DE618094C - Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Produkten - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Produkten Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die in der Natur in großen Mengen vorkommenden, magnesiumorthosilikatreichen, eisenhaltigen Gesteine, wie Olivine, Peridotit; Dunit, auf feuerfeste Produkte zu verarbeiten. Diese Aufgabe ist nach der Erfindung dadurch gelöst worden, daß Olivin, dessen Gehalt. an Eisen, gerechnet als FeO, io Gewictsprozente nicht übersteigt, mit der Maßgabe verarbeitet wird, daß Mischungen von Olivin verschiedener Korngrößen durch Erhitzen in oxydierender,, gegebenenfalls oxydierender und reduzierender Atmosphäre unter Vermeidung der Überführung der Masse in schmelzflüssigen Zustand in feste, zusammenhängende Gebilde übergeführt werden.
• Es ist bekannt, daß reines Magnesiumorthosilikat (Forsterit) einen sehr hohen Schmelzpunkt (i 89o') besitzt (vgl. Schwarz »Feuerfeste und hochfeuerfeste Stoffe«, Braunschweig i9'8). Forsterit kommt aber in der Natur in so geringen Mengen vor, daß an seine Verwendung als Ausgangsmaterial für die Herstellung feuerfester Produkte nicht zu denken ist.
• Die in der Natur in größten Mengen vorkommenden Olivine bestehen aus Magnesiumorthosilikat, welchem Eisenorthosilikat in wechselnden Mengen, z. B. bis zu 40 °/a und mehr, isomorph beigemengt ist. Über den Schmelzpunkt von Olivinen liegen verschiedene, z. T. recht widerspruchsvolle Angaben vor. D o e 1 t e r, Handbuch der Mineralchemie, 1914, S. 307, gibt die Schmelzpunkte einiger von ihm untersuchter Olivine wie folgt an $apfenstein .... I 36o--' 4I9 und I 38o-I4I O ° Olivin von Söndmäre .......1395-I430° Olivin von Somma .....131o-1350° Olivin, edler, Ägypten ..... 1395-1445'. S e a r l e, »Refractory Materials«, London 1924, gibt (Seite 82) den Schmelzpunkt eines Olivins mit 41,7°4 Fe0 mit über 16oo° an. In der gleichen Tabelle ist der Schmelzpunkt von reinem Magnesiumorthosilikat (Forsterit) mit 146o° angegeben, was im Widerspruch mit den vorgenannten Angaben steht.
• Nach J. H. L. Vogt, »The Journal of Geology«, Band 29, 1,921, S. 621 bis 523, bildet Magnesiumorthosilikat und Eisenorthosilikat eine fortlaufende Reihe von Mischkristallen. Der Schmelzpunkt reinen Magnesiumorthosilikats wird von Vogt mit 189o°, der Schmelzpunkt des Eisenorthosilikats mit iioo° (nach Doelter mit i o65°) angegeben. S.522»bringtVogteinDiagramm, aus dem zu entnehmen ist, daß ein Olivin mit einem Gehalt an ' o °J" Fe 0 (entsprechend 13 % Fe, Si 04) bereits bei 149o° zu schmelzen beginnt und ein Olivin mit 39o/oFe0 sogar bereits bei r22oq-C#zu-sdhrnelzen beginnt.
• Eine vergleichende Betrachtung der vorstehend wiedergegebenen- Veröffentlichungen zeigt, daß die Angaben über die Schmelzpunkte eisenhaltiger Olivine derart widerspruchsvoll sind, daß ein technisches Verfahren zur Herstellung hochfeuerfester Produkte auf diesen Angaben nicht aufgebaut werden konnte; dies um so weniger, als es bei der Herstellung hochfeuerfester Erzeugnisse .nicht nur auf den Schmelzpunkt, sondern auch auf andere Eigenschaften, wie Druckfestigkeit bei Belastung in der Hitze, Sprungfestigkeit usw., ankommt. Da Olivin neben dem hochschmelzenden Magnesiumorthosilikat wechselnde Mengen von Eisenorthos.ilikat, welches einen Schmelzpunkt von nur etwa iioo° hat, enthält, war zu erwarten, daß das Ei'senorthosilikat infolge seines niedrigen Schmelzpunktes als Flußmittel wirken würde, und daß beim Erhitzen . auf verhältnismäßig niedrige Temperaturen inkongruentes Schmelzen stattfinden würde. Infolgedessen war zu befürchten, daß bei Anwendung eisenreicher Olivine als feuerfester Baustoff das Material sich-beim Erhitzen auf gewisse Temperaturen in einen flüssigen und einen festen Anteil zerlegen würde, und die mechanische Festigkeit der Produkte infolge Einlagerung der festen Teilchen in eine bewegliche Flüssigkeit bereits bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturgebieten eine unzureichende sein würde.
