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Verbesserung der Wasserweichmachungseigenschaften von natürlichem
Glauconit Die Erfindung betrifft das Weichmachen von hartem Wasser durch die 'Wirkung
derjenigen Klasse von Mineralien, die allgemein als Zeolithe oder Basenaustauschsilikate
bezeichnet werden, und insbesondere ein Verfahren zur Behandlung von Glauconit,
um seine Wasserweichmachungseigenschaften zu erhöhen.
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Glauconit wird in der Mineralogie im wesentlichen als ein Eisen- und
Kaliumsilikat bezeichnet. Ein Lager, das nicht Aluminiumoxyd enthält, ist bisher
nicht bekannt. Zuverlässige Analysen geben den Aluminiumgehalt von 5,72 bis 7,96
% an. Die Tatsache, daß Aluminium ein immer vorhandener Bestandteil des Minerals
ist, ist wichtig und darf bei der Angabe von Methoden, um natürliche Funde für die
wirtschaftliche Verwertung als Basenaustauschsilikate geeignet zu machen, nicht
vernachlässigt werden.
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Die besten Lager von Grünsand für Wasserweichmachungszwecke, die in
den Vereinigten Staaten gefunden wurden, sind diejenigen von New Jersey, aber die
dort gefundenen Mineralien sind nicht gleichmäßig in ihrer Zusammensetzung. Außerdem
schwanken die physikalischen Eigenschaften verschiedener Schichten in jedem Bett.
Untersuchungen mit sorgfältig gesonderten spezifischen Teilen zeigen, daß die Glauconitkörner
von wechselnder Härte und verschiedener Färbung sind. Die Farbe kann von weiß durch
hellgrün bis fast schwarz schwanken. Die Härte der Körner, d. i. der Widerstand
gegen eine reibende Wirkung, ist bei der Verwendung von Glauconit zum Weichmachen
von ZVasser wichtig. Sind die Körner nicht hart, so wird das durch ein Bett von
Glauconit hindurchfließende Wasser gefärbt, was für praktische Zwecke unerwünscht
ist, und weiter wird die Menge des Basenaustauschmaterials im Bett verringert, was
kostspielig ist. Leider hat der größte Teil des Glauconits in seinem natürlichen
Zu. stande einen kolloidalen Charakter, und die kolloidale Suspension des fein verteilten
Glauconits verursacht diese unerwünschte Färbung des Wassers und demgemäß einen
Verlust an Weichmachungsmaterial.
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Man hat verschiedene Methoden zur Behandlung des natürlichen Glauconits
vorgeschlagen, welcher, wie oben erwähnt, für Reinigungszwecke nicht geeignet ist,
um ihn für diese Zwecke geeigneter zu machen. Die am meisten benutzten Methoden
betreffen eine Behandlung mit einem Alkalimetallsilikat. Diese Behandlung erhöht
zwar die Härte der Teilchen durch eine direkte Verkieselung, indem sich neue unlösliche
Silikate bilden. Trotzdem wird die färbende Wirkung nicht aufgehoben, welche anscheinend
von der Bildung eines löslichen Eisensilikats herrührt, das dem Wasser eine braune
Färbung erteilt. Die Bildung dieser löslichen Eisensilikate kann dadurch verringert
werden, daß man besonders ausgesuchten Glauconit verwendet, und indem man große
Sorgfalt bei dem Verkieselungsverfahren
ausübt, aber alle diese
Vorsichtsmaßregeln verteüern die Behandlung und sind in ihren Ergebnissen unsicher.
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Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Basenaustauscheigenschaften
der natürlichen Basenaustauschmin:eralien im allgemeinen zu verbessern, weiter in
einem Verfahren, welches die Mineralien in reinerem Zustande mit Sicherung der gewünschten
Ergebnisse produziert, ferner in einem Wasserweichmachungsmittel, das keine Färbung
des Wassers oder eine beträchtliche Verringeirung des Mittels hervorruft, und schließlich
in einem Verfahren, welches wirtschaftlich im großen ausgeübt werden kann.
