AT342618B

AT342618B - Filtriermedium

Info

Publication number: AT342618B
Application number: AT960873A
Authority: AT
Inventors: Hiroshi Uchiyama; Shigeru Yamagishi; Junshiro Hayakawa; Kazunobu Kakimoto; Yoshio Fujiwara
Original assignee: Mitsui Mining & Smelting Co; Tokyo Kokyu Rozai Co Ltd
Priority date: 1973-11-15
Filing date: 1973-11-15
Publication date: 1978-04-10
Also published as: ATA960873A

Description

Die Erfindung betrifft ein Filtriermedium mit einer verbesserten Filtrierwirkung.

Die üblichen Verfahren zum Filtrieren von geschmolzenem Aluminium sind entweder Verfahren, bei denen ein weiches Medium, wie Glasfaser, oder ein Sieb aus rostfreiem Stahl verwendet wird, ein Verfahren, bei dem ein festes Bett aus Tonerde oder ein Verfahren, bei dem ein starres Medium zur Anwendung gelangt. Das letzte dieser Verfahren benützt einen Filterbehälter, der mit einer Einlass- und einer Auslass- öffnung für das geschmolzene Aluminium ausgestattet ist und ausserdem einen Heizdeckel mit einem Heizelement und einem Thermoelement besitzt, was zur Folge hat, dass das geschmolzene Aluminium von der Aussenseite zur Innenseite eines röhrenförmigen harten Mediums hindurchgeht Infolge des Unterschiedes zwi- schen dem Oberflächenniveau des eingeführten geschmolzenen Aluminiums und des ablaufenden geschmolzenen Aluminiums.

Dieses Verfahren ist besser als die andern Verfahren in Bezug auf seinen tatsächlichen Filtriereffekt, seine Anpassungsfähigkeit an das Arbeitsgebiet, usw.

Im allgemeinen sollte ein Filtriermedium, wie ein hartes Filtriermedium, die folgenden Eigenschaften aufweisen : Es soll : 1. eine Anzahl von luftdurchlässigen Poren von passender Grösse und grosser Einheitlichkeit, 2. Korrosionsbeständigkeit gegenüber dem zu filtrierenden Material,
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4. es sollen die angehäuften Teilchen fest aneinander gebunden sein, um eine Unterbrechung des Fil- triervorganges zu vermeiden und 5. es soll das Filtriermedium eine bestimmte mechanische Festigkeit aufweisen, die höher ist als bei den bekannten.

Es ist bereits bekannt, ein Filtriermedium, wie z. B. ein hartes Medium, unter Verwendung eines an- gehäuften Materials und eines gefritteten glasartigen Bindemittels herzustellen, z. B. wird in der US-PS
Nr. 3, 524, 548 ein Filtriermedium beschrieben, das ein glasartiges Bindemittel enthält, eine bessere Korrosionsbeständigkeit gegenüber geschmolzenem Aluminium besitzt und die Durchführung einer konstanten Fil- tration ermöglicht.

Es ist jedoch schwierig, mit dem in dieser US-PS beschriebenen glasartigen Bindemittel die Struktur
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Material, glasartigemBindemittellässigen Poren besteht. Demnach kann der Filtrations-Wirkungsgrad nicht dadurch vergrössert werden, dass eine Anzahl von luftdurchlässigen Poren konstanter Grösse vorgesehen wird.

Wenn glasartige Bindemittel verwendet werden, können die folgenden Fehler festgestellt werden :
1. Wenn die Viskosität des Bindemittels bei Erhöhung der Temperatur während des Kalzinierungsvor- ganges nach und nach abnimmt, ist es schwer, grössere Abstände zwischen den angehäuften Teilchen zu erhalten und die Bindungen mit dem Bindemittel zu verlängern.

2, Wenn eine brennbare Substanz zusammen mit einem solchen Bindemittel verwendet wird, um denAn- teil der luftdurchlässigen Poren im Filtriermedium zu vergrössern, wird die In dem Bindemittel ver- kohlte brennbare Substanz von der glasartigen Substanz eingeschlossen, bewirkt eine Herabsetzung der mechanischen Festigkeit und führt oft zu einer Unterbrechung der Filtration,
Demnach kann bei Verwendung einer glasartigen Substanz als Bindemittel nur ein Filtriermedium erhalten werden, dessen Struktur nur durch die Art der angehäuften Teilchen bestimmt ist. Während die Grösse der Poren durch Veränderung der Teilchengrösse der angehäuften Teilchen kontrolliert werden kann, ist es schwer, die Anzahl der Poren In dem Filtriermedium zu kontrollieren.

