PHOSPHATE CEMENT

Abstract: 1. Phosphate cement for the production of coldsetting refractory masses based on monoaluminium phosphate, characterised in that it consists of 35-55% by weight of powdered monoaluminium phosphate 5-15% by weight of magnesium oxide 30-60% by weight of diluting filler.

Description: Phosphatzement Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein kalthärtenden Phosphstzement sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung und die Verwendung dieses Phosphatzements in Mischungen mit feuerfesten Zuschlagstoffen. Als Zemente werden auf dem Gebiet der Feuerfestauskleidung im zunehmenden Masse Calciumaluminatzemente, rauch Tonerdezemente genannt, eingesetzt. Tonerdezemente zeichnen sich gegenüber den Portlandzementen vor allem durch eine schnellere Erhärtung aus. Die von abgebundenen Tonerde¯ zementen nach 24 Stunden erreichten Festigkeiten übertreffen im allgemeinen diejenigen von Portlandzementen nach 28 Tagen. usserdem zeigen Tonerde zemente eine weitaus grössere chemische Beständigkeit als Portlandeemente. Das Wasser-Zement-VerhÄltnis liegt bei Tonerde zementen höher als bei Portlandzementen, so dass sie wegen ihres grösseren chemischen Wasserbedarfs in Mischung mit Zuschlagstoffen weiterhin leichter verarbeitbar sind. Trotz der aufgezählten Vorteile werden jedoch Tonerde zemente auf vielen Anwendungsgebieten noch nicht als zufridenstellend bezeichnet, beispielsweise auf dem Gebiet hochwertiger Peuer festmaterialien auf Al2O3-Basis. Die Feuerbeständigkeit hochwertiger Mpterialien, z. B. von Tabulartonerde, kann durch Tonerdezement beträchtlich herabgesetzt werden. Nach W.S. TREFFER (Ceram. Bull. Vol. 58, No. 7 (1979) S. 716 liegen die Grenzen der thermischen Belastbarkeit für Calciumaluminat- zement in tbhängigkeit vom Reinheitagred des Zements zwischen 1200 und 17600C, wobei als Grenzbereich für Zemente mit höchstem Reinheitsgrad der Bereich von 1593 bis 17600C angegeben wird. Die thermieche Belastbarkeitsgrenze für Tabulartonerde liegt jedoch oberhalb 195000. Wie sich weiterhin gezeigt hat, können chemische Hochtemperaturprozesse, z. B. Creckprozesee, durch feuerfestes Material, das mit Hilfe von Tonerdezement hergestellt worden ist, gestört werden. So können kFtalytiAch beeinflusste Reaktionen mehr oder weniger stark in andere Richtungen gelenkt werden. Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, einen Zement für hochwertige Feuerfestmassen zu schaffen, der die vorstehenden Nachteile nicht aufweist. Dabei sollen Jedoch die für Tonerde zement gelten gemachten guten Eigenschaften, wie leichte Verarbeitbarkeit und kurze Abbindezeit möglichst erhalten bleiben. Die gestellte rufgabe kann überraschenderweise mit einem Phosphatzement auf Basis von Monoaluminiumphosphat gelöst werden. Das wesentliche Kennzeichen des neuen Phosphatzements wird darin gesehen, dass er aus pulverförmigem Monoaluminiumphosphat, MPgnesiumoxid und einem inaktiven feuerfesten Trennmaterial besteht. Eine Zementmischung der vorstehenden Zusammensetzung ist ein Einkomponentensystem und kann den feuerfesten Zuschlagstoffen auch nach langer Lager- zeit zugemischt werden, etwa in einem Zementmischer oder in vergleichbaren Aggregaten. Nach Wasserzusatz liegt denn ein ruttelfähiger, kalthärtender Feuerbeton vor. Bei Abwesenheit von Wasser bleibt auch die Betonmischung unbegrenzt legerfähig. Ein besonders hochwertiger Phosphatzement liegt denn vor, wenn er aus 40 - 50 Gew.% pulverförmigem Monoaluminiumphosphat, 8 - 12 Gew.% Magnesiumoxid und 40 - 60 Gew.% Trennmaterial besteht. Gute Ergebnisse können jedoch auch noch mit Zementen erhalten werden, welche das luminiumphosphet in Mengen von 35 - 55 Gew.%, Msgnesiumoxid in Mengen von 5 - 15 Gew. > und das Trenninaterial in Mengen von 30 - 60 Gew.