DE1106740B - Verfahren zur Herstellung von Calciummetaborat - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Calciummetaborat

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DE1106740B
DE1106740B DEU6573A DEU0006573A DE1106740B DE 1106740 B DE1106740 B DE 1106740B DE U6573 A DEU6573 A DE U6573A DE U0006573 A DEU0006573 A DE U0006573A DE 1106740 B DE1106740 B DE 1106740B
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Description

  • Verfahren zur Herstellung von Calciummetaborat Reine Calciummetaborathydrate werden in großen Mengen in der Glasindustrie als auch in der keramischen und der Stahlindustrie verwendet. Bei der Stahlerzeugung werden Calciummetaborathydrate als Ersatz für Kalk und Borsäure eingesetzt, weil Calciummetaborat einen höheren Schmelzpunkt als Borsäure und Natriumborat (die im allgemeinen die Borsäure für Gläser lieferten) besitzt. Calciummetaborate geben eine gleichmäßigere Schmelze, wenn sie mit anderen hochschmelzenden Bestandteilen zusammen geschmolzen werden.
  • Kristallines Calciummetaborathexahydrat kann nach verschiedenen Verfahren hergestellt werden, z. B. durch eine Reaktion in wäßriger Lösung zwischen Borax und Calciumoxyd oder -hydroxyd. Calciummetaborattetrahydrat läßt sich auch durch Reaktion zwischen Borax und Natriumhydroxyd in wäßriger Lösung mit Calciumhydroxyd gewinnen. Außerdem läßt sich Calciummetaborathexahydrat aus Kalkmilch, Calciumchlorid und Borax herstellen, indem man zunächst Kalkmilch und eine Calciumchloridlösung mit Wasser versetzt und in diese Lösung nach und nach Borax einträgt (Ullmann, 3. Auflage, Bd. 4, S. 598, 1953). Die Bildung des Tetrahydrats bzw. des Hexahydrats kann in bekannter Weise dadurch gesteuert werden, daß entsprechende Temperaturbereiche gewählt werden. Unterhalb einer Temperatur von etwa 24° C entsteht das Hexahydrat und oberhalb dieser Temperatur das Tetrahydrat.
  • Von diesem Stand der Technik ausgehend wird die Erfindung nun darin gesehen, daß die Umsetzung in Form eines aus Borax, Calciumhydroxyd bzw. -oxyd und Calciumsulfat bestehenden wäßrigen Breies vorgenommen wird.
  • Dieses Verfahren hat gegenüber allen bekannten Verfahren den Vorteil, daß es sich mit billigen Ausgangsstoffen durchführen läßt. Durch die Verwendung des in unbeschränkten Mengen zur Verfügung stehenden Calciumsulfats bzw. Gipses ist man nicht mehr auf das teure Calciumchlorid angewiesen. Trotz allem geht die erfindungsgemäß vorgeschlagene Umsetzung schnell vonstatten, erfordert keinen besonderen apparativen Aufwand und ergibt hohe Ausbeuten. Da die Restlösung des Verfahrens nur ein Salz, nämlich Natriumsulfat, nach der Abtrennung des Calciummetaborats enthält, kann es sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich betrieben werden.
  • Das Wort »Borax« bezeichnet hier irgendein Natrium-1:2-Borat, unabhängig von der Anzahl der Kristallwassermoleküle.
  • Der Kalk (d. h. Calciumhydroxyd oder -oxyd), der verwendet wird, sollte ganz frisch gelöscht bzw. calciniert sein, so daß sein Carbonatgehalt so gering wie möglich ist. Weiterhin sollte sowohl der Kalk als auch das Calciumsulfat so fein wie möglich zermahlen sein, z. B. sollten 80 bis 900/, der Teilchen einen Durchmesser haben, der nicht größer ist als 0,076 mm.
  • Die Reaktion, die dem Verfahren zugrunde liegt, kann durch die folgende Gleichung, in der Kristallwasser nicht berücksichtigt ist, ausgedrückt werden: Na20 # 2 B203 + Ca(HO)2 + CaS04 = 2 (Ca0 B203) -f- Na2SO4 + 11,0 Das Gemisch der Reaktionspartner hat den physikalischen Zustand eines wäßrigen Breies, wobei die Konzentrationen so hoch angesetzt werden können, daß der Brei sich nur mit Schwierigkeit rühren läßt. Die Reaktionsteilnehmer können in beliebiger Reihenfolge zugeführt werden. Während der Reaktion soll aber gut gerührt werden. Die Reaktion wird von selbst bei fast jeder gewöhnlichen Temperatur ablaufen, d. h. bei irgendeiner Temperatur im Bereich von 0 bis 100°C; daher läßt sich das Verfahren sehr günstig bei Zimmertemperatur durchführen. Um jedoch die besten Ergebnisse zu erhalten, sind die Mengenanteile der Reaktionsteilnehmer vorzugsweise so zu wählen, daß das Calciumhydroxyd oder das -oxyd in leichtem Überschuß (z. B. mit einem Überschuß von 100/,) zugegen ist. Das Gewicht des anwesenden Calciumsulfats ist etwas geringer (z. B. um 100/, geringer) als nach der obengenannten Gleichung erforderlich. Die Verwendung derartiger Anteile wird im allgemeinen zu einer Kristallisation und zu einem Produkt führen, welches nur in geringem Maße mit Sulfationen verunreinigt ist, z. B. nur einen Sulfatgehalt haben, der 0,10/, SO, entspricht. Außerdem ist es für hohe Ausbeuten vorteilhaft, wenn die Mengenverhältnisse der Reaktionsteilnehmer so gewählt werden, daß das Verhältnis Ca0 : B203 = 1 ist oder etwas darüber liegt. Die Zeit, die für die Umsetzung vorzusehen ist, um, befriedigende Ausbeute zu erhalten, beträgt im allgemeinen bis zu 2 Stunden, wobei angenommen ist, daß die Umsetzung bei Zimmertemperatur, d. h. bei ungefähr 15' C, abläuft.
  • Die Reaktion, die sich bei dem Verfahren abspielt, ist exotherm, so daß die Temperatur des Gemisches im Laufe der Reaktion ansteigen kann. Es hat sich aber gezeigt, daß eine Kristallisation bei Temperaturen zwischen ungefähr 25 und 30' C schwierig zu erhalten ist, daher sollten bei der Herstellung von Hexahydrat derartige Temperaturen vermieden werden. Falls gewünscht, kann mit kleinen Calciummetaborattetrahydrat-oder -hexahydratkristallen angeimpft werden, je nachdem, ob das Tetrahydrat oder das Hexahydrat als Endprodukt gewünscht wird. Bekanntlich fördern höhere Temperaturen, d. h. Temperaturen zwischen 30 und 100' C, die Bildung von Tetrahydrat, während für die Herstellung von Hexahydrat Temperaturen zwischen 10 und 20' C vorzuziehen sind.
  • Die Lösung, die nach Entfernung des Calciummetaborates zurückbleibt, enthält das Natriumsulfat, welches sich bei der Reaktion bildet, und außerdem im allgemeinen einen kleinen Anteil Borsäure, ungefähr 5 g pro Liter. Die zurückbleibende Lösung kann verworfen werden, da der Wert der in ihr enthaltenen Substanzen relativ gering ist. Es ist aber auch möglich, die Lösung erneut zu verwenden, indem sie an Stelle von Wasser bei der Herstellung eines neuen Breies wieder benutzt wird, so da.ß dadurch der Verlust der gelösten Borsäure vermieden wird. Wenn jedoch die Restlösung immer wieder für eine unbestimmte Zeit verwandt wird, sollte das bei der Reaktion entstehende lösliche Natriumsalz in entsprechenden Intervallen durch fraktionierte Kristallisation entfernt werden.
  • Beispiel 230g Borax (1#,Ta20 - 2B203 - 10H20) werden bei normaler Temperatur einem Brei zugesetzt, der aus 47,0g feingemahlenem Calciurnhydroxyd, 98,5g feingemahlenem Calciumsulfatdihydrat und 1 1 Wasser besteht. Das Gemisch wird gerührt und 1 g Calciummetaborathexahydrat als Impfkristalle zugesetzt. Die Mischung wird dann 2 Stunden gerührt. Nach dieser Zeit hat im wesentlichen das gesamte Calciumhydroxyd und Calciumsulfat reagiert und Calciummetaborathexahydrat gebildet. Das Produkt wird durch Dekantieren gewaschen, von der Waschflüssigkeit abfiltriert und getrocknet. Es erwies sich als kristallines Calcium.metaborathexahydrat mit einem Ca0: B203 Verhältnis von 1,08: 1,00.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung von Calciummetaborat, bei dem Borax, Calciumhydroxyd bzw. -oxyd und ein Calciumsalz, gegebenenfalls unter Zusatz geringer Mengen Calciummetaboratkristalle als Impfgut, in wäßriger Phase umgesetzt werden und das Metaborat aus dem Reaktionsgemisch abgetrennt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung in Form eines aus Borax, Calciunthydroxyd bzw. -oxyd und Calciumsulfat bestehenden wäßrigen Breies vorgenommen wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Ullmann: »Encyclopädie der technischen Chemie«, 3. Auflage, Bd. 4, S.598; Gmelin-Kraut: »Handbuch der anorganischen Chemie«, 7. Auflage, Bd. II, Abt.
  2. 2, S. 313.
DEU6573A 1958-10-29 1959-10-10 Verfahren zur Herstellung von Calciummetaborat Pending DE1106740B (de)

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