Hydrothermale Behandlung von Dolomit- /Kalksteinstäuben und -mehlen mit

Dampf in einem Autoklaven

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Gesteinsmischungen, die Verwendung der behandelnden Gesteinsmischungen, die Verwendung von

gespanntem Wasserdampf zum Behandeln von Gesteinsmischungen und einen

Baustoff erhältlich aus dem Verfahren zum Behandeln von Gesteinsmischungen.

Beim Brennen von Gesteinsmischungen wie Rohdolomit oder Kalk wird

Magnesiumcarbonat und/oder Calciumcarbonat in das jeweilige Oxid überführt. Die Magnesiumoxide und/oder Calciumoxide reagieren anschließend in einem

Löschschritt mit Wasser zu den jeweiligen Hydroxidverbindungen. Für das Löschen der gebrannten Gesteinsmischungen ist eine Vielzahl an Methoden entwickelt worden.

Allerdings fallen beim Brennen der Gesteinsmischungen, insbesondere beim Brennen in Drehrohröfen, Filterstäube an, die neben Magnesiumcarbonat- und/oder

Calciumcarbonat-Partikeln einen hohen Anteil an überbrannten bzw. gesinterten Magnesiumoxid- und/oder Calciumoxid-Partikeln aufweisen. Überbrannte bzw.

gesinterte Magnesiumoxid- und/oder Calciumoxid-Partikel dieser

Gesteinsmischungen zeichnen sich dadurch aus, dass sie beim Brennverfahren besonders hohen Temperaturen ausgesetzt waren, wodurch sich durch das Sintern oder Schmelzen von Bestandteilen der Gesteinsmischungen die Gefüge der

Magnesiumoxid- und/oder Calciumoxid-Partikel stark verdichten. Diese

Verdichtungen sorgen dafür, dass überbrannte bzw. gesinterte Magnesiumoxid- und/oder Calciumoxid-Partikel längere Reaktionszeiten aufweisen oder gar unreaktiv gegenüber Wasser sind. Filterstäube, die Gesteinsmischungen mit einem hohen Anteil an überbrannten bzw. gesinterten Magnesiumoxid- und/oder Calciumoxid-Partikeln enthalten, können mit den bisherigen Hydratationsverfahren zum Löschen von gebrannten

Gesteinsmischungen nicht gelöscht werden, da sie eine zu geringe Reaktivität gegenüber Wasser aufweisen. Mit allen derzeit verfügbaren Löschverfahren bleiben immer bedeutende Mengen an nicht gelöschten Magnesiumoxid- und/oder

Calciumoxid-Partikeln bestehen.

Die nicht gelöschten Bestandteile der Gesteinsmischungen können bei der

Verwendung von Filterstäuben in der Bauindustrie erhebliche Probleme hervorrufen. Da in den Filterstäuben noch beträchtlichen Mengen an nicht abreagierten

Magnesiumoxid- und/oder Calciumoxid-Partikeln enthalten sind, können diese über den Zeitraum von Jahren langsam mit dem Wasser in der Atmosphäre reagieren. Durch diese Reaktion quellen die Filterstaubpartikel im Baumaterial auf, was zu Rissen und Schwachstellen im Material führt lm schlimmsten Fall können solche Risse zum Zusammenbruch von Wänden führen. Konsequenterweise werden

Filterstäube aus Brennverfahren nicht in der Bauindustrie eingesetzt und stattdessen entsorgt bzw. deponiert.

Ein Verfahren, durch das auch Gesteinsmischungen mit überbrannten bzw.

gesinterten Magnesiumoxid- und/oder Calciumoxid-Partikeln zuverlässig und effizient gelöscht werden könnten, würde den Einsatz von gelöschten Filterstäuben als Baustoffe in der Bauindustrie ermöglichen.

Wenn hier oder an anderer Stelle von überbrannten bzw. gesinterten

Magnesiumoxid- und/oder Calciumoxid-Partikeln die Rede ist, sind damit auch Calciumoxidmagnesiumoxidpartikel gemeint.

