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Verfahren zur Aktivierung von Ton Die Erfindung bezieht sich auf die
Aktivierung von Ton, der für eine Reihe bekannter Anwendungen benutzt wird, z. B.
zur Entfärbung von Kohlenwasserstoff und anderen en.
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Die bis jetzt zur Aktivierung von Tonen bekannten Verfahren sind
dadurch gekennzeichnet, daß dieselben schubweise und nicht kontinuierlich ausgeführt
werden. So ist ein Verfahren zur Aktivierung von Bleicherde bekanntgeworden, bei
dem die Roherde mit Schwefelsäure oder Bisulfat oder einem Gemisch beider vermengt
und die Mischung annähernd oder ganz zur Trockene gebracht wird. Anschließend wird
die so erhaltene Masse zwecks Gewinnung einer leicht zu handhabenden schwefelsauren
Tonerdelösung und unter Bildung der aktivierten Bleicherde ausgekocht.
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Weiterhin ist es bekanntgeworden, bestimmte Vorrichtungen zur Aktivierung
von Adsorbentien und ähnlichen Reinigungsmitteln anzuwenden, die dadurch gekennzeichnet
sind, daß man die vorzugsweise durch organische Produkte verunreinigten Adsorbentien
in einem Strom eines brennbaren Gases senkrecht nach oben in einen röhrenförmigen
Ofen einführt. Durch die Verbrennungswärme des Trägergases werden die Verunreinigungen
herausoxydiert, und das gereinigte bzw. aktivierte Adsorptionsmittel fällt sodann
unter Einwirkung der Schwerkraft nach unten aus dem Ofen wieder heraus.
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Ein anderes Verfahren zur Herstellung von Bleicherden oder Katalysatoren
durch Aktivierung von Montmorillonit-Ton mittels Mineralsäurebehandlung und anschließender
Erhitzung ist dadurch gekennzeichnet, daß man den feinverteilten Ton mit so viel
Säure und Wasser vermischt, daß die Masse stranggepreßt werden kann. Es erfolgt
sodann eine Erhitzung des verformten Tones, wobei ein übermäßiger Verlust an Wasser
tunlichst vermieden wird. Die Nachbehandlung bei diesem Verfahren besteht darin,
die überschüssige Säure, die wasserlöslichen Salze und das Wasser zu entfernen.
Andererseits kann man auch so vorgehen, vorgetrockneten und gemahlenen Ton so weit
mit einer konzentrierten Mineralsäure zu versetzen, daß eine krümelige Masse entsteht,
die zur Trockene erhitzt und anschließend mit heißem Wasser oder Wasserdampf zusammengebracht
wird, und sodann in üblicher Weise der Ton durch Auswaschen löslicher Bestandteile
gereinigt, getrocknet und abschließend fein vermahlen wird.
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Die allgemein in der Technik angewandte Methode besteht darin, eine
Aufschlämmung des Tones in einer verdünnten starken Säure, z. B. Schwefelsäure,
her zustellen und dieselbe zur Durchführung der Tonaktivierung mehrere Stunden am
Rückfluß zu kochen.
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Die hierbei in Anwendung kommende Säuremenge liegt normalerweise in
der Größenordnung von etwa
40 bis 601 Gewichtsprozent des Tons. Es wird ein ausreichend
großer Überschuß an Wasser angewandt, um eine leicht zu handhabende Tonaufschlämmung
zu erzielen.
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Die oben beschriebenen Methoden sind keinesfalls elegant und lassen
sich schwerlich glatt und kontinuierlich durchführen. Sie sind unwirtschaftlich,
weil eine beträchtliche Wärmemenge erforderlich ist, um die Temperatur der erforderlichen
großen Wassermenge auf den Siedepunkt zu erhöhen und unter Rückfluß kochen zu lassen.
Die zur Vollendung der Aktivierungsreaktion notwendige lange Zeitspanne und die
große Säuremenge ergeben ebenfalls unwirtschaftliche Faktoren. Uberdies zieht das
Vorhandensein der sauren Lösung Korrosionsprobleme für die verwendete Apparatur
nach sich.
