DK163987B - Fremgangsmaade til fremstilling af hydrauliske bindemidler - Google Patents

Description

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til fremstilling af hydrauliske bindemidler.

DK 163987 B

For at lette læsningen af denne tekst vil der indled-5 ningsvis blive givet nogle definitioner af de anvendte termer: Råmel: en blanding af kalksten (calciumcarbonat) og ler (oxider af silicium, aluminium og jern) i veldefinerede 10 forhold, som er formalet, tørret og homogeniseret med henblik på fremstilling af portland-cementklinker.

Klinker: et produkt fremstillet efter termisk behandling af råmel i en cementovn ved 1450 °C, som i hovedsagen 15 indeholder calciumaluminater, aluminoferriter og calcium-silicater. Klinker er et hydraulisk produkt, som efter afsluttende formaling med nogle procent gips fører til produktet standardiseret portland-cement.

. 20 Gipstilsætning: operation, ved hvilken der tilsættes nogle få procent gips (CaSO^, 2 1^0) ved klinkerformalingen til indstilling af cementens afbindingstid.

Puzzolan: lerholdigt produkt, som har været underkastet 25 en dehydroxylerende varmebehandling, som bibringer produktet evnen til at reagere med kalk ved hærdning af portland-cement.

Før 1960'erne blev råmelets komponenter blandet i form af 30 en vandig slam indeholdende 30-35% vand. Dette vand måtte fjernes ved fordampning før brændingen af råmelet, således at den ved fremstilling af klinker anvendte energi da var af størrelsesordenen 1500 kilokalorier pr. kilo klinker. Senere kom muligheden for at fremstille en god rå-35 melsblanding ad tør vej og åbnede mulighed for tilvejebringelse af en betydelig forbedring af det termiske udbytte ved den såkaldte tørproces. Senere har man opnået

DK 163987 B

2 en yderligere reduktion af energiforbruget til 800 kilokalorier pr. kg klinker ved tilvejebringelse af en mere effektiv varmeveksling i cementovnene.

5 Dette varmeforbrug repræsenterer omtrent den praktiske grænse ved fremstilling af gængse klinker, dvs., at det indtil nu ikke har været muligt at tilvejebringe en yderligere energireduktion.

10 Det står således klart, at fremstillingen af cement kræver betydelige energimængder. F.eks. figurerer den franske cementindustri som den næststørste energiforbruger.

15 Det er således ikke vanskeligt at forstå, at alle cementproducenter permanent forsøger at nedskære energiforbruget for at formindske deres omkostninger.

Det kan endvidere tilføjes, at cementindustrien stadigvæk 20 trods anvendelsen af tørmetodeteknikken repræsenterer en forureningskilde på grund af ovnenes høje driftstemperatur. Under disse betingelser er det nødvendigt at arbejde med betydelige installationer til beskyttelse af miljøet, hvilket medfører yderligere omkostningsforøgelser i for-25 bindelse med vor tids fremstilling af hydrauliske bindemidler.

I dansk fremlæggelsesskrift nr. 154 897 omtales en fremgangsmåde til fremstilling af hydrauliske bindemidler med 30 varierende egenskaber ved udtagning af varmebehandlet (ved temperaturer fortrinsvis mellem 450 °C og 900 °C) støvformet til cementklinkerfremstilling beregnet materiale som en delstrøm, der efter afkøling anvendes til fremstilling af de hydrauliske bindemidler. I denne for-35 bindelse omtales ingen regulering af carbondioxidpartialtrykket, ej heller en mulig indflydelse heraf på produkterne .

DK 163987 B

3

Den til grund for opfindelsen liggende opgave går ud på at afhjælpe disse ulemper og tilvejebringe en hidtil ukendt fremgangsmåde til fremstilling af hydrauliske bindemidler, som arbejder ved lavere temperatur, åbner 5 mulighed for at undgå udsendelse af forurenende stoffer, fordi processen gennemføres ved ca. 900 °C, og som tillader en betydelig energimæssig besparelse.

Det har nu overraskende vist sig, at det er muligt at 10 fremstille hydrauliske bindemidler med forbedret kvalitet i forhold til de ved de gængse metoder fremstillede hydrauliske bindemidler.

Dette sker ved den her omhandlede fremgangsmåde til frem-15 stilling af et hydraulisk bindemiddel af den i krav l's indledning beskrevne art, hvilken fremgangsmåde er ejendommelig ved det i krav l's kendetegnende del anførte.

Ved den kemiske fremstilling af hydrauliske bindemidler, 20 såsom cement, foretager man en fuldstændig termisk dekom-ponering af det i råmelet tilstedeværende calciumcarbo-nat, således at det herved dannede calciumoxid ved forhøjet temperatur (1200-1450 °C) kan reagere med oxiderne af jern, aluminium og silicium til dannelse af klinkernes 25 hydrauliske faser.

Ifølge den foreliggende opfindelse hindres fuldstændig decarbonatisering af calciumcarbonatet, idet decarbonati-seringen begrænses til alene at føre til dannelse af ak- 30 tive kalkforbindelser.

Det er kendt, at den termiske dissociation af calciumcar-bonat er en ligevægtsreaktion, hvis temperatur afhænger af partialtrykket af carbondioxid i reaktionsbeholderen.

35 Ved et tryk på 1 atmosfære er denne temperatur af størrelsesordenen 920 °C. Ifølge opfindelsen opvarmer man således til en temperatur mellem 700 og 900 °C uden dekom-

DK 163987 B

4 ponering af calciumcarbonatet, idet der opretholdes et passende CC^-tryk.

Når calciumcarbonat i denne tilstand findes sammen med 5 tilstrækkeligt reaktive oxider af jern, aluminium og silicium (f.eks. fremkommet ved termisk aktivering af ler) ved en temperatur, ved hvilken dannelsen af simple eller komplekse kalkforbindelser er termodynamisk mulig, vil der kun foregå dekomponering af det calciumcarbonat, 10 som indgår i de dannede forbindelser.

På den anden side svarer det anvendte temperaturinterval (700-900 °C) til det temperaturinterval, hvor der foregår mere eller mindre fuldstændig dehydroxylering af en lang 15 række hydrater og lerarter under dannelse af særdeles reaktive oxider. Denne kontrollerede dehydroxylering er kendt i forbindelse med fremstilling af kunstige puzzo-laner. Ifølge den foreliggende opfindelse er det således blevet muligt samtidigt at tilvejebringe aktiveringsreak-20 tioner for de hydratholdige faser og dannelsesreaktioner for kalkholdige forbindelser ud fra et passende udgangsmateriale, som behandles ved en temperatur valgt i forhold til det herskende partialtryk af carbondioxid, som modvirker dissociationen af calciumcarbonatet.

25

De ved de ovenfor beskrevne betingelser dannede forbindelser (aktive oxider og kalkforbindelser) er kendetegnet ved en særdeles dårligt organiseret struktur, som faktisk bibringer disse deres reaktivitet. Da de kalkholdige for-30 bindeiser på den anden side aldrig kommer i forbindelse med et overskud af calciumoxid under deres dannelse, har de sædvanligvis en meget lav kalkmætningsgrad. Dette medfører, at det ifølge opfindelsen dannede aktive produkt kun kan udvikle sine hydrauliske egenskaber fuldstændigt 35 i nærværelse af et aktiverende materiale, som danner calciumhydroxid, såsom klinker eller et vilkårligt andet aktiverende materiale med tilsvarende fysisk-kemisk virk-

DK 163987 B

5 ning (en betydelig virkning tilvejebringes allerede med en mængde på ca. 5% af et sådant materiale). På samme måde sikrer en optimal gipstilsætning de bedste resultater.

5 De anvendte driftbetingelser, hvor der arbejdes ved en relativt lav temperatur, således at man undgår dissoci-ering af uomsat calciumcarbonat, gør det muligt at tilvejebringe en fordelagtig termisk balance, idet denne termiske dissociation af calciumcarbonatet udgør hoved-10 parten af energiforbruget. Desuden opnås en stærkt formindsket forurening af atmosfæren. Faktisk kræver fremstilling af et kg aktivt produkt kun ca. 400 kilokalorier.

15 Den ovenfor beskrevne termiske behandling kan med fordel gennemføres i en flammeovn, idet der arbejdes med et brændstof og ved forbrændingsbetingelser, som sikrer det størst mulige indhold af carbondioxid.

20 Den her omhandlede fremgangsmåde kan også gennemføres i en ovn med fluidiseret masse, som arbejder under en passende atmosfære.

Den kemiske kontrol med den termiske behandling af pro-25 duktet kan uden vanskelighed gennemføres ved standardiserede bestemmelser af glødetab, C^-indhold af frit kalk og indhold af uopløselig rest.

Valget af råmateriale baseres på følgende betragtninger: 30

Det behandlede råmateriale skal udvise den størst mulige kontakt mellem calciumcarbonat og de hydratiserede faser. Råmaterialet kan være naturligt forekommende, f.eks. i form af mere eller mindre kalkholdige lerarter, merler 35 samt visse skiferarter, men det kan også være kunstigt fremstillet, f.eks. en blanding af findelte materialer eller coprecipiterede materialer, f.eks. fra vandbehand- 6

DK 163987 B

ling.

I visse tilfælde kan der tilsættes kemiske mineralise-ringsmidler til fremme af reaktionerne. Da reaktionerne 5 foregår i fast fase, bør gensidig indbyrdes fortynding af hovedkomponenterne, dvs. de hydratiserede og de carbonat-holdige faser, undgås.

I det følgende illustreres opfindelsen nærmere ved et 10 eksempel.

Der blev fremstillet et hydraulisk bindemiddel indeholdende 80% af et produkt fremstillet ifølge opfindelsen og 20% gængse klinker, som med optimal gipstilsætning førte 15 til produkter med følgende styrkeværdier for en ISO-mør-tel: _Bøj etrækstyrke_Trykstyrke 20 2 dage 2,55 Mpa 11 Mpa 7 dage 5,60 Mpa 31 Mpa 28 dage 7,80 Mpa 48 Mpa 3 måneder 8,40 Mpa 53,60 Mpa 6 måneder 8,70 Mpa 55,60 Mpa 25 _

Ifølge opfindelsen tilvejebringes således et hydraulisk bindemiddel af særdeles god kvalitet. Den her omhandlede fremgangsmåde er særdeles energibesparende, og der til-30 vejebringes en betydelig mindsket forurening.

35

Claims (2)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af hydrauliske binde-5 midler omfattende udvælgelse af et råmateriale indeholdende omhyggeligt sammenblandede lerholdige faser og calciumcarbonat og varmebehandling af sådant materiale ved en temperatur ikke overstigende 900 “C, kendetegnet ved, at den består af fremstilling af et ak-10 tivt produkt ved følgende behandlingstrin: - varmebehandling af det i kravets indledning beskrevne materiale ved en temperatur mellem 700 °C og 900 °C; 15. påføring under varmebehandlingen af materialet af et tilstrækkelig stort carbondioxidpartialtryk til at modvirke den termiske dissociation af calciumcarbonatet ud over det, som direkte kombinerer sig med de lerholdige faser; 20 - samtidig opnåelse af aktivering af de lerholdige faser ved dehydroxylering, puzzolanisk aktivering, og direkte reaktion mellem sådanne dehydroxylerede lerholdige faser og en del af calciumcarbonatet til dannelse af calcium- 25 forbindelser med potentielle hydrauliske egenskaber uden dannelse af frit calciumoxid, og - blanding af det således opnåede aktive produkt med et aktiverende materiale til fuld udvikling af det aktive 30 produkts hydrauliske egenskaber, hvorved mængden af det aktive produkt i blandingen ikke overstiger 95%. 1

2 Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det aktiverende materiale danner calciumhydroxid. 35 2 Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det aktiverende materiale er gængse klinker.