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Verfahren zum Erhöhen der Austauschfähigkeit von Basenaustauschern
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbesserung von basenaustauschenden
Stoffen, wie z. B. Glaukonit, Traß, Bimsstein, Ton, Thuringit u. dgl., nach welchem
ein neues. Material zur Wasserenthärtung gewonnen wird, dessen Körner stark porös
sind und im allgemeinen ein geringeres Gewicht je Volumeneinheit gegenüber unbehandelten
Stoffen zeigen. Vor .allem besitzt. der so gewonnene neue Stoff bei seiner Verwendung
zur Wasserenthärtung einen hohen Austausch, der bei den gleichen angewendeten Kochsalzmengen
zur Regeneration z. B. bei Glaukonit um etwa 50% größer ist als derjenige des unbehandelten
Stoffes und der außerdem bei Erhöhung der zur Regeneration angewendeten Salzmenge
eine sehr erhebliche Zunahme zeigt.
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Nach dem Verfahren der Erfindung werden die Basenaustauscher, insbesondere
Glaukonit, auf Temperaturen von etwa 5oo bis 70o° oxydierend oder reduzierend erhitzt
und anschließend mit starken, heißen Alkalilaugen vom spezifischen Gewicht von etwa
1,25 und darüber behandelt. Die Behandlung mit der Lauge kann unter Druck
erfolgen. Zweckmäßig wird an diese Vorbehandlung eine Stabilisierung mit Lösungen
von Aluminiumsalzen und von Natriumsilicat angeschlossen, wobei die Reihenfolge
der Behandlung mit diesen Lösungen beliebig sein kann.
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Es ist schon bekannt, für die Wasserenthärtung zu verwendenden Glaukonit
oder ähnliche Mineralien zunächst einer Erhitzung und anschließend einer Behandlung
mit neutralen oder alkalisch reagierenden Salzen oder auch mit Alkalien bei erhöhter
Temperatur zu unterwerfen. Für die erste Stufe sind hierbei Temperaturen von i 5o
bis 25o° und für die zweite Stufe u. a. 5- bis ioo/oige Natriumhydroxydlösungen
vorgeschlagen worden. Nach diesem Verfahren gelingt es wohl, das Austauschvermögen
von unreinem Glaukonit etwas zu verbessern; bei reinemAusgangsmaterial ist eine
solche Nachbehandlung jedoch praktisch wirkungslos. Nach dem vorliegenden Verfahren
gelingt es jedoch, den nutzbaren Austausch von beispielsweise Glaukonit um 5o bis
ioo% oder mehr zu steigern. Zur Erzielung dieser Wirkung ist wesentlich, daß das
Material auf bedeutend höhere Temperaturen- erhitzt wird als bei dem älteren Verfahren,
und daß zur Behandlung des vorerhitzten Austauschers eine starke Natronlauge verwendet
wird. Laugen bis zu etwa i 5 % bewirken keine nennenswerte Steigerung des Austauschvermögens.
Daher wird im Sinne der Erfindung praktisch mit Laugen
vom spezifischen
Gewicht von etwa 1,25 und höher gearbeitet.
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Nach einem anderen vorbekannten Verfahren wird Glaukonit unter nichtoxydierenden
Bedingungen auf Temperaturen von Zoo bis 5oo° erhitzt, worauf sich eine Behandlung
mit schwachen alkalischen Lösungen anschließen kann. Auch durch eine solche Behandlung
läßt sich der Austauschwert des Glaukonits nicht wesentlich steigern; unter Umständen
liegt dieser Wert beim Erhitzen bis zu der nach dem älteren Verfahren vorgesehenen
oberen Grenze von 5oo° und bei einer Nachbehandlung mit heißer, verdünnter Natronlauge
sogar niedriger als bei dem als Ausgangsmaterial verwendeten reinen Glaukonit.
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Das vorliegende Verfahren zur Herstellung des neuen Materials wird
beispielsweise derart durchgeführt, daß man eine Schicht von gut gereinigtem und
gesiebtem Glaukonit mit einem handelsüblichen schweren Brennöl im Sinne einer Anfeuchtung
tränkt und die Mischung unmittelbar durch eine Flamme erhitzt, bis eine Temperatur
von etwa 65o° erreicht ist. Die Erhitzung, die zweckmäßig in einem von innen geheizten
Drehofen erfolgt, soll etwa i bis- 2 Stunden dauern. Der heiße Glaukonit wird dann
abgekühlt und in einen mit Dampf geheizten offenen Kessel gebracht, wo er mit starker,
auf etwa ioo bis iio° erwärmten Natronlauge etwa 6-o Minuten lang behandelt wird.
Nach Ablassen der Natronlauge erfolgt Waschen des Glaukonits; er wird dann mit einer
Lösung von käuflichem Wasserglas oder Natriumsilicat von etwa 4°B6 durcheinandergerührt,
wieder ausgelaugt und gewaschen, um schließlich in gleicher Weise mit einer Lösung
von Aluminiumsulfat oder Alaun von 2,5'B6 behandelt zu werden. Nach erneutem Waschen,
bis keine Säurereaktion mehr vorhanden, ist er dann für den Gebrauch im Basenaustauschfilter
fertig.
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Bei der oben geschilderten Behandlung des Glaukonits werden etwa 21
Brennöl auf i o 1 = 14 bis 15 kg gereinigten Glaukonits verwendet. Die Behandlung
des reduzierten Materials mit Ätznatron erfordert auf- 11 des reduzierten
Materials etwa 21 einer Ätznatronlösung, die etwa o,4kg festes Ätznatron im Liter
enthält..
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Anstatt der obenerwähnten starken Natronlauge kann auch solche von
eringerer Stärke verwendet werden, sofern' man die Zeit der Behandlung verlängert
oder die Temperatur erhöht, wobei dann zweckmäßig in an sich bekannter Weise unter
Druck gearbeitet wird.
