Verfahren zur Herstellung hochquellfähiger Stoffe aus Tonmineralien Für die Herstellung hochquellfähiger, hochplasti- scher und hochviskoser Stoffe werden bekanntlich Bentonite verwendet.
Es können dies Erdalkali-Ben- tonite sein sowie Bentonite, bei denen ein Teil ihrer austauschfähig gebundenen Kationen aus Natrium- Ionen. besteht.
Diese Natrium-Ionen können von Na tur aus im Bentonit enthalten sein oder, wie bekannt, durch eine Aktivierung, z. B. mit Soda, am Bentonit fixiert werden. Bei dieser Aktivierung werden die ursprünglich am; Tonmineral gebundenen Erdalkali- Ionen durch Alkali-Ionen, z. B. Natrium-Ionen, aus getauscht.
Weiter ist bekannt (US-Patentschrift 2 672 442), Blaubentonite zur Erhöhung der Viskosität und Quellfähigkeit mit Magnesiumsalzen, insbesondere Sulfaten, zu behandeln. Diese Art der Magnesium- Aktivierung ist beschränkt auf die in den Gebieten von den Black Hills,
of Sauth Dacota und Wyoming vorkommenden Blaubentönite und bringt bei An wendung auf Erdalkali-Bentonite keinen Erfolg.
Es hat sich nun gezeigt, dass bei austauschbare Erdalkali-Ionen enthaltenden Tonmineralien durch Aktivierung mit Magnesiumsalzen in Verbindung mit Alkalisalzen eine Erhöhung; der Quellfähigkeit erzielt werden kann. Wenn die genannten Tonmineralien schon von Natur aus:
zusätzlich austauschfähig ge bundene Alkali-Ionen besitzen, kann man durch Ak- tivierung mit Magnesiumsalzen ebenfalls eine Erhö hung der Quellfähigkeit erzielen.
Für die Aktivierung kommen Magnesiumverbin- dungen in Frage, deren Anionen mit den vorhande- nen, austauschbaren Erdalkali-Ionen, insbesondere Calcium-Ionen, Verbindungen eingehen, die in Was ser schwerer löslich sind als die entsprechenden Ma gnesiumverbindungen. Solche Magnesiumverbindun- gen sind z.
B. Magnesium-Carbonat, basisches Ma- gnesiüm-Carbonat, Magnesium-Oxalat.
überraschenderweise wurde nun aber festgestellt, dass bei Verwendung der genannten Magnesiumver- bindungen nur dann eine besonders hohe Steigerung der Quellfähigkeit zu verzeichnen ist, wenn diese in Verbindung mit Alkali-Ionen, z. B. Natrium-Ionen, zur Verwendung kommen.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung hochquellfähiger Stoffe aus austauschbare Erdalkali Ionen enthaltenden Tonmineralien, insbesondere aus Erdalkali-Bentoniten, durch deren, Aktivierung mit Magnesiumsalzen, ist dadurch gekennzeichnet;
dass man den Tonmineralien solche Magnesiumsalze zu setzt, deren Anionen mit den vorhandenen austausch baren Erdaskafi-Ionen Verbindungen eingehen, die in Wasser schwerer löslich sind als die entsprechenden Magnesiumverbindungen, und dass man diese Akti vierung in Verbindung mit Alkali-Ionen,
insbesondere Natrium-Ionen, durchführt.
Bei austauschbare Erdalkali-Ionen enthaltenden Tonmineralien, die keine austauschfähig gebundenen Alkali-Ionen, z.
B. Natrium-Ionen, enthalten, ist es zweckmässig, erst die Maguesiumaktivierung und an- schliessend die Aktivierung mit Alkalsalzen durchzu- führen.
Die Mägnesiumaktivierung eines austauschbare Erdalkali-Ionen enthaltenden Tonminerals wird nor malerweise so vorgenommen, dass dem noch gruben feuchten oder mit Wasser angeteigten Tonmineral feinverteilte Magnesiumverbindungen zugesetzt und diese anschliessend in das Tonmineral eingearbeitet werden. Auch kann die Einbringung
der Magnesium verbindung in eine mehr oder weniger dicke wässerige Suspension erfolgen. Hieran schliesst sich zweckmäs= sigerweise die Aktivierung mit Natrium-Carbonat an.
