Untersuchungen zum Hydratationsverhalten von synthetischen Magnesiowüstiten

Abstract

Eine ausreichende Raumbeständigkeit ist die notwendige Voraussetzung für die Verwendung von Stahlwerksschlacken als Baustoff mit höheren qualitativen Anforderungen im Straßenbau. Die Raumbeständigkeit kann durch Mineralphasen gefährdet werden, die mit Feuchtigkeit unter Volumenzunahme hydratisieren. Zu den hydratisierbaren Mineralphasen zählen Freikalk und in MgO‐reichen Schlacken auch bestimmte MgO‐Phasen. Mikroskopische Untersuchungen an MgO‐reichen LD‐Schlacken zeigen, daß das MgO größtenteils in Form von Magnesiowüstiten – Mischkristallen zwischen MgO und FeO/MnO – gebunden vorliegt. Während reines MgO hydratisierbar ist, verhalten sich FeO und MnO inert gegenüber Feuchtigkeit. Anhand von synthetisch hergestellten Magnesiowüstiten unterschiedlicher Zusammensetzung wurde geprüft, welche Mischkri‐stalle als hydratisierbar einzustufen sind. Dazu wurden Hydratationsversuche bei unterschiedlichen Temperatur‐/Druck‐Bedin‐gungen durchgeführt. Bei 84°C/0,53 bar war zur Stabilisierung der Magnesiowüstite ein (FeO + MnO)‐Gehalt von 30% notwendig, bei 215°C/21 bar lag dieser Gehalt bei 60%. Da sich die Bedingungen bei der Prüfung im Labor von denen in der Straße deutlich unterscheiden, ist die Festlegung eines (FeO + MnO)‐Grenzgehalts, durch den Magnesiowüstite unter den in einer Straße herrschenden Bedingungen stabilisiert werden, zur Zeit noch nicht möglich. Solange die Übertragbarkeit der Laborergebnisse auf die Praxis noch nicht nachgewiesen ist, wird der unter den sehr scharfen Autoklavbedingungen ermittelte MgO‐Grenzgehalt von 40% zugrunde gelegt. Als hydratisierbares MgO – oder auch MgOfrei in Analogie zu CaOfrei – werden somit ungebundenes MgO und Magnesiowüstite mit > 40% MgO bezeichnet.

Effect of FeO/MgO Ratio on Dissolution and Leaching of Magnesiowüstite

“…Therefore, leaching of Cr should not be expected in the compositions with 60 wt% FeO, as magnesiowü stite with 60 wt% FeO neither dissolves at pH 10 nor hydrates. [23] Despite this, leaching of Cr still transpired, 0.013 mg kg À1 , with 62 wt% FeO. The dissolution that results in this amount of leaching of chromium is below detection limit in the dissolution study.…”

“…The leaching of Cr also decreases as the FeO ratio increases and no Cr leaching can be detected with ≥70 wt% FeO, Table . As the FeO content increases, the reactivity of magnesiowüstite decreases; with 60 wt% FeO there is no dissolution at pH 10, no hydration, according to Geiseler, and the leaching of Cr is almost nonexistent. Not only does magnesiowüstite with 60 wt% FeO consume no acid at pH 10, but it also consumes less acid at pH 7 than magnesiowüstite with 40 wt% FeO at pH 10.…”

“…Leaching can only occur with some dissolution or hydrating reaction of the material. Therefore, leaching of Cr should not be expected in the compositions with 60 wt% FeO, as magnesiowüstite with 60 wt% FeO neither dissolves at pH 10 nor hydrates . Despite this, leaching of Cr still transpired, 0.013 mg kg −1 , with 62 wt% FeO.…”

“…The samples of Geiseler et al and Qian et al hydrated at different FeO contents. Geiseler et al did not detect hydration with 60 wt% FeO, while in the study by Qian et al magnesiowüstite with an average of 63 wt% FeO did hydrate, while an average of 72 wt% FeO did not hydrate.…”

“…The mixture of the elements in the magnesiowüstite will contribute to its properties. This has been seen in studies by Geiseler et al and Qian et al Qian et al studied the hydration of slag samples with magnesiowüstite of different FeO content by measuring the volume expansion after autoclave treatment and studying the X‐ray Diffraction analysis (XRD) diffractograms. The authors concluded that the reactivity and volume expansion of magnesiowüstite are governed by the FeO/MgO ratio, where a high ratio prevented both reactivity and volume expansion.…”