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Verfahren zur Erhöhung der Filtriergeschwindigkeit von wäßrigen Schlämmen
aus Asbestzement Aus wäßrigen, aus Asbestfasern und hydraulischem Zement bestehenden
Schlämmen werden bekanntlich sehr verschiedenartige Produkte hergestellt, z. B.
nach einem häufig angewandten Verfahren in der Weise, daß die wäßrige Schlämme filtriert
wird, wobei auf dem Filter die dispergierten Feststoffe des Schlammes gesammelt,
das Wasser abgeleitet, und schließlich die angefallene Masse aus Asbestfasern und
Zement von dem Filter genommen wird. Da der Filtriervorgang durch die Asbestfasern
und die feinverteilten Zementteilchen behindert wird, gibt es praktisch Grenzen
für die Stärke der Schicht, die sich auf dem Filter bilden kann. Die Filtriergeschwindigkeit
fällt nämlich mit dem Ansteigen der auf dem Filter sich ansammelnden Masse sehr
schnell ab, so daß es praktisch unmöglich wird, sehr dicke Schichten mit einer für
großtechnische Verfahren erforderlichen Durchsatzgeschwindigkeit herzustellen.
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Die Filtriergeschwindigkeit des Schlammes kann in etwa durch die
Art der darin vorliegenden Asbestfasern geregelt werden. Es gibt Asbestfasern, die
relativ hart sind und Schlämme bilden, die sich schneller filtrieren lassen, als
feinere oder geschmeidigere Asbestfasern. Eine Regelung oder Verb Kessel rung der
Filtriergeschwindigkeit ausschließlich durch Verwendung von schneller filtrierbaren
Fasern ist vom Herstellerstandpunkt jedoch deshalb unerwünscht, weil solche Fasern
relativ teurer sind als die langsamer zu filtrierenden. Die Herstellungskosten von
Asbestzementrohren und ähnlichen Produkten müßten sich daher verringern lassen,
wenn Mittel gefunden würden, durch die die Filtriergeschwindigkeit von Asbestzementschlämmen
mit einem großen prozentualen Anteil an langsamer filtrierbaren, weniger teuren
Asbestfasern erhöht wird, da die Materialkosten für die Rohre oder die anderen Produkte
verringert werden.
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Es wurde bereits versucht, die Filtriergeschwindigkeit von Asbestzementschlämmen
durch Zusatz von geringen Mengen von modifizierenden Mitteln zum Schlamm zu verbessern.
Beispielsweise wurde vorgeschlagen, etwa 0,2 bis 1 Gewichtsprozent verschiedener
organischer Sulfate oder Sulfonate zu der Dispersion von Asbestfasern und Zement
vor dem Filtrieren der Dispersion durch ein Filtermedium zu geben. Der Zusatz von
solchen modifizierenden Mitteln bei der Herstellung von Asbestrohren soll den Bruchfestigkeitsmodul
und andere Eigenschaften der Rohre nicht wesentlich verschlechtern. Auch soll das
Rohr nicht porös werden und darf keine Stoffe enthalten, die durch durch das Rohr
fließende Flüssigkeiten ausgelaugt werden, so daß das Rohr oder
die hindurchgeführten
Flüssigkeiten in schädlicher Weise beeinflußt würden.
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Wie bei allgemein bekannten Verfahren zur Herstellung von Formkörpern
durch Filtrieren von Schlämmen aus in Wasser feinzerteiltem Material durch ein Filter
üblich ist, treten Produktverluste bei der Herstellung von Asbestgegenständen nach
diesem Verfahren auf. So enthält das Filtrat, d. h. das sogenannte weiße Wasser,
das von der auf dem Filter gesammelten Masse aus Asbestfasern und Zement abläuft,
ständig Anteile von nicht abfiltrierten festen Einzelteilchen, die allgemein als
»Feinteile« bezeichnet werden. Solche nicht abflltrierten Stoffe stellen häufig
ein Abfallprodukt dar, das die Gesamtkosten der gewünschten Asbestzementstruktur
zusätzlich erhöht, denn die Gesamtmasse der Endstruktur würde vergrößert, wenn die
Feinteilchen in der abfiltrierten asbesthaltigen Schicht zurückgehalten würden und
nicht mit dem Filtrat abliefen. Ihre Verringerung im oder Entfernung aus dem Filtrat
verringert darüber hinaus die Aufarbeitungs- oder Verfahrenskosten für das Filtrat
und erniedrigt die Herstellungskosten für das gewünschte Endprodukt.