Das magaesium- und natrium-aktivierte Tonmineral kann. sodann getrocknet und gemahlen werden.
Der in dieser Weise aus austauschbare Erdalkali-Ionen enthaltenden. Tonmineralien hergestellte Stoff zeigt, je nach der verwendeten Menge Magnesiumverbin- dung, dass die kolloidchemischen Eigenschaften, z. B.
die Viskosität, das Quellvolumen, die ThixotroPie, die Plastizität und das Wasserbindevermögen höher liegen als es bei dem ursprünglichen oder nur mit Soda akti vierten Material der Fall ist.
Auch bei anderen austauschbare Erdalkali-Ionen enthaltenden Tonmineralien, z. B. Illiten oder Kaoli- nen, bei denen normalerweise ein Teil der austausch- fähigen Kationen aus Natrium-Ionen besteht,
sind die genannten Eigenschaften nach der Magnesiumaktivie- rang gegenüber den nicht magaesiumaktivierten Ton- mineralien erhöht. Diese Erhöhung tritt nicht nur bei Tonmineralien mit quellf'ähigen, sondtrn auch bei solchen mit starren Gittern auf.
Natürlich sind bei Tonmineralien mit starren, nicht quellfähigen Gittern die Werte der kolloidchemischen Eigenschaften, wie Viskosität, Quellvolumen und Thixotropie,
Plastizität und Wasserbindevermögen sowohl vor wie nach der Aktivierung mit Magnesiumverbindungen auf Grund
EMI0002.0081
Probe <SEP> Scheinbare <SEP> Gelstärke <SEP> Gelstärke <SEP> Quell- <SEP> Thixotropie <SEP> Wasser- <SEP> Plast. <SEP> Zahl
<tb> Viskosität <SEP> nach <SEP> nach <SEP> volumen <SEP> Volumen <SEP> ml/g <SEP> binde- <SEP> nach <SEP> 8s
<tb> 10 <SEP> Sek. <SEP> 10 <SEP> Min. <SEP> Erstarrungs- <SEP> vermögen <SEP> Pfefferkorn
<tb> zeit <SEP> 6 <SEP> Sek. <SEP> (Enslin- <SEP> an <SEP> Bentonit Durchmesser <SEP> wert) <SEP> Taunussand in <SEP> cP <SEP> bei <SEP> des <SEP> Reagenz- <SEP> Einwaage <SEP> mischungen
<tb> 600 <SEP> U/min.
<SEP> in <SEP> dyn/cm2 <SEP> in <SEP> dyn/cm2 <SEP> m1/2 <SEP> g <SEP> glases <SEP> 1,7 <SEP> cm <SEP> 0,1 <SEP> g <SEP> 1:1
<tb> Erdalkali-Bentonit <SEP> so
<tb> mit <SEP> 5 <SEP> /o <SEP> Soda <SEP> 11 <SEP> 7 <SEP> 38 <SEP> 27 <SEP> 8,5 <SEP> 625 <SEP> 46
<tb> Erdalkali <SEP> Bentonit
<tb> n <SEP> 't <SEP> Ü <SEP> <B>1,3</B> <SEP> % <SEP> <B>(30</B> <SEP> inval)
<tb> Magnesium-Carbonat <SEP> 3 <SEP> 8 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 4,2 <SEP> 410 <SEP> 36
<tb> Erdalkali-Bentonit <SEP> 9s
<tb> mit <SEP> 2,6 <SEP> /o <SEP> (60 <SEP> mval)
<tb> Magnesium-Carbonat <SEP> 3 <SEP> 8 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 4,5 <SEP> 420 <SEP> 35
<tb> Erdalkali-Bentonit <SEP> .
