Ueber Verwendung von Alkalien in der Portlandcementfabrikation und Zerfallen des Portlandcementes; von Dr. L. Erdmenger. Erdmenger, Verwendung von Alkalien in der Portlandcementfabrikation und Zerfallen des Portlandcementes. Nach dem Brennen wird dem Cement oft in den Zerkleinerungsmaschinen kohlensaures Alkali zugegeben, was zunächst den Zweck hat, ersteren in kürzerer Zeit durch Kohlensäure-Einführung langsamer bindend zu machen. Viel verbreiteter als die Anwendung von doppeltkohlensaurem Salz dürfte zu diesem Zwecke wohl die des einfachkohlensauren Salzes (wohl meist calcinirte Soda) sein. Es findet jedoch dann nicht wie bei Zugabe von doppeltkohlensaurem Alkali auch sogleich eine Contractionsvergrößerung statt (215 543. 216 65), sondern das Volum bleibt wie auch bei der Anwendung von bloßem Wasser dasselbe, wie bei Verwendung ohne jeglichen Zusatz, während jedoch das jähere Ansaugen und die Erwärmungsintensität gleichfalls wie bei Anwendung von Wasser gemildert werden. Indeß hat doch das einfachkohleusaure Alkali vor dem Wasser noch den wesentlichen Vorzug, daß es, wie ebenfalls S. 543 (Bd. 215) bereits angegeben ist, die Schwefelsäure etc. bindet, die fast stets in geringer Menge sich bildet, und daß es somit der schädlichenUeber die schädliche Wirkung des Gypses u.a. siehe S. 222 des vortrefflichen Werkes von Dr. W. Michalis: Die hydraulischen Mörtel, insbesondere der Portlandcement. (Quandt und Händel. Leipzig 1869.) Bildung von Gyps und schwefelsaurer Magnesia entgegenwirkt. Auch unter diesem Gesichtspunkt wird also, will man nicht die Ablöschung durch bloßes Lagern und öfteres Umstechen erreichen, der Zusatz des Alkalis wichtiger als der des Wassers. Es sei übrigens hier mit bemerkt, daß die vom Verfasser früher aufgestellte Vermuthung (Bd. 215 S. 549 und 550), betreffend die Ursache schnellen Abbindens und Erwärmens des frischen Cementes, sich modificirt. S. 547 ist bereits gesagt, daß trotz eines gewissen sich documentirenden Zusammenhanges zwischen Temperaturerhöhung einerseits und Steigen und Fallen des Kalkgehaltes andererseits doch im Uebrigen bei thonreichen oder thonarmen Portlandcementen alle Temperaturen von 0° bis 14° bei Anwendung von 25 Proc. Wasser vorkommen können. In der That zeigte sich bei weiteren Versuchen, daß auch das 1/2-Silicat, häufig ganz frisch, noch beträchtliche Temperaturerhöhung aufweist – nur mit dem bemerkenswerthen Unterschiede, daß bei ihm diese Eigenschaft in kurzer Zeit sich verliert, wenige Wochen und oft selbst wenige Tage zur völligen Ablöschung ausreichen. Läßt man daher, der ganz langsamen Abstumpfung talkreicherer Portlandcementmasse eingedenk, vor der Temperaturprüfung auch nur kurze Zeit verstreichen, so wird man leicht zur Annahme einer von Haus aus vorhanden gewesenen Temperaturneutralität verleitet. In einer späteren Abhandlung wird hierauf wieder zurückgekommen werden. Eine fernere günstige Wirkung, welche das Alkali bewirkt, sowohl das vor dem Brennen als auch namentlich das erst bei der Cementzerkleinerung zugegebene, ist, daß es den Cement viel befähigter macht, das zur Erhärtung nöthige Wasser zurückzuhalten.Vergl. Deutsche Bauzeitung, 1875 S. 437. Es wirkt so vorschneller Austrocknung entgegen. Der Cement ist in langsam bindendem Zustande im Allgemeinen demselben Cement in noch frischem Zustande vorzuziehen; ersterer ist aber (wenn ohne Alkaligehalt) dem Austrocknen stärker ausgesetzt – so zwar, daß er bei Verarbeitung ohne Sandzusatz zuweilen schon mehrere Stunden nach dem Anmachen nicht mehr die ganze Menge des zur chemischen Action nothwendigen Wassers besitzt. Dadurch wird natürlich die Festigkeit herabgestimmt und aus dem Grunde oft noch frischem Cement der Vorzug gegeben. Außer zu den erwähnten Zwecken kann sich die Verwendung eines Alkalis bei der Portlandcementfabrikation noch in Hinsicht auf einen anderen Punkt als sehr hilfreich erweisen. Es ist bereits auf S. 70 und 71 (Bd. 216) Einiges über das öfter auftretende theilweise Zerfallen der Portlandcementmasse im Brennofen erwähnt worden und wurde daselbst hervorgehoben, wie namentlich stark Schlacken gebende Coaks das Auftreten dieses Fehlers begünstigen. Indeß gibt es Cementrohmassen, die auch bei reinsten Coaks noch stark zum Zerfallen neigen. Es zeigt sich dies namentlich bei dem in neuerer Zeit immer mehr aufkommenden sogen. trockenen Verfahren betreffs Behandlung der Rohmasse. Steht nur ein Kalkstein zu Gebote, welcher zum Schlemmen viel zu hart ist, welcher demnach trocken gemahlen werden muß, so ist es natürlich sehr viel schwerer als beim Schlemmen, die Masse in möglichst feinzertheilten Zustand überzuführen. Sie wird zu- dem bei Weitem nicht so mit Wasser durchtränkt als bei dem Schlemmverfahren, wo die Masse durch das zudem meist Kalksalz in Lösung enthaltende und so das Schmelzen fördernde Wasser förmlich aufgesumpft wird. Womöglich ist auch noch der zu erlangende Thon ein schwer schmelzbarer. Bei den erwähnten ungünstigeren Verhältnissen in Betreff der Präparation der Masse zu möglichst günstigem Brennergebniß ist es natürlich auch in den meisten Fällen schwieriger, eines gleichmäßigen Brandes sich zu versichern, den Cement richtig gar zu erbrennen, durchweg gut gesinterte, gleich scharf gebrannte Cementmasse zu erzielen. Wollte man nun, wie dies irrthümlich meist angenommen wird, glauben, die Cementrohmasse enthalte, wenn sie theilweise zerfällt, noch zu viel Thon, so ergäbe sich die Unrichtigkeit dieser Ansicht schon daraus, daß der größere Theil nicht zerfällt, sondern oft vollkommen guter, richtig zusamengesetzter Cement ist; ferner daraus, daß bei leicht sinternder Masse ein viel besserer Brand erhalten wird, selbst wenn dessen Masse merklich mehr Thon enthält und womöglich auch noch schlackigere Coaks verwendet werden. Bei einer zum Zerfallen neigenden Masse kann man mit dem Kalkgehalte immer höher und höher gehen; man erhält dann treibenden Cement, ohne indeß das Zerfallen in genügendem Grade zu beseitigen, wenn es auch meist gemindert wird. Untersucht man das Zerfallene, die sogen. Cementasche, so zeigt sich allerdings stets, daß sie zu viel Thonbestandtheil enthält, daß dieser thonige Gehalt über das 1/2-Silicat meist noch hinausgeht, während der in festen Stücken bleibende Cement die Zusammensetzung hat, welche er, gute Vermischung vorausgesetzt, nach der auf der Basis stöchiometrischer Berechnung ausgeführten Zusammenmengung der Rohmaterialien haben soll. Es ist dies ein Beweis dafür, daß bei leicht sinternder Masse die Coaksschlacke bedeutend weniger im Stande ist, die Cementrohmasse anzugreifen, als dies bei schwerer sinternder Masse der Fall ist. Bei letzterer tritt die Schlacke mit den äußeren Massepartien in Schmelzung ein und erhöht ihren thonigen Gehalt an diesen Stellen so, daß zerfallende Masse resultirt. Von 2/5-Silicatcement können durch Zusatz von 1 Ctr. thonigen Bestandtheilen bis reichlich 10 Ctr. Cementmasse als zerfallenes Gut erhalten werden. Hat man nun z.B. Coaks von 10 Proc. Aschengehalt zur Verwendung, bedarf man zur Ofenfüllung 100 Ctr. Coaks, und nehme man an, daß bei einer vorliegenden, schwer erbrennbaren Masse der gesammte Coaksaschengehalt, im vorliegenden Falle also 10 Ctr., als reiner lediglicher Thonzuschlag die Masse schädlich beeinflusse, so können im schlimmsten Falle dadurch 10 × 12 = 120 Ctr. Cement als zerfallenes Gut gezogen werden. Wenn auch in dem Beispiele der Ausfall hoch gegriffen ist, so zeigt dasselbe doch, wie sehr man sein Augenmerk darauf zu richten hat, die Rohmasse, wenn nöthig vor dem Brennen, so zu präpariren, daß dieselbe beim Brennen schon anfängt, zu fritten und zu sintern, noch ehe die Coaksschlacke energischer auf sie einwirken kann. Ist die Masse bereits in solcher Frittung begriffen, so sind auch die äußeren Partien derselben bereits chemisch mit starker Kraft engagirt; die Masse ist bereits in sich viel cohärenter, fester und für die nun auftretende Aggression der Coaksschlacke nicht mehr frei, von derselben viel schwerer angreifbar. Letztere fließt daher chemisch unwirksam und ohne merklichen Schaden anzurichten nieder. Wie bereis früher (Bd. 217 S. 70 und 71) erwähnt, ist zur Erzielung eines möglichst günstigen Brennergebnisses zunächst auf recht aschenarme und trockene Coaks zu halten. Aber selbst bei reinsten Coaks muß einer schwerer sinternden Masse beim Zerkleinern ein Flußmittel zugesetzt werden. Wohl die gegebenste der hierbei in Betracht kommenden Substanzen ist die rohe calcinirte Soda. Eine kleine Menge – 0,5 Proc. und weniger, wohl selten mehr – genügt oft, bei sonst möglichst feiner Zertheilung und guter Mischung, den überraschendsten Erfolg zu Tage treten zu lassen. Doch wie gesagt, nicht etwa fehlenden Kalk ersetzt diese kleine Menge des kohlensauren Alkalis und beseitigt nicht etwa als zum vorhandenen Kalk noch weiter ergänzend hinzukommende Basis das Zerfallen, sondern sie hat lediglich die Aufgabe, das Sintern zu erleichtern und so namentlich mehr Sicherheit in Betreff günstigen quantitativen Ergebnisses der Brände zu garantiren. Noch so hoher Kalkgehalt bleibt in diesem Punkte an günstiger Wirkung oft noch erheblich hinter der Wirkung der geringen Menge Soda zurück, namentlich was Zuverlässigkeit des erwarteten Erfolges anlangt. Die den Cement charakterisirenden Eigenschaften werden durch das Sinterungsmittel nicht weiter berührt. Wenn auch Bindezeit und Farbe bei Masse mit Sinterungsmittel oft etwas anders ausfällt als bei Masse ohne solches, so ist der Cement jedoch dadurch meist weder schlechter noch besser geworden. Nur erhält man unter solcher Beihilfe bei schwer erbrennbarer Masse leichter die charakteristische grünliche Farbe des Cementes. Von der chemischen Constitution des Portlandcementes (2/5-Kalksilicatalumnat) ausgehend, ist ja theoretisch zur Cementfabrikation von Rohmaterialien nichts weiter nöthig als Kalk und Thon. Um jedoch aus allen vorkommenden weichen, wie felsharten Kalken, leicht- und schwerflüssigen Thonen, bei reineren und unreineren Coaks guten Portlandcement auch fabrikmäßig darzustellen, genügt die Kenntniß noch nicht, daß der Cement aus den beiden erwähnten Rohmaterialien die alleinigen wesentlichen Bestandtheile seiner chemischen Zusammensetzung entnimmt. Für den Großbetrieb tritt die calcinirte Soda oder ein anderes Flußmittel den eigentlichen Rohmaterialien um so mehr ergänzend zur Seite, je ärmer an Alkali diese sind, während sie bei alkalireicheren Rohmaterialien natürlich ganz wird vermißt werden können. Es garantirt in sehr vielen Fällen erst Sicherheit und möglichste Ergiebigkeit der Brände und wird somit oft genug zum wichtigsten Factor der Rentabilität der Fabrik. Wenn demnach für die Herstellung von Cement im Kleinen es auch genügt, zu sagen: „Der Portlandcement wird aus Kalk und Thon hergestellt“, so muß für fabrikmäßige Darstellung doch noch hinzugesetzt werden: „und meist noch unter Zusatz von 1/4 bis 1 1/2 Proc. eines Alkalis.“ Die Kenntniß hiervon, sowie die Kenntniß von der wesentlichen Verbesserung des Portlandcementes durch Ablagern (mit oder ohne Mitwirkung künstlicher Abstumpfungsmittel) dürften wohl die Hauptpunkte des sogen. Geheimnisses der Portlandcementfabrikation sein. Die Wichtigkeit des eventuellen Zusatzes eines Schmelzmittels ist schon von Lippowitz A. Lippowitz: Die Portlandcementfabrikation. (Berlin 1868. Jul. Springer.) genügend hervorgehoben worden. Nur glaubte derselbe noch irrthümlich, daß die Alkalien zur Vollständigkeit der chemischen Constitution des Cementes nöthig seien, während sie nur die fabrikmäßige Darstellung erleichtern. Lippowitz bemerkt in seinem Buche, welches namentlich für auf trockenem Wege arbeitende Fabrikanten in vielen Punkten beachtenswerth ist, sehr richtig (S. 5): das Fabrikat wäre bei jungen Fabriken oft nach ganz richtigen chemischen Principien hergestellt und doch nicht von der hiernach zu erwartenden Güte. – Heute übrigens dürfte die Wichtigkeit eines Zusatzes von Sinterungsmitteln für viele Fälle in der Portlandcementfabrikation nur noch wenigen Etablissements unbekannt sein. Jedoch ist früher wohl der Mangel dieser Kenntniß vielfach verhängnißvoll geworden und dürfte diesem Umstande vornehmlich das viele Lehrgeld zugeschrieben werden, welches die meisten, heute zum Theil glänzend prosperirenden Cementfabriken haben zahlen müssen. Der schließliche Erfolg hängt eben oft nur noch von einer scheinbaren Kleinigkeit ab. Das Zerfallen der Oefen wurde aber, wie bereits oben angedeutet, dann auch oft noch die Veranlassung zu noch weiterer Verschlechterung des Cementes. Nach der herrschenden Annahme, bei Eintritt des Zerfallens lediglich zu viel Thon vermuthend, ging man im Kalkgehalt immer höher; die Folge davon war, daß der Cement, welcher nicht zerfallen war, mehr oder weniger arg trieb, so daß also auch der gut erbrannte Cement nichts taugte oder nicht sobald verwendbar war und dadurch Renommée und Existenzfähigkeit der Fabrik überhaupt oft gefährdet wurden und nur durch die frühere hohe Einträglichkeit der Portlandcementbranche wieder ausgeglichen werden konnten. Feinste Vertheilung und Reinigung von überflüssigen Substanzen, möglichst vollkommene Mischung der nach dem Verhältniß, wie es die Erzielung des 2/5-Silicats erfordert, zusammengegebenen Rohmaterialien, eventuelle Beförderung der Sinterung durch ein Flußmittel, das sind die Hauptbedingungen, welche ein nach Qualität wie Quantität gutes Brennergebniß in Aussicht stellen. Dazu kommen noch möglichst aschenarme, trockene Coaks und endlich gutes Vertrocknen der einzusetzenden Masse. Es mag schließlich bemerkt werden, daß der bei Cementanalysen stets vorgefundene Gehalt an Alkali, namentlich Natron, wohl meist nur zum geringeren Theil von den Rohmaterialien (Kalk und Thon) herrühren dürfte, zum größeren Theile aber von vor oder nach dem Brennen künstlich zugesetzten kohlensauren Alkalien.