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Die Erfindung betrifft die Verwendung eines wasserlöslichen, hochmolekularen
Polymeren eines
Amids der allgemeinen Formel R CHS = CCON R2 n R1
in der Rt Wasserstoff oder Methyl und R2 und R3 Wasserstoff, einen 1 bis 4 Kohlenstoffatome
aufweisenden Alkyl- oder Oxyalkylrest bedeuten, als Zusatz zu einer aus Asbestfasern
und hydraulischem Zement bestehenden wäßrigen Schlämme in Mengen von 0,005 bis 0,2
Gewichtsprozent, insbesondere 0,01 bis 0,1 Gewichtsprozent, bezogen auf das Trokkengewicht
der in dem Schlamm dispergierten Feststoffe, zur Erhöhung ihrer Filtriergeschwindigkeit
bei der Herstellung von geformten Gegenständen. Der Zusatz dieser sehr geringen
Menge des wasserlöslichen, hochmolekularen Polymeren wie des Polyacrylamids soll
derart erfolgen, daß das Polymer vollständig und schnell innerhalb möglichst kurzer
Zeit in dem wäßrigen Schlamm verteilt wird, ehe der Schlamm filtriert wird. Dieses
Ziel wird besonders befriedigend erreicht, wenn man eine schwache, z. B. etwa 0,1
bis 1 Gewichtsprozent Polymer enthaltende wäßrige Lösung der wäßrigen Schlämme z.
B. durch Versprühen zusetzt, die sich in einem Mischkessel oder einem Aufgabebehälter
der zur Herstellung geformter Gegenstände dienenden Filtriervorrichtung befindet.
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Durch Zugabe der angegebenen sehr geringen Mengen der wasserlöslichen
Polymeren wird die Filtriergeschwindigkeit der Asbestzementschlämme um mindestens
40apo gesteigert und der Anteil der nichtfiltrierbaren Festteilchen, die mit dem
Filtrat bei der Produktformgebung durch das Filterelement hindurchtreten, sehr wesentlich
verringert. Die erfindungsgemäß angewendeten wasserlöslichen Polymeren haben sich
als besonders spezifisch in dieser Beziehung bei der Verarbeitung von Asbestzementschlämmen
herausgestellt, während eine große Anzahl von zur Verbesserung der Filtriergeschwindigkeit
vorgeschlagenen Stoffen bei der Anwendung zur Filtration von anderen Suspensionen
als Asbestzementschlämmen sich als deutlich schlechter als die erfindungsgemäßen
Polymeren erwiesen haben. Diese wasserlöslichen Polymeren sind in solch relativ
geringen Konzentrationen wirksam, daß sie weder eine bemerkenswerte Änderung der
Qualität noch der Eigenschaften der fertigen Asbestzementgegenstände bewirken.
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Die Erfindung wird in den nachstehenden Beispielen erläutert. Die
Teile und Prozentangaben beziehen sich auf das Gewicht, wenn nichts anderes angegeben
ist. Beispiel 1 Durch Umwälzen von 20u/0 Asbestfasern, 3O0/o pulverförmiger Kieselsäure
und 500/0 Portlandzement wird eine trockene pulverförmige Mischung hergestellt.
In einem besonderen Behälter wird eine 0,100/obige Lösung eines wasserlöslichen
hochmolekularen Polyacrylamids, nämlich eines Natriumsalzes
eines partiell hydrolysierten
Polyacrylamids durch Zusatz von 1 Gewichtsteil Polymer zu 1000 Teilen auf etwa 820
C erhitztem Wasser hergestellt, wobei die Mischung so lange gerührt wird, daß sich
das Polymer vollständig im Wasser löst.
