DE4138009C2

DE4138009C2 - Verfahren zur Herstellung von feinkörnigem Kalkhydrat

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Publication number: DE4138009C2
Application number: DE4138009A
Authority: DE
Original assignee: Chemical Lime Co
Current assignee: Chemical Lime Co
Priority date: 1990-11-21
Filing date: 1991-11-19
Publication date: 2003-06-12
Anticipated expiration: 2011-11-20
Also published as: CA2055925A1; US5332436A; BE1006309A4; CA2055925C; FR2669327B1; FR2669327A1; DE4138009A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von feinkörnigem Kalkhydrat gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf ein Verfahren zum Erhöhen der spezifischen Oberfläche und der plastischen Eigenschaften von hydriertem Kalk. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur chemischen Modifizierung der Reaktion der Hydrierung von ungelöschtem Kalk mit einem chemischen Modifikator um eine höhere spezifische Oberfläche des Kalkhydrats zu erreichen.

Kalkhydrat wird üblicherweise hergestellt, wenn ungelösch ter Kalk (Kalzium- oder Magnesiumoxid) mit Wasser reagiert. Diese Reaktion ist exotherm mit sich etwa ergebenden 1160.10³ J/kg ungelöschtem Kalk. Das Volumen der Kalkpartikel erhöht sich auf bis zu 94% bei CaO und 119% bei Magnesi umoxid. Die wahrscheinlichste Erklärung für diesen Mecha nismus des Hydrierverfahrens ist, daß die Hydrierung an den aktivsten Stellen des Kalkkristalls beginnt, wodurch ein Volumenanstieg und eine Belastung des Kristalls erfol gen. Die Belastung bewirkt, daß die Kalkpartikel weiter aufbrechen, so daß das Wasser zusätzliche aktive Stellen erreichen kann und das Hydrieren fortgesetzt wird. Diese Aktivität setzt sich fort, bis der gesamte aktive Kalk hyd riert ist. Wenn sich die aktiven Stellen auf den Kalkkris tallen verringern, wird die Hydriertätigkeit verlangsamt und die Wärmeentwicklung wird beendet.

Es ist bekannt, dass eine größere spezifische Oberfläche von Chemi kalien die chemische Aktivität solcher Chemikalien erhöhen. Daraus ergibt sich, daß eine größere spezifische Oberfläche bei vielen Anwendungen ein Vorteil ist. Wenn bei spielsweise Kalk wegen seiner plastifizierenden Eigen schaften verwendet wird, so gestattet eine größere spezifische Oberfläche die Verwendung von verringerten Kalkmengen, wobei jedoch die gewünschte Verarbeitungsfähigkeit erhal ten bleibt.

Die relative Aktivität des ungelöschten Kalks und die Temperatur des Hydratwassers werden die spezifische Oberfläche des sich ergebenden hydrierten Kalks bestimmen. Die chemi sche Aktivität des hydrierten Kalks ist abhängig von der Partikelgröße, und je kleiner die Kristallgröße ist, umso größer ist die spezifische Oberfläche des hydrierten Kalks. Obwohl eine erhöhte Wassertemperatur im allgemeinen vor teilhaft ist, so besteht eine Einschränkung einer erhöhten Temperatur während des Hydrierungsverfahrens, daß das Wasser in einem flüssigen Zustand verbleiben muß, um sehr kleinen Hydratpartikel, die eine große spezifische Oberfläche er geben, zu erzeugen. Wasser in überhitztem Zustand oder Dampfzustand (d. h. Frischdampf) erzeugt Hydrate mit sehr niedriger spezifischer Oberfläche. Solches Hydrat, das unter unkontrollierten Temperaturbedingungen erzeugt wird und das hier als "Hochtemperaturhydrat" bezeichnet wird, ist mit dichterer und schnellerer Erstarrung befunden als eine Hy dratsuspension; es ist in Form von Kitt weniger plastisch, langsamer in der Reaktion beim Ätzen und im allgemeinen minderwertig gegenüber "kontrolliertem Temperaturhydrat", das unter kontrollierten Temperaturbedingungen erzeugt wird.

In dem Artikel "Hydration Control For Production Of Supe rior Calcium Hydroxite And Hydration Of Magnesium Oxide", Azbe Corporation, Februar 1949, wird beispielsweise dieser Aspekt der Kalkhydrierung diskutiert. Der Azbe-Artikel dis kutiert eine mechanische Vorrichtung und ein Verfahren zum Kontrollieren der Temperatur des Hydrierwassers innerhalb des Reaktionsgefäßes. Die mechanische Vorrichtung und das Verfahren der Anwendung sind schwierig und teuer.

