DEP0002583BA - Verfahren zum Herstellen von hochfeuerfesten Massen aus Magnesiumaluminat - Google Patents

Description

jJie Erfindung beschäftigt sich mit, der Gewinnung von hoch -feuerfesten !massen für mit hohen i'emperaturen arbeitende Indu Btriea₉ z.B. JPeuerungs ~, Chemisehe_i' mctallurgische, keramische usw. Industrie. Die mit dan hoc h t e mp e r i e r t en Gasen oder Be schickungestoffen in berührung kommenden Apparaturteile unterliegen nicht, nur einer hohen thermischen, sondern in den meisten Fällen auch einer starken mechanischen und chemischen Beanspru -chung. i)ie in der Hochtemperaturtechnlk hauptsächlich verwendeten keramischen Massen, wie Schamotte und andere bilikate, besitzen e rfahrungs ge ma ß keine Beständigkeit gegen basische btoffe, z.B. basische Schlacken, und verursachen Betriebsstörungen»

is ist bereite ein Verfahren zur herstellung .von gegen Alkali und Alkaliverbindungen wiüe retandsfähigen keramischen Oegenatän -den aus Massen der ^ueammeneetzung EU_eAlgG^ bekannt, bei denen dae Radikal hö von »ei oder mehr verschiedenen Basen gebildet wird und die unter Vermeidung der Bildung von Spinfillkristallen über 1Größe gebrannt werden. Aifc brauchbare Spinelianteile werden die Llementenpaare liagnesium + Barium, Lagnesium+Calcium und Jbarium' + Calcium genannt. 1/ieoe alkali-und hochfeuerfesten iSassen\ werden aus Carbonaten, Sulfaten oder Chloriden der traalkalimetalle Xm (retwisch mit ionerdehydrät oüer -anhydfid auf pyrotechnischem lege erzeugt·

Es ist ferner aus der Literatur bekannt geworden, einen ge^- gen basische Schlacken widerstandsfähigen Kochofenstein aus dem jkagnesiaspineil Mg Q · Al₂Uj vom Schmelzpunkt 2135° herzustellen. Das Grundmaterial wird auf naßohemia ehern Wege₃ nämlich als Aus - " ' ■ fällung aus wäßriger Natriumaluminat - Lösung und Magnesium -, Chlorid oder -sulfat, enthaltenden Laugen in äquimolekularer Misöhung gewonnen und durch Glühen bei 1300 - 1400° von anhaf tenden Alkalisalzen befreit· Ein solcher Magaesiaspinell enthält 28 Jfa MgQ und 72 φ Alj.Ö^i' sein Modul MgO s Al₂Oj ist . 0,395« Tatsächlich ist aber ein solcher Magnesiaspine11 bei höheren 'Temperaturen nicht mehr alkalifest, da mit steigender ■ Temperatur das Aluminiumoxyd seinen neutralen Charakter ver liert und zunehmend sauer reagiert, während das Magnes iumoxyd seinen basischen in neutralen Ciiarakter umwandelt. Der magne siaarme Spinell Mg G . Al_pO., besitzt also b>e i ϊ emp era türen oberhalb 1?Ό0 sauren Charakter und reagiert daher in betriebs störender ^eise mit alkalischen Schlacken, sofern er nicht, wie andere Ufenausfutterungen, durch kostspielige Wasserkühlung auf niedriger temperatur gehalten wird«

Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfah -

ren zur Herstellung von hochfeuerfesten Massen aus^ Magnesium,-aluminat auf naß chemischem f/ege und kennzeichnet sieh dadurch, daß wasserlösliche Magnesiumverbindungen und was seriös liehe „ Aluminate derart in chemische Reaktion gebracht werden, daß , Magnesiumaiuminatmassen entstehen, in .denen der MgO - Crehalt größer als der Al₂Oj - Gehalt ist· Da nach allgemeiner. Kegel das iaztektikum eines Systems sich entsprechend der Konzentration und den Eigenschaften der den stärksten Einfluß, ausübenden Komponente verschiebt, besitzt eine magnesiumreiche Magnesiumaluminat masse einen höheren Schmelzpunkt und stärker neutrale bezw. ba εische Eigenschaften als ein Magnesia - oder Dreistoff\- Spinell . η ach Käthesius bezw» isinger. Tatsächlich liegt bei einer der Formel· 4 MgO · Al₂O^ entsprechenden üiasse bereits der Erweichungspunkt über 20Qü°, der Schmelzpunkt also noch wesentlich höher, und die

Masse behält bis zum Schmelzen ihren basischen bezw* neutralen, Charakter( so daß'sie weder'von sauren noch insbesondere von basischen Schlacken angegriffen wird,, Jjiese Beständigkeit auch bei höchsten Temperaturen macht die neuartige hochfeuerfeste Masse daher auch.als baustoff für mechanisch beanspruchte Bauteile, wie Wind formen, Düsen oder'Brenner, geeignet, weil die sonst erforderliche unwirtschaftliche Wasserkühlung fortfallen kann« I_a Ausführungsbeispiel,

