-
Verfahren zur Herstellung von gehärteten Formkörpem, z. B. von Erzbriketts,
Kohlebriketts, Platten oder Rohren Bei der Herstellung bituminöser Formkörper, wie
Platten, Röhren, Hohlsteinen, Briketts u. dgl., ergaben sich bisher Schwierigkeiten,
da solche Formkörper, wenn sie aus leicht aufzuarbeitenden Mischungen mit weichem
Asphalt hergestellt werden, nur beschränkt verwendungsfähig sind, weil sie in der
Wärme weich werden.
-
Es ist bereits bekannt, aus Teer und Füllstoffen homogene Massen
herzustellen, die dann zu Formkörpern verarbeitet werden. Falls diesen Formkörpern
eine höhere Festigkeit und Wärmebeständigkeit gegeben werden soll, so wird dem Teer
Öl oder Fett zugegeben, das dann in verharztem Zustand eine gewisse Verbesserung
der Festigkeitswerte und auch der Wärmebeständigkeit der Körper ergeben kann. Die
ursprünglichen Werte der Formkörper können jedoch durch dieses Verfahren nur in
geringem Umfang verbessert werden.
-
Ferner ist ein Verfahren zur Herstellung von Rohren aus einer bituminösen
Mischung aus Bitumen und Füllstoffen bekannt, für die hartgeblasenes Bitumen mit
einem Erweichungspunkt von 120 bis 1750 C verwendet wird. Dieses hartgeblasene Bitumen,
sofern eine Versprühung überhaupt möglich ist, erfordert mindestens eine Temperatur
von 3000 C. Bei solchen Temperaturen verändern sich jedoch die chemischen Eigenschaften
des Bitumens, und die ganze Apparatur zur Durchführung des Verfahrens ist verhältnismäßig
umfangreich, da auch die Feststoffe auf diese hohe Temperatur gebracht werden müssen.
Auch kann bei Verwendung von geblasenem Bitumen keine große Härte erreicht werden.
-
Es wurde nun beobachtet, daß, wenn dünne, bituminöse Überzüge über
mineralische Feststoffe der Luft ausgesetzt sind, gewisse Härtungserscheinungen
im Bitumen auftreten, die in dieser Form noch nicht bekannt waren. Insbesondere
hat es sich gezeigt, daß unter diesen Verhältnissen bei relativ niedriger Temperatur
(etwa 2009 C) sich Veränderungen des Bitumens in seinen wesentlichen Eigenschaften
einstellen.
-
Diese Voraussetzungen sind dann gegeben, wenn das Bitumen in dünnen
Schichten die einzelnen Festteilchen umhüllt, so wie es beispielsweise bei Mineralstaub
der Fall ist, der nach dem bekannten Impactverfahren mit zerstäubtem Bitumen vermischt
wurde.
-
Wird der mit dünnen Bitumenfilmen umhüllte Mineralstaub erwärmter
Luft ausgesetzt, so erhärtet das Bitumen.
-
Während bis jetzt eine nachträgliche Härtung von mit weichem Asphalt
hergestellten Formkörpern nicht ohne Zusätze möglich war, wurde festgestellt, daß
eine Härtung des Bitumens auch dann eintritt, wenn
die bituminierten Mineralteilchen
vor der Erhärtung in der Weise zu Form- oder Preßkörpern geformt werden, daß in
den Körpern luftgefüllte Hohlräume in einem Ausmaß von etwa 10 bis 25 O/o des Körpervolumens
vorhanden sind. In diesem Zustand, also nach der endgültigen Formung der Körper,
kann eine Härtung des Bitumens eintreten, wenn die Körper auf erhöhten Temperaturen
von beispielsweise 2000 C gehalten werden. Der Härtungsprozeß ist steuerbar, da
er von der Temperatur und von der Behandlungsdauer abhängig ist, und die Eigenschaften
des Bitumens im fertigen Körper können im voraus festgelegt werden.