Es wurde nun gefunden, dass ein anorganisches Bindemittel, bestehend aus 10 bis 50 Gew.-% SIC und 5 bis 20 Gew.-% B 0, wobei wenigstens 70, vorzugsweise 72 bis 85 Gew.-% des anorganischen Bindemittels aus Talkum, Gairome-Ton, kalzinierte Aluminiumoxyd, gesintertem Aluminiumoxyd, Aluminiumhy- droxyd, Borsäure, Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Wollastonit, Siliciumdioxyd-Sand, Siliciumdioxyd-Stein und deren Mischungen ausgewählt sind, als Bindemittel für die Herstellung eines Filtriermediums verwendet werden kann und dass, Im Falle es mit einer entsprechenden Menge einer brennbaren Substanz, wie Getreidepulver, Kokspulver oder einem Pulver eines organischen Harzes vermischt wird und in kleinen
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ren von konstanter Grösse enthält,

die durch das Verbrennen der brennbaren Substanz oder durch das Entweichen von Zersetzungsgasen gebildet werden. Abhängig von der Menge des organischen Harzes kann dieses manchmal auch als zusammenbackendes Material wirken.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Filtriermedium mit verbesserter Filtrierwirkung, mit einer Rangnummer von 100 bis 300, einem Schüttgewicht von 1, 70 bis 2, 27 und einer scheinbaren Porosität von 39, 0 bis 51, 0%. Schüttgewicht und scheinbare Porosität werden wie folgt bestimmt :

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3 1Gewicht = W1' Volumen = W -W (2) Aus (1) und (2) ergibt sich :
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a) 100 Gew.-Teilen angehaufterToilohenvon wenigstens einem der folgenden Bestandteile : geschmolzene
Tonerde, gesinterte Tonerde, Siliciumcarbid und Siliciumnitrid ;

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mittels aus Talküm, Gairome-Ton, kalziniertem Aluminiumoxyd, gesintertem Aluminiumoxyd, Alu- miniumhydroxyd, Borsäure, Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Wollastonit, Siliciumdioxyd-Sand,
Siliciumdioxyd-Stein und deren Mischungen ausgewählt sind, und c) 3 bis 15 Gew.-Teilen einer brennbaren Substanz, insbesondere Getreidepulver, Kokspulver und ein organisches Harzpulver, besteht.

Gegenstand der Erfindung ist weiters ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemässen Filtrierme- diums, das dadurch gekennzeichnet ist, dass
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Tonerde, gesinterte Tonerde, Siliciumcarbid und Siliciumnitrid ; b) 5 bis 18 Gew,-Teile eines anorganischen Bindemittels, welches eine chemische Zusammensetzung von 10 bis 50 Gew. -% SiO und 5 bis 20 Gew.-%B0 hat, wobei wenigstens 70 Gew. -% dieses anor- ganischen Bindemittels aus Talkum, Gairome-Ton, kalziniertem Aluminiumoxyd, gesintertem Alu- miniumoxyd, Aluminiumhydroxyd, Borsäure, Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Wollastonit,
Siliciumdioxyd-Sand, Siliciumdioxyd-Stein und deren Mischungen ausgewählt sind ;

und c) 3 bis 15 Gew. -Teile einer brennbaren Substanz, insbesondere Getreidepulver, Kokspulver und ein organisches Harzpulver ; gemischt werden, die Mischung mit der notwendigen Menge an härtendem
Material und Wasser verknetet wird, worauf die so verknetete Mischung geschmolzen, anschliessend getrocknet und sodann bei einer Temperatur über 1 1000C kalziniert wird.

Wenn der Hauptanteil des Bindemittels aus den oben genannten Bestandteilen besteht, ist die Abnahme
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gen, die durch das anorganische Bindemittel verbunden sind. Die Bindungslänge ist der Abstand zwischen den angehäuften Teilchen. Die Grösse der luftdurchlässigen Poren kann durch Mischen einer geeigneten Menge brennbarer Substanz und Auswahl der Grösse der angehäuften Teilchen ausreichend kontrolliert werden.

Die durch die Zunahme der Porenanzahl verursachte Reduktion der mechanischen Festigkeit des Filtriermediums verursacht bei ausreichender Sinterung des Bindemittels keine Nachteile und bewirkt daher keine Unterbrechung des Filtriervorganges.

Versuche haben gezeigt, dass ein anorganisches Bindemittel mit einer chemischen Zusammensetzung von nicht mehr als ungefähr 50 Gew.-% SiO2 und nicht weniger als ungefähr 5 Gew. -% B 03 eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit gegenüber geschmolzenem Aluminium aufweist, wenn es für die Herstellung des

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Kostenfrage bestimmt. Deutliche Einschränkungen, d. 1. es soll die Wirkung der andern Komponentendes Filtriermediums nicht herabsetzen oder nachteilig mit ihnen reagieren od. dgl., sind jedem Fachmann klar.

