CH404617A - Process for the production of highly swellable substances from clay minerals - Google Patents

Process for the production of highly swellable substances from clay minerals

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CH404617A
CH404617A CH7888459A CH7888459A CH404617A CH 404617 A CH404617 A CH 404617A CH 7888459 A CH7888459 A CH 7888459A CH 7888459 A CH7888459 A CH 7888459A CH 404617 A CH404617 A CH 404617A
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alkaline earth
clay minerals
clay
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Sued Chemie Ag
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Description

       

  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
EMI0002.0081
  
    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.

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung hochqueRfähiger Stoffe aus austauschbare Erdalkali-Ionen enthaltenden Ton mineralien, insbesondere aus Erdalkali Bentoniten, durch deren Aktivierung mit Magnesiumsalzen, da durch gekennzeichnet, dass man den Tonmineralien solche Magnesiumsalze zusetzt, PATENT CLAIM Process for the production of highly curable substances from clay minerals containing exchangeable alkaline earth ions, in particular from alkaline earth bentonites, by activating them with magnesium salts, characterized in that such magnesium salts are added to the clay minerals, deren Anionen mit den vorhandenen austauschbaren Erdalkali-Ionen Verbindungen eingehen, die in Wasser schwerer löse ]ich sind ass die entsprechenden Magnesiumverbin- dungen, whose anions form compounds with the exchangeable alkaline earth ions which are more difficult to dissolve in water, as the corresponding magnesium compounds und dass man diese Aktivierung in Verbin dung mit Alkali Ionen durchführt. der Kristallstruktur der Tonmineralien niedriger ass bei quellfähigen Tonmineralien. <I>Ausführungsbeispiel</I> 200 g eines austauschbare Erdalkah-Ionen ent- haltenden Tonminerals, z. and that this activation is carried out in conjunction with alkali ions. the crystal structure of clay minerals is lower than that of swellable clay minerals. <I> Exemplary embodiment </I> 200 g of a clay mineral containing exchangeable alkaline earth ions, e.g. B. eines Erdalkali-Bento- nits, der gegebenenfalls- bei stückiger Beschaffenheit auf etwa Erbsengrösse vorzerkleinert wird und der einen Wassergehalt von 25 bis 45 % aufweisen kann, werden mit 60 mval = ungefähr 2, B. an alkaline earth bentonite which, if necessary, is pre-shredded to about the size of a pea and which can have a water content of 25 to 45%, with 60 meq = about 2, 6 Gewichtsprozent Magnesiumcarbonat pro 100 g Trockenton versetzt und die Mischung durch einem Kneter oder Mischer geschickt. 6 percent by weight of magnesium carbonate per 100 g of dry clay are added and the mixture is passed through a kneader or mixer. Das magnesium-aktivierte Tonmineral wird anschliessend mit 5 /o fester Soda vermischt und ein mal oder mehrere Male in einem Kneter oder Mischer verarbeitet. Das so behandelte Tonmineral wird ge trocknet und gemahlen. Ein nach diesem Verfahren hergestelltes Material, welches mit etwa 30 bzw. The magnesium-activated clay mineral is then mixed with 5 / o solid soda and processed once or several times in a kneader or mixer. The clay mineral treated in this way is dried and ground. A material produced according to this process, which with about 30 resp. mit etwa 60 mval Magne- siumcarbonat pro 100 g Trockenton und anschlies- send mit 5 % Soda aktiviert wurde, zeigt im Vergleich mit demselben Erdalkali Bentonit, der nur mit Soda aktiviert bzw. was activated with about 60 meq magnesium carbonate per 100 g dry clay and then with 5% soda, shows in comparison with the same alkaline earth bentonite, which is activated or activated only with soda. nur mit 30 mval und 60 mval Magne- siumcarbonat versetzt war, folgende Werte: UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass anschliessend an die Magnesium- aktivierung Alkalis.alze, z. B. Soda, zugesetzt werden. 2. was only mixed with 30 meq and 60 meq magnesium carbonate, the following values: SUBClaims 1. Method according to patent claim, characterized in that following the magnesium activation, alkali salts, e.g. B. soda can be added. 2. Verfahren nach Patentanspruch und Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man solche Tonmineralien mit Magnesiumsalzen aktiviert, bei de nen ein Teil der austauschfähigen Kationen aus Al kali-Ionen besteht. Method according to claim and sub-claim 1, characterized in that such clay minerals are activated with magnesium salts in which some of the exchangeable cations consist of alkali ions.
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