Nach einem bekannten Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 werden bereits als Zusatzstoffe zur Vergrößerung der spezifischen Oberfläche des sich bildenden Calciumhydroxids Zucker oder zuckerhaltige Verbindungen und als weitere Zusatzstoffe zur Erhöhung der Fließfähigkeit Glykole und/oder Amide eingesetzt (DE 36 20 024 C2). Es werden zur Zusammensetzung der Zusatzstoffe zwei Komponenten benötigt, von denen die eine überwiegend auf ein günstiges Fließverhalten bzw. optimale Verteilbarkeit und die andere Komponente oberflächenvergrößernd und damit löschverzögernd auf das Kalkhydratpulver einwirkt. Im einzelnen werden 100 Gewichtsanteile hoch reaktiven Feinkalks mit etwa 70 Gewichtsteilen Wasser, dem ein Gewichtsanteil Propylenglykol und zwei Gewichtsanteile Melasse beigemischt wurden, zur Reaktion gebracht.

Das obige bekannte Verfahren soll schon länger zum Stand der Technik gehörende Verfahren zum Herstellen von feinkör nigem Calciumhydroxid ablösen, bei denen zur Verbesserung der spezifischen Oberfläche des Hydratpulvers ein Löschver fahren vorgeschlagen wird, bei welchem dem Löschwasser niedrig siedende Alkohole beigemischt werden ("Trockenge löschtes Kalkhydrat mit großer Oberfläche - ein wirksames Reagenz zur Bindung saurer Abgasbestandteile" (in ZKG Nr. 10/1984)). Die durch den Branntkalk und das Wasser-Alkohol gemisch gebildete Suspension erwärmt sich nur bis in die Nähe des Siedepunkts des Alkohols, so dass dieser während des Löschvorgangs bei konstanter Temperatur weitgehend ab siedet. Das fertige Hydratpulver soll frei von Alkohol sein. Dieses Verfahren war jedoch als aufwendig und technisch, wegen erforderlicher Sicherheitsvorkehrungen, nicht leicht realisierbar anzusehen.

Bereits seit spätestens 1956 wusste man, daß Kalkhydrat allgemein in Plättchenform vorliegt, wenn Überhitzungen vermieden werden (HEYER, K.: "Neuzeitliches Kalklöschen" in Silikattechnik, H. 7/1956, S. 298 bis 299). Als günstigster Temperaturbereich für das Löschen werden 80 bis 100°C ge nannt.

Es ist daher die Aufgabe dieser Erfindung, andere Verfahren zur Herstellung feinkörnigem Kalkhydrats vorzuschlagen, welche effektiv sind.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß dem kenn zeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Das Verfahren beruht auf der Aus wahl besonders geeigneter chemischer Modifikationen und weiterer Verfah rensparameter zur Kontrolle, d. h. Begrenzung der bei der exothermen Hydrationsreaktion steigenden Temperatur des hier auch als Hydrierwasser be zeichneten Wassers, welches an der Reaktion teilnimmt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 1 werden Kalkhydrat kristalle in Form von dünnen, flachen Plättchen, mit einer spezifischen Oberfläche grö ßer als 20 m²/g, anstelle von klumpigen und unebenen Massen er zeugt.

Gemäß den Verfahren wird somit Kalkhydrat mit verbesserten Eigenschaften erzeugt.

Nach dem Verfahren wird Kalkhydrat erzeugt, der in Mörtel in kleineren Anteilen verwendet werden kann als in der bisherigen allgemeinen Praxis, um die von Normen und Stan dards verlangte Handhabbarkeit zu erzielen.

Weiterhin kann durch Einsatz des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hydrierten Kalks in Fertigmörteln die Menge von speziellen Zusätzen hierin ver ringert werden.

Nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 kann hydrierter Kalkschlamm mit sehr hoher spezifischer Oberfläche hergestellt werden, der nahe einer Kesselanlage für fossilen Brennstoff als hochaktives Säuregassorbens für Sprühskrubber einge setzt werden kann.

Auch kann nach Anspruch 1 erzeugter chemisch sehr reaktiver hydrierter Kalk schlamm bei Chemieanlagen, beispielsweise bei rekaustizierenden Vorgängen vorgesehen werden.

Weitere vorteilhafte Verfahrensmerkmale sind in den Unteransprüchen angege ben.