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Eine Reihe von Versuchsproben von Asbestzementzusammensetzungen,
sogenannten »Versuchskuchen« wird unter Verwendung der trockenen Pulvermischung
und der Polymerlösung hergestellt.
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Die erste Gruppe der Versuchskuchen der Reihe wird ohne den Zusatz
irgendeines wasserlöslichen Polymeren hergestellt, um als Blindprobe für den Rest
der Versuchskuchen dieser Reihe zu dienen. Es werden dann 150 Teile der Mischung
aus Asbestfasern, Kieselsäure und Zement schnell in 1000 Teile Wasser gegossen,
das in einem Kessel mit rechteckigem Querschnitt von 7,5. 20 cm und trichterförmigem
Boden vorliegt, der mit einem schnellöffnenden Ventil und Abzugsleitungen versehen
ist. Über dem Boden befindet sich quer über dem Kessel ein feines Sieb oder eine
ein Filterelement bildende Schicht, auf dem der in einer Flüssigkeit über dem Sieb
dispergierte Feststoff in Form einer Flüssigkeit in dem Kessel zurückgehalten wird
und dann durch und aus den Abzugsleitungen filtriert wird. Die Mischung aus Trockenpulver
und Wasser wird 1 Minute mit einem senkrecht oszillierenden Schläger bewegt und
anschließend das Abzugsventil der Vorrichtung geöffnet, damit das Wasser durch das
rechteckige Filterelement abgezogen werden kann, während die Asbestfasern und die
anderen suspendierten Feststoffteilchen zum größten Teil auf dem Filterelement zurückgehalten
werden. Die für das vollständige Filtrieren des Wassers durch das Filterelement
erforderliche Zeit wird in Sekunden gemessen und aufgeschrieben.
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Unter Anwendung des gleichen Verfahrens werden vier weitere Versuchskuchen
hergestellt und derart fünf Proben der ersten Gruppe der herzustellenden Reihe gebildet.
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Es wird eine zweite Gruppe von fünf Proben unter Anwendung des gleichen
Verfahrens und der vorstehend beschriebenen Vorrichtung mit der Ausnahme hergestellt,
daß zu den 150 Teilen der trockenen Mischung aus Asbestfasern, Kieselsäure und Zement
15 Teile der 0,1 0/oigen Polymerlösung zu den 1000 Teilen Wasser gegeben werden.
Dabei erhält man eine Gruppe von fünf Versuchskuchen, die aus einem wäßrigen Schlamm
mit einem Gehalt von 0,01 Gewichtsprozent des wasserlöslichen Polymeren, bezogen
auf das Gewicht der in dem Schlamm vorliegenden Feststoffe, bestehen.
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In gleicher Weise werden sechs weitere Gruppen von Versuchskuchenproben
hergestellt, jede mit einer ansteigenden Menge an wasserlöslichem Polymer im Schlamm,
nämlich zwei drei, vier, fünf, acht und zehn Hundertstel Gewichtsprozent, bezogen
auf das Trokkengewicht der im Schlamm vorliegenden Feststoffe.
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Die mittlere Filtrierzeit in Sekunden für jede der acht Versuchsgruppen
ist in der nachstehenden Tabelle I angegeben: TabelleI
| Prozent Polymer |
| ohne « 0,01 1 0,02 1 0,03 ; 0,04 1 0,05 0,08 1 0,10 |
| Filtrierzeit . . | 55 27 1 25 1 20 20 20 24 28 |
Beispiel 2 Durch Umwälzen von 20e/o Asbestfasern, 30 °/o Kieselsäurepulver
und 50e/o Portlandzement wird eine trockene Pulvermischung hergestellt.
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Durch Zusatz von je einem Teil der nachfolgend angeführten Produkte
zu 1000 Teilen auf etwa 82° C erhitztem Wasser, das durch einen Rührer vom Propellertyp
bewegt wird, werden wäßrige Lösungen mit einem Gehalt von 0,1e/o der nachfolgenden
wasserlöslichen hochmolekularen organischen Produkte hergestellt, wobei ausreichend
lange gerührt wird, um eine homogene Lösung der Produkte zu erhalten.