Die derzeit gängigen Verfahren zum Löschen von gebrannten Gesteinsmischungen umfassend Magnesiumoxid und/oder Calciumoxid genügen diesen Anforderungen nicht. ln der DE 1 571 323 Al wird ein Verfahren zum Löschen von dolomitischem Kalk mit flüssigem Wasser unter Druck in einem Autoklaven beschrieben. Hierbei ist allerdings die Herstellung von totgebrannten, feuerfesten Massen das Ziel des Verfahrens, die anschließend aus den Hydroxid-Verbindungen durch Sintern erhalten werden. Das Verfahren ist somit nicht auf das Löschen von Filterstäuben mit einem hohen Anteil an überbrannten bzw. gesinterten Magnesiumoxid- und/oder Calciumoxid-Partikeln gerichtet.

Die FR 2 692 253 Al beschäftigt sich mit dem Problem der unvollständigen

Hydratation von Schwefel- und Kalk-haltiger Asche ln einem kontinuierlichen

Verfahren wird die Asche mit kaltem Wasser bei unter 50 °C vermischt und reagiert anschließend in einem Autoklaven mit Wasser bei Temperaturen von 110-170 °C für 20-40 Minuten. Das Hydratationsverfahren aus der FR 2 692 253 Al zielt nicht auf das Löschen von Gesteinsmischungen mit überbrannten bzw. gesinterten

Magnesiumoxid- und/oder Calciumoxid-Partikeln ab.

Keines der im Stand der Technik beschriebenen Hydratationsverfahren bietet eine Lösung für das Löschen von Gesteinsmischungen umfassend Magnesiumoxid und/oder Calciumoxid, die einen hohen überbrannten bzw. gesinterten Anteil aufweisen, wie beispielsweise Filterstäube.

Die vorliegende Erfindung stellt sich somit die Aufgabe, ein Verfahren zum Behandeln einer Gesteinsmischung umfassend Magnesiumoxid und/oder Calciumoxid

bereitzustellen lnsbesondere stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren zum Behandeln einer Gesteinsmischung mit einem hohen Anteil an überbrannten bzw. gesinterten Magnesiumoxid- und/oder Calciumoxid-Partikeln bereitzustellen.

Ferner stellt sich die Erfindung zur Aufgabe, ein Verfahren zum Behandeln von Filterstäuben bereitzustellen. Die Erfindung stellt sich außerdem zur Aufgabe, durch das Behandeln der

Gesteinsmischung umfassend einen hohen Anteil an überbrannten bzw. gesinterten Magnesiumoxid- und/oder Calciumoxid-Partikeln, die Verwendung von Filterstaub als Füllstoff in der Bauindustrie zu ermöglichen.

Diese Aufgaben werden durch das in Anspruch 1 beschriebene Verfahren, die in den Ansprüchen 17 und 19 beschriebenen Verwendungen und das in Anspruch 20 beschriebene Erzeugnis erfüllt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend wie der allgemeine Erfindungsgedanke im Einzelnen erläutert.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Behandlung einer Gesteinsmischung umfassend mindestens Magnesiumoxid und/oder Calciumoxid ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gesteinsmischung mit Wasserdampf bei einem Druck von größer 1,01 bar behandelt wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Wasserdampf um gespannten Wasserdampf.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass die Behandlung einer

Gesteinsmischung umfassend mindestens Magnesiumoxid und/oder Calciumoxid mit Wasserdampf, insbesondere mit gespanntem Wasserdampf, bei einem Druck von größer 1,01 bar es ermöglicht, dass die Gesteinsmischung umfassend mindestens Magnesiumoxid und/oder Calciumoxid mit einem hohen Anteil an überbrannten bzw. gesinterten Gesteinspartikeln zu einem Anteil von mindestens > 80%, insbesondere zu einem Anteil von mindestens > 90%, in die entsprechenden Magnesium- und/oder Calcium-Hydroxidverbindungen überführt werden können.

Ohne sich auf eine bestimmte wissenschaftliche Theorie festlegen zu wollen, scheint Wasserdampf, insbesondere gespannter Wasserdampf, der bei einem Druck von größer 1,01 bar in einen Reaktor gepresst wird, in der Lage zu sein, in die gesinterten bzw. überbrannten Gesteinspartikel hineinzudiffundieren oder die Gesteinspartikel aufzubrechen, um so mit den innen liegenden Magnesiumoxid- und/oder

Calciumoxid-Bestandteilen abzureagieren. So gelingt es dem Wasserdampf, die ansonsten aufgrund der starken Verdichtung wenig reaktiven überbrannten bzw. gesinterten Gesteinspartikel zur Reaktion mit dem Wasserdampf zu bringen.

