(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質された赤泥であって、以下の成分：
ヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）と、
コランダム（Ａｌ２Ｏ３）と、
ルチル（ＴｉＯ２）及び／又はアナターゼ（ＴｉＯ２）と、
石英（ＳｉＯ２）と、
ペロブスカイト（ＣａＴｉＯ３）と、
シュードブルッカイト（（Ｆｅ３＋，Ｆｅ２＋）２（Ｔｉ，Ｆｅ３＋）Ｏ５）、ネフェリン（（Ｎａ，Ｋ）［ＡｌＳｉＯ４］）、及び／又はアウィナイト（（Ｎａ，Ｃａ）４〜８［Ａｌ６Ｓｉ６Ｏ２４（ＳＯ４）］）と、
を含有し、前記改変された赤泥は、０．５重量％未満のＮａ２Ｏ及び／又はガラスを含有し、３．９０ｇ／ｃｍ３〜４．０ｇ／ｃｍ３の範囲の密度を有する、改変された赤泥。
【請求項２】
４８重量％〜５５重量％のヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）と、
１３重量％〜１８重量％のコランダム（Ａｌ２Ｏ３）と、
８重量％〜１２重量％のルチル（ＴｉＯ２）及び／又はアナターゼ（ＴｉＯ２）と、
２重量％〜５重量％の石英（ＳｉＯ２）と、
０．０３重量％未満のＮａ２Ｏ及び／又は０．１重量％未満のガラスと、
を含有する、請求項１に記載の改質された赤泥。
【請求項３】
前記改質された赤泥は、０．５重量％未満のチタン酸アルミニウム（Ａｌ２ＴｉＯ５）、鉄（Ｆｅ）、マイエナイト（Ｃａ１２Ａｌ１４Ｏ３３）、ウルボスピネル（Ｆｅ２ＴｉＯ４）、及び／又はアンドラダイト（Ｃａ３Ｆｅ２（ＳＯ４）３）を含有する、請求項１又は２に記載の改質された赤泥。
【請求項４】
１０重量％〜５５重量％の鉄化合物と、
１２重量％〜３５重量％のアルミニウム化合物と、
３重量％〜１７重量％のケイ素化合物と、
２重量％〜１２重量％の二酸化チタンと、
０．５重量％〜６重量％のカルシウム化合物と、
０．５重量％未満のＮａ２Ｏと、
不可避の不純物と、
の無機組成を有する洗浄された赤泥を、少なくとも８００℃の温度に加熱することによって得ることができる、３．９０ｇ／ｃｍ３〜４．０ｇ／ｃｍ３の範囲の密度を有する、改質された赤泥。
【請求項５】
前記改質された赤泥は、１５％未満の多孔性を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の改質された赤泥。
【請求項６】
前記改質された赤泥は、３．９３ｇ／ｃｍ３の密度を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の改質された赤泥。
【請求項７】
前記改質された赤泥は、３μｍ〜１０μｍの範囲の平均粒度ｄ５０を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の改質された赤泥。
【請求項８】
前記改質された赤泥は、０．５μｍ〜２．５μｍの範囲の粒度ｄ１０、及び／又は１５μｍ〜５０μｍの範囲の粒度ｄ９０を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の改質された赤泥。
【請求項９】
前記改質された赤泥は、０．６ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）〜０．８ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）の範囲の２０℃での比熱容量、及び／又は０．９ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）〜１．３ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）の範囲の７２６．８℃での比熱容量を有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の改質された赤泥。
【請求項１０】
前記改質された赤泥は、３Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲の比熱伝導率を有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の改質された赤泥。
【請求項１１】
前記改質された赤泥は、圧縮された固体の形で存在する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の改質された赤泥。
【請求項１２】
以下の工程：
１０重量％〜５５重量％の鉄化合物と、
１２重量％〜３５重量％のアルミニウム化合物と、
３重量％〜１７重量％のケイ素化合物と、
２重量％〜１２重量％の二酸化チタンと、
０．５重量％〜６重量％のカルシウム化合物と、
不可避の不純物と、
の無機組成を有する赤泥を洗浄及び乾燥させる工程と、
引き続き、洗浄された赤泥を、少なくとも８００℃の温度に加熱する工程と、
を含み、３．９０ｇ／ｃｍ３〜４．０ｇ／ｃｍ３の範囲の密度を有する、改質された赤泥の製造方法。
【請求項１３】
前記赤泥の洗浄は、塩化鉄（ＩＩ）を含有する水を用いて行われる、請求項１２に記載の改質された赤泥の製造方法。
【請求項１４】
前記洗浄及び乾燥された赤泥の加熱は、非還元性雰囲気中で実施される、請求項１２又は１３に記載の改質された赤泥の製造方法。
【請求項１５】
以下の工程：
加熱後に赤泥を造粒する工程と、
引き続き、造粒物を圧縮する工程と、
を更に含む、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の改質された赤泥の製造方法。
【請求項１６】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の改質された赤泥を含む貯蔵媒体。
【請求項１７】
空気の包有及び空気の吸着を回避するための作用物質、
金属コロイド、金属粉末、黒鉛及びケイ素含有物質からなる群から選択される熱伝導率の改善のための作用物質、
チキソトロピー性組成物の形成のための作用物質、
のうちの１種以上を更に含む、請求項１６に記載の貯蔵媒体。
【請求項１８】
前記貯蔵媒体は、実質的に可塑剤を含まない、請求項１６又は１７に記載の貯蔵媒体。
【請求項１９】
請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の貯蔵媒体を含む熱貯蔵装置。
【請求項２０】
前記熱貯蔵装置の蓄熱及び放熱のための装置を更に含む、請求項１９に記載の熱貯蔵装置。
【請求項２１】
電流を熱に又は熱を電流に変換するための手段を更に含む、請求項１９又は２０に記載の熱貯蔵装置。
【請求項２２】
電力・熱併給（電・熱併給）又は電力・熱・電力併給（電・熱・電併給）のために構成されている、請求項１９〜２１のいずれか一項に記載の熱貯蔵装置。
【請求項２３】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の改質された赤泥の、貯蔵媒体としての使用。
【請求項２４】
１００℃を上回って１０００℃までの温度での熱の貯蔵のための、請求項２３に記載の使用。
【請求項２５】
繰り返し加熱可能かつ冷却可能な貯蔵媒体としての、請求項２３又は２４に記載の使用。
【請求項２６】
同時に加熱可能かつ冷却可能な貯蔵媒体としての、請求項２３〜２５のいずれか一項に記載の使用。
【請求項２７】
電流・熱貯蔵装置における貯蔵媒体としての、請求項２３〜２６のいずれか一項に記載の使用。
【請求項２８】
建物における暖房装置及びあらゆる種類の工業的装置への熱伝達装置としての、請求項２３〜２７のいずれか一項に記載の使用。
【請求項２９】
前記貯蔵媒体は、電流によって加熱され、及び／又は電流を発生しながら冷却される、請求項２７に記載の使用。
【請求項３０】
再生可能エネルギー源から得られた電流の貯蔵のための、請求項２７又は２８に記載の使用。
【請求項３１】
前記電流・熱貯蔵装置は、電流によって加熱され、こうして前記貯蔵媒体を加熱する抵抗線を備える、請求項２７〜２９のいずれか一項に記載の使用。
【請求項３２】
前記貯蔵媒体中に貯蔵された熱的エネルギーは、水、蒸気、溶融塩、熱媒油、又はガスからなる群から選択される流体媒体へと伝達され、こうして前記貯蔵媒体は冷却される、請求項２４〜３０のいずれか一項に記載の使用。
【請求項３３】
前記貯蔵媒体及び放熱装置は、一体式で存在するか、又は別々の要素として存在する、請求項２３〜３１のいずれか一項に記載の使用。
【請求項３４】
前記電流・熱貯蔵装置は、電流・熱併給が行われることにより、送電系の存在なくして電気的エネルギーを輸送するために利用される、請求項２７〜３２のいずれか一項に記載の使用。
【請求項３５】
前記電流・熱貯蔵装置は、熱・電流併給により再び電流を生成する、請求項２７〜３３のいずれか一項に記載の使用。
【請求項３６】
前記電流・熱貯蔵装置は、孤立したエネルギー利用者へのエネルギー供給のために使用される、請求項２７〜３４のいずれか一項に記載の使用。