Insbesondere kann nach Anspruch 4 die Hydrierreaktion des Magnesium ent haltenden ungelöschten Kalks, insbesondere Dolomit, erhöht werden.

Dazu sind die Modifikatoren für einen dolomitischen unge löschten Kalk geeignet, die Magnesiumhydrierreaktion auf weniger als eine Stunde ausgehend von einer normalen 24- Stunden-Reaktionszeit zu reduzieren.

Der hydrierte Kalk kann für einen verbesserten Mörtel für Bauzwecke verwen det werden, indem eine Mischung des hydrierten, dolomitischen Kalks mit Port landzement, Sand und Wasser hergestellt wird.

Zusätzliche Merkmale und Vorteile können der folgenden Be schreibung entnommen werden. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 ein Foto eines Hochtemperatur-Hydrats (von einem Abtast-Elektronenmikroskop), erzeugt gemäß dem Verfahren nach dem Stand der Technik und

Fig. 2 ein ähnliches Foto eines kontrollierten Tempera turhydrats gemäß der Erfindung.

Wie dem Fachmann bekannt, kann ungelöschter Kalk (entweder kalziumreicher Kalk, CaO oder dolomitischer, ungelöschter Kalk CaO + MgO) durch einen Löschvorgang mit Wasser hydriert werden, wobei die Reaktion von Wärmeentwicklung begleitet ist. Der speziell hydrierte, ungelöschte Kalk nach der Erfindung wird durch das Einführen eines speziellen chemi schen Modifikators zum ungelöschten Kalk vor der Hydrie rung erzeugt oder zum Hydrierwasser, um ein Hydrat vor zusehen, das unter kontrollierten Temperaturbedingungen erzeugt wird, wodurch die spezifische Oberfläche des sich ergebenden Kalkhydrats vergrößert wird.

Hochaktiver Kalk und hydrierter Kalk mit großer spezifischer Oberfläche kann gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung erzeugt werden. Es können daher entweder kal ziumreiche, ungelöschte Kalke oder dolomitische, un gelöschte Kalke in der Ausführung der Erfindung verwendet werden, je nach der endgültigen Verwendung des sich er gebenden Produkts. Kalziumreicher, ungelöschter Kalk be sitzt mehr als 90% Kalziumoxid sowie weniger als 5% Mag nesiumoxid und einen geringen Anteil inerter Materialien. Dolomitischer, ungelöschter Kalk besitzt im allgemeinen etwa 35 bis 50% Magnesiumoxid, und der Rest ist Kal ziumoxid und ein geringer Anteil an Unreinheiten. Die kalziumreichen Hydrate ätzen stark beim Neutralisieren saurer (acidischer) Verbindungen. Die kleineren Mag nesiumkristalle sehen eine größere Handhabbarkeit als Kal ziumkristalle vor, so daß dolomitischer, ungelöschter Kalk für den Gebrauch in Baumaterialien, beispielsweise Mörtel, gut geeignet ist. Dieser ungelöschte Kalk ist dem Fachmann bekannt und steht kommerziell von einer Reihe von Quellen zur Verfügung.

Das gemäß der Erfindung verwendete Löschwasser kann jedes Wasser von wirtschaftlichem und normalerweise benutztem Ursprung sein. Vorzugsweise soll das Wasser keine hohe Konzentration von Materialien haben, die mit dem un gelöschten Kalk, der zur Bildung von hydriertem Kalk nach der Erfindung benutzt wird, reagiert.

Die bevorzugten chemischen Modifikatoren, die für die Zwecke gemäß der Erfindung geeignet sind, werden aus der Gruppe bestehend aus Äthylenglykol, Diäthylenglykol, Triäthylenglykol, Monoethanolamin, Diethanolamin, Trethanolamin und Mischun gen daraus ausgewählt. Der bevorzugteste Zusatz ist Tri ethanolamin.

