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Herstellung von Kohlenstoff von hoher Reinheit Gegenstand der Erfindung
ist die Herstellung von Kohlenstoff von hoher Reinheit.
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Um chemisch reinen Kohlenstoff zu gewinnen, ist es bereits vorgeschlagen,
eine möglichst aschenfreie Kohle (z. B. Zuckerkohle, Ruß) der Reihe nach mit Salzsäure,
Kalilauge und Wasser bis zur Erschöpfung auszukochen und den Rückstand im Chlorstrom
zum Glühen zu erhitzen.
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Desgleichen hat man zur Herstellung von Ruß aus bituminöser Rohkohle,
letztere in Schlagmühlen o. dgl., zunächst mit Wasser ausgelaugt, die weitere Zerkleinerung
unter Zusatz einer stark verdünnten Ätznatron-oder Alkalilösung vorgenommen, dann
das erzielte Produkt mit einer io- bis 3o°/oigen Alkalilösung angerührt und in einer
Schlagkreuzmühle oder ähnlichen Vorrichtung der Einwirkung schnellenSchlagens unterworfen.
Der hierbei erzielte Kohlenstoff wird dann, falls erforderlich, zur Beseitigung
etwa noch verbliebener Verunreinigungen mit Schwefelsäure behandelt; die Säure wird
mit Wasser ausgewaschen und das Wasser durch Verdampfen entfernt.
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Diese bekannten Verfahren haben aber nicht zu einem befriedigenden
Ergebnis geführt, und zwar weder in bezug auf die Reinheit noch auf die Ausbeute.
Man hatte nicht erkannt, daß das zu behandelnde Material einer besonderen Vorbereitung
bedarf, daß ferner eine bestimmte Reihenfolge der Behandlungsstufen eingehalten
und auch die Behandlung selbst in besonderer Weise durchgeführt werden muß. Das
Verfahren gemäß der Erfindung spielt sich in folgender Weise ab: Der zu behandelnde
Kohlenstoff wird durch V erkohlung von Holz bei einer nicht über 300° C steigenden
Temperatur gewonnen. Man benutzt hierzu harzfreies oder hartes Holz. Doch läßt sich
auch Fichtenholz verwenden. Dieser Kohlenstoff wird durch Vermahlen in einer Kolloidmühle
in den Zustand unfühlbarer Feinheit gebracht (Korngröße etwa i Mikron) und in diesem
Zustand in an sich bekannter Weise in einer alkalischen Lösung gekocht. Darauf folgt
die Behandlung mit einer konzentrierten Mineralsäure und schließlich das Trocknen
des Produktes bei einer allmählich bis zu 13000 C steigenden Temperatur.
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Das sich hierbei ergebende Produkt ist ein Kohlenstoff von hoher Reinheit
(99,6 bis der sich für therapeutische Zwecke zum innerlichen Gebrauch, dann aber
auch zur Herstellung von Farben, Lacken, Tuschen, tiefschwarzen Automobilreifen
u. dgl. verwenden läßt.
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Die Innehaltung einer niedrigen Verkohlungstemperatur ermöglicht die
restlose Entfernung aller Verunreinigungen. Bei höherer Verkohlungstemperatur besteht
die Gefahr,
daß die Aschensalze zum Teil zum Schmelzen kommen und
einsintern, so daß dann ihre Entfernung unmöglich wird. Es hat sich gezeigt, daß
ein bei einer Temperatur von 6oo° C verkohltes Produkt nach der Behandlung gemäß
dem vorbeschriebenen Verfahren nur einen Kohlenstoffgehalt von 9i bis 9-, °/11 aufwies,
während bei Innehaltung einer Verkohlungstemperatur von nicht über 300° C der Kohlenstoffgehalt
auf 99,6 bis 99,8 1111, stieg. -Weiter ist von wesentlicher Bedeutung, daß
der so erhaltene Kohlenstoff in den Zustand unfühlbarer Feinheit gebracht wird,
weil dadurch die folgende chemische Einwirkung wesentlich erleichtert und gefördert
wird. Die bekannten Kolloidmühlen zerkleinern das Material so weit, daß es durch
ein Sieb mit 350 Maschen auf den Zoll oder noch feinere Siebe passiert.
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Bei der jetzt folgenden chemischen Behandlung ist es wichtig, daß
das Material zunächst mit der Alkalilösung gekocht wird, weil, wie festgestellt
wurde, das unfühlbar feineKohlepulver beiBerührung mit Salpetersäure leicht entflammt.