【請求項３７】
孤立したエネルギー利用者に、熱エネルギー及び電気的エネルギーが供給される、請求項３５に記載の使用。
【請求項３８】
前記電流・熱貯蔵装置は、機械又は車両のような移動装置のエネルギー供給のために使用される、請求項２７〜３４のいずれか一項に記載の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改質された赤泥又は改質されたボーキサイト残渣（以下で、ＡＬＦＥＲＲＯＣＫ（登録商標）とも呼ばれる）並びにその製造方法及びその使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
再生可能エネルギー法（ＥＥＧ）により、ドイツでは、２０３８年までの原子力エネルギー及び石炭火力発電からの撤退が定められている。それに代わるものとして、ウインドパーク、ソーラー設備及びバイオガス設備がドイツにとっての電力供給を意味するものとなる。
【０００３】
しかしながら特に、ウインドパーク及びソーラー設備は、無風の場合及び暗闇の場合に電気が生成されないという不利点を有する。そのため、これらの再生可能エネルギーは、安定したエネルギー供給に依存している消費者、特に産業消費者のためにベース負荷需要を満たすことはできない。
【０００４】
このシステム上の不利点を回避するために、エネルギー供給とエネルギー消費とを切り離さねばならない。エネルギー供給者とエネルギー消費者との間を結ぶエネルギー貯蔵装置のみが、エネルギー流を必要な方法で均等化して、それにより再生可能エネルギーを、ベース負荷需要を満たすものにすることに成功する。
【０００５】
したがって、再生可能エネルギー源からエネルギーを回収するに際してのこれらの不利点を解決することができ、さらに資源削減的にかつ費用効果高く得ることさえ可能なエネルギー貯蔵装置及びそのために適した貯蔵媒体が必要とされている。
【０００６】
ボーキサイトから水酸化アルミニウム（ＡＴＨ）を得るためのバイヤー法において赤泥が廃棄物として生ずることは知られている。赤泥（ＲＳ）とは、以下で、バイヤー法に際して生成されるボーキサイトからＡＴＨを得る際に生ずる残渣と解釈される。アルミニウムを得る際に生ずるボーキサイト残渣又は赤泥の大部分は、更に処理されずに、産業的使用に供されることなく、ゴミ捨て場に廃棄される。
【０００７】
従来技術から、ボーキサイト残渣はその大きな内部表面積に基づき吸着材として適していることは既に知られている。
【０００８】
さらに、改質されたボーキサイト残渣は、その化学組成に基づき、無機のハロゲン不含の防炎剤として、コンパウンドとして又は発泡された形でも提供されるあらゆる種類のプラスチックにおいて使用することができることが知られている（特許文献１）。
【０００９】
さらに、改質されたボーキサイト残渣は、高い密度を有するので、この組成物は、防音材として、又は掘削泥増量のために、又は放射線防御のためにも使用することができることが知られている（特許文献２）。
【００１０】
さらに、特許文献３から、流体処理及び有害物質除去のためのボーキサイト残渣を有する多孔質粒状材料が知られている。有害物質には、例えば、重金属、アニオン及びガスが該当する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】国際公開第２０１２／１２６４８７号
【特許文献２】国際公開第２０１４／１１４２８３号
【特許文献３】国際公開第２００５／０６１４０８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
１２０℃から２５０℃の間の温度に加熱された改質された低クロム酸塩ボーキサイト残渣を用いた実験において、本発明者らは、驚くべきことに、冷却が予想外にもゆっくりと起こることを突き止めた。この考察を考慮に入れて、本発明の発明者らは、（任意に低クロム酸塩）ボーキサイト残渣又は赤泥の、それが熱処理に供される場合の挙動について広範囲にわたる調査を実施し、その際に、化学的パラメータ、鉱物学的パラメータ、物理的パラメータ、及び機械的パラメータ、特に熱的パラメータを比較観察した。こうして、本発明者らは、貯蔵媒体として、特に熱貯蔵装置として使用することができる新たに改質された赤泥を獲得した。
【００１３】
その熱処理は上述のパラメータに決定的な形で影響を与え、それにより全体として熱貯蔵装置の特性に本質的な影響を及ぼし、ここで特に、周期的に熱が加えられた場合の熱貯蔵装置の挙動（耐熱サイクル性、耐熱衝撃性）が重要である。出発材料として使用される赤泥の化学的組成と熱処理に際して経過する温度範囲とに基づき、それぞれ異なる化学的・鉱物学的化学種が生じ得るが、それらの化学種も種々の化学的特性、物理的特性、鉱物学的特性、機械的特性、及び熱的特性を有している。これらの特性全体により、貯蔵機構の特性が決まる。それにより、貯蔵機構の特性に任意の形で、すなわち狙い通りに影響を与えることに成功する。最も重要な特性には、例えば、
熱容量
熱伝導率
導電性
密度
硬度
靭性
多孔性
耐熱衝撃性
耐熱サイクル性
熱膨張係数
化学的安定性
等が含まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
したがって、本発明は、請求項１及び請求項４のいずれか一項に記載の改質された赤泥、請求項１２に記載の特徴を有する改質された赤泥の製造方法、改質された赤泥を含む貯蔵媒体、貯蔵媒体を含む熱貯蔵装置、及び改質された赤泥の貯蔵媒体としての、特に熱貯蔵装置における多岐にわたる使用、並びに最適な使用方法に関する。
【００１５】
１つの実施の形態においては、改質された赤泥は、以下の成分：
ヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）と、
コランダム（Ａｌ２Ｏ３）と、
ルチル（ＴｉＯ２）及び／又はアナターゼ（ＴｉＯ２）と、
石英（ＳｉＯ２）と、
任意に、ペロブスカイト（ＣａＴｉＯ３）と、
任意に、シュードブルッカイト（（Ｆｅ３＋，Ｆｅ２＋）２（Ｔｉ，Ｆｅ３＋）Ｏ５）、ネフェリン（（Ｎａ，Ｋ）［ＡｌＳｉＯ４］）、及び／又はアウィナイト（（Ｎａ，Ｃａ）４〜８［Ａｌ６Ｓｉ６Ｏ２４（ＳＯ４）］）と、
を含有する。
【００１６】
この場合に、改質された赤泥は、Ｎａ２Ｏ及び／又はガラス、例えばソーダガラス及び／又はカリソーダガラスを実質的に含まない。好ましくは、改質された赤泥は、同様にＫ２Ｏ及び／又はＣａＯ及び／又は更なるその他のアルカリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物を実質的に含まない。
【００１７】
赤泥は、ボーキサイトからのアルミニウムのアルカリ性浸出後に残留する不溶性成分である。赤泥は、ゴミ捨て場においてアルカリ性環境で洗い流される。そのため、赤泥はアルカリ金属を不確定な量で遊離苛性ソーダの形で又はＣＯ２による炭酸飽和により生ずる炭酸ナトリウムの形で含有する。この遊離アルカリ金属含量は、鉱物学的相の形成に積極的であるが不確定な影響を及ぼすので、確定的かつ制御可能な比率を達成するためには、このアルカリ金属含量、すなわちＮａ２Ｏ、しかしまたＫ２Ｏ、並びにアルカリ土類金属含量、すなわちＣａＯ及びＭｇＯを、洗浄又は中和によって少なくとも十分により一層完全に除去せねばならない。それにより、改質された赤泥はＮａ２Ｏ及びＫ２Ｏを実質的に含まないため、ソーダガラス及び／又はカリガラスは、テンパリングに際して形成し得ない。
【００１８】
本出願に関して「実質的に含まない」とは特に、０．５重量％未満、特に０．２重量％未満、特に０．１重量％未満、特に０．０５重量％未満、特に０．０３重量％未満、特に０．０１重量％未満の含量と解釈され得る。
【００１９】
したがって、改質された赤泥は、特に（結晶性）ヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）、コランダム（Ａｌ２Ｏ３）、ルチル（ＴｉＯ２）及び／又はアナターゼ（ＴｉＯ２）、並びに石英（ＳｉＯ２）の成分を含有してもよく、又は実質的に上記成分からなってもよい。更なる成分が含まれていてもよいが、含まれていなければならないわけではない。そのような更なる（任意の）成分としては、特にペロブスカイト（ＣａＴｉＯ３）、シュードブルッカイト（（Ｆｅ３＋，Ｆｅ２＋）２（Ｔｉ，Ｆｅ３＋）Ｏ５）、ネフェリン（（Ｎａ，Ｋ）［ＡｌＳｉＯ４］）、及び／又はアウィナイト（（Ｎａ，Ｃａ）４〜８［Ａｌ６Ｓｉ６Ｏ２４（ＳＯ４）］）を挙げることができ、それらは全て結晶形で存在し得る。しかしながらこの場合に、改質された赤泥は、Ｎａ２Ｏ（同様にＫ２Ｏ及びＣａＯ）及び／又はガラスを実質的に含有しない。
【００２０】
１つの実施の形態においては、改質された赤泥は、
４８重量％〜５５重量％、特に４９重量％〜５４重量％、特に５０重量％〜５３重量％のヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）と、