Wie bereits erwähnt, wird eine große Menge an Wärme frei, wenn Kalzium oder dolomitischer, ungelöschter Kalk (d. h. die Oxide) mit Wasser reagieren. Diese Wärme wird auf zwei Arten offenbar: 1) die Gesamttemperatur des Sy stems, d. h. die Gesamttemperatur des Hydriergefäßes und 2) die Temperatur im Kern der Kalkpartikel selbst, d. h. die Tempe ratur, die in den Kalkpartikeln und der Partikelmasse vor herrscht. Die Gesamttemperatur des Systems steigt selten über 100°C. Die Temperatur der reaktiven Kalkkristallstellen kann jedoch viel höher sein und überschreitet oft 100°C, wodurch bewirkt wird, daß die Temperatur des Hydratwassers an den aktiven Stellen 100°C übersteigt. Wenn die Tempera tur des Hydratwassers über 100°C steigt, wird die Hydrie rung in einer Dampfatmosphäre durchgeführt. Ein Wachsen der Kristalle und Agglomerieren tritt auf, woraus sich größere Partikelgrößen ergeben, ein dichteres Produkt, schnell erstarrende Suspensionen und weniger Plastizität.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß, wenn die Hydriertemperatur gleichförmiger im gesamten Hydriersystem gemacht werden kann, besonders an den Stel len der Oxidkristalle, so würde sich ein kleinerer hy drierter Kalkkristall mit größerer spezifischer Oberfläche ergeben. Wie erwähnt, haben frühere Versuche, die Tempera tur des Hydrierwassers zu kontrollieren, im allgemeinen nach sich gezogen, die inneren Temperaturen im Reak tionsgefäß unter dem kritischen Stand zu halten mit sehr niedriger Temperatur des Hydrierwassers. Diese Versuche bedeuteten komplizierte mechanische Vorrichtungen, um das Wasser im Reaktionsgefäß zu kühlen und solche Verfahren arbeiteten im allgemeinen weniger als befriedigend und waren teuer in der Verwirklichung.

Bei der vorliegenden Erfindung wird ein spezieller chemi scher Modifikator während des Löschvorgangs verwendet, und zwar in einer Menge, die bewirkt, daß sich die Temperatur des Hydrierwassers innerhalb eines gewünschten Bereichs einstellt, so daß die Reaktion mit einer kontrollier ten Rate fortschreitet, wodurch die Kalkhydroxidkristalle sich in einem langsameren Verhältnis bilden können, ohne die zerreißenden Hydrierenergien der Hochtemperatur-Dampf hydrierung. Der chemische Mechanismus zum Kontrol lieren der Hydriertemperatur schließt daher die chemische Verzögerung des Hydriervorgangs ein, indem die hochaktiven Oxidstellen, die mit Wasser reagieren und Wärme erzeugen, abgeblockt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird durchgeführt durch den Kontakt des chemischen Modifikators mit dem ungelöschten Kalk während des normalen Löschvorgangs, typischerweise in einem nicht unter Druck gesetzten Reaktionsgefäß. Die Abfolge der Zugabe der Bestandteile ist nicht wichtig. Beispielsweise ist es möglich, den chemischen Modifikator dem Wasser zuzugeben und dann das Wasser zum Löschen des ungelöschten Kalks zu verwenden oder den ungelöschten Kalk zu löschen, der vorher mit dem chemischen Modifikator überzogen wurde. Es ist nötig, die richtigen Proportionen des chemischen Modifikators und des ungelöschten Kalks zu verwenden, um das gewünschte kontrollierte Temperatur hydrat zu erhalten. Im Falle des "Kittkalks" gemäß der Erfindung ist es auch nötig, das Verhältnis des Löschwas sers zum Kalk beizubehalten derart, daß sich der ergebende hydrierte Kalk in einem "Kitt"-Zustand befindet. Bei spielsweise sollte der Feststoff-Prozentanteil des Kitts zwischen etwa 40% und 55% beibehalten werden, am bevorzugtesten zwischen etwa 48% und 52%.

Es wurde versucht, das Reaktionsverhältnis des ungelöschten Kalks und des Wassers mit und ohne die Verwendung eines chemischen Modifikators festzustellen, wie in dieser Er findung offenbart. Ein ASTM-Versuch bezüglich des Lösch verhältnisses mit ungelöschtem Kalk und Wasser wurde ent sprechend ASTM C-110 gemacht, der dem Fachmann bekannt ist. Der ungelöschte Kalk wurde mit etwa 4,0 Gew.-% Tri ethanolamin behandelt, basierend auf dem Gesamtgewicht des ungelöschten Kalks. Die innere Temperatur an den aktiven Kristallstellen ist es, die letztlich zu kontrollieren ist und daß der Anstieg der Temperatur des Löschwassers im Reaktionsgefäß in wechselseitige Beziehung zum gewünschten kontrollierten Temperaturzustand gesetzt werden kann. Es hat sich herausgestellt, daß, wenn die Temperatur des Hydrierwassers innerhalb des Reaktionsgefäßes für vier Minuten unter etwa 82°C gehalten wird, ein feinkörni ges Hydrat resultiert.

