DE613037C - Verfahren zur Gewinnung hochquellfaehiger anorganischer Stoffe - Google Patents

Description

• Verfahren zur Gewinnung hochquellfähiger anorganischer Stoffe Nach einem in Deutschland bekannten Verfahren wurden bildsame Massen aus nicht oder wenig bildsamen Rohstoffen unter Verwendung von Bentonit oder ähnlichen Stoffen, wie Ehrenbergit, Damontherolit, M.ontmorillonit, als Bindemittel hergestellt.
• Es hat sich nun gezeigt, daß zwischen den heute in Deutschland eingeführten amerikanischen Dentoniten sowie auch anderen europäischen Bentoniten ein großer Unterschied in der Quellfähigkeit besteht. Wir haben gefunden; daß die Duellfähigkeit einer Erde, eines Tones oder eines Bentonits nicht nur von einem hohen Gehalt an feinsten Teilchen, sondern in viel höherem Grade i. von der Menge der an der Kristalloberfläche absorbierten Kationen je roo g Trokkensubstanz (S-Wert nach H i s s i nk) ; a. besonders aber von dem prozentischen Anteil einwertiger Kationen, und zwar in erster Linie Na und'oder evtl. Li an der Gesamtmenge der austauschfähig gebundenen Kationen abhängt.
• Die analytische Ermittlung der an der Oberfläche austauschbar gebundenen Kat= ioilen gellt so vor sich, daß zunächst durch Ausschütteln mit C O.#-freiem Wasser die im Ton vorhandenen löslichen Salze bestimmt werden.
• Dann werden durch überschüssige NH.iCl-Lcsttn;; alle an der Oberfläche gebundenen Kationen außer Il und evtl. ionogen gebtiiidenem AL gegen \TH.i ausgetauscht und die Gesanttitielige S durch Titrationi des in Löung verbliebenen \TH,Cl ermittelt. Da turn vollständigen Austausch ein unendlicherÜberschuß an 1 H.t Cl angewendet werden müßte, bestimmt man praktisch den Austausch bei zwei bequem zu handhabenden Mengen 1 H,Cl-Lösuiig und berechnet den Endwert nach der von V a g e 1 e r gegebenen Gleichung der Massenwirkungsgesetze der idealen Kolloidoberflächenreaktion, denen der Basenaustausch an allen bekannten Tonen folgt. H und cvtl. ionogen gebundenes Al werden in analoger Weise durch Austausch gegeli Na mit Natriumacetatlösung bestimmt. In der NH.tCl-Ausschittlung kann dann der Gehalt an den einzelnen Kationen Ca, l 1g, IL, N a nach den bekannten anale tischen Verfahren bestimmt werden. Von diesen «jerten müssen die vorher bestimmten Werte der löslicher- Salze abgezogen werden. (Vgl. die genaue Anweisung von F. A 1 t e i i, Landwirtschaftl. Versuchsstation Bd. 115 (1933) Heft j bis Ü.) Die Belegung der Tonteilchen mit einwertigen Kationen, besonders \a und'oder T.i kann durch geeignete chemische Behandlung beliebig geändert werden, was entsprechende :Änderungen der Ouellfiiliiglceit dieser Stoffe zur hole hat.
• Alialvtisclie Bestimmungen der Gesamt-Menge der austauschfähig gebundenen Kationen deutscher Bentonite haben ergeben, daß diese etwa So llilliäcltiivaleiit überwiegend Calcitiiii lieben \lagnesiuni auf je loo g Trocken:tc#ft abhorhiert entlialtcil und fast kein Na, meist weniger als i Milliäduivalent. Man nennt solche Bentonite, deren austauschfähige Basen überwiegend aus Ca bestellen. Ca-Belitonite. Sie zeigen eitre geringe Quellung und ergeben daher bereits, mit der 21 12fachen Menge Wasser angemacht, eine dickflüssige Suspension; bei stärkerer Verdünnung setzen sie sich in kurzer Zeit klar ab.
• Im Gegensatz dazu besitzen die heute in Deutschland eingeführten amerikanischen.Nla-Bentollite etwa 25 bis 4.o Milliäquivalent '-Na austauschfähig gebunden und nur etwa 5o bis 35 Milliäquivalent zweiwertige Kationen, überwiegend Ca neben Mg. Infolge ihres hohen Na-Gehalts ergeben die amerikanischen Bentonite daher noch im Verhältnis i : i5, finit «,-asser angemacht, dickflüssige Suspensionen, die beim Umkehren des Reagenzglases nicht herausfließen. Durch Schütteln oder Rühren werden diese Suspensionen wieder dünnflüssig, sie verhalten sich also wie ein tliixotropes Gel. Ein thilotropes Gel ist ein Gel, das ohne Temperaturänderung umkehrbar beim Schütteln flüssig wird und beim ruhigen Stehen wieder fest wird (v g1. h r e u n d 1 i c h : Kapillarchemie). Für viele technische Zwecke ist es erwünscht, ein hochquellfähiges, anorganisches Erzeugnis zu besitzen, das unbild.une Stoffe bei geringer Zugabe infolge seiner hohen (>uellfähigkeit innig verbindet, bei größerer Verdünnung suspendierte Teilchen am Absitzen hindert.
• Wir fanden nun, daß es genügt, um mit dein deutschen Ca-Bentonit zu diesem Ergebnis zu gelangen, den Rohstoff finit so viel Natriumcarbonat zu versehen, da13 ein genügend großer Teil der austauschfällig gebundenen Ca-Ionen durch Na ersetzt wird. Die Verwendung anderer Na- und/oder Li-Salze. deren Anionen mit den zweiwertigen austauschfähigen Basen schwer lösliche Verbindungen bilden, z. B. Phosphate, Sulfate oder Oxalate, führt zu ähnlichen Ergebnissen. Das gleiche gilt für die entsprechenden Verbindungen der übrigen einwertigen Kationen.
• Der Zusatz der Verbindungen einwertiger Basen erfolgt am besten in fester Form oder in Lösung bei einem Schlämmprozeß des rollen Ca-Bentonits mit Wasser.
• Als Beispiel sei die Berechnung für die Verarbeitung eines Ca-Bentonits als Rohstoff gegeben:

  .1. Ursprüngliche Zusammensetzung des Ausgangsstoffs Deutscher Ca-Bentollit

  S-Wert etwa So, und zwar Ca bzw. Ca -- Mg ..... 8o Miniäquivalent je ioo g Trockenstoff

  Na 0,5

  Erforderliche Wassermenge zur Herstellung eines thitotropen Gels . . . . . . . . . . . . . . . . 2 ` .=fach

  B. Zur Umwandlung in Na-Bentonit benötigter Zusatz

  5o bis ioo lfilliäquivalent Na als Na., CO;; je ioog Trockenstoff

  -- a6 bis 52 kg 1?a.= CO:, je Tonne Rohmaterial

  C. Eigenschaften des so erhaltenen Frzeugtlisses (Deutscher Na-Bentonit)

  Ca -{-- Mg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3c bis 5o llilliäquivalent je ioo g Trockenstoff

  1a 5o bis 30

  Isrforderliclie Wassermenge zur Erzielung eines tixotropen Gels. . . . . . . . . . etwa 15-. bis 2ofaeli

  Es ist bekannt, daß Alkalisälze Aufschläminungen keramischer Tone zugesetzt werden. Dabei ist beabsichtigt, eine Suspension zu schaffen, in der sich schwerere Verunreini--ungen, z. B. Pyrit, absetzen können. Es wird auch von Verbesserung der Bildsamkeit gesprochen, ohne daß allerdings ein Beweis dafür gebracht wird. Bei den Aufschlämmungen wird höchstens mit einer Verdünnung von i : io gearbeitet. Bei der Behandlung mit Kochsalz oder Natriumphosphat oder ähnlichen Stoffen wird eine gewisse Ulnwanc1-luilä in Na-Ton stattfinden. Infolge der geringen Menge der in keralnischeil Tonen austauschfähicr gebundenen Kationen, die nur 11 s bis 1/"o der an Bentonit gebundenen Katiolien betragen, kann jedoch niemals eine Solche ()uell@@-irkuna erzielt werden, wie im vorstellenden Beispiel an Belitollit durchgeführt wurde. Durch eine so starke Quellung würde auch der erwünschte Zweck des Absetzenlassens von Verbindungen verhindert werden.
• Unsere neuen Erkenntnisse bestellen darin, daß eine so starke Quellulig nicht mit keramischen Tonen erhalten wird, die überwiegend das Tonmineral Kaolinit enthalten. Die Menge der austauschfähig gebundenen Basen liegt bei diesen Tonen im Mittel nur bei lo.\Zilliäcltiivalelit/ioog Toli. Dagegen wird eine so starke Quelltitii, erhalten mit Beiltoniten und bcntonitähnlichen Erden, die im Jlittel ;o @Iillüiduit-alent/too g Ton austauschfähige Basen besitzen. Der technische Fort-@chritt unseres Verfahrens bestellt weiter darin, d.iti wir durch Ermittlung der Menge und Art der austauschfällig gebündenenBasen nach dem eingangs geschilderten Verfahren in der Lage sind, genau anzugeben, durch wie bemessene Zusätze die Duellfähigkeit zu steigern ist. Endlich ist es unsere neue Erkenntnis, daß das so erhaltene höchst quellfähige Erzeugnis als eine chemische Verbindung der Na-Ionen mit dem Tonmineral des Bentonites durch Filtrieren oder Eindämpfen oder "Trocknen im festen handelbaren Zustand erhalten werden kann, daß man z. B. den käuflichen festen amerikanischen Na-Bentonit aus deutschen, überwiegend Ca-Bentonit enthaltenden Rohstoffen herstellen kann.