-
Gemäß der Erfindung wird dieses Verfahren zur Herstellung von gehärteten
Formkörpern, z. B. von Erzbriketts, Kohlebriketts, Platten oder Rohren, durch Mischen
von körnigen bis staubförmigen mineralischen Feststoffen mit Bitumen unter Umhüllen
jedes einzelnen Feststoffteilchens mit einem, vorzugsweise eine Schichtstärke von
der Größenordnung von maximal 10 aufweisenden Bitumenfilm, wobei das Bitumen im
fertigen Formkörper gehärtet ist, in der Weise durchgeführt, daß die bituminöse
Mischung, bei vorzugsweiser Verwendung von weichem Bitumen, zu Formkörpern unter
solchen Bedingungen, vorzugsweise durch Pressen, verformt wird, daß in der verformten
bituminösen Masse ein Hohlraumgehalt von etwa 10 bis 25 0/o des Volumens der Masse
erhalten bleibt, und daß die Formkörper alsdann eine bestimmte Zeit der Einwirkung
von Luft bei erhöhter Temperatur, vorzugsweise 15 Minuten, bis zu ihrer
Härtung
ausgesetzt werden; Wael3..demN çrfirdunw gemäßen Verfahren kann der Charakter des.
bituminösen Bindemittels in verhältnismäßig kurzer Zeit grundlegend verändert werden
ohne daß dabei eine Zerstörung oder Verbrennung desselben eintritt. Vielmehr wirkt
die Wärmebehandlung in solcher Weise, daß unter dem Einfluß des Luftsauerstoffes
sich moleklare Veränderungen der Bitumenstruktur vollziehen. Die:-im Bitumen vorhandenen
Asphaltene (weiche schmelzbare und lösliche Kohlenwasserstoffe darstellen) werden
in Asphaltite verwandelt, deren Schmelzbarkeit und Löslichkeit wesentlich reduziert
ist, und: schließlich tritt eine Umwandlung in Pyrobitumen ein, welches weder löslich
noch schmelzbar ist. Es spielt sich hier also in verhältnismäßig kurzer Zeit ein
Vorgang ab, welcher sich in der Natur innerhalb großer Zeiträume vollzogen hat.
-
Es hat sich gezeigt, daß eine Härtung bereits bei einer Schichtdicke
von 0,1 mm eintritt, doch dauert derHärtevorgang dann sehr lange. Günstiger sind
die Verhältnisse bei einer Schichtstärke von 10 , und bei einer weiteren Herabsetzung
der Schichtdicke bis auf 1 st und weniger wird die Härtungsdauer noch weiter verkürzt.
-
Die Härtung tritt bei einer erhöhten Temperatur ein und erfolgt um
so schneller, je höher die Temperatur ist. Bereits bei 1000 C erfolgt eine wenn
auch langsame Härtung. Günstiger ist bereits eine Temperatur von 1500 C, und besonders
vorteilhaft ist ein Temperaturbereich von 190 bis 2200 C.
-
Bei noch höheren Temperaturen (etwa 3000 C) beginnen leicht flüchtige
Bestandteile des Bitumens zu verdunsten, was die Härtung beeinträchtigt. Die Dauer
der Härtung sollte 15 Minuten nicht unterschreiten und kann bis zu 20 Stunden dauern.
Die Härtung richtet sich dabei nach den gewünschten Verhältnissen. Beispielsweise
kann der Formkörper nur oberflächlich oder ganz oder teilweise durchgehärtet sein.
Für die Durchhärtung, d. h. Lösungsmittelfestigkeit, hat sich eine Härtung von 4
Stunden Dauer bei 2200 C als besonders günstig erwiesen.
-
Die Formung der Körper vor dem Härten kann bei Zimmertemperatur erfolgen.
Stabilere Formen ergeben sich bei Temperaturen über dem Schmelzpunkt des Bindemittels,
beispielsweise bei 150 bis 2000 C.