１３重量％〜１８重量％、特に１４重量％〜１７重量％、特に１５重量％〜１６重量％のコランダム（Ａｌ２Ｏ３）と、
８重量％〜１２重量％、特に９重量％〜１１重量％のルチル（ＴｉＯ２）及び／又はアナターゼ（ＴｉＯ２）と、
２重量％〜５重量％、特に３重量％〜４重量％の石英（ＳｉＯ２）と、
０．０３重量％未満、特に０．０１重量％未満のＮａ２Ｏ及び／又は０．１重量％未満、特に０．０５重量％未満のガラスと、
を含有し得る。
【００２１】
１つの実施の形態においては、改質された赤泥は、
１０重量％〜５５重量％、特に１０重量％〜５０重量％の鉄化合物と、
１２重量％〜３５重量％のアルミニウム化合物と、
３重量％〜１７重量％、特に５重量％〜１７重量％のケイ素化合物と、
２重量％〜１２重量％、特に２重量％〜１０重量％の二酸化チタンと、
０．５重量％〜６重量％のカルシウム化合物と、
任意選択で、更なる不可避の不純物と、
の無機組成を有する実質的にＮａ２Ｏを含まない洗浄された（又は中和された）赤泥を、少なくとも８００℃、特に少なくとも８５０℃、特に少なくとも９００℃、特に少なくとも９５０℃、好ましくは少なくとも１０００℃の温度に、例えば１１００℃から１２００℃の間の温度、例えば１１５０℃に加熱することによって得ることができる。こうして得ることができる改質された赤泥は、テンパリングされた赤泥、又は焼結された赤泥、又はヘマタイトセラミックとも呼称され得る。
【００２２】
ボーキサイトからのアルミニウムのアルカリ性浸出後に不溶性成分として残留する赤泥は、通常はかなりの量のＮａ２Ｏ又はその他のアルカリ金属酸化物若しくはアルカリ土類金属酸化物を含有し、それらは水酸化物として又は炭酸塩としても存在し得る。そのような（未洗浄の）赤泥が８００℃を上回る、特に１０００℃を上回る温度に加熱されると、これらのアルカリ性成分は、同様に赤泥中に含まれる（結晶性）ＳｉＯ２のガラス、例えばソーダガラス及び／又はカリソーダガラスへの変換を引き起こし、これは粗悪な熱伝導体、そうでなければ断熱体であるため、本発明による改質された赤泥の電流からの熱の貯蔵（電・熱併給）又は熱から電流への変換（熱・電併給）のための使用目的に大きな不利益があるか、又はそれどころか相反するものとなる。また、未洗浄の赤泥の加熱に際してアルカリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物等の高い反応性に基づいて、本発明により不所望な更なる物質も形成し得る。さらに、そのような反応性物質が本発明による改質された赤泥中に存在することは、熱貯蔵装置中での改質された赤泥の絶え間ない加熱及び冷却を伴う熱貯蔵装置におけるその使用のためにも不利益となる。それというのも、改質された赤泥の化学的安定性（すなわち、室温から約１０００℃までの選択された作業温度での繰り返しの加熱及び冷却の間に化学反応がないこと）及び物理的安定性（存在する鉱物相の種々の熱膨張及び熱収縮と共に耐熱衝撃性及び耐熱サイクル性への影響）は、本発明による熱貯蔵装置の寿命のために重要であるからである。
【００２３】
したがって、本発明によれば赤泥を加熱前に洗浄することが必要であり、こうしてその赤泥は、Ｎａ２Ｏ（及びその他のアルカリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物、例えばＫ２Ｏ及び／又はＣａＯ）を実質的に含まず、好ましくはまた加熱に際して還元的に作用し得る有機成分も含まない。Ｎａ２Ｏもその他のアルカリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物も、アルカリ性（すなわち塩基性）物質であるので、実質的にＮａ２Ｏを除去する洗浄は中和とも呼称され得て、又は相応して洗浄された赤泥は、中和された赤泥とも呼称され得る。適切には、その洗浄は、有利に酸又は酸性物質、例えば塩化鉄（ＩＩ）が添加されていてもよい水によって行われる。
【００２４】
１つの実施の形態においては、改質された赤泥（テンパリング後）は、以下の成分：
ギブサイト（Ａｌ（ＯＨ）３）、
ゲータイト（ＦｅＯ（ＯＨ））、
ベーマイト（ＡｌＯ（ＯＨ））、
カンクリナイト（Ｎａ６Ｃａ２［（ＣＯ３）２｜Ａｌ６Ｓｉ６Ｏ２４］）、
のうちの１つ、２つ、３つ、又は４つ全てを実質的に含まない。
【００２５】
１つの実施の形態においては、改質された赤泥は、以下の成分：
チタン酸アルミニウム（Ａｌ２ＴｉＯ５）、
（元素）鉄（Ｆｅ）、
マイエナイト（Ｃａ１２Ａｌ１４Ｏ３３）、
ウルボスピネル（Ｆｅ２ＴｉＯ４）、
アンドラダイト（Ｃａ３Ｆｅ２（ＳＯ４）３）、
の１つ、２つ、３つ、４つ、又は５つ全てを実質的に含み得ない。
【００２６】
これらの不所望な成分は、赤泥が十分かつ入念に洗浄されなかった場合に、とりわけ有機成分が除去された場合にも、及び／又は還元性雰囲気中で加熱若しくは焼結された場合に生成し得る。
【００２７】
その加熱は、示された温度において、特に５分間から３６時間までの、特に５分間から２４時間までの、特に５分間から１２時間までの、特に５分間から６時間までの、特に５分間から２時間までの、特に５分間から１時間までの、特に５分間から３０分間までの時間にわたって行われ得る。
【００２８】
１つの実施の形態においては、改質された赤泥は、１５％未満の、特に５％〜１２％の範囲の多孔性を有し得る。この場合に細孔サイズは小さい。そのような比較的低い多孔性は、赤泥の本発明による改質に基づいて容易に達成可能であり、そして本発明による改質された赤泥の使用目的のために有利な高い熱容量、及び無機物質のために典型的な熱伝導率（比較的低い多孔性による界面での低いフォノン散乱に基づく）の達成のために特に適している。多孔性は、特にガス吸着等温線を用いてＢＪＨ法に従って測定することができる。
【００２９】
１つの実施の形態においては、改質された赤泥は、３．９０ｇ／ｃｍ３〜４．０ｇ／ｃｍ３の範囲の、特に３．９１ｇ／ｃｍ３〜３．９５ｇ／ｃｍ３の範囲の、特に３．９２ｇ／ｃｍ３〜３．９４ｇ／ｃｍ３の範囲の、特に約３．９３ｇ／ｃｍ３の密度を有し得る。そのような比較的高い密度は、同様に赤泥の本発明による改質に基づいて容易に達成可能であり、そして本発明による改質された赤泥の使用目的のために有利な高い熱容量、及び典型的な熱伝導率の達成のために特に適している。
【００３０】
１つの実施の形態においては、改質された赤泥は、３μｍ〜１０μｍの範囲の、特に５μｍ〜８μｍの範囲の平均粒度ｄ５０を有し得る。平均粒度ｄ５０は、特に、レーザ回折によって、又はＩＳＯ  １３３２０（２００９）によるレーザ回折（ＭＡＬＶＥＲＮ社）によって測定され得る。
【００３１】
１つの実施の形態においては、改質された赤泥は、０．５μｍ〜２．５μｍの範囲の、特に１．０μｍ〜２．０μｍの範囲の粒度ｄ１０、及び／又は１５μｍ〜５０μｍの範囲の、特に２０μｍ〜４０μｍの範囲の粒度ｄ９０を有し得る。粒度ｄ１０及び粒度ｄ９０は、特に、レーザ回折によって、又はＩＳＯ  １３３２０（２００９）によるレーザ回折（ＭＡＬＶＥＲＮ社）によって測定され得る。
【００３２】
１つの実施の形態においては、改質された赤泥は、０．６ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）〜０．８ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）の範囲の、特に０．６５ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）〜０．７５ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）の範囲の２０℃での比熱容量、及び／又は０．９ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）〜１．３ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）の範囲の、特に０．９５ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）〜１．２ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）の範囲の７２６．８℃での比熱容量を有し得る。比熱容量は、特に、ＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ  １１３５７−４に従って測定され得る。
【００３３】
１つの実施の形態においては、改質された赤泥は、３Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲の、特に５Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲の、特に８Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜１２Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲の比熱伝導率を有し得る。比熱伝導率は、特に、平板形の試験体全体にわたってラムダメータにおいてＤＩＮ  ＩＳＯ  ８３０２に従って測定され得る。
