DE3017351A1 - Agglomerierter sand sowie verfahren zur herstellung desselben - Google Patents

Agglomerierter sand sowie verfahren zur herstellung desselben

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DE3017351A1
DE3017351A1 DE19803017351 DE3017351A DE3017351A1 DE 3017351 A1 DE3017351 A1 DE 3017351A1 DE 19803017351 DE19803017351 DE 19803017351 DE 3017351 A DE3017351 A DE 3017351A DE 3017351 A1 DE3017351 A1 DE 3017351A1
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Paul Henri Rene Williame
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Produits Ballu-Schuiling SA
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C1/00—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
    • B22C1/16—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents
    • B22C1/20—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of organic agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/28—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing organic polyacids, e.g. polycarboxylate cements, i.e. ionomeric systems

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Description

Die Erfindung betrifft einen aggloneri erten c.and, der sich insbesondere als Formsand verwenden läßt und ein Verfahren zu seiner ilcr3tel lunp.
Aus einer Arbeit mit der Überschrift "Kallhördandc organiski birider.icdel for olivinsand" (organische, in der Kälte härtende Bindemittel für Olivinsande), veröffentlicht iv Oktober 1073 in Svenska Gj uteriföreningen, ist ein Formsand bekannt, der au.°icr ;ilivin als Grundlage und einen1 Furanharz eine vergleichsweise geringe Menge von unter W einer alkoholischen Lösung der oara-Toluolsulfonsäure enthält. Das Olivin weist einen basischen Charakter auf. Dair.it keine Reaktion mit der Säure stattfindet, schlägt Kian dabei einerseits vor, eine geringe Menge der Säure zuzusetzen, die gerade ausreicht, um das Harz zu katalysieren und andererseits schläft man vor, in einem alkoholischen, wasserfreien iiilicu zu arbeiten, wobei eine Salzbildungsreaktion vollständig verhindert wird, um die Azidität des Katalysators für die Polymerisation des Furanharzes zu schützen.
iJie vorliegende Erfindung macht demgegenüber von gegenteiligen Maßnahmen Gebrauch. Es wurde gefunden, daß man zu einem vorteilnaften agglomerierten Sand durcli eine Salzbildungsreaktion durch Zusatz einer vergleichsweisen großen Säuremenge in einen wäßrigen I'ileu gelangt.
In unerwarteter Weise wurde gefunden, daß die Reaktion, die man bisher zu umgehen versuchte, weil sie ungünstig für die Polymerisation des Furanharzes ist, im Gegenteil erlaubt, auf die Verwendung des Harzes zu verzichten und daß man trotzdem einen selbsthärtenden Formsand mit bemerkenswert vorteilhaften Eigenschaften erhält. Der erfindungsgemäße Sand härtet rasch in der Kälte. Des weiteren weist der Sand eine gute Feuerfestigkeit auf. In Berührung mit dem Sand vergossene Metalle weisen keine Mangel auf. An der Zwischenfläche zwischen Sand und Metall bildet sich ein glänzender Kohlenstoffniederschlag aus, der das Zerschlagen der Form erleichtert, und zwar aufgrund der Zersetzung eines or-
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ganischen Moleküls. Ein erfindungsgemäßer Sand eignet sich in vorteilhafter V/eise zum Vergießen von reduzierenden Metallen, beispielsweise Magnesium, weil er reduzierende Eigenschaften aufweist aufgrund von schwefelhaltigen Produkten, die \ron der Zersetzung eines Sulfonates stammen.
Gegenstand der Erfindung ist ein agglomerierter Sand, insbesondere Formsand sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben, wie in den Ansprüchen angegeben.
Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Sandes verden demzufolge ein Sand mit mindestens 5 Gew.-% eines Magnesiumsilikates, das nit einer Säure zu reagieren vermag und eine Arylsulfonsäure miteinander vermischt, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß man das Vermischen in einem wäßrigen Medium- in Gegenwart von mindestens 25 Gew.-% einer Arylsulfonsäure, bezogen auf das Gewicht des Magnesiumsilikates durchführt.
In zweckmäßiger Weise macht die Säure mindestens 5n Gew.-* des Gewichtes des Magnesiumsilikates aus, während das vorhandene Wasser wenigstens 25 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Arylsulfonsäure ausmacht und in besonders vorteilhafter Weise 40 bis 100 Gew.-I. in besonders vorteilhafter und einfacher Weise wird eine wäßrige Arylsulfonsäurelösung verwendet.