Es ist notwendig, die chemische Zusammensetzung des anorganischen Bindemittels so zu wählen, dass eine Erniedrigung der Viskosität des Bindemittels bei einer Temperatur von 11000C oder mehr nicht auftritt und auch dass der grössere Anteil des anorganischen Bindemittels wie oben definiert ist.

Bei einer handelsüblichen Ausführungsform können gute Resultate erzielt werden, wenn derDurchmes- ser der Poren ungefähr 40 bis ungefähr 1000 , vorzugswelse 150 bis 600 f. L, insbesondere 250 bis 400 bu, ist.

Man muss die besondere Sorgfalt, die notwendig ist, um die Verfahrensbedingungen zu kontrollieren, um enge Abweichungen zu erhalten (wenige Änderungen der Bedingungen während einer Charge sind zulässig) ge-
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scheinbare Porosität von 5% und eine Wasserabsorption von 1, 5% hat.

Dagegen ist gebrannte Tonerde eine Tonerde, die in einem elektrischen Ofen gebrannt wurde und ein glasartiges Material darstellt.

Diese Substanzen, die, wie bereits erwähnt, zu mindestens 70 Gew.-% das anorganische Bindemittel bilden, ergeben beim Kalzinieren keine glasartigen Schmelzvorgänge. Die restlichen maximal 30 Gew.-% können zu einem Glas verschmelzen, wobei jede glasartige Substanz verwendet werden kann, welche bei der Kalzinierungstemperatur und gegen das zu filtrierende Material d. i. geschmolzenes Aluminium beständig ist. Wenn das anorganische Bindemittel mehr als 30 Gew.-% einer glasartigen Substanz enthält, kanndie
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Kalzinierungungefähr 50 Gew.-%SiO und ungefahr 5 bis ungefähr 20 Gew.-%B0 fallt. Dièse Komponenten werden in einem Misch-Pulverisierer, wie z. B. eine Kugelmühle, gemischt und physikalisch pulverisiert. Die Teilchengrösse des entstehenden anorganischen Bindemittels ist allgemein 0, 07 mm.

Als brennbare Substanz kommt Reismehl, Weizenmehl, Kokspulver, Polystyrolpulver oder Harnstoffharzpulver in Frage. Als zusammenbackendes Material kann Dextrin, Sulfitablauge oder Polyvinylalkohol verwendet werden.

Nach dem Verkneten der Mischung wird diese geformt und durch irgendein bekanntes Trocknungsver- fahren getrocknet (das Trocknen wird nur bei Temperaturen und Zeiten durchgeführt, die das geformte Filtriermedium nicht beeinträchtigen ; das Nicht-Zerspringen des geformten Filtriermediums ist das schwierigste Problem). Die Beispiele dienen als Richtlinien, wobei das Trocknen bei 600C 24 h und dann bei 1200C
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Mischung wird dann bei einer Temperatur von ungefähr 11000C oder mehr kalziniert.

Wasser und zusammenbackendes Material werden im allgemeinen in einer Menge von 1 bis 10 Gew.-Tei- len auf 100 Gew.-Telle angehaufte Teilchen verwendet. Das ist keine strenge Begrenzung und der Fachmann kann die Verhältnisse beliebig ändern.

Typische zusammenbackende Materialien sind in der US-PS Nr. 3, 524, 548, Spalte 2, Zeilen 59 bis 69, beschrieben. Das zusammenbackende Material kann mit Fachkenntnis frei gewählt werden.

Erfindungsgemäss kann die Struktur des Filtriermediums absolut durch das Mischen der brennbaren Substanz kontrolliert werden und daher kann ein Filtriermedium mit einer bestimmten Zahl an luftdurchlässigen Poren mit Leichtigkeit hergestellt werden. Das entstandene Filtriermedium zeigt eine verbesserte Filtrierwirkung ; besonders dann, wenn es zur Filtration von geschmolzenem Aluminium verwendet wird, kann der Durchgang für das geschmolzene Aluminium sehr vergrössert werden, und deshalb steigt die Menge an filtrierte geschmolzenem Aluminium von 30 auf 100%, verglichen mit einem üblichen Filtriermedium
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Filtriermediums kontrolliert werden, ist es natürlich möglich, dieses zum Filtrieren anderer Metalle, Gase oder Wasser in grösseren Mengen zu verwenden, soweit das Material des Filtriermediums nicht durch diese Stoffe angegriffen wird.