Beim Zusammenmischen wässeriger Lösungen von Magnesium chlorid und Katriumaluminat gemäß der Gleichung'

3 Mg Cl₂ + 2 A1(0 Na)₃ a. AlgO₅.· 3 MgO.+ Na Cl· bildet sich bei Kaumtemperatür in träger'Reaktion ein gelarti ger, schwer.auswaschbarer Niederschlag, dessen anfänglicher Ma Cl - Gehalt durch Erhitzen auf 300° und erneutes Waschen beseitigt werden kann und dessen Analyse dann die Werte' für ein Magnes iumaluminat 3 MgO „ Al₀O^ vom Modul 1,187 ergibt ·

Durch Verdünnen der Lösung auf die halbe Konzentration und durch liiThöhung der Fällungs temp era tür auf 60 - 70 ⁰ C entstehen zwar auch noch gelartige bezw. schleimige Niederschläge,^-die sich aber absetzen und verlustlos abfiltrleren lassen. 2* Ausführungsbeispiel«

Werden Magnesiumchlorid und A^atriumaluminat in Gegenwart überschüssiger Natronlauge gemäß der Gleichung '

2 Big .OiL₂ + Al(OHa)₅ +.MaOH = AiO₅ lvigiigÜH + 4 Ia Cl", zur Reaktion gebracht, so fällt^:langsam ein gelartiger, etwas Na Gl zurückhaltender Niederschlag aus, der nach Erhitzen und · erneutem Waschen eine f.einkörnige ,, .weiße Substanz ergibt, deren Analyse die Zusammensetzung 4 Iig₁O » Al₃O₅ ergibt. Ein ge - ' ringer, wechselnd.großer Gehalt an Cl läßt auf die spurenweise Bildung von Magnesiumoxychlorid schließen«, Die Bildung dieses Alu -' minats erfolgt.offensichtlieh' durch Wasserabspaltung gemäß - . 2 Al O₅ -Mg-Mg OH = 4 Mg 0 · Al₃O₅ + H₃O. ■ ■ Versuche mit noch größerem Magnesiumüberschuß ergaben keinen •'magriesiumreiche.ren Körper«

3. Aueführungsbeispiel.

Auf Grund der in den a us führungs be is ρ iele η 1 und 2 beschriebe hen Erfahrungen wurden als Auagangsnaterial die einerseits'bei der lialisalaaufbereitung anfallenden, lästigen magnesiumhalt igen Lndlaugen und andererseits die bei dem nassen Bauxit-. oder Tonauf schluß anfallenden Aluminatlaugen benutzt und ihrer analytisch ermittelten Zusammensetzung entsprechend bei erhöhter Iemperatur (60 - 7ü°C) ciieinander zwecks Bildung von 3 lg O ■ Al^O^ gemäß Ausführungsbe isρie1 1 zur Reaktion gebracht» Das Erzeugnis ent sprach völlig dem des AusführungsbeispieIs 1« 4» Ausführungsbeispiel»

Lieselben Laugen·wurden gemäß Ausführungsbeispiel 2 auf mag nesiumreichere* Aluiainatmassen₉ gemäß 4 iütgO « Al_p O,, verarbeitet,

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wobei eine ZwisGhenerhitzung auf 400 C erfolgte» Lie chlorfrei ge -.

'waschene bubstanz wurde gemahlen und in Stäbe gepreßt, die in einem von Wasserstoff durchspülten Kossignolofen auf 1950° erhitzt war den. . Bis etwa ÖÜO⁰ entweichen dünne,· weißliche Dämpfe von Oxychlo rid oder, im i'all.e unterlassener Zwischenerhitzung, von ITatrium Chlorid. Lann entwickelten sich erst oberhalb 1900°, und zwar ^offenbar unter dem reduzierenden Linfluß des he iß an Wasser stoffe,' dichtere Lämpfe längs d«s Stabes» Die bei einzelnen Versuchen bis auf 2100 C getriebene Erhitzung wurde daher in der Tolge bei 1950° abgebrochen. 'Lei keiner,der höchsttemperatüren zeigte sich jeweils ein Lrweickan der Prüfkörper« La in dem ver— wendeten Ofen ein Erhitzen in neutraler be zw. oxydierender Atmos phäre nicht möglich war, konnte die bchmelztemperatür nicht er -_s reicht werden. Lie langsam erkaltenden Prufstäbe bildeten eine har te, scharfkantig gebliebene ^asse von weißlich - grauer Färbung, deren Analyse die Zusammensetzung von chemisch rein,em 4 i£g O .' AlgO^ ergab. >

Liese kagnesiumaluminatmasse -4 Mg OvAi₂Oj entspricht allen'Anforderungen an ein hochfeueriestes Material.,für insbesondere che mische Leanspruehungen. bein Lrweichuhgspunkt liegt über 2000°, „ sein Schmelzpunkt also noch wesentlich höher« Lr behält bis zum