Die in Tabelle I gezeigten Resultate zeigen, daß un gelöschter Kalk, der mit dem chemischen Modifikator behan delt wurde, ein langsameres Reaktionsverhalten hatte als ein unbehandelter ungelöschter Kalk. Diese Ergebnisse bestätigen den Reaktions mechanismus, wie vorstehend beschrieben, daß der chemische Modifikator der an die aktiven Stellen des ungelöschten Kalks gelangt, das Wasser vom Reagieren abhält. Wenn jedoch die langsamer reagierenden Stellen beginnen, mit dem Wasser zu reagieren, öffnen Deformationsrisse durch Ausdehnung die Kristalle des ungelöschten Kalks und gestatten die Fortführung der Reaktion. Im Falle von dolo mitischem, ungelöschtem Kalk wurde festgestellt, daß der chemische Modifikator überraschenderweise die Reaktion des Wassers und des Magnesiumoxids katalysiert und die Reak tion ausdehnt, bis das Magnesiumoxid völlig hydriert war. Ohne die Verwendung des chemischen Modifikators wird die Reaktion des Magnesiumoxids verzögert, weil die Hydrierung von MgO zu Mg(OH)₂ eine Funktion der Zeit und der Tempera tur ist und die weniger aktiven Stellen werden nicht den gleichbleibenden hohen Temperaturen während entsprechender Dauer ausgesetzt.

Tabelle I

Temperaturanstieg

ASTM C-110 Löschratentest

In einem anderen Versuch wurde die spezifische Oberfläche des erzielten Hydrats gemessen, wobei der ungelöschte Kalk mit verschiedenen Mengen an chemischem Modifikator versetzt wurde. Die Prozentzahlen des Modifikators sind Ge wichtsprozent, basierend auf dem Gesamtgewicht des un gelöschten Kalks, der behandelt wird. Die Ergebnisse sind in der Tabelle II gezeigt.

Tabelle II BET Messungen der spezifischen Oberfläche von kalziumreichen Hydraten

% chemischer Modifikator
Oberflächenbereich (m²/g)
0,0	30,0
1,0	45,0
2,0	54,8
4,0	56,7

Bei Verwendung der Technik des chemischen Modifikators gemäß der Erfindung wurde die spezifische Oberfläche fast verdoppelt, was für schnellere und wirksamere chemische Reaktionsverhältnisse sehr bedeutend ist.

Die Fig. 1 und 2 sind Fotos, aufgenommen von einem Ab tast-Elektronenmikroskop, die die verschiedenen Größen und Formen der hydrierten Kalkpartikel zeigen, hergestellt nach dem Stand der Technik bzw. bei Verwendung des chemischen Modifikators gemäß der Erfindung. Die hy drierten Kalkkristalle, die nach dem Stand der Technik (Fig. 1) erzeugt wurden, sind in Partikeln von etwa 0,3 bis 0,5 µm im Durchmesser verklumpt. Sie sind auch klumpig und uneben in der Form und lassen sich nicht in einzelne Partikel trennen. Ihre Plastifizierungsfähigkeit würde gering sein, da sie nicht um einander herum schlüp fen und gleiten und auch keine beachtlichen Beträge von Schmierwasser enthalten.

Im Gegensatz dazu haben die hydrierten Kalkpartikel nach der Erfindung (Fig. 2) Kristalle, die etwas kleiner als beim Stand der Technik sind (0,2 bis 0,35 µm), und die Kristallformen sind deutlich verschieden. Es sind dünne, flache Plättchen, die sehr wirksam schlüpfen und gleiten, wodurch verbesserte plastifizierende Eigenschaften erzielt werden.

Der modifizierte hydrierte Kalk nach der Erfindung kann, wie gewünscht, für chemische Reaktionen verwendet werden oder zum besseren Handhaben oder Zumessen mit zusätzlichem Wasser verdünnt werden, um einen dünnen Schlamm zu er zeugen. Schlamm kann in Tankbehältern für lange Zeit ohne wenig Bewegung gelagert werden, und zwar wegen der großen spezifischen Oberfläche und der langsamen Erstarrungsrate.

