DE19735448B4 - Use of anhydrous acidic alkali metal phosphate as a melt binder - Google Patents
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Abstract
Verwendung von kristallwasserfreiem saurem Alkaliphosphat mit einem Molverhältnis von Alkalimetalloxid zu P2O5 von 0,4 bis 0,9 als trocken zu vermischender Schmelzbinder für anorganische Rohstoffe.Use of anhydrous acidic alkali metal phosphate having a molar ratio of alkali metal oxide to P 2 O 5 of 0.4 to 0.9 as dry-mixable inorganic binder for fusion.
Description
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Schmelzbinder für anorganische Rohstoffe, insbesondere für silikatische, oxidische und mineralische Rohstoffe. Solche Bindemittel verwendet man in verschiedenen Industriezweigen, wie in der Feuerfestindustrie, keramischen Industrie, Baustoffindustrie, für Isolationsmassen, Reibbeläge oder Induktionsöfen.The This invention relates to the field of inorganic meltbinders Raw materials, especially for silicate, oxidic and mineral raw materials. Such binders is used in various industries, such as the refractory industry, ceramic industry, building materials industry, for insulating compounds, friction linings or Induction furnaces.
Beispielsweise aus der DE-A-21 19 668 sind feuerfeste Produkte aus einem feuerfesten Aggregat und Bindemittel bekannt, wobei das Bindemittel im wesentlichen aus gekörntem P2O5 enthaltendem Material und Fettsäure enthaltendem Pech besteht. Ein Spritzmittel zur Trockenspritzung der Auskleidung von metallurgischen Öfen, das als Bindemittel 10–30 Gew.-% organische Bestandteile und 5–15 Gew.-% Bindeton, Magnesiumsulfat, Kaolin, Bentonit oder Melasse enthält, ist aus der DE-A-17 56 037 bekannt. Solche Bindemittel haben den Nachteil, daß sie organische Stoffe enthalten, die bei höherer Temperatur zerstört werden und schädliche Gase freisetzen, wodurch nicht nur die Bindung geschwächt, sondern auch eine Umweltbelastung erzeugt wird.For example, from DE-A-21 19 668 refractory products of a refractory aggregate and binder are known, wherein the binder consists essentially of granular P 2 O 5- containing material and fatty acid-containing pitch. A spray for dry spraying the lining of metallurgical furnaces, which contains as binders 10-30 wt .-% of organic components and 5-15 wt .-% of binding clay, magnesium sulfate, kaolin, bentonite or molasses, is known from DE-A-17 56 037 known. Such binders have the disadvantage of containing organics which are destroyed at higher temperatures and release harmful gases, thereby not only weakening the bond but also creating environmental stress.
Die
Die WO94/14727 A1 beschreibt selbsthärtende Feuerfestmassen unter Verwendung anorganischer Salze, die hohe Anteile an Kristallwasser enthalten. Diese Salze sind zwar niedrigschmelzend, doch hat ihr hoher Wassergehalt den Nachteil, daß sie zu einer Hydratation der eingesetzten Rohstoffe führen können und daß sie bei Temperatureinwirkung große Mengen an Wasserdampf abgeben. Dieser Wasserdampf kann zur Rißbildung führen, was die Feuerfestmassen unbrauchbar machen würde.The WO94 / 14727 A1 describes self-curing Refractory materials using inorganic salts, the high proportions Contain crystal water. Although these salts are low melting, but their high water content has the disadvantage of causing hydration lead the raw materials used can and that you with temperature effect large Release quantities of water vapor. This water vapor can cause cracking to lead, what would make the refractories unusable.
Aus
der
In
der
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bestand daher darin, Schmelzbinder für anorganische Rohstoffe zu bekommen, die keine organischen Komponenten enthalten müssen, möglichst niedrigschmelzend sind, bei Temperatureinwirkung keine wesentlichen Mengen an Wasserdampf entwickeln und mit den anorganischen Rohstoffen, die sie binden sollen, reagieren.The The object underlying the invention was therefore, melt binder for inorganic raw materials to get, which must contain no organic components, if possible are low melting, when temperature effect is not essential Develop amounts of water vapor and with the inorganic raw materials, that they are supposed to bind, react.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch Verwendung von kristallwasserfreiem saurem Alkaliphosphat mit einem Molverhältnis von Alkalimetalloxid zu P2O5 von 0,4 bis 0,9 als trocken zu vermischender Schmelzbinder für anorganische Rohstoffe gelöst.According to the invention, this object is achieved by using anhydrous acidic alkali metal phosphate having a molar ratio of alkali metal oxide to P 2 O 5 of 0.4 to 0.9 as dry-mixable melt binder for inorganic raw materials.