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Ein Lager von Glauconit wird gewaschen und ab gesiebt, um indifferente
Stoffe und grobe Teilchen zu entfernen. Die sehr feinen Teilchen werden durch ein
Schwimmverfahren beseitigt. Das gewaschene und abgesiebte Material wird dann mit
einer verdünnten Lösung von Phosphorsäure zweckmäßig beim Siedepunkt von Wasser
behandelt. Dies kann in der Weise geschehen, daß man beispielsweise 68 kg Glauconit
in ein i i oo 1 Wasser enthaltendes Gefäß einbringt. Zu dem Gemisch werden 3,4k-
85%iger Phosphorsäure hinzugesetzt. Das Gemisch wird durch Einblasen von direktem
Dampf zum Sieden erhitzt und unter fortwährendem Umrühren 1/2 Stunde hindurch erhitzt.
Die überstehende Flüssigkeit wird dann abgegossen und durch i ioo 1 von frischem
Wasser, enthaltend 21/4kg 85%ige Phosphorsäure, ersetzt. Diese Mischung wird wiederum
durch Einblasen von direktem Dampf zum Kochen gebracht und unter fortwährendem Umrühren
1/2 Stunde hindurch erhitzt. Man findet, daß bei jeder folgenden Behandlung mit
Phosphorsäure die überstehende Flüssigkeit klarer wird. Gewöhnlich genügt eine dritte
Behandlung in denselben Mengenverhältnissen - 21/4 kg 8 5 % ige Phosphorsäure zu
i i oo kg Wasser -und gleichen Arbeitsbedingungen wie bei der zweiten Behandlung,
um den Glauconit für Wasserweichmachungszwecke geeignet zu machen. Man kann auch
die ganze Menge Phosphorsäure auf einmal zusetzen, aber die Wirkung verschiedener
Behandlungen ist vorteilhafter.
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Ein vollständiger Verbrauch der Phosphorsäure ist zu keiner Zeit während
der Operation gestattet, und wenn Kalkverbindungen, insbesondere Calciumcarbonat,
in dem Mineral vorhanden sind, so kann eine erhöhte Menge Phosphorsäure notwendig
sein, um die Vollständigkeit des chemischen Verfahrens zu sichern. Das Mineral wird
alsdann mit Wasser gewaschen, um alle ungebrauchte Phosphorsäure zu entfernen, worauf
man es 15 Minuten mit einer Lösung von i1/2 kg Natriumaluminat (N a2 A12 04) in
i i oo 1 Wasser, d. h. mit einer verdünnten Lösung von 2 % Natriumaluminat auf die
Menge des behandelten Glauconits - 68 kg - berechnet, kocht, um die bei der Behandlung
mit Phosphorsäure entstandenen Säurevalenzen durch Kombination mit dem Natriumaluminat
- Radikal - Na-O-AI - zu neutralisieren.
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Die au'einanderfolgenden Behandlungen mit Phosphorsäure und dann mit
Natriumaluminat bezwecken die Bildung eines vergrößerten Mineralkomplexes von größerer
Austauschfähigkeit, hervorgebracht erstens durch die Verbindung der Phosphorsäure
mit dem Eisen und der Tonerde in dem Glauconit, zweitens durch die Bindung des Al-O-Na-Radikals
am Glauconitmolekül vermittels der Phosphorsäure etablierte freie Säurevalenzen.
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An Stelle der gewöhnlichen Phosphorsäure des Handels kann man auch
Metaphosphorsäure oder Pyrophosphorsäure mit im wesentlichen gleichen Ergebnissen
verwenden.
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Eine Prüfung des in der obigen Weise behandelten Materials zeigt,
daß eine wesentliche Veränderung stattgefunden hat, besonders in dem erhöhten Basenaustauschwert
des Produkts.
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Beispielsweise ist ein Glauconit oder Grünsand, der in natürlichem
Zustande eine Absorptionskapazität von 2,27 g für je 0,45 kg Trockengewicht besitzt,
nach der Behandlung fähig, 4,549 per o,45 kg zu absorbieren, so daß also eine Verdoppelung
des Basenaustauschwertes stattgefunden hat.
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In der Praxis wurde es für wirtschaftlich befunden, die Zahl der Reaktionen
etwas zu vermindern und einen stabilisierten Grünsand von etwas niedrigerem Austauschwert
zu erzeugen. Die Regenerierung des durch das vorliegende Verfahren hergestellten
Mittels kann durch die gewöhnlichen Methoden bewirkt werden, beispielsweise durch
Behandlung mit Salzlösungen, ohne Verschlechterung des Mittels.