DE2358703A1

DE2358703A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung poroeser metalloxide

Info

Publication number: DE2358703A1
Application number: DE2358703A
Authority: DE
Inventors: Kurt Wolf
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-11-24
Filing date: 1973-11-24
Publication date: 1975-06-05

Description

Jörg-Michael Lemke 2353703

DIPLOM-INGENIEUR
PATENTAN WALTPATENTANWALT LEMKE - 8900 AUGSBURG 1 - SIEDLERWEG 51 - TELEFON 0821/75493

Az.: 14-o4

Anmelder: Kurt Wolf

89 Augsburg Farnweg 18

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung poröser Metalloxide

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nebst Vorrichtung zur Herstellung poröser Metalloxide für Bau-, Schalldämm-, Wärmedämm-, Katalysator-, Ionenaustausch- und Filterzwecke, sowie für die Feuerfestindustrie od.dgl.

Es sind bereits Verfahren zur Herstellung von organischen Schaumstoffen, beispielsweise aus Polystyrol, Polyurethane od.dgl. bekannt sowie hydraulisch abbindende, aufgeschäumte Leichtbetone, wie Porenbeton. Bei Porenbeton wirkt Aluminiumpulver als Treibmittel, das mit einer wässrigen Zubereitung von Zement mit Zuschlagstoffen unter Abspaltung von Wasserstoff reagiert, welcher das Aufschäumen bewirkt. Alle vorgenannten Schaumstoffe sind für die Feuerfestindustrie nicht geeignet.

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Ferner ist es auch bereits bekannt, Baustoffe in Platten- und Ziegelform aus anorganischem Material wie Ton, Schamotte, Quarz, Bims und Kalksand, die gegebenenfalls mittels Zement gebunden und dann gebrannt wurden, als poröse Produkte zu verwenden, die durch ihr Luftspeichervermögen eine erhöhte Wärmeschutzisolierung bei verringertem Gewicht ergeben. Ferner hat man derartiges Material auch bereits mit Kunstharzen oder Wasserglas gebunden, um die genannten Eigenschaften zu erhalten. Derartige Platten und Ziegel verwendete man auch dort, wo erhöhte Beständigkeit gegen Säuren und Laugen benötigt wurde.

Derartige anorganische Materialien hat man auch bereits mit Stroh, Holzspänen, Naphthalin und dergleichen vermischt, um sie zu Formungen zu verpressen und anschliessend zu trocken und gegebenenfalls zu brennen, wobei die genannten organischen Beimengungen entweder verdampfen oder herausbrennen und ein poriges Gefüge zurücklassen, das dann durch einen keramischen Sinterprozeß seine Festigkeit erhält. Die Herstellung derartiger Formlinge bzw. Platten und Ziegel ist jedoch sehr aufwendig, wobei das Raumgewicht trotzdem verhältnismäßig groß und das Wärmedämmvermögen recht beschränkt bleibt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird darin gesehen, ein Verfahren zur Herstellung poröser Metalloxide für Bau-, Schalldämm-, Wärmedämm-, Katalysator-, Ionenaustausch- und Filterzwecke sowie für die Feuerfestindustrie und die chemische Industrie zu schaffen, die ein geringeres Raumgewicht und verbesserte Eigenschaften, beispielsweise bezüglich Isolier- und Filtriervermögen, aufweisen, als bisher erzielt werden konnten, sowie preiswerter ist.

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Diese Aufgäbe /wird erfindUngsgemäßdadurch gelöst, daß anorganische Metallverbindungen, wie Metallsulfate, -sulfide, -hydroxide, -rchlpride od*dgl., jeweils allein oder gemischt, als Pulver, Granulat oder Brei, derart schnell auf eine der Zersetzungstemperatur derjeweiligenMetallverbindung bzw. Mischung von Metallverbindungen entsprechende oder höhere Temperatur aufgeheizt werden, daß sie ihre Schmelzphase in kurzer Zeit durchlaufen, anschließend unter Abgabe ihrer flüchtigen Bestandteile aufschäumen undals poröses Metalloxid verbacken.

