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Verfahren zur Homogenisierung flüssiger Suspensionen tonhaltiger Rohstoffe
Bei der Durchführung gewisser industrieller Verfahren ist es notwendig, Suspensionen tonhaltiger Roh- stoffe (Ton, Tonschiefer, Kaoline u. dgl.) in Flüssigkeiten herzustellen und derart hergestellte Suspensio- nen mittels Pumpen und Leitungen zu transportieren. Neben sehr feinen kolloidalen Teilchen enthalten die tonhaltigen Rohstoffe gewöhnlich auch grössere Teilchen von einigen oder einigen Hundertstel Millimeter
Durchmesser sowie aus groben Sand-, Kies- und Stein körnern u. dgl. bestehende Verunreinigungen.
Der mittels Pumpen über Leitungen vor sich gehende Transport solcher Suspensionen stösst auf Schwierigkeiten, da sich die grossen Teilchen leicht absetzen, wodurch die Leitungen, besonders an Stellen der Richtungs- änderung oder Verminderung der Strömungsgeschwindigkeit, verstopft werden. Infolge der erosierenden
Wirkung der grösseren Teilchen wurde eine verstärkte Erosion der Einrichtungen wie z. B. der Rotoren von
Pumpen beobachtet.
Es ist bekannt, dass durch Zusatz einer kleinen Menge alkalischer Verbindungen zur tonhaltigen Suspension in Wasser die Bindefestigkeit dieser Suspension sowie deren Fliessfähigkeit gesteigert, wogegen durch Zugabe einer kleinen Säuremenge die Koagulation und das Fallen des Sediments verursacht wird.
Das bekannte Verfahren unter Anwendung von Elektrolyten beim Schlämmungsprozess beruht auf dem Zusatz von Elektrolyten zu der bereits zuvor vorbereiteten Suspension der tonhaltigen Substanz in Wasser. Im allgemeinen handelt es sich hiebei um dünnflüssige Suspensionen, bei denen die Konzentration der tonhaltigen Substanz gering ist. Um das Strömen der Suspension zu beschleunigen, wird oft eine alkalische Substanz wie z. B. NaCO (seltener NaOH) zugegeben, was die Sedimentation sowie das Abtrennen grösserer Teilchen, wie Sand u. dgl. von den kolloidalen Tonteilen erleichtert.
Nach der Sedimentation wird die Suspension der Tonteile dekantiert, wonach zwecks Abtrennung derselben von der Flüssigkeit ein saurer Elektrolyt (HSO, Alaun, Ammoniumsulfat u. dgl.) zugegeben wird, wobei eine Koagulation fei - ner in grobe Teilchen und deren Absetzen erfolgt. Der verdichtete Schlamm wird filtriert und man erhält ein geschlämmtes Erzeugnis.
Bekannt ist auch die Zugabe eines Elektrolyten zu Tonmassen, die für den Formenguss bestimmt sind.
In solchen Fällen werden verdünnende Elektrolyten wie z. B. NaCO, NaOH angewendet, die zu dem zuvor mit Wasser angerührten Ton zugegeben werden. Die Zugabe saurer, koagulierender Elektrolyten zu derartigen Tonmassen ist im allgemeinen nicht üblich, denn die würde zur Erstarrung der ganzen Masse führen, wodurch sie die für die Keramik wertvollen physikalischen Eigenschaften verlieren würde. Die Anwendung von sauren Elektrolyten findet nur dann statt, wenn derartige Tonmassen vorerst angefertigt und einer bestimmten mechanischen oder physikalisch-chemischen Bearbeitung unterzogen werden, wie z. B. nach dem Ausschlämmen oder beim Pressen von Formsteinen zum Zweck der Härtung derselben.
