Das vorliegende Patent betrifft ein Verfahren zum Schutz von Eisenschwamm gegen Oxydation.
Ein bekannter Nachteil bei der modernen Erzeugung von Eisen in Form von Eisenschwamm besteht darin, dass solcher Eisenschwamm während der Lagerung und dem Transport sehr leicht oxydiert bzw. verrostet. Dieser Nachteil fällt um so stärker ins Gewicht, als die wirtschaftlich am meisten begünstigten Erzeugungsorte für Eisenschwamm geographisch sehr weit von den diesen verarbeitenden Eisen- und Stahlwerken entfernt sind, woraus lange Transportwege und teilweise auch erhebliche Lagerzeiten resultieren. Daher ist der Schutz von Eisenschwamm gegen Oxydation ein Problem von eminenter wirtschaftlicher Bedeutung.
Einfache Massnahmen, wie etwa das Lagern des Eisenschwamms unter Schutzgas, in Containern, Fässern, Silos, u.ä.
sind zwar ohne weiteres durchführbar, jedoch für ein Massenprodukt dieser Art unökonomisch.
Auch das Beschichten des Eisenschwamms mit Kunststoffen durch Aufsprühen oder Aufsintern des geschmolzenen Kunststoffs ist oft unwirtschaftlich, weil dabei nur relativ dikke Schichten, welche zu einem entsprechend hohen Materialverbrauch fuhren, aufgebracht werden können. Das Aufbringen des Kunststoffes als Lösung in einem organischen Lösungsmittel wird durch die dabei notwendige Lösungsmittelrückgewinnung verteuert.
Es wurde nun ein Verfahren zum Schutz von Eisenschwamm gegen Oxydation gefunden, das vorgenannte Nachteile vermeidet. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Operation auf dem Eisenschwamm eine extrem dünne Schicht einer sauer wirkenden Verbindung aufgebracht wird, welche in einer zweiten Operation als Katalysator für die Bildung einer Kunststoffschale dient.
In der Praxis lassen sich erfindungsgemäss dünne und dennoch wirksame Kunststoffschichten auf Eisenschwamm aufbringen, indem man den Eisenschwamm zuerst oberflächlich mit einer extrem dünnen Schicht einer sauer wirkenden Substanz versieht, und anschliessend unter Verwendung der katalytischen Eigenschaften dieser sauren Substanz durch Behandlung mit entsprechenden Monomeren, Oligomeren oder Vorpolymerisaten bzw. Vorkondensaten auf der Oberfläche die erwähnte Kunststoffschicht erzeugt.
Der für die Ausübung vorliegender Erfindung eingesetzte Eisenschwamm kann in irgendeiner der technisch anfallenden Formen, wie Pellets, Briketts u.ä. behandelt werden. Vorteilhafterweise sollte dieser Eisenschwamm eine möglichst geringe spezifische Oberfläche aufweisen, was durch Glätten, Rollieren, Brikettieren oder Schrumpfen usw. erreicht werden kann.
Bei den erfindungsgemäss auf den Eisenschwamm aufzubringenden sauren Katalysatoren handelt es sich in erster Linie um Verbindungen, welche dem Fachmann unter der Bezeichnung Ansolvosäuren, Lewissäuren, Friedel-Crafts-Katalysatoren bekannt sind. Insbesondere handelt es sich dabei um die Halogenverbindungen des Bors, Aluminiums, Zinns, Zinks, Titans, Arsens, Antimons und Eisens. (Aber auch das elementare Jod ist bekanntlich in ähnlicher Weise katalytisch aktiv, indem sich auf dem Eisen das entsprechende Eisenhalogenid bildet).
Diese katalytisch wirkenden Verbindungen können in verschiedener Weise auf die Oberfläche des Eisenschwamms aufgebracht werden, z.B. durch Aufpudern, Aufsprühen, oder durch Behandlung mit einer Lösung dieser Substanzen. Besonders vorteilhaft scheint aber das Aufbringen aus der Gasphase zu sein, indem man den Eisenschwamm den Dämpfen dieser Katalysatoren, welche gegebenenfalls mit einem Inertgas verdünnt sind, aussetzt. Je nach der Art der verwendeten Substanz und je nach den Behandlungsbedingungen wird dabei die Eisenschwammoberfläche mit einer extrem dünnen Adsorptionsschicht des sauren Katalysators oder mit einer flüssigen Kondensatschicht bzw. festen Sublimatschicht versehen.
Eine besonders vorteilhafte Vorbehandlungsmethode des Eisenschwamms beruht darauf, das Eisen selbst für die oberflächliche Katalysatorbildung heranzuziehen. Dies kann in sehr einfacher Weise dadurch bewerkstelligt werden, dass der Eisenschwamm mit elementaren Halogenen oder mit Halogenwasserstoffen behandelt wird, wobei sich oberflächlich eine dünne Schicht katalytisch aktives Eisenchlorid bildet.
Selbstverständlich kann für diese Behandlung auch jede andere Verbindung eingesetzt werden, welche in der Lage ist, zusammen mit dem elementaren Eisen unter Bildung von Eisenhalogeniden zu reagieren.
Für die Bildung der Kunststoffschale selbst wird vorzugsweise der so vorbehandelte Eisenschwamm mit einem geeigneten Kunststoffvorprodukt, das sich in gas- bzw. dampfförmiger, flüssiger oder geschmolzener oder auch gelöster Form befindet, behandelt, wobei oberflächliche Polymerisation bzw.
Polykondensation eintritt.
Als Kunststoffvorprodukte im obigen Sinne sind die verschiedensten Verbindungsklassen zu verstehen, welche die gemeinsame Eigenschaft aufweisen, unter dem Einfluss der vorhin erwähnten Katalysatoren Polymere bzw. Harze zu bilden.
Insbesondere seien in diesem Zusammenhang die sog.
kationisch polymerisierbaren Monomeren erwähnt. In diese Klasse gehören neben ungesättigten Kohlenwasserstoffen, wie Äthylen, Butadien, Styrol, Acenaphthylen u.a. auch die Vinyl äther. Dabei eignen sich für den vorliegenden Zweck vor allem die Vinyläther der höheren Alkohole, wie Isobutylvinyl äther, 2-Äthylhexylvinyläther oder Fettalkoholvinyläther.
Andere verwendbare, kationisch polymerisierbare Monomere gehören in die Klasse der cyclischen Äther, Acetale und Ester. Als Beispiel seien erwähnt:
Trioxan, Oxacycloheptan, Dioxacycloheptan, Propiolacton und Pivalolacton.
Eine besonders wirtschaftliche Methode zur Erzeugung von Kunststoffschichten auf dem Eisenschwamm beruht auf der Verwendung von Gasen mit höheren Olefin- und ev. auch Aromatengehalten als monomere Ausgangsprodukte. Solche Gase lassen sich bekanntlich in einfacher und billiger Weise z.B. durch Cracken von Rohöl oder Erdölfraktionen und auch aus Erdgas erzeugen. Die aus der Apparatur für die Behandlung des Eisenschwamms austretenden Abgase können, falls sie noch genügend polymerisierbare Verbindungen enthalten, wieder der Behandlungsapparatur zugeführt werden. Andernfalls, und wenn die Abgase noch genügende Mengen gesättigter Kohlenwasserstoffe enthalten, können sie durch nochmaliges Cracken erneut an polymerisierbaren Verbindungen angereichert werden.
Abgase, bei denen sich auch dies nicht mehr lohnt, sind immer noch als Heizgas verwendbar oder können bei der Herstellung des Eisenschwamms selbst als Reduktionsmittel eingesetzt werden.
Im übrigen können für die Ausübung vorliegender Erfindung auch solche Ausgangsprodukte für die Bildung der Kunststoffschalen benützt werden, welche unter dem Einfluss sauer wirkender Katalysatoren durch Polykondensation Polymere bilden. Zum Beispiel wachsen auf dem Eisenschwamm chemisch äusserst beständige Kunstharzschichten auf, wenn der im vorhin beschriebenen Sinne vorbehandelte Eisenschwamm mit einem Resol, welches durch alkalische Kondensation eines Phenols mit einem Aldehyd in bekannter Weise erzeugt worden war, in Berührung gebracht wird. Anstelle des Resols kann die Behandlung auch direkt mit einem Gemisch der niedermolekularen Ausgangsprodukte, Phenol und Aldehyd, welche sich gegebenenfalls in Lösung befinden, vorgenommen werden.
Bei Verwendung dieser letzteren Methode erweist es sich allerdings oft als schwierig, den Prozess in erwünschter Weise auf die Eisenschwammoberfläche zu lokalisieren.
Schliesslich sei nur noch darauf hingewiesen, dass nach vorliegender Erfindung auch verschiedene Ausgangsstoffe gleichzeitig miteinander an der Eisenschwammoberfläche copolymerisiert bzw. cokondensiert werden können, und dass gerade dadurch Schichten erzeugt werden können, welche sowohl in ihrer Schutzwirkung als auch im Hinblick auf ihre Wirtschaftlichkeit optimal sind.