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Die Behandlung mit einer alkalischen Lösung kann durch Kochen mit
einer sauren Salzlösung, wie Natrium- oder Kaliumbisulfatlösung, ersetzt werden;
das empfiehlt sich, wenn z. B. die behandelte Holzkohle einen verhältnismäßig hohen
Prozentsatz an Silicium und Titan aufweist, dagegen wenig Calcium enthält.
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Selbstverständlich wird das Material sowohl nach der Behandlung mit
der Alkalilösung wie auch mit der Mineralsäure zweckmäßig wiederholt gewaschen und
gefiltert, wobei darauf zu achten ist, daß das benutzte Wasser möglichst rein sein
muß. Die schließlich folgende Hitzebehandlung, bei der gleichzeitig die gesamte
Feuchtigkeit ausgetrieben wird, erfolgt unter Verhinderung der Oxydation, also z.
B. in neutralem oder reduzierendem Gas, z. B. gut getrocknetemLeuchtgas, Stickstoff
oder auch im Vakuum langsam und vorsichtig. Das Material wird erst auf i5o° C erhitzt,
wobei das enthaltene Wasser zum größten Teil verschwindet. Darauf wird die Temperatur
allmählich gesteigert. Bei 6oo° C sind die letzten Spuren der Feuchtigkeit entfernt.
Es wird dann weiter langsam bis auf iooo° C und, falls notwendig, bis auf 1300°
C erhitzt. Bei Überschreiten dieser Temperatur verwandelt sich die Kohle in Graphit
und kann dann nur für einige Farben verwendet werden.
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Der so erzielte reine Kohlenstoff ist hochgradig hygroskopisch; es
empfiehlt sich deshalb, ihn durch Terpentin, Tetrachloräthan o. dgl. gegen die Aufnahme
von Feuchtigkeit zu schützen. Hierbei erhält der reine Kohlenstoff seine satte,
samtschwarze Tönung.
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Beispiel i Buchenholz wird bei 300° C verkohlt; die Kohle wird in
einer Kolloidmühle- gemahlen und das Material von einer Feinheit von ungefähr i
Mikron ausgesiebt. Die Kohle enthält ungefähr 75 11111 ihres Gewichtes an Kohlenstoff.
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io kg dieses feinen Pulvers werden etwa 30 Minuten in io 1
einer 6-n-Natriumhydroxydlösung gekocht und dann abfiltriert. Das Material wird
dann mehrmals in heißem, möglichst ganz reinem Wasser gewaschen und gefiltert. Durch
diese Behandlung ist bereits ein Teil der Unreinigkeiten entfernt worden. Nunmehr
wird das Material mit io 1 Salpetersäure von etwa 30° Be so lange gekocht, bis die
Entwicklung von Salpeterdämpfen aufhört, worauf es, wie vorhin wiederholt, abfiltriert
und gewaschen wird. Der so gewonnene Kohlenstoff ist im wesentlichen frei von Verunreinigungen
und wird nunmehr behandelt, um die Feuchtigkeit und die etwa noch vorhandenen organischen
Verunreinigungen auszutreiben. Dies wird durch allmähliches Erwärmen des Kohlenstoffes
auf hohe Temperatur in einer neutralen oder reduzierenden Atmosphäre oder im Vakuum
erreicht. Die Temperatur wird zuerst langsam auf 150°C gebracht und dann allmählich
auf iooo° C und schließlich i 300° C gesteigert. Um zu verhüten, daß der- so erhaltene
Kohlenstoff beim Erkalten Feuchtigkeit aufnimmt, gibt man das gewonnene Produkt
in heißem Zustande in Terpentin.
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Die Ausbeute beträgt ungefähr @7 kg Kohlenstoff von hoher Reinheit
(99,6 bis 99,8 °%11). Beispie12 Fichten- oder Kiefernholz wird in der gleichen Weise
wie vorhin bei unter 300° C verkohlt und die Kohle gemahlen. io kg dieses feinen
Pulvers werden mit io 1 konzentrierter Natriurnbisulfatlösung q.o Minuten lang gekocht,
abfiltriert und dann mit heißem, möglichst reinemWasser mehrmals ausgewaschen. Nach
Abfiltrieren des Wassers wird das Kohlepul'ver mit io 1 Salpetersäure von etwa 36°
Be behandelt, die gegebenenfalls mit einer anderen geeigneten Säure gemischt werden
kann. Hierauf wird das Material wie unter i _ behandelt. Die Ausbeute beträgt etwa
6 kg Kohlenstoff von hoher Reinheit.