP> 
<tb> 14"18, <SEP> 8% <SEP> 
<tb> 20 <SEP> " <SEP> 9,6 <SEP> %
<tb> 28 <SEP> " <SEP> 6,5 <SEP> %
<tb> 35"5, <SEP> 3% <SEP> 
<tb> 48 <SEP> " <SEP> 4,1 <SEP> %
<tb> 65 <SEP> " <SEP> 3,1 <SEP> %
<tb> 100 <SEP> " <SEP> 3,3 <SEP> %
<tb> 100 <SEP> " <SEP> 2,8 <SEP> %
<tb> 100, <SEP> 0 <SEP> %
<tb> 
 
 EMI4.3 
 
 EMI4.4 
 
<tb> 
<tb> HauptSiO2 <SEP> 48,0 <SEP> % <SEP> Fe2O3 <SEP> 8,4 <SEP> %
<tb> Al2O3 <SEP> 9,8 <SEP> % <SEP> S <SEP> 5,7 <SEP> %
<tb> K2O <SEP> 2,9 <SEP> % <SEP> C <SEP> 20,

  0 <SEP> %
<tb> 
 
 EMI4.5 
 
 EMI4.6 
 
<tb> 
<tb> 15 <SEP> ei <SEP> ; <SEP> SiO2.Kalkgehalt <SEP> Glühverlust <SEP> 
<tb> alsCaO
<tb> Material <SEP> aus <SEP> der <SEP> Schicht <SEP> 20, <SEP> 4 <SEP> % <SEP> 0,63% <SEP> (0,19% <SEP> C)
<tb> Material <SEP> aus <SEP> dem <SEP> Cyclon- <SEP> 30,6% <SEP> 1,12% <SEP> (0,35 <SEP> % <SEP> C)
<tb> abscheider <SEP> : <SEP> 
<tb> 
 
Aus dem geringen Glühverlust ist ersichtlich, dass die Beschickung gut gebrannt war. Trotz dieser Tatsache waren die Kalksteinteilchen nach dem Brennen klar voneinander getrennt, also nicht mit den Teilchen des gebrannten Schiefers vereinigt. Das so erhaltene Produkt wurde zur Herstellung von dampf-   gehärteten   Leichtbetonblöcken benutzt.

   Diese Blöcke hatten eine Beschaffenheit, die gleich der Beschaffenheit von Blöcken aus einem Gemisch von Schiefer und Kalkstein war, welches nach üblichen Methoden gebrannt worden war.

Claims

PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Herstellung eines für die Erzeugung von Baumaterial geeigneten, gebrannten Kalk und Kieselsäure enthaltenden Stoffes aus Schiefer oder andern bituminösen, kieselsäurehaltigen Materialien, dadurch gekennzeichnet, dass Kalkstein und das kieselsäurehaltige Material in einer Wirbelschicht bei einer Minimaltemperatm von 10000C und einer unter 11500C liegenden Maximaltemperatur gebrannt werden, die so begrenzt wird, dass die Teilchen des gebrannten Kalksteines nicht mit den Teilchen des Kieselsäurematerials chemisch reagieren. EMI5.1

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 90 % des Kalksteins eine Teilchengrösse zwischen 4 und 0, 5 mm haben.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Rauchgasen aus der Wirbelschicht abgeführtes festes Material, gewünschtenfalls nach Agglomerierung, der Schicht wieder zugeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlmittel oberhalb der Wirbelschicht zugeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlmittel in die Wirbelschicht eingeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel in festem, flüssigem oder gasförmigem Zustande direkt der Kammer obertialb der Wirbelschicht zugeführt wird und das Kühlmittel zweckmässig aus Luft oder einem andern Gas, z. B. Rauchgasen, Wasser oder Wasserdampf, besteht.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel in an der Seite der Kammer in oder oberhalb der Schicht liegenden Rohren geführt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung von Rohschiefer als Rohmaterial der Rohschiefer zerkleinert und einer Separierung unterzogen wird, um mindestens einen Teil seines Kalksteingehaltes beispielsweise mittels Schwerflüssigkeitsseparierung abzutrennen.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufströmungsluft vor ihrer Einführung in die Wirbelschicht vorgewärmt wird. EMI5.2 Wirbelschicht ausgetragenen heissen Beschickung vorgewärmt wird.

12. Verfahren nacn Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufströmluft mittels aus der Wir- belschicht abgezogener Rauchgase vorgewärmt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufströmluft in einer so grossen Menge zugeleitet wird, dass der Sauerstoffgehalt des Rauchgase3 mindestens 5 %, vorzugweise mindestens 80/0, beträgt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der für die vollständige Verbrennung der brennbaren Bestandteile der Beschickung als Aufströmluft und der Rest der erforderlichen Luftmenge als Sekundärluft oberhalb der Wirbelschicht eingeführt werden.

IS. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, insbesondere bei Verwendung eines bituminösen Brennstoffes, dadurch gekernzsichnet, dass bei Begum des Brennens der Brennstoff der Schicht oder Wirbelschichtkammer zugeführt wird, die mindestens auf 7000C vorerhitzt worden ist.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei Beginn des Brennens eine auf mindestens 400 C vorerhitzte Aufströmluft zugeleitet wird.