【００３４】
１つの実施の形態においては、改質された赤泥は、圧縮された固体の形で存在し得る。
【００３５】
改質された赤泥の製造方法は、
１０重量％〜５５重量％、特に１０重量％〜５０重量％の鉄化合物と、
１２重量％〜３５重量％のアルミニウム化合物と、
３重量％〜１７重量％、特に５重量％〜１７重量％のケイ素化合物と、
２重量％〜１２重量％、特に２重量％〜１０重量％の二酸化チタンと、
０．５重量％〜６重量％のカルシウム化合物と、
任意選択で、更なる不可避の不純物と、
の無機組成を有する赤泥を洗浄及び乾燥させることと、
引き続き、洗浄された（中和された）赤泥を、少なくとも８００℃、特に少なくとも８５０℃、特に少なくとも９００℃、特に少なくとも９５０℃、好ましくは少なくとも１０００℃の温度に、例えば１１００℃〜１２００℃の間の範囲に、例えば約１１５０℃に加熱することと、
を含む。
【００３６】
赤泥の洗浄は特に、加熱されるべき赤泥が、先に論じられた理由からＮａ２Ｏ（及びその他のアルカリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物、例えばＫ２Ｏ及び／又はＣａＯ）を実質的に含まず、好ましくはまた加熱に際して還元的に作用し得る有機成分も含まないように用いられる。このためには、その洗浄は特に、有利に酸又は酸性物質、例えば塩化鉄（ＩＩ）が添加されていてもよい水によって行われ得る。
【００３７】
１つの実施の形態においては、その加熱は、示された温度において、特に５分間から３６時間までの、特に５分間から２４時間までの、特に５分間から１２時間までの、特に５分間から６時間までの、特に５分間から２時間までの、特に５分間から１時間までの、特に５分間から３０分間までの時間にわたって行われ得る。
【００３８】
１つの実施の形態においては、洗浄され乾燥された赤泥の加熱は、非還元性（中性）（ガス）雰囲気中で行われ得る。これらによって、赤泥中の成分、特に鉄化合物の（不所望な）還元が回避され得る。
【００３９】
１つの実施の形態においては、赤泥は１回だけ（すなわち複数回ではない）加熱される。赤泥の複数回の加熱、例えば予備焼結は、本発明による方法では一般的に必要ではないので、有利にはこの（本発明によれば不要の）追加の方法工程を省くことができる。
【００４０】
１つの実施の形態においては、上記方法は、（焼結又はテンパリングされた）赤泥の上流での造粒を加熱後に行い、引き続き、造粒された赤泥又は造粒物を圧縮することを更に含み得る。テンパリングされた赤泥の造粒は、非常に狭く調整された湿分範囲内での圧縮を容易にする（又はそれどころかその圧縮を初めて可能にする）。
【００４１】
１つの実施の形態においては、改質された赤泥の製造方法において、本発明による改質された赤泥が製造され得る。
【００４２】
貯蔵媒体は、本発明による改質された赤泥を含む。本出願に関して「貯蔵媒体」とは、特に、活性の（又は有効な）貯蔵材料と解釈され得る。例えば、熱貯蔵装置の場合に、貯蔵媒体は、相応の（又は適切な）熱容量及び熱伝導率を有さねばならない熱貯蔵性材料であり得る。
【００４３】
貯蔵媒体は、改質された赤泥の他に、任意選択で更なる成分を含有し得る。
【００４４】
１つの実施の形態においては、貯蔵媒体は、以下の成分のうちの１つ以上を更に含み得る：
空気の包有（貯蔵媒体内部での空気の吸収）及び／又は空気の吸着（表面への空気の付着）を回避するための作用物質（例えば、電流・熱貯蔵装置用の基材を、二軸スクリュー式押出機によって、５重量％から１０重量％までのポリジメチルシロキサンポリマー又はポリジフェニルシロキサンポリマーを添加しつつ、それと同時に真空脱ガス（例えば直列接続されたロータリベーン式真空ポンプ）を最大出力で使用しつつ、ポリシロキサン系中での強力な分散によって全ての空気の包有が除去されるように処理することができる。得られる材料は混練可能である）、
熱伝導率の改善のための作用物質、特に金属コロイド、金属粉末、黒鉛及びケイ素含有物質からなる群から選択される、熱伝導率の改善のための作用物質、
チキソトロピー性組成物の形成のための作用物質（特に、ポリペンタエリトリトール及びカルボン酸（例えばＣ１８）を、二軸スクリュー式押出機中で処理する前に熱媒体の基材中に添加することによって、この基材は、例えば拡大された範囲でチキソトロピーが調整され得る。電流・熱貯蔵装置の起動過程、すなわちゆっくりとした加熱において、ポリシロキサンの他に、これらの作用物質も炭素へと熱分解され得る。ここで、生ずる炭素は、電流・熱貯蔵装置の所望の特性に対して悪影響を及ぼさずに、熱伝導率を改善する）。
【００４５】
１つの実施の形態においては、貯蔵媒体は、可塑剤（「ｐｌａｓｔｉｓｉｚｅｒ」）を実質的に含み得ない。可塑剤は、本発明による赤泥では一般的に必要ではないので、有利にはこの（本発明によれば不要な）可塑剤を省くことができる。
【００４６】
熱貯蔵装置は、本発明による貯蔵媒体を含む。本出願に関して「熱貯蔵装置」とは、特に、活性の熱貯蔵性材料として貯蔵媒体を含み、それ以外にさらに、任意選択で更なる装置的要素を備える装置と解釈され得る。
【００４７】
１つの実施の形態においては、熱貯蔵装置は、電流・熱貯蔵装置であり得る。本出願に関して「電流・熱貯蔵装置」とは、特に、電気的エネルギーを熱的エネルギー（熱エネルギー）へと変換することができ、及び／又は熱的エネルギー（熱エネルギー）を電気的エネルギーへと変換することができる、特に電気的エネルギーを熱的エネルギーへも、熱的エネルギーを電気的エネルギーへも変換することができる貯蔵装置と解釈され得る。
【００４８】
１つの実施の形態においては、熱貯蔵装置は、熱貯蔵装置の蓄熱及び放熱のための装置を更に含み得る。熱貯蔵装置の蓄熱及び放熱のための装置は、例えば機械的構造要素、及び／又はその他の構造要素、例えば伝導性接点若しくは端子、特に導電性接点若しくは端子、及び／又は熱伝導性接点若しくは端子を備え得る。
【００４９】
１つの実施の形態においては、熱貯蔵装置は、電流を熱に変換するための手段、例えばカートリッジヒーター又は抵抗線若しくは電熱線を更に備える電流・熱貯蔵装置であり得る。これにより、電気的エネルギーの熱的エネルギーへの変換が可能となり得る。この場合に、これらの手段は、貯蔵媒体と間接的又は直接的に接触していてもよく、例えば貯蔵媒体中に埋設されていてもよい。
【００５０】
１つの実施段階においては、熱貯蔵装置は、熱を電流に変換するための手段、例えば蒸気又は高温空気を生成するための装置とタービンと発電機とを備える熱・電流貯蔵装置であり得る。これにより、熱の電流への変換が可能となる。
【００５１】
本発明による熱貯蔵装置は、電力・熱併給（電・熱併給）のために構成されていても、電力・熱・電力併給（電・熱・電併給）のために構成されていてもよい。すなわち、本発明による熱貯蔵装置は、電力・熱併給（又は電流（電力）・熱併給）のために使用することもでき、電力・熱・電力併給（又は電流（電力）・熱・電流（電力）併給）のために使用することもできる。このために必要な全ての特性及び特徴、例えば密度ρ、比熱伝導率ｃｐ、作業温度間隔ΔＴ、物質内部の熱伝導能λ、貯蔵装置中での熱的エネルギーの固有の伝達能（温度拡散率）、多孔性、粒径分布又は粒度分布、硬度及び同時に高い靭性、並びに化学的安定性は、本発明による改質された赤泥によって、その化学的組成又はその製造に応じた改質に基づいて満たされ得る。
【００５２】
つまり、熱貯蔵装置の動作方式は、２段階：
第１段階：電力・熱（電・熱）併給、
第２段階：熱・電力（熱・電）併給、
に分けることができる。
【００５３】
両方の段階は、それぞれ個別に又は組み合わせて電力・熱・電力併給として使用することができる。
【００５４】
電力・熱併給は９５％〜１００％の効率で動作する。そのため、本発明による熱貯蔵装置は、熱を必要とするシステムに熱を伝達するために理想的な媒体であり、すなわち本発明による熱貯蔵装置は、理想的な種類の熱伝達装置である。その装置には、例えば建物（床暖房及び壁面暖房）、更にあらゆる種類の工業的装置、例えばボイラ、ロータリーキルン、蒸留装置、配管系、コーヒーマシンその他多数が該当する。
【００５５】
この種のあらゆるシステムへの熱伝達（電力・熱併給）は、９５％〜１００％の効率を有する方法が使用されるので非常に魅力の高いものである。熱伝達のために現在使用されるシステムは、通常は２５％〜３５％の効率で動作する。つまり、その電力・熱・熱併給は所要エネルギー、ひいてはエネルギー費用を約１／３に削減する。それにより、世界的規模で化石燃料の燃焼からの大量のＣＯ２を削減することができる。電力・熱併給のための熱貯蔵装置は、熱伝達側を除く全ての他の面が断熱されているように作製することができる。それは、あらゆる種類の工業的装置の空間についても金属表面についても当てはまる。
