DE1963378A1

DE1963378A1 - Verfahren zur Herstellung von Magnesiumoxid hoher Dichte und niedriger Porositaet

Info

Publication number: DE1963378A1
Application number: DE19691963378
Authority: DE
Inventors: Dreyling Lewis Joseph; Dreyling Alfred Peter
Original assignee: Quigley Co Inc
Current assignee: Quigley Co Inc
Priority date: 1969-12-18
Filing date: 1969-12-18
Publication date: 1971-07-15
Also published as: DE1963378B2

Description

Verfahren zur erstellung von Magnesiumoxid hoher Dichte und niedriger Porosität Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Magnesiumverbindung, die beim Calcinieren im wesentlichen reines, totgebranntes Magnesiumoxid hoher Dichte und geringer Porosität mit enger Kristallstruktur liefert.
Wird Magnesiumoxyd bzw. Magnesia für keramische Zwecke und zur Herstellung hitzebeständiger Artikel verwendet, so wird durch /auch die Anwesenheit von Verunreinigungen wie die Existenz einer Kristallstruktur mit locker untereinander verbundenen Kristallen oder hoher Porosität die Hitzebeständigkeit des ItIaterials merklich herabgesetzt, und, was noch unangenehmer ist, durch die lockere Kristallstruktur wird die Belastbarkeit bei höheren Temperaturen stark herabgesetzt, ebenso wie die Beständigkeit gegen thermischen Bruch und Korrosion durch saure Materialien.
Es ist sehr schwierig, I.4agnesia in relativ hochreinem Zustand mit kleinen Kristallen und hoher Dichte herzustellen, da es hierzu erforderlich ist, auf Temperaturen oberhalb 20000C zu erhitzen. Da man diese Temperaturen nur schwer erreichen kann, wurde es allgemein üblich, Magnesia in einem elektrischen Ofen zu schmelzen, wenn Reinheiten von mehr als etwa 95 % (HgO) erforderlich waren. Beim Schmelzen im elektrischen Ofen entsteht allerdings ein Produkt, das relativ inert und für manche Zwecke völlig unbrauchbar ist, insbesondere zur Verwendung be der Herstellung hochtemperaturbeständiger keramischer Produkte.
Bisher war es üblich, in solchen Fällen Zusätze in ilorm von Verunreinigungen wie Kieselsäure, Kalk, Tonerde und dergleichen zum Magnesiumoxyd als Flußmittel zuzugeben, so daß man je nach Art und Menge der verwendeten Additive bei niedrigeren Temperaturen brennen und eine Kristallisation erzielen kann. Man erhielt dabei Magnesia mit großen Mengen an Verunreinigungen, und wie bereits erwähnt, sind entsprechende Produkte zur Verwendung bei hochtemperaturbeständiger Keramik nicht geeignet e Gemäß vorliegender Erfindung wird ein Verfahren zur Ilerstellung von im wesentlichen totgebrannter Magnesia hoher Dichte und niedriger Porosität bereit gestellt. Das Verfahren bestellt darin, daß man bei zum Totbrennen geeigneter Temperatur ein feinkörniges Gemisch calciniert, welches (a) ein magnesiumhaltiges Material, das beim Calzinieren Magnesia ergibt und (b) ein Gemisch aus drei anorganischen Verbindungen enthält, welche während des Calcinierens Boroxid, Eisenoxid und Phosphoroxid bereitstellen, wobei das Gemisch aus (a) und (b) das Nagnesia ergebende Material in Mengen enthält, die im Endprodukt zu einem Magnesiagehalt von 85 - 96,8 c,t führen, während die anorganischen Verbindungen während des Calcinierens 0,2 -5 Gew.% Boroxid, 2 - 5 Gew.% Eisenoxid und 1 - 5 Gew.% Phosphoroxid bereitstellen.
Die Aufgabe der Borverbindungen besteht hauptsächlich darin, den Wassergehalt zu steuern, während die Eisenverbindungen und Phosphorverbindungen die Porosität und Kristallbildung beeinflussen. Die anorganischen Verbindungen sind solcher Natur, daß sie bei den normalen Calciniertemperaturen mit Magnesia reagieren unter Bildung von I¢iagnesiumboraten, Magnesiumferriten und agnasiuinphosphaten, die die Hitzebeständigkeit der Bndprodukte nicht verschlechtern, jedoch durch ihre Reaktion mit der Nagnesia die Bildung einer festeren Kristallstruktur hervorrufen.
Die als Ausgangsmaterial verwendete Magnesiumverbindung wird vorzugsweise vorbehandelt unter Bildung einer Korngröße, die ein Sieb mit 0,147 mm lichter Maschenweite passiert. Eine weitere verbesserte Arbeitsweise liegt in der Verwendung eines Ausgangsmaterials, welches ein Sieb von 0,044 mm lichter Maschenweite passiert. Die anorganischen Verbindungen werden in Mengen von 3,2 - 15 Gew.tt pro 85 - 96,8 Gew.% Magnesiumverbindung zugesetzt; sie können in Form der Oxyde von Bor, Eisen und Phosphor oder in gebundener Form vorliegen, wobei die Gesamtgewichte auf der Basis der Oxyde berechnet werden. Die bevorzugten Oxyde sind Boroxid B203, eisenoxid Fe2O3 und Phosphoroxyd P2O5 in folgenden Mengen: 0,2 - 5 Gew.% Boroxid, 2 -Eisen-II-5 Gew.% #####oxid und 1 - 5 Gew.% Phosphorpentoxid. Verschiedene andere Verbindungen können ebenfalls verwendet werden wie Magnesiumorthoborat,