<tb> mit <SEP> 1,3 <SEP> % <SEP> (30 <SEP> mval)
<tb> Magnesium-Carbonat <SEP> <B>100</B>
<tb> und <SEP> 5 <SEP> <B>%</B> <SEP> Soda <SEP> 21,5 <SEP> 162 <SEP> 263 <SEP> 31 <SEP> 13,
3 <SEP> 720 <SEP> 49
<tb> Erdalkali-Benionit
<tb> mit <SEP> 2,6 <SEP> % <SEP> (60 <SEP> mval)
<tb> Magnesium-Carbonat
<tb> und <SEP> 5 <SEP> % <SEP> Soda <SEP> 32,5 <SEP> 256 <SEP> 273 <SEP> 44 <SEP> 27 <SEP> 820 <SEP> 51 <SEP> <B>105</B>
<tb> Die <SEP> Viskositäten <SEP> sowie <SEP> die <SEP> Gelstärken <SEP> wurden <SEP> an <SEP> einer <SEP> 6 <SEP> / igen <SEP> Bentonitsuspension <SEP> mit <SEP> einem <SEP> Rotations-Viskosimeter
<tb> (Fann-Viskosimeter) <SEP> gemessen.
Process for the production of highly swellable substances from clay minerals It is well known that bentonites are used for the production of highly swellable, highly plastic and highly viscous substances.
These can be alkaline earth bentonites as well as bentonites in which part of their exchangeably bound cations are made up of sodium ions. consists.
These sodium ions can naturally be contained in bentonite or, as is known, by activation, e.g. B. with soda, be fixed on the bentonite. With this activation, the originally on; Clay mineral bound alkaline earth ions by alkali ions, z. B. sodium ions, exchanged from.
It is also known (US Pat. No. 2,672,442) to treat blue bentonites with magnesium salts, in particular sulfates, in order to increase the viscosity and swellability. This type of magnesium activation is limited to that in the areas of the Black Hills,
of Sauth Dacota and Wyoming and is unsuccessful when applied to alkaline earth bentonites.
It has now been shown that in the case of clay minerals containing exchangeable alkaline earth ions, activation with magnesium salts in conjunction with alkali salts increases; the swellability can be achieved. If the clay minerals mentioned by nature:
In addition, if they have exchangeably bound alkali ions, activation with magnesium salts can also increase their swelling capacity.
Magnesium compounds can be used for activation, the anions of which form compounds with the exchangeable alkaline earth ions, in particular calcium ions, which are less soluble in water than the corresponding magnesium compounds. Such magnesium compounds are z.
B. magnesium carbonate, basic magnesium carbonate, magnesium oxalate.
Surprisingly, however, it has now been found that, when the magnesium compounds mentioned are used, a particularly high increase in the swelling capacity can only be recorded if they are used in conjunction with alkali ions, e.g. B. sodium ions come to use.
The method according to the invention for producing highly swellable substances from clay minerals containing exchangeable alkaline earth ions, in particular from alkaline earth bentonites, by activating them with magnesium salts is characterized;
that magnesium salts are added to the clay minerals, the anions of which form compounds with the existing exchangeable Erdaskafi ions that are less soluble in water than the corresponding magnesium compounds, and that this activation in connection with alkali ions,
especially sodium ions.
In the case of clay minerals containing exchangeable alkaline earth ions which do not contain exchangeably bound alkali ions, e.g.
If, for example, sodium ions contain, it is advisable to first carry out the magnesium activation and then the activation with alkali salts.
The magnesium activation of a clay mineral containing exchangeable alkaline earth ions is normally carried out in such a way that finely divided magnesium compounds are added to the clay mineral that is still dug or made into a paste with water and these are then incorporated into the clay mineral. Bringing in
The magnesium compound is made into a more or less thick aqueous suspension. This is appropriately followed by activation with sodium carbonate.
The magaesium and sodium activated clay mineral can. then dried and ground.
