DE1054437B - Process for the production of highly swellable clays - Google Patents

Process for the production of highly swellable clays

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DE1054437B
DE1054437B DER22326A DER0022326A DE1054437B DE 1054437 B DE1054437 B DE 1054437B DE R22326 A DER22326 A DE R22326A DE R0022326 A DER0022326 A DE R0022326A DE 1054437 B DE1054437 B DE 1054437B
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Germany
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acidic
production
clays
highly swellable
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Dr Hans Derlon
Dr Karl Rauh
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Dr F Raschig GmbH
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Dr F Raschig GmbH
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    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B33/00Clay-wares
    • C04B33/02Preparing or treating the raw materials individually or as batches
    • C04B33/13Compounding ingredients
    • C04B33/131Inorganic additives
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Description

Verfahren zur Herstellung hochque-llfähiger Tone Bekanntlich finden Quelltone in den verschiedensten Industriezweigen Verwendung, z. B. in der keramischen Industrie, bei Ölbohrungen, in der Gießerei-Industrie, bei Futtermitteln und in der kosmetischen Industrie.Processes for the production of high-quality clays are known to be found Source clays are used in a wide variety of industries, e.g. B. in ceramic Industry, in oil wells, in the foundry industry, in animal feed and in the cosmetic industry.

Da natürliche hochquellfähige Tone nur sehr vereinzelt vorkommen, z. B. in Amerika, hat es nicht an Versuchen gefehlt, durch Aufbereitung entsprechender Rohstoffe, die in größeren Mengen greifbar sind, solche Quelltone herzustellen. In Deutschland geht man dabei fast ausschließlich von den in Bayern vorkommenden Ca-Montmorilloniten aus. In diesen Mineralien werden die Ca-Ionen je nach dem Verwendungszweck entweder durch Wasserstoff oder durch Alkali ersetzt. Im ersten Fall erfolgt der Aufschluß durch verdünnte Säuren, man erhält saure Bentonite, welche vorwiegend als Klär- und Schönungsmittel eingesetzt werden. Für die keramische und die Gießerei-Industrie werden die Ca-Montmorillonite mit solchen Alkalisalzen behandelt, welche mit Ca-Ionen schwerlösliche Salze bilden, vorzugsweise mit Alkalicarbonaten, -phosphaten, -fluoriden oder -sulfaten. Dieser Basenaustausch kann auf nassem oder trockenem Weg durchgeführt werden. Für Zwecke der kosmetischen Industrie sowie der Nahrungsmittelindustrie stört mitunter der Gehalt an eingebrachten Fremdsalzen, weswegen auch schon vorgeschlagen wurde, dem Ton zur Erhöhung seiner Quellfähigkeit nur arteigene Stoffe, insbesondere feinstverteilte Kieselsäure zuzusetzen.Since natural, highly swellable clays only occur very rarely, z. B. in America, there has been no lack of attempts by processing appropriate Raw materials that are available in larger quantities to produce such source clays. In Germany one goes almost exclusively from the ones found in Bavaria Ca montmorillonites. In these minerals, the Ca ions are depending on the purpose replaced either by hydrogen or by alkali. In the first case, the Digestion by dilute acids, acidic bentonites are obtained, which are predominantly can be used as clarifying and fining agents. For the ceramic and foundry industries Ca-montmorillonites are treated with such alkali salts as those with Ca-ions Form sparingly soluble salts, preferably with alkali metal carbonates, phosphates and fluorides or sulfates. This base exchange can be carried out wet or dry will. For purposes of the cosmetic industry as well as the food industry sometimes the content of foreign salts introduced is disturbing, which is why it has already been suggested was, the clay to increase its swelling capacity only species-specific substances, in particular Add finely divided silica.