Vorteilhaft wird bei Verwendung der Metallverbindungen als Pulver oder Granulat zwecks -Verhinderung der Ausbildung eines Sch^elzbadeseineyervirbelung der Charge vorgenommen, wobei lediglich ein Anschmelzen des Einzelkorns auftritt. Ferner läßt sich ein Metalloxidpulver bzw. -granulat dadurch gewinnen, daß die Einzelkörner der Ausgangs-Metallverbindung jeweils für sich in Metalloxid übergeführt werden, z.B. durch Erhitzung während des Falls durch einen Heißluftoder Brenngasstrom.

Ton, Lehm oder Mergel, jeweils "allein oder miteinander bzw. mit anderen Metallverbindungen gemischt, z.B. mit Al₂XSO₄) „· xH_o0, werdenmit Salzsäure oder Schwefelsäure zu einem Brei aufbereitet und erst nach Beendigung der dabei auftretenden Gasbildung aufgeheizt.:

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Schaumstoffe insbesondere in Platten- oder Ziegelform herstellen, die ein gleichmäßiges, poröses Gefüge und hervorragende Isoliereigenschaften bei geringem Raumgewicht aufweisen, wobei auch hervorragende Feüerfesteigenschaften und große Beständigkeit gegen Säuren und Laugen vorhanden sind; die letztgenannten Eigenschaften sind insbesondere in der chemischen Industrie von Vorteil. DarÜberhinaus 1assen sich die

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Schaumstoffe auch gegebenenfalls als Filter für die Gasreinigung verwenden, was für den Umweltschutz von Bedeutung ist. Besonders gut ist auch die Eignung als Katalysatorträger.

Die Umsetzung der jeweiligen Metallverbindung bzw. -verbindungen zu dem entsprechenden Metalloxid bzw. den Metalloxiden geht derart vor sich, daß die mit dem Metall verbundenen Elemente in Dampf- bzw. Gasform übergehen und beim Austritt aus dem Gefüge das sich bildende Metalloxid aufschäumen lassen. Der zurückbleibende anorganische Schaumstoff aus Metalloxid ist jedoch noch relativ weich bzw. bröckelig, da neben einer "verzögerten" Pyrolyse bzw. Calcination lediglich eine Trocknung stattgefunden hat, soweit wasserhaltige Verbindungen beteiligt sind.

Um nun bessere physikalische und chemische Eigenschaften bzw. größere mechanische Festigkeit und Gas- und Flüssigkeit sundurchi."ssigkeit zu erzielen, wird zweckmäßig der poröse Metalloxidkörper einen an sich bekannten Sinterprozeß bei 600 - 25oo C unterworfen, wobei eine ausschließlich keramische Bindung zwischen den Metalloxidteilchen erzielt wird. Die Während des Sinterns bei vielen der Metalloxide eintretende Änderung der Kristallstruktur bzw. -modifikation zu beständigeren Formen verbessert dabei in den meisten Fällen noch zusätzlich die Eigenschaften. An der Oberfläche des Metalloxidkörpers tritt beim Sintern ein Aufschmelzen ein, das zu einem glasurartigen Überzug führt, der flüssigkeitsdicht ist.

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Als Beispiele für Metallyerbiridungen, mit denen das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist, werden genannt:

1,-Aluminiumsulfat-ΑΪ ₂;,-(.SÖ.₄.).-₃,-.auch als Al 6 H₂O öder Al^(SO₄)₃·18 K₂O, Molekulargewicht MG jeweils zwischen 342,15 und 666,45; spezifisches Gewicht

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zwischen 1,62 und 2,71 kg/dm ; Zersetzüngstemperatur ab etwa 76o° C

2. AlJo MG = 4ö7,69 D = 3,98, Schmelzpunkt 191° C; bei 386 C Zersetzung zu Al₃O₃ + ^J2

3. A1(NQ₃)₃.9H₂O MG =375,13, Schmelzpunkt 73^P C (Zers.)

4. MgSO₄ MG = ■-12o,37 D =2,66 F= 1127⁹C ' MgSO₄ V H₂O MG = 138,39 D= 2,57 MgSO₄ > 6H₂O MG =228,46 : ' D = 1,75 MgSO₄ · 7H₂O MG =246,48 D= 1,68

