DEP0007930DA - Verfahren zum Herstellen feuerfester Aluminiumsilikate - Google Patents

Description

Feuerfeste Steine, die aus Sillimaniten, Cyaniten und ähnlichen Mineralien der Zusammensetzung Al(sub)2O(sub)3.SiO(sub)2 hergestellt wurden, haben bekanntlich eine weite höhere Feuerfestigkeit als Schamottesteine, deren Tonerdegehalt dem der als Grundstoff dafür benutzten Tone entspricht. Die Mineralien der Sillimanitgruppe sind jedoch nur an wenigen Stellen der Erde vorhanden; daher ist das Bemühen verständlich, Tonmassen zu einem Grundstoff feuerfester Steine umzuarbeiten, bei dem Aluminiumsilikate mit einem Tonerdegehalt vorliegen, wie er in den Mineralien der Sillimanitgruppe vorliegt, deren ausgezeichnete feuerfeste Eigenschaften auf die Bildung sogenannter Mullitkristalle (3 Al(sub)2O(sub)3.2 SiO(sub)2) zurückgeführt werden.

Die genannte Aufgabe, aus Tonmassen Aluminiumsilikate höheren Tonerdegehaltes herzustellen, hat man bereits in der Weise zu lösen versucht, daß man vorgeglühte und wieder abgekühlte Tone mit einer Alkalilösung behandelt, wodurch ein Teil der Kieselsäure entfernt wurde. Der Rückstand wurde gewaschen und gebrannt.

Die vorliegende Erfindung baut auf einem anderen an sich bekannten Verfahren zur Anreicherung der Tonerde in Tonmassen auf, der zur Darstellung von reiner Tonerde aus Tonen bei der Aluminiumherstellung verwendet wurde. Hierbei wurde der bereits geglühte und wieder abgekühlte Ton mit schwefliger Säure behandelt und dadurch die Tonerde gelöst, die auf diese Weise von der im festen Zustande verbleibenden Kieselsäure getrennt werden konnte.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun die mittels der

Säure gelöste Tonerde nach Abtrennung der festen Kieselsäure mit einer solchen Menge weiteren Tones gemischt, daß Tonerde und Kieselsäure im gewünschten Mischungsverhältnis vorliegen. Alsdann wird unter Entfernen der Säure die Tonerde zum Ausfällen gebracht. Da durch hinreichende Mischung der Tonerdelösung und des zugegebenen Tones eine völlig gleichmäßige Verteilung der Tonerde über die ganze Masse erreicht werden kann, so sind besonders günstige Vorbedingungen für die Bildung der gewünschten hochsäurefesten Silikate vorhanden, wenn die Mischung jetzt bei Temperaturen von beispielsweise 1400°C gebrannt wird.

Für die Auflösung der Tonerde kommt in erster Linie Salzsäure infrage, die nach der Gleichung reagiert:

Al(sub)2O(sub)3 + 6 HCl = Al(sub)2Cl(sub)6 + 3 H(sub)2O.

Eine Möglichkeit zur Entfernung der Salzsäure und damit zum Ausfällen des Aluminiumoxyds aus dem gebildeten Chlorid besteht darin, nach Zugabe des Tones die Mischung einzudampfen. In Anwesenheit von Wasserdampf zerfällt bei Temperaturen über 125° das Al(sub)2Cl(sub)6, die Salzsäure wird frei, und es bildet sich Al(sub)2 (OH)(sub)6. Beim Eindampfen entstehen erst die entsprechenden basischen Salze Al(OH)Cl(sub)2 und Al(OH)sub)2 Cl, ehe sich Aluminiumhydrat bildet. Die beim Erhitzen freiwerdende Salzsäure kann aufgefangen und erneut für den Prozeß benutzt werden. Durch Erhitzen des Gemenges auf höhere Temperaturen wird die Salzsäure restlos ausgetrieben und das Aluminiumhydrat in Aluminiumoxyd umgewandelt.

Das gebildete Aluminiumchlorid kann auch durch Zugabe einer Base, die das Chlor bindet, in Aluminiumhydrat Al(sub)2(OH)(sub)6 übergeführt werden. Als Base kommt vorwiegend Ammoniak infrage; das bei der Reaktion entstehende Ammoniumchlorid ist flüchtig und kann für sich gewonnen werden. Die Ausfällung kann auch durchgeführt werden, indem ammoniakhaltiges Gas, z.B. ungereinigtes Koksofengas, durch die Lösung von Aluminiumchlorid mit dem Aufgeschlämmten Ton bzw. Kaolin geleitet wird.

Die bei der Auflösung der Tonerde aus dem Ton gebildete Kieselsäure liegt in amorpher Form in feiner Verteilung vor und stellt einen wertvollen Rohstoff für die Bleicherdegewinnung dar. Das Ammoniumchlorid kann entweder zur erneuten Bildung von Salzsäure und Ammoniak benutzt oder aber als Salmiak abgegeben werden. In diesem Falle ist mit einem dauernden Verbrauch an Salzsäure und Ammoniak zu rechnen.

Je nach der Menge an Ton, die der von der Kieselsäure getrennten Lösung des Aluminiumchlorids zugegeben wird, kann ein beliebiges Mengenverhältnis von Tonerde und Kieselsäure in dem Erzeugnis hergestellt werden; man kann hierbei auf das Verhältnis Al(sub)2O(sub)3.SiO(sub)2 hinarbeiten, wie es in den Gesteinen der Sillimanitgruppe vorliegt, auf das Mullitverhältnis 3 Al(sub)2O(sub)3.2 SiO(sub)2 oder auf eine Mischung mit noch höherem Tonerdegehalt. Man kann dabei einen Teil des Tones bzw. Kaolins sogleich mit der Aluminiumchloridlösung vermengen und den Rest erst später zugeben. Es ist auch möglich, das Aluminiumhydrat als Schlamm mit dem Ton bzw. Kaolin zu mengen.

