DE2638173A1 - Verfahren zur herstellung von poliermitteln - Google Patents

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Bcelhovenstraßc 10 - Telefon (09)1)595015

Treibacher Chemische Werke Aktiengesellschaft, . Treibach, Kärnten (Österreich)

Verfahren zur Herstellung von Poliermittel*!

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Zur Herstellung von polierfähigen Oxiden, beispielsweise Oxiden der Seltenen Erden und Zirkon- und Chromoxide^ wurden bisher ausschließlich OfenKLühprozesse, z.B. in Muffelofen, Drehrohröfen/ Wirbelschichtofen oder Schachtofenj angewendet .

Diese Verfahrensweisen haben den Nachteil, daß sie umständlich und schlecht regelbar sind. Die Glühbehandlung durch den Glühprozess schwankt stark von Charge zu Charge. So können bekanntlich die Glühtemsratur an verschiedenen Orten und zu: verschiedenen Zeiten, aber auch der Materialaustrag innerhalb kürzester Beobachtungsintervalle (z.B. Minuten) um mehr als 15% stauen. Es werden demnach nach diesen Verfahrensweisen Poliermittel mit unterschiedlicher Kornverteilung und Kornform erhalten.

Allerdings hat man bisher der Kornverteilung von Poliermitteln zu wenig Aufmerksamkeit geschenkt. Dies könnte darauf zurückzuführen sein, daß die bisher bekannten Meßtechniken zur Bestimmung der Kornverteilung in Poliermitteln nicht genau genug sind. Die Kornverteiling ist aber von entscheidendem Einfluß auf die Polier-(abtrags-)-leistung vom Polierbeginn an, sowie auf Poliereinheit und Ermüdung des Poliermittels nach längerem Einsatz. Auf Grund einer neuen Meßtechnik konnte festgestellt werden, daß für einen gegebenen Polierprozeß ein Poliermittel dann optimal ist (d.h. daß das Poliermittelkorn optimal lang seinen Beitrag leistet), wenn zu Beginn des Polierens alle Körner die maximal zulässige Korngröße aufweisen, und daß ein Poliermittel für einen bestimmten Polierprozeß dann nicht mehr ökonomisch eingesetzt werden kann, wenn praktisch alle Körner eine bestimmte untere Grenze durch die fortwährende Zerkleinerung unterschritten haben. Dies sei nachstehend näher erläutert.

Ohne Beweis ist grundsätzlich einzusehen, daß die Reinheit einer polierten Oberfläche davon abhängt, ob bei gegebenem Korn, Korn träger und Härte des zu polierenden Materials eine bestimmte, maximal zulässige Korngröße nicht überschritten wird; mit anderen Worten: ein bestimmtes Poliermittel liefert

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nur dann eine sauber polierte Oberfläche, wenn ein bestimmtes Maximalkorn nicht überschritten wird. Diese Maximalkorngröße ist keine Konstante, sondern variiert von Prozeß zu Prozeß. Bei hohen Drücken, geringer Toleranz der Oberflächenkrümmung und relativ weichen Materialen, z.B. weichen Gläsern oder Kunststoffen^gilt als obere Grenze etwa der Bereich um 1 5 ,Uf bei geringeren Anforderungen (z.B. Anpolieren von TV-Schinnen oder Armaturengläsem) ein Kornmaximum von 2Q-25 ,u, wobei im letzteren Fall oft das Maximalkorn nicht nur durch die geforderte Oberflächenreinheit, sondern auch durch die Suspendierbarkeit des Polierpulvers vorgegeben sein wird.

Auf der anderen Seite tritt beim Polieren durch die fortwährende Krafteinwirkung auf das einzelne Polierkorn eine fortschreitende Kornzerkleinerung ein. Diese fortschreitende Kornzerkleinerung läßt sich durch geeignete Meßmethoden (z.E. Röntgenphotosedimentierung mit Sedigraph 5000 der Fa. Micromeritics Corp. U.S.A. nach geeigneten chemischen (Din5875O) und physikalischen reprodizierbaren Dispergierungsmethoden, z.B. Ultraschallbeschallung, 1-5', 40khz, 250 W in IO 1 Wanne), nicht aber,oder nur sehr schlecht,durch die übliche Sedimentierung in einer Pipette, z.B. nach Andreasen-Börner, feststellen und an die Polierleistung im betreffenden Zeitpunkt relatieren.