Experimentelle Studien haben gezeigt, dass für das erfolgreiche Abreagieren der Gesteinsmischungen umfassend mindestens Magnesiumoxid und/oder Calciumoxid mit einem hohen überbrannten bzw. gesinterten Anteil, der Wasserdampf,

insbesondere der gespannte Wasserdampf, bereits vor dem Eintritt in den Reaktor generiert werden muss. Der Wasserdampf, insbesondere der gespannte Wasserdampf, wird dann bei einem Überdruck in einen Reaktor gepresst und reagiert dort bei einem Druck von größer 1,01 bar mit der Gesteinsmischung ab.

Der Einsatz des Wasserdampfs, insbesondere des gespannten Wasserdampfs, zur Umsetzung der Gesteinsmischung umfassend mindestens Magnesiumoxid und/oder Calciumoxid hat ferner gegenüber anderen Hydratationsverfahren den Vorteil, dass das Einleiten von Wasserdampf, insbesondere gespanntem Wasserdampf, für eine bessere Steuerbarkeit der Reaktion sorgt. Die eingesetzte Feuchtigkeit kann besser kontrolliert werden und die Verfahrensökonomie verbessert sich, da weniger Masse zu bewegen ist, insbesondere im Vergleich zu Hydratationsverfahren die flüssiges Wasser einsetzen.

Wenn hier oder an anderer Stelle von gespanntem Wasserdampf die Rede ist, ist damit Wasserdampf gemeint, der bei einer Temperatur und einem Druck

entsprechend der Sattdampfkurve von Wasser vorliegt. Gespannter Wasserdampf wird dadurch erhalten, dass Wasser zum Siedepunkt erhitzt wird und anschließend um den Betrag der Verdampfungswärme weiter erhitzt wird ln Abhängigkeit des Drucks verschiebt sich die Siedetemperatur des Wassers, so dass bei höherem Druck eine höhere Temperatur gewählt werden muss, um gespannten Wasserdampf zu erhalten. Der spezifische Temperatur-Druck-Zusammenhang von Sattdampf wird auch in folgender Tabelle festgehalten, wobei T die Temperatur in °C und p der Druck in bar ist:

Abweichungen des exakten Temperatur-Druck-Gleichgewichts des Sattdampfs in Höhe von in etwa ± 2 °C sind erfindungsgemäß für gespannten Wasserdampf akzeptabel. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mindestens folgende Schritte: a. Einbringen der Gesteinsmischung in einen Autoklaven;

b. Einbringen von Wasserdampf, insbesondere gespanntem Wasserdampf, in den Autoklaven;

c. Behandeln der Gesteinsmischung mit dem Wasserdampf, insbesondere gespanntem Wasserdampf, bei einem Druck von größer 1,01 bar.

Durch diese Verfahrensschritte wird gewährleistet, dass die Gesteinsmischung bei einem Druck von größer 1,01 bar mit Wasserdampf, insbesondere gespanntem Wasserdampf, zur Reaktion gebracht wird, der bereits zuvor generiert wurde.

Der Einsatz eines Autoklaven als Reaktor für die Umsetzung der Gesteinsmischung umfassend mindestens Magnesiumoxid und/oder Calciumoxid ermöglicht die effiziente Umsetzung überbrannter bzw. gesinterter Gesteinspartikel.

Wenn hier oder an anderer Stelle von einem Autoklaven die Rede ist, ist damit ein im Wesentlichen gasdicht verschließbarer Druckbehälter gemeint. Der Autoklav eignet sich für die thermische Behandlung von Stoffen im Überdruckbereich. Üblicherweise umfasst ein Autoklav gemäß der Erfindung ein Druckventil, insbesondere ein

Druckbegrenzungsventil bzw. ein Überdruckventil. Durch ein solches Druckventil wird der Autoklav gegen zu hohe Drücke abgesichert, so dass Schäden am Autoklaven vermieden werden. Autoklaven, die üblicherweise für das Aushärten von

Kalksandsteinen genutzt werden, eignen sich beispielsweise sehr gut als Reaktoren für das erfindungsgemäße Verfahren.