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Außerdem wird die mit den herkömmlichen Aktivierungsmethoden mögliche
Reaktionsgeschwindigkeit ernsthaft durch die Tatsache eingeschränkt, daß die ohne
Verwendung kostspieliger Druckvorrichtungen erreichbare Höchsttemperatur durch den
Siedepunkt der Schwefelsäurelösung gegeben ist. Darüber hinaus liefert der übliche
Aktivierungsprozeß normalerweise ein feinverteiltes, hochdisperses Produkt, das
sich in dem gewöhnlich der Aktivierung folgenden Waschprozeß nur langsam absetzt
und schwer filtriert.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Tonaktivierung, welches
darin besteht, eine innige Mischung von Ton, Wasser und Schwefelsäure herzustellen;
die Wassermenge soll nicht größer sein als ungefähr 60 Gewichtsprozent des Tons,
die Menge der
Schwefelsäure nicht größer als ungefähr 50 Gewichtsprozent
des Tons. Diese Mischung erhitzt man einige Zeit bei einer Temperatur, die ausreicht,
den Gesamtwassergehalt des Tons auf ein Maximum von 10 dz wichtsprozent zu reduzieren.
Der Ton wird dann gewaschen, bis er frei von unerwünschten löslichen Stoffen ist,
und darauf in üblicher Weise getrocknet und gemahlen.
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Die Menge der Schwefelsäure muß natürlich ausreichend groß sein,
um die gewünschte Aktivierung zu erreichen. Andererseits hat sich herausgestellt,
daß für eine wirksame Aktivierung des Tons die Schwefelsäuremenge normalerweise
50 Gewichtsprozent des Tons nicht überschreiten sollte, während das Minimum normalerweise
nicht weniger als 10 Gewichtsprozent des Tons betragen sollte. Es hat sich als wünschenswert
ergeben, eine Säuremenge im Bereich von 10 bis 40 Gewichtsprozent des Tons zu verwenden;
das wirkungsvollste Verhältnis liegt bei 15 Gewichtsprozent des Tons.
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Die Wassermenge, die früher bei der Heißbehandlung im Ton-Säure-Wasser-Gemisch
enthalten war, hat sich als kritisch ergeben. In der graphischen Darstellung in
Fig. 1 ist der prozentuale Wassergehalt als Abszisse und die prozentuale Durchlässigkeit
für grünes Licht eines Schmieröls als Ordinate aufgetragen. Dieses Öl wurde durch
nach der vorliegenden Erfindung aktivierten Ton entfärbt. Es ergibt sich ein ausgeprägtes
Maximum der prozentualen Durchlässigkeit bei einem Wassergehalt im Bereich von 25
bis 60°/e. Die zugefügte Wassermenge steht gewöhnlich in Beziehung mit der Schwefelsäuremenge,
denn für Optimalergebnisse sollte das Ton-Säure-Wasser-Gemisch frei fließend sein.
Wie sich ergeben hat, bildet eine Wassermenge von 60 Gewichtsprozent des Tons zusammen
mit einer Menge konzentrierter Schwefelsäure, die 15 Gewichtsprozent des Tons entspricht,
eine Ton-Säure-Wasser-Mischung von zufriedenstellender Beschaffenheit.
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Das Ton-Säure-Wasser-Gemisch wird so lange erhitzt, bis der aktivierte
Ton einen Höchstwassergehalt von 100/o hat. Zeit und Temperatur, die hierfür erforderlich
sind, hängen vom Wirkungsgrad des Heizungssystems ab. Der Wassergehalt des aktivierten
Tons wird nach der üblichen Methode bestimmt, nämlich durch Trocknen des Tons bis
zur Gewichtskonstanz bei 1100 C; die Gewichtsdifferenz ist
Wasser. In einer einfachen
Anordnung unter Benutzung eines Ofens erwies sich eine Temperatur von 1050 C über
2 Stunden als befriedigend, während sich bei 4000 C 10Minuten als ausreichend erwiesen.
In einem Drehrohrofen jedoch genügt eine Temperatur von 300° C 30' Minuten lang.
Bläst man Heißluft durch das Ton-Säure-Wasser-Gemisch, so genügt eine Lufttemperatur
von 120° C während einer Zeit von 101 Minuten. Demgemäß kann man auf Temperaturen
bis etwa 100° C und Zeiten bis etwa 10 Minuten mit befriedigendem Erfolg heruntergehen.
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Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung.
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Beispiele I bis VII Eine innige Mischung von Ton, Säure und Wasser
wurde bereitet, indem man Ton, 15 Gewichtsprozent des Tons Schwefelsäure und genügend
Wasser nahm, um in der Endmischung für die Beispiele I und VII einen Wassergehalt
von 50 Gewichtsprozent des Tons und für die Beispiele II bis VI einen Wassergehalt
von 60 Gewichtsprozent des Tons zu erzielen. Der Ton wurde dann auf einen Endgehalt
an Wasser von nicht mehr als 100/o durch die unten in Tabelle I aufgeführten Methoden
aktiviert.