So konnte in der Praxis fest-gestellt werden, daß nach mehrstündigem Polieren (5-1O h) mit einer einmal angesetzten Poliersuspension eine Kornzerkleinerung eingetreten war, und daß das Poliermittel für den bestimmten Prozeß auf Grund nur noch ungenügender Polierleistung wie üblich aus dem Einsatz genommen werden mußte.

Es wurde nunmehr gefunden, daß überraschenderweise durch Sprührösten von polierfähige Oxide bildenden Salzen, insbesonders Cersalzen, z.B. Cerchlorid, Poliermittel erhalten werden können, deren Kornverteilung in engen Grenzen liegt, d.h. daß in so erhaltenen Poliermitteln, z.B. auf Basis von CeO₂, das Verhält-

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nis von der größten zur kleinsten vorliegenden Korngröße wesentlich kleiner ist als in herkömmlichen Poliermitteln. Dies ist, wie vorstehend dargelegt, von entscheidender Bedeutung für die Optimierung der Polierleistung von Mitteln dfeer Art.

Weiters wurde überraschenderweise beim Verfahren des Sprühröstens von Cersalzen gefunden, daß so erhaltene Ceroxidpolierraittel die für das Polieren von Glasoberflächen optimale Kornform, nämlich eine kugelig-blockige, also leicht rollende Form, in einem solchen Ausmaß aufweisen, daß dies zu einer wesentlichen Polierleistungsverbesserung beiträgt.

Abgesehen von diesem das Endprodukt betreffenden Vorteil hat das Sprühröstverfahren gegenüber den bisher üblichen Ofenglühprozessen folgende wesentliche Verfahrensvorteile:

1) Durch die Möglichkeit der direkten Versprühung und Verglühung von Ce-Lösungen (z.B. CeCl_, Ce(NO )*, Ce (SO^)_n, Ce(SO )_, Ce-doppelsalzlösungen) zum CeO entfällt die ansonsten notwendige und kostspielige Fällung glühfähiger Verbindungen (z.B. Cerhydroxid, Cerkarbonat, Ceroxalat oder Ceracetat).

2) Das Sprühröstverfahren hat in den meisten' Fällen gegenüber den bisher gebräuchlichen Verfahren den eminenten Vorteil, einer geschlossenen Prozeßführung. Im Falle der Rösiung von Cerchloriden wird z.B. HCi im Kreis geführt. Dies bedingt außer wirtschaftlichen Vorteilen auch Vorteile bezüglich des Umweltschutzes. Außerdem verhindert die geschlossene Prozeßführung mögliche Verunreinigungin (die bei anderen Verfahren durch die Umgebung (z.B. Ofenausmauerung) in das Poliermittel verschleppt werden können, welche die Qualität des Poliermittels empflindlich beeinträchtigen.

3) Durch die gleichmäßige Versprühung der Lösung werden die Glühbedingungen vereinheitlicht, sodaß eine wesentliche Kontinuität einer Produktqualität gewährleistet ist.

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Um den erfindungsgemäßen Anwendungsvorteil eines sprühgerösteten Poliermittels gegenüber einem nach herkömmlicher Art (z.B. durch Muffel- oder Drehrohrglühung) erzeugten zu verdeutlichen, ist im folgenden eine Gegenüberstellung von Ceroxidpoliermitteln aufgeführt, die in der chemischen Zusammensetzung des Endproduktes genau übereinstimmen und welche auch bezüglich ihrer Polierleistung - auf Basis des gleichen Polierprozesses miteinander verglichen werden.

Herstellung eines polierfähigen Ceroxides in einem Muffelofen. Um eine einigermaSen gleichmäßige Kalzinierbehandlung des eingesetzten Cersalzes, das ein polierfähiges Oxid bildet, (z.B. Ceroxalat) , zu gewährleisten, muß das Glühgut so oft wie möglich manuell durchgemischt werden. Auch die beste Umwälzung verhindert jedoch eine zeitlich und örtlich unterschiedliche Glühbehandlung nicht: während ein Teil des Aufgabegutes "totgeglüht" werden kann (zu lange, bei zu hoher Temperatur) , wird ein anderer Teil zu lange einer zu niederen Temperatur ausgesetzt. Diese unterschiedliche Glühbehandlung bedingt auch ein uneinheitliches, immer sehr breit gestreutes Kornspektrum und eine variierende Kornform von kugelig-blockig bis spießig. Testet man die Polierleistung (Glasabtrag in Zeiteinheit) von chemisch gleichen Ceroxiden, die nach verschiedenen Glühverfahren hergestellt wurden , nach einem genormten Poliertest, z.B. nach DIN 5875O, und legt man eine lineare Skala der Polierleistungdahingehend fest, daß der Polierleistung Null (kein Glasabtrag) der Wert Null zukommt, der Polierleistung eines sprühgetrockneten Ceroxids hingegen 10, so ist die Polierleistung eines durch Muffelglühung hergestellten Cer-Polieroxids bestenfalls 8, meistens liegt sie zwischen 4 und 8.