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Bei der Reduktion des Glaukonits unter Anwendung hoher Temperaturen
kann an Stelle der Zumischung des reduzierenden Mittels zum Glaukonit, z. B. während
des Erhitzens, Öl oder, nachdem die gewünschte Temperatur erreicht ist, reduzierendes
Gas in den Ofen eingeführt werden.
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Bei der beschriebenen Ausführungsform wird käufliches schweres Brennöl
als reduzierendes Mittei verwendet; jedoch können auch andere reduzierende Mittel
verwendet werden, z. B. leichtere Öle, Wasserstoff, Leuchtgas, Blaugas, Holzkohle
und anderes. Alle diese reduzierenden Mittel liefern gleichartige Ergebnisse. Es
wurde jedoch festgestellt, daß Schweröl besonders geeignet und billig ist. Bei Verwendung
von Holzkohle wird beispielsweise so verfahren, daß man den Glaukonit mit einer
Menge von etwa 2 bis i o % Holzkohlepulver vermischt und diese Mischung der oben
angegebenen Erhitzung aussetzt. Nach dem Abkühlen wird die Holzkohle bzw. deren
Reste durch einen leicht durchführbaren Schlämmprozeß von dem Glaukonit getrennt.
Die weitere Behandlung erfolgt wie oben beschrieben.
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Der gemäß dem oben beschriebenen Verfahren, und zwar unter reduzierender
Erhitzung bei höheren Temperaturen usw., hergestellte Glaukonit ist stark magnetisch,
und zwar stärker als der ursprüngliche Glaukonit; er ist außerdem porös und besitzt
ein entsprechend geringeres Schüttgewicht.
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Das Schüttgewicht des nach der Erfindung aus Glaukonit hergestellten
neuen Stoffes beträgt etwa 415 bis i,2 kg je Liter, während das von gutem unbehandeltem
Glaukonit etwa zwischen 1,25 und i,45 kg je Liter liegt. Dieses geringere Schüttgewicht
hängt zusammen .mit der größeren Porosität des veränderten Glaukonits. Die Porosität
beträgt etwa 3o bis 35% vom Gesamtvolumen, währendbeim gewöhnlichen Glaukonit die
Porösität 15 bis 2ö0/6 beträgt. Dabei ist der veränderte Glaukonit trotz seiner
verringerten Dichte und seiner erhöhten Austauschfähigkeit gegen heiße oder saure
Wässer widerstandsfähig. Er erzeugt auch keinerlei Trübung des Wassers. Das Verhältnis
von Ferro- zu.Ferrieisen in dem bei hoher Temperatur unter Reduktion hergestellten
Produktes ist höher als in dem Ausgangsmaterial.
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In der beiliegenden. Zeichnung sind Kurven dargestellt, welche die
verbesserten Eigenschaften des neuen aus Glaukonit hergestellten Produkts im Vergleich
zum gewöhnlichen Glaukonit zeigen.
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Die voll ausgezogenen. Kurven zeigen das Verhalten des nach der Erfindung
hergestellten (obere Kurve) bzw. das des gewöhnlichen Glaukonits (untere Kurve)
bei verschiedenen zur Regeneration angewendeten Salzmengen (Gramm Kochsalz je Liter
Glaukonit). Die
obere und untere gestrichelte Kurve zeigt das Verhalten
des neuen Produkts bzw. des bisher üblichen Glaukonits in der Weise, daß der nutzbare
Austausch in Abhängigkeit vom Salzverbrauch auf je i kg aus dem Wasser entfernten
Kalk (Ca0) dargestellt ist.
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Die Kurven lassen erkennen, daß der. veränderte Glaukonit bei einer
zur Regeneration angewendeten Salzmenge von 22,O g je Liter Glaukonit einen
nutzbaren Austausch von 6,oo g Ca0 erreicht, während der gewöhnliche Glaukonit mit
der gleichen Menge Salz nur einen Austauschwert von 4,59 Ca0 je Liter besitzt.
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Weiter zeigt das Diagramm, daß bei Verdoppelung der Salzmenge auf
etwa 45,09 je Liter der nutzbare Austauschwert des neuen veränderten Glaukonits
von 6 g Ca 0 je Liter auf etwa 9,5g Ca0 je Liter, d. i. etwa um ßo0,'o steigt,.während
der des gewöhnlichen Glaukonits nur wenig, nämlich von 4,5g
Ca0 je Liter auf
5,2 g Ca0 je.Liter, also nur um etwa 150;o, ansteigt. Die erhebliche Steigerung
des Austauschwertes bei erhöhter Salzmenge rechtfertigt diese bei dem neuen Produkt,
nicht aber bei dem unbehandelten Glaukonit.
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Für die gestrichelten Kurven sind die gleichen Werte zugrunde gelegt
worden. Hierbei ist jedoch der nutzbare Filtrationsaustausch im Vergleich zu dem
zur Entfernung von i,kg Ca0 aus dem Wasser erforderlichen Salzgewicht dargestellt.
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Die Verbesserung des nutzbaren Austausches, der bei der Herstellung
des veränderten Glaukonits gemäß der vorliegenden Erfindung erzielt wird, ist eine
bleibende. Das neue Material gelangt bei Verwendung in einem Basenaustauschfilter
schnell in den Beharrungszustand, in dem die erhöhte Austauschfähigkeit erhalten
bleibt. In diesem Beharrungszustand enthält der veränderte Glaukonit mehr austauschbares
Alkali, auf die Gewichtseinheit bzw. Volumeneinheit bezogen, als der gewöhnliche,
früher verwendete Glaukonit in seinem Beharrungszustand.