Erfindungsgemäß verwendbare Sande enthalten in zweckmäßiger Weise 10 bis 20 Gew.-0O Magnesiumsilikat. Die Sande können dabei sog. kieselige Sande sein oder Kieselsäure haltige Sande, Olivinsande, Chromitsande und dergleichen. In zweckmäßiger Weise werden als Ausgangsmaterial Sande mit einer Körnung von unter 5 mm und insbesondere ungefähr 1 mm verwendet.
Als Magnesiumsilikate, die mit einer Säure zu reagieren vermögen, kommen beispielsweise in Frage Sepiolith ( 3 SiO-, 2 *fvV, 1 H2^' Meerschaum (Si3O10H4Mg2), Serpentin (2 SiO2J 3 MgO, 1 H2O) und ganz allgemein die Silikate der Gruppe der Olivine. Das Olivin ist
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bekanntlich ein Magnesium-Eisensilil at mit etwa folgenden Analyse nergebnissen in Hew.-":
-r-'g0 : 4 8 his 50 -SiO2 : 41 bis 4 3 -Fe2O3 : 6,5 bis 8
der Rest auf 100 % besteht dabei aus Cr9O3, MiO, MnO, CaO und
Genä:j einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Magnesiumsilikat in Form eines besonders feinteiligen Pulvers verwendet. Besonders vorteilhafte Ergebnisse werden dann erhalten, wenn die Körnigkeit des Magnesiumsilikates, von dem man ausgeht, unter 0,15 mm und in besonders vorteilhafter Weise unter 0,10 mm liegt.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Arylsulfonsäuren sind beispielsweise solche der folgenden Formel:
worin R1, R7 und Γ., unabhängig voneinander bedeuten: Wasserstoffatome, Hydroxyreste oder kurzkettige Alkylreste mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, insbesondere 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, die geradkettig oder verzweigtkettig sein können. Besonders vorteilhafte, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Säuren sind in der angegebenen Reihenfolge: Benzolsulfonsäure, die Xylolsul fonsäuren , d Je Phenolsulfonsäuren, die Cumulsulfonsäuren,und zwar insbesondere die para-Isomeren. Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignete Säure ist die para-Toluolsulfonsäure.
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Erfindungsgemäß geeignete Säuren sind ferner Aralky!sulfonsäuren deren Alkylreste bis zu 6 Kohlenstoff atome aufweisen können, insbesondere bis zu 4 Kohlenstoffatome, beispielsweise djfc Benzylsulfonsäure. Als ökonomisch vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn man die Arylsulfonsäure von einer starken Säure oder aus einer starken Säure, beispielsweise Schwefelsäure zusetzt, und zwar beispielsweise in einem Verhältnis von weniger als 40 und insbesondere weniger als 15 Gew.-ξ.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher veranschaulichen. Bei den angegebenen Mengen und Prozentsätzen handelt es sich um Gewichtsmengen bzw. Gewichtsprozent»sofern nichts gegenteiliges angegeben ist.
Beispiel 1
100 Gew.-Teile eines Olivinmehles, das ein Sieb mit einer Maschenöffnung von 0,074 mm passiert hat, werden irit 50 Gew.-Teilen einer 65$igen para-Toluolsulfonsäure und 100 Gew.-Teilen Wasser vermischt, fan läßt über Nacht stehen und filtriert danach. Dann wird gewaschen. Der letzte Niederschlag wird in einem Soxhlet-Apparat mit Wasser gewaschen, um die löslichen Salze zurückzugewinnen. Man bestimmt das gebildete lösliche Magnesium unter Bildung von ammoniakalisehen Magnesiumphosphat und Kalzinierung zum Pyrophosphat. Man erhält 33,79 g des Magnesiumsalzes der para-Toluolsulfonsäure im Vergleich zu einem theoretischen Wert von 34,5 g.
Infolgedessen hat eine Salzbildung der Säure mit dem"Olivin stattgefunden.