Herstellung eines polierfähigen Ceroxids in einem mit öl innenbeheizten Drehrohr. Für die Kalzinierung in einem solchen Drehrohr gilt im wesentlichen das für die Muffelglühung Gesagte, nur daß bei diesem Prozeß eine Verbesserung dahingehend besteht, daß das aufgegebene Glühgut hier "automatisch¹* während des Durchwanderns des leicht geneigten Rohres besser durch-

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mischt wird und dauernd in Bewegung bleibt, wodurch ein übermäßiges Zusammensintern (z.B. auch eine Form der unerwünschten Spieße) verhindert bzw. hintangehalten \vird. Doch auch in diesen Falle ist die Verweilzeit des Einzelkorns in einem bestimmten Temperaturbereich Undefiniert und die lokale Temperatur nur schlecht regelbar (offene Flamme unterschiedlicher Länge). Das Kornspektrum ist zwar enger als bei Verwendung eines Muffelofens (meist zwischen 3 und 80 .u ), aber weit entfernt von optimal. Ein Polieroxid, hergestellt nach diesem Verfahren, ergibt eine Polierleistung zwischen 5 und 8,5 in der vorstehend definierten Skala.

Herstellung eines polierfähigen Ceroxids in einem elektrisch außenbeheizten Drehrohrofen.

Das Arbeiten in einem elektrisch außenbeheizten Drehrohrofen bietet gegenüber dem Arbeiten in einem innenbeheizten Drehrohr den Vorteil der besser definierten Temperaturverteilung, wobei jedoch eine definierte Verweilzeit für die Kalzinierung des einzelnen Korn auch auf diese Weise nicht erreicht wird. Die Folge ist wieder ein breites Kornspektrum sowie das Vorhandensein spießigen Korns. Optimal erzielbare~ Polierleistungen liegen, wie durch Polierprüfung festgestellt wurde, bestenfalls im Bereich von 7-9, bezogen auf die obige Polierleistungsskala.

Herstellung eines polierfähigen Ceroxids durch Sprühröstung.

Die optimalen Werte für die Verweilzeit des sprühröstenden Aufgabegutes sowie der lokalen Temperaturverteilung sind von dem Polierprozeß, für welches das herzustellende Poliermittel bestimmt ist, abhängig. Die Korngrößenverteilung ist sehr eng und kann beispielsweise für den bezweckten Anwendungsbereich im Bereich von 5 - 7.u bis zu etwa 35 - 40 ,u optimal eingestellt werden. Ein Zusammensintern ist nicht möglich. Durch optimale Abstellung der Druckverhältnisse an den Düsen zur jeweiligen Konzentration des Cer- bzw. Seltenen Erd-Chlorids, wird die optimale Polierleistung von 10 bei allen Chargen erhalten. Auch bei einer allfälligen weiteren Behandlung bzw. weiteren Ver-

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fahrensschritten, z.B. Mahlung, Sichtung oder Schlämmung, bleibt der Vorteil des engen Komspektrums und der kugeligblockigen Kornform optimal erhalten.

Der Patentanwalt:

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Claims (3)

2618173 R/F/16710 Patentansprüche :

1. Verfahren zur Herstellung von PoliermitteIn, insbesondeis für Glas, dadurch gekennzeichnet, daß ein polierfähige Oxide bildendes Salz sprühgeröstet wird, wonach das so erhaltene Oxid oder Oxi-dgemisch nötigenfalls zerkleinert und allenfalls mit üblichen Poliermittelzusätzen versehen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als polierfähige Oxide bildendes Salz ein Cersalz oder ein zumindest 30% Cersalz enthaltendes SE-Salzgentisch eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Cersalz Cerchlorid eingesetzt wird.

Der Patentanwalt:

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