DE3512516A1 - Anorganische formmasse mit elektrofilterasche als steinbildende komponente - Google Patents
Anorganische formmasse mit elektrofilterasche als steinbildende komponenteInfo
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Description
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- Anorganische Formmasse mit Elektrofilterasche als
- steinbildende Komponente Die Erfindung betrifft eine anorganische Formmasse sowie ein Herstellverfahren für diese Formmasse aus Alkalisilikatlösungen und Elektrofilterasche als aktive, steinbildende Komponente sowie ggf. Füllstoffen.
- Die Besonderheit von solchen anorganischen Formmassen liegt darin, daß formbare, und insbesondere gießbare Mischungen nach kurzer Zeit aktiv durch Reaktion der Komponente härten und dann entformbar sind.
- Die weitere Besonderheit liegt in einer Härtung bei nur geringen Temperaturen bis höchstens 15000, im Regelfall höchstens 1000C, wobei hohe Biegefestigkeiten erreicht werden. Derartige Biegefestigkeiten sind vergleichbar mit denen von Keramik, wobei jedoch Keramik solche Biegefestigkeiten nur nach dem Brennen bei sehr hohen Temperaturen erreicht.
- Formmassen mit diesen Eigenschaften sind nur erhältlich mit ganz bestimmten Feststoffen als aktive, steinbildende Komponente.
- So ist beispielsweise nach der DE-OS 32 46 602 ein Oxid-Gemisch aus SiO2 und Aluminiumoxid eine steinbildende Komponente, wobei dieses Oxid-Gemisch aus amorphem SiO2 und aus im wesentlichen kristallinem Aluminiumoxid sowie weiteren Komponenten besteht. Dieses Oxid-Gemisch ist wasserfrei und entsteht insbesondere bei speziellen Prozessen, besonders als Staub, durch Abscheidung aus der Dampf- oder Gasphase, bei der Herstellung von Korund.
- Ein solches Oxid-Gemisch hat sehr stark wechselnde Zusammensetzungen und eine ständig wechselnde, nicht vorherbestimmbare Aktivität als steinbildende Komponente.
- Solche Oxid-Gemische sind daher schwierig zu bearbeiten und erfordern eine Bestimmung der Aktivität als steinbildende Komponente durch Versuche und anschließende Vermischung von Materialien verschiedener Aktivität zu Standardmaterialien.
- Es bestand daher die Aufgabe, eine wasserhaltige, härtbare Formmasse auf Basis von festen, härtbaren, aktiven Komponenten zu schaffen, welche eine genügende Aktivität aufweisen und in größeren Mengen von gleicher Qualität verfügbar sind.
- Gegenstand der Erfindung ist daher eine anorganische, wasserhaltige, bei niedrigen Temperaturen härtbare Form- masse aus einer anorganischen, festen Komponente und Alkalisilikatlösung mit gegebenenfalls enthaltenen Anteilen von Füllstoffen und Hilfsstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß 0,5 bis 4,0 Gew.-Teile glasartig amorphe Elektrofilterasche mit 45 bis 55 Gew.-% SiO2-Glas, 25 bis 35 Gew.-O/o A1203 neben Fe203 je Gew.-Teil Alkalisilikatlösung mit 1,2 bis 2,5 Mol SiO2 je Mol F O bzw.
- Na2O enthalten ist.
- Diese sogenannte Elektrofilterasche entsteht nur in Steinkohle-Kraftwerken mit Brennksmmer-Temperaturen von 1.600 bis 1.700°C und ist aufgrund dieser Entstehung von gleichartiger Reaktivität ein Bestandteil der Formmasse.
- Die Elektrofilterasche scheidet sich in solchen Eraftwerken in den Elektrofiltern aus den Rauchgasen ab und ist dementsprechend feinteilig.
- Im Regelfall liegt die Korngröße zu 65 % unter 10/ihm, zu 80 % unter 20/im und 90 % unter 60 m. Die Analyse der meisten Proben liegt bei 48 bis 52 Gew.-% SiO2, 25 bis 30 Gew.-% A1203 und 8 bis 11 % Je203, wobei weitere Bestandteile nur in geringen Mengen enthalten sind.
- Die Elektrofilterasche ist nach der Erscheinung ein silikatisches Glas, überwiegend ein Aluminiumeisensilikat-Glas mit enthaltenden Anteilen anderer Oxide.
- Obwohl Gläser im allgemeinen eine geringe Reaktionsfähigkeit mit Alkalien besitzen, hat die Elektrofilterasche ein großes Reaktionsvermögen mit der genannten Alkalisilikatlösung.