• Eingehende Untersuchungen haben nun ergeben, daß Olivine, deren Eisengehalt, berechnet als Fe O, i o °/o nicht übersteigt, auf hochfeuerfeste Produkte von ausgezeichneten Eigenschaften verarbeitet werden können, wenn pulveriges Material in Mischung mit gröberem Material, z. B. Körnern, verarbeitet wird, derart, daß das Gemisch in Formkörper, z. B. Steine, übergeführt wird und diese in oxydierender Atmosphäre gebrannt werden.
• Es-wurde gefunden, daß -Olivin mit beschränktem Eisengehalt in Körnerform oder Stückform sich ganz anders verhält als pulveriges Olivinmaterial. Olivine in Körner-oder Stückform, deren Eisengehalt ioo/o, berechnet als Fe0 nicht übersteigt, weisen im Gegensatz zu den Literaturangaben (vgl. insbesondere die obenerwähnten Veröffentlichungen von Doelter und Vogt) überraschend hohe Schmelzpunkte, z. B. bis -zu 182o° auf und besitzen eine überraschend hohe Standfestigkeit im Feuerunter Druck, z. B. bis zu i8oo° C -bei Drucken von z. B. 2 kg per em2. Auf Grund; dieser Erkenntnis wird gemäß der Erfindung körniges Material, gegebenenfalls auch stückiges Material, gewissermaßen als Gerüst in die Masse eingebaut. Nach der Erfindung erfolgt die Herstellung von feuerfesten Produkten unter Verwendung von Magnesiumorthosilikat und Eisenorthosilikat enthaltenden Naturgesteinen, wie Olivin, Peridotit, Dunit, derart, daß Olivine und dergleichen Produkte, deren Gehalt an Eisen, berechnet als Fe O, 1o Gewichtsprozente nicht übersteigt, verbreitet werden mit der Maßgabe, daß Mischungen verschiedener Korngrößen aus pulverigem und körnigem und/oder stückigem Material, gegebenenfalls nach vorheriger Überführung in Formkörper durch Erhitzen in oxydierender Atmosphäre unter Vermeidung der Überführung der Masse in schmelzflüssigen Zustand in feste, zusammenhängende Gebilde übergeführt werden. Es wurde gefunden, daß beim Brennen derartiger Mischungen in oxydierender Atmosphäre mehr oder weniger weitgehende Spaltungen der Mischkristalle (Eisenorthosilikat-Magnesinmorthosilikat) stattfinden. - Hierbei werden - hochschmelzende Verbindungen des Eisens, insbesondere 3-wertigen Eisens, insbesondere Magnesiumferrit, gegebenenfalls Mischungen von Magnesiumferrit mit Silikaten des 3-wertigen Eisens, Magnesiumsilikaten. usw., gebildet. Derartige hochschmelzende Verbindungen bzw. Gemische von Verbindungen werden vorzugsweise an der Oberfläche der Olivinkörner sowie auf Sprüngen, Spaltrissen und Strukturflächen abgeschieden. Durch diese Vorgänge wird einmal bewirkt, daß die Olivinkristalle eisenärmer werden, während andererseits die an den Korngrenzen, Sprüngen und Spaltflächen ausgeschiedenen Verbtw.dungen Icrista]lisationsförd:ernd wirken, indem sie die auf teilweiser Umkristallisation und Rekristallisation beruhende Verkittung der einzelnen Gesteinsteilchen während des Brennvorgangs begünstigen. In manchen Fällen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das Material einer abwechselnd oxydierenden und reduzierenden Erhitzung zu unterwerfen. Durch Überführung von Eisenörthosilikat in hochschmelzende, gegen Temperatureinwirkungen beständige-Eisenverbindungen, wie insbesondere Magnesiumferrit, wird die Feuerfestigkeit der Produkte und ihre Standfestigkeit bei hohen Temperaturen verbessert.