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Produkt A Oberflächenaktives Mittel, bestehend aus einer Mischung
aus Äthylenoxyd und Propylenoxyd.
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Produkt B Mischdiafkylquaternäres Ammoniumchlorid als Ausflockmittel.
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Produkt C Polyäthylenoxyd-Ausflocknittel.
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Produkt D Wasserlösliches, hochmolekulares Polyacrylamid, nämlich
ein hydrolysiertes Polyacrylnitril.
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Produkt E Wasserlösliches, hochmolekulares Polyacrylamid.
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Produkt F Wasserlösliches, hochmolekulares Polyacrylamid, nämlich
ein Natriumsalz eines partiell hydrolysierten Polyacrylamids.
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Nach dem Herstellungsverfahren für Versuchskuchen, wie es vorstehend
im Beispiel 1 beschrieben worden ist, werden Gruppen von fünf Proben von jedem der
Produkte A bis F in Konzentrationen von ein, zwei, drei, vier, fünf, sieben und
neun Hundertstel0/o hergestellt, um die mittlere Filtrierzeit in Sekunden für jede
der verschiedenen Gruppen von Versuchsproben zu bestimmen. Die Ergebnisse dieser
Filtriergeschwindigkeitsversuche sind in der nachstehenden Tabelle II angeführt.
Tabelle II
| Prozent Polymer |
| ohne zu 0,01 1 0,02 1 0,03 1 0,04 1 0,05 t 0,07 1 0,09 |
| Produkt A . . 75 80 80 85 86 90 95 100 |
| ProduktB . 60 65 67 69 69 70 71 72 |
| ProduktC . . 64 72 110 152 179 226 281 312 |
| ProduktD . .. 63 45 41 38 35 34 29 30 |
| ProduktE . . 58 34 28 28 32 34 41 45 |
| ProduktF . .. 56 28 25 23 22 24 j 27 30 |
Beispiel 3 In einem Trockenpulvermischer werden 200/0 Asfestfasern der zur Herstellung
von Asbestzementrohren allgemein üblichen Art mit 30 °/o sauberem, feinkörnigem
Sand und 50e/o Portlandzement vermischt.
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In einem getrennten Behälter wird eine 0,1 0/obige wäßrige Lösung
eines wasserlöslichen hochmolekularen Polyacrylamids duch Zusatz von 1 Teil Polymer
zu 1000 Teilen auf 820 C erhitztem Wasser, das etwa 10 Minuten bewegt wird, um das
Polymer vollständig im Wasser zu lösen, hergestellt.
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Ein Asbestzementschlamm wird kontinuierlich hergestellt, indem -
Ströme von Wasser, einer Acrylamidpolymerlösung und einer Trockenpulvermischung
aus Asbestfasern, Sand und Zement durch getrennte Leitungen in einen mit einem umlaufenden
Schaufelrührer versehenen Behälter einfließen gelassen werden, wobei der einfließende
Strom der getrennen Stoffe derart geregelt wird, daß 60 Teile der Polymerlösung
und 150 Teile der Trockenpulvermischung auf je 1000 Teile Wasser in den Behälter
fließen. So wie die angeführten Bestandteile stromweise in den Behälter eingeführt
und darin gemischt werden, wird ein entsprechendes Volumen des sich bildenden Schlammes
durch einen geeigneten Ablaß in dem Behälter abgezogen und zum Niveaugefäß einer
Asbestrohre herstellenden Maschine geführt.
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Der Schlamm wird durch Filtrieren durch die umlaufende zylinderförmige
Form zu einem dünnen, kontinuierlichen Blatt von Asbestfasern verarbeitet, das auf
einer Matrize fixiert wird, die aus Portlandzement und Sand besteht. Dieses dünne,
feuchte
Blatt oder Filz wird von der zylinderförmigen Form kontinuierlich abgezogen
und durch ein Förderband über einen Saugkasten geführt, wo weiteres Wasser entfernt
wird, und wird dann spiralförmig auf einem Dorn aufgewickelt, der einem Druck unterworfen
wird, um die übereinanderliegenden Schichten zusammenzupressen und ein im praktischen
zusammenhängendes Rohr oder eine Leitung herzustellen.
