-
Verfahren zur Erzeugung einheitlich verkitteter, ungebrannter Körper
Die Erfindung bezieht sich auf die Erzeugung einheitlich verkitteter ungebrannter
Körper aus bildsamem oder körnigem Gut, z. B. feuerfesten Stoffen, Natriumsilicat
als Bindemittel sowie Zusätzen, welche die Wanderung des Silicates in Gegenwart
von Wasser verhindern, und ist insbesondere darauf gerichtet, Körper der genannten
Art von durchgängig gleichmäßig hoher Festigkeit zu schaffen.
-
Bei der Verwendung von Silicatbindemitteln für solche Zwecke ist beobachtet
worden, daß eine bestimmte Wanderung bzw. ein Hinstreben des löslichen Silicates
nach der Oberfläche des verkitteten Körpers während des T roeknungsvorganges besteht,
was eine erhöhte Anreicherung des Bindemittels an dieser Oberfläche und eine entsprechende
Schwächung des inneren Teiles zur Folge hat. Diese Erscheinung tritt nicht selten
in einem solchen Ausmaße auf, daß die Oberfläche mit einem Messer kaum eingekerbt
werden kann, während der innere Teil leicht zwischen den Fingern zerkrümelt werden
kann. Die Analyse der äußeren und inneren Teile eines solchen verkitteten Körpers
zeigt das Ausmaß, in welchem eine solche Wanderung stattfindet.
-
Es ist bekannt, daß Silicatlösungen durch Säuren oder andere Elektrolyte
unter Bildung von Kieselsäuregelen leicht zersetzt werden, wodurch die Lösungen
ihre wertvollen klebenden Eigenschaften verlieren, indem z. B. Salze mit alkalischen
Basen,
namentlich die salzsauren und kohlensauren, in der Wasserglasauflösung kleisterartige
Niederschläge hervorbringen, welche bei nicht zu starker Verdünnung sogleich erfolgen
und die ganze Flüssigkeit zum Gerinnen bringen, sonst aber erst allmählich zum Vorschein
kommen. In dem amerikanischen Patent 6317 r9 vom 22. August 1899 beschreibt
Imschenetzky ein Verfahren, gemäß welchem Asbest mit einer Lösung von Natriumsilicat,
welche Natriumcarbonat enthält, behandelt wird. Er gibt an, daß kolloidale Kieselsäure
ausgefällt wird, was gestattet, die Masse zu handhaben und in ein Bad von Natriumbicarbonat
einzutauchen, wobei als Ergebnis hiervon die Gesamtmenge des restlichen Natriumsilicats
unter Ausfällung von Kieselsäure zersetzt wird. Das bei dieser Umsetzung gebildete
Natriumcarbonat wird wiedergewonnen.
-
Es ist ferner vorgeschlagen worden, eine feuerfeste Anstrich- und
Ausgußmasse aus Wasserglas und Asbest u. dgl. herzustellen und derselben zur Verhinderung
des Ausblühens vor deren Anwendung geringe Mengen Tannin und Alaun zuzusetzen. Durch
einen solchen Zusatz wird jedoch geaenüher einem Arbeiten ohne Alaun und Tannin
keinerlei Steigerung der Festigkeit erzielt. Setzt man z. B. einer Mischung von
6o % Chromerz und 40')/0 trockenem Natriumsilicat o,5 % Alaun und 0,0, 0,1 oder
0,25 0/0 Tannin hinzu, so erhält man keinerlei Steigerung, sondern vielmehr
teilweise sogar einen Abfall in der Festigkeit. Das gleiche gilt auch für ein Arbeiten
mit flüssigem Natriumsilicat im Gemisch mit groben und feinen sauren Stoffen (Sand
und zerkleinerte Ziegelsteine) sowie Zusatzstoffen der genannten Art, bei welchem
im Falle eines Zusatzes von o,i % Tannin und darüber sogar ein deutliches Auftreten
von Wanderungserscheinungen der vorerwähnten Art zu erkennen ist.