-
Die Erfindung kann zur Herstellung fester, widerstandsfähiger bituminöser
Formkörper, wie Platten, Röhren, Briketts usw., angewendet werden.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel zur Herstellung von Erzbriketts wird
folgenderweise vorgegangen: Eisenerz, z. B. Magneteisenstein von Zementmahlfeinheit,
wird mit leicht verarbeitbarem Asphaltbitumen (beispielsweise Normbitumen B 80)
gemischt.
-
Die Mischung wird vorteilhaft nach dem bekannten Impactverfahren (siehe
»Straße und Autobahn«, 1953, -5. 12ff) durchgeführt, bei welchem durch im unteren
Teil eines Mischbehälters gegenläufig drehende Wellen mit Wurfschaufeln das Erzgut
im Behälter durch Aufschleudern in einen vorübergehenden, lokkeren Schwebezustand
versetzt wird, in welchem die Staubteilchen mit - dem verflüssigten Bitumen, das
unter einem Flüssigkeitsdruck von etwa 20 at aus Düsen zerstäubt wird, besprüht
werden. Durch chargenweises Mischen von abgewogenen Erzmengen mit einer vorbestimmten
Bitumenmenge kann die Schichtdicke der Bitumenumhüllung der einzelnen Festteilchen
gesteuert werden. Die Staubteilchen werden in
diesen Weive-indimiduell mit einem
Bitumenfilm von etwa 1 tt Filmstärke umhüllt, und es wird eine lockere, nicht zusammenbackende
Mischung erzielt, da sämtliches Bitumen der Mischung in Form dünner Filme an den
einzelnen Staubteilchen haftet, und die Zwischenräume zwischen dem Mineralstaub
nicht etwa, wie es sich bei den bekannten Knetmischverfahren ergibt, mit freiem
Bitumen angefüllt sind. Der Bitumengehalt dieser Mischung beträgt ungefähr 4 Gewichtsprozent.
-
Die fertige Mischung wird nun in der Eierbrikettpresse bei einer
Temperatur von etwa 1750 C und einem Druck von ungefähr 600kg/cm2 zu Briketts verpreßt.
Die unter diesen Bedingungen verformten Preßkörper weisen einen Hohlraumgehalt von
etwa 15 0/o des Gesamtvolumens auf; die Porosität der Preßkörper wurde nach DIN
1996, U57: Porosität von Probekörpern, gemessen. Die Briketts werden in einer Kammer
während etwa 2 Stunden auf einer Temperatur von ungefähr 2000 C gehalten.
-
Versuche haben gezeigt, daß die in dieser Weise hergestellten Briketts
eine große Zunahme der Festigkeit erfahren. Vergleichende Prüfungen der Bruchfestigkeit
der Briketts vor und nach der Härtung bei einer Temperatur von 200 C haben ergeben,
daß nach 2stündiger Wärmebehandlung die Bruchfestigkeit ungefähr das Zehnfache des
Wertes vor dem Härteprozeß betrug, und nach 4stündiger Wärmebehandlung stieg die
Bruchfestigkeitszahl sogar auf das Fünfundzwanzigfache.
-
Die Extraktion der gepreßten Erzbriketts mit Benzol oder Schwefelkohlenstoff
unmittelbar nach der Verpressung ergibt die ursprünglich zugesetzte Menge an Bitumen
(im Beispiel 4 Gewichtsprozent). Nach dem Härteprozeß von etwa 4stündiger Dauer
konnte jedoch nur noch etwa 1 <)/o lösliches Bitumen festgestellt werden, und
zwar wurde gefunden, daß die äußeren Schichten des Preßkörpers weniger lösliches
Bitumen enthalten als die inneren Schichten, daß also die äußeren Schichten stärker
erhärten als die inneren Schichten und die Härtung im Verlauf der Wärmebehandlung
von außen nach innen fortschreitet.