Beispiele 2 bis 4
Man vermischt 20 Gew.-Teile eines Olivinmehles mit einer Körnigkeit von unter 0,074 mm mit 80 Gew.-Teilen eines kieseligen Salzes oder Quarzsandes mit 8,10 bzw. 12 Gew.-Teilen para-Toluolsulfon-
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säure in einer wä^rißen 65°ipen Lösung, "•lan bestimmt dann die Abbindedauer und die Temperaturerhöhungen.
des weiteren vird ein Stab für Bienefestiirkeitsnessunpen von T/p GF (Georg Fisher) hergestellt, worauf die Biene Festigkeit 48 Stunden nach der.i Abbinden festgestellt wird. Die erhaltenen Tir^ebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengestellt.
X? T " L^JLEIL3 freispiel 1_
Das in Beispiel 2 beschriebene Verfahren v.-ird wiederholt, nit der Ausnahme jedoch, daß pan kein V.'asser zusetzt und die wäßrige r.Jiurelosung durcli eine wasserfreie 7Olige methanoli sehe Lösung von para-Toluolsäure ersetzt. Dabei tritt praktisch keine SaIzbi1 dung auf.
Die Verwendung einer benzolisclien Lösung von para-Toluolsulfonsäure führt ebenfalls zu keiner feststellbaren Salzbildung.
Vergleichsbei spieIe 2 bis 6
]ias in Beispiel 2 beschriebene Verfahren x^ird wiederholt, wobei man jedoch die para-Toluolsulfonsäure ersetzt durch: Ameisensäure, Essigsäure, Dichloressigsäure, Glycolsäure bzw. Dodecylbenzolsulfonsäure. Man beobachtet in diesen Fällen nicht das gleiche Abbinden wie im Falle der Verwendung der vorstehend beschriebenen Sulfonsäuren.
Beispiele 5 bis 7
Nach dem in Beispiel 2 beschriebenen Verfahren vermischt man 90 Gew.-Teile Quarzsand, 10 Gew.-Teile Olivin mit 5, 6 bzw. 7 Gew.-Teilen einer 65°oigen para-Toluolsulfonsäure. Die hierbei
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erhaltenen Ergebnisse sind in der folsenden Tabelle I zusammengestellt.
Beispiel 8
Das in Beispiel 5 beschriebene Verfahren wird wiederholt, jedoch unter Verwendung einer 70 Gew.-!igen Lösung von Benzolsulfonsäure. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle I zusammengestellt.
Beispiel 9
Man vermischt 90 Gew.-Teile Quarzsand, 10 Gew.-Teile einer Säuremischung in einer 65? oigen wäßrigen Lösung, enthaltend 93 % para-Toluolsulfonsäure und 7 % Schwefelsäure. Die erhaltenen Ergebnisse sind ebenfalls in der folgenden Tabelle I zusammengestellt.
15 Tabelle Γ Biegefestigkeit in
kg/ CPi^
20 Anfangstemperatur bis
Endtemperatur in °C		 9
Beispiel Abbinde
zeit in
Minuten		 25 von 16 bis 30 15
2 25 von 16 bis 29 19
3 30 von 18 bis 32 4,5
4 30 von 16 bis 24 ισ
5 40 von 16 bis 2 5 14,5
6 15 von 16 bis 28 6,5
7 von 16 bis 22 7
8 von 16 bis 26
9
Ein Vergleich der Beispiele 7 und 9 zeigt die Vorteilhaftigkeit eines geringen Zusatzes von Schwefeisäure.
Die Stäbe der einzelnen Beispiele wurden in einen Trockenofen gebracht. Es wurde keine Aufspaltung derselben festgestellt. Des
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weiteren wurde eine Probe eines Stabes eines jeden Beispieles in einen Tiegel gebracht und in einem Muffelofen auf 1200 C erhitzt. Auf dem Deckel des Tiegels wurde dabei ein glänzender Kohlenstoffniederschlag festgestellt.
Beispiel 10.
Es wurden 80 Gev/.-Teile Olivinsand mit einer Körnigkeit von 40/80 AFS mit 20 Gew.-Teilen Olivinmehl vermählen. In der Kälte wurden dann 10 Gew.-Teile einer handelsüblichen 65ligen para-Toluolsulfonsäure hinzugegeben, worauf von neuem 30 Sekunden lang vermischt wurde.
