DE2425234A1 - Verfahren zur herstellung eines anorganischen stoffes fuer die druckverformung - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung eines anorganischen Stoffes für die Druckverformung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines für die Druckverformung geeigneten anorganischen Stoffes, der allein oder in Mischung mit weiteren anorganischen oder organischen Substanzen in eine unmittelbar verarbeitbare tasse für die Druckverformung in plastischer, halbtrockener oder trockener Konsistanz zur Herstellung geometrischer Körper überführt werden kann.
• Als Ausgangsmaterial für die vorliegende Erfindung dient der bei der Aluminiumoxid-Herstellung nach alkalischer Laugung aus dem Bayer- oder Sinterprozeß anfallende Rückstand - Rotschlamm genannt -, ein Abfallprodukt der Aluminiumindustrie.
• Die Druckverformung ist allgemein sowohl in der Kunststoffverformung als auch in der Pulvermetallurgie und der Keramik gebräuchlich. So ist bekannt, daß durch Zumischung von anorganischen Substanzen, z.B. Tonen, zum Rotschlamm unter ausschließlicher 5Zerwendung von Wasserzusatz eine plastische Druckverformung zu Ziegeln möglich ist (DP-OS 2 o6) 028N.
• Ebenfalls ist bekannt, daß ein Gemisch aus getrocknetem Rotschlamm und Bitumen unter entsprechender emperatureinwirkung zu Straßenbelägen druckverformt wird (Dr-PS 2 )o6 1451.
• Um eine gute halbtrockene bis trockene Druckverformung zu ermöglichen, ist die Herstellung eines Granulats erforderlich, das freifließend und in trockener Form möglichst nichtstaubende Eigenschaften sowie ein möglichst hohes Schüttgewicht aufweisen muß.
• Zur Erlangung eines halbtrockenen bis trockenen Granulats aus Rotschlamm allein oder unter homogener Zumischung von anorganischen Substanzen, z.B. Kalk, Flugasche (DT-PS 1 671 229); Tonen, oder/oder unter Zumischung organischer Substanzen, z.B. Thermoplaste, hat sich der Sprühturm als Trockenaggregat und Granulatbildner u.a. bewährt.
• Bei der Herstellung von Pulvergranulaten allgemein, welche unter Druckverformung zu geometrischen Körpern weiterverarbeitet werden -in der Keramik z.B. in trockener Konsistenz zu Bauelementen für die Hoch- und Niederspannung zur Sicherung und Isolierung (Staetit, Porzellan), ebenfalls zu Fliesen für die Wandverkleidung (Steingut), in plastischer Konsistenz zu Spaltplatten, Isolatorenteilen usw. -, gehört es u.a. zur Erzeugung dieses granulats zum Stand der technik, daß eine mit Verflüssigungs- bzw. Dispergiermittelzusatz versetzte wässrige Suspension aus miteinander homogenisierten Rohstoffen der Sprühtrocknung zugeführt wird.
• Die Suspension enthält nur geringe Anteile an Wasser (max. 40 %) und ist aufgrund des Verflüssigungs- bzw. Dispergiermittelzusatzes pumpfähig und läßt keine Feststoffe absetzen.
• Der geringere Wasseranteil bewirkt eine erhebliche Steigerung der Sprühgranulat-Leistung, eine Trockenkosten-Reduzierung und trägt damit zu einer wirtschaftlichen Nutzung dieser Trocknungsart bei.
• Außerdem wird damit das erforderliche hohe Schüttgewicht des Granulats erzielt. Das Granulat ist in der Korngröße, der Kornverteilung und in der Kornform durch bekannte Variationen in der Verfahrensweise am Sprühturm beeinflußbar.
• Die Anwendung dieser Erkenntnisse auf die Trocknung von Rotschlamm allein oder im Gemisch mit anorganischen und/oder organischen Substanzen zu übertragen, ist bisher nicht bekannt.
• Um Rotschlamm im filterfeuchten Zustand, der ca. 40 - 45 % Wasser enthält, in gut pumpfähiger Suspension und damit sprühfähig zu erhalten, mußte bisher Wasser zugesetzt werden, teils bis zu 20 .