5. Zr(SO₄X₂ MG =283,34 D =3^22; etwa bei 4oo° C Zersetzung ν

Zr(SO₄)₂ . 4H₂O MG = 3S5,4o D = 2,8q ZrSiO₄ MG = 183,3o D= 4,56; T¹ = 243o-255o° C Zers. durch Mischung mit Alkaliverbindungen

6. Alaune

7. Ghromsulfat ^ ^v ':■

8. Thoxiumsulfat

Ausführungsbeispiel

A1₂(SO₄)₃, A1₂(SO₄)₃ ·6 H₂O, A1₂(SO₄)₃ »18 H₃O in oberflächentrockener, rieselfähiger Form mit einer Korngröße von bis zu etwa 3 mm wird durch plötzliches Einwirken einer Wärmemenge, die die einzelnen Teilchen bzw. Körner auf eine der Zersetzungstemperatur von etwa 800 C gleiche oder höhere Temperatur bringt, zu AIoO₃ zersetzt. Infolge der Tatsache, daß das mit Raumtemperatur eingebrachte Aluminiumsulfat eine kurze Zeit benötigt, bis es die Zersetzungstemperatur angenommen hat, durchläuft das Aluminiumsulfat für Sekundenbruchteile eine Art Schmelzphase bei gleichzeitig beginnender Zersetzung. Die Folge davon ist eine Agglomeration bzw. ein Verkleben der Körner aneinander. Durch die nach Erreichen der Zersetzungstemperatur schlagartig eintretende Zersetzung des Aluminiumsulfats sprengen die Zersetzungsphase, also Schwefeloxide und Wasserdampf die einzelnen Körner auf, so daß ein aufgeschäumtes Gefüge entsteht. Dabei wird vorzugsweise mit Gastemperaturen zwischen etwa lloo - 125o° C gearbeitet. Die Verweilzeiten betragen bei genügender Vorheizung der benötigten Heizkammer, bei optimaler Temperatureinstellung und gleichmäßiger Dosierung des Ausgangsmaterials nur wenige Sekunden.

Die Figuren 1 und 2 zweigen zwei Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die im folgenden näher erläutert werden.

Die Vorrichtung nach Fig. 1 weist eine füll- und entleer— bare Schäumkammer 1 zur Aufnahme der über eine Dosierrinne zugeführten, nicht gezeigten Charge auf. Die Schäumkammer 1 ist zumindest an einer Seite von einer beheizbaren Wand abgeschlossen und weist eine Abgasöffnung 3 auf, sowie eine

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an die beheizbare Wand anschließende Brennkammer. Bei Verwendung der Metallverbindungen in Pulver- bzw. Granulatform kann die beheizbare Wand eine Vielzahl von Gäsdurchlässen aufweisen, die nicht nur die Aufheizung sondern auch die Verwirbelungder Charge bewirken; Bei dem gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Schäumkammer 1 an zwei einander gegenüberliegenden, parallelen Seiten von jeweils einer die Gasdurchlässe aufweisenden Keramikplatte 4 bzw. 5 begrenzt, an die jeweils eine Brennkammer 6 bzw. 7 mit einer Brenngaszufuhrleitung 8 bzw. 9 anschließt. Die Gasdurchlässe der Keramikplatten in Form von Kanälen od.dgl. sind bei Io angedeutet.

Um eine gleichmäßige Beaufschlagung der Keramikplatten und damit eine gleichmäßige Zufuhr von Brenngas zur Schäumkammer 1 zu erreichen, ist jede Brennkammer 6, 7 von der jeweiligen Brenngaszufuhrleitung 8 bzw. 9 zu den Keramikplatten 4 bzw. hin diffusorartig erweitert.