【００５６】
さらに、本発明は、本発明による改質された赤泥の、貯蔵媒体としての、特に熱貯蔵装置における使用に関する。
【００５７】
１つの実施の形態においては、改質された赤泥は、熱の貯蔵のために、１０００℃までの温度で、特に１００℃を上回って１０００℃までの温度で使用することができる。しかしながら、８０℃を上回る温度での、特に９０℃を上回る温度での熱の貯蔵のための使用も可能である。
【００５８】
１つの実施の形態においては、改質された赤泥は、同時に加熱可能かつ冷却可能な貯蔵媒体として使用することができる。これにより、例えば貯蔵媒体が作動時に５００℃より高く加熱されないことが達成され得る、いわば制御が提供され、それによって（三方晶）α−石英から（六方晶）β−石英への反転を回避することができる。すなわち、予め決められた閾値、例えば５００℃を上回る貯蔵媒体の加熱は、対応する熱量を別の媒体へと同時に放熱して、それにより相応して冷却されることにより打ち消される。
【００５９】
この事実は、今までの貯蔵技術の革新的な進展を表す。これまで、全ての貯蔵装置は、例えば電池若しくは揚水貯蔵装置、又は最初に電流により高温空気を生成した後に石を加熱する（蓄熱過程）電力・熱貯蔵装置のように蓄熱又は放熱され得た。高温の石は、第２段階（放熱過程）で冷たい空気を高温空気に加熱した後に、水から蒸気を起こし、タービン及び発電機が駆動される。蓄熱過程でも放熱過程でも、約１００℃から例えば１０００℃までの温度間隔又はその一部を経過する。
【００６０】
記載された２段階法における重大な問題は、蓄熱及び放熱に際して通過する温度間隔における貯蔵物質中に含まれる結晶性物質の体積的な膨張能又は収縮能である。全ての含まれる物質は、その都度の温度間隔において様々な膨張係数を有するので、物質（例えば天然石）は、組織的に砕けることにより破壊される。すなわち、耐熱衝撃性及び耐熱サイクル性は必要な大きさで与えられていない。
【００６１】
蓄熱及び放熱を同時に行うことができる場合には、より大きな温度間隔をもはや通過する必要はない。貯蔵装置の作動は、目下任意の望ましい温度で又は狭い温度帯の範囲内で行うことができる。蓄熱過程で供給されたエネルギーは、放熱過程で同じ大きさで再び放出される。すなわち、ほぼ一定の温度では膨張係数は安定したままであり、変化しない。それにより、各々の含まれる物質で特異的に変化する膨張係数の破壊的な力は無くなる。耐熱衝撃性及び耐熱サイクル性が存在しており、すなわち熱貯蔵装置は、長期間にわたり作動され得る。例えば５００℃を超過しない場合に、水酸化物、水和酸化物、及び炭酸塩の分解以外の分解は行われず、また焼結等も行われない。貯蔵物質は、全てのパラメータが安定したままであり、分解、相転移、焼結等の変化は行われない。遊離苛性ソーダ又はそこから炭酸飽和により生成される炭酸ナトリウムを排除することで、経過する温度範囲における化学的・鉱物学的化学種の形成へのアルカリ金属酸化物又はアルカリ土類金属酸化物の影響が妨げられる。その場合にのみ、明らかに定義された物質が、あらゆる点で定義されたパラメータを伴って形成され得る。例えば、本発明による貯蔵物質には、以下の物質、つまりヘマタイト、α−Ａｌ２Ｏ３、アナターゼ、ルチル、ペロブスカイト、カンクリナイト、及び石英だけが含まれている。
【００６２】
貯蔵されるべきピーク電流量が発生する場合に、貯蔵装置の作動温度範囲を、例えば１０００℃に広げなければならない場合に、貯蔵材料の化学的・鉱物学的成分（表１の「ボーキサイト残渣の鉱物相」を参照）は変化するものの、耐熱サイクル性及び耐熱衝撃性は不変のままである。それというのも、蓄熱過程及び放熱過程が、１つの温度又は狭い温度帯で行われ、すなわち貯蔵装置の膨張係数に応じた自己破壊は起こりえないからである。
【００６３】
１つの実施の形態においては、改質された赤泥は、電流・熱貯蔵装置における貯蔵媒体として使用することができる。
【００６４】
１つの実施の形態においては、貯蔵媒体は、電流によって加熱することができ、及び／又は電流を発生しながら冷却され得る。
【００６５】
１つの実施の形態においては、改質された赤泥は、再生可能エネルギー源から得られた電流の貯蔵のために使用することができる。本出願に関して「再生可能エネルギー源」とは、特に、風力、水力、潮力、太陽エネルギー（ソーラーエネルギー）、地熱及びバイオマスと解釈され得るが、その発生時間は人的な影響から非常に大幅に遠ざけられており、そのため効率的な貯蔵可能性が非常に重要となる再生可能エネルギー源、例えば特に風力、潮力及び太陽エネルギー（ソーラーエネルギー）が好ましい。
【００６６】
１つの実施の形態においては、電流・熱貯蔵装置は、電流によって加熱され、こうして貯蔵媒体を加熱する抵抗線を備え得る。
【００６７】
１つの実施の形態においては、貯蔵媒体中に貯蔵された熱的エネルギーは、その他の媒体、好ましくは流体媒体へと伝達されて、その貯蔵媒体は冷却（放熱）され得る。その際、上記その他の媒体、又は熱交換器媒体も、特に、水、（水蒸気）、溶融塩、例えばイオン性液体、熱媒油、又はガスからなる群から選択される。
【００６８】
貯蔵媒体は、例えば熱交換器のように別の媒体又は熱交換器媒体によって貫流され得る。貯蔵媒体の熱交換器としての相応の構成は、該貯蔵媒体の少なくとも初めての自由成形性に基づくものである。この場合に、例えば、対応する１つ以上の貯蔵媒体要素中に相応の流体媒体のためのメアンダー形状の管が設けられていてもよい。しかしながら他方で、幾何学形状の塊状物として成形された貯蔵媒体要素を、矩形断面、多角形断面、又は円形断面を有する相応する管系が生ずるように配置することもできる。その一方で、貯蔵媒体の相応する塊状物に流通させることもでき、詳しく言えば、別の媒体又は熱交換器媒体が事前に選択可能な流速で貯蔵媒体の１つ以上の表面を流過する場合に、上記塊状物を介してこの別の媒体又は熱交換器媒体が流れることもできる。
【００６９】
この場合に、貯蔵媒体の冷却（放熱）の制御は、例えば別の媒体又は熱交換器媒体の温度及び流速を介して行うことができる。これにより、予め決められた閾値を上回る又はそれを下回る貯蔵媒体の加熱及び／又は冷却を避けることができる。
【００７０】
この場合に、電流の生成は、例えば蒸気タービン又はガスタービンによって行うことができ、ガスタービンの場合には、貯蔵媒体は、例えば作動ガスの加熱のための「燃焼室」の機能を担い得る。この場合に、作動ガスとして空気が使用され得る。
【００７１】
１つの実施の形態においては、貯蔵媒体及び放熱装置は、一体式で存在しても、又は別々の要素として存在してもよい。本明細書では、貯蔵媒体要素と制御装置と電流発生ユニットとが、例えばソーラー設備を備える家の領域内で閉じたユニットとして一体化され設置されている１つのシステムをなす装置が考えられる。
【００７２】
１つの実施の形態においては、電流・熱貯蔵装置は、電流・熱併給が行われることにより、送電系の存在なくして電気的エネルギーを輸送するために利用することができる。このために、例えば少ない質量、例えば３キログラム〜５キログラムを有する貯蔵媒体要素を準備した後に、それらを断熱ボックス内で安全にかつ低い熱損失で広範囲にわたって輸送することができる。目的地に到着した後で、熱エネルギーから再び電気的エネルギーを得ることができる。
【００７３】
１つの実施の形態においては、電流・熱貯蔵装置は、熱・電流併給により再び電流を発生することができる。このために、ガスタービン又は蒸気タービン、しかしながらまた熱電効果又はゼーベック効果に基づく熱電発電機も使用され得る。
【００７４】
１つの実施の形態においては、電流・熱貯蔵装置は、孤立したエネルギー利用者へのエネルギー供給のために使用することができる。
【００７５】
１つの実施の形態においては、孤立したエネルギー利用者に、熱エネルギー及び電気的エネルギーを供給することができる。すなわち、この場合には電力系統接続とは独立した、いわゆるアイランド稼働が可能である。
【００７６】
１つの実施の形態においては、電流・熱貯蔵装置は、機械又は移動装置、例えば車両へのエネルギー供給のために使用することができる。それは、例えば作動媒体が貯蔵媒体要素を介して加熱され得るガスタービン駆動装置を備えた車両のために適している。
【００７７】
同時に蓄熱及び放熱され得る熱貯蔵装置は、常に電力・熱・電力併給に関しては、電流生成体、例えば再生可能エネルギー（そのためＣＯ２不含）と貯蔵装置とタービンと発電機とからなる火力発電所である。
【００７８】