• Um wenigstens einen Teil der hohen Trockenkosten einzusparen, stellten sich die Erfinder die Aufgabe, eine Dispersion von Rotschlamm allein oder im Gemisch mit anorganischen oder/und organischen Substanzen unter verringerter Wasserbedarfsmenge herzustellen, die sprühgetrocknet ein Granulat ergibt, welches unter produktionstechnischen Druckverformungsbedingungen zu geometrischen Körpern geformt werden kann.
• Rotschlamm läßt sich bekanntlich nur schwer mit geringen Wassermengen dispergieren. Als Ursache dieser mangelhaften Dispersionsmöglichkeit ist der wasserlösliche Alkaligehalt anzusehen, der nach der Laugung beim Bayer-oder Sinterprozeß allgemein zurückbleibt.
• Versuche zur Neutralisation dieser Alkalireste haben ergeben, daß die dann gebildeten Na-Salze in wässriger Lösung erneut dissozieren, der pH-Wert zwar gesenkt, die Verflüssigungswirkung jedoch nicht verbessert wurde.
• Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß zwar die bekannten Verflüssigungs- und Dispergiermittel (z.B. Na-aktiviertes Huminat bzw. Ammonium-Ligninsulfonat) eine leichte Dispersionsbildung des Rotschlamms begünstigen, daß die Dispergierbildung aber noch zusätzlich gefördert wird, wenn als weiterer Zusatzstoff Oxalsäure hinzugegeben wird. Die zu verwendende Menge liegt dabei zwischen 1 und 4 , bezogen auf trockenen Rotschlamm. Es wird eine freifließende, stabile über lange Zeit pumpfähige Suspension erhalten, deren Feststoffanteil auch nach längerem Stehen sich nicht absetzt.
• Die beigefügten Abbildungen zeigen die Viskositätserniedrigung des filterfeuchten Rotschlamms (45 % Feuchte) bei Zugabe von verschiedenen Stoffen.
• Hier ist die Viskosität (cP) in Abhängigkeit vom Wasserzusatz (Fig. 1!, vom Na-Huminatzusatz (Fig. 2), vom Ammonium Ligninsulfonat (Fig. 3) und vom Oxalsäurezusatz (Fig. 4) aufgetragen. Man erkennt die jeweilige Viskositätserniedrigung mit steigenden Zugaben, insbesondere ist der Effekt in Figur 4 hervorzuheben, der die niedrigsten Viskositätswerte gibt, wobei jeweils die optimalen Ausgangswerte zugrunde gelegt werden, einmal die günstigste Mischung mit Na-Humanit (aus Figur 2, Kurve A in Figur 4) und dann die günstigste Mischung mit Ammonium-Ligninsulfonat (aus Figur 3, Kurve B in Figur 4).
• Nachfolgende Beispiele geben das erfindungsgemäße Verfahren im einzelnen wieder.
• Der dabei verwendete filterfeuchte Rotschlamm (45 % Wassergehalt) enthält, bezogen auf Trockensubstanz: 18,3 % Je205, 28,5 % A1203, 13,7 ß SiO2, 10 % Na2O, davon 1,5 ffi in wasserlöslicher Form, 6,5 % TiO2 und ca. 1 ffi CaO. Dieser Rotschlamm weist thixotrope Fließeigenschaften auf.
• Beispiel 1 Werden 5 kg dieses filterfeuchten Rotschlamms mit Wasser versetzt, so wird bereits eine Viskositätserniedrigung erreicht.
• Tabelle 1 Wasserzusatz Wasserzusatz Wassergehalt Viskosität in g in % in ffi (cP) bei 18 UpM 0 0 45 10.000 22,5 10 49,5 5.000 45 20 54 3.000 67,5 30 58,5 2.000 Werden 5 kg dieses filterfeuchten Rotschlamms mit einem Natrium-Huminat versetzt, so stellt sich ein Viskositätsminimum mit einem Zusatz von ca. 3 % ein.
• Tabelle 2 Verfl.-mittel- Zusatz Wassergehalt Viskosität Zusatz in g in % in ffi (cP) bei 18 UpM 0 0 45 10.000 27,5 0,55 45 8.900 55 1,10 45 7.700 82,5 1,65 45 6.600 110 2,20 45 6.000 123,75 2,47 45 5.000 137,50 2,75 45 4.700 151,25 3,02 45 4.000 165 3,30 45 4.500 Beispiel 2 Werden 5 kg des gleichen filterfeuchten Rotschlamms mit einem Ammonium-Ligninsulfonat versetzt, so wird ebenfalls ein Minimum an Viskosität festgestellt bei einem Zusatz von 3,3 %.