Ein Schmelzbinder für anorganische Rohstoffe ist anmeldungsgemäß ein bei Raumtemperatur festes Bindemittel, das eine Schmelztemperatur aufweist, die unterhalb der Schmelztemperatur der zu bindenden Rohstoffe liegt, und beim Erhitzen eines Gemisches von zu bindenden Rohstoffen und Schmelzbinder oberhalb der Schmelztemperatur des Binders und anschließendem Abkühlen das Gemisch unter Verfestigung physikalisch abbindet.One Meltbinder for inorganic raw materials according to the application is a solid binder at room temperature, which has a melting temperature below the melting temperature the raw materials to be bonded, and when heating a mixture of raw materials to be bonded and melt binder above the melting temperature of the binder and then cooling down the mixture physically sets with solidification.
Die genannten sauren Alkaliphosphate, insbesondere Natrium- oder Kaliumphosphate, besonders Natriumphosphate, sind rein anorganisch und enthalten keine organischen Bestandteile. Selbst im Fall, daß sie in Verbindung mit geringeren Mengen organischer Substanzen eingesetzt werden, bieten sie als Hauptbestandteil des Schmelzbinders den Vorteil, rein anorganisch zu sein. Sie besitzen niedrige Schmelzpunkte in der Größenordnung von 50°C bis 120°C, sind kristallwasserfrei, d.h. sie enthalten im Durchschnitt maximal 10% Kristallwasser und entwickeln daher beim Erhitzen keine oder nur geringe Wasserdampfmengen, und schließlich sind sie hoch reaktiv mit einem pH-Wert von etwa 2,2, so daß sie beispielsweise oxidische und silikatische Rohstoffe gut binden.The said acidic alkali metal phosphates, in particular sodium or potassium phosphates, especially sodium phosphates, are purely inorganic and contain no organic constituents. Even in the case of being used in conjunction with lower levels of organic matter, as the main constituent of the hot melt binder, they offer the advantage of being purely inorganic. They have low melting points in the order of 50 ° C to 120 ° C, are free of water of crystallization, ie they contain a maximum of 10% water of crystallization and therefore develop when heated little or no water vapor, and finally they are highly reactive with a pH of about 2.2, so that they, for example, oxidic and si bind likatic raw materials well.
Die erfindungsgemäßen Bindemittel können selbstverständlich auch in Kombination mit anderen Substanzen benutzt werden, wobei die Bindung über den Schmelzprozeß erfolgt. Bei Verwendung zusammen mit anderen Bindemittelkomponenten wird man darauf achten, daß die oben geschilderten Vorteile der erfindungsgemäßen Schmelzbinder durch die zusätzlichen Komponenten nicht aufgehoben werden.The inventive binder can Of course also be used in combination with other substances, wherein the bond over the melting process takes place. When used together with other binder components make sure that the above-described advantages of the melt binder according to the invention by the additional Components can not be canceled.
Die erfindungsgemäß verwendeten sauren Alkaliphosphate besitzen zweckmäßig ein Molverhältnis von Alkalimetalloxid, insbesondere Natriumoxid, zu P2O5 im Bereich von 0,5 bis 0,8, was bedeutet, daß es sich dabei um Gemische saurer Alkaliphosphate handeln kann. Besonders zweckmäßig ist es, wenn das saure Alkaliphosphat nach der Erfindung aus dem kristallwasserfreien Me0,5H2,5PO4, worin Me Na oder K, insbesondere Na bedeutet, besteht, oder dieses Phosphat im Gemisch mit anderen kristallwasserfreien sauren Alkaliphosphaten, wie Mononatriumphosphat, enthält.The acidic alkali metal phosphates used in the present invention suitably have a molar ratio of alkali metal oxide, especially sodium oxide, to P 2 O 5 in the range of 0.5 to 0.8, which means that they may be mixtures of acidic alkali phosphates. It is particularly expedient if the acidic alkali metal phosphate according to the invention consists of the water-free Me 0.5 H 2.5 PO 4 , in which Me is Na or K, in particular Na, or this phosphate is mixed with other acidic alkali metal phosphates free of water of crystallization, such as Monosodium phosphate.