• Die Erfindung gestattet die Herstellung hochfeuerfester Erzeugnisse, wie Formkörper, z. B. Steine, ferner auch von Stampfmassen u. dgl. Produkten unter Verzicht auf die Mitverwendung üblicher Bindemittel, z. B. .von Ton, welche insbesondere bei Anwendung in üblichen Mengen Störungen, wie z. B. Schmelzpunktserniedrigungen, hervorrufen können. Bei Mitverwendung von Bindemitteln ist man in der Lage, die Menge derselben so zu -beschränken, daß unerwünschte Nebenwirkungen nicht eintreten. Man kann z. B. Tonbinder in Mengen verwenden; welche erheblich unter 5 °lo gehalten werden können.
• Die Durchführung des Verfahrens kann in einfachster Weise z. B. derart erfolgen, daß man ein Gemisch von körnigem Olivin (Korngröße z. B. i bis 8 mm) .und feinpulverigem Olivin herstellt, dieses nach üblichen Methoden in Formkörper, z. B. Steine, überführt und letztere in oxydierender Atmosphäre z. B. zwischen Temperaturen von iooo und i5oo° C brennt. Gegebenenfalls kann an das oxydierende Brennen ein reduzierendes Brennen und an dieses gegebenenfalls, ein nochmals oxydierendes Brennen angeschlossen werden. Auf Mitverwendung von Bindemitteln kann verzichtet werden. Man kann aber auch zur Herstellung der Formkörper organische Binder, die beim Brennen wieder verschwinden, verwenden oder bei Mitverwendung von anorganischen Bindemitteln, z. 13. Bindeton, diese in so geringen Mengen halten, d.aß sie nicht störend wirken. Die Erfindung kann auch zur Herstellung von Stampfmassen u. dgl. Produkten verwendet werden. In diesem Falle kann man in das pulverige Olivinmaterial auch stückiges Material (z. B. Stücke von io bis 30 mm Durchmesser) einführen oder Gemische von pulverigem, körnigem und stückigem Material verarbeiten.
• Zur Erzielung der oxydierenden Atmosphäre kann man sich an sich bekannter Maßnahmen bedienen. Man kann z. B. Luft, sauerstoffreiche Gase oder Wasserdampf, gegebenenfalls in vorgewärmtem Zustand, in den Brennraum einblasen. Andererseits kann auch die Zufuhr von reduzierenden brennbaren Gasen gedrosselt -werden und so eine oxydierende Atmosphäre hergestellt werden. Unter Umständen können verschiedene der genannten Gase gleichzeitig angewendet werden.
• Das Erhitzen kann gegebenenfalls auch mehrstufig durchgeführt werden, z. B. derart, daß Formkörper hergestellt, diese zunächst durch Erhitzen auf niedrige Temperaturen, z. B. 5oo bis iooo°, transportfähig gemacht werden und die transportfähiggemachten Steine alsdann bei höheren Temperaturen, z. B. iooo bis i5oo°, gegebenenfalls an der Baustelle oder nach erfolgtem Zusammenbau fertiggebrannt werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Produkten unter Verwendung von Magnesiumorthosilikat und Eisenorthosilikat enthaltenden Naturgesteinen, wie Olivin, Peridotit, Dunit, dadurch gekennzeichnet, daß Olivine u. dgl. Produkte, deren Gehalt an Eisen, berechnet als Fe0, io Gewichtsprozent nicht übersteigt, verarbeitet werden mit der Maßgabe, daß Mischungen verschiedener Korngrößen aus pulverigem und körnigem und/oder stückigem Material, gegebenenfalls nach vorheriger Überführung in Formkörper, durch Erhitzen in oxydierender oder oxydierender und reduzierender Atmosphäre unter Vermeidung der überfihrung der Masse in schmelzflüssigen Zustand in feste, zusammenhängende Gebilde übergeführt werden.