fscu, -E- Eiwsc---

Ws>+phosphat, Bervitchosphat,

Magnesiumpyrophosphat, Magnesiumferrit, die alle beim Brennen die obigen Oxyde ergeben, welche mit der Magnesiumverbindung reagieren unter Steuerung von Hydratation und Kristallisation der Magnesia, wobei ein Produkt hoher Dichte und niedriger Prosität mit dichter Kristallstruktur und herabgesetzter effektiver Kristalloberfläche, welche die Beständigkeit gegen Wasseraufnahme erhöht, entsteht. Die verwendeten anorganischen Verbindungen werden vorzugsweise ebenfalls vorbehandelt unter Bildung eines Materials mit Korngrößen, die ein Sieb von Q,147 mm lichter Maschenweite passieren, oder insbesondere bevorzugt ein Sieb mit 0,044 mm lichter Maschenweite.
Das Magnesia produzierende Material wird sorgfältig mit den anorganischen Verbindungen gemischt, und g das Gemisch wird dann zum Calcinieren pelletisiert. Die Pellets werden bei zum Totbrennen geeigneten Temperaturen bei oder oberhalb 15100C: calciniert, je nach gewünschter Reinheit, wobei sich Magnesiumferrite, Magneslumorthoborate und Magnesiumorthophosphate bilden, welche sämtliche direkt in das Magnesia-Endprodukt eingehen.
Die Borverbindungen im Gemisch setzen die Porosität herab und erhöhen die Hydratationsbeständigkeit des Endprodukts. Die Eisenverbindungen dienen als Flußmittel und fördern die Wirkung der Bor- und Phosphatverbindungen während des Brennens. Die während des Totbrennens gebildeten Magneslumferrite sind ferner nützlich, wenn das Endprodukt zur Herstellung hitzebeständiger oder keramischer Produkte verwendet wird, da Eisenoxid als Flußmittel dient. Die Phosphatverbindungen fördern die Verdichtung des Magnesia-Endprodukts.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß ein Gemisch der vorstehend beschriebenen Materialien bis zum Kristallisationsgleichgewicht gebrannt werden kann bei Temperaturen, die in üblichen Öfen1 die mit Heizöl beheizt werden, leicht erzielt werden können, nämlich bei Temperaturen von beispielsweise nur 1510°C, wobei in kontinuierlichem Yerfahren in Drehöfen Magnesia hoher Reinheit entsteht. Die niedrigen Temperaturen und die "renn- oder Calcinierzeit erlauben die Herstellung in kürzeren Zeiten als bisher möglich. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß man ein dichteres Produkt mit geringer Porosität und verminderten effektiven Kristallflächen=erhält. Ferner werden durch den Zusatz der anorga nischen Verbindungen kleinere Kristalle erzielt, verglichen mit einem Verfahren, bei welchem die Magnesiumverbindung allein gebrannt wird. Die Brenn- oder Calziniertemperaturen gemäß vorliegender Erfindung stellen auch eine maximale Schrumpfung und damit maximale Dichte sicher. Beimischungen von Oalcium- und Siliciumoxyden werden minimal gehalten, so daß man höchst temperaturbeständige Nagnesia erzielt. Die Reinheit des erfindungsgemäß erhältlichen Produktes liegt bei mehr als 85 % MgO. Das erfindungsgemäß erhaltene Magnesiaproduckt eignet sich besonders zur Herstellung keramischer und hitzebeständiger Produkte für Spezialzwecke, beispielsweise bei der Stahlherstellung.
Beispiel Als Magnesia-bildendes Ausgangsmaterial wurde Magnesiumhydroxid solcher Teilchengröße verwendet, das ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,044 mm passiert, dieses Hydroxid liegt im Ausgangsgemisch in einer Menge von mindestens 93,3 Gew.%, äquivalent Magnesiumoxid, vor. Im Gemisch sind ferner folgende Oxide enthalten: Boroxid (B2O3) 0,2 % Eisenoxid (Fe2O3) 4 /uo Phosphoroxid (P205) 2,5 ffi Sämtliche Prozentangaben beziehen sich auf Gew.%, bezogen auf das gesamte, zum Brennen vorgesehene Gemisch.
Die anorganischen Verbindungen werden ebenfalls auf eine Korn größe vermahlen, so daß sie ein Sieb von 0,044 mm lichter Maschenweite passieren, dann erfolgt inniges Nischen mit dem Magnesiumhydroxid, Pelletbildung und Brennen bei 1650°C.
Dabei erhält man ein Endprodukt mit 89,4 % MgO. Durch das Phosphoroxid wird die Wirkung des Boroxids gesteigertt und durch das Eisenoxid wird die P#orosität herabgesetzt und die Dichte erhöht wobei mit niedrigeren Brenntemperaturen als bisher gearbeitet werden kann. Die normale Wirkung von Boroxid und Eisenoxid liegt in der Herabsetzung der Porosität und Erhöhung der Hydratationsbeständigkeit. Das resultierende Produkt kann zur Herstellung keramischer und hitzebeständiger Produkte verwendet werden.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E

