EP3645190B1 - Verfahren zur herstellung einer formstoffmischung und eines formkörpers daraus in der giessereiindustrie sowie kit zur anwendung in diesem verfahren und anlage zur verwendung bei diesem verfahren - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer formstoffmischung und eines formkörpers daraus in der giessereiindustrie sowie kit zur anwendung in diesem verfahren und anlage zur verwendung bei diesem verfahren

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EP3645190B1
EP3645190B1 EP18735274.5A EP18735274A EP3645190B1 EP 3645190 B1 EP3645190 B1 EP 3645190B1 EP 18735274 A EP18735274 A EP 18735274A EP 3645190 B1 EP3645190 B1 EP 3645190B1
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EP
European Patent Office
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range
dispersion
solution
lithium
moulding
Prior art date
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EP18735274.5A
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French (fr)
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EP3645190C0 (de
EP3645190A1 (de
Inventor
Christian LUSTIG
Marcin BALDY
Edgar Müller
Lukas Mirko REINOLD
Sabrina Maria ANDERTEN
Maria SCHWEINEFUSS
René VARGOVIC
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Huettenes Albertus Chemische Werke GmbH
Original Assignee
Huettenes Albertus Chemische Werke GmbH
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Filing date
Publication date
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C1/00—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
    • B22C1/16—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents
    • B22C1/18—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of inorganic agents
    • B22C1/186—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of inorganic agents contaming ammonium or metal silicates, silica sols
    • B22C1/188—Alkali metal silicates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a molding material mixture or for producing a molding material mixture and a molded part therefrom, preferably a mold or core, for use in the foundry industry, wherein the molding material mixture comprises a molding base material and a solution or dispersion comprising lithium-containing water glass, comprising the steps (1) producing or providing a kit comprising at least as separate components: (K1) an aqueous solution or dispersion comprising water glass and (K2a) a first water glass-free solution or dispersion comprising lithium ions dissolved in water, and (K2b) a second water glass-free solution or dispersion comprising lithium ions dissolved in water at a lower concentration than in component (K2a), and then (2) producing a mixture of the molding base material with a portion of component (K1), a portion of component (K2a), and a portion of component (K2b).
  • the present invention further relates to a aforementioned kit, in particular for use in the method according to the invention.
  • the present invention also relates to a system for producing an intermediate solution or dispersion comprising lithium-containing water glass, for use in the production of a molding material mixture or for producing a molding material mixture and a molded body therefrom.
  • Molds essentially consist of molds or molds and cores, which, when assembled, represent the negative forms of the casting to be produced.
  • These cores and molds are molded parts and typically consist of a refractory molding material, such as quartz sand, and a suitable binder system that provides the mold with sufficient mechanical strength after removal from the molding tool.
  • the refractory molding material is preferably in a particulate and free-flowing form, so that (after being incorporated into a molding compound mixture) it can be poured into a suitable cavity and compacted there.
  • the binder creates a strong bond between the particles of the molding material, thus giving the mold the required mechanical stability.
  • Molds and the components they contain must meet various requirements. During the casting process itself, they must first possess sufficient strength and temperature resistance to accommodate the molten metal in the cavity formed by one or more molds. Once solidification begins, the mechanical stability of the casting is ensured by a solidified metal layer that forms along the walls of the mold.
  • the material of the mold is then intended to decompose under the influence of the heat emitted by the metal, losing its mechanical strength; that is, the cohesion between individual particles of the refractory material is lost.
  • the mold disintegrates back into fine particles of the mold material, which can be easily removed from the casting.
  • Both organic and inorganic binders can be used to produce molded parts, and their curing can be achieved through either cold or hot processes.
  • Cold processes are those carried out essentially without heating the mold used for core production, typically at room temperature or at a temperature caused by a reaction. Curing occurs, for example, by passing a gas through the molding material mixture to be cured, thereby triggering a chemical reaction.
  • hot processes the molding material mixture is heated to a sufficiently high temperature after shaping, for example, by the heated mold, to drive off the solvent contained in the binder and/or to initiate a chemical reaction that cures the binder.
  • Organic phenolic resin-based binders regardless of their composition, have the disadvantage of decomposing during casting, sometimes emitting significant amounts of pollutants such as benzene, toluene, and xylene. Furthermore, casting organic binders generally results in undesirable odor and fume emissions. In some systems, undesirable emissions even occur during the production and/or storage of the molds.
  • inorganic binders are increasingly preferred for use in the foundry industry; there is a high level of technical and economic interest in further improving the product properties of the foundry components produced in this way, especially molds and cores.
  • Inorganic binders have been known for a long time, especially those based on water glass.
  • Three different methods are available for curing water glass: (i) passing a gas, e.g., CO2 , air, or a combination of both; (ii) adding liquid or solid hardeners, e.g., certain esters; and (iii) thermal curing, e.g., in the so-called hot box process or by microwave treatment.
  • inorganic binder systems are often associated with other, typical disadvantages: Foundry castings made from inorganic binders often exhibit relatively low strength unless suitable, special measures are taken. This is particularly evident immediately after the core, mold, or casting is removed from the tooling. The strength at this point ("hot strength” or “instantaneous strength”) is especially important for the safe handling of the cores or molds during removal from the tooling. High “cold strength” (i.e., the strength after the core or mold has fully cured) is also important to ensure that the desired casting is produced with as few defects as possible.
  • binders that consist of a solution of a mixture of potassium silicate and/or sodium silicate with lithium silicate and are suitable, for example, as binders for foundry cores.
  • the document US 4,347,890 This describes a method for binding a particulate material.
  • the method includes mixing the particulate material with a solution containing lithium ions (according to Example 1, this is an aqueous solution of lithium silicate or lithium water glass), adding sodium silicate to this mixture, and finally shaping the mixture and curing it using microwave radiation.
  • WO 2006/024540A2 describes, among other things, a process for the production of casting molds, in which a proportion of a particulate metal oxide is added to a water glass-based binder.