- Der bevorzugte Anteil der an der Reaktion beteiligten Elektrofilterasche beträgt 0,8 bis 3,0 Gew.-Teile je Gew.
- Teil Alkalisilikatlösung. Es ist jedoch möglich, Elektro- filterasche auch in Art eines Füllstoffes einzusetzen, wobei dann ein Teil der Elektrofilterasche nicht aktiv an der Steinbildung teilnimmt. In diesem Fall kann Elektrofilterasche der gesamte feste Anteil, bevorzugt bis zu 95 % der festen Anteile sein.
- In der Alkalisilikatlösung sind bevorzugt 1,3 bis 2,2 Mol SiO2 je Mol K20 bzw Na20 enthalten. In Alkalisilikatlösungen ist K20 gegenüber Na20 bevorzugt. Die Alkalisilikatlösungen sollen Alkali im oberschuß enthalten. Sehr bevorzugt werden solche Alkalisilikatlösungen durch Auflösen von amorpher dispers-pulverförmiger, wasserhaltiger Kieselsäure, der sogenannten gefällten Kieselsäure, erhalten. Dabei wird bevorzugt eine Lösung der Alkalihydroxide oder festes Alkalihydroxid unter Zusatz von Wasser mit der gefällten Kieselsäure zur Reaktion gebracht.
- Zur Herstellung der Formmasse werden die Komponenten gemischt, wobei zweckmäßig eine Vorreaktion der Elektrofilterasche und der alkalischen Kieselsäurelösung bei Raumtemperatur erfolgt, welche beispielsweise 20 bis 40 Minuten betragen kann. Nach einer solchen Vorreaktion werden geeignete Formen mit der Formmasse gefüllt, wobei im Regelfall nach relativ kurzer Zeit eine Verfestigung eintritt,die eine Entformung erlaubt. Die Formkörper können in der Form oder bevorzugt nach Entformung gehärtet werden, wobei Temperaturen zwischen 60 und 1000 C bevorzugt und überraschend ausreichend sind. Die Härtungszeit ist vergleichsweise kurz und liegt zwischen 20 und 40 Minuten.
- Es werden Formkörper mit einer überraschend hohen Biegefestigkeit erhalten, welche 10 N/mm2 übersteigt und bei Werten bis zu 15 N/mm2 und darüber liegen kann.
- Die Alkalisilikatlösungen haben im allgemeinen einen Wassergehalt von 28 bis 45 Gew. -*, der bei den nicht bevorzugten Natron-Wasserglaslösungen auch bis zu 60 Gew.-% sein kann, wobei die wasserärmeren Lösungen bevorzugt sind. In den Formmassen kann der Wassergehalt 20 bis 65 Gew.-%, bezogen auf die aktiven steinbildenden Bestandteile und ohne Berücksichtigung der Füllstoffe, betragen, wobei Wassergehalte von 26 bis 58 Gew.-% bevorzugt sind.
- Der Ausgangsstoff Elektrofilterasche ist praktisch unbegrenzt lagerbar, weiterhin ist die gefällte Kieselsäure als rieselfähiges und auf lange Zeit lagerfähiges Pulver zugängig, kann jedoch auch filterfeucht oder als breiiges Gel Verwendung finden.
- Füllstoffe können in Mengen von 1.000 g, vorzugsweise bis zu 400 g, je 100 g der steinbildenden Komponente in der Formmasse enthalten sein.
- Die Art der Füllstoffe ist sehr vielfältig, wobei einfach zugängige, anorganische Stoffe in gemahlener oder verteil ter Form bevorzugt werden, beispielsweise Gesteinsmehle, Basalte, Tone, Feldspäte, Glimmer-Mehl, Glas-Mehl, Quarzsand oder Quarz-Mehl, Bauxit-Mehl, Tonerdehydrat und Abfälle der Tonerde-, Bauxit- oder Korund-Industrie, Aschen, Schlacken sowie mineralische Fasermaterialien.
- Weiterhin können organische Fasermaterialien, beispielsweise Cellulose, Fasern oder synthetische Fasern, als verstärkende Füllstoffe anwesend sein. Als Füllstoff ist von besonderem Wert Flugasche aus Steinkohle-Kraftwerken, die Kesseltemperaturen unter 1.6000 C haben. Solche Flugasche ist nicht reaktionsfähig oder steinbildend, jedoch wegen der Feinteiligkeit gut einmischbar.