Die Temperatur des Wasserdampfs, insbesondere des gespannten Wasserdampfs, bei Eintritt in den Autoklaven ist von großer Bedeutung für die effiziente Umsetzung des überbrannten bzw. gesinterten Anteils der Gesteinsmischung umfassend

Magnesiumoxid und/oder Calciumoxid. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Wasserdampf, insbesondere der gespannte Wasserdampf, beim Eintritt in den Autoklaven mindestens eine Temperatur von 120 °C auf.

Vorzugsweise weist der Wasserdampf, insbesondere der gespannte Wasserdampf, beim Eintritt in den Autoklaven eine Temperatur von 120 °C bis 220 °C, weiter bevorzugt von 140 °C bis 210 °C, besonders bevorzugt von 160 °C bis 200 °C, auf.

Neben der Temperatur des Wasserdampfs ist auch der Dampfdruck des

Wasserdampfs bei Eintritt in den Autoklaven bedeutsam. Dampfdruck und

Temperatur des Wasserdampfs müssen für gespannten Wasserdampf entsprechend der Sattdampfkurve aufeinander abgestimmt sein. Gemäß einer bevorzugten

Ausführungsform der Erfindung weist der Wasserdampf, insbesondere der gespannte Wasserdampf, beim Eintritt in den Autoklaven einen Dampfdruck von 2 bis 25 bar, vorzugsweise von 5 bis 20 bar, weiter bevorzugt von 10 bis 18 bar und besonders bevorzugt von 12 bis 16 bar, auf.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfährt die Gesteinsmischung während der Behandlung mit Wasserdampf, insbesondere mit gespanntem Wasserdampf, im Wesentlichen keine zusätzliche Wärmeeinwirkung durch eine externe Wärmequelle. Es ist somit keine weitere Wärmequelle erforderlich, um eine effiziente und vollständige Löschung der

Gesteinsmischung sicherzustellen.

Eine Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das effiziente Löschen von Gesteinsmischungen umfassend Magnesiumoxid und/oder Calciumoxid, die einen hohen Anteil an überbrannten bzw. gesinterten Magnesiumoxid- und/oder

Calciumoxid-Partikeln aufweisen.

Wenn hier oder an anderer Stelle zwischen normalen und überbrannten bzw.

gesinterten Anteilen der Gesteinsmischung umfassend Magnesiumoxid und/oder Calciumoxid unterschieden wird, so geht es bei dieser Unterscheidung um die Reaktivität der Magnesiumoxid- und/oder Calciumoxid-partikel mit Wasser. Die normal gebrannten Anteile sind gegenüber Wasser deutlich reaktiver als die überbrannten bzw. gesinterten Anteile. Ein geeignetes Verfahren zum Messen der Reaktionsfähigkeit von Calciumoxid mit Wasser ist in D1N EN 459-2:2010-12 unter Abschnitt 6.4.4 [„Für ungelöschten Kalk, Kalkteig, Dolomitkalk und Dolomitkalkhydrat") beschrieben. Das Verfahren kann analog für Gesteinsmischungen mit Magnesiumoxid angewandt werden lm Zuge des in Abschnitt 6.4.4 der Norm D1N EN 459-2:2010-12 beschriebenen Verfahrens wird ein Kuchen aus Kalk, Kalkteig, Dolomitkalk oder Dolomitkalkhydrat hergesteht, indem ein Brei des Materials auf Saugplatten gebracht und anschließend auf trockenen Platten in einen Wärmeschrank gestellt wird. Nach der Behandlung werden die Kuchen auf Treibrisse geprüft.

Die überbrannten bzw. gesinterten Magnesiumoxid- und/oder Calciumoxid-Partikel in der Gesteinsmischung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zeichnen sich dadurch aus, dass aus den Partikeln gemäß der Norm D1N EN 459-2:2010-12,

Abschnitt 6.4.4. hergestellte Kuchen die Prüfung der Norm D1N EN 459-2:2010-12, Abschnitt 6.4.4 nicht bestehen.