Die Mischung wurde dann in eine Form gebracht und komprimiert (compact! au damoir). Die Temperatur des Systems stieg rasch von 20 auf 35 C. Nach einer Kontaktdauer von 3 Minuten war das erhaltene Produkte fest genug um aus der Form ohne Deformationen entnommen werden zu können. Es enthielt das Magnesiumsalz der para-Toluolsulfonsäure.
Nach der Härtung lag der pH-iiert des Systems (Auflösung einer Probe in V/asser) ungefähr beim Neutralpunkt, d.h., daß die Sulfonsäure in ein Salz verband eft xrorden v:ar.
Das unter den angegebenen Bedingungen gehortete Produkt, das in einen Ofen einer Tempe^tur von 10000C gebracht wurde, behielt die durch die Verformung erzeugte Form bei und besaß eine gute Widerstandsfähigkeit gegenüber thermischen Schock, ohne zu spalten.
Da das Abbinden analog zu einem Abbinden durch ein hydraulisches Bindemittel erfolgt, wird das Wasser zu einem KriStallwasser oder Konstitutionswasser und es hinterbleiben keine Rückstände. Dies wirkt sich insbesondere vorteilhaft dann aus, wenn es gilt, Metall formteile großer Genauigkeit herzustellen.
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- ίο -
Beispiel 11
Das in Beispiel 7 beschriebene Verfahren wurde wiederholt, wobei jedoch diesmal der Quarzsand durch einen Chromitsand einer Körnigkeit von 40/80 ASF ersetzt wurde. Die Temperatur erhöhte sich von 5 C auf 25 C in 20 Minuten bei einer Umgebungstemperatur von 18°C.
Nach einer Kontaktzeit von 20 Minuten wies das hergestellte Produkt eine ausreichende Festigkeit auf, um. aus der Form ohne Deformation entnommen werden zu können.
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Claims (10)

Reg. Nr. 126 088 PATENTANWÄLTE ^H 1 7 mi H.Bartels ^U I / ^v I Dipl.-Chem. Dr. Brandes Dr.-lng.Held Dipl.-Phys. Wolff PRODUITS BALLU-SCHUILING S. A. rue Pierre, 92111 Clichy, Frankreich J8 München 22, Thierschstraße Tel.(089)293297 Telex 0523325 (patwo d) Telegrammadresse: wolffpatent, münchen Postscheckkonto Stuttgart 7211 Agglomerierter Sand sowie Verfahren zur (BLZ60010070) . , Ί j ,, Deutsche Bank AG,14/28630 Herstellung desselben. (blz60070070) Bürozeit: 8-12 Uhr, 13-16.30 Uhr außer samstags P A T E N TANS P R 0 C H E 5. Hai 1980 25/2
1. Agglomerierter Sand, insbesondere Formsand, dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens 5 Gew.-I eines Magnesiumarylsulfonates enthält.
2. Verfahren zur Herstellung eines agglomerierten Sandes durch Vermischen eines Sandes mit eineir Gehalt von mindestens 5 Gew. eines Magnesiumsilikates, das mit einer Säure zu reagieren ver mag, und einer Arylsulfonsäure, dadurch gekennzeichnet, daß man das Vermischen in einem wäßrigen Medium in Gegenwart von mindestens 25 Gew.-α einer Arylsulfonsäure, bezogen auf das Gewicht des Magnesiumsilikates,durchführt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Arylsulfonsäure in einer Menge von mindestens 50 Gew.-%, bezogen auf das eingesetzte Magnesiumsilikat verx\rendet.
4. Verjähren nach Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wassermenge bei mindestens 25 Gew.-I, bezogen auf die eingesetzte Arylsulfonsäure liegt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die IVassermenge bei 40 bis 100 Gew.-I, bezogen auf die eingesetzte Arylsulfonsäure liegt.
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L INSPno I
6. Verfahren nach Ansprüchen 4 oder 5, dadurch eekennzelehnet, daß man die Arylsulfonsäure in Forin einer wäßrigen Lösung zun>ischt.
7. Verfahren nach einen der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nan eine Arylsulfonsäure von einer starken Säure, insbesondere Schwefelsaure,zusetzt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwefelsäure weniger als 15 Gew.-°s der irylsulfons^ure ausmacht.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man als Arylsulfonsäure p-Toluolsulfonsäure verwendet.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man ein ''a^nesiupsilikat aus der Familie der Olivine verwendet.
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