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Verfahren zur Herstellung fester Materialien, die aus zusammengefügten
festen Teilchen bestehen Dde Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung fester
Materialien, die aus zu einer festen Masse zusammengefügten festen Teilchen bestehen.
Das Wort Material ist hierbei so zu verstehen, daß es die feste Masse- selbst und
auch die Formkörper oder Gegenstände einschließt, die aus dieser Masse hergestellt
werden. Feste Materialien dieser Art sind z. B. keramische Materialien unter Einschluß
der feuerfesten Materialien, drie zur endgültigen Einbindung bei hohen Temperaturen
gebrannt werden müssen. Es sind auch geformte Kohlekörper darunter zu verstehen,
die zu einer festen Masse zusammengefügte Kohleteilchen enthalten, z. B. Kohleelektroden
und andere Kohlekörper, soweit sie bei hohen Temperaturen, z. B. zur Graphitisation,
gebrannt werden müssen. Bei der Herstellung solcher Materialien ist es üblich, die
festen Teilchen als plastische Masse aufzuarbeiten, der ein zeitweilig wirkendes
Bindemittel beigefügt wird, um der Masse vor dem Brennen die grüne Festigkeit
zu erteilen.
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Es sind a"uch solche festen Materialien eingeschlossen, die nicht
bei hohen Temperaturen ge-
brannt zu werden brauchen und die durch ein D!auerbin#deniittel
en-dg-ffltig eingebunden werden. Beispiele solcherMaterialien sindKohleformkörper,
die nicht gebrannt werden müssen, und Brennstoffbriketts, die aus Kohleteilchen
oder aus anderen festen kohlenstoffhaltigen Materialien bestehen.
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Bei der Herstellung von festen Materialien der oben beschriebenen
Art kann, als zeitweilig oder dauernd wirkendes Bindemittel für die zusammenzufügenden
Teilchen
ein. Kohle-Amin-Peptisations-Gemisch verwendet werden, das fäbdg ist, durch Hitze
erhärtet zu werden. Das Kolile-Ainin-Pe-ptisations-Gemisch wird durch die Einwirkung
eines flüssigen aliphatischen oder araliphatischen Amins auf gewisse kohlenstoffhaltige
Stoffe erzeugt, wobei das Amin die innere Struktur des kohlenstoffhaltigen Stoffes
ganz oder zu einem wesentlichen Teil in Teilchen aufbricht oder peptisiert, die
nahezu kolloidule Dimensionen haben.
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Bei einem solchen Verfahren wird eine Masse zubereitet, welche die
festen Teilchen in Mischung mit dem Kohle-An-lin-Peptis#ations-Gemisell enthält
und welche zur Erhärtung des Kohle-Amin-Peptisations-Gemisches auf eine Temperatur
erhitzt wird, !die zwischen 8o' C und einer Temperatur liegt, die kleiner
ist als die Zersetzungstemperatur des kohlen;stoffhaltigen Stoffes, der zur Erzeugung
des Gemisches verwendet: wird. Zur Zubereitung der Masse wer-den die festen Teilchen
entweder mit dem vorher gebildeten Kohle-Amin#Peptisations-Gemisch, das schon nahezu
das ganze Ainin in adsorbiertem Zustand auf den peptisierten Kohleteilchen enthält,
oder mit einem Gemisch aus Amiti und kohlenstoffhaltigem Stoff gemischt, das zur
Bildung eines Kohle-Amin-Peptisations-Geniisches an Ort und Stelle führt.
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Es wurde nun gefunden, daß zur E4nbindung fester Teilchen, die aus
gewissen kohlenstoffhaltigen Stoffen bestehen oder diese als Unreinigkeit cnthalten,
ein aliphatisches oder araliphatisches Amin allein mit diesen Teilchen gemischt
werden kann und dann auf eine kleine Menge des kohlenstoffhaltigen Stoffes derart
einwirkt, daß ein Kohle-Amin-Peptisatiolis-Gemisch entsteht, das nach der Erhärtung
unter Hitzeeinwirkung als Bindemittel für die festen Teilchen dient.