Die normal gebrannten Magnesiumoxid- und/oder Calciumoxid-Partikel in der Gesteinsmischung zeichnen sich dadurch aus, dass aus den Partikeln gemäß der Norm D1N EN 459-2:2010-12, Abschnitt 6.4.4. hergestellte Kuchen die Prüfung der Norm D1N EN 459-2:2010-12, Abschnitt 6.4.4 bestehen. Zu der Gruppe normal gebrannter Gesteinsmischungen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren gehören

beispielsweise Weich-, Mittel- und Hartbranntkalk.

Gesteinsmischungen, die im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt eingesetzt werden, weisen einen Anteil an Magnesiumoxid- und/oder Calciumoxid-Partikeln, die eine Prüfung gemäß D1N EN 459-2:2010-12, Abschnitt 6.4.4 nicht bestehen, von 0,1 bis 20 Gew.%, insbesondere von 1 bis 15 Gew.%, von 2 bis 11 Gew.% oder von

3 bis 8,5 Gew.%, bezogen auf die Gesteinsmischung, auf. Grundsätzlich können auch Gesteinsmischungen mit einem geringeren oder höheren Anteil an überbrannten bzw. gesinterten Gesteinspartikeln im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich allerdings besonders für Gesteinsmischungen mit den oben beschriebenen überbrannten bzw. gesinterten Anteilen, da bei diesen Mengenanteilen überbrannte bzw. gesinterte Anteile besonders effizient gelöscht werden. Des Weiteren können

Gesteinsmischungen mit diesen Anteilen an überbrannten bzw. gesinterten

Gesteinspartikeln nicht durch andere Behandlungsverfahren mit Wasser in die korrespondierenden Hydroxid-Verbindungen überführt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Gesteinsmischungen, die aufgrund der gebrannten bzw. gesinterten Anteile in der Gesteinsmischung eine Prüfung nach D1N EN 459-2:2010-12, Abschnitt 6.4.4 vor Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht bestehen, in

Gesteinsmischungen überführt, die eine solche Prüfung nach D1N EN 459-2:2010-12, Abschnitt 6.4.4 bestehen.

Filterstaub, der bei Brennverfahren im Drehrohrofen anfällt, weist üblicherweise überbrannte bzw. gesinterte Anteile im oben beschriebenen Bereich auf. Somit eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders gut zum Löschen von Filterstaub, insbesondere Filterstaub, der aus einem Drehrohrofenbrennverfahren erhalten wurde. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Gesteinsmischung einen Filterstaub. Nach einer weiteren bevorzugten

Ausführungsform der Erfindung ist die Gesteinsmischung ein Filterstaub.

Neben Magnesiumoxid- und/oder Calciumoxid-Partikeln besitzen Filterstäube häufig große Mengen an Magnesiumcarbonat- und/oder Calciumcarbonat-Partikeln. Die Carbonat-Partikel stören die Behandlung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht. Eine im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbare Gesteinsmischung kann zum Großteil aus Magnesiumcarbonat- und/oder Calciumcarbonat-Partikeln bestehen. So enthalten Filterstäube aus Drehrohrofenbrennverfahren für gewöhnlich einen Anteil an Magnesiumcarbonat- und/oder Calciumcarbonat-Partikeln im Bereich von 40 bis 90 Gew.%, insbesondere 60 bis 75 Gew.%, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung der Gesteinsmischung. Für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich aber auch Gesteinsmischungen mit weniger oder gar keinen Carbonat-Partikeln.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zum Löschen von Gesteinsmischungen in einem breiten Bereich an möglichen Korngrößen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung liegen mögliche mittlere Korngrößen bei 100 bis 300 gm, vorzugsweise bei 50 bis 150 gm, besonders bevorzugt bei 90 bis 110 gm. ln einer besonders

bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Filterstaub mit einer durchschnittlichen mittleren Korngröße von 80 bis 120 gm eingesetzt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gesteinsmischung als Magnesiumoxid und/oder Calciumoxid umfassende

Gesteinsmischung mindestens gebrannten Dolomit und/oder gebrannten Kalk umfasst. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Gesteinsmischung außerdem Dolomit und/oder Kalk.