% enthelten. Die angegebenen Gewichtsprozente beziehen sich jeweils auf den aus mindestens 3 Komponenten bestehenden und lagerfähigen Phosphat zement. Feuerfeste Zemente auf der Grundlage eines flussizen Aluminiumphosphat-Bindemittels sind zwar bekennt, z.B. aus der DE-OS 28 17 339, jedoch haben sie bis jetzt in der Praxis keine Bedeutung erlangt. Derartige Zemente sind nämlich Mehrkomponentecsysteme und müssen als eine aus mehreren einzelnen Prokungen bestehende Mehrkomponentenverpackung vertrieben werden. Nur so kann des flüssige Pluminiumphosphat von den resktiven Zementbestandteilen getrennt werden. Die NPchteile eines derartigen Systems liegen auf der Hand. Ausserdem enthalten diese Systeme als Zementbestandteil Tone rde zement in Mengen von 10 - 50 Gew.%, so dass die eingangs erwähnten Nachteile nicht eliminiert werden. Weiterhin ist vorgeschlagen worden, pulverförmiges Monoaluminiumphosphat Al(H2P04)3 als Phosphetbinder in feuerfesten Massen einzusetzen und diese Massen nach Zusatz von Anmachwasser in an sich bekannter Weise thermisch zu behandeln. Daraus konnten jedoch die Vorteile, die sich aus der Verwendung von pulverförmigem Monoaluminiumphosphat in Zementmischungen gemäss der Erfindung ergeben, nicht ohne weiteres hergeleitet werden. Das in den beanspruchten Mischungen eingesetzte Monoaluminiumphosphat sollte nur einen geringen Feuchtigkeitsgehalt auf- weisen. Wie sich gezeigt hat, sollte der Feuchtigkeitsgehalt des einzumischenden Aluminiumphosphats unterhalb 5 Gew.%, insbesondere jedoch unterhalb 1 Gew.%, gehalten werden. Bei Einhaltung dieser Forderung sind die beanspruchten Phosphat zemente über lange Zeiten lagerfähig. Als MgO wird zweckmäRigerweise ein reaktionsträgeres Oxid, wie es z. B. in Elektroschmelzmagnesia vorliegt, verwendet. Da die Abbindezeit des Zements u. a. von der Korngrösse des Magnesiumoxids bestimmt wird, ist es angezeigt, die geeignete Korngrösse an HPnd von wenigen Versuchen zu ermitteln und somit die Reaktionsgeschwindigkeit auf die gewünschte abbindezeit absustellen. Die Korngrösse handelsüblicher Elektroschmelzmagnesia sollte kleiner als 0,5 mm sein. Als besonders geeignet erwiesen haben sich Korngrössen im Bereich von 0 - 0,07 mm. Gute Ergebnisse wurden auch mit Sintermagnesis erzielt, das eine geringe Reaktivität aufwies und eine Dichte von # 3,45 g/ml hatte. Des inaktive feuerfeste Trennmaterial kann beliebig gewählt werden. Wesentlich hierbei ist nur, dess die Teilchengrösse so gewählt wird, dass eine vorzeitige Reaktion zwischen den beiden anderen Komponenten verhindert wird. Dre Trenninaterial wird demnach möglichst feinkörnig sein, die Korngrösse etwa in einem Bereich von 0 bis 0,063 liegen. Besonders geeignet hierfür sind Aluminiumoxide, z. B. hexagonales alpha-Aluniniumoxid (hexagonale Korundkristalle), Tabulartonerde und calciniertes alpha-Aluminiumoxid. Es können jedoch auch andere Trennmittel, z. B. Mullit, eingesetzt werden. Die beanspruchten, aus mindestens 3 festen Komponenten bestehenden Phosphatzemente sind praktisch unbegrenzt lagerfähige Mischungen, die weder verhärten noch verklumpen. Ihre Bindefähigkeit bleibt bei der Lagerung erhalten. Nach Einmischen in feuerfeste Materialien geeigneter Körnung entstehen npch Zusatz von Wasser rättelfähige, kalthärtende Feuerfeatbetone. Verarbeitung und Eigenschaften der Feuer festbetone werden von der vorausgegangenen Legerzeit des Zements nicht beeinflusst. Die Menge des eingesetzten Phospbatzements liegt zweckmässigerweise zwischen 1 und 15 Gew.%, bezogen auf trockene Masse, insbesondere zwischen 3 und 10 Gew.