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Die kohlenstoffhaltigen Stoffe, aus denen die festen Teilchen bestehen
oder die sie als Unreinigkeiten enthalten mü#ssen und die im folgenden als peptis,ierbare
kohlenstoffhaltige Stoffe bezeichnet werden, sind kohlenstoffhaltige Stoffe, die
aus umgewandelten und zugrunde gegangenen Pflanzen entstanden sind, von der hochwertigen
Stein-kohle herunter bis zur B#raunkohle und zum Torf, vor allem aber bituminöse
Kohle und auch Teerprodukte, die aus der thermischen Zersetzung kohlenstoffhaltiger
Stoffe herrühren.
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Gemäß der Erfindung besteht das Verfahren zur Herstellung fester Materialien,
die aus zusammengefügten Teilchen bestehen, darin, daß eine Masse. welche die festen
Teilchen in Milschung mit einem Kohle-Amin-Peptisations-Gemisch enthält, zubere-itet
wird, indem die festen Teilchen, die aus peptisierbarem kohlenstoffhaltigem Stoff
bestehen oder einen solchen eilthalten, mit einem aliphatischen oder einem araliphatischen
Amin gemischt werden und die Masse auf eine Temperatur erhitzt wird, die zwischen
8o' C und einer Temperatur liegt, die kleiner ist als die Zersetzungstemperattir
des kohlenstoffhaltigen Stoffes.
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Nach den obigen Angaben werden aliphatische oder araliphatische Amine
verwendet. Der -Amsdruck araliphatische Amine bedeutet hierbei ein Amin, in welchem
eine Aminagruppe an dem aliphatischen Teil eines organischen Restes hängt, der teilweise
aromatisch nir.d teilweise aliphatisch ist. Als besonders geeignete Amine sind folgende
zu nennen,: primäre aliphatische Monamine, die nicht mehr als 12 Kohlenstoffatome
enthalten, z. B. n-Propylamin, Isopropylamin, a-Methylpropyla-rniii, ii-Amylamin,
n-Dodecylamin, Allylamin; Alkylendiamine, die nicht mehr als 6 Kohlenstoffatome
in der aliphatischen Kette enthalten, z. B. Äthylendiamin, Propylendiamin oder Hexamethylendiamin;
Polyalkylenpolyamine, die mindestens eine primäre Aminogruppe enthalten, z. B. D,iiäthylentriamin,
Triäthylentetramin und Tetraäthvlenpentamin; araliphatische Amine, z. B. Benzyfamin
oder fl-Phenyläthylamin, und aliphatische Hydroxyamine, die primäre, sekundäre oder
tertiäre Aminogruppen enthalten, insbesondere Monoäthanolamin, Diäth-anol,amin,
Triäthanolamin oder N-Hydroxyäthyläthylendiamin. Anstatt ein einziges Amin zu verwenden,
kann eine Mischung von zwei oder mehr Aminen benutzt werden.
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Das Amin kann mit den festen Teilchen in flüssigem oder festein Zustand
gemischt werden. Im letzteren Falle ist es jedoch notwendig, das Amin nach der Mischung
durch Hitze zu verflüssigen, so daß es auf den kohlenstofthaltigen Stoff einwirken
und mit diesem das Kohle-Amin-Peptisations-Gemisch bilden kann. Wenn es erwünscht
ist, vor der Hitzebehandlung eine plastisch.-Masse zu erzeugen, kann ein flüssiges
Am#in verwendet werden, um die gewünschte Plastizität zu erhalten. Es können auch
beschränkte Mengen anderer flüssiger Verdünnungsmittel, z. B. Wasser, die
das Gewicht des Amins nicht übersteigen, für diesen Zweck verwendet werden. Sie
:dürfen jedoch nicht beigegeben werden, bevor die Peptisationswirkun- des Amins
vollendet ist, weil die Gegenwart eines Verdünnungsmittels für diese Peptisationswirkung
des Amins abträglich ist.
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Der Grad der Erhärtung, der durch die Hitzeein-,virkung erzeugt wird,
ist in dem oberen Teil des oben angegebenen Temperaturbereiches größer als in dem
unteren Teil. Im allgemeinen werden die besten Härteerg, gebnisse bei Temperaturen
von 2oo bis 300' C erreicht, jedoch genügt der Grad der Erhärtung,der bei
8o' C erreicht wird, vorteilhaft aber derjenige beii etwa ioo'
C für viele Zwecke.