Bei den vorstehend erwähnten sowie andern ähnlichen bereits bekannten Arten der Anwendung von Elektrolyten kann man das grundsätzliche kennzeichnende Merkmal beobachten, nämlich dass der Elektrolyt stets zu der vorerst in Wasser vorbereiteten Suspension zugegeben wird, und weiters dass entweder, wie z. B. beim Ausschlämmen, im allgemeinen zuerst der alkalische verdünnende Elektrolyt (welcher die kolloidale Suspension bindefest macht) und nach dem Ausschlämmen der saure Elektrolyt zugegeben wird, wobei die Elektrolyten so gewählt werden, dass sie sich gegenseitig neutralisieren, oder, wie z. B. beim Vorbereiten der zum Formenguss dienenden Tonmasse, der alkalische verdünnende Elektrolyt zugegeben wird, oder auch, wie es bei Massen der Fall ist, die zuvor einer bestimmten mechanischen bzw.
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physikalisch-chemischen Behandlung (z.
B. zum Zweck der Härtung eines gepressten Formsteines) unterzogen werden, wird der saure Elektrolyt zugegeben.
Die Erfindung bezweckt die Erzielung einer homogenen verdichteten Mischung, deren Teilchen keine Tendenz zu schneller Sedimentation aufweisen. Der Versuch, eine homogene bindefeste Suspension
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Flüssigkeit mittels Pumpen sowie deren längere Aufbewahrung ohne eintretendes Absetzen fester Sedi- mente unmöglich machten.
Es hat sich erwiesen, dass diese Nachteile behoben werden können, wenn man der Erfindung gemäss zu dem Wasser noch vor dessen Vermischen mit dem Ton einen sauren Elektrolyt in genügend starker Kon- zentration zugibt und danach den tonhaltigen Rohstoff mit einer derart vorbereiteten Lösung so lange rührt, bis die aus Tonsubstanzteilchen bestehenden Klumpchen verschwunden sind. Bei einem solchen Verfahren unterliegen im Zuge der Aufschlämmung nicht grosseMengen der feinen tonhaltigen Substanz während des allmählichen Überganges von Tonklumpen in den Zustand der Suspension sofort der Koagulation und bilden feine, in bezug auf ihre Grösse homogene, koagulierte Teilchen.
Man erhält eine sehr fliessfähige, homogene, gleichzeitig aber so dickflüssige Flüssigkeit, dass die in ihr suspendierten grossen Teilchen keine Tendenz zum schnellen Fallen aufweisen. Aus der so erhaltenen Suspension kann man mittels eines
Siebes oder mittels Sedimentation, jedoch während einer etwas längeren Zeitspanne als bisher, die
Verunreinigungen in Form grösserer Teilchen wie Sand, Kies, Steine und Gesteinsbrocken abtrennen.
Durchgeführte Experimente haben bestätigt, dass zwecks Erreichen des erwünschten Effektes die Koa- gulation rasch eintreten muss und dass eine starke Konzentration des Elektrolyten unbedingt notwendig ist.
Weitere Untersuchungen ergaben jedoch, dass sofern gleichzeitig als Elektrolyt ein stark saurer Koagulant, wie Schwefelsäure und Aluminiumsalz in Gestalt von Alaun oder schwefelsaures Salz, angewandt wird, die koagulierende Wirkung verstärkt wird und dass in einem solchen Fall eine verhältnismässig geringe
Konzentration der Säure und des Salzes genügt. Es wurde festgestellt, dass, um den beschriebenen Homo- genisierungseffekt zu erreichen, die zur Herstellung der tonhaltigen Suspension dienende Flüssigkeit min- destens 0, 15 Gew.-%Schwefelsäure und nicht weniger als 0,2 Gew.-% Aluminiumsulfat oder 0, 3 Gew. -0/0
Aluminiumammoniumalaun enthalten muss.
Die nach dem beschriebenen Homogenisierungsverfahren erhaltene Suspension der tonhaltigen Sub- stanz ist extrem homogen. Im Gegensatz zu Suspensionen in reinem Wasser bleiben sogar ziemlich grosse
Teilchen der tonhaltigen Substanz in der Lösung suspendiert und weisen nach längerer Zeit keine Tendenz zum schnellen Sedimentieren auf, was zur Folge hat, dass die homogenisierte Suspension ohne Gefahr von
Leitungsverstopfungen in Leitungen transportiert werden kann.