• Tabelle 3 Verfl. -mittel Zusatz Wassergehalt Viskosität in g in ß in ffi (cP) bei 18 UpM 0 0 45 10.900 55 1,10 45 5.800 110 2,20 45 3.800 137,50 2,75 45 3.600 165 3,30 45 3.300 220 4,40 45 3.500 275 5,50 45 5.400 Wird erfindungsgemäß verfahren, indem dem filterfeuchten Rotschlamm 0,3 - 6 %, vorteilhaft 1,0 - 3,0 ffi Oxalsäure, bezogen auf die Rotschlamm-Trockensubstanz, zugemischt werden, so wird neben einer Gasentwicklung eine Wärmereaktipn, begleitet von einer gering dünnflüssig werdenden Konsistenz, beobachtet. Dieser Vorgang ist bei der Reaktion einer Lauge mit einer Säure zu Salz- und Wasserbildung bekannt. Die hierbei gebildete Wassermenge ist jedoch so gering, daß sie als Ursache der verflüssigenden Wirkung des Rotschlamms auszuschließen ist. Wird anschließend nachde-m das Entgasen abgeschlossen ist, der Suspension ein handelsübliches, vorzugsweise ein Na-aktiviertes Huminat oder Ammonium-Ligninsulfonat enthaltendes Verflüssigungsmittel bis max. 6 % zugemischt, so erhält man eine stabile pumpfähige, thixotropiefreie Suspension.
• Beispiel 3 5 kg filterfeuchter Rotschlamm (45 % Wassergehalt) werden mit 1,1 % = 55 g Oxalsäure, 96 - 100 % Reinheit, kristallin, vermischt. Nach wenigen Minuten wird die nach Beispiel 2 optimal ermittelte Menge Na-Huminat von 3 % = 150 g zugegeben. Bei 18 UpM beträgt die Viskosität 2.200 cP.
• Werden 5 kg des gleichen Rotschlamms in vorherbeschriebener Weise mit 1,65 % = 82,5 g Oxalsäure versetzt und nach einer Reaktionszeit von wenigen Minuten mit 3 ffi = 150 g Na-Huminat versetzt, so stellt sich eine Viskosität (18 UpM) von 1.900 cP ein.
• rabelle 4 Oxalsäure- Zusatz Na-Huminat- Wassergehalt Viskosizusatz zusatz tät in g in % in % in ß cP 0 0 3 45 4.000 100 55 1,1 3 45 2.200 55 82,5 1,65 3 45 1.900 47,5 Beispiel 4 5 kg filterfeuchter, 45 % Wasser enthaltender Rotschlamm werden zunächst mit 1,1 ffi = 55 g Oxalsäure, 96 - 100 Reinheit, kristallin, vermischt und nach wenigen Minuten 3,3 = 165 g Ammoniumligninsulfonat, entsprechend der optimal ermittelten Menge nach Beispiel 3 zugegeben.
• Es wird eine Viskosität (18 UpM) von 2.200 cP festgestellt.
• Bei einem erneuten Ansatz von 5 kg des gleichen Rotschlamms mit 1,65 ffi = 82,5 g Oxalsäure und einer anschließenden Zumischung von 3,3 % = 165 g Ammoniumligninsulfonat wird eine Viskosität (18 UpM) von 1.500 cP gemessen.
• 17abelle 5 Dicarbons.- Zusatz NH4-Lignin- Wasser- Viskosität zusatz sulfonat gehalt (18 UpM) in g in ffi in % in % cP 0 0 3,3 45 3.400 100 55 1,1 3,3 45 2.200 64 82,5 1,65 3,3 45 1.500 44 Beispiel 2 a) Ein ron-Rotschlamm-Gemisch, hergestellt aus filterfeuchtem Rotschlamm (45 ffi Wassergehalt 5,45 kg und einem Ton (20 % Wassergehalt, Analyse der getr. Substanzen in %: G.V. 6,5 - 7 ; SiO2 70,5 ; A1203 12 - 16; Fe203 4; CaO 0,5 - 1,5; K20 2,4 -2,6; Na20 0,2 - 0,3; TiO2 0,5 - 0,7);.2,5 kg der Mischung enthält 37 % Wasser.