しかしまた、この種類の熱貯蔵装置は、理想形では別のシステムで熱伝達装置として使用され得る。この場合に、例えば装置工学の分野における電力・熱・熱併給が重要である。例えば、ボイラ、ロータリーキルン、又はあらゆる種類の工業的装置の加熱をもはや、例えば蒸気又は高温の燃焼ガスを用いて行う必要がないため、むしろ貯蔵物質を、例えば電力（再生可能エネルギー由来の電流）により加熱し、直接接触させることによって、例えば金属又はセラミック又は別の物質へと伝達することが可能である。電力・熱併給の効率は９５％〜１００％であるので、システムの加熱は同様の効率で可能である。この利点は、将来的にエネルギー費用を大幅に下げ、技術的構成を容易にすることとなる。これには、例えば貯蔵媒体を含む加熱可能な要素による建物の暖房が該当する。
【００７９】
本発明の実施形態の更なる課題及び利点は、以下の詳細な説明及び添付の図面に基づき明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】乾燥した従来のボーキサイト残渣の粒度分布を示す図である。
【図２】赤泥を１００℃から１０００℃までに酸素（Ｏ２）雰囲気又は窒素（Ｎ２）雰囲気において加熱した間の試験体の密度の推移を示す図である。
【図３】本発明の例示的な１つの実施形態による１０００℃でテンパリングされた赤泥の粒度分布を示す図である。
【図４】本発明の例示的な１つの実施形態による表３に記載した測定列の、ＡＬＦＥＲＲＯＣＫ（商標）の比熱容量についてのグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００８１】
以下に、本発明の更なる詳細及び本発明の更なる実施形態を記載する。しかしながら、本発明は、以下の詳細な説明に限定されるものではなく、その詳細な説明は、単に本発明による教示内容の説明に用いられるに過ぎない。
【００８２】
例示的な１つの実施形態又は例示的な１つの主題と関連して記載される特徴は、それ以外のどの例示的な実施形態とも、又はそれ以外のどの例示的な主題とも組み合わせることができることに留意されたい。特に、本発明による改質された赤泥の例示的な１つの実施形態と関連して記載される特徴は、本発明による改質された赤泥のそれ以外のどの例示的な実施形態とも、改質された赤泥、貯蔵媒体、熱貯蔵装置の製造方法及び改質された赤泥の使用のどの例示的な実施形態とも、明示的に別段示されていない限り組み合わせることができ、その逆も可能である。
【００８３】
不定冠詞又は定冠詞、例えば「ｅｉｎ」、「ｅｉｎｅ」、「ｅｉｎｅｓ」、「ｄｅｒ」、「ｄｉｅ」及び「ｄａｓ」を伴う単数の概念が示される場合に、文脈により一義的にそれ以外のことが規定されない限り、それと一緒に、複数の概念も含み、その逆も当てはまる。本明細書で使用されるような表現「含む（ｕｍｆａｓｓｅｎ）」又は「有する（ａｕｆｗｅｉｓｅｎ）」は、「含有する（ｅｎｔｈａｌｔｅｎ）」又は「包含する（ｂｅｉｎｈａｌｔｅｎ）」を含むだけでなく、「からなる（ｂｅｓｔｅｈｅｎ  ａｕｓ）」及び「実質的にからなる（ｉｍ  Ｗｅｓｅｎｔｌｉｃｈｅｎ  ｂｅｓｔｅｈｅｎ  ａｕｓ）」も意味し得る。
【００８４】
本発明の範囲において実施される調査に関して、調査されるべき物質を、まずは室温で特性決定し、特に化学組成及び鉱物学的組成を測定した。さらに、この物質を、ゆっくりと１０００℃に加熱し、この場合に１００℃おきに、鉱物学的相並びに密度及び比熱容量を測定した。
【００８５】
調査されるべき物質の特性決定：
１．化学組成（ボーキサイト残渣について典型的なもの）
１０重量％〜５０重量％の鉄化合物
１２重量％〜３５重量％のアルミニウム化合物
５重量％〜１７重量％のケイ素化合物
２重量％〜１０重量％の二酸化チタン
０．５重量％〜６重量％のカルシウム化合物
【００８６】
２．鉱物学的組成
調査の開始状態において、Ｘ線撮影により以下の鉱物相：
ヘマタイト
ゲータイト
アナターゼ
ルチル
ペロブスカイト
ベーマイト
ギブサイト
カンクリナイト
石英
が確認された。
【００８７】
３．粒度
粒径（μｍ）は、図１に示されている。それによれば、その物質は非常に微細であり、３つの極大値を有している。分布が良好な場合には、その物質が高い密度を有することが予想された。それというのも、非常に微細な結晶は、中程度の微細度の結晶の間隙にはまることができ、この中程度の微細度の結晶は、より大きい結晶の間隙にはまることができるからである。測定された３．６３（ｇ／ｃｍ３）の密度は、この見込みの正しさを証明している。
【００８８】
任意の粒度分布を有する熱的に安定かつ化学的に不活性な物質の添加によって、未だに存在する中空空間を、機械的特性、電気的特性、及び熱的特性に作用を及ぼしつつ減らすことができる。それは、本発明に関する貯蔵機構の更なる最適化を表す。
【００８９】
４．試験の実施
試験物質の試料を、酸素下及び窒素下で１０００℃まで徐々に加熱した。それぞれ、１００℃、２００℃、３００℃、４００℃、５００℃、６００℃、７００℃、８００℃、９００℃及び１０００℃で、試料を取り出し、鉱物学的組成及び密度の変化を求めた。
【００９０】
比熱容量は、室温（３０．２６℃）から５８４．２０℃までの温度範囲で測定した。
【００９１】
５．結果の解釈
５．１．鉱物相
温度に依存して、物質の鉱物学的組成は変動する（以下の表１を参照）。
【００９２】
約３００℃でギブサイトは分解し、約４００℃でゲータイトは分解し、そして約５００℃でベーマイトは崩壊する。５７３℃でα−石英はβ−石英へと変換される。
【００９３】
６００℃を上回ると、カンクリナイトＮａ６Ｃａ２［（ＡｌＳｉＯ４）６（ＣＯ３）２］からのＣＯ２放出が起こる。６００℃で密度の最初の極大値が存在する。本明細書では、該物質は、実質的にヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）及びコランダム（Ａｌ２Ｏ３）からなるとともに、より低い割合で、ＴｉＯ２、カンクリナイト、及びペロブスカイトからなる。
【００９４】
１０００℃では、カンクリナイト並びにＴｉＯ２相のアナターゼ及びルチルの両方は、鉱物のシュードブルッカイト［（Ｆｅ３＋）２Ｔｉ］Ｏ５及びネフェリン［（Ｎａ，Ｋ）［ＡｌＳｉＯ４］へと変換される。
【００９５】
【表１】
0006846616.tif 000002
【００９６】
５．２．密度
図２から明らかなように、密度は、温度の関数として１００℃での３．６３（ｇ／ｃｍ３）から、１０００℃での３．９３（ｇ／ｃｍ３）へと進展する。水及びＣＯ２の離脱を伴う鉱物相の分解並びに焼結過程により、密度は、６００℃から７００℃の間で低下し、その後に１０００℃までに３．９３（ｇ／ｃｍ３）の値に再び上昇する。
【００９７】
熱的領域での使用のためには、物体として安定であり、かつそれぞれ任意選択の温度範囲でＨ２Ｏ又はＣＯ２等の更なるガスを離脱せず、更なる焼結過程も受けない物質だけしか使用することができない。Ｆｅ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２又はＳｉＯ２等の酸化物は、温度増大に際してほとんど目立った変化を起こさない。必須の１つの特性は、１０００℃まで加熱された物質の密度が、冷却に際して一定のままで、例えば再水和が起こらないことにある。
【００９８】
５．３．粒度
本発明による物質の１０００℃の温度までのテンパリングは、粒径を、例えば水酸化物、水和酸化物又は炭酸塩の分解と焼結過程とによって大幅により高い値に移行させる（図３を参照）。こうして、例えば、
０．０７４μｍのｄ１０値は、１．３４１μｍにまで増大し、
０．２６１μｍのｄ５０値は、６．７４３μｍにまで増大し、
１．６９２μｍのｄ９０値は、２８．１７μｍにまで増大する。
【００９９】
５．４．比熱容量
物質の比熱容量は、温度の関数である。温度が高まるに伴い、比熱容量も増大する。以下の表２は、相応の例を示している。
【０１００】
【表２】
0006846616.tif 000003
【０１０１】
混合物においては、比熱容量は、混合物のそれぞれの成分の比熱容量の合計である。
【０１０２】
提供された物質の特性決定により、混合物は、種々の鉱物性物質からなることが示される。テンパリングに際して、物質の一部は分解し、例えば水又はＣＯ２を離脱して、酸化物又はその他の化学的に安定な鉱物相が形成される。さらに焼結過程が行われる。
【０１０３】
これらの物質の測定結果は、３０℃で０．７９１（ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ））の値を示し、５８４℃で１．０３７（ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ））の値を示している。１０００℃では、外挿によって、１．１４（ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ））〜１．１８（ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ））の値を想定することができる（図４を参照のこと）。
【０１０４】
【表３】
0006846616.tif 000004
【０１０５】