An der Oberseite der Schäümkammer 1 ist ein abschließbarer Einfülltrichter 11 und an der Unterseite ein Absperrelement zum Verschließen der Auslaßöffnung angeordnet. Der Einfülltrichter 11 ist zweckmäßig wassergekühlt, was durch die Zu- und Ableitungen 13 angedeutet ist. Öffnen und Schließen des Einfülltrichters geschieht mittels eines in Richtung des Doppelpfeils 14 auf- und abbewegbaren Schließkegels 15.

Das Absperrelement 12 ist zweckmäßig ein schwenkbarer Absperrschieber,

Sobald eine Charge durch den Einfülltrichter 11 in die Schäumkammer 1 eingebracht worden ist, wird derEinfülltrichter 11 durch den Schließkogel 15 verschlossen, woraufhin unter Zufuhr von Brenngasen zu den Brenngaskammern 6 und 7 der Schäumprozeß stattfindet. Anschließend - 8 -

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wird der Absperrschieber 12 in Richtung des Pfeils 16 geöffnet, so daß der fertige Schaurastoff in Form eines Blocks aus der Schäumkammer 1 entnommen werden kann. Anschließend wird der Absperrschieber 12 wieder geschlossen, woraufhin sich der Vorgang wiederholen kann.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausfuhrungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der die die Schäumkammer 1 seitlich begrenzenden, beheizbaren Wände 4· bzw. 6¹ undurchlässig sind. Diese Vorrichtung ist deshalb besonders für die Herstellung von Schaumstoffen unter Verwendung eines Breis aus Ton, Lehm oder Mergel mit Salzsäure oder Schwefelsäure geeignet.

Im weiteren Unterschied zur Vorrichtung nach Fig. 1 ist hier das Absperrelement ein zur Auslaßöffnung hin und von dieser weg (siehe Doppelpfeil 17) parallel zu sich selbst verlagerbarer Verschlußblock 18, der während seiner gleichmäßigen Weg- bzw. Öffnungsbewegung ein kontinuierliches Verschäumen und damit das praktisch endlose Ziehen eines geschäumten Metalloxidkörpers in Plattenform aus der Schäumkammer 1 ermöglicht. Der wachsende Schaumstoffkörper bildet dabei stets einen Verschlußpfropfen innerhalb der Auslaßöffnung, so daß unter kontinuierlicher weiterer Zufuhr von Chargenmaterial zur Schäumkammer 1 der Schaumstoffkörper kontinuierlich wächst. Um es dem Verschlußblock 18 zu erleichtern, bei Beginn des Vorgangs das sich bildende Ende des Schaumstoffkörpers herauszuziehen, solang dieser noch kein ausreichendes Gewicht aufweist, um am Verschlußkörper 18 zu verbleiben, kann dieser Verschlußkörper Fortsätze aufweisen, die in die Schäumkammer hineinragen und der Verankerung mit dem sich bildenden Schaurastoffkörper dienen. Diese Fortsätze sind nicht gezeigt.

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Es wird ergänzend festgestellt, daß zur Erleichterung bzA^. Verbesserung eines gegebenenfalls nachfolgenden Sintervorgangs die Zugabe von Additiven bereits vor dem Schäumen zweckmäßig sein kann, z.B. die Zugabe von Säuren, wie Phosphorsäure, Flußsäure, Kieselsäure od.dgl. Eine Zugabe einer Kieselsäuremodifikation, wie Christobalit od.dgl., kann auch das Aufschäumen fördern.

Es wird betont, daß lediglich Vorrichtungen erläutert wurden, die zur Herstellung von Schaumstoffkörpern in Platten- oder Ziegelform bestimmt sind, daß jedoch ohne weiteres ersichtlich ist, daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Schaumstoffkörper in den verschiedenartigsten Formen hergestellt werden können, beispielsweise in Stangenform, als Rohre od.dgl. ·

Ferner läßt sich auch erfindungsgemäß im Wirbelbett oder durch Einblasen, Einrieseln;, Einsaugen oder Einsprühen von Ausgangsmaterial in eine Schäumkammer gewonnenes Metalloxidpulver oder -granulat zu Formkörpern verpressen und gegebenenfalls anschließend sintern.