Um die verbesserten Eigenschaften des erfindungsgemäßen Kalkhydrats zu demonstrieren wird ein spezieller Endver brauch - ein Baumörtel - im einzelnen be schrieben. Kalk wird wegen seiner Plastifizierfähigkeit in Mörteln verwendet (Mörtel für den Zweck dieser Erfindung sind eine Kombination von Portlandzement, Plastifiziermit tel, Sand und Wasser), so daß die Handhabbarkeit gegeben ist oder die Fähigkeit, den Mörtel leicht und wirksam zu formen und zu gestalten. Der Mörtel muß für Mauerarbeiten auf der Mörtelplatte für lange Zeit plastisch bleiben (60 Minuten plus) und auf Mauerteilen ausstreichbar sein, ohne während mehrerer Minuten steif zu werden. Diese Anfor derung wird dem Maurer gestatten, den Mörtel über Längen von 3,04 bis 4,57 m auszustreichen, wobei er trotzdem plas tisch ist, so daß eine richtige Bindung vorhanden ist.

Im Falle von Mörtel, der bei Putzarbeiten verwendet wird, muß dieser plastisch und handhabbar bleiben, während er über lange Entfernungen (91,26 bis 182,5 m) in Schläuchen mit kleinem Durchmesser (5,08 bis 10,2 cm im Durchmesser) gepumpt wird, und zwar ohne Sandabsonderungen, Versteifung oder andere Weise, die das Klumpen des Mörtels im Mörtel strom bewirkt.

Im allgemeinen sind Platifiziermittel solche Materialien wie beispielsweise hydrierter Kalk, Lehmmischungen, or ganische Verbindungen, beispielsweise Zelluloseprodukte oder aus Seife gebildete Luftblasen oder andere Arten von Chemikalien, die dazu hergestellt werden, um speziell Luftblasen entstehen zu lassen, wenn der Mörtel mit Wasser gemischt wird.

Mörtel wird in sich drehenden Mischvorrichtungen gemischt, in denen Wasser, Portlandzement und Sand zur gewünschten Festigkeit entsprechend der bevorzugten Anwendung durch den Maurer gemischt werden. Ein Plastifiziermittel wird auch verwendet, vorzugsweise hydrierter, dolomitischer Kalk. Die Proportionen der Zutaten, die im Mörtel verwen det werden, sind im allgemeinen solche, die durch Kodie rungen oder Spezifikationen benannt sind. Beispielsweise Standard C-270 ASTM spezifiziert Mörtel durch Typen, näm lich M, S, N oder O. Jeder Mörteltyp wird spezifiziert, um einen speziellen engen Bereich der Proportionen oder durch benötigte Druckfestigkeit zu erfüllen. Diese Arten sind in der folgenden Tabelle gezeigt:

Typische Mörtelmischungen, ASTM C-270 (Volumenanteile)

Mörtelarten nach Eigenschaft

Mörtelart
einaxiale Druckfestigkeit, 10³ Pa
M	17238
S	12411
N	5171
O	2413

Es wird darauf hingewiesen, daß sich die Handhabbarkeit erhöht, wenn der prozentuale Anteil des Kalks erhöht ist; gleichzeitig verringert sich jedoch die Druckfestigkeit.

Je größer daher die Plastizität des hydrier ten Kalks ist, je weniger kann er verwendet werden. Wenn man weniger Kalk in einem Mörtel verwendet, wird die Druckfestigkeit erhöht.

Der Zustand des Mörtels auf der Platte ist für den Maurer wichtig. Es ist wichtig, daß der Mörtel für den Maurer lange genug handhabbar bleibt, um den Mörtel auf die Mau erstücke auf zubringen, bevor der Mörtel erstarrt, und zwar wegen Wasserverlust, wegen Verdunstung oder vorzeitigem Erstarren des Portlandzements. Jede Zutat, die in den Mörtel eingebracht wird und vorzeitige Erstarrung hervor ruft, entweder durch einen Zusatz oder wegen einer Unrein heit in den Mörtelzutaten, würde sehr nachteilig sein.

Die Handhabbarkeit eines Mörtels wird wird gemessen durch den Betrag an Wasser, das vom Mörtel zurück gehalten wird, nachdem eine Vakuumansaugung vorgenommen wurde. Ein sol ches Prüfverfahren wird beschrieben in ASTM Standard C.91, das sogenannte Wasserrückstands-Prüfverfahren. Nach dem ASTM Mörtel Standard C-270 muß der Mörtel ein Minimum von 75% Wasserrückstand haben. Ein ausgezeichneter Kalkplas tifizierer kann dem Mörtel einen Wasserrückstandswert im Bereich von 90% geben. Ein schlechter Plastifizierer, der einen Mörtel mit einem Wasserrückstandswert von unter 75% ergibt, resultiert in einem schwierig zu handhabenden Mörtel und einem Verlust der Bindungsstärke.