１０００℃に加熱された物質の冷却に際して、ｃｐ値は、それぞれの温度に対応する値にまで下がる。しかしながら、出発物質は、鉱物相の分解とその他の物質の形成とによって変化して、更に焼結過程が行われたので、該物質は、冷却後に出発物質とは異なる比熱容量の値を有する。重要なことは、テンパリングの後に、何度でも加熱及び冷却することができ、この場合に混合物中の個々の物質の更なる変化が起こらない安定な物質が提供されることが確認されることである。既に挙げたように、それは密度についても当てはまる。
【０１０６】
５．５．比熱伝導率
系の熱伝導率は、とりわけ、圧力、温度、鉱物学的組成、多孔度、密度等のパラメータに依存している。
【０１０７】
既述したように、提供された物質の加熱によって、全ての熱的に不安定な成分は分解された。テンパリングの後に、コランダム（Ａｌ２Ｏ３）、ヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）、ルチル及びアナターゼ（ＴｉＯ２）並びに耐火性物質、例えばシュードブルッカイト［（Ｆｅ３＋）２Ｔｉ］Ｏ５又はネフェリン［（Ｎａ，Ｋ）［ＡｌＳｉＯ４］からなる物質が存在する。
【０１０８】
以下の表４において、テンパリングされた物質の極めて重要な成分である物質の熱伝導率及び密度の値が挙げられている。
【０１０９】
【表４】
0006846616.tif 000005
【０１１０】
テンパリング過程の間に、生成された物質は、その粒径の点で大幅に大きくなり、この場合に表面積は小さくなった。それにより、一次結晶内部でも、導電率は表４に示されている値の方向に高まる。原則的に、結晶混合物中でフォノンが結晶界面で反射されると同時に、熱伝導率は低下する。すなわち、物質の結晶構造と熱伝導率とは因果関係がある。
【０１１１】
その物質混合物中には、測定される熱伝導率を下げる空気が粗悪な熱伝導体としてなおも含まれている。この作用を避けるためには、種々の方法が考えられ、それには、例えば圧力の使用、すなわち該物質を固体へと圧縮することが該当する。
【０１１２】
さらに、微結晶間又は微結晶表面上での空気の包有を防ぎ、それにより固い物質塊状物の製造を可能にする物質を添加することができる。
【０１１３】
この物質には、例えば、
金属コロイド
金属粉末
黒鉛
Ｓｉベースの焼結可能な熱分解性の物質
が該当する。
【０１１４】
上述の物質の添加の他に、さらに圧力及び熱エネルギーを使用することができる。
【０１１５】
熱伝導性の良い物質塊状物を製造することができるということは、決定的に重要なことである。テンパリング後に得られる物質を熱貯蔵装置として使用する場合に、良好な熱伝導率、特に空気の包有の回避は、蓄熱過程（物質の加熱）及び放熱過程（貯蔵された熱の、例えば蒸気を生成する系への伝達）のために重要である。
【０１１６】
［実施例］
比率１：１のテンパリングされていない物質及び１０００℃までテンパリングされた物質からなる提供された物質の混合物を、５％のＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサンプレポリマー）で表面改質して、ＢＵＳＳ混練機又は同方向回転型の二軸スクリュー式押出機中に装入する。配合機は、１３５℃のハウジング温度を有し、そして最大の真空脱ガスを伴う。トルクは、最大値の６５％〜８５％に調整される。材料は、冷却コンベアを経て取り出される。
【０１１７】
こうして生成された水不含及び空気不含の生成物を、断熱容器中に装入して、機械的に圧密化する。その後に、ゆっくりと１０００℃に高温加熱し、それにより熱貯蔵装置を使用準備ができたものにする。ＰＤＭＳの代わりに、金属粉、黒鉛又は塩溶液等のその他の物質を使用することもできる。
【０１１８】
６．まとめ
出発物質として、洗浄又は中和の後に十分にアルカリ金属不含かつアルカリ土類金属不含のボーキサイト残渣／赤泥が使用される。例えば１０００℃以上の温度までテンパリングした後にも明確なパラメータを有する単純かつ明確に定義された物質構造を得ることが目標である。
【０１１９】
１０００℃の温度までテンパリングすると、物質混合物内の、上記温度区間において不安定な全ての成分は分解する。それには、ギブサイト、ゲータイト、ベーマイト並びにカンクリナイト及びＴｉＯ２相が該当し、物質混合物は、任意選択で１０００℃にてシュードブルッカイト［（Ｆｅ３＋）２Ｔｉ］Ｏ５及びネフェリン［（Ｎａ，Ｋ）［ＡｌＳｉＯ４］を形成する。
【０１２０】
冷却後には、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２等の酸化物及び任意選択で１０００℃までの再度のテンパリングに際して更なる変化を呈さないシュードブルッカイト及びネフェリン等の高温耐性の物質からなる物質混合物が存在していた。
【０１２１】
物質組成の上述の変化に伴い、密度も、室温での３．６３（ｇ／ｃｍ３）から１０００℃での３．９３（ｇ／ｃｍ３）まで変化した。この予想される過程は、焼結効果を更に伴った。１０００℃までテンパリングされた物質混合物の冷却に際して、１０００℃で到達した密度は、不変のままである。それというのも、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３並びにＴｉＯ２及びＳｉＯ２等の酸化物は、２５℃から１０００℃の間の温度範囲においてそれらの密度を変えないからである。
【０１２２】
この焼結効果及び鉱物相の分解は、物質混合物において粒径をより大きな値の方向に移行させた。テンパリングの前には、例えばｄ５０＝０．２６１μｍ及びｄ９０＝１．６９２μｍであったが、テンパリング後には、以下の値：ｄ５０＝６．７４３μｍ及びｄ９０＝２８．１７μｍを測定することができた。粒子の拡大は、表面積の低下及びより良い熱伝導率を意味する。非常に小さな微結晶の間の空気含量（粗悪な熱伝導体）は低減された。
【０１２３】
特性決定された物質の比熱容量の調査により、２５℃での０．７９（ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ））から６００℃での１．０３７（ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ））への比熱容量の上昇が示された。１０００℃では、外挿によって、１．１４（ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ））〜１．１８（ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ））の値が予想される。
【０１２４】
既に示されたように、密度も増大しているため、熱貯蔵装置として使用するための決定的に重要な基準としての密度及び比熱容量の積は、水のその積を上回る値を達成する。水は、２０℃で９９８．２（ｋｇ／ｍ３）の密度及び４．１８２（ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ））の突出した比熱容量を有する。それにより、４１７５（ｋＪ／（ｍ３・Ｋ））の体積熱容量が得られる。それに対して、提供された物質は、３８９０（ｋｇ／ｍ３）の密度及び１．０３７（ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ））の比熱容量を有し、それにより約６００℃で４０３４（ｋＪ／（ｍ３・Ｋ））の体積熱容量を有する。１０００℃では、３９３０（ｋｇ／ｍ３）の密度についての値及び１．１６（ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ））のｃｐが得られる。それにより、体積熱容量は、４５５９（ｋＪ／（ｍ３・Ｋ））の値を達成する。この値は、水の値を大幅に上回る。
【０１２５】
水及び規定された物質の間の本質的な違いは、貯蔵媒体が動作し得る温度である。水は、理想的には４０℃から９０℃の間の温度範囲で動作する、つまり５０℃のΔＴを有するが、提供された物質は、１０００℃までの温度範囲で動作し得る、すなわち該物質は、水を１００℃の温度以降で蒸発させ、したがって９００℃のΔＴで動作し得る。この理由から、提供された物質は、水と比較して１５倍〜２０倍の熱量を貯蔵し得る（体積基準）。
【０１２６】
熱伝導係数は、貯蔵媒体においては、放熱過程のためよりも、蓄熱過程（貯蔵装置の加熱）のためにより高い重要性を有する。該物質中に必須に含まれる酸化物の熱伝導能は、３（Ｗ／（ｍ・Ｋ））から３５（Ｗ／（ｍ・Ｋ））の間にある。熱貯蔵装置のために決定的に重要なことは、貯蔵媒体として使用される物質を、熱的エネルギーの流れが最適に起こり得る、すなわち、熱体から貯蔵物質中へ、貯蔵物質内で、そして貯蔵物質から熱エネルギーを消費する系へと起こり得る、固体塊状物に圧密化し得る必要があることである。この点では、熱伝導性の悪いガスを、物質内部から又は物質の表面上から取り除く場合が有利である。圧力を使用する他に、一次結晶を「つなぎ合わせる」物質が添加され得る。それには、例えば金属コロイド、金属粉末、黒鉛、Ｓｉ含有の焼結可能な熱分解性の物質が該当する。また決定的に重要なことは、とりわけ、提供された物質の１０００℃までのテンパリング過程において、あらゆる不安定な物質が分解され、こうして十分に酸化物系の熱的安定性の貯蔵物質が提供され、該貯蔵物質は、何度でも加熱及び冷却することが可能であるが、この場合に、Ｈ２Ｏ又はＣＯ２等の貯蔵塊状物を破壊し得るガスを生成しないことである。