Das Verfahren des Basenaustausches mit Alkalisalzen wird technisch angewendet und hat auch zu beachtlichen Erfolgen geführt. Leider haben derart hergestellte Natriumbentonite eine Reihe von Nachteilen, die sich insbesondere bei der Verwendung in den Gießereien störend bemerkbar machen. Um einen möglichst weitgehenden Basenaustausch zu erreichen, muß man eine relativ große Menge Alkalisalz verwenden. Da bei vollsynthetischen Arbeiten der umlaufende Sand ständig mit kleinen Mengen Bentonit wieder aufgefrischt werden muß, tritt allmählich eine beträchtliche Anreicherung von Alkali im Sand ein, wodurch sein Sinterpunkt so weit herabgesetzt wird, daß schließlich die Gefahr von Einbrennungen auftritt. Der schwerwiegendste Nachteil der mit Alkali aktivierten Bentonite ist jedoch darin zu erblicken, daß derartige Bentonite hinsichtlich ihrer Grünstandfestigkeit, welche ja die für den Gießereibetrieb maßgebliche Größe darstellt, äußerst empfindlich gegen Wasserzusatz sind. Ein Beispiel mag dies erläutern: Eine Mischung, bestehend aus 100 Gewichtsteilen Halterner Quarzsand H 32, 5 Gewichtsteilen Bentonit, mit 30/a Soda aktiviert, 2 Gewichtsteilen Wasser, hat eine Grünstandfestigkeit nach DIN 52 403 (6. 58) von 850 g/cm2.The process of base exchange with alkali salts becomes technical applied and has also led to considerable success. Unfortunately, such manufactured Sodium bentonites have a number of disadvantages, which are particularly evident when used make them noticeable in the foundries. To achieve the most extensive base exchange possible To achieve this, one must use a relatively large amount of alkali salt. As with fully synthetic Work the surrounding sand is constantly refreshed with small amounts of bentonite there is a considerable accumulation of alkali in the sand a, whereby its sintering point is reduced so far that finally the danger of burn-in occurs. The most serious disadvantage of those activated with alkali Bentonite, however, can be seen in the fact that such bentonites with regard to their Green stability, which is the decisive factor for the foundry, are extremely sensitive to the addition of water. An example may explain this: One Mixture consisting of 100 parts by weight of Halterner quartz sand H 32, 5 parts by weight Bentonite, activated with 30 / a soda, 2 parts by weight of water, has a green stability according to DIN 52 403 (6. 58) of 850 g / cm2.

Dieselbe Mischung, aber mit 4 Gewichtsteilen Wasser, weist eine Grünstandfestigkeit von 500 g/cm2 auf; es ist also ein Festigkeitsabfall von über 40% gegenüber dem Ausgangswert eingetreten. Setzt man 5 Gewichtsteile Wasser zu, so erzielt man eine Grünstandfestigkeit von 420, g/cm2, also nur noch knapp die Hälfte des ursprünglichen Wertes. Diese Tatsache bedeutet für die Gießereien, daß sie, um die erforderliche hohe Grünstandfestigkeit zu erzielen, mit sehr geringen Wasserzusätzen arbeiten müssen. Hierbei besteht die große Gefahr, daß der Sand vorzeitig austrocknet und die damit hergestellten Formen den Sand abrieseln lassen.The same mixture, but with 4 parts by weight of water, shows green stability from 500 g / cm2 to; So there is a decrease in strength of over 40% compared to that Initial value occurred. If 5 parts by weight of water are added, one achieves one Green stability of 420 g / cm2, so only just under half of the original Worth. This fact means for the foundries that they have to get the required To achieve high green stability, work with very little water additions have to. There is a great risk that the sand will dry out prematurely and Let the molds made with it trickle down the sand.