Schmelzen seinen basichen bezw. neutralen' Charakter und wird da— her weder von sauren noch insbesondere von basischen Schlacken.an -gegriffen« Auch die etwa aus basischem ßlaterial durch Xalk ausge -triebenen Alkalidämpfe bleiben ohne schädlichen Einflufi_e infolge seiner Disenireiheit. treten bei ihm au«h nicht die gefürchteten Betriebsstörungen' auf, ; die auf katalytischer Zersetzung des Kohlen. -oxyds durch Msen und dadurch hervorgerufener Strukturauflocke -rung und Zermürbung der Ofenausfütterung beruhen» Ihre dichte Struk tür und hohe hitzebeständigkeit machen die Aluminatmasse " '

-4 MgO * Al 2^^a^^s Baustoff auch für oberflächenbeanspruchte Bauteile wie Windformen_f Düsen und Iirenner₉ geeIgnet_s die' ohne, kost spielige Wasserkühlung betrieben werden sollen. Das neue hochfeuer > feste Material ermöglicht es auch.,·'die Öfen mit sehr* ho oh v'orge -/· wärmten 'Heizgasen, mit sauerstoffreicher Verbrennungsluft "oder sogar mit hocherhitztem reinen Sauerstoff zu speisen, um dadurch die Wärmewirtschaftlichkeit -zu·erhöhen« Die bisher verwendeten.kera mischen Ofenfutter iialten diese Beanspruchungen nur dann aus, wenn« durch intensive & as ε er kühlung die' freien Kano flächen unter die kritische Keaktionstemperatur heruntergekühlt werden«» Abgesehen von den hierdurch bedingten Detriebserschwerungen uua—störungen treten sehr hohe Väriafc\erlusle und damit erhöhter'Brennst off verbrauch auf _e

.· Bin wesentlicher wirtschaftlicher Vorteile besteht, darin, daß der neue Daustoff aus im Inlanae in reichlichem kaße vorhandenen Höhstoffen, nämlich den Kalisalz- bezw» Bauxit - Laugen, auf naß '-.' chemischeiii Wege hergestellt werden kann*. Ds entfällt daher, wie es" ζ .D· bei dem weiter oben erwähnten Verfahren α er xiehretoff Spinelle erforderlich ist, die.herstellung von festem Ausgangs '~ . material, das Z_eB_e aus den erwähnten'Laugen nur du^-rch unwirt schaftlieheii Vtäriiücäufwand gewinnbar sein würde _f Andererseits - ent -halten die Mutterlaugen- und .Waaohwässer nach Entf ernung des Liiagne_i siumalukinates beträchtliche Mengen von wiedergewinnbaren¹-Alkali -Salzen_e

'' DasJaeuartige.. Laterial -kommt für alle mit. hochfeuerfesten ■Materialien arbeitende Industrien in Betracht und ist ζ.B·. für Ausmauerungen von öfen aller Art, Schmelztiegel, ketorten. • Läufie In, Dochofenforaien^ Düsen, Brenner, iiaboratoriumsgeräte aller Art und für elektrotechnische Zwecke, z.B* Heizapparate -' . u. ä. und außerdem als Schmirgel oder Schleifmittel verwendbar·.

Claims (7)

Patentanspruches

1). verfahren zum Herstellen von hochfeuerfeßten Magnesiumalumi natmassenp ■ dadurch gekennzeichnet, daS wässerige Lösungen von Äg nesiumverbindungen und Aluainaten derart miteinander zur Hcaktion gelocht werden, daß MagnesiunalumlnatOaesen:. .^:a«sfallen* in .denen ' der MgO -· Oehalt größer, als ■ der Al₂O₅ - Gehalt .ist.

?). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch geJcennaeichnet, daß ale Ausgangsjoaterial einerseits magnesiumhaltige Laugen der Kali -salzIndustrie und andererseits aluminathaltige Bauxit- oder Tonaufber eitungßlaugen verwendet werden.

3) . Verfahren nach Anspruch 1 und 2, daSuroh gekennzeichnet,

daß die Heaktion insbesondere durch geeignete Mengeneinstellung · ■: ' se ^eleitat wird, daß eine ^agaesiumaluminatmasse der Zusammen -setzung 4 KgO V Al ₂C^₃ entsteht i- .^! .

4) · Verfahren nach Anspruch ¹I oüer folgenden, dadurch ge » kennzeichnet, daß das bei der Keaktion auefallende Produkt vor dem Scharfbrand einer Zwisohenerhitzung auf 300 - 400° unterworfen wird ,

• 5). Verfahren nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch ge -kennzeichnet', daß der Scharfbrand bei'Temperaturen um 1950° C durchgeführt wird.

6) . Hochfeuerfestee Material aus fcjagnesiumaluminat, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Siagnesiumaluminatmassen besteht, deren .

-MgU « Gehalt größer ist als der Al_gO₅ - Gehalt.

7) . Hochfeuerfestee Material nach Anspruch 6, dadurch gekenn -. ze lehnet, daß es aus Jciiagnes iumaluminatmassen der Zusammense t zung 4 Bgü . Al₀O- besteht.-

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