Darüber hinaus hat das erfindungsgemässe Filtriermedium, da es bei höheren Temperaturen kalziniert wurde als Filtriermedien, die ein glasartiges Bindemittel enthalten, eine grössere Temperaturwiderstandsfähigkeit und da das Bindemittel keine glasartige Substanz ist, hat das erfindungsgemässe Filtriermedium auch einen grösseren Splitterwiderstand.

Aus den vorher geschilderten Tatsachen geht klar hervor, dass die Verwendung des Ausdruckes"unge- fähr" bei den Mengenangaben der Zusammensetzungen gemäss der Erfindung eine Erstreckung bis zu den Enden der Grenzen erlaubt. Jedoch wurden diese Grenzwerte durch umfassende Versuche bestimmt und die

besten Resultate werden erzielt, wenn diese strikte eingehalten werden. Aus diesem Grund sollten die "un- "gefähr"-Angaben nur in genauer Kenntnis der Beschreibung interpretiert werden.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Beispielen näher erläutert. Die anorganischen Bindemittel, die In den Beispielen zur Anwendung gelangten, wurden aus den einzelnen Komponenten hergestellt und haben die folgenden chemischen Analysewerte (Gewichtsprozent). Nicht alle Komponenten wurden in jedem
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Al@O@ <SEP> SiO@ <SEP> CaO <SEP> MgO <SEP> B@O@ <SEP> Fe@O@ <SEP> Glüh-
<tb> 1 <SEP> 2 <SEP>
<tb> verlust <SEP> * <SEP>
<tb> Talk <SEP> 1, <SEP> 30 <SEP> 59, <SEP> 85 <SEP> 0, <SEP> 86 <SEP> 28, <SEP> 85 <SEP> - <SEP> 3, <SEP> 10 <SEP> 5, <SEP> 21 <SEP>
<tb> CalciumCarbonat--54, <SEP> 89 <SEP> 0, <SEP> 93--43, <SEP> 72 <SEP>
<tb> Gairome-Ton <SEP> 32,19 <SEP> 48,83 <SEP> 0,80 <SEP> 0,06 <SEP> - <SEP> 1,39 <SEP> 16,40
<tb> Kalzinierte
<tb> Tonerde <SEP> 99, <SEP> 20 <SEP> 0, <SEP> 02---0, <SEP> 03 <SEP>
<tb> Borsäure--56, <SEP> 40-43, <SEP> 52 <SEP>
<tb> Wollastonit-51, <SEP> 32 <SEP> 48, <SEP> 01 <SEP>
<tb> Im <SEP> Handel <SEP> er- <SEP>
<tb> hältliche <SEP> Por- <SEP> 8,08 <SEP> 43,45 <SEP> 3,89 <SEP> 18,74 <SEP> 25,81
<tb> zellanglasur
<tb>

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Claims

<Desc/Clms Page number 7> 10 bis 50 Gew.-%SIiO, 5bis20Gew. -%B2O3, 20 bis 60 Gew.-% Al20 , 2 bis 10 Gew.-% CaO, 2 bis 20 Gew.-% MgO, enthält.

5. Verfahren zur Herstellung eines Filtriermediums mit verbesserter Filtrierwirkung mit einer Rangnummer von 100 bis 300, einem Schüttgewicht von 1, 70 bis 2, 27 und einer scheinbaren Porosität von 39, 0 bis 51, 0% nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass a) 100 Gew. -Teile angehäufter Teilchen von wenigstens einem der folgenden Bestandteile : geschmolzene Tonerde, gesinterte Tonerde, Siliciumcarbid und Siliciumnitrid ;

b) 5 bis 18 Gew.-Teile eines anorganischen Bindemittels, welches eine chemische Zusammensetzung von 10 bis 50 Gew.-% SiO und 5 bis 20 Gew. -% B20S hat, wobei wenigstens 70 Gew. -% dieses anor- ganischen Bindemittels ans Talkum, Gairome-Ton, kalzinierte Aluminiumoxyd, gesintertem Alu- miniumoxyd, Aluminiumhydroxyd, Borsäure, Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Wollastonit, Siliciumdioxyd-Sand, Siliciumdioxyd-Stein und deren Mischungen ausgewählt sind ; und c) 3 bis 15 Gew. -Teile einer brennbaren Substanz, insbesondere Getreidepulver, Kokspulver und ein organisches Harzpulver ; gemischt werden, die Mischung mit der notwendigen Menge an härtendem Material und Wasser verlmetet wird, worauf die so verknetete Mischung geschmolzen, anschliessend getrocknet und sodann bei einer Temperatur über 11000C kalziniert wird.