-
Es wurde nun gefunden, daß in Körpern aus bildsamen oder körnigen
Stoffen, welche mit löslichem Silicat verkittet sind, die Zersetzung des Silicats
mit Ausfällung der gesamten darin enthaltenen Kieselsäure zu einem fast vollständigen
Mangel an Festigkeit führt. Weiter ist festgestellt worden, daß die normale Festigkeit
der durch ein lösliches Silicat erzeugten Verkittung wesentlich erhöht und einheitlich
durch die Masse des Körpers verteilt werden kann, wenn man in der Masse die Bildung
eines fortlaufenden gelatinösen und siliciumhaltigen Gefüges sicherstellt, welches
einen wesentlichen Anteil der Silicatverkittung in unzersetztem Zustand enthält
und eine Abwanderung verhindert.
-
Diese vorerwähnte Wirkung wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß
den Massen aus bildsamem oder körnigem Gut, z. B. feuerfesten Stoffen und Natriumsilicat
als der Wanderung entgegenwirkende Mittel, nicht weniger als 0,4 % und nicht mehr
als 3 % eines Carbonats, Bicarbonats, Chlorats, Nitrits oder Nitrats von Natrium
oder Kalium oder Gemischen dieser Stoffe zugesetzt werden. Wenn dagegen gelatinöse
Kieselsäure ausgefällt und mit Natriumsilicat in die zu verkittende Masse eingeführt
wird so greift eine Wanderung des Silicates Platz, und die gewünschte Festigkeit
der Bindung innerhalb der gesamten Masse wird nicht erhalten. Das gleiche Ergebnis
wird erhalten, wenn Mischungen, von denen man an sich weiß, daß sie die Wanderung
des Silicates verhindern, zubereitet und für i oder 2 Stunden feucht stehengelassen
werden und erst dann zu der gewünschten Gestaltung verformt werden. Im ersten Falle
ist die Gegenwart von gelatinöser Kieselsäure unwirksam und im zweiten Falle wird
eine Wanderung nicht verhindert, obgleich Kieselsäure aus dem Silicat niedergeschlagen
war. Es ist eben, wie oben bereits dargelegt, für das gewünschte Ergebnis wesentlich,
daß die Kieselsäure in einem zusammenhängenden Gefüge, welches sich durch die gesamte
Masse ausdehnt, ausgefällt wird. Ein Mischen oder eine andere Bewegung der Masse,
bevor sie sich gesetzt hat, zerstört demgegenüber den Zusammenhang des Kieselsäuregefüges
und läßt eine fortschreitende Wanderung zu.
-
Von den erfindungsgemäß als der Wanderung entgegenwirkende Mittel
zu verwendenden Zusatzstoffen ist das normale Carbonat nur dann voll wirksam, wenn
es mit Silicat in Lösung vermischt wird bzw. weniger wirksam, wenn es mit trockenem
Silicat vermischt wird. Für das Arbeiten mit letzterem werden daher normalerweise
andere der Wanderung entgegenwirkende Mittel aus der angeführten Gruppe von Zusatzstoffen
verwendet.
-
Dementsprechend wird (las normale Carbonat mit feuchtem Natriumsilicat
vermischt, und die feuchte Mischung wird einheitlich dem zu verkittenden Gut einverleibt.
Wenn die Masse geformt oder an Ort und Stelle gestaltet ist, veranlaßt das der Wanderung
entgegenwirkende Mittel die Bildung eines fortlaufenden Gelgefüges, sobald das Gut
trocknet, und stellt die Beständigkeit in der Lage des Bindemittels mit der daraus
sich ergebenden erhöhten Festigkeit des Erzeugnisses her.