Die beim Austreiben der Lösungssäure gebildete Masse zeigt beim Brennen noch eine starke Schwindung, da das chemisch gebundene Wasser erst jetzt ausgetrieben wird. Es wird daher im allgemeinen unter besonderen Vorsichtsmaßnahmen möglich sein, durch einmaliges Brennen unmittelbar feuerfeste Gegenstände zu erzeugen. In der Regel wird man zunächst erst eine hochtonerdehaltige Schamotte gewinnen und diese nach Zerkleinerung auf feuerfeste Steine verarbeiten. Die noch ungebrannte Grundmasse stellt jedoch ein ausgezeichnetes Bindemittel für feuerfeste Gegenstände dar, die aus einer derartigen hochtonerdehaltigen Schamotte hergestellt werden.

1. Ausführungsbeispiel

Etwa 1 kg geschlämmter Schnaittenbacher Kaolin wurde 5 Stunden bei 700° im elektrischen Ofen geglüht, dann staubförmig zerkleinert und mit 5000 cm(exp)3 ca. 15 %iger Salzsäure mehrere Stunden bis zur vollständigen Lösung der Tonerde erhitzt. Die ungelöste Kieselsäure wurde von der Aluminiumchloridlösung getrennt und in dieser der Tonerdegehalt an einer kleinen Probe ermittelt. In die Lösung wurde dann soviel ungebrannter Kaolin aufgeschlämmt, daß das Mullitverhältnis (3 Al(sub)2O(sub)3.2 SiO(sub)2) vorlag. Durch Zugabe von Ammoniak bis zur Neutralisation wurde die in Lösung befindliche Tonerde ausgefällt. Der gebildete Schlamm wurde heiß filtriert und ausgewaschen. Nach dem Trocknen bei 120° wurde die gewonnene Masse zerkleinert und angefeuchtet, bis sich eine krümelig preßfähige Masse ergab. Die Formlinge wurden getrocknet und dem üblichen keramischen Brand bei 1500° C ausgesetzt. Bereits bei ca. 350°C sublimierte der restliche Teil des Ammoniumchlorids. Die bei dem Versuch ermittelte Druckerweichung ergab einen ta-Wert von 1640° und einen te-Wert über 1700°.

2. Ausführungsbeispiel

Herstellung und Weiterverarbeitung der Al(sub)2Cl(sub)6-Lösung wie bei Beispiel 1, jedoch wurde zur Lösung soviel ungebrannter Landwehrton zugegeben, daß das Verhältnis 1 Al(sub)2O(sub)3 1 SiO(sub)2 vorliegt. Bei dem Versuch ermittelter ta-Wert 1630°, te-Wert über 1700° C. Am Prüfkörper, der bei 1750° erhitzt worden war, konnte schon bei 25-facher Vergrößerung eine Fülle von Mullitkristallen wahrgenommen werden.

3. Ausführungsbeispiel

Herstellung der Al(sub)2 Cl(sub)6-Lösung wie bei Beispiel 1, jedoch wurde soviel ungebrannter Landwehrton zugeschlämmt, daß das Verhältnis 3 Al(sub)2O(sub)3 2 SiO(sub)2 erreicht wurde. Die Flüssigkeit wurde eingedampft. Gegen Ende des Eindampfens wurden bereits größere Mengen Salzsäure frei. Nach dem Trocknen wurde die Masse einem normalen keramischen Brand bei 1400° ausgesetzt. Am Anfang dieses Brandes wurde der Rest der Salzsäure frei und entwich unter starker Salzsäuredampfentwicklung, die bei etwa 1000° beendet war. Die Salzsäure kann natürlich aufgefangen werden.

Die so zu Schamotte gebrannte Masse wurde auf die übliche Korngröße zerkleinert, mit 10% künstlichen Mullits, der nach Verfahren 1 hergestellt ist, gemischt und nach üblichen Verfahren geformt. Die Formlinge wurden nach dem Trocknen bei 1500° gebrannt.

Claims (8)

1) Verfahren zur Herstellung von für feuerfeste Zwecke verwendbaren Aluminiumsilikaten hohen Tonerdegehaltes aus Ton bzw. Kaolinmassen, dadurch gekennzeichnet, daß diese bis zum Silikatzerfall geglüht, durch Zugabe einer Säure die Tonerde gelöst und nach Abscheiden der festen Kieselsäure Ton oder Kaolin in solcher Menge zur Lösung gemischt wird, daß Tonerde und Kieselsäure im gewünschten Mischungsverhältnis vorliegen, worauf unter Entfernung der Säure sich Tonerde bildet und die Mischung gebrannt wird.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tonerde bzw. Tonerdehydrat durch Zugabe einer Base ausgefällt werden und das sich bildende Salz vor dem Brennen der Mischung entfernt wird.

3) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung der Säure durch Erhitzen der Mischung erfolgt.

4) Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung der Tonerde mittels Salzsäure erfolgt.

5) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Base, die zum Ausfällen der Tonerde dient, Ammoniak verwendet wird.

6) Verfahren nach Anspruch 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausfällen der Tonerde ammoniakhaltiges Koksofengas durch die Mischung geleitet wird.

7) Verfahren nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das sich bildende Ammoniumchlorid durch Erhitzen bis zum Sublimieren aus der Mischung entfernt wird.

8) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ton bzw. Kaolin ganz oder teilweise erst nach dem Ausfällen durch eine Base zur Erzielung des gewünschten Verhältnisses zwischen Kieselsäure und Tonerde mit dem Tonerdehydratschlamm gemischt wird.