Wenn er im Mörtel verwendet wird, kann der "Kitt" direkt in den Mörtelmischer zugegeben werden und mit Portlandze ment, Sand und Wasser gemischt werden. Das Mischen kann in herkömmlicher Praxis durchgeführt werden, wobei die Richtlinien, wie bereits erwähnt, nach ASTM Mörtel Stan dard C-270 und ASTM Standard C-91 benutzt werden und deren Offenbarung wird hiermit als Referenz eingebracht. Wie gezeigt, kann der speziell behandelte "Kitt"-hydrierte Kalk in einer Mörtelmischung verwendet werden, und zwar bei etwa 13,6 kg (50% Feststoffe) Kitt, um 22,68 kg trockenen, unbehandelten hydrierten Kalk zu ersetzen.

Beim Vermischen des Kalks, des chemischen Modifikators und des Löschwassers nach der Erfindung liegt das Verhältnis von Löschwasser zu ungelöschtem Kalk vorzugsweise zwischen 2,0 : 1 und 3,0 : 1 und am meisten bevorzugt etwa zwischen 2,4 : 1 und 2,7 : 1, so daß ein sich ergebender "Kitt"- Kalk etwa 50% Feststoffe hat. Das Gewichtsverhältnis des chemischen Modifikators zu ungelöschtem Kalk, das für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignet ist, liegt zwischen etwa 0,003 : 1 und 0,040 : 1, am meisten bevor zugt zwischen etwa 0,004 : 1 und 0,010 : 1. Bei diesen Verhältnissen ist der hydrierte Kalk im "Kitt"-Zustand mit etwa 50% Feststoffen.

Das Kalkhydrat mit kontrollierter Temperatur nach der Erfindung kann dann mit Portlandzement, Sand und Wasser gemischt werden, um die erfindungsgemäßen Mörtelzusammen setzungen zu erzeugen. Das Mischen kann in herkömmlicher Praxis durchgeführt werden, wobei die Richtlinien, wie bereits erwähnt, nach ASTM Mörtel Standard C-270 und ASTM Standard C-91 benutzt werden und deren Offenbarung wird hiermit als Referenz eingebracht. Wie gezeigt, kann das speziell behandelte Hydrat in einer Mörtelmischung mit etwa 13,6 kg Kitt verwendet werden, um 22,68 kg trocke nen, unbehandelten, hydrierten Kalk zu er setzen.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne diese in ihrem Bereich zu begrenzen. Ein Beispiel der Wirksamkeit des erfindungsgemäß erzeugten hydrierten Kalks ist das folgende:
Bei Verwendung des Wasserrückstands-Prüfverfahrens, wie in ASTM C.91 ausgeführt, wurde Mörtel erzeugt unter Verwen dung von Portlandzement, Kalk, Sand und Wasser. Ver ringerte Beträge von behandeltem Kalk wurden verwendet und die Wasserrückstandswerte wurden festgestellt. Die Tabelle III gibt die Kalkmenge in der Mörtelmischung an, in der Portlandzement und Sand in Prozenten beibehalten wurden und nur der Kalkgehalt wurde verändert.

Tabelle III

Handhabbarkeit von plastischem Mörtel

Wasserrückstandsverfahren

Im Versuch A mit nur 6,8 kg trockenem Kalk in dem Kitt war der Wasserrückstand höher als in 22,68 kg trockenem Kalkhydrat. Im Versuch D mit nur 1,7 kg Kalk im Kitt war der Wasserrückstand über der ASTM Standard C-270 An forderung für einen annehmbaren. Mörtel und der han delsübliche trockene Kalk mit 11,34 kg erfüllte nicht die Anforderung.

Wenn die relativen Viskositäten des hydrierten, dolomiti schen Kalks nach der Erfindung gemessen werden, zeigt sich, daß in einem Prüfverfahren zum Messen der Viskosität von Schlämmen, die mit dem gleichen Wasser/Kalk-Verhältnis erzeugt wurden, auch die anderen Bedingungen konstant gehalten wurden und das Hydrat ohne Zusatz hatte eine Viskosität von etwa 300 Pa.s. Ein erfin dungsgemäßes Hydrat hat eine Viskosität von 1500 Pa.s, eine fünffache Erhöhung.