Die sauren Alkaliphosphate können erfindungsgemäß für die eingangs genannten Anwendungszwecke eingesetzt werden, allgemein jedoch zur Bindung mineralischer oder keramischer Rohstoffe, insbesondere zur Bindung silikatischer oder oxidischer anorganischer Rohstoffe. Dabei können die kristallwasserfreien sauren Alkaliphosphate in einem weiten Bereich, bezogen auf die Gesamtmasse, als Bindemittel eingesetzt werden, zweckmäßig im Bereich von 2–50 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 5–15 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht der gebundenen Masse, bestehend aus Bindemittel und anorganischen Rohstoffen.The acid alkali metal phosphates can According to the invention for the beginning mentioned applications are used, but in general for Bonding of mineral or ceramic raw materials, in particular to Binding of silicate or oxidic inorganic raw materials. there can the water-free acidic alkali metal phosphates in a wide Range, based on the total mass, used as a binder be functional in the area from 2-50 Wt .-%, preferably in the range of 5-15 wt .-%, based on the dry weight the bound mass, consisting of binder and inorganic Raw materials.
Die erfindungsgemäß verwendeten sauren Alkaliphosphate werden zweckmäßig durch Kristallisation der stöchiometrischen Gemische von 75%iger Phosphorsäure und zum Beispiel 50%iger Natronlauge erhalten. Um ein Molverhältnis von Na2O:P2O5 von 0,525 zu erhalten, geht man beispielsweise von 5228 Gramm 75%iger Phosphorsäure (40,0 Mol) und 1680 Gramm (21,0 Mol) 50%iger NaOH aus.The acidic alkali metal phosphates used according to the invention are expediently obtained by crystallization of the stoichiometric mixtures of 75% strength phosphoric acid and, for example, 50% strength sodium hydroxide solution. For example, to obtain a molar ratio of Na 2 O: P 2 O 5 of 0.525, assume 5228 grams of 75% phosphoric acid (40.0 moles) and 1680 grams (21.0 moles) of 50% NaOH.
Die Phosphorsäure wird vorgelegt und die Natronlauge zugegeben. Sodann wird bei 145°C eingedampft und auf <80°C abgekühlt. Die gebildeten Kristalle werden abgetrennt und bei 100°C getrocknet.The phosphoric acid is presented and the sodium hydroxide solution added. Then it is evaporated at 145 ° C. and cooled to <80 ° C. The formed crystals are separated and dried at 100 ° C.
Stattdessen, aber weniger bevorzugt, kann die Herstellung der sauren Alkaliphosphate durch Aufsprühen von Phosphorsäure auf Mononatriumphosphat erfolgen. Beispielsweise werden 85 Gewichtsteile wasserfreies Mononatriumphosphat vorgelegt und mit 15 Teilen 85%iger Phosphorsäure besprüht. Das Produkt wird ohne zusätzliche Trocknung gemahlen.Instead, but less preferred, the preparation of the acidic alkali phosphates by spraying of phosphoric acid carried out on monosodium phosphate. For example, 85 parts by weight submitted anhydrous monosodium phosphate and with 15 parts 85% phosphoric acid sprayed. The product will be without additional Drying ground.
Beispiel 1:Example 1:
Eine Mischung aus Quarzsand und Quarzmehl wird mit dem Natriumsalz trocken vermischt. Ohne die Zugabe von Wasser wird das Gemenge in eine Form trocken einvibriert und anschließend bei 150°C getempert. Die Temperung erfolgt, nachdem das Gemenge in der Form in den kalten Ofen eingebracht wurde. Anschließend wurde der Ofen mit 10°C pro Minute auf 150°C aufgeheizt. Anschließend wird 3 Stunden gehalten. Nach dem Ausformen ergibt sich ein stark verfestigtes Formteil.A Mixture of quartz sand and quartz powder becomes dry with the sodium salt mixed. Without the addition of water, the mixture becomes a mold vibrated dry and then annealed at 150 ° C. The tempering takes place after the mixture in the mold in the cold Furnace was introduced. Subsequently, the oven was at 10 ° C per minute to 150 ° C heated. Subsequently is held for 3 hours. After the molding results in a strong solidified molding.