• Zur Erstellung eines gut pumpfähigen Suspension wird wie folgt verfahren: 5,45 kg Rotschlamm werden mit 1,65 % = 90 g Oxalsäure (96 - 100 % Reinheit) kristallin, versetzt, mit einem schnellaufenden Rührwerk gemischt, anschließend werden 3 % = 163 g Na-Huminat (bzw. 3,3 % = 180 g Ammoniumligninsulfonat) zugesetzt und nach etwa 1 - 2 Minuten unter Rühren der auf 3 - 5 mm Schnitzel vorzerkleinerte Ton in etwa fünf Mengenanteilen von ca. 500 g zugesetzt.
• Die Viskosität dieser Mischung beträgt 1.150 cP, bei 18 UpM gemessen.
• b) Wird der gleiche Mengenanteil Rotschlamm und Ton ohne Jegliche Verwendung von Verflüssigungsmittel und unter ausschließlicher Verwendung von Wasser bis auf eine Viskosität von 1.150 cP (bei 18 UpM gemessen) gebracht, so wird ein Wassergehalt, gesamt, von 90 % benötigt.
• Diese Suspension setzt bereits in Ruhe gehalten nach 1 Stunde derart ab, daß sich am Gefäßboden eine feste Schicht Feststoff gebildet hat.
• Diese Erscheinung steht im krassen Gegensatz zur verflüssigten Suspension, die in Ruhe gehalten auch nach 2-tägigem Stehen nicht absetzt.
• c) Das sprühgetrocknete Granulat, aus der erfindungsgemäß behandelten Suspension hergestellt, weist im Gegensatz zu einer ausschließlich mit Wasser behandelten Suspension ein um ca. 70 % höheres Schüttgewicht auf. Außerdem wird die Leistung des Trockners um ca. 500 ffi gesteigert.
• Das erzeugte Granulat ist hochwertig, gut rieselfähig, im trockenen Zustand wenig staubend, gekennzeichnet durch ein hohes Schüttgewicht und unter Zusatz von Wasser wieder bis in die plastische Konsistenz rückführbar.
• Die nach der Sprühtrocknung im Granulat verbleibenden geringen Mengen Alkalidicarbonat beeinflussen den Vorgang der Druckverformung bis 300 kp/cm² nicht. Der gebildete Körper ist, unter ausschließlicher Verwendung von Rotschlamm in Verbindung mit organischen Substanzen, z.B. Kunststoffderivaten, trotz verbleibender Oxalatreste beständig.
• Der Körper unter Verwendung von Rotschlamm mit anorganischen Substanzen, der einer anschließenden pyrotechnischen Behandlung, d.h.
• einer Erhärtung oberhalb 100000, zugeleitet wird, erfährt durch diesen Brennvorgang trotz des Oxalats, das sich bekanntlich zusetzt, keine negative Beeinflussung.
• Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es also, den ausschließlich in sehr feuchter Konsistenz anfallenden Rotschlamm, wenn er in getrockneter oder angetrockneter Form eingesetzt werden muß, unter wirtschaftlich vertretbaren Aspekten auch in homogener Mischung mit anorganischen oder/und organischen Substanzen zu trocknen und einer nachfolgenden Druckverformung zuzuleiten. Damit öffnen sich für diesen in der Aluminiumoxid-Produktion in großen Mengen anfallenden Abfall stoff weitere wesentliche Anwendungsgebiete.

Claims (5)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e

   verfahren zur Herstellung eines für die Druckformung geeigneten anorganischen Stoffes, dadurch gekennzeichnet, daß durch Zufügen eines Viskositätserniedrigers neben den bekannten Verflüssigungsmitteln deren Viskosität noch weiter erniedrigt wird.
2. 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als anorganischer Stoff feuchter Rotschlamm verwendet wird.
3. 3) Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Viskositätserniedriger eine Dicarbonsäure verwendet wird.
4. 4) Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicarbonsäure vor den bekannten Verflüssigungsmitteln zugegeben wird.
5. 5) Verfahren nach Anspruchl bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicarbonsäure in Mengen von 1 - 4 % zugegeben wird.

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