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Die Erfindung kann zur Herstellung einer großen Zahl von festen Materialien
aus festen Teilchen verwenidet werden, die aus einem peptisierbaren kohlenstofffialtigen
Stoff bestehen oder einen solchen enthalten und bei deren Herstellung das K#o"hle-Arniin-Peptiis#a,tions-,G#misch
als zeitweilig oder dauernd wirkendes Bindemittel dient. Die festen, Teilchen können
solche eines nicht kohlenstoffhaltiggen Materials sein, das einen peptisierbaren
kohlenstoff1altigen Stoff als Unreinigkeit enthält, z. B. keramische unter Einschluß
feuerfester Materialien, die eine solche Unreinigkeit enthalten. Ein Beispiel für
ein solches Material ist
die Flugasche aus mit staubförmigem Brennstoff
arbeitenden Feuerungen. In diesem Zusammenhang sind auch noch Kohleteilchen zu erwähnen,
die peptisierbaren kohlenstoffhaltigen Stoff als Unreinigkeit enthalten und die
zur Erzeugung von Kohlekörpern geeignet sind. Darüber hinaus können Kohleteilchen
oder ein anderer peptisierbarer kohlenstoffhaltiger Stoff zur Bildung von Brennstoffbriketts
eingebunden. werden.
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Für die Herstellung von festen Materialien, z. B. keramischen einschließlich
feuerfesten Materialien, und von Kohlekg#rpern, die bei hohen Temperaturen gebrannt
werden müssen, werden feste Teilchen, die einen peptisierbaren kohlenstoffhaltigen
Stoff als Unreinigkeit enthalten. mit dem Amin gemischt. Das Gemisch wird zu einer
plastischen Masse verarbeitet,welche die Teilchen inMischung mit einem Kohle--,#,min-Peptisations-Gemisch
enthält, das aus der Einwirkung des Amins auf den kohlenstoffhaltigien Stoff entsteht.
Die plastische Musse wird erhitzt, um ihr eine grüne Festigkeit zu verleihen, die
von der Erhärtung des Kohle-Amin-Peptisations-Gernisches herrührt, und die erhärtete
Masse wird sodann gebrannt. Zur Herstellung von Forinkörpern kann der plastischen
Masse z, B. durch Verformen, Stampfen, Pressen, Gießen oder Drücken die gewünschte
Gestalt verliehen werden. Eine Erhitzung, auf etwa ioo' C
genügt im allgemeinen,
um die grüne Festigkeit zu erreichen.
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Auf diese Weise können keramische Gegenstände, wie Ziegel oder Mauersteine,
aus Flugasche hergestellt werdend, die kohlenstoffhaltige Unreinigkeiten enthält.
Flugasche kann bis zu 401/o kohlenstoffhaltiger Unreinigkeiten enthalten, von welchen
alle oder ein großer Teil peptisierbar sind. Wenn bisher Flugasche zur Herstellung
keraiiiischer Gegenstände verwendet worden ist, ist es im allgemeinen wünschenswert
gewesen, zunächst die kohlenstoffhaltigen Unreinigkeiten durch Ausbrennen zu beseitigen,
weil ihr Ausbrennen während des Brennens der grünen Gegenstände die G,-fahr eines
Aufbrechens oder einer unerwünschten Ausdehn,ung der Gegenstände mit sich bringt.
Bei dem Verfahren gemäß,der vorliegenden Erfindung werden diese Schwierigkeiten
beträchtlich vermindert oder sogar ganz vermieden, weil die Gegenwart des erhärteten
Kohle-Amin-Peptisations-Gemisches zu einem gleichmäßigeren Ausbrennen des Kohlenstoffes
während des Brennens führt.
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Zur Herstellung fester Materialien, z. B. von Kohlekörpern oder Brennstoffbriketts,
die nicht gebrannt zu werden brauchen und in weiche die festen Teilchen durch ein
dauernd wirkendes Bindemittel eingebunden sind, werden die festen Teilchen, die
aus einem peptisierbaren kohlenstoffhaltigen Stoff bestehen oder einen solchen,
enthalten, mit dem Amin gernischt, um eine Masse zu bilden, welche die Teilchen
in Mischung mit einem Kohle-Amin-Peptisations-Gemisch enthält, das aus der Einwirkung
des Amins auf den kohlenstoffhaltigen Sto#ff eritsteht, worauf die Masse erhitzt
wird, um das Kohle-Amin-Pepti#gations-Gemisch zu erhärten. Zur Erzeugung v
. on Formkörpern kann die Masse in plastischem Zustand geformt werden. Sie
kann jedoch auch in Pulverform zubereitet und sodann unter Hitze und Druck verfürmt
werden.