【０１２７】
熱貯蔵装置の蓄熱及び放熱は、任意の温度又は狭い温度帯で同時に行われる。それによって、熱膨張係数の永続的な変化が妨げられ、熱衝撃挙動及び熱サイクル挙動は、エネルギー貯蔵装置の長い予想寿命に関して安定化される。
【０１２８】
提供された物質の、高温用熱貯蔵装置のための貯蔵材料としての使用
貯蔵システム
水も固体物質（例えば、今までに記載した物質）も、顕熱貯蔵システムに該当する（熱貯蔵材料の熱を感知可能であるので、顕熱性）。
【０１２９】
熱貯蔵装置は、電力・熱併給を介してウインドパーク又はソーラー設備からの電気的エネルギーによって加熱することができる。無風の場合又は暗闇の場合にも、これらの熱貯蔵装置は、例えば、タービンを駆動させる蒸気を生成することができ、そのタービンは再び、下流の発電機を介して電気的エネルギーを生成する（熱・電力併給）。それにより、熱貯蔵装置は、非常用発電機の役割又は大きな様式において「代替発電所」の役割を担う。この過程がうまくいくと、送電系をより簡易かつ効率的に構想することもできる。
【０１３０】
エネルギー貯蔵装置への要求事項を、以下に挙げる：
高いエネルギー密度
高い電力密度
低い累積エネルギー消費
低い損失
低い自己放熱
長いサイクル寿命
長い寿命
低い設備費用
低い運転費用
【０１３１】
提供された物質は、課される要求事項を高度に満たす。
【０１３２】
上記物質は、
無機物質であり、
安全であり、
長寿命であり、
リサイクル可能であり、
非常に多量に入手可能であり、
経済性が高く、
１０００℃までの温度範囲で動作し、
蓄熱及び放熱が同時に可能であり、
容易に製造することができる。
【０１３３】
特に、提供された物質が高温用顕熱貯蔵装置として同時に蓄熱及び放熱することができるということは、制御可能な持続的に稼働する貯蔵発電所を運転することを可能にする。これにより、エネルギー生成の隙間を補うことができるか、又はより高い必要条件を満足することができる。
【０１３４】
さらに、熱貯蔵装置は、特に風力発電所地帯又はソーラー地帯のために使用することができ、それにより、そこで生成されたエネルギーは「パッケージソリューション」としてベース負荷需要を満たすことができる。
【０１３５】
さらに、例えば小さい熱貯蔵装置ユニットは、例えば住居への完全なエネルギー供給のために使用することができる。これらの小さいユニットは、例えば再生可能エネルギーによって加熱され、その後に定期的な交換において、完全なエネルギー供給のために、すなわち住居用の熱エネルギー及び電気のために使用される。
【０１３６】
さらに、小さい熱貯蔵装置ユニットは、あらゆる種類の機械において、エネルギー供給の目的のために使用することができる。
【０１３７】
さらに、電気的エネルギーは、電力・熱併給により熱貯蔵装置の形で送電系を用いずに「輸送可能」にすることができる。
【０１３８】
上記様式及び方式で、車両を動かすこともできる。定期的にバッテリのように交換される熱貯蔵装置は、熱・電力併給が行われることにより電気モータをリチウムバッテリと同等に動かすことができる。
【０１３９】
熱を電気的エネルギーに変換するための設備は、貯蔵装置の一体式構成要素として実現することができるか、又はそれとは独立したユニットにおいて実現することができる。
【０１４０】
［実施例］
提供された物質は、濾過ケークであり、それは、最初に熱処理に供さねばならない。すなわち、ゆっくりと１０００℃まで加熱せねばならない。この場合に、最初に濾過ケークの水分を蒸発させ、引き続き１０００℃までで、高温領域で不安定な全ての鉱物を焼成する。該物質は、その後には酸化物及びネフェリン又はそれ以外の安定な無機相のみからなる。この物質を冷却することで、貯蔵材料が形成される。
【０１４１】
貯蔵材料の蓄熱（すなわち加熱）は、埋設された抵抗線又はカートリッジヒーター、すなわちセラミックスリーブ中の抵抗線又はそれ以外のシステムによって直接的に行われる。相応の制御装置を介して、貯蔵材料は、任意の温度で一定に調整することができる。
【０１４２】
放熱は、適切かつ最適な（温度範囲／蒸気圧）位置で貯蔵材料中に導かれる水循環路を介して行われる。水が蒸発し、蒸気がタービンを動かし、電気が生成される。過剰の蒸気は、冷却装置（「冷却塔」）を介して再び水循環路へと返送される。
【０１４３】
熱供給部（最高温の位置）及び排熱部の間で、熱貯蔵媒体の特定の熱伝導を介して最適な条件を調整することができる。
【０１４４】
熱貯蔵材料は、熱供給用の加熱装置及び排熱のための配管系（水）と一緒に塊状物へと固結される。この塊状物は、外部に対して断熱される。
【０１４５】
決定的なことは、こうして特性決定された熱貯蔵システムは、同時に蓄熱及び放熱することができるということである。一般的に、貯蔵装置は、蓄熱か又は放熱がなされるように設計されている（これについては、揚水貯蔵装置を参照）。再生可能エネルギーによる同時の蓄熱及び放熱が可能なことで、それに対して、安定なベース負荷需要を満たすことができる貯蔵発電所を構築することができる。
【０１４６】
顕熱貯蔵装置のための現在最も重要な熱貯蔵システムは、水である。このシステムは、水が１００℃を上回ると蒸気として存在するため、水によって理想的には４０℃〜９０℃の温度区間で稼働されることを特徴としている。つまり、水は５０℃のΔＴを有する。
【０１４７】
それに対して、提供された物質から製造された貯蔵材料により動作する熱貯蔵システムは、１０００℃までの温度で動作し得る、すなわち該物質は、水を１００℃の温度以降で蒸発させることができ、したがって９００℃のΔＴで動作し得る。つまり、このシステムは、高温用貯蔵システムに該当する。
【０１４８】
［実施例］
顕熱貯蔵材である水／ＡＬＦＥＲＲＯＣＫ（登録商標）の比較
貯蔵することができる熱量の計算
貯蔵材料が貯蔵することのできる熱量Ｑは、以下の等式：
Ｑ＝ｍ×ｃｐ×ΔＴ＝ρ×ｃｐ×Ｖ×ΔＴ［Ｊ］
に従い得る。
ｍ＝質量［ｋｇ］
ｃｐ＝比熱容量［ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）］
ρ＝密度［ｋｇ／ｍ３］
Ｖ＝体積［ｍ３］
ρ×ｃｐ＝体積熱容量［ｋＪ／（ｍ３・Ｋ）］
ΔＴ＝温度区間［Ｋ］
Ｑ（１ｍ３）＝体積熱容量×ΔＴ［Ｊ］
【０１４９】
１．水（１ｍ３の場合）
ρ＝９９８．２（ｋｇ／ｍ３）
ｃｐ＝４．１８２（ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ））
ρ×ｃｐ＝４１７５（ｋＪ／（ｍ３・Ｋ））
ΔＴ＝５０Ｋ
Ｑ＝４１７５（ｋＪ／（ｍ３・Ｋ））×５０Ｋ×１ｍ３
Ｑ＝２０８．７×１０３ｋＪ
【０１５０】
Ｗｈに換算：
１Ｊ＝１Ｗｈ／３６００
Ｑ水＝５７．８８ｋＷｈ
【０１５１】
２．ＡＬＦＥＲＲＯＣＫ（登録商標）（１ｍ３の場合）
ρ＝３９３０（ｋｇ／ｍ３）
ｃｐ＝１．１６（ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ））
ρ×ｃｐ＝４５５８．８（ｋＪ／（ｍ３・Ｋ））
ΔＴ＝９００Ｋ
Ｑ＝４５５８．８（ｋＪ／（ｍ３・Ｋ））×９００Ｋ×１ｍ３
Ｑ＝４１０２．９×１０３ｋＪ／ｍ３
【０１５２】
Ｗｈに換算：
１Ｊ＝１Ｗｈ／３６００
ＱＡＬＦＥＲＲＯＣＫ（登録商標）＝１．１３９７ＭＷｈ
【０１５３】
３．ＡＬＦＥＲＲＯＣＫ（登録商標）／水の比較
ＱＡＬＦＥＲＲＯＣＫ／Ｑ水＝１．１３９７ＭＷｈ／５７．８８ｋＷｈ＝１９．７
【０１５４】
ＡＬＦＥＲＲＯＣＫ（登録商標）は、１０００℃までの動作温度で１９．７倍の熱量を貯蔵することができる。
【０１５５】
高温用熱貯蔵媒体であるＡＬＦＥＲＲＯＣＫ（登録商標）は、低温においても、熱貯蔵材、熱交換材及び熱調節材として卓越的に使用することができる。注目すべきことは、提供された物質のテンパリングに際して、１００℃での３．６３（ｇ／ｃｍ３）から１０００℃での３．９３（ｇ／ｃｍ３）までの密度の上昇が逆行せずに、一定に３．９３（ｇ／ｃｍ３）で変動しないことである。大きさρ×ｃｐは、それと共に９％だけ上がる。
【０１５６】
以下の表５において、約２００℃、３００℃、４００℃、５００℃及び６００℃の範囲における貯蔵可能な熱量が挙げられており、それらは十分に魅力的な値を示している。
【０１５７】
【表５】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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