Die erfindungsgemäßen Kalkhydrate können wegen ihres er höhten Oberflächenbereichs auch in anderen industriellen Verfahren verwendet werden, beispielsweise beim Waschen von sauren Gasen, um die acidischen Komponenten zu entfer nen, bevor das ausströmende Gas an die Atmosphäre ab gegeben wird. In der Vergangenheit wurden die Schlamm partikel im allgemeinen verwendet, da die nassen Partikel Oberflächenbereiche größer als 50 m²/g hatten. Die trocke nen, hydrierten Kalkpartikel nach dem Stand der Technik hatten Oberflächenbereiche von im allgemeinen unter 20 m²/g. Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens können trockene, hydrierte Kalkpartikel mit Oberflächenbe reichen größer als 50 m²/g vorgesehen sein. Andere Endver brauche für die verbesserten Kalkhydrate nach der Erfin dung werden dem Fachmann bekannt sein.

Die Erfindung hat mehrere Vorteile geschaffen. Das vor liegende Verfahren erhöht den Oberflächenbereich des kal ziumreichen und dolomitischen, hydrierten Kalks, so daß die chemische Aktivität begünstigt wird. Die auf diese Weise erzeugten Kalkhydrate haben eine größere Fähigkeit, das Wasser zurückzuhalten und werden plastischer und beim dolomitischen Kalk ist die Viskosität 500 mal erhöht. Hydrierter Kalk nach der Erfindung besitzt sehr große Oberflächenbereiche, so daß die Schlämme wenig Neigung zeigen, über längere Zeit zu erstarren. Auf diese Weise erzeugter hydrierter Kalk kann sehr nahe an handels üblichen fossilen Brennanlagen hergestellt werden oder an Herstellungsorten von Ätzsoda aus Sodaasche und einen sehr reaktiven Schlamm vorsehen, der zu den Herstel lungsanlagen gepumpt werden kann. Die speziellen Zusätze gemäß der Erfindung erhöhen die Hydrierreaktion der Mag nesiumhydrierreaktion von einer normalen 24-Stundenrate auf etwa eine Stunde. Es ist nicht nötig, Druckverfahren der Hydrierung zu verwenden, um den hydrierten, gebrannten Kalk nach der Erfindung zu er zeugen. Besondere Techniken zum Pumpen des gebrannten Kalks in Druckgefäße ist nach dieser Erfindung nicht nö tig. Der erfindungsgemäße hydrierte Kalk wird keine "Grübchen"-Probleme im fertigen Gips hervorrufen, wenn er nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt wurde. Das Verfah ren nach der Erfindung kann auch benutzt werden, um die Lebensdauer der vorgemischten Mörtel zu erhö hen, beispielsweise sogenannter "Fertigmörtel". Die Verwen dung des hydrierten Kalks, der gemäß der Erfindung behan delt wurde, wird die Abbindungszeit des Fertigmörtels um einen oder mehrere zusätzliche Tage verlängern.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von feinkörnigem Kalkhydrat durch Umsetzung von ungelöschtem Kalk mit Wasser und einem chemischen Modifikator, der wenigstens ein Glykol und/oder ein Amin umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Umsetzung das Wasser in einem Verhältnis von 2 : 1 bis 3 : 1 zu dem ungelöschten Kalk eingesetzt wird, so daß das entstehende Kalkhydrat ein feuchtes Produkt ist, dessen Feststoffanteil 40-55 Gew.- % beträgt, und daß die Umsetzung in Gegenwart des chemischen Modi fikators durchgeführt wird, der ausgewählt ist aus einer Gruppe beste hend aus Äthylenglykol, Diätyhlenglykol, Triäthylenglykol, Monoethyano lamin, Diethanolamin, Triethanolamin und Mischungen daraus und der in einer Menge im Bereich von 0,003 : 1 bis 0,040 : 1 bezogen auf den unge löschten Kalk eingesetzt wird, die ausreicht, um eine Erwärmung des Wassers bei der Umsetzung so zu begrenzen, daß eine Dampfbildung verhindert wird und hydrierte Kalkpartikel in Form von dünnen, flachen Plättchen mit einer Partikelgröße im Bereich von etwa 0,2 bis 0,35 µm und mit einer spezifischen Oberfläche größer als 20 m²/g entstehen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als ungelöschter Kalk ein Kalk eingesetzt wird, der Oxide mit hochaktiven Oxidstellen aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung von Triethanolamin als chemischen Modifikator ein Kalkhydrat mit einer spezifischen Oberfläche größer als 50 m²/g her gestellt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als ungelöschter Kalk ein solcher aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus ungelöschtem Kalk mit hohem Kalziumgehalt und dolomitischem ungelöschtem Kalk besteht.