-
Die anderen Zusatzstoffe der erfindungsgemäß zu verwendenden Art werden
mit trockenem Silicat vermischt. Die Mischung wird einheitlich der Masse des zu
verkittenden Gutes einverleibt. Dann wird die sich daraus ergebende Masse mit Wasser
befeuchtet und schnell zu der gewünschten Gestaltung verformt oder in seine Endstellung
gebracht. Das fortlaufende Gelgefüge bildet sich und führt zu den gewünschten Ergebnissen.
-
Wenn die so geformte oder gebildete Masse sich gehärtet hat, besitzt
sie eine Festigkeit, welche mehrere ioo 0/0 höher ist als jene, welche mit einem
entsprechenden Bindemittel ohne Mitverwendung des der Wanderung entgegenwirkenden
Mittels erhalten wird. Darüber hinaus ist die einheitliche Verteilung der Festigkeit
durch die Masse von großer Wichtigkeit. Wenn größte Festigkeit nicht gefordert wird,
kann die Menge des löslichen Silicatbindemittels, die verwendet wird, verringert
werden mit der daraus folgenden Einsparung an Kosten als auch erhöhter Feuerfestigkeit
in dem Erzeugnis.
Es ist nicht möglich, einen genauen Prozentsatz
für jedes der erfindungsgemäß in Betracht kommenden Mittel anzugeben, mit dem es
unter allen Umständen zu verwenden ist, und zwar auf Grund des weiten Anteilbereiches
an löslichem Silicat, welches in die verschiedenen Mischungen einverleibt wird,
der Änderung in dem Verhältnis von Kieselsäure zu Alkali der verschiedenen löslichen
Silicate und der Schwankungen in der Art der zu verkittenden Stoffe. Diese Umstände
müssen bei der Wahl und Bestimmung der jeweils günstigsten Menge des zu verwendenden,
der Wanderung entgegenwirkenden Mittels in Betracht gezogen werden. Darüber hinaus
zeigt die Zeit, welche erforderlich ist, die 1-lassen zu formen oder an Ort und
Stelle zu bringen, die Verzögerung an, welche für die Bildung des Gelgefüges erforderlich
ist.
-
Die Auswahl des der Wanderung entgegenwirkenden Mittels und die Bestimmung
der in jeder einzelnen Stoffzusammenstellung zu verwendenden Menge desselben sollte
durch Versuche bestimmt werden. Die nachstehende Zahlentafel veranschaulicht den
Einfluß von verschiedenen Prozentsätzen an Natriumbicarbonat als der Wanderung entgegenwirkendes
Mittel in einer feuerfesten, mit Natriumsilicat verkitteten Masse.
| °7ö an Bicarbonat Reißfestigkeit in kg/cm2 |
| 0,0 1 i ,6o |
| 0,4 12,30 |
| o16 23,90 |
| 0,8 27,07 |
| 1,0 31,65 |
| 1,3 33,75 |
| 1,6 20,39 |
| 2,0 15,82 |
Es ist augenfällig, daß in diesem Falle 1,3 0/0 annähernd den günstigsten Prozentsatz
an Natriumbicarbonat darstellen, wenn auch so kleine Mengen, wie o16 %1 schon sehr
wirksam sind. Der Abfall in der Festigkeit bei einem Arbeiten mit 1,6 und 2,0010
Natriumbicarbonat offenbart die Wirkung der Zersetzung von zuviel an Natriumsilicat,
was zu einem hinsichtlich der Verkittung unbefriedigenden Gelgefüge führt.
-
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Wirkung von verschiedenen,
der Wanderung entgegenwirkenden Mitteln und mögen in gewissem Umfange als ein Führer
in der Wahl des geeignetsten Mittels und der Bestimmung der zu verwendenden Mengen
dienen.
Alle oben für die der Wanderung entgegenwirkenden Mittel gemachten Prozentangaben
sind Angaben in Gewichtsprozenten und beziehen sich auf den einheitlich verkitteten
ungebranntenKörper.