-
Versuche haben ergeben, daß nach etwa lOstündiger Erwärmung keinerlei
lösliches Bitumen im Preßkörper mehr vorhanden war. Da aber die Körper trotzdem
hohe Festigkeiten aufwiesen, so beweist dies, daß durch die Härtung keine Zerstörung
des Bindemittels eingetreten ist, sondern ein eher höherer Binde- und Härtungseffekt
erzielt wird. Es ist also durch das neue Verfahren die Möglichkeit gegeben, die
Verformung oder Verdichtung mit normalem, weichem, schmelzbarem Bitumen vorzunehmen,
wobei aber durch die neue Art der Härtung nachträglich ein weit höherer Bindegrad
und damit ganz andere Härtewerte für die zu erzeugenden Körper entstehen, ebenso
ganz wesentliche Hitzefestigkeiten.
-
Untersuchungen haben ergeben, daß Erzbriketts mit nur 3 Gewichtsprozent
Bindemittel schneller erhärten als solche mit 4 Gewichtsprozent Bindemittel und
diese wiederum schneller erhärten als solche mit 5 Gewichtsprozent Bindemittel.
Diese Feststellungen zeigen, daß die Schichtstärke der Bindemittelfilme zwischen
den Festteilchen die Härtung maßgeblich beeinflußt, und zwar je dünner die Bindemittelschicht
ist, desto schneller erfolgt die Härtung.
-
Bei der Herstellung von Platten erfolgt das Mischen der Bestandteile
in der gleichen Weise, wie dies im Zusammenhang mit der Herstellung von Erzbriketts
erwähnt
wurde, lediglich mit dem Unterschied, daß nun an Stelle von Erz Gesteinsstoffe,
z. B. Sand, Splitt, Füller in verschiedenen Körnungen verwendet werden. Nach der
Mischung des Gesteins mit 6 bis 8 Gewichtsprozent Bitumen wird die lose Mischung
einem Preßtisch zugeführt, dort in zylindrische oder quaderförmige Formen eingefüllt
und mit automatischen Preßstempeln so gepreßt, daß ein Hohlraumgehalt von etwa 10
bis 25'0./D in der gepreßten Platte verbleibt. Nach Ausstoß aus der Form werden
die Platten auf einem Förderband oder Fördergestell durch einen Härteofen geführt,
in welchem eine Temperatur von ungefähr 2000 C aufrechterhalten wird.
-
Bei der Herstellung von Rohren kann die Formgebung auch durch Schleudern
erreicht werden.
-
Der Formkörper erhärtet am schnellsten, wenn er möglichst viele,
kleine aber luftzugängliche Poren enthält, so daß eine möglichst große Oberfläche
an Porenwandung entsteht und das im Formkörper enthaltene Bitumen auf eine große,
der Luft zugängliche Fläche verteilt ist. Offenbar ist für die Härtung die Dicke
der Bindemittelschicht maßgebend, welche jeweils einem luftzugänglichen Porenraum
ausgesetzt ist.
-
PA-TENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung von gehärteten Formkörpern,
z. B. von Erzbriketts, Kohlebriketts, Platten oder Rohren, durch Mischen von körnigen
bis staubförmigen mineralischen Feststoffen mit Bitumen unter Umhüllen jedes einzelnen
Feststoffteilchens mit einem vorzugsweise eine Schichtstärke von der Größenordnung
von maximal 10 p aufweisenden Bitumenfilm, wobei das Bitumen im fertigen Formkörper
gehärtet ist, dadurch
gekennzeichnet, daß die bituminöse Mischung, bei vorzugsweiser
Verwendung von weichem Bitumen, zu Formkörpern unter solchen Bedingungen, vorzugsweise
durch Pressen, verformt wird, daß in der verformten bituminösen Masse ein Hohlraumgehalt
von etwa 10 bis 25 25e/o des Volumens der Masse erhalten bleibt, und daß die Formkörper
alsdann eine bestimmte Zeit der Einwirkung von Luft bei erhöhter Temperatur, vorzugsweise
15 Minuten, bis zu ihrer Härtung ausgesetzt werden.