DE1814113B2 - Verfahren zur herstellung eines bindemittelfreien pb tief 3 0 tief 4 -granulats - Google Patents
Verfahren zur herstellung eines bindemittelfreien pb tief 3 0 tief 4 -granulatsInfo
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Description
Die technische Herstellung der Bleioxide PbO (Bleiglätte) und Pb3O4 (Mennige) erfolgt bekanntlich
im allgemeinen in zwei Stufen. In der ersten Stufe wird metallisches Blei in ein Rohoxid überführt, das aus
70 bis etwa 100% PbO und 30 bis etwa 0% aus metallischem Blei besteht. In der zweiten Stufe wird dann
entweder durch Erhitzen auf Temperaturen über 550 C reines PbO oder durch Erhitzen auf Temperaturen
unter 500 C Pb3O4 erhalten. Für die Herstellung
von PbO werden beispielsweise nach dem Bartonprozeß Rohoxide mit einem metallischen Bleigehalt
unter 5% eingesetzt, für die Herstellung von Pb3O4 Rohoxide mit einem metallischen Bleigehalt
von 5 bis 30%.
Bekanntlich existiert PbO in einer gelben und in einer roten Modifikation. Die rote Modifikation läßt
sich wesentlich schneller zu Pb3O4 oxidieren als die
gelbe Modifikation.
Bei der technischen Herstellung von Pb3O4 aus
Bleirohoxid spielt aber auch die Korngröße des PbO eine entscheidende Rolle. Beispielsweise ist bei sehr
feinen Bleioxidarten, wie einem durch Sublimation hergestellten PbO, die Oberfläche und damit die
Oberflächenenergie so groß, daß auch die gelbe Modifikation des PbO relativ schnell zu Pb3O4 oxidiert
wird.
Neben Reaktionstemperatur, Sauerstoff partialdruck, Art der Modifikation und OberflächenBeschaffenheit
bzw. Porosität des Reaktionsgutes kann die Oxidation des Bleioxids zu Pb3O4 aber auch noch
durch Oxidationskatalysatoren beeinflußt werden. Dieser Einfluß, beispielsweise von Schwermetallen,
wie Wismut, in Mengen von etwa 50 bis 500 g/t spielt vor allem dann eine Rolle, wenn die zum Einsatz kommenden
Rohoxide sehr geringe Oberflächen haben.
wie beispielsweise Rohoxide aus dem sogenannten Barton-Prozeß mit einer Oberfläche von etwa 1 bis
2 nv/g.
Obwohl es sich bei der Gewinnung der verschiedenen Bleioxide um seit Jahrzehnten bekannte Verfahren
handelt, liegt doch auch heute noch immer ein Bedürfnis vor, die Herstellungsverfahren zu verbessern
und zu Produkten mit besseren Eigenschaften zu gelangen, die den ständig wachsenden Anforderungen
der Verbraucher und insbesondere auch den unterschiedlichen Anforderungen in den einzelnen Anwendungsbereichen
gerecht werden.
Man hat av.ch schon geformte Bleioxide mit verbesserter Reaktionsfähigkeit hergestellt, die jedoch in der
Praxis noch Wünsche offen ließen. So ist es beispielsweise bekannt, ein in einem Warmmahlprozeß erhaltenes
staubförmiges, teilweise oxidiertes Blei mit Wasser zu mischen und daraus Briketts mit mehreren
Zentimetern Kantenlänge zu formen, die mit Perforationen und Kanälen versehen sein müssen. Diese Briketts
sind dann zu altern, bevor sie dann in der Wärme in PbO oder Pb1O4 umgewandelt werden (US-PS
1617887).
Ferner kann unter Verwendung eines Bindemittels in Mengen von 5 bis 15 Gew.% ein Bleioxidgranulat
hergestellt werden. Als Bindemittel können u. a. auch organische Harze verwendet werden. Selbstverständlich
ist die Einsatzmöglichkeit dieser bindemittelhaltigen Granulate beschränkt und weitgehend abhängig
von der Art des verwendeten Bindemittels (GB-PS 841884).
Aufgabe der Erfindung ist die Herstellung eines bindemittelfreien Pb3O4-Granulats, das reaktionsfähig,
von großer Härte, geringem Abrieb und guter Rieselfähigkeit ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines bindemittelfreien Pb,O4-Granulats ist dadurch
gekennzeichnet, daß man ein - gegebenenfalls vorher
gemahlenes - Blei-Rohoxid, das praktisch keine Anteile an Körnern mit einem Durchmesser von mehr
als 20 μηι aufweist und das entweder
a) von metallischem Blei frei ist oder bis zu 5 % metallisches Blei enthält oder
b) 10 bis 30% metallisches Blei enthält
durch Zugabe von 4 bis 10% Wasser granuliert, das erhalene Granulat trocknet und bei Temperaturen bis
500 C zu Pb3O4 oxidiert.
Geht man von einem Bleirohoxid aus, das von metallischem Blei frei ist oder bis zur 5% metallisches
Blei enthält, wobei dieses Ausgangsprodukt beispielsweise auch ein sublimiertes PbO sein kann, so wird
zweckmäßig zunächst in einem Vorversuch, bei dem eine Materialprobe mit Wasser angeteigt und getrocknet
wird, festgestellt, oh vor dem Granulieren ein Mahlen notwendig ist. Zerfällt nämlich die angeteigte
Probe beim Trocknen, so muß das Rohoxid gemahlen werden, während dies im anderen Fall unnötig ist. Das
gegebenenfalls gemahlene Rohoxid wird dann unter Zugabe von 4 bis 10%, vorzugsweise 5 bis 8% Wasser
in an sich bekannter Weise granuliert, wobei rotes PbO als Granulat gebildet wird, das dann getrocknet
und zu Pb3O4 oxidiert wird. Dieses rote PbO hat gegenüber
dem eingesetzten Rohoxid einen wesentlich geringeren Gehait an metallischem Blei, der beispielsweise
von ursprünglich 1% auf weniger als 0,05% reduziertwurde.
Dies ist zweifellos darauf zurückzuführen, daß das metallische Blei mit dem Wasser unter
Bildung von OH-haltigen Bleiverbindungen reagiert
hat, die gleichzeitig als Bindemittel wirken. Das Bleioxidgranulat
enthält im Gegensatz zu anderen bekannten Granulaten außer Wasser kein anderes Bindemittel
und besitzt nach dem Trocknen ein Lies Porenvolumen und gleichzeitig eine besondere. . .eaktionsfähigkeit,
die daraus zu erkennen ist, daß die Umwandlung in Pb3O4 durch Oxidation in wesentlich
kürzeren Zeiten als dies bisher möglich war, durchgeführt
werden kann. Das Trocknen des Granulats wird vorteilhaft bei Heizgastemperaturen im Bereich von
200 bis 350 C in etwa 1 Stunde durchgeführt und
das trockene Granulat dann durch Oxidation bei Temperaturen von 400" bis 500° C in Pb3O4 überführt.
Diese Oxidation führt bei einem Granulatdurchmesser von 1 bis 3 mm und einer Flächenbelastung
von beispielsweise 100 kg/irr bereits nach 2'/4 Stunden
zu einem Produkt, dessen Gehalt an Pb3O4 97%
beträgt. Verwendet man dagegen Granulate heterogener Körnung zwischen 0,1 und 3 mm, so liegt im
Reaktionsraum eine dichtere Packung vor, und die Reaktionszeit, die notwendig ist, um ebenfalls ein
Endprodukt mit 97% Pb3O4 zu erhalten, beträgt bei
450 C etwa 4 bis 7 Stunden.
Auf Grund des bisher bekannten Standes der Technik auf dem Gebiet der Herstellung von Pb5O4 war
es außerordentlich überraschend, daß die Reaktionszeit gegenüber bekannten Verfahren, die zur Erzielung
einer 97%igen Pb3O4 im allgemeinen zwischen
40 und 60 Stunden beträgt, um mindestens 90% reduziert werden kann. Dies war nicht zu erwarten, da einerseits
Bleioxidkörner nur sehr langsam oxidieren und andererseits das verwendete, aus Feinblei hergestellte
Rohoxid, das kaum Schwermetallkatalysatoren enthält, bei der Temperaturbehandlung bei 450 C
unter Luftzutritt nach 8 Stunden Reaktionszeit erst 10% Pb3O4 und nach 16 Stunden erst 30% Pb3O4 enthielt.
Weiterhin war nicht zu erwarten, daß trotz der chemischen Umwandlung des PbO zu Pb3O4 nicht nur
der ursprüngliche Aufbau des Granuatkornes erhalten bleibt, sondern daß sich auch dessen Härte bei der
Reaktion praktisch nicht verändert.
Die soeben bei der Pb3O4-Herstellung geschilderte
Verfahrensführung ist selbstverständlich auch bei einem Rohoxid als Ausgangsstoff möglich, dessen Gehalt
an metallischem Blei 10 bis 30% beträgt. Hierbei ist es lediglich erforderlich, das Rohoxid, das gegebenenfalls
gemahlen wurde oder nicht, je nach Ergebnis des oben geschilderten Vorversuches, unter Zugabe
von etwa 4 bis 10%, vorzugsweise 6 bis 9% Wasser wiederum in an sich bekannter Weise zu granulieren,
dann zu trocknen und anschließend zu Pb3O4 zu
oxidieren.
Beim erfindungsgemäiien Verfahren hat sich die
Verwendung feinkörniger Rohoxide bewährt, die keine wesentlichen Anteile an Körnern mit einem
Durchmesser von mehr als 20 μπι enthalten, wobei
bei der Oxidation zur Erzielung besonders kurzer Reaktionszeiten zweckmäßig Granulate mit weitestgehend
gleichmäßigem Korndurchmesser verwendet werden.
Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung wird also granuliertes Pb3O4 hergestellt, das keine Fremdbestandteile
oder Bindemittel·estc enthält, so daß es auf allen Gebieten eingesetzt und den Anforderungen
der Verarbeiter entsprechend eingestellt werden kann. Die erfindungsgemäß erhaltenen Bleioxicigra-
"> nulate, die eine große Härte, geringen Abrieb und ausgezeichnete Rieselfähigkeit zeigen, sind für den
technischen Einsatz in der Glas-, Keramik- und auch Akkumulatorenindustric besonders geeignet. Zweckmäßig
wird die Granulatgröße so gewählt, wie dies für die jeweilige Verwendung günstig ist, beispielsweise
Körnungen von 0,2 bis 3 mm.
Es ist weiterhin möglich, diese Granulate in üblicher Weise zu vermählen und eine Qualität zu erreichen,
die sich durch einen extrem hohen Dispersionsgrad auszeichnet.
Zur Durchführung des Verfahrens ist die Oxidation in Öfen mit Kräh! werken ohne weiteres möglich; denn
die dort bisher oftmals beobachteten Zusammenballungen des Reaktionsgutes und das Festfahren der
-11 Krählarme werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
vermieden. Es ist aber auch möglich, die Oxidation der Granalien in Drehrohröfen und sogar
ohne jegliche Umwälzung des Reaktionsgutes durchzuführen, wobei selbst bei Flächenbelastungen von
-> etwa 100 kg/m2 noch sehr gute Ergebnisse erzielt werden.
Bei höheren Flächenbelastungen ist es allerdings zweckmäßig, das ruhende Reaktionsgut mit Luft oder
sauerstoffhaltigen Gasen zu durchspülen.
j,, Beispiel 1
Ein Bleirohoxid mit einem Gehalt an metallischem Blei von ca. 1 % und einem Wismutgehalt von 40 ppm
wird auf einer Stiftscheibenmühle vermählen und in einem Gegenstrom-Mischgranulator unter Zugabe
von 6% Wasser granuliert. Das Granulat wird in bekannter Weise getrocknet. Der ursprüngliche Bleigehalt
ist bei dieser Behandlung auf ca. 0,04% zurückgegangen.
Ein «o gewonnenes Bleioxid in Granulatform wird
■»" im Laboratoriumsofen bei 450° C mit Luft oxidiert.
Nach 3 Stunden hat das Produkt einen Pb,O4-Gehalt
von ca. 96% erreicht. Struktur und Härte des Granulats haben sich nicht verändert.
Zum Vergleich zeigt das ungemahlene Rohoxid erst J3 nach 4 Stunden einen erkennbaren Reaktionsbeginn
und enthält nach 16 Stunden etwa 43% Pb1O4. wahrend
das entsprechende gemahlene Rohoxid nach 4 Stunden etwa 50% und nach 16 Stunden 97% Pb1O4
enthält.
Ein Rohoxid mit einem Gehalt an metallischem Blei von 30% und 400 ppm Wismut wird ohne vorheriges
Mahlen im Gegenstrom-Mischgranulator unter Zusatz von 8% Wasser granuliert und anschließend
getrocknet. Dann wird das Granulat unter Luftzutritt auf eine Temperatur von 450 C erhitzt.
Nach 8 Stunden Reaktionszeit wird ein Pb,O4-Gehalt
von 96% festgestellt. Die Struktur des Granulats hat w) sich nicht verändert, doch ist die Härte höher als die
des Granulats, das nur getrocknet wurde.
Das nicht granulierte Rohoxid, das bereits zum Teil in der roten Modifikation vorlag, erreicht den gleichen
Oxidationsgrad erst nach 16 Stunden.
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung eines bindemittelfreien
Pb3O4-Granulats von großer Härte, geringem
Abrieb und guter Rieselfähigkeit, dadurch gekennzeichnet,dal3 man ein - gegebenenfalls
vorher gemahlenes - Blei-Rohoxid, das praktisch keine Anteile an Körnern mit einem Durchmesser
von mehr als 20 μΐη aufweist und das entweder
a) von metallischem Blei frei ist oder bis zu 5% metallisches Blei enthält oder
b) 10 bis 30% metallisches Blei enthält
durch Zugabe von 4 bis 10% Wasser granuliert, das erhaltene Granulat trocknet und bei Temperaturen bis 500 C zu Pb3O4 oxidiert.
durch Zugabe von 4 bis 10% Wasser granuliert, das erhaltene Granulat trocknet und bei Temperaturen bis 500 C zu Pb3O4 oxidiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man das bleifreie oder bis zu 5% metallisches Blei enthaltende Rohoxid durch
Zugabe von 5 bis 8% Wasser granuliert.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das 10 bis 30% metallisches
Blei enthaltende Rohoxid durch Zugabe von 6 bis 9% Wasser granuliert.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Oxidation Granulate
mit weitestgehend gleichmäßigem Korndurchmesser verwendet.
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