Als Unterlage für die Behandlung der Gesteinsmischung eignen sich viele

unterschiedliche Gegenstände und Produkte ln einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Behandlung der Gesteinsmischung auf einem Blech mit Rand, vorzugsweise auf einem Blech mit Rand und einem Siebboden. Durch eine solche Unterlage wird eine große Oberfläche für den Wasserdampf, insbesondere gespannten Wasserdampf, bereitgestellt und die Löschreaktion erfolgt besonders effizient. Wird ein Blech mit Rand und Siebboden eingesetzt, so kann der Wasserdampf auch über die teiloffene Unterseite der Unterlage an die

Gesteinsmischung gelangen und diese dadurch besonders effizient löschen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung quillt die Gesteinsmischung während des Verfahrens mindestens um 10 Vol.%, bevorzugt mindestens um

25 Vol.%, bevorzugter mindestens um 50 Vol.%, am bevorzugtesten mindestens um 100 Vol.%, bezogen auf das Volumen des Gesteins vor dem Löschen, an. Dies geschieht durch die effiziente Aufnahme des Wassers im Zuge der Löschreaktion.

Beim Öffnen des Autoklaven nach Abschluss der Löschreaktion weist die

Gesteinsmischung für gewöhnlich noch eine Restfeuchte auf. Gemäß einer

Ausführungsform der Erfindung liegt diese Restfeuchte im Bereich von

0 bis 15 Gew.%, vorzugsweise im Bereich von 2 bis 10 Gew.%.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Verfahren im Anschluss an die Behandlung der Gesteinsmischung mit Wasserdampf, insbesondere gespanntem Wasserdampf, noch einen

Trocknungsschritt d. Dieser Trocknungsschritt d. dient dazu, die Restfeuchte der Gesteinsmischung abzusenken. Der Trocknungsschritt d. kann vorzugsweise in einem separaten Ofen stattfinden. lm Anschluss an den optionalen Trocknungsschritt d. weist die Gesteinsmischung vorzugsweise eine Restfeuchte von weniger als 3 Gew.%, weiter bevorzugt von weniger als 2 Gew.%, am bevorzugtesten von weniger als 1 Gew.%, auf. Die

Gesteinsmischung ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach dem Trocknungsschritt d. vollständig trocken und direkt für mögliche Anwendungsgebiete einsetzbar.

Ein breiter Bereich an Reaktionszeiten ist für die Löschreaktion des

erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet. Grundsätzlich können kürzere

Reaktionszeiten gewählt werden, wenn der überbrannte bzw. gesinterte Anteil an der Gesteinsmischung geringer ist. lm Zuge experimenteller Studien haben sich

Reaktionszeiten im Bereich von 20 Minuten bis 30 Stunden als vorteilhaft

herausgestellt. Besonders bevorzugt sind Reaktionszeiten im Bereich von 2 Stunden bis 24 Stunden, von 4 bis 12 Stunden oder von 5 Stunden bis 8 Stunden. Die im Verfahren eingesetzten Gesteinsmischungen können neben Magnesiumoxid und/oder Calciumoxid noch viele weitere Bestandteile enthalten. Besonders geeignet sind Gesteinsmischungen, die neben Magnesiumoxid und/oder Calciumoxid noch Magnesiumcarbonat- und/oder Calciumcarbonat-Partikel enthalten.

Magnesiumcarbonat- und/oder Calciumcarbonat-Partikel können auch

Hauptbestandteil der Gesteinsmischung sein. Weitere Bestandteile, die in einer für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten Gesteinsmischung enthalten sein können, sind unter anderem ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Calciumsilikaten, Magnesiumsilikaten, Aluminiumoxid, Eisenoxid, Siliziumdioxid, Zementstein, Ton, Sand, Halit (Natriumchlorid), Schwefel, Schwefeltrioxyd, Anhydrit (Calciumsulfat), Mineralien, oder Mischungen davon. Siliziumoxid kann hierbei in Form vieler unterschiedlicher Phasen und Strukturen auftreten, die unter anderem Calcium-, Magnesium- und/oder Aluminium-Bestandteile umfassen, insbesondere

Calciumsilikate und/oder Magnesiumsilikate. Auch Aluminiumoxid (AI ₂ O ₃ ) und Eisenoxid (Fe ₂ 03) können in einer Vielzahl unterschiedlicher Phasen und Strukturen vorliegen. So kann Eisenoxid unter anderem in Form von Srebrodolskit oder lowait vorliegen.

Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung einer Gesteinsmischung erhältlich aus dem erfindungsgemäßen Verfahren als Füllstoff. Die aus dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältliche Gesteinsmischung kann vielfältig verwendet werden. Bevorzugt sind Verwendungen der Gesteinsmischung als Füllstoff für die Bauindustrie, für die Asphaltindustrie, für zementgebundene Stoffe, für Mörtel, für Fertigputz, für Böden, für Bitumendachbahnen, für Kalksandstein, für Kunststoffe oder für Gummis.

Allgemein sind Verwendungen der Gesteinsmischung als Füllstoffe immer dort möglich, in denen üblicherweise Dolomit- und/oder Kalkhydrate Anwendung finden. Es sind auch Verwendungen der Gesteinsmischungen möglich, bei denen die

Gesteinsmischung nicht als Füllstoff eingesetzt wird. Auch hier bieten sich besonders solche Anwendungsbereiche an, in denen üblicherweise Dolomit- und/oder

Kalkhydrate eingesetzt werden. Des Weiteren betrifft die Erfindung die Verwendung von gespanntem Wasserdampf für das Löschen von Gesteinsmischungen umfassend Magnesiumoxid und/oder Calciumoxid. Vorzugsweise wird der gespannte Wasserdampf für das Löschen von Gesteinsmischungen umfassend Magnesiumoxid und/oder Calciumoxid gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet.

Die Erfindung betrifft außerdem einen aus dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Baustoff. Der aus dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältliche Baustoff zeichnet sich durch eine hohe Stabilität und Langlebigkeit aus. Der erfindungsgemäße Baustoff reagiert im Wesentlichen auch über lange Zeiträume nicht mit in der Luft enthaltenem Wasser ab. So entstehen in dem Baustoff auch über lange Zeiträume keine Risse. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich der erfindungsgemäße Baustoff dadurch aus, dass er über das erfindungsgemäße Verfahren aus Feinstaub erhältlich ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die allein dem Verständnis der Erfindung dienen und diese nicht beschränken sollen.

Beispiel 1

Als Gesteinsmischung wurde ein Filterstaub aus einem Drehrohrofenprozess verwendet.

Die Zusammensetzung der Gesteinsmischung (Gesteinsmischung Al) wurde mittels Röntgenkristallstrukturanalyse (XRD) vor Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren ermittelt (Tabelle 1).

Tabelle 1: Zusammensetzungen der Gesteinsmischung Al ermittelt durch

Röntgenkristallstrukturanalyse; Mengenangaben in Gew.% Anschließend wurde die Gesteinsmischung bei unterschiedlichem Druck und für unterschiedliche Dauer mit gespanntem Wasserdampf behandelt (Tabelle 2):

Tabelle 2: Reaktionsbedingungen zur Behandlung der Gesteinsmischung Al Die Temperatur des Wasserdampfs war hierbei immer in Abhängigkeit des Drucks so gewählt, dass es sich um gespannten Wasserdampf handelte. Die entsprechenden Druck-Temperatur-Zusammenhänge können der Sattdampfkurve in einem

Phasendiagramm von Wasser entnommen werden.

Die Bildung von Brucit (Mg(OH) ₂ ) in der Gesteinsmischung Al wurde mittels

Glühverlustanalyse (Temperaturgradient von 30 bis 950 °C, Verlust bei 436 °C) festgestellt (Tabelle 3):

Tabelle 3: Bildung von Brucit (Mg(OH)2) in der Gesteinsmischung nach Behandlung mit gespanntem Wasserdampf nach den in Tabelle 2 genannten Reaktionsbedingungen; Mengenangaben in Gew.%

Wie der Tabelle 3 zu entnehmen ist, eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren ausgezeichnet zur effektiven Bildung von Brucit (Mg(OH) ₂ ) selbst aus einem sonst unreaktiven Filterstaub aus einem Drehrohrofenprozess. Die Behandlung der

Filterstäube ist grundsätzlich bei höherem Druck effektiver, insbesondere wenn eine Reaktionszeit von 4 Stunden gewählt wird (vgl. Ergebnisse von Beispielen B4 mit Bl). Das erfindungsgemäße Verfahren überführt effektiv Magnesiumoxid aus

Gesteinsmischungen mit einem hohen Anteil an überbrannten bzw. gesinterten Magnesiumoxid-Partikeln in Magnesiumhydroxid (Brucit).