In this way it contains exchangeable alkaline earth ions. Substance produced from clay minerals shows, depending on the amount of magnesium compound used, that the colloid chemical properties, e.g. B.
the viscosity, the swelling volume, the thixotropy, the plasticity and the water-binding capacity are higher than is the case with the original material or with only soda activated material.
Also in the case of other clay minerals containing exchangeable alkaline earth ions, e.g. B. Illites or kaolins, in which part of the exchangeable cations normally consists of sodium ions,
the mentioned properties are increased according to the magnesium activation class compared to the non-magnesium activated clay minerals. This increase occurs not only in clay minerals with swellable, but also in those with rigid grids.
Of course, in clay minerals with rigid, non-swellable lattices, the values of the colloid chemical properties, such as viscosity, swelling volume and thixotropy,
Plasticity and water-binding capacity both before and after activation with magnesium compounds due to
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Sample <SEP> Apparent <SEP> gel strength <SEP> gel strength <SEP> swelling <SEP> thixotropy <SEP> water <SEP> plastic. <SEP> number
<tb> Viscosity <SEP> after <SEP> after <SEP> volume <SEP> volume <SEP> ml / g <SEP> bind- <SEP> after <SEP> 8s
<tb> 10 <SEP> sec. <SEP> 10 <SEP> min. <SEP> solidification <SEP> ability <SEP> peppercorn
<tb> time <SEP> 6 <SEP> sec. <SEP> (Enslin- <SEP> at <SEP> bentonite diameter <SEP> value) <SEP> Taunussand in <SEP> cP <SEP> at <SEP> des <SEP> reagent <SEP> sample weight <SEP> mixtures
<tb> 600 <SEP> rpm.
<SEP> in <SEP> dyn / cm2 <SEP> in <SEP> dyn / cm2 <SEP> m1 / 2 <SEP> g <SEP> glasses <SEP> 1.7 <SEP> cm <SEP> 0.1 <SEP> g <SEP> 1: 1
<tb> alkaline earth bentonite <SEP> so
<tb> with <SEP> 5 <SEP> / o <SEP> Soda <SEP> 11 <SEP> 7 <SEP> 38 <SEP> 27 <SEP> 8.5 <SEP> 625 <SEP> 46
<tb> alkaline earth <SEP> bentonite
<tb> n <SEP> 't <SEP> Ü <SEP> <B> 1,3 </B> <SEP>% <SEP> <B> (30 </B> <SEP> inval)
<tb> Magnesium carbonate <SEP> 3 <SEP> 8 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 4,2 <SEP> 410 <SEP> 36
<tb> alkaline earth bentonite <SEP> 9s
<tb> with <SEP> 2.6 <SEP> / o <SEP> (60 <SEP> mval)
<tb> Magnesium carbonate <SEP> 3 <SEP> 8 <SEP> 10 <SEP> 10 <SEP> 4,5 <SEP> 420 <SEP> 35
<tb> alkaline earth bentonite <SEP>.
<tb> with <SEP> 1.3 <SEP>% <SEP> (30 <SEP> mval)
<tb> Magnesium carbonate <SEP> <B> 100 </B>
<tb> and <SEP> 5 <SEP> <B>% </B> <SEP> Soda <SEP> 21.5 <SEP> 162 <SEP> 263 <SEP> 31 <SEP> 13,
3 <SEP> 720 <SEP> 49
<tb> Alkaline earth benionite
<tb> with <SEP> 2.6 <SEP>% <SEP> (60 <SEP> mval)
<tb> Magnesium carbonate
<tb> and <SEP> 5 <SEP>% <SEP> Soda <SEP> 32.5 <SEP> 256 <SEP> 273 <SEP> 44 <SEP> 27 <SEP> 820 <SEP> 51 <SEP> < B> 105 </B>
<tb> The <SEP> viscosities <SEP> and <SEP> the <SEP> gel strengths <SEP> were <SEP> on <SEP> a <SEP> 6 <SEP> / igen <SEP> bentonite suspension <SEP> with < SEP> a <SEP> rotary viscometer
<tb> (Fann viscometer) <SEP> measured.