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In einem anderen Fall wird ein Rohr in gleicher Weise aus einer trockenen
Asbest-Zement-Sand-Mischung hergestellt, jedoch ohne den Zusatz von Polyacrylamid.
Es wurde festgestellt, daß die Gesamtproduktionsgeschwindigkeit für das Rohr um
etwa 20 °/o und die Filtriergeschwindigkeit des Schlammes um etwa 60elo gesteigert
werden, wenn ein polymerhaltiger Schlamm zur Anwendung gelangt, verglichen zu Verfahren,
bei denen ein wäßriger Schlamm angewendet wird, der kein solches Polymer enthält.
Es wurde weiterhin festgestellt, daß das weiße Wasser weniger als die halbe Menge
der nicht flitererten Feststoffe enfhält, wenn ein polymerhaltiger Schlamm angewendet
wird, im Vergleich zu Verfahren, die mit wäßrigem Schlamm ohne Polymer durchgaführt
werden. Außerdem kann das endlose Förderband, das zur Förderung des Asbestblattes
von der zylinderförmigen Form zu dem Aufwickeldorn verwendet wird, wesentlich längere
Zeit angewendet werden, wenn ein Schlamm verwendet wird, der das wasserlösliche
Polymer enthält, ohne daß es ausgewechselt werden muß, da es weniger verstopft oder
verklebt wird, verglichen mit einer Rohrherstellung aus einem Schlamm, der die sehr
geringen Mengen Polymer nicht enthält.
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Aus den in der Tabelle II angeführten Werten ist zu erkennen, daß
wasserlösliche, hochmolekulare Polymere mit der angegebenen Struktur eine verhältnismäßig
spezifische modifizierende Wirkung beim Filtrieren von Asbestfasern und hydraulische
Zemente enthaltenden wäßrigen Schlämmen zur Verformung oder zum Pressen von festen
Gegenständen aus solchen Schlämmen besitzen. Vorzugsweise verwendet man gemäß der
Erfindung wasserlösliche Polymere vom »nichtionischen« Typ.
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Wasserlösliche, hochmolekulare Polymere dieser Art erhält man durch
Polymerisation von Acrylamid, Methacrylamid oder N-substituierten Derivaten dieser
Verbindungen mit Alkyl- oder Oxyalkylsubstituenten mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen
in Gegenwart von geeigneten Katalysatoren, z. B. von Peroxydkatalysatoren. Die wasserlöslichen
Polymeren können aus einem einzelnen Monomer oder aus Mischungen von Monomeren hergestellt
werden.
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Außerdem können geringe Mengen, z. B. 50a/e oder weniger, von anderen
copolymerisierbaren Stoffen in den zur Herstellung der wasserlöslichen Polymeren
verwendeten Monomerenmischungen vorliegen. Andere copolymerisierbare Stoffe sind
beispielsweise: Acrylnitril, Maleinsäureanhydrid, Vinylester wie Vinylacetat, Vinyläther
wie Vinyläthyläther, Acrylsäure, Methacrylsäure u. dgl. Copolymere dieser Art, die
aus Vinylestern erhalten werden, können hydrolysierenden Bedingungen unterworfen
werden, durch die die Estergruppen des Polymermoleküls mindestens teilweise in Hydroxylgruppen
umgewandelt werden und ein Vinylalkohol enthaltendes Polymer gebildet wird. In gleicher
Weise können Säureanhydridgruppen enthaltende Copolymere, wie sie beispielsweise
aus Maleinsäure erhalten werden, unter Bildung von Carboxylsalzgruppen umgesetzt
werden.
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Die copolymerisierenden Stoffe, die den sich bildenden Polymeren
die hydrophoben Eigenschaften verleihen, müssen offensichtlich in ausreichend niedrigen
Anteilen angewendet werden, damit das gebildete Polymer wasserlöslich genug bleibt,
so daß sich mindestens 1 Gewichtsprozent Polymer in Wasser löst.