Um die gemäss der Erfindung erzielten-Effekte vor Augen zu führen, findet sich in dem nachstehend angeführten Beispiel eine Gegenüberstellung der Bindefestigkeit der gemäss dem erfindungsgemässen Ver- fahren erhaltenen Suspension mit einer Suspension, die aus demselben Ton mit reinem Wasser erhalten wurde :
Beispiel :
Aus 200 kg Ton folgender granulometrischer Zusammensetzung :
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<tb>
<tb> 0, <SEP> 6% <SEP> Körner <SEP> von <SEP> einem <SEP> Durchmesser <SEP> von <SEP> über <SEP> 1 <SEP> mm
<tb> 13, <SEP> 4% <SEP> Körner <SEP> von <SEP> einem <SEP> Durchmesser <SEP> in <SEP> Grenzen <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> mm
<tb> 28,8% <SEP> Körner <SEP> von <SEP> einem <SEP> Durchmesser <SEP> in <SEP> Grenzen <SEP> 0, <SEP> l-0, <SEP> 01 <SEP> mm <SEP>
<tb> 19, <SEP> 5% <SEP> Körner <SEP> von <SEP> einem <SEP> Durchmesser <SEP> in <SEP> Grenzen <SEP> 0, <SEP> 01-0, <SEP> 005 <SEP> mm
<tb> 37, <SEP> 7% <SEP> Körner <SEP> von <SEP> einem <SEP> Durchmesser <SEP> in <SEP> Grenzen <SEP> 0,005 <SEP> mm
<tb>
wurde eine Suspension in 10001 Wasser hergestellt (Suspension A).
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Aluminiumammoniumalaun enthielt, angewendet wurde (Suspension B).
Nach einem sehr gründlichen Vermischen wurden beide Suspensionen für eine Zeit von 6 h der Sedi- mentation überlassen, wonach aus der Bodennähe Proben entnommen und die granulometrische Konsistenz der Suspension ermittelt wurde.
Umgerechnet in eine trockene Masse hat man vorgefunden :
1) In der Probe der Suspension A :
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<tb>
<tb> 4, <SEP> 1% <SEP> Körner <SEP> von <SEP> einem <SEP> Durchmesser <SEP> von <SEP> über <SEP> l <SEP> mm <SEP>
<tb> 22, <SEP> 8% <SEP> Körner <SEP> von <SEP> einem <SEP> Durchmesser <SEP> in <SEP> Grenzen <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> mm
<tb> 73, <SEP> 1% <SEP> Körner <SEP> von <SEP> einem <SEP> Durchmesser <SEP> von <SEP> unter <SEP> 0. <SEP> 1 <SEP> mm
<tb>
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2) In der Probe der Suspension B :
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<tb>
<tb> 1, <SEP> Wo <SEP> Körner <SEP> von <SEP> einem <SEP> Durchmesser <SEP> von <SEP> über <SEP> 1 <SEP> mm
<tb> 16, <SEP> 90/0 <SEP> Körner <SEP> von <SEP> einem <SEP> Durchmesser <SEP> in <SEP> Grenzen <SEP> l-0, <SEP> l <SEP> mm <SEP>
<tb> 81, <SEP> 8% <SEP> Körner <SEP> von <SEP> einem <SEP> Durchmesser <SEP> von <SEP> unter <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> mm.
<tb>
Aus dem Vergleich der vorstehend angeführten Ergebnisse der granulometrischen Analysen der nach einem Zeitraum von 6 h entnommenen Proben ist der homogenisierende Einfluss des zum Wasser vor dessen Vermischung mit dem Ton zugegebenen Alauns und der zugegebenen Schwefelsäure ersichtlich. In der nach Verfahren gemäss der Erfindung hergestellten Suspension geht die Sedimentation der groben Tonkörner bedeutend langsamer vor sich, als in derjenigen aus demselben Ton in Wasser hergestellten. Bei dem im vorstehenden Beispiel angeführten Verfahren war ein einleitendes Abtrennen von Kies und Gestein aus dem Ton mittels Sieb überflüssig, da der verwendete Ton fast gar keine Teilchen von grösserem Durchmesser als 2 mm enthalten hat.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Homogenisierung flüssiger Suspensionen tonhaltiger Rohstoffe wie Ton, Kaolin, Tonschiefer u. dgl. mittels Elektrolyten, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst eine Wasserlösung vorbereitet
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