Beispiel 2:Example 2:
Das in Beispiel 1 genannte Gemenge aus Quarzsand und -mehl wird mit dem Natriumsalz trocken vermischt. Ohne die Zugabe von Wasser wird das Gemenge in eine Form trocken einvibriert und anschließend in einen 200°C heißen Ofen gestellt und dort für zwei Stunden belassen. Nach dem Ausformen ist das Formteil verfestigt. Rißbildungen durch Gasdruck konnten nicht beobachtet werden.The in Example 1 mentioned mixture of quartz sand and flour is with dry mixed with the sodium salt. Without the addition of water will The mixture is dry-vibrated in a mold and then in a 200 ° C hot oven put and there for leave for two hours. After molding, the molding is solidified. cracking by gas pressure could not be observed.
Beispiel 3:Example 3:
In der Feuerfestindustrie wird unter anderem hochtemperaturbeständiger Olivin, ein natürlich vorkommender Rohstoff, bestehend aus Mischkristallen der Reihe Forsterit (2MgO·SiO2) und Fayalit (2FeO·SiO2) verwendet. Der Rohstoff besitzt einen starken Überschuß von Forsterit von über 80%. In diesem Beispiel wird eine Olivinmasse der Zusammensetzung 55% MgO, 37% SiO2, 5% FeO, 2% Al2O3 mit 5% des Natriumsalzes trocken vermengt. Anschließend wird die trocken einvibrierte Masse in den kalten Ofen gestellt und dieser mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 100°C pro 10 Minuten schnell auf 300°C gebracht. Nach einer Stunde wird abgekühlt und ausgeformt. Es entsteht ein fester Verbund.In the refractory industry, high temperature resistant olivine, a naturally occurring raw material consisting of Forsterite (2MgO · SiO 2 ) and Fayalit (2FeO · SiO 2 ) mixed crystals is used. The raw material has a strong excess of forsterite of over 80%. In this example, an olivine mass of the composition 55% MgO, 37% SiO 2 , 5% FeO, 2% Al 2 O 3 is mixed dry with 5% of the sodium salt. Subsequently, the dry vibrated mass is placed in the cold oven and this brought at a heating rate of 100 ° C per 10 minutes quickly to 300 ° C. After one hour, it is cooled and molded. It creates a solid bond.
Beispiel 4:Example 4:
Das Gemenge aus Beispiel 3 wird mit 10% des Natriumsalzes angemischt und bei 200°C getempert. Die Aufheizrate wird mit 50°C pro 10 Minuten gewählt. Nach dem Abkühlen wird ausgeformt.The Mixture from Example 3 is mixed with 10% of the sodium salt and at 200 ° C annealed. The heating rate is chosen at 50 ° C per 10 minutes. To cooling is formed.
Beispiel 5:Example 5:
Perlitstaub wird mit dem Natriumsalz volumetrisch 1:1 vermengt. Anschließend wird das Gemenge in eine Stahlform einvibriert und mittels eines Stahlstempels verdichtet. Anschließend wird das Formteil für 2 Stunden bei 250°C getempert. Nach dem Auskühlen wird ausgeformt. Es entsteht ein Leichtbaukörper von guter Festigkeit.perlite is mixed with the sodium salt volumetrically 1: 1. Subsequently, will the mixture is vibrated in a steel mold and by means of a steel punch compacted. Subsequently is the molding for 2 hours at 250 ° C annealed. After cooling is formed. The result is a lightweight body of good strength.
Beispiel 6:Example 6:
Ein
Gemenge bestehend aus aluminiumoxidhaltigen Rohstoffen der folgenden
Zusammensetzung wird bei 150°C
sowie bei 300°C
getempert. Die Zugabemenge an dem Natriumsalz wird zwischen 5 und
15% variiert. Versatz:
Nachdem die Gemenge ausgekühlt sind, wird ausgeformt. In jedem Fall entsteht ein fester Formkörper, der stabil ist und hantiert werden kann. Die Formen konnten ohne Bruch gezogen werden.After this the mixture cooled are formed. In any case, a solid molded body, the is stable and can be handled. The forms could without break to be pulled.