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Die Aktivität des erfindungsgemäß aktivierten Tons wurde in einem
Bleichprozeß geprüft. Dieser verlief wie folgt: 33 g ungebleichtem Öl SAE Nr. 30
wurden 2g Ton hinzugefügt. Das Gemisch wurde von Hand gerührt und auf einer Heizplatte
in 15 Minuten auf eine Temperatur von 1430 C unter einer Kohlendioxydatmosphäre
erhitzt. Dann wurde die Mischung von der Heizplatte genommen, auf 1000 C abgekühlt
und filtriert. Darauf wurde die Lichtdurchlässigkeit für rotes und grünes Licht
bei Zimmertemperatur unter Verwendung eines Lumetron-Kolorimeters und der zu einem
solchen Instrument gehörenden Rot-Grün-Platten bestimmt. Die Lichtdurchlässigkeit
wird ausgedrückt als Prozentsatz der Durchlässigkeit von »Stanolax« (Stanolaxmedium),
wobei man annimmt, daß solch ein medizinisches Öl der Standard Oil Co.
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(Indiana), Chicago III, in jedem Fall eine Lichtdurchlässigkeit von
100°/o besitzt.
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Die Werte, die in den beiden rechten Spalten der TabelleI eingesetzt
sind, sind solche Durchlässigkeitsergebnisse.
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Tabelle I
| Beispiel Heizart Temperatur Zeit °/o Durchlässigkeit |
| Rot Grün |
| I 1050 C 2 Stunden 88 64 |
| II 1500C 2 Stunden 91 67 |
| III 0 Im Ofen aktiviert 4 2000 C 40 Minuten 91 66 |
| IV ....... # 300° C - 22 Minuten 91 66 |
| V 4000 C 10 Minuten 87 56 |
| VI ................... Aktiviert im Drehrohrofen 3000 C 30
Minuten 90 66 |
| VII .................. Mit Heißluft aktiviert 1200 C 10 Minuten
91 64 |
Beispiele VII bis XIX Ton, Wasser und Schwefelsäure wurden innig gemischt gemäß
den folgenden Anweisungen: Bei den Beispielen VII und IX wurde der Ton mit 60°/o
Wasser und 15e/o Schwefelsäure in einem Knetwerk gemischt, als Stangen von 3 mm
Durchmesser durch einen Fleischwolf ausgepreßt und in 6 bis 25 mm
lange Stücke zerbrochen.
In den Beispielen X bis XV wurde der Ton mit 37 % Wasser und 15 % Schwefelsäure
in einem Knetwerk zu Körnern passender Größe vermengt. Im Beispiel XVI wurde der
Ton mit 440/0 Wasser und 150/o Schwefelsäure wie in den Beispielen VIII und IX gemischt.
Im Beispiel XVII wurde der Ton mit 44°/o Wasser und 15 0/o SchwefeI-säure in einem
Knetwerk zu Körnern passender
Größe vermengt. Für diese Beispiele
wurde gemahlener roher Ton verwendet. Für die BeispieleXVIII und XIX benutzte man
ungemahlenen Rohton. Im Beispiel XVIII wurde der Ton mit 35,4°/o Wasser und 14,8°/o
Schwefelsäure und im Beispiel XIX mit 40,6 0/o Wasser und 27o Schwefelsäure gemischt.
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Diese beiden Proben wurden durch Kneten zu Körnern passender Größe
vermengt. Nach gründlichem Durchmischen wurde in jedem Beispiel das Ton-Wasser-Säure-Gemisch
in einen Trockner mit einem Innendurchmesser von 152 mm und einer Einlaßöffnung
von 12,7 mm Durchmesser gegeben. Der im vorliegenden Fall benutzte Trockner ist
in Fig. 2 dargestellt.
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Die Temperatur der Masse wurde von etwa 250 bis etwa 1200 C dadurch
variiert, daß die eingeblasene Luft durch einen Propanbrenner geleitet und dadurch
ihre Temperatur von etwa 2001 bis etwa 7770 C geändert wurde. Die Menge der zugeführten
Luft wurde von etwa 246 bis etwa 738 1 pro Minute variiert.
