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.