Die sauer aufgeschlossenen, sogenannten Wasserstoffbentonite zeigen die vorerwähnten Nachteile zwar nicht, insbesondere ist die Grünstandfestigkeit in einem weiten Bereich ziemlich unabhängig vom Wassergehalt. Allerdings liegen die erzielbaren Grünstandwerte so niedrig, daß diese Bindetone für Gießereizwecke bisher keinen praktischen Einsatz fanden. Außerdem ist die bisher geübte saure Aufschlußmethode technisch sehr schwierig und unwirtschaftlich zu bewerkstelligen, da durch die Behandlung mit verdünnten Säuren erhebliche Mengen Wasser in den Ton eingebracht werden, welche nachher entweder mechanisch oder thermisch wieder entfernt werden müssen.The acidic, so-called hydrogen bentonites show the disadvantages mentioned above are not, in particular the green stability fairly independent of the water content over a wide range. However, lie the achievable green level values are so low that these binding clays are used for foundry purposes found no practical use so far. In addition, it is the acidic digestion method practiced so far technically very difficult and uneconomical to accomplish because of the treatment considerable amounts of water are introduced into the clay with dilute acids, which must then be removed again either mechanically or thermally.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß man speziell für Gießereizwecke hervorragend geeignete hochquellfähige Tone erhält, wenn man die natürlich Torkommenden Ca-Montmorillonite in zwei Stufen Lufschließt. Zunächst erfolgt ein Ersatz der Ca-Ionen furch H-Ionen in sowohl technisch als auch wirt-;chaftlich zufriedenstellender Weise dadurch, daß der aus der Grube kommende Rohton, welcher etwa 30 >is 45,% natürliche Feuchtigkeit enthält, in ge-:igneten Misch- bzw. Knetaggregaten mit festen Utivierungsmitteln in Mengen von etwa 0,5 bis 3% ;ut durchmischt wird. An die Aktivierungsmittel ist iie Forderung zu stellen, daß sie austauschbare bzw. furch Hydrolyse leicht verfügbare H-Ionen enthalten znd außerdem nach Möglichkeit mit Ca-Ionen schwerlösliche Verbindungen eingehen. Als besonders ;eeignet wurden gefunden ein- und mehrbasische rnorganische oder organische Säuren sowie die sauren glkalisalze mehrbasischer Säuren. Nach guter Durchnischung wird das nunmehr stark saure Mischgut .mit einem geringen Überschuß an festem Alkalihydroxyd oder einem infolge Hydrolyse alkalisch -eagierenden Alkalisalz neutral bis schwach basisch eingestellt und der so gewonnene Alkalibentonit in )ekannter Weise durch Trocknen und Mahlen fertig aufbereitet. Es wird also bei dieser Arbeitsweise <einerlei zusätzliches Wasser in den Rohton ein-Tebracht.Surprisingly, it has now been found that one can be used specifically for foundry purposes Highly suitable, highly swellable clays are obtained when they are natural Goal coming Ca-Montmorillonite closes in two stages. First of all, the Ca ions are replaced for H-ions in a technically as well as economically satisfactory manner in that the raw clay coming from the pit, which is about 30> is 45,% natural Contains moisture in suitable mixing or kneading units with solid utilizing agents in amounts of about 0.5 to 3%; ut is mixed thoroughly. To the activating agent is The requirement is that they should be exchangeable or readily available for hydrolysis H ions also contain compounds that are sparingly soluble with Ca ions, if possible enter. Mono- and polybasic inorganic compounds have been found to be particularly suitable or organic acids as well as the acidic potassium salts of polybasic acids. After good The mix is now strongly acidic, with a slight excess on solid alkali hydroxide or an alkali salt which reacts alkaline as a result of hydrolysis neutral to slightly basic and the alkali bentonite obtained in this way in) eknown Way prepared by drying and grinding. So it becomes with this way of working <some additional water was introduced into the raw clay.

Derartige, erfindungsgemäß hergestellte Betonite 7-eigen die unerwartete Eigenschaft, daß sie eine sehr hohe Grünstandfestigkeit aufweisen, welche nahezu unabhängig vom angewandten Wassergehalt der Sandmischung ist.Such bentonites 7 produced according to the invention are inherent to the unexpected Property that they have a very high green stability, which is almost is independent of the applied water content of the sand mixture.