- Der Vermahlungsgrad und die Korafeinheit sind auf den jeweiligen Verwendungszweck abzustimmen, wobei häufig sehr feine Anteile neben Körnungen bestimmter Größe nebeneinander zweckmäßig sind und die physikalischen Eigenschaften mitbestimmen.
- Eine Färbung, insbesondere durch Pigmentfarben, ist möglich.
- Die Formkörper weisen im allgemeinen nur eine geringe Formschwindung und keine Rißbildung bei der Härtung auf, wobei eine gute Durchmischung der Formmasse Voraussetzung ist.
- Die hohe Bruchfestigkeit erlaubt auch die Herstellung von Formkörpern großer Dimensionen und großflächiger flacher Formkörper, die beispielsweise als Platten für die Verkleidung von Wänden oder für die Deckung von Dächern in Art von Schieferplatten, Klinkern oder Bekleidungen brauchbar sind und dort durch Biegebruchfestigkeit einen besonderen Wert aufweisen.
- Die Formmassen ermöglichen eine gute Formtreue und erlauben bestimmte Oberflächenstrukturen, Aussparungen und Hinterschneidungen auszuprägen.
- Soweit gewollt, kann eine nachträgliche Bearbeitung der Oberfläche durch z.B. Schleifen, Fräsen und Bohren erfolgen. Wenn gewollt, kann die Oberfläche mit einem Lack versehen werden.
- Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Formkörper liegt darin, daß Formkörper erhalten werden, die vielfach keramische Formkörper ersetzen können, jedoch auf energiesparende Weise hergestellt werden, da ein Brennvorgang wie bei keramischen Materialien überflüssig ist.
- Beispiel 1 Elektrofilterasche aus der Hochtemperatur-Steinkohleverbrennung bei 1.600 bis 1,7000 C in Kraftwerken, die ca.
- 50 bis 60 Gew.-% SiO2 in Form von amorphem Glas neben ca.
- 30 Gew.-% Al203 sowie Fe203 und andere Oxide enthält, wird mit einer durch Auflösung von gefällter amorpher Kieselsäure in 50 Gew.-%iger Kaliumhydroxidlösung hergestellter Lösung, die 1,82 Mol SiO2 je Mol E20 enthält, im Gewichtsverhältnis 3 : 2 gemischt und 30 Minuten stehen gelassen, dann werden Quarzsand und Quarzmehl in gleicher Menge, die der genannten Lösung entspricht, zugemischt, die Mischung in Formen gebracht und innerhalb 90 Minuten bei 850 C gehärtet. Biegefestigkeit: 13,1 N/mm2.
- Beispiel 2 272 g der in Beispiel 1 beschriebenen Elektrofilterasche werden mit 106 g der in Beispiel 1 beschriebenen Lösung gemischt und 60 Minuten stehengelassen. Nach Zugabe von 106 g Quarzsand und Formfüllung wird bei 850 C in 30 Minuten gehärtet. Biegefestigkeit: 14,1 N/mm2.
- Beispiel 3 106 g der Elektrofilterasche nach Beispiel 1 und 106 g der Lösung,wie in Beispiel 1 beschrieben, werden mit Füllstoffen, nämlich 126 g Ofenfilterstaub, der bei der elektrochemischen Verarbeitung von Bauxit zu Korund anfällt, und 106 g Flugasche, die in Steinkohle-Kraftwerken, die bei niedrigerer Temperatur arbeiten, als nicht reaktionsfähiger Stoff anfällt, gemischt, in Formen gebracht und innerhalb von 30 Minuten bei 850 C gehärtet. Biegefestigkeit: 12,5 N/mm2.
Claims (2)
- Patentansprüche 1. Anorganische, wasserhaltige, bei niedrigen Temperaturen härtbare Formmasse aus einer anorganischen, festen Komponente und Alkalisilikatlösung mit gegebenenfalls enthaltenden Anteilen von Füllstoffen und Hilfsstoffen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß 0,5 bis 4,0 Gew.-Teile glasartig amorphe Elektrofilterasche mit 45 bis 50 Gew.-% SiO2-Glas, 25 bis 35 ew.-% Al2O3 neben Fe203 je Gew.-Teil Alkalisilikatlösung mit 1,2 bis 2,5 Mol SiO2 je Mol K20 bzw. Na20 enthalten ist.
- 2. Formmassen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wässrige Lösung von Alkalisilikaten ganz oder teilweise durch Auflösen von amorpher dispers-pulverförmiger, wasserhaltiger Kieselsäure in Alkalihydroxiden oder deren wässrigen Lösungen hergestellt wird.
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