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Claims

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Patentansprüche

X. Verfahren zur Herstellung poröser Metalloxide für Bau-, Schalldämm-, Wärmedämm-, Katalysator-, Ionenaustauschund Filterzwecke, sowie für die Feuerfestindustrie od.dgl., dadurch gekennzeichnet, daß anorganische Metallverbindungen, wie Metallsulfate, -sulfide, -hydroxide, -chloride oddgl., jeweils allein oder gemischt, als Pulver, Granulat, oder als Brei derart schnell auf eine der Zersetzungstemperatur der jeweiligen Metallverbindung bzw» Mischung von Metallverbindungen entsprechende oder höhere Temperatur aufgeheizt werden, daß sie unter Abgabe ihrer flüchtigen Bestandteile aufschäumen und als poröses Metalloxid erstarren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzei c h ■net, daß bei Verwendung der Metallverbindungen als Pulver oder Granulat eine Verwirbelung vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzei c h n e t , daß die Metallverbindung(en) beim Aufheizen zu einem kompakten Formkörper verbacken werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzei c h n e t , daß die Metal!verbindung(en) zur Bildung eines Pulvers oder Granulats während des Aufheizens in Dispersion gehalten werden_o

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Ton, Lehm oder Mergel, jeweils allein oder miteinander oder mit anderen Metallverbindungen gemischt, mit Salzsäure oder Schwefelsäure zu einem Brei aufbereitet und erst nach Beendigung der auftretenden Gasbildung aufgheizt werden.

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6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ eic h η e t ,. daß das entstehende poröse Metalloxid anschließend einem an sich bekannten Sinterprozeß bei 6oo - 25oo°C unterworfen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i c h net, daß als Metallverbindung Al₂(SO₄)ο-" .iii einer Korngröße von bis etwa 3 mm verwendet und zur Aufheizung Brenngas mit einer Temperatur von 800 - I9oo C eingeblasen wird.

8. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 3, gekenn z'ei c h η e t durch eine füll- und entleerbare Schäiamkammer (1) zur Aufnahme der Charge, die zumindest an einer Seite von einer beheizbaren Wand.abgeschlossen ist und eine Abgasöffnung (3) aufweist, und eine an die beheizbare Wand anschließende Brennkammer.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß die beheizbare Wand eine Vielzahl von Gasdurchlässen aufweist.

Io_β Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch g e kenη ζ e ich η e t , daß an der Oberseite der Schäumkammer (1) ein abschließbarer Einfülltrichter (11) und an der Unterseite ein Absperrelement (12, 13) zum Verschließen der Auslaßöffnung angeordnet iste

lie Vorrichtung nach Anspruch lö, dadurch g e k e η η zeich net , daß das Absperrelement ein schwenkbarer Absperrschieber (12) ist. '

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12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß das Absperrelement ein zur Auslaßöffnung hin und von dieser weg parallel zu sich selbst verlagerbarer Verschlußblock (18) ist, der wäh rend einer gleichmäßigen Weg- bzw. Öffnungsbewegung ein kontinuierliches Anschäumen und damit das praktisch endlose Ziehen eines geschäumten Metalloxidkörpers aus der Schäumkammer (1) ermöglicht.

13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Schäumkammer (1) an zwei einander gegenüberliegenden, parallelen Seiten von je weils einer die Gasdurchlässe aufweisenden Keramikplatte (4 bzw. 5) begrenzt ist, an die jeweils eine Brennkammer (6 bzw. 7) mit einer Brenngaszufuhrleitung (8 bzw. 9) anschließt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch g e k e η η zeichnet , daß sich jede Brenngaskammer (6, 7) von der Brenngaszufuhrleitung (8, 9) zu den Keramikplatten (4, 5) hin diffusorartig erweitert.

15. Vorrichtung nach Anspruch Io, dadurch g e k e η η zeichnet , daß der Einfülltrichter (11) wassergekühlt ist.

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