DD155161A1 - Verfahren zur herstellung von poliermitteln - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Poliermitteln auf der Basis von anorganischen Oxiden, insbesondere zum Polieren von optischen Glaesern, Metallen, Holz, Kunststoffen und dergleichen. Ziel der Erfindung ist es, die Herstellung von Poliermitteln auf anorganisch-oxidischer Basis wesentlich zu verbessern. Der Erfindung liegt dabei die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Herstellung von Poliermitteln zu entwickeln, in dem verschiedene Ausgangsstoffe und demzufolge auch verschiedene Endprodukte sowohl in stofflicher als auch poliertechnischer Hinsicht anfallen. Bei dem erfindungsgemaessen Verfahren wird das aus einheitlichen Stoffen oder Stoffgemischen bestehende anorganische Ausgangsmaterial entsprechend der Luftzahl bzw. spezifischen Brennstoffmenge mit einer maximalen Teilchengroesse von 5 bis 50 mm in einer Flugstaubwolke mittels schwingender Verbrennung erhitzt, anschliessend abgekuehlt und einem Wasch- bzw. Schlaemmprozess unterzogen. Das Erhitzen erfolgt auf 500 bis 900C, vorzugsweise 500 bis 700C. Die mit dem erfindungsgemaessen Verfahren hergestellten Poliermittel eignen sich insbesondere fuer einen Einsatz in der optischen Industrie.

Description

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Verfahren aur Herstellung von Poliermitteln

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Poliermittel auf der Basis von anorganischen Oxiden, die aur Polierung von Metallen, Holz und Kunststoffen, insbesondere aber von optischen Gläsern Verwendung finden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Pur die Herstellung anorganischer fester Oxide wie Fe O , ^Cr2°3* ^Ii02* ^Ce02 usw# aus ihren Metallen, Hydroxiden, festen salzen oder anderen Verbindungen zur Verwendung als Poliermittel wurden alle aus der Pigmentsynthese bekannten Vorrichtungen wie Muffelöfen, Schachtöfen, Drehrohröfen, Wirbelschichtöfen und Fließbettreaktoren bereits vorgeschlagen» Die mit diesen Vorrichtungen erhaltenen Oxide bedürfen für poliertechnische Zwecke einer nachträglichen kostspieligen Aufroahlung» pur Pigment- und Polierzwecke findet beispielsweise Eisen (III)-oxid in der Modifikation alsoC-Fe.O^ Verwendung, Die Unterschiede für die genannten Zwecke im Habitus, in der Härte, in der Feinstruktur der Teilchen, in der Teilchengrößeverteilung und im säurelöslichen Rückstand sind aber erheblich» Wegen der Komplexität des Polier vor ganges existiert neben Einaelerkenntnissen kein© geschlossene allgemein anerkannte.Poliertheorie« Deshalb ist auch eine gezielte Entwiddung von Polieroigenschaften eines Oxids nur teilweise möglich» Ob ein Poliermittel vor allem in der optischen Industrie geeignet ist oder nicht, entscheidet letztlich der Polierversuch» Die genannten Vorrichtungen erfüllen deshalb die Porderungon, dio an Poliermittel gestellt werden, nur bedingt, Deshalb sind für ihre Herstellung icmer noch alt überlieferte diskontinuierliche Chargenverfahren üblich, die in keiner Weise modernen Vorstellungen über eine Produktionslinie oder auch über Umweltschutz entsprechen» So wird beispielsweise

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noch heute ein Polierrot nach folgendem Verfahren gervonnens Eine Mischung beispielsweise aus Eisen(Il)~5ulfat₈ organischen Stoffen wie Stärke und anorganischen Oxydationsmitteln wird schaüfelweise gezündet, abgebrannt und abgekühlte Das gewonnene Eisen(lI3>-Oxid wird anschließend mehrmals gewaschen und von Grobanteilen befreit_e

In neuerer Zeit wird nach (B 1 O38 773 sur Herstellung von Cr.O aus gelösten Chromaten die thermische Zersetzung in einem röhrenförmigen Reaktor mit Innenbeheizung vorgeschlagen» Bekannt ist auch die Herstellung von Poliermitteln nach DD 90 83O durch Zerstäubung von Eisen(lIl)-oxid~Lösungen₉ -Gelen oder -Suspensionen im Gasstrom bei 250 G* Anschließend erfolgt ein Nachglühen der Produkte bei 450 C«. Pur die Gev&nnung von Eisenoxadpigmsnten mit iDeilchengrößen unterhalb der Wellenlänge des sichtbaren Lichtes ist nach DS OS 2 210 279 bekannt, Eisencarbonyl gasförmig in einem senkrecht stehendem Rohr mit Luft bei 250 bis 700 C mit Verweilseiten das Sekundenbereich zu Eisen(lll)-osid umzusetzen«, Es ist weiterhin nach DE OS 2 638 173 bekannt₈ das Poliermittel CeO durch Sprühröstung aus Cerlösungen zu gewinnen Die dasu gehörige Vorrichtung bleibt offen_e Ob und inwieweit die letztgenannten Verfahren technisch eingeführt sind, ist unbekannt»