Beispiel 7:Example 7:
Ein Reibbelaggemenge gängiger Art, bestehend aus Metallen, Füllstoffen, Gleitmittel, Faserarmierungsstoffen sowie Harzen wird zusätzlich mit dem Natriumsalz (5%) vermengt. Nach dem Verpressen und Tempern (150°C) wird das Formteil auf eine Temperatur von 600°C erhitzt. Hierbei wird die Harzbindung zunehmend zerstört. Es kann festgestellt werden, daß die verglasende Schmelzbindung des Salzes die aufbrechende Harzbindung abfängt und den Reibbelag auch bei hoher Temperatur festigt.One Friction lining mixture more common Kind consisting of metals, fillers, Lubricants, Faserarmierungsstoffen and resins is additionally with the sodium salt (5%). After pressing and annealing (150 ° C) is the Heated mold to a temperature of 600 ° C. Here is the Resin bond increasingly destroyed. It can be stated that the vitrified fusion bond of the salt the breaking resin bond intercepts and consolidates the friction lining even at high temperature.
Beispiel 8:Example 8:
Ein
Gemenge aus Schamotte und Ton wird mit 15% des Natriumsalzes gebunden.
Der Versatz lautete:
42% Schamotte Otavi "Mono" 1–3 mm
32%
Schamotte Otavi "Mono" 0–1 mm
20%
Schamotte Otavi "Mono" DIN 70
6% Feuerfester
Ton DIN 70
15% Seminatriumhydrogenphosphat (= Natriumsalz)A mixture of chamotte and clay is bound with 15% of the sodium salt. The offset was:
42% chamotte Otavi "Mono" 1-3 mm
32% chamotte Otavi "Mono" 0-1 mm
20% chamotte Otavi "Mono" DIN 70
6% fireproof clay DIN 70
15% semisodium hydrogen phosphate (= sodium salt)
Die leicht verdichtete Masse wird bei 200°C getempert. Nach dem Auskühlen wird ausgeformt. Die Festigkeit ist sehr gut.The slightly compacted mass is annealed at 200 ° C. After cooling it will formed. The strength is very good.
Beispiel 9:Example 9:
Ein Versatz der folgenden Zusammensetzung wird mit 15% des Natriumsalzes gebunden. Der Versatz besteht aus 70% Tabulartonerde 0-0, 18 mm und 30% Tabulartonerde 0-0, 15 mm. Nach der Temperung bei 200°C wird das ausgekühlte Formteil bewertet. Das Gemenge zeigt einen sehr festen Verbund.One Offset of the following composition is mixed with 15% of the sodium salt bound. The offset consists of 70% tabular earth 0-0, 18 mm and 30% tabular earth 0-0, 15 mm. After annealing at 200 ° C is the have cooled down Molded part rated. The mixture shows a very strong bond.
Beispiel 10:Example 10:
90% eines groben Schmelzmagnesia werden mit 10% des Natriumsalzes versetzt. Nach eingehender Mischung wird die Masse in eine Form vibriert und leicht verdichtet. Die Form wird anschließend in einen kalten Ofen gestellt und dieser langsam auf 200°C aufgeheizt. Er wird 3 Stunden bei dieser Temperatur gehalten und anschließend langsam abgekühlt. Nach dem Ausformen zeigt sich ein fester Verbund.90% of a coarse fused magnesia are mixed with 10% of the sodium salt. After thorough mixing, the mass is vibrated in a mold and slightly compacted. The mold is then placed in a cold oven and this slowly to 200 ° C heated. It is kept at this temperature for 3 hours and then slowly cooled. After forming, a solid bond is evident.
Beispiel 11:Example 11:
Eine Masse entsprechend dem Beispiel 3 wird mit dem Kaliumsalz (5%) trocken vermengt. Anschließend wird die trocken einvibrierte Masse in den kalten Ofen gestellt und dieser mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 100°C pro 10 Minuten schnell auf 300°C gebracht. Nach einer Stunde wird abgekühlt und ausgeformt. Es entsteht ein fester Verbund.A Mass according to Example 3 becomes dry with the potassium salt (5%) mixed. Subsequently Place the dry vibrated mass in the cold oven and this at a heating rate of 100 ° C per 10 Minutes quickly to 300 ° C brought. After one hour, it is cooled and molded. It arises a solid composite.
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