Ein Beispiel möge die Vorteile des neuen Verfahren erläutern 100 Gewichtsteile Rohbentonit mit 37 0/e Feuchtigkeit werden mit 1 Gewichtsteil Natrium-bisulfat versetzt und in einem Kollergang gut durchgeknetet. Nach etwa 15 Minuten werden 0,8 Gewichtsteile wasserfreie Soda hinzugefügt und weitere 10 Minuten gemischt. Hierauf wird das aktivierte Material getrocknet und gemahlen. Eine Mischung aus 1000 Gewichtsteilen Halterner Quarzsand H 32, 5 Gewichtsteile Betonft, wie eben beschrieben, 2 Gewichtsteile Wasser zeigt eine Grünstandfestigkeit mach DIN 52 403 (6. 58) vors 850, g/cm2. Dieselbe Mischung, aber mit 4 Gewichtsteilen Wasser, weist eine Grünstandfestigkeit von 700 g/cm2 auf, der Abfall beträgt also nur 17,5 0/a des ursprünglichen Wertes. Bei einem Wasserzusatz von 5 bzw. 6 Gewichtsteilen beträgt die Grünstandfestigkeit 680 g/cm2.An example may illustrate the advantages of the new process 100 parts by weight Raw bentonite with 37% moisture is mixed with 1 part by weight of sodium bisulfate and kneaded well in a pan mill. After about 15 minutes it becomes 0.8 parts by weight added anhydrous soda and mixed for another 10 minutes. The activated one is then activated Material dried and ground. A mixture of 1000 parts by weight of Halterner Quartz sand H 32, 5 parts by weight of concrete, as just described, 2 parts by weight of water shows a green stability of DIN 52 403 (6. 58) before 850 g / cm2. Same Mixture, but with 4 parts by weight of water, has a green stability of 700 g / cm2, so the drop is only 17.5 0 / a of the original value. At a The addition of 5 or 6 parts by weight of water results in a green strength of 680 g / cm2.

Claims (3)

PATENTANSPRüCHE: 1. Verfahren zur Herstellung hochquellfähiger Tone, vorzugsweise als Bindemittel für Gießereizwecke, aus natürlich vorkommenden Ca-Montmorilloniten bzw. moztmorillonithaltigen Mineralien, welche in an sich bekannter Weise zunächst sauer und anschließend alkalisch behandelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Aktivierungsmittel feste Stoffe verwendet werden, wobei die in den natürlichen Tonen vorkommende Feuchtigkeit als Lösungsvermittler dient. PATENT CLAIMS: 1. Process for the production of highly swellable clays, preferably as a binder for foundry purposes, made from naturally occurring Ca montmorillonites or minerals containing moztmorillonite, which initially in a manner known per se are treated acidic and then alkaline, characterized in that as Activating solids are used, those in natural clays Occurring moisture serves as a solubilizer. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gelcennzeichnet, daß der saure Aufschluß mit geringen Mengen, vorzugsweise 0',5 bis 3% festen anorganischen oder organischen, ein- oder mehrbasischen Säuren bzw. Salzen mit .austauschbaren H-Ionen erfolgt. 2. The method according to claim 1, characterized in that the acidic digestion with small amounts, preferably 0 ', 5 to 3% solid inorganic or organic, mono- or polybasic acids or salts with exchangeable H-ions takes place. 3. Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die - Neutralisierung des sauer aufgeschlossenen Gutes mit geringen Mengen, vorzugsweise 0,5 bis 3114, festem AlkalihydroXyd oder einem durch Hydrolyse. alkalisch reagierenden Salz erfolgt, wobei sich ie angewandte Menge je nach dem gewünschten p11-Wert des Endproduktes richtet. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 066 212; französische Patentschrift Nr. 865 539.3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the - neutralization of the acidic digested Good with small amounts, preferably 0.5 to 3114, solid alkali hydroxide or one by hydrolysis. alkaline reacting salt takes place, ie applied The amount depends on the desired p11 value of the end product. Considered References: U.S. Patent No. 2,066,212; French patent specification no. 865 539.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR865539A (en) * 1940-01-26 1941-05-26 Physico-chemical treatment process for plastic clays and clayey earths

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