Der Einsatz eines Schwingfeuerreaktors zur Gewinnung von Pigmenten wie TiO_?, Pe₅O » Cz¹O⁰O ¹^¹*⁷* ^⁸* ^ BD 114 454 beschrieben^ Dieses Verfahren ist jedoch zur Poliermittelherstellung nicht geeignet©

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Verbesserung der Herstellung von Poliermitteln auf anorganisch-oxidischer Basis, wobei das Verfahren eine Erhöhung der Ökonomie gegenüber dem Stand der lechnik bringen soll»

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Poliermitteln bevorzugt für optische Gläser aufzuzeigen das so flexibel ist, daß verschiedene Ausgangsstoff© und demzufolge auch verschiedene Endprodukte sowohl in stofflicher als auch in poliertechnischer Hinsicht anfallen_e Dabei soll nur eine Vorrichtung verwendet werden« Weiterhin strebt die Erfindung bei kontinuierlichem Betrieb eine erhebliche Verkürzung der Reaktionszeit und damit eine Einsparung an apparativem Aufüvand ein_e

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht im wesentlichen darin, daß wie überraschenderweise gefunden wurde, die bekannten Grundreaktionen der PoliermittelsyntheBen wie vom Drehrohrofen bekannt, in der Flugstaubwolke unter der Einwirkung einer

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schwingenden Verbrennung so ablaufen, daß die anfallenden Oxide die besonderen Eigenschaften von Poliermitteln aufweisen« Als Vorrichtung zur technischen Realisierung dieses Verfahrens eignet sich dazu ein Schwingfeuerreaktor« Die schwingende Verbrennung bewirkt einen um Zehnerpotenzen gesteigerten Wärmeübergang zwischen Heizgas und Ausgangsstoffen, so daß die Verweilzeiten gegenüber dem Drehrohrofen um 20 Minuten und dem Rohrreaktor um 20 Sekunden im Schwingfeuerreaktor auf die Größenordnung um 20 Millisekunden verkürzt werden können. Die Reaktionstemperaturen erreichen in einem nicht wärmeisolierten Schwingfeuerreaktor beispielsweise mit Dieselkraftstoffbotrieb bis 1150 C· Es wurde gefundeng daß beispielsweise beim Einsatz von Eisen(Il)-oxalat-Dihydrat oder Eisen(Il)-formiat-Dihydrat ein rotbraunes Eisen(IIl)-oxid mit optimaler Härte anfällt, wenn Reaktionstemperaturen zwischen 500 und 900 C gewählt werden« Bei höheren Rsaktionstemperaturen entsteht violettstichiges, hartes Eisen(III)-oxid, das sich als Poliermittel nicht mehr eignet« Die so synthetisierten Oxide ergeben aber erst dann für optische Zwecke geeignet© Poliermittel, wenn zwei weitere Bedingungen erfüllt sind« Die eine Bedingung ist die richtige Korngröße des Ausgangsmaterials, die andere der passende Wasch- bzw» Wasch- und Schlämmprozeß des Endproduktes» Beide Bedingungen sind ihrerseits wiederum mit der Reaktionstemperatur verknüpft« Ein benutztes handelsübliches Eisen(H)-oxalat-Dihydrat wies beispielsweise eine mittlere Teilchengröße von HO/um auf. Sein Umsatz im Schwingfeuerreaktor bei 600 ⁰C ergab Eisen(IH)-oxid, das anschließend einem mehrmaligen Waschprozeß unterzogen wurde« Dieses Produkt eignete sich nicht als Poliermittel« Eine vorherige Stählung des gleichen Ausgangsstoffes auf eine maximale Korngröße unter 50/aa brachte bei sonst gleichen Verfahrensschritten ebenfalls kein brauchbares Poliermittel* Wird aber das Endprodukt nicht nur einer wiederholten Waschung, sondern zusätzlich einem fraktioniertem Schlämmprozeß unterworfen, so resultierte ein Eisen(III)-oxid mit Poliermittelcharakter«