  • liquid, inorganic binders containing lithium ions can become unstable too quickly, depending on the lithium ion concentration and storage conditions (particularly the storage temperature).
  • Such unstable binders for example, develop turbidity during storage over just a few days, such as through gel formation, and/or exhibit precipitation of solids, such as carbonates and/or silicates, thus becoming inhomogeneous or heterogeneous.
  • solids such as carbonates and/or silicates
  • a certain, elevated lithium ion content in inorganic binder systems based on water glass is therefore advantageous for achieving high stability, in particular a High storage stability is achieved for cores or molds in the foundry industry.
  • such binders with high lithium ion content exhibit comparatively poor storage stability.
  • Another object of the present invention was to provide an easy-to-use kit suitable for producing a liquid, lithium-containing, inorganic binder with a variably adjustable lithium ion concentration, wherein the binder should be stable under the individual storage conditions at least until its intended use.
  • An additional specific objective of the present invention was to provide a system, such as a production system, which enables the execution of the aforementioned process on an industrial manufacturing scale.
  • a preferred embodiment of the inventive method is wherein the molar modulus SiO 2 /M 2 O in component (K1) is larger than the molar modulus of the lithium-containing water glass in the molding material mixture to be produced.
  • the component (K1) is an aqueous solution or dispersion comprising water glass, wherein the SiO2 content is in the range of 20 to 34 wt.%, preferably in the range of 25 to 34 wt.%, based on the total mass of the solution or dispersion, and wherein the molar modulus SiO2 / M2O is greater than the molar modulus of the lithium-containing water glass in the molding compound mixture to be produced.
  • a preferred method according to the invention is as described above (in particular, a method according to the invention which is referred to as preferred in this text), wherein the aqueous solution or dispersion comprising water glass (K1) has a pH value in the range of 10.0 to 13.0, preferably in the range of 11.0 to 12.5.
  • a preferred method according to the invention is also as described above (in particular, a method according to the invention which is referred to as preferred in this text), wherein the first water glass-free solution or dispersion comprising lithium ions (K2a) dissolved in water has a pH value in the range of 8.0 to 14.0, preferably in the range of 11.5 to 13.5.
  • SiO 2 means the amount of substance in moles of silicon in the aqueous solution or dispersion, calculated according to the chemical formula SiO 2 , regardless of whether the silicon underlying this calculation is actually present as SiO 2 in the inventive method (or the inventive kit).
  • M means an alkali metal, selected from the group consisting of lithium, sodium and potassium.
  • M2O means the total amount of substance in moles of alkali metal in the aqueous solution or dispersion, calculated according to the molecular formula M2O .
  • Li2O accordingly means the amount of substance in moles of lithium, calculated according to the molecular formula Li2O .
  • component (K1) comprises an aqueous (water-containing) solution or dispersion comprising water glass.
  • water glass is understood to be alkali water glass known per se, which comprises glassy, i.e., amorphous, water-soluble sodium, potassium, and—in low concentrations that do not impair the stability, in particular the storage stability, of the water glass—lithium silicates, or aqueous solutions of the aforementioned sodium, potassium, and lithium silicates, solidified from a melt.
  • the mold base material (M1) is preferably a particulate refractory mold base material.
  • refractory refers, in accordance with standard technical understanding, to masses, materials, and minerals that can withstand, at least briefly, the temperature stress during casting or the solidification of a molten metal, such as aluminum.
  • Suitable mold base materials include, for example, quartz, zircon, or chromium ore sand, olivine, vermiculite, bauxite, chamotte, and artificial mold base materials.
  • the mold base material (M1) can be a mixture of several (preferably particulate, refractory) materials.
  • the molded body produced according to the above-described method according to the invention is preferably a molded body for use in the foundry industry, particularly preferably a mold or a core.
  • a particular advantage of the method according to the invention is The method is characterized by the possibility of using a binder system with a high or variably adjustable lithium ion content, required for the production of molded parts with high strength and high storage stability.
  • This binder system is not subject, or is subject to a much lesser extent, to the storage time limitations of known binders with a high (but generally unchangeable and/or not intended to be changed) lithium ion content.
  • molded parts can be produced that exhibit high strength and can be stored for extended periods, preferably from one day to two weeks, without losing their advantageous properties to a practically relevant degree.
  • the molded parts produced according to the inventive method can therefore be easily handled after their production and until use in a casting process without deforming or breaking, and/or can be stored for extended periods, thus enabling production for stock.
  • a particularly advantageous property of the molded parts produced according to the inventive method is their ability to retain their high strength and stability even at elevated humidity levels, resulting in high storage stability even in humid or warm climates.
  • the inventive method also offers advantages under changing weather conditions (seasons) in temperate climates.
  • component (K2a) comprises lithium ions dissolved in water. If component (K2a) is a solution, the lithium ions are part of the solution. If component (K2a) is a dispersion, the lithium ions are present at least predominantly and preferably completely in the continuous (liquid, aqueous) phase, preferably dissolved. In addition to lithium ions, component (K2a) preferably also comprises sodium ions and/or potassium ions as further alkali metal ions. Component (K2a) can comprise lithium ions and potassium ions, or lithium ions and sodium ions, or lithium ions, sodium ions, and potassium ions.
  • the maximum value of the total concentration of lithium, sodium, and potassium ions in component (K2a) depends, among other things, on the type and proportions of the alkali metal ions present. It is known to those skilled in the art how to adjust the required and/or preferred concentrations of alkali metal ions under the given or desired conditions.
  • a preferred method according to the invention is as described above (in particular, a method according to the invention which is referred to as preferred in this text), wherein the second water glass-free solution or dispersion comprising lithium ions dissolved in water (K2b) has a pH value in the range of 8.0 to 14.0, preferably in the range of 11.5 to 13.5.
  • K1 and/or (K2a) With regard to preferred pH values for the solutions or dispersions (K1) and/or (K2a), reference is made to the disclosure above.
  • component (K2b) comprises alkali metal ions dissolved in water, preferably lithium ions, sodium ions, and/or potassium ions.
  • Component (K2b) comprises lithium ions.
  • Component (K2b) can comprise only lithium ions as alkali metal ions.
  • Component (K2b) can also comprise lithium ions and sodium ions as alkali metal ions, or it can comprise lithium ions and potassium ions.
  • the concentration of lithium ions in component (K2b) is lower than in component (K2a) and is preferably in the range of 0.1 to 5.0 mol/L, particularly preferably in the range of 0.1 to 2.0 mol/L.
  • the total concentration of lithium, sodium, and potassium ions in component (K2b) differs from the total concentration of lithium, sodium, and potassium ions in component (K2a) by no more than 20%, preferably by no more than 10%
  • the kit components (K1), (K2a), and (K2b) are mixed together (in the absence or presence of the base material (M1))
  • the total concentration of lithium, sodium, and potassium ions in the resulting solution or dispersion (M2) is equal to or at least similar to the total concentration of lithium, sodium, and potassium ions in a solution or dispersion (M2) obtained solely by mixing the kit components (K1) and (K2a) together.
  • the lithium ion concentration of the resulting solution or dispersion (M2) is influenced, preferably reduced, compared to a solution or dispersion (M2) which was produced by mixing only the kit components (K1) and (K2a) with each other under otherwise identical conditions.
  • Kit component (K2b) can thus be used to easily and precisely reduce the lithium ion content in a solution or dispersion (M2) without affecting or altering the other properties of the resulting solution or dispersion (M2), such as its molar modulus SiO2 / M2O or its total alkali metal ion concentration, in a practically relevant way compared to adding a corresponding amount of kit component (K2a).
  • component (K2b) it can be ensured, even with a reduction in the amount of (K2a), that the binder (M2) to be produced has the same modulus and concentration as it did previously with a higher proportion of (K2a).
  • step (2) of the preferred method according to the invention described above a mixture of the mold base material (M1) is produced with a proportion of component (K1) as well as with a proportion of component (K2a) and with a proportion of component (K2b).
  • the mixture described above can be produced by first mixing a portion of component (K1) with the molding base material (M1) and then mixing this premix with a portion of component (K2a) and a portion of component (K2b) to form a molding material mixture, wherein the lithium ion content in the molding material mixture is preferably adjusted by selecting component (K2a) and component (K2b) in suitable amounts and lithium ion concentrations. Mixing the premix with a portion of component (K2a) and a portion of component (K2b) also forms the solution or dispersion (M2).
  • the mixture can also be prepared by first mixing the molding base material (M1) with a portion of component (K2a) and with a portion of component (K2b), and then mixing this premix with a portion of component (K1) to form a molding material mixture, wherein the lithium ion content in the molding material mixture is preferably adjusted by selecting component (K2a) and component (K2b) in suitable amounts and lithium ion concentrations. Mixing the premix with a portion of component (K1) also forms the solution or dispersion (M2).
  • the mixture is produced in step (2) of the inventive process by first combining a proportion of component (K1) with a proportion of component (K2a) and is mixed with a portion of component (K2b) to form a solution or dispersion (M2), wherein the lithium ion content in the solution or dispersion (M2) is preferably adjusted by selecting component (K2a) and component (K2b) in suitable amounts and lithium ion concentrations.
  • This separately prepared solution or dispersion (M2) is then mixed with the mold base material (M1).
  • the mixture is produced in step (2) of the process according to the invention by first mixing a portion of component (K2a) with a portion of component (K2b) to form a "premix (K2a) + (K2b)” and then mixing this "premix (K2a) + (K2b)" with a portion of component (K1) to form a solution or dispersion (M2), wherein the lithium ion content in the solution or dispersion (M2) is preferably adjusted by selecting component (K2a) and component (K2b) in suitable amounts and lithium ion concentrations.
  • step (2) a solution or dispersion (M2) is first formed in the absence of the mold base material by mixing the components of the kit used together and then a mixture of or a portion of the mold base material (M1) is formed with a portion or the total amount of the solution or dispersion (M2) obtained.
  • a solution or dispersion (M2) is first formed in the absence of the mold base material by mixing the components of the kit used together and then a mixture of or a portion of the mold base material (M1) is formed with a portion or the total amount of the solution or dispersion (M2) obtained.
  • the mixing of the components of the kit is carried out in a manner known per se, preferably with the aid of a stirrer or a mixing tube, preferably a static mixing tube.
  • premixing the kit components used is particularly advantageous because it allows a premixed solution or dispersion (M2) to be prepared and then stored for a certain period of time, preferably adapted (or adaptable) to the ambient conditions, so that precipitation (due to the precipitation of components from the solution or dispersion (M2)) and/or gel formation does not occur due to instabilities.
  • a premixed solution or dispersion (M2) can also be used to feed an automated or semi-automated production facility, so that the premixed solution or dispersion (M2) can be used directly in serial or predominantly serial industrial production.
  • a (premixed) solution or dispersion (M2) prepared as described above – depending on the concentration and storage conditions (e.g. temperature, stirring) – can be stored for up to several weeks, preferably up to 6 days, particularly preferably up to 3 days, without any quality defects being observed in the solution or dispersion (M2) (see below) or in the production of molded parts using the stored solution or dispersion (M2) or in castings produced using the molded parts made with the stored solution or dispersion (M2).
  • a particular advantage of the present invention is therefore that water glass-containing binders with a high lithium ion concentration can now be made available for manufacturing or production on demand and used quickly, thus solving the problem associated with the high perishability or poor (short) shelf life of such water glass-containing binders with a high lithium ion concentration.
  • the prepared (premixed) solution or dispersion (M2) is preferably stored in closed containers.
  • a method as described above in particular a method which is referred to above or below as preferred, preferably a method variant comprising premixing the kit components used
  • the solution or dispersion produced (M2) contains no visible precipitates or gel components before the mixture is formed with the mold base material (M1).
  • a method according to the invention as described above is also preferred (in particular a method which is referred to above or below as preferred, preferably a method variant comprising the premixing of the kit components used), wherein the mixing of the components of the kit used together to form the solution or dispersion (M2) takes place in a mixing device, wherein the mixing device is preferably a metering container or a mixing tube and preferably a mixing tube, particularly preferably a static mixing tube.
  • the mixing unit can be a separate, standalone unit operated alongside or independently of at least partially serial production of molded parts ("discontinuous operation"). Such discontinuous operation has the advantage that different batches of solutions or dispersions (M2) can be produced at any time, and their quality can be checked in each case.
  • the mixing unit can also be part of at least partially serial production of molded parts, for example, as part of a plant for at least partially serial production of molded parts ("continuous or semi-continuous operation"). Such continuous or semi-continuous operation is particularly suitable for the (industrially preferred) at least partially serial production of larger quantities of molded parts, for example, production for stock.
  • the mixing device can also be a storage container in which at least one of the components (K1), (K2a) and/or (K2b) is stored or kept for use in at least partially serial production of molded parts and into which at least one complementary component (K1), (K2a) and (K2b) is added as required.
  • the mixing device mentioned above is preferably a metering container or a mixing tube.
  • a static mixing tube is preferred.
  • a static mixing tube is a particularly preferred mixing device for use in the process according to the invention.
  • Static mixing tubes from Sulzer such as those of the "CompaX TM " or "SMX TM plus” type, are suitable for use in the process according to the invention.
  • Preferred dosing containers are selected from the group consisting of intermediate bulk containers (also referred to as IBCs or Schütz containers), drums, and canisters.
  • a preferred mixing device for the aforementioned continuous or semi-continuous operation is a mixing tube, preferably a static mixing tube.
  • a dosing container of the aforementioned type can also be used in continuous or semi-continuous operation.
  • a method according to the invention as described above is also preferred (in particular a method designated as preferred above or below, preferably a method variant comprising premixing the kit components used), wherein the proportion or total amount of the solution or dispersion formed (M2) is stored in the mixing device for a period of no more than 7 days, preferably no more than 3 days, and particularly preferably no more than 2 days, before the formation of a mixture with the or a proportion of the base material (M1).
  • This counteracts the formation of precipitates (by precipitation of components from the solution or dispersion (M2)) and/or gels.
  • the mixing device (mixing tube or dosing container) is part of at least partial serial production of molded parts
  • longer storage of the produced solution or dispersion (M2) such as storage for more than two days, preferably more than one day, is generally not intended. Instead, in these cases, shorter storage, preferably for no more than one day, is usually provided, so that at least partial serial production or such a production process is possible.
  • longer storage (preferably for the period defined above of no more than seven days) of the produced solution or dispersion (M2) may be preferred in cases where the mixing device also serves as a storage container for a produced solution or dispersion (M2) before mixing with the molding base material (M1).
  • Particularly preferred is a combination of a parameter from the group consisting of ambient temperature during the manufacture of the molded body and temperature during the storage of the molded body with a parameter from the group consisting of relative humidity during the manufacture of the molded body and relative humidity during the storage of the molded body.
  • Absolute humidity is determined – in accordance with the usual understanding of experts – from temperature and relative humidity. Higher absolute humidity is achieved, for example, when the temperature rises while the relative humidity remains constant, or when the relative humidity increases while the temperature remains constant.
  • Factors that make setting a comparatively higher concentration of lithium ions in the inventive process seem advantageous include, in particular, a higher absolute humidity during the production and/or storage of a molded body and/or a longer storage period of the molded body.
  • a higher or lower concentration of lithium ions in the solution or dispersion (M2) is preferably achieved.
  • a higher concentration of lithium ions can preferably be achieved by increasing the proportion of component (K2a) in the solution or dispersion (M2), for example, by increasing the proportion of component (K2a) added and/or by decreasing the proportion of component (K2b) added.
  • a method according to the invention as described above is also preferred, wherein a data acquisition device or data processing device is provided for setting, determining or estimating one or more parameters selected from the group consisting of ambient temperature during the manufacture of the molded part, relative humidity during the manufacture of the molded part, temperature during storage of the molded part, relative humidity during storage of the molded part, absolute humidity during the manufacture of the molded part, absolute humidity during storage of the molded part and storage duration of the molded part.
  • a control device is provided to control the proportions of components (K2a) and (K2b) to be used depending on the set, determined or estimated parameter(s), wherein a data connection for the transmission of parameter data is preferably established between the data acquisition device or the data processing device and the control device.
  • the aforementioned data acquisition or data processing device is preferably an instrument for recording climatic conditions or a data logger.
  • the aforementioned control device is preferably an automated mixing device.
  • This aforementioned embodiment of the method according to the invention has the advantage that the addition or dosage of the kit components can be carried out automatically or at least semi-automatically in an industrial manufacturing process, depending on the influencing parameters.
  • a method according to the invention is also preferred as described above (in particular a method which is referred to above or below as preferred), wherein, in the production of the molding material mixture, one or more components are additionally added which are selected from the group consisting of: (M3) Particulate amorphous silicon dioxide; barium sulfate; carbohydrates; phosphorus compounds; surfactants; boron oxides; metal oxides; lubricants, esters and release agents.
  • the particulate amorphous silicon dioxide (“ SiO2 ”) used is preferably particulate amorphous silicon dioxide of conventional purity, i.e., with typical impurities and minor components.
  • particulate amorphous silicon dioxide with a content of at least 85 wt%, particularly preferably at least 90 wt%, and most preferably at least 95 wt% silicon dioxide is used.
  • the term "particulate” refers to a solid powder (including dusts) or granules, which are preferably free-flowing and thus sieveable.
  • the particle-number-related d90 value of the particulate amorphous silicon dioxide is less than 100 ⁇ m, particularly preferably less than 45 ⁇ m.
  • 90% of the particles of the particulate, amorphous silicon dioxide contained in the molding compound mixture are preferably smaller than 100 ⁇ m, and more preferably smaller than 45 ⁇ m.
  • the d90 value is preferably determined by scanning electron microscopy.
  • Both synthetically produced and naturally occurring types of particulate, amorphous silicon dioxide can be used. The latter are, for example, described in the document DE 102007045649 While known, they are not preferred because they often contain significant crystalline components and are therefore classified as carcinogenic.
  • Synthetically produced particulate amorphous silicon dioxide is manufactured through a deliberately controlled chemical reaction. Examples include the flame hydrolysis of silicon tetrachloride and the reduction of quartz sand with coke in an electric arc furnace during the production of ferrosilicon and silicon.
  • the amorphous SiO2 produced by these two processes is also referred to as "pyrogenic SiO2 ".
  • Another example of synthetically produced particulate amorphous silicon dioxide is... silicon dioxide obtained by thermal decomposition of ZrSiO4 to ZrO2 and SiO2 and partial or substantially complete separation of the ZrO2, as described for example in document DE 102012020509
  • synthetically produced particulate amorphous SiO2 is used as or in component (M3) according to the inventive process, particularly pyrogenic particulate amorphous SiO2 and/or SiO2 from the thermal decomposition of ZrSiO4 .
  • Particulate amorphous silicon dioxide suitable for the purposes of the present invention is also specified, for example, in the documents DE 102004042535A1 , DE 102012020510A1 and DE 102012020511A1
  • the particulate, amorphous silicon dioxide is used in an amount in the range of 0.3 to 3.0 wt.%, based on the total weight (total mass) of the molding material mixture (sum of the weights or masses of the components (M1), (M2) and - if present - (M3) and optionally other components).
  • Barium sulfate can be synthetically produced or natural, i.e., in the form of minerals containing barium sulfate, such as barite or baryte.
  • Synthetically produced barium sulfate (also called “Blanc Fixe”) is produced, for example, by means of a precipitation reaction.
  • readily soluble barium compounds barium salts
  • the sparingly soluble barium sulfate is precipitated by adding readily soluble sulfate salts (such as sodium sulfate) or sulfuric acid.
  • the precipitated barium sulfate is filtered off, dried, and optionally ground.
  • Barium sulfate suitable for the purposes of the present invention is also specified, for example, in document [document number].
  • DE 102012104934 Preferably, the barium sulfate is used in an amount in the range of 0.02 to 5.0 wt.%, based on the total weight (total mass) of the molding compound mixture (sum of the weights or masses of the components (M1), (M2) and - if present - (M3) and optionally other components).
  • the carbohydrates that can be used as or in component (M3) in the process described above according to the invention are preferably selected from the group consisting of oligosaccharides and polysaccharides, and more preferably from the group consisting of cellulose, starch, and dextrin.
  • the carbohydrates mentioned can be used individually or in combination with one another.
  • Carbohydrates suitable for the purposes of the present invention are also specified, for example, in document [document number missing in original text].
  • the carbohydrate(s) are used in an amount in the range of 0.01 to 10.0% by weight, based on the total weight (the Total mass) of the molding compound mixture (sum of the weights or masses of the components (M1), (M2) and - if present - (M3) and possibly other components).
  • the phosphorus compounds that can be used as or in component (M3) in the above-described process according to the invention are preferably selected from the group consisting of organic phosphates and inorganic phosphates, and more preferably from the group consisting of inorganic alkali metal phosphates.
  • the aforementioned phosphorus compounds can be used individually or in combination with one another. Examples of suitable phosphorus compounds for the purposes of the present invention are also given in document [document number missing in original text].
  • the phosphorus compound(s) are used in an amount in the range of 0.05 to 1.0 wt.%, based on the total weight (total mass) of the molding compound mixture (sum of the weights or masses of the components (M1), (M2) and - if present - (M3) and optionally other components).
  • the surfactants that can be used as or in component (M3) in the above-described process according to the invention are preferably selected from the group consisting of anionic surfactants, nonionic surfactants, cationic surfactants, and amphoteric surfactants. These surfactants can be used individually or in combination with one another. Surfactants suitable for the purposes of the present invention are also specified, for example, in document [document number]. DE 102007051850 Preferably, the surfactant(s) are used in an amount in the range of 0.001 to 1.0 wt.%, based on the total weight (total mass) of the molding compound mixture (sum of the weights or masses of components (M1), (M2) and - if present - (M3) and optionally other components). The aforementioned surfactant(s) can also be used as a component of component (K1).
  • the oxide boron compounds that can be used as or in component (M3) in the process described above according to the invention are preferably selected from the group consisting of borates, boric acids, boric anhydrides, borosilicates, borophosphates, and borophosphosilicates, and particularly preferably from the group consisting of alkali and alkaline earth borates, wherein the oxide boron compound preferably does not contain any organic groups.
  • the aforementioned oxide boron compounds can be used individually or in combination with one another.
  • the oxide boron compounds are used in an amount in the range of 0.001 to 1.0 wt.%, based on the total weight (total mass) of the molding compound mixture (sum of the weights or masses of components (M1), (M2) and - if present - (M3) and optionally other components).
  • the aforementioned oxide boron compounds can also be used as a component of component (K1).
  • the metal oxides that can be used as or in component (M3) in the above-described process according to the invention preferably comprise particulate mixed metal oxides, preferably comprising oxides of aluminum and/or oxides of zirconium.
  • Preferred metal oxides include particulate aluminum oxide, preferably in the alpha phase, and/or particulate aluminum/silicon mixed oxide without a layered silicate structure.
  • the aforementioned metal oxides can be used individually or in combination with one another.
  • Metal oxides suitable for the purposes of the present invention are also specified, for example, in the documents DE 102012113074 and DE 102012113073
  • the metal oxide(s) are used in an amount in the range of 0.05 to 8.0 wt.%, based on the total weight (total mass) of the molding material mixture (sum of the weights or masses of the components (M1), (M2) and - if present - (M3) and optionally other components).
  • the lubricants that can be used as or in component (M3) in the above-described process according to the invention are preferably selected from graphite and/or molybdenum(IV) sulfide. These lubricants can be used individually or in combination with one another. Suitable lubricants for the purposes of the present invention are also specified, for example, in document [document number].
  • WO 2014/202042 Preferably, the lubricant(s) are used in an amount in the range of 0.01 to 0.2 wt.%, based on the total weight (total mass) of the molding compound mixture (sum of the weights or masses of the components (M1), (M2) and - if present - (M3) and optionally other components).
  • silanes that can be used as or in component (M3) in the process described above according to the invention are preferably selected from the group consisting of aminosilanes, epoxysilanes, mercaptosilanes, hydroxysilanes, and ureidosilanes.
  • the aforementioned silanes can also act as lubricants.
  • the silanes mentioned can be used individually or in combination with one another.
  • Silanes suitable for the purposes of the present invention are also specified, for example, in document [document number].
  • the silane(s) are used in an amount in the range of 0.1 to 2.0 wt.%, based on the total weight (total mass) of the molding compound mixture (sum of the weights or masses of the components (M1), (M2) and - if present - (M3) and optionally other components).
  • the release agents that can be used as or in component (M3) in the above-described process according to the invention are preferably selected from the group consisting of calcium stearate, fatty acid esters, waxes, natural resins, and alkyd resins.
  • the aforementioned release agents can be used individually or in combination with one another. Release agents suitable for the purposes of the present invention are also specified, for example, in document [document number missing in original text].
  • EP 1802409 Preferably, the release agent(s) are used in an amount in the range of 0.1 to 2.0 wt.%, based on the total weight (total mass) of the molding compound mixture (sum of the weights or masses of the components (M1), (M2) and - if present - (M3) and optionally other components).
  • esters (one or more) that can be used as or in component (M3) in the process described above according to the invention are preferably selected from the group consisting of the intramolecular or intermolecular reaction products of an alcohol and an acid, wherein the alcohol is selected from the group consisting of C1-C8 mono-alcohols, C1-C8 di-alcohols, preferably C2-C8 di-alcohols, and C1-C8 tri-alcohols, preferably C3-C8 tri-alcohols, preferably selected from the group consisting of ethylene glycol, 1,2-propanediol and glycerol, and wherein the acid is selected from the group consisting of organic C1-C8 mono-carboxylic acids, preferably organic C2-C8 mono-carboxylic acids, organic C2-C8 di-carboxylic acids, organic C2-C8 tri-carboxylic acids, preferably organic C3-C8 tri-carboxylic acids, and inorganic acids, preferably
  • esters can be used individually or in combination.
  • the ester(s) are used in an amount in the range of up to 0.4 wt.%, more preferably in an amount in the range of 0.01 wt.% to 0.4 wt.%, based on the total weight (total mass) of the molding compound mixture (sum of the weights or masses of components (M1), (M2), and – if present – (M3), and optionally other components).
  • the aforementioned one or more components (M3) – particulate amorphous silicon dioxide; barium sulfate; carbohydrates; phosphorus compounds; surfactants; boron oxides; metal oxides; lubricants, esters, and release agents – can be used individually or in combination.
  • the one or more components (M3) can, for example, be added individually or together, preferably together, to the mold base material (M1) and mixed with it.
  • the prepared (premixed) solution or dispersion (M2) can then be added to this premix of components (M1) and (M3) and mixed with it (preferably homogeneously).
  • the further components (K1), (K2a), and (K2b) can be added individually to the premix of components (M1) and (M3), and the resulting molding material mixture can then be mixed (preferably homogeneously).
  • Water-soluble components (M3) preferably the aforementioned surfactant compounds and/or oxidic boron compounds, can be added to component (K1) individually or together, or be a component of component (K1).
  • first water glass-free solution or dispersion (K2a) and optionally the second water glass-free solution or dispersion (K2b) each comprise lithium hydroxide dissolved in water.
  • the first water-glass-free solution or dispersion comprises lithium ions dissolved in water (K2a) or lithium hydroxide dissolved in water.
  • the second water-glass-free solution or dispersion comprises lithium hydroxide dissolved in water.
  • Lithium hydroxide, in particular lithium hydroxide monohydrate exhibits a water solubility suitable for the purposes of the present invention.
  • solutions or dispersions (K2a) or (K2b) with excellent storage stability can be produced using lithium hydroxide, in particular lithium hydroxide monohydrate, for the purposes of the present invention. Therefore, lithium hydroxide, and especially lithium hydroxide monohydrate, is preferably used to produce lithium-ion-containing components (K2a) or (K2b).
  • kit according to the invention described above is suitable and intended for use in the method described above according to the invention.
  • the system according to the invention comprises a mixing device (Z3), and preferably at least the first and the second storage tank are each connected to the mixing device (Z3) by one or more lines (Z4).
  • the system according to the invention is a system for producing an intermediate solution or dispersion comprising lithium-containing water glass (with reference to the process according to the invention, this intermediate solution or dispersion is designated as (M2)) for use in the production of a molding material mixture or for producing a molding material mixture and a molded body therefrom.
  • the invention also includes a system described above which does not require a mixing device and in which the components (K1), (K2a) and (K2b) are fed directly into the mold base material (M1) and are only mixed there with each other and with the mold base material (M1).
  • the mixing unit (Z3) can simultaneously be a storage tank ((Z1), (Z2) or (Z5), see below).
  • the contents of the storage tank(s) can be pumped to the mixing unit by means of one or more pumps.
  • kit according to the invention described above is suitable and intended for use in the plant described above or below.
  • Example 1b Determination of the pH value in components (K1), (K2a) and (K2b)
  • Preferred components (K1), (K2a) and (K2b) were prepared using a known method. The pH values of the preferred components were then determined using a known method. The results are given below in Table 1b: ⁇ u>Table ⁇ /u> 1b: pH values of preferred components (K1), (K2a) and (K2b) ingredient Component (K1) Component (K2a) Component (K2b) PH value: 11.6 12.0 13.5
  • Exemplary solutions or dispersions (M2) comprising lithium-containing water glass are prepared by mixing components (K1), (K2a) and, according to the inventive method, (K2b) together in a manner known per se.
  • the components specified in Example 1 are used in each case.
  • the respective proportion of component (K1) is placed first, and the respective proportion of components (K2a) and, optionally, (K2b) are added.
  • the resulting solutions or dispersions (M2) are homogenized by shaking or stirring. The results are given in Table 2.
  • Molding material mixtures (EF1 to EF3) were produced from the components listed in Table 4 according to the inventive method, as well as a comparative molding material mixture (VF1) according to a conventional, non-inventive method, in accordance with the operating procedure given below. All quantities in Table 4 are given in parts by weight.
  • the components of the molding compound mixture were mixed in a laboratory paddle mixer (Multiserw). First, the quartz sand was added, followed by the powdered additive. Then, the premixed binder (see Table 3) was added. The mixture was then stirred for a total of two minutes. The resulting molding compound mixtures were then used for the subsequent tests.
  • molded bodies (test specimens, i.e., standard bending bars with dimensions 22.4 mm x 22.4 mm x 165 mm) were produced using a heated molding tool for the production of bending bars (as specified in leaflet M11 of the Association of German Foundry Experts from March 1974), which were used for the following tests:
  • the molding material mixtures were introduced into the mold (core temperature 180 °C) using compressed air (4 bar).
  • the shot time was 3 s, followed by a curing time of 30 s (retarding time 3 s).
  • hot air (2 bar gas pressure, 180 °C gas and gas hose temperature) was passed through the mold during the 30 s curing time.
  • the manufactured test specimens represent shaped bodies and, as is common in the relevant field, serve as models for shaped bodies such as molds or cores that can be used in the foundry industry.
  • test specimens are characterized in Table 5 (see column “Test") by the molding material mixtures used for their production (see Example 3 and Table 3).
  • test specimens were stored in a climate chamber and the time until breakage was observed.
  • the respective times in hours are given in Table 5 as the mean of 3 measurements.
  • test specimens were stored in a climate chamber for specific durations (see Table 5). The flexural strengths were then measured immediately after removal from the climate chamber.
  • test specimens produced in Example 4 were placed in a Georg Fischer strength testing machine equipped with a 3-point bending device (Multiserw company), and the force that caused the test specimens to break was measured.
  • the flexural strengths were measured after the time intervals specified in Table 5.
  • the molded parts (test specimens) are characterized in Table 5 (see column “Test") by the molding material mixtures used for their production (see Example 3 and Table 4).
  • test specimens were weighed one hour after removal from the mold and then stored in a climate chamber for a specific period (see Table 5). Immediately after removal from the climate chamber, the test specimens were weighed again. The resulting weight (or mass) differences, expressed as a percentage, are shown in Table 5 as the mean of three measurements.
  • the measured values in Table 5 show that the molded specimens (test specimens EF1, EF2, and EF3) produced according to a method according to the invention using lithium-containing water glass exhibit better storage stability than a comparison test specimen (VF1) produced according to a non-inventive method (without lithium). Molded specimens produced according to the invention showed better storage life (see Table 5, column “Time to component failure”), higher residual strength after storage (see Table 5, column “Residual strength at 35 °C”), and lower water absorption (see Table 5, column "Water absorption”) than a comparison molded specimen produced according to a non-inventive method.
  • Table 5 shows that with increasing lithium ion content of the solutions or dispersions (M2) in the specified range, which were used to produce the molded parts, the observed properties of storage stability (higher), residual strength (higher) and water absorption (lower) of the molded parts improved. Higher water absorption by the molded part generally increases the risk of gas development during the casting process and thus a reduction in the quality of the casting due to the inclusion of gas bubbles.
  • a correspondingly flexibly adjustable lithium ion concentration in a solution or dispersion (M2) to be produced is advantageous, because this allows the desired properties of molded parts, in particular the desired storage properties of molded parts bound with binders, to be specifically controlled or adjusted: If, for example, the relevant climatic conditions do not require it, i.e., if less demanding relevant climatic conditions prevail, particularly lower humidity, the lithium ion content in the solution or dispersion (M2) can be reduced, resulting in cost savings. These cost savings have become even more significant recently because lithium compounds have become considerably more expensive, primarily due to increased demand in the battery industry.
  • solutions or dispersions (M2) produced according to the inventive method can be stored under the test conditions for at least three days without causing any practically relevant impairment of quality.
  • manufactured solutions or dispersions (M2) with a favorable (high) lithium content can therefore be premixed and stored for short-term and, at most, medium-term storage and used in industrial practice.
  • homogeneous (e.g., premixed) solutions or dispersions (M2) with a favorable (high) lithium content are not suitable for the aforementioned reasons.
  • such solutions or dispersions (M2) with an advantageous (high) lithium content should therefore only be mixed in the short or medium term before actual industrial use by mixing separately stored components (K1), (K2a) and (K2b) with each other, or with a molding base material to form a molding material mixture.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Formstoffmischung oder zur Herstellung einer Formstoffmischung und eines Formkörpers daraus, vorzugsweise einer Gießform oder eines Kerns, für die Verwendung in der Gießereiindustrie, wobei die Formstoffmischung einen Formgrundstoff und eine Lösung oder Dispersion umfassend lithiumhaltiges Wasserglas umfasst, mit den Schritten (1) Herstellen oder Bereitstellen eines Kits zumindest umfassend als separate Komponenten: (K1) eine wässrige Lösung oder Dispersion umfassend Wasserglas und (K2a) eine erste wasserglasfreie Lösung oder Dispersion umfassend in Wasser gelöste Lithiumionen sowie (K2b) eine zweite wasserglasfreie Lösung oder Dispersion, umfassend in Wasser gelöste Lithiumionen in einer niedrigeren Konzentration als in Komponente (K2a), und danach (2) Herstellen einer Mischung des Formgrundstoffs mit einem Anteil der Komponente (K1) und mit einem Anteil der Komponente (K2a) sowie mit einem Anteil der Komponente (K2b). Weiter betrifft die vorliegende Erfindung ein vorgenanntes Kit, insbesondere zur Anwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren. Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Anlage zur Herstellung einer intermediären Lösung oder Dispersion umfassend lithiumhaltiges Wasserglas, zur Verwendung bei der Herstellung einer Formstoffmischung oder zur Herstellung einer Formstoffmischung und eines Formkörpers daraus. Gießformen setzen sich im Wesentlichen aus Formen oder Formen und Kernen zusammen, welche nach dem Zusammensetzen die Negativformen des herzustellenden Gussstücks darstellen. Diese Kerne und Formen sind Formkörper und bestehen regelmäßig aus einem feuerfesten Formgrundstoff, beispielsweise Quarzsand, und einem geeigneten Bindemittelsystem, das der Gießform nach der Entnahme aus dem Formwerkzeug eine ausreichende mechanische Festigkeit verleiht. Der feuerfeste Formgrundstoff liegt bevorzugt partikulär und in einer rieselfähigen Form vor, so dass er (nach Einarbeitung in eine Formstoffmischung) in eine geeignete Hohlform eingefüllt und dort verdichtet werden kann. Durch das Bindemittel wird ein fester Zusammenhalt zwischen den Partikeln des Formgrundstoffs erzeugt, so dass die Gießform die erforderliche mechanische Stabilität erhält.
  • Gießformen und die darin enthaltenen Formkörper (Formen und ggf. Kerne) müssen verschiedene Anforderungen erfüllen. Beim Gießvorgang selbst müssen sie zunächst eine ausreichende Festigkeit und Temperaturbeständigkeit aufweisen, um das flüssige Metall in den aus einem oder mehreren Gieß(teil)formen gebildeten Hohlraum aufnehmen zu können. Nach Beginn des Erstarrungsvorgangs wird die mechanische Stabilität des Gussstücks dann durch eine erstarrte Metallschicht gewährleistet, die sich entlang der Wände der Gießform ausbildet.
  • Das Material der Gießform soll sich dann unter dem Einfluss der vom Metall abgegebenen Hitze so zersetzen, dass es seine mechanische Festigkeit verliert, also der Zusammenhalt zwischen einzelnen Partikeln des feuerfesten Materials entfällt. Im Idealfall zerfällt die Gießform wieder zu feinen Partikeln des Formgrundstoffs, die sich mühelos vom Gussstück entfernen lassen.
  • Zur Herstellung von Formkörpern können sowohl organische als auch anorganische Bindemittel eingesetzt werden, deren Aushärtung jeweils durch kalte oder heiße Verfahren erfolgen kann. Als kalte Verfahren bezeichnet man dabei solche Verfahren, welche im Wesentlichen ohne Erhitzen des zur Kernherstellung verwendeten Formwerkzeugs durchgeführt werden, i.d.R. bei Raumtemperatur oder bei einer durch eine etwaige Reaktion verursachten Temperatur. Die Aushärtung erfolgt beispielsweise dadurch, dass ein Gas durch die zu härtende Formstoffmischung geleitet wird und dabei eine chemische Reaktion auslöst. Bei heißen Verfahren wird die Formstoffmischung nach der Formgebung z.B. durch das erwärmte Formwerkzeug auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt, um das im Bindemittel enthaltene Lösemittel auszutreiben und/oder um eine chemische Reaktion zu initiieren, durch welche das Bindemittel ausgehärtet wird.
  • Organische Bindemittel auf Phenolharzbasis besitzen unabhängig von ihrer Zusammensetzung jedoch den Nachteil, dass sie sich beim Abguss zersetzen und dabei z.T. erhebliche Mengen an Schadstoffen wie z.B. Benzol, Toluol und Xylol emittieren. Außerdem führt der Abguss organischer Bindemittel in aller Regel zu unerwünschten Geruchs- und Qualmemissionen. Bei einigen Systemen treten unerwünschte Emissionen sogar schon bei der Herstellung und/oder der Lagerung der Gießformen auf.
  • Aus diesem Grund werden anorganische Bindemittel für den Einsatz in der Gießereiindustrie zunehmend präferiert; es besteht ein hohes technisches und wirtschaftliches Interesse, die Produkteigenschaften der so hergestellten Gießereiformkörper, vor allem Formen und Kerne, weiter zu verbessern.
  • Anorganische Bindemittel sind seit langem bekannt, insbesondere solche auf der Basis von Wassergläsern. Zur Aushärtung der Wassergläser stehen insbesondere drei verschiedene Verfahren zur Verfügung: (i) Durchleiten eines Gases, z.B. CO2, Luft oder eine Kombination aus beiden; (ii) Zugabe von flüssigen oder festen Härtern, z.B. bestimmte Ester, und (iii) thermische Aushärtung, z.B. im sogenannten Hot Box-Verfahren oder durch Mikrowellen-Behandlung.
  • Die Verwendung von anorganischen Bindersystemen ist jedoch häufig mit anderen, typischen Nachteilen verbunden:
    So weisen aus anorganischen Bindemitteln hergestellte Gießereiformkörper relativ häufig geringe Festigkeiten auf, wenn nicht geeignete, besondere Maßnahmen getroffen werden. Dies tritt besonders deutlich unmittelbar nach der Entnahme des Kerns oder der Gießform bzw. des Formkörpers aus dem Werkzeug zutage. Die Festigkeiten zu diesem Zeitpunkt ("Heißfestigkeit" oder "Sofortfestigkeit") sind besonders wichtig für die sichere Handhabung der Kerne oder Formen bei der Entnahme aus dem Werkzeug. Auch eine hