DE3512516C2

DE3512516C2 -

Info

Publication number: DE3512516C2
Application number: DE3512516A
Authority: DE
Inventors: Hans-Werner 5210 Troisdorf De Engels; Karl-Heinz Dipl.-Chem. Dr. 5653 Leichlingen De Neuschaeffer; Paul Dipl.-Chem. Dr. 5210 Troisdorf De Spielau
Original assignee: Huels Troisdorf AG
Current assignee: Huels Troisdorf AG
Priority date: 1985-04-06
Filing date: 1985-04-06
Publication date: 1988-11-10
Also published as: DE3512516A1

Description

Die Erfindung betrifft eine anorganische Formmasse aus Alkalisilikatlösungen und Elektrofilterasche als aktive, steinbildende Komponente sowie ggf. Füllstof fen.

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 150°C, im Regel fall höchstens 100°C, wobei hohe Biegefestigkeiten er reicht werden. Derartige Biegefestigkeiten sind ver gleichbar 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, steinbilden de Komponente.

Nach DE-OS 32 46 621 und DE-OS 32 46 602 ist ein Oxid- Gemisch aus SiO₂ und Aluminiumoxid eine steinbildende Komponente, wobei dieses Oxid-Gemisch aus amorphem SiO₂ und aus im wesentlichen kristallinem Aluminiumoxid so wie weiteren Komponenten besteht. Dieses Oxid-Gemisch ist wasserfrei und entsteht insbesondere bei speziellen Pro zessen, besonders als Staub, durch Abscheidung aus der Dampf- oder Gasphase, bei der Herstellung von Korund.

Ein solches Oxid-Gemisch hat sehr stark wechselnde Zu sammensetzungen und eine ständig wechselnde, nicht vor herbestimmbare Aktivität als steinbildende Komponente.

Solche Oxid-Gemische sind daher schwierig zu bearbeiten und erfordern eine Bestimmung der Aktivität als stein bildende Komponente durch Versuche und anschließende Vermischung von Materialien verschiedener Aktivität zu Standardmaterialien.

Es bestand daher die Aufgabe, eine wasserhaltige, härt bare 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 die Verwendung von 0,5 bis 4,0 Gewichtsteile glasartig amorpher Elektrofilterasche, ent haltend 45 bis 60 Gew.-% SiO₂-Glas, 25 bis 35 Gew.-% Al₂O₃ neben Fe₂O₃, je Gewichtsteil Alkalisilikatlösung mit 1,2 bis 2,5 Mol SiO₂ je Mol K₂O bzw. Na₂O zur Herstellung anorganischer, wasserhaltiger, bei Temperaturen von 60 bis 100°C härtbarer Formmassen aus einer anorganischen, festen Komponente und Alkalisilikatlösung.

Diese sogenannte Elektrofilterasche entsteht nur in Steinkohle-Kraftwerken mit Brennkammer-Temperaturen von 1600 bis 1700°C und ist aufgrund dieser Entstehung von gleichartiger Reaktivität ein Bestandteil der Formmasse. Die Elektrofilterasche scheidet sich in solchen Kraftwer ken in den Elektrofiltern aus den Rauchgasen ab und ist dementsprechend feinteilig.

Im Regelfall liegt die Korngröße zu 65% unter 10 µm, zu 80% unter 20 µm und 90% unter 60 µm. Die Analyse der meisten Proben liegt bei 48 bis 52 Gew.-% SiO₂, 25 bis 30 Gew.-% Al₂O₃ und 8 bis 11% Fe₂O₃, wobei weitere Be standteile nur in geringen Mengen enthalten sind.

Die Elektrofilterasche ist nach der Erscheinung ein silikatisches Glas, überwiegend ein Aluminiumeisensili kat-Glas mit enthaltenden Anteilen anderer Oxide.

Obwohl Gläser im allgemeinen eine geringe Reaktionsfähig keit mit Alkalien besitzen, hat die Elektrofilterasche ein großes Reaktionsvermögen mit der genannten Alkalisi likatlösung.

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, wo bei dann ein Teil der Elektrofilterasche nicht aktiv an der Steinbildung teilnimmt. In diesem Fall kann Elektro filterasche 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 K₂O bzw. Na₂O enthalten. In Alkalisilikat lösungen ist K₂O gegenüber Na₂O bevorzugt. Die Alkalisi likatlösungen sollen Alkali im Überschuß enthalten. Sehr bevorzugt werden solche Alkalisilikatlösungen durch Auf lösen von amorpher dispers-pulverförmiger, wasserhaltiger Kieselsäure, der sogenannten gefällten Kieselsäure, er halten. Dabei wird bevorzugt eine Lösung der Alkalihy droxide oder festes Alkalihydroxid unter Zusatz von Was ser mit der gefällten Kieselsäure zur Reaktion gebracht.

Zur Herstellung der Formmasse werden die Komponenten ge mischt, 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 kön nen in der Form oder bevorzugt nach Entformung gehärtet werden, wobei Temperaturen zwischen 60 und 100°C bevor zugt und überraschend ausreichend sind. Die Härtungszeit ist vergleichsweise kurz und liegt zwischen 20 und 40 Mi nuten.

Es werden Formkörper mit einer überraschend hohen Biege festigkeit erhalten, welche 10 N/mm² übersteigt und bei Werten bis zu 15 N/mm² und darüber liegen kann.

Die Alkalisilikatlösungen haben im allgemeinen einen Was sergehalt von 28 bis 45 Gew.-%, der bei den nicht bevor zugten 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 Bestand teile und ohne Berücksichtigung der Füllstoffe, betragen, wobei Wassergehalte von 26 bis 58 Gew.-% bevorzugt sind.

Der Ausgangsstoff Elektrofilterasche ist praktisch unbe grenzt 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 1000 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, Feldspäne, Glimmer-Mehl, Glas-Mehl, Quarz sand oder Quarz-Mehl, Bauxit-Mehl, Tonerdehydrat und Ab fälle der Tonerde-, Bauxit- oder Korund-Industrie, Aschen, Schlacken sowie mineralische Fasermaterialien. Weiterhin können organische Fasermaterialien, beispiels weise Cellulose, Fasern oder synthetische Fasern, als verstärkende Füllstoffe anwesend sein. Als Füllstoff ist von besonderem Wert Flugasche aus Steinkohle-Kraftwerken, die Kesseltemperaturen unter 1600°C haben. Solche Flug asche ist nicht reaktionsfähig oder steinbildend, jedoch wegen der Feinteiligkeit gut einmischbar.

Der Vermahlungsgrad und die Kornfeinheit sind auf den je weiligen Verwendungszweck abzustimmen, wobei häufig sehr feine Anteile neben Körnungen bestimmter Größe nebenein ander zweckmäßig sind die physikalischen Eigenschaf ten mitbestimmen.

Eine Färbung, insbesondere durch Pigmentfarben, ist mög lich.

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 Beklei dungen brauchbar sind und dort durch Biegebruchfestigkeit einen besonderen Wert aufweisen.

Die Formmassen ermöglichen eine gute Formtreue und er lauben bestimmte Oberflächenstrukturen, Aussparungen und Hinterschneidungen auszuprägen.

Soweit gewollt, kann eine nachträgliche Bearbeitung der Oberfläche durch z. B. Schleifen, Fräsen und Bohren er folgen. Wenn gewollt, kann die Oberfläche mit einem Lack versehen werden.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Formkörper liegt darin, daß Formkörper erhalten werden, die viel fach keramische Formkörper ersetzen können, jedoch auf energiesparende Weise hergestellt werden, da ein Brenn vorgang wie bei keramischen Materialien überflüssig ist.

Beispiel 1

Elektrofilterasche aus der Hochtemperatur-Steinkohlever brennung bei 1600 bis 1700°C in Kraftwerken, die 50 bis 60 Gew.-% SiO₂ in Form von amorphem Glas neben ca. 30 Gew.-% Al₂O₃ sowie Fe₂O₃ und andere Oxide enthält, wird mit einer durch Auflösung von gefällter amorpher Kieselsäure in 50 Gew.-%iger Kaliumhydroxidlösung herge stellter Lösung, die 1,82 Mol SiO₂ je Mol K₂O 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 85°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 85°C in 30 Mi nuten 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 Füllstof fen, nämlich 126 g Ofenfilterstaub, der bei der elektro chemischen Verarbeitung von Bauxit zu Korund anfällt, und 106 g Flugasche, die in Steinkohle-Kraftwerken, die bei niedriger Temperatur arbeiten, als nicht reaktionsfähi ger Stoff anfällt, gemischt, in Formen gebracht und inner halb von 30 Minuten bei 85°C gehärtet. Biegefestigkeit: 12,5 N/mm².

Claims

1. Verwendung von 0,5 bis 4,0 Gewichtsteile glasartig amorpher Elektrofilterasche, enthaltend 45 bis 60 Gew.-% SiO₂-Glas, 25 bis 35 Gew.-% Al₂O₃ neben Fe₂O₃, je Gewichtsteil Alkalisilikatlösung mit 1,2 bis 2,5 Mol SiO₂ je Mol K₂O bzw. Na₂O zur Herstellung anorganischer, wasserhaltiger, bei Temperaturen von 60 bis 100°C härtbarer Formmassen aus einer anorganischen, festen Komponente und Alkalisilikatlösung.

2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Füllstoffe in der Formmasse enthalten sind.