Es wurde ferner festgestellt, dass sich die physikalischen Eigenschaften der

Gesteinsmischung nach der Behandlung mit gespanntem Wasserdampf teils merklich geändert hatten. Die Pulverdichte der Gesteinsmischung war verringert während die spezifische Oberfläche sich vergrößert hatte und die Partikel der Gesteinsmischung feiner Vorlagen als vor der Behandlung. All diese physikalischen Veränderungen sind vorteilhaft für die Verwendung der Gesteinsmischung als Füllstoff.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren können Oxidbestandteile in Filterstäuben effizient gelöscht werden, so dass nur noch Spuren an Oxiden in den Filterstäuben enthalten bleiben.

Beispiel 2

Als weiteres Experiment wurde untersucht, welchen Einfluss autoklavierte dolomitische Filterstäube auf die Eigenschaften von Kalksandsteinen haben.

Hierfür wurden drei unterschiedliche Kalksandsteine hergestellt. Der erste

Kalksandstein CI setzte sich zusammen aus Quarzsand, hydratisiertem (hydriertem Branntkalk und unbehandelten dolomitischen Filterstäuben. Der zweite und dritte Kalksandstein C2 und C3 setzte sich jeweils zusammen aus Quarzsand, hydratisiertem (hydriertem} Branntkalk und gemäß dem erfinderischen Verfahren behandelten dolomitischen Filterstäuben. Der dolomitische Filterstaub war jeweils für 12 Stunden bei 4 bar behandelt worden (siehe Tabelle 3, Reaktionsbedingungen B6).

Die Kalksandsteine wurden auf folgende Weise hergestellt:

Zunächst wurden Quarzsand (in etwa 90 Gew.%) und Bindemittel (dolomitischer Filterstaub und Branntkalk; in etwa 10 Gew.%) mit Wasser vermischt, bis eine Mischfeuchtigkeit von etwa 5% erreicht war. Die feuchte Mischung wurde

anschließend über einen Zeitraum von zwei Stunden in einem Trocknungsofen bei 70 °C aufbewahrt, um den Branntkalk zu hydratisieren. Hierbei wurde keine

Hydratisierung der dolomitischen Filterstäube beobachtet. Das Gemisch wurde anschließend in einem zweiten Mixer homogenisiert, gewogen (jeweils 500 g) und dann in einer speziellen Kompressionsform zu einem quaderförmigen Prisma (Länge ca. 160 mm; Breite ca. 40 mm; Höhe ca. 40 mm; Volumen ca. 256 mm ³ ) bei einer Kompressionskraft von 12.000 kg

zusammengepresst.

Das daraus erhaltene Prisma wurde anschließend direkt in einen vorgewärmten Autoklaven platziert und mit gespanntem Wasserdampf bei 16 bar (ca. 203 °C) für vier Stunden behandelt. Die physikalischen Eigenschaften des so erhaltenen gehärteten Kalksandstein wurden nach dem Ab kühlen über Nacht gemessen (Ergebnisse in Tabelle 4).

Tabelle 4: Zusammensetzungen und physikalische Eigenschaften der Kalksandsteine CI bis C3 Der Kalksandstein CI wies Blasen und Brüche auf, was sich auch in den weniger guten physikalischen Eigenschaften widerspiegelte lm Gegensatz dazu waren die

Kalksandsteine C2 und C3 bruchfrei und wiesen eine gute Biegezugfestigkeit und Druckfestigkeit auf.

Kalksandsteine mit Filterstäuben, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt wurden, weisen gute physikalische Eigenschaften auf. Durch das erfindungsgemäße Verfahren können Filterstäube somit in unterschiedlichen

Anwendungen eingesetzt werden und müssen nicht mehr teuer entsorgt werden.