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Die folgenden Ausführungsbeispiele erläutern die Erfindung (die angegebenen,Teile
der betreffenden Stoffe sind jeweils Gewichtsteile). Ausführungsbeispiel i Ein Ziegel
wird folgendermaßen hergestellt: 5o Te#ile Flugasche, die 5,6% kohlenstoffhaltiger
Unreinigkeiten enthält, werden mit 8 Teilen Monoäthanolamin gemischt. Die
so gewonnene plastische Masse wird in Gestalt eines Ziegels unter einem Druck von
78,75 kg/C1cm verformt. Der Ziegel wird dann 12 Stunden lang bei einer Temperatur
von 1000 C erhitzt und hierauf bei io5o' C gebrannt. Ausführungsbeispiel
:2 Mauersteine werden folgendermaßen hergestellt: 5oo Teile Flugasche, die 20,31/o
kohlenstoffhaltiger Unreinigkeiten enthält, werden mit 7oo Teilen eines körnigen#
Materials gemisccht, das aus der gleichen Flugasche durch Xalzinierung und Mahlung
entsprechend einem Durchgang durch ein 3,2-mm-Sieb hergestellt wird. Die kohlenstoffhaltigen
Unreinigkeiten werden hierbei während der Kalzination verbrannt. Das Gemisch wird
zu einer plastischen formbaren Masse veraxheitet, indem go Teile Monoäthanolarnin
hinzugegeben wer-den. Die Masse wird sodann unter einem Druck von 78,75 kgfqcm
zu Mauersteinen verformt, Die Mauersteine werden 12 Stunden lang bei ioo'
C
erhitzt und anschließendbei io5o' C gebrannt. Ausführungsbeispiel
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Rrennistoffbriketts werden folgendermaßen hergestellt: Eine mittelbackende
Yorkshire-Kohle mit einem Kohlenstoffgehalt von 84% nach Parrs Formel, einem Gehalt
an flüchtigeni Bestandteilen von 33 '/0, und einer BSI-Quellzahl (nach den
Normen des British Standards Institute) von 5
wird so gemahlen, daß es durch
ein Sieb Nr. 30
(DIN 1171) hind-urchgeht. ioTeile der gemahlenen Kohle werden
mit i Teil -Nionoäthanolamin oder Benzyla,min vermischt, und die Mischung wird unter
einem Druck von 315 kg/qci-n zu ovalen Körpern verformt. Die Formkörper werden
dann 2 Stunden lang bis auf 300' Cerhitzt. Die so erzeugten Briketts haben
eine Druckfestigkeit von etwa 70,3 kg/qcm und einen guten Abriebwiderstand
sowohl vor als auch nach der Karbonisation bei Soo' C.
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Die B;SI-Quellzah,len werden unter den im britischen Normblatt ('British
Standards Specification) ioi6/194-- auf S. 64ff. angegebenen Versuchsbedingungen
bestimmt. Bei diesen Versuchen wird die luftgetrocknete Kohle gemahlen, bis sie
eine bestimmte Feinheit besitzt. i g der gernahlenen Kohle
wird
in einen Schmelztiegel mit bestimmten Ab-
messungen eingewogen, der leicht
beklopft wird, um eine ebene Oberfläche der Kohle zu erzielen. Der Schmelztiegel
wird mit einem Deckel verschlossen und auf einen Dreifuß aus Kie-selerde gestellt,
der gegen Luftzug geschützt angeordnet ist. Der Schmelztiegel wird mit einem TeeIn-Gasbrenner
von 13 min Dürchrnesser erhitzt, der eine 30 cm hohe Flamme gibt. *Die Erhitzung
wird so lange fortgesetzt, bis die Flamme der brennenden, flüchtigen,Bestandteile
der Kohle erlischt, und dauert auf jeden Fall mindestens 21/2 MInuten. Nach Abkühlen
des Schmelztiegels wird das verkokte Stück entfernt und der Umriß mit den genormten,
in Fig. io, S. 69 dargestellten und von i bis io numerierten Umrissen; verglichen.
Die Nummer des entsprechenden, passenden Umrisses ergibt die Quellzahl. Der Versuch
wird mit jeder zu prüfenden Kohlensorte viermal wiederholt.