• Das erzielte Erzeugnis besitzt eine 6- bis Stnal größere Quellfähigkeit als der Ausgangsstoff, so daß bereits der Zusatz weniger Prozente zu unelastischen «Massen, wie z. B. Kernformsandmassen, im Gießereiwesen eine innige Einbindung ermöglicht, bei weiterer Verdünnung das unerwünschte Absitzen von Glasuren, Farben, Emaillen o. dgl. in der keramischen Industrie verhindert. Im letzten Fall genügt der fünfte Teil der sonst für solche Zwecke verwandten Emailliertone, so daß die Leuchtkraft der Farbwirkung verstärkt wird. Dadurch wird für die Verarbeitung derartiger -Massen ein erheblicher technischer Fortschritt erreicht.
• :11s Ausgangsstoff zur Gewinnung solcher hochduellfä higen Stoffe sind geeignet Dentonite und bentonitähnliche Erden. Als Bentonite bezeichnen wir alle Tone, die das Tonmineral llontmorillonit enthalten. Das Mi- ' neral Montmorillonit kennzeichnen wir durch den röntgenoptischen Nachweis der innenkristallinen eindimensionalen nuellung, d. h. einer Quellung, die innerhalb des Kristalls nur in Richtung einer Kristallachse vor sich geht (vgl. U. Hofmann, IL. Endelf, j D. W i I m, Z. f. Kristallogr. [r933] A86 3.1o bis 3.M8). Bentonitähnliche Mineralien sind die -Mineralien Sinektit, Beidellit, Ehrenhergit, Damontherolit, ferner Fullererden, Weißerden, Walkerden, Bolus u. a.

Claims (3)

1. PATE\T_\\ spRLiciiE: i. -"erfahren zur Gewinnung hochduellfähiger anorganischer Stoffe aus . wenig quellfähigen Bentoniten, z. B. Ca-Bentonit oder solchen Bentoiiiten ähnlichen Erden zur selbständigen Verwendung oder zur Einbindung oder Suspendierung unbildsamer Stoffe, dadurch gekennzeichnet, daß die austauschfähig gebundenen Kationen der Ausgangsstoffe durch einwertige Kationen. wie \Ta, K oder Li oder Mischungen derselben, ausgetauscht werden und der so gewonnene neue Stoff: entwässert und getrocknet wird.
2. 2. Verfahren laut Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kationen, die austauschfähig in den Ausgangsstoffen gehunden sind. durch einwertige Kationen dadurch ersetzt werden, daß die einwertigen Kationen als Olalate, Sulfate. Phosphate, Carbonate und andere Verbindungen zugesetzt werden, deren Anionen die ursprünglich vorhandenen Kationen der Ausgangsstoffe in unlösliche Verbindungen überführen.
3. 3. Verfahren zur Gewinnung hochquellfähiger anorganischer Substanzen gemäß Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung der zu erhaltenden. Erzeugnisse neben den einwertigen Kationen wenige Prozent natürlicher oder künstlicher. nach diesem Verfahren hergestellter Na-Bentonit zugesetzt werden.