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Die wasserlöslichen Polymeren sind für den beschriebenen Zweck in
sehr geringen Konzentrationen wirksam, d. h. schon in einer so geringen Konzentration
von 0,005 Gewichtsprozent, bezogen auf das Trockengewicht der in den wäßrigen Schlämmen
dispergierten Feststoffteilchen. Tatsächlich ergeben zu große Mengen Polymer, d.
h. über etwa 0,20/ob weniger günstige Ergebnisse als geringere Mengen.
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Jedes einzelne Polymer scheint eine optimale Konzentration für einen
maximalen Effekt zu besitzen, die für die Mehrzahl der erfindungsgemäßen Polymeren
zwischen 0,01 und 0,1 Gewichtsprozent, bezogen auf das Trockengewicht der dispergierten
Feststoffe, beträgt.
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Die die Filtriergeschwindigkeit steigernden Eigenschaften der besonderen
wasserlöslichen Polymeren treten nur bei Asbestfasern auf, die bei der Suspendierung
in Wasser eine positive Ladung erhalten.
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Dies bedeutet, daß die vorteilhafte Wirkung der wasserlöslichen Polymeren
in erster Linie bei der Verarbeitung von Chrysotil-Asbestfasern enthaltenden Schlämmen
beobachtet wird. Asbestarten, die bei der Suspendierung in einem wäßrigen Medium
eine negative Ladung erhalten, z. B. Amphibolen wie
Crocidolit, Anthophyllit und
Tremolit, beeinflussen jedoch die die Filtration modifizierenden Eigenschaften der
Polymeren nicht nachteilig, wenn solche Fasern in den bearbeiteten wäßrigen Schlämmen
vorliegen. So können Asbestfasern der Amphibolklasse in wechselnden Mengen von üblicherweise
50 Gewichtsprozent oder weniger vom Gesamtgewicht der zur Schlammherstellung verwendeten
Asbestfasern vorliegen.
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Der wichtigste zementhaltige hydraulische Stoff zur Durchführung
der neuen Verfahren zur Herstellung von Asbestzementgegenständen ist Portlandzement.
Die Wirkung der die Filtration modifizierenden Mittel ist besonders gut bei Zusammensetzungen,
die Chrysotilasbest und Portlandzement enthalten. Es können jedoch auch andere hydraulische
Zemente, z. B. Pozzolanzement, Calciumaluminatzement und Calciumsulfatzement, verwendet
werden, um gegebenenfalls den Portlandzement wenigstens teilweise zu ersetzen.
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Geeignete Asbestzementstrukturen erhält man unter Verwendung von
Mischungen, die im wesentlichen aus dem Zement und Asbestfasern bestehen.
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Häufig ist es jedoch wünschenswert, entweder aus Kostengründen oder
wegen der strukturellen Eigenschaften des Endproduktes, weitere kieselsäurehaltige
Stoffe wie Sand, Siliciumdioxydpulver u. dgl., zu dem wäßrigen Schlamm zuzugeben.
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Der Zementgehalt der Feststoffe in den wäßrigen Schlämmen soll zwischen
1 und 5 Gewichtsteilen je Teil Asbest betragen. Wenn die Asbestzementzusammensetzungen
noch feinverteilte kieselsäurehaltige Stoffe wie Sand oder Siliciumdioxydpulver
enthalten, können diese in Anteilen bis zu 3 Teilen kieselsäurehaltiges Material
je Teil Asbest in der Mischung vorliegen. Der Gesamtfeststoffgehalt der Schlämme
kann schwanken, soll jedoch vorzugsweise zwischen 0,5 und 5 Gewichtsteilen je 100
Teile Wasser betragen.
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Der besondere Anwendungszweck der erfindungsgemäß hergestellten Asbestzementprodukte
kann eine gefärbte Struktur erfordern. Die Färbung des Produktes kann durch Eintragen
von Farbstoffen oder Pigmenten oder durch Verwendung von gefärbten Fasern wie Glasfasern
in den Zusammensetzungen erfolgen. Die besondere Menge des zugesetzten farbenden
Materials hängt in erster Linie vom gewünschten Färbungsgrad des Endproduktes ab,
überlicherweise sind bis zu etwa 100/o solcher Pigmente, gefärbter Fasern od. dgl.
ausreichend.