1. Verfahren zur Herstellung von im wesentlichen totgebrannter Magnesia hoher Dichte und nirdriger Porosität, dadurch gekennzeichnet, daß man ein feinkörniges Gemisch enthaltend (a) eine Magnesiumverbindung, welche beim Calcinieren Magnesia ergibt, und (b) ein Gemisch aus 3 anorganischen Verbindungen, welche während des Calcinierens Boroxyd, Eisenoxyd und Phosphoroxyd bereitstellen, calziniert, wobei das (a) und (b) enthaltende Gemisch das Magnesia ergebende iterial in solchen Mengen enthält, daß das gebrannte Produkt 85 - 96,8 Gew.% Magnesia aufweist, und die anorganischen Verbindungen in Mengen vorliegen, daß während des Calcinierens 0,2 - 5 Gew.% Boroxyd, 2 - 5 Gew.% Eisenoxyd und 1 - 5 Gew.% Phosphoroxyd bereitgestellt werden0

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnesia liefernde Material a) eine Korngröße von weniger als 0,147 mm aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnesia liefernde Material (a) eine korngröße von weniger als 0,044 mm aufweist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganischen Verbindungen (b) eine Korngröße von weniger als 0,147 mm aufweisen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganischen Verbindungen (b) eine Korngröße von weniger als 0,044 mm aufweisen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als Nagnesia lieferndes Material (a) Magnesiumhydroxyd oder Magnesiumcarbonat verwendet.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als anorganische Verbindungen (b) Oxide von Ber, Eisen und Phosphor verwendet.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man B2O3, Fe2O3 und P2O5 verwendet.

9. Verfaliren nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als anorganische Verbindungen (b) Magnesiumorthoborat, Magnesiumpyrophosphat, Magnesiumferrit#, Ferrophosphat oder Ferriphosphat verwendet.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Magnesiumhydroxyd, Boroxyd, Eisenoxyd und Phosphoroxyd feiner Korngröße in Mengen entsprechend mindestens 93,3 Gew.% Magnesiumoxyd, 0,2 % Boroxyd, 4 % Eisenoxyd und 2,5 % Phosphoroxyd bei zutun Totbrennen ausreichenden Temperaturen calciniert.