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Ein Rohr von 12,7 mm an der Auslaßstelle mit einem Schlitz von 3,2
38,1 mm an der Seite der Säule wirkte als Sieb und ließ nur die trockenen Teilchen
aus der Säule austreten. Die Verweilzeit wurde von etwa 14 bis etwa 256 Minuten
variiert. Dann wurde der Ton gewaschen, bis er frei von unerwünschten wasserlöslichen
Stoffen war. Darauf~ folgten Trocknen und Mahlen auf üblichem Wege. Die Versuchsergebnisse
werden in Tabelle II wiedergegeben, wobei sie mit Kontrollergebnissen verglichen
werden, die wie folgt erhalten wurden: Stichproben wurden der Füllung vor der Aktivierung
entnommen. Sie wurden im Laboratoriumsofen 2 Stunden lang bei 1500 C getrocknet,
durch Auswaschen auf pB 3,0 gebracht, filtriert und getrocknet.
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Der trockene aktivierte Ton wurde auf eine Siebfeinheit von z. B.
200 Maschen eingemahlen und in einem Raum konstanter Feuchtigkeit auf einen gleichmäßigen
Feuchtigkeitsgehalt gebracht.
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Er wurde dann auf bleichende Aktivität geprüft, wie oben für die
Beispiele I bis VII beschrieben. Tabelle II
| Schicht Luftmenge Luft- Verweilzeit % Durchlässigkeit |
| Beispiel temperatur - Liter temperatur Kontrollprobe Erzeugnis |
| ° C pro Minute o C Minuten Rot t Grün Rot [ Grün |
| VIII ........ 121 738 225 i92 87 55 82 47 |
| IX ........ 150 738 250 256 87 55 86 56 |
| X .... 125 714 214 79 91 63 83 48 |
| XI ..... 150 445 297 76 91 61 86 56 |
| XII 250 246 777 61 90 65 86 55 |
| XIII 157 275 773 33 90 65 88 58 |
| XIV ... 172 425 580 17 92 66 89 62 |
| XV ........ 128 541 560 14 92 66 89 59 |
| XVI 164 589 294 20 93 69 89 62 |
| XVII 151 498 624 22 92 69 91 65 |
| XVIII . 154 493 605 16 87 59 84 53 |
| XIX . ..... 150 490 650 15 87 61 87 55 |
Fig. 2 ist eine schematische Seitenansicht, teilweise im Schnitt. Der Trockner ist
ein oben offener Turm 1> der die Schicht des nassen Tons 2 enthält, welcher erfindungsgemäß
aktiviert werden soll. Der Turm ist versehen mit einer Luftzuleitung 3 und einem
Rohr 4, das den aktivierten Ton austreten läßt. Die Ton-Säure-Wasser-Mischung tritt
mittels einer rüttelnden Füllvorrichtung 5 oben in den Turm ein. Vorgewärmte Luft
der gewünschten Temperatur und der gewünschten Durchlaufgeschwindigkeit tritt bei
Leitung 3 ein, durchläuft Öffnung 6 und bewegt sich dann aufwärts durch die Schicht
2. Der größte Teil der Luft dringt durch die Zwischenräume der Masse, während ein
Teil auf einer zylindrischen Bahn von der Öffnung an aufwärts läuft und dabei einen
hohlen Luftschlauch 7 bildet. Dieser Luftschlauch trägt Tonteilchen aufwärts und
läßt sie bogenartig an die Oberfläche sprudeln, wie durch 8 angedeutet wird.
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Einige dieser getrockneten aktivierten Tonteilchen stoßen auf den
geschlitzten Auslaß 9 und fliegen durch Leitung 4 nach außen.
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Um die höhere Qualität des erfindungsgemäß aktivierten Tons im Vergleich
zu dem nach Verfahren der früheren Art aktivierten Ton zu zeigen, wurde der folgende
Versuch durchgeführt.
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Beispiel IX Eine Probe Ton wurde mit 15 Gewichtsprozent Schwefelsäure
gemischt und mit Wasser auf eine Säurekonzentration von 4 0/o verdünnt. Die Probe
wurde
2 Stunden lang unter dem Rückflußkühler gekocht, ausgewaschen und wie üblich getrocknet.
Bei der Bleichprobe betrug die prozentuale Durchlässigkeit für rotes Licht nur 71°/o,
für grünes Licht nur 30010.
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PATENTANSPR8CUE 1. Verfahren zur Aktivierung von Ton durch Säurebehandlung
und anschließende Erhitzung, dadurch gekennzeichnet, daß Ton mit etwa 25 bis 60
°/o seines Gewichtes Wasser und nicht über 50o seines Gewichtes Schwefelsäure innig
vermischt und erhitzt wird, bis sein Gesamtwassergehalt höchstens noch 10 Gewichtsprozent
beträgt.