%. Erwähnenswert ist an dieser Stelle, dess Mischungen aus pulverförmigem Mono aluminiumphosphat und Magnesiumoxid, also Zweikomponentensysteme während der Lagerung verkleben, Klumpen bilden und nicht mehr rieselfähig sind. Derartige Mischungen können nicht mehr homogen in Feuerfestmaterialien verteilt werden und zeigen darüber hinsus eine erheblich verminderte Wirkung. Anhand der nachstehenden Beispiele wird der Erfindung gegenstand noch verdeutlicht. Die erzielte Feuerbeständigkeit lag im Beispiel 1 bei etwa 1900 C. Beispiel 1 Es wurde aus 5 Gew.Teilen Monoaluminiumphosphatpulver (Feuchte < 1 %) 6 " " pulverförmiges alpha-Aluminiumoxid < 0,044 mm und 1 " Teil Elektroschmelzmagnesia < 0,07 mm ein Phosphat zement hergestellt und 2 Monate unter einer Belastung von 8,000 kg gelagert. Des frei fliessende Gemisch blieb während dieser Zeit unverändert. Zu Beginn und am Ende der Lagerversuche wurden durch Rütteln geformte und kalt erhertete Probekörper nach folgender Rezeptur hergestellt: 600 Gew.Teile Tabulartonerde 0 - 6,4 mm 60 " " Phosphatzement 46,2 " " Wasser (7 %). Gemessene Kaltdruckfestigkeiten: Temperatur: KDF (kp/cm2) Beginn: nach zweimonatiger Zementlagerung: 200 +) 190 101 1500 208 230 6500 169 226 11500 382 383 +) 24 Stunden in der Form belassen, dann sofort auf KDF geprüft. Beispiel 2 Wie in Beispiel 1 beschrieben, wurden aus 600 Gew.Teilen Mullimasse 0 - 4 mm 60 " " Phosphatzement 49,5 " " Wasser (7,5 %) Probekörper hergestellt. Folgende Kaltdruckfestigkeiten wurden gemessen: Temperatur: KDF (kp/cm2) Beginn: nach 4 Wochen Zementlagerung 200 ) 32 28 1500 130 138 6500 207 163 11500 244 260 ) 24 Stunden in der Form belassen, dann sofort auf KDF geprüft.

Claims: Patentansprüche 1) Phosphatzement zur Herstellung kalthärtender Feuerfest massen auf Basis von Monoaluminiumphosphat, dadurch ge kennzeichnet, dass er aus pulverförmigem Monoaluminium phosphat, Magnesiumoxid und einem insktiven feuerfesten Trennmaterial besteht. 2) Phosphatzement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er aus 35 - 55 Gew.%, insbes. 40 - 50 Gew.%, Monoaluminiumphosphat 5 - 15 Gew.%, insbes. 8 - 12 Gew.%, Magnesiumoxid 30 - 60 Gew.%, insbes. 40 - 60 Gew.%, Trennmaterial besteht. 3) Phosphatzement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass er als Magnesiumoxid Elektroachmelz magnesis und/oder Sintermagnesis enthält. 4) Phosphatzement nach den Pnsprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass er als inaktives feuerfestes Trenn- material Tabulartonerde enthält. 5) Phosphatzement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dsss er als inaktives feuerfestes Trenn- material alpha-Aluminiumoxid, insbesondere hexagonale alpha-Aluminiumoxidkristalle, enthält 6) Phosphstzement nach dem Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngrösse der Elektroschmelzmagnesia kleiner als 0,5 mm ist. 7) Phosphatzement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngrösse der Elektroschmelzmagnesia in einem Bereich von 0 - 0,07 mm liegt. 8) Phosphatzement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte der Sintermagnesia # 3,45 g/ml beträgt. 9) Phosphatzement nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch ge kennzeichnet, dass die Korngrösse des Aluminiumoxids in einem Bereich von 0 - 0,063 mm liegt. 10) Phosphatzement nach den ansprüchen 1 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, dass der Feuchtigkeitsgehalt des Monosluminium phosphats kleiner als 5 Gew.%, insbesondere kleiner als 1 Gew. ist. 11) Verwendung des Phosphatzements nach den ssnspruchen 1 - 10 in Feuerfestmassen, dadurch gekennzeichnet, dass sein mengenmässiger Anteil in der trockenen Masse 1 bis 15 Gew.%, inabes. 3 bis 10 Gew.?K beträgt.

Inventors: APPELT, ROBERT, POHLAND, HORST, DR. DIPL.-CHEM.
Applicants: ALCOA CHEMIE GMBH
Application year: 1980
Main classification: C04B29
IPC codes: C04B35, C04B28