Systematische Untersuchungen dieser komplexen Verhältnisse zeigten die folgenden Ergebnisse, wobei die genannten Teilchengrößen selbstverständlich mit den Abmessungen der benutzten technischen Anlage korrelieren« Diese Abhängigkeit soll mit einer Reaktionszeit des Materials bei den genannten Temperaturen in der Größenordnung um 30 Millisekunden gekennzeichnet sein»

Bei einem Einsatz der Ausgangsstoffe mit Teilchen gleich oder kleiner von etwa 20/um genügt zur Erzielung eines geeigneten Poliermittels ein γ/iederholter Waschprozeß des Endproduktes« Das Waschen geschieht mit heißem wasser, wobei zur besseren Dispergierung der Agglomerate Dampf eingeleitet wird« Die Suspension wird mittels eines 32_/ftm~5iebes von Verunreinigungen und Grobanteilen befreit« Harte

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Waschwässer erfordern eine vorherige Enthärtung»

Bei einem Einsatz der Ausgangsstoffe mit Teilchen zwischen etwa 20 und etwa 50 um reicht für ein geeignetes Poliermittel ein wiederholter Waschprozeß nicht aus» Vielmehr muß nach dem Waschprozeß bzw₀ mit diesem gekoppelt ein frariktionierter Schläomprozeß vorgenommen werden_e

Bei einem Einsatz der Ausgangsstoffe mit Seilchen größer als 50 um gelingt bei den gerannten Betriebsbedingungen auch box einem Wasch- und Schlämmprozeß die Darstellung eines Poliermittels nicht in erforderlicher Qualität*

Bei gewählten Reaktionstemperaturen im oberen Grenzbereich, macht sich eine Abschreckung des heißen Feststoff -Heißgas-Gemisches erforderliche Hach Ablauf der genannten Reaktionszeit,, das heißt am Ende des Reaktors_s wird kalte luft eingespeiste

Wird die Grenzteilchengröße der Ausgangsstoffe von etwa 50 um überschrittQn₈ so genügt zur Untersehreitung eine Kugelffiahlungo Der vorgeschaltete lahlproseß läßt sich durch Einsatz intensiver wirkender Mahlaggregate, beispielsweise von Schwingmühlen» zeitlich erheblich verkürz en_s wobei vorteilhaft erweis© ein reaktionsfähigerer Ausgangsstoff anfällt* Der MahlVorgang kann durch grenzflächenaktive Stoffe wie bekannt noch ökonomischer gestaltet worden_e Pur einige Anwendungsfälle sind sauer wirkende Poliermittel im Gebrauch. Sie weisen in einer wäßrigen Suspension pH-Werte um 3 bis 5 auf© Es wurde gefunden daß auch diese Poliermittel nach dem vorgeschlagenen Verfahren synthetisiert werden können« DiQ gekannten Reaktionstemperaturen zwischen 500 und SOO C und die beschriebenen Beziehungen zwischen der maximalen Teilchengröße des Ausgangs« stoffes und den Wasch- bzw« Wasch- und Schlämmverfahren gelten auch hier« Erfindungsgemäß werden die sauren Bestandteile an die Oxide in statu nascendi absorptiv und adsorptiv als SO. und S0_ gebunden. Die nachträgliche Ansäuerung eines neutral hergestellten Oxides etwa mit Schwefelsäure führt nicht zu einem Poliermittel der gleichen Qualität» Der notwendige Schwefel kann einmal in beliebiger Form, elementar, sulfidisch oder sulfatisch, den Ausgangsstoffen beigemengt werden» Bei technischen Ausgangsstoffen sind oft schwefelhaltige Verbindungen als Verunreinigung enthalten* Beispielsweise wurde in einem handelsüblichen Eisen (II)-oxalat-Dihydrat ein Fremdgehalt von 0,34 £ > Sulfat festgestellte Wenn für die thermische Umwandlung ein Dieselkraftstoff mit etwa 0,5 ⁰Jo Schwefel zum Einsatz gelangt, so genügen gelegentlich die aus beiden Quellen stammenden SO-- und SO -Mengen, um ein brauchbares sauer wirkendes Poliermittel auf der Basis von Fe 0 zu erhalten» Zum anderen kann der erforderliche Schwefelgehalt dem für den Betrieb des Schwingreaktors benötigten Brennstoff zugegeben werden« Bei Re-

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aktoren mit flüssigem Brennstoff kann beispielsweise ein Dieselkraftstoff mit originären Schwefelanteilen größer als 0,5 % eingesetzt werden. Eine bequeme Methode der Schwefelanreicherung von Dieselkraftstoff ist ein Zusatz von Kohlenstoffdisulfid,

Eine Produktionslinie zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens besteht beispielsweise aus einer Rohstoffmühle, einem Schwingfeuerreaktor, einem Zyklon und einen Peinkornabscheider· Ein Luftzüführungsstutzen befindet sich am Ende des Schwingfeuerreaktors um Haißgase und Reaktionsprodukte abzukühlen bzw, bei hohen Reaktionstemperaturen mit viel Luft abzuschrecken. Die Rohstoffmühle erübrigt sich, wenn die handelsüblichen Ausgangsstoffe mit Sicherheit die Grenzkorngrb'ße von 50 um unterschreiten» Der Zyklon nimmt im wesentlichen die Punktion eines Grobkornabscheiders wahre Bei sicherer Betriebsführung ist er entbehrlich. Das feinteilige Reaktionsprodukt wird beispielsweise in einem Gewebeabscheider gesammelte Pur den Waschprozeß bzw» den Wasch- und Schlämmprozeß stehen bekannte Aggregate zur Verfügung,

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung soll nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen für Glaspoliermittel näher erläutert werden.

Die Bewertung der erfindungsgemäß hergestellten Poliermittel erfolgt nach Zeitspanmasse (Glasabtrag, Polierleistung), Sauberkeit der polierten Flächen in Bezug auf Kritzchen und Pormgenauigkeit des Prüfkörpers is& Vergleich zu einem industriell eingesetzten Plierrot bei gleicher Laborpoliermaschine mit konstanten Einstellungen und bei konstanter Suspensionsdichte des Poliermittels für einige Glas sort en mit folgenden Grundwerten;

Glassorte Schleifhärte Zeitspanmasse

3 in s/cnr in mg/min

Borkronglas	30,3	1,24
Schwerkronglas	22,6	2,40
Schwerflintglas	14,9	2,82

Beispiel 1

Ausgangsmaterialj Handelsübliches Eisen(II)-oxalat-Dihydrat ohne Kachmahlung, Mittlere Korngröße; 1,34 um

Verfahren; Thermische Umsetzung mittels schwingender Verbrennung von Dieselkraft·

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stoffe Brennstofffluß 8 kg/h«, Materialfluß 80 kg/h_e Reaktionstemperatur 600 ⁰C. Verweilzeit des Materials im Reaktor etwa 35 ms· Abkühlen des Peststoff-Heißgasgemisches mit Luft» Endprodukt vorwiegend Eisen(IIl)-oxide Waschung des Eno.produJ.ctes» Poliertest an SchwerkrongXass

Zeitspanmasses 2_S15 Bag/min

Sauberkeit % mit Kritzchen

Formgenauigkeit % ungenügend

Ergebnis? kein Poliermittel in der erforderlichen Qualität

Beispiel 2

Ausgangsmaterials Handelsübliches, nachträglich kugelgemahlenss Eisen(Il)~oxalat-Dihydrate

Maximale Korngröße ι 35 um

. Verfahren wie Beispiel 1, Reaktionstemperatur 510 Ce Waschung und Schlämmung des Endproduktes,.

Poliertest ε	C&assorte	Zeitspanmasse in Bg/rain
	Borkronglas Schwerkronglas Schwerflintglas	1t35 2,84 3,47

Sauberkeit? ohne Kritzchen

Forwgenauigkeits gut

Ergebnist als Poliermittel geeignet

Beispiel 3

Ausgangsmaterial s Handelsübliches, nachträglich kugelgemahlenes Eisen(Il)-oxalat-Dihydrat

Maximale Korngröße: 35 um

Verfahren wie Beispiel 1. Reaktionstemperatur aber 680 C, Waschung und Schlämsiung des Endprodulctes

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Poliertest:

Glassorte Zeitspanjcasse

in g/min

Borkronglas 1,47 Schwerkronglas 3,62

Sauberkeit; ohne Kritzchen

Porügenauigkeit; gut

Ergebaisϊ als Poliermittel geeignet

Beispiel 4

Ausgangsmaterial: Handelsübliches, nachträglich schwinggemahlenes Eisen(Il)-oxalat-Dihydrat

Maximale Korngröße; 8 um

Verfahren vd.e Beispiel 1« Hur Waschung des Endproduktes

Poliertest»

Glassorte Zeitspanmasse

in g/min

Borkronglas	1,23
Schwerkronglas	3,04
Schwerflintglas	3,82

Sauberkeit: ohne Kritzchen

Pormgenauigkeit: gut

Ergebnis; als Poliermittel geeignet

Beispiel 5

Ausgangsaaterial; Handelsübliches Eisen(H)-fonniat-Dihydrat ohne üachmahlung Maximale Korngröße; 46 um

Verfahren wie Beispiel 1, aber Reaktionstemperatur 880 C und Abschreckung des Peststoff"Heißgasgemisches mit viel Luft« Waschung und Schlänmuug des Endproduktes© Poliertest an Schwerkronglass

Eeitspanmasse: 2,331mg/min Sauberkeit: ohne Kritzchen

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Foringenauigkeits gut

Ergebnis; als Poliermittel geeignet

Beispiel 6

Ausgangsmateriali Handelsüblichesy nachträglich gemeinsam kugelgemahlenes Eisen-ClI)-oxalatrDihydrat und Bisen(II)-sulfat-Heptahydrat im Hasseverhältnis

Maximale Korngröße: 45 um

Verfahren wie Beispiel 1, aber Waschung und Schlämmung des Endproduktes Poliertest an Schwerkronglasi

Zeitspamisasse: 2,42 mg/min

Sauberkeit? ohne Kritischen

Formgenauigkeits gut

Ergebnis j als Poliermittel geeignet

Beispiel 7

Ausgangsmaterial $ Handelsübliches Eisen(II)~foriKiat~Dinydrat ohne llachmahlung Maximale Korngrößet 46 um

Verfahren wie Beispiel 1, aber Waschimg und Schlämmung des Endproduktes« Dem Dieselkraftstoff wurde soviel Kohlenstoffdisulfid zugemischt, daß sein Gesamtechwefelgehalt 0_s8 $ betrug» Ungewaschenes Endprodukt ist sauer reagierendes

Poliertest

tUassorte Zeitspaninasse

in mg/min

Borkronglas 1,15

Sehwerkronglas 2,5β Schwerflintglas 4»63

Sauberkeit: ohne Kritzchen.

Pormgenauigkeit s gut

Ergebnis? als Poliermittel geeignet

Die Vorteile der Erfindung bestehen einaal in der Flexibilität des Verfahrens zur Herstellung verschiedener Poliermittel von seiten der Grundstoffe und der

nnri«r>«n int, dar, Verfahren in seiner anlagstechnischon

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Realisierung für Klein- und Großproduktion geeignet« Eine verfahrensgemäße Anlage für 80 kg Poliermittel pro Stunde in Form von Pe^O besteht in ihrem Kernstück, dem Reaktor, aus einem 3 Meter langen Stahlrohr von 0,10 m Innen-

3 durchmesser und einem Brennkammervolumen von 0,023 m · Die verfahrensgemäße Anlage ist nach wenigen Minuten Aufheizzeit betriebsfähig. Zur Anwendung des Verfahrens können bekannte Bauelemente benutzt werden. Das Verfahren ermöglicht eine kontinuierliche Produktionslinie«

Claims (1)

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   .Erfindungsansprüche

   V Verfahren zur Herstellung von Polieraitteln durch thermische Umwandlung anorganischer Stoffe in ihre OxLd®₈ gekennzeichnet dadurchj daß dem aus einheitlichen Stoffen oder stoffgemischen bestehendem anorga~ nischem Ausgangsmaterial entsprechend der Luftgahl bzw* spezifischen Brennstoffmenge mit einer maximalen Teilchengröße von 5 bis 50/Um vorzugsweise < 20 pm in einer Flugstaubwolke mittels schwingender Verbrennung auf eine temperatur zwischen 500 und 900 C vorzugsweise 500 - 700 C erhitzt wirdj anschließend einer Abkühlung bzw» Abschreckungj vorzugsweise mittels Luft, und nachfolgend einem Wasch- bzw* Wasch- und Schlänmprozeß unterzogen wird»

   2_e Verfahren nach Punkt 1» gekennzeichnet dadurch , daß bei maximalen Toilehengrößen der Ausgangsstoffe < 20yum für die Endprodukte nur eiti Waschprozeßj bei maximalen Seilchengrößen der Ausgangsstoffe von etwa bis etwa 50yUm für die Endprodukte ein Wasch- und Schläannprozeß angeschlossen wird©

   3, Verfahren nach Punkt 1 und 2_? gekennzeichnet dadurch , daß zur Herstellung sauer wirkender Poliermittel, den Ausgangsstoffen oder dem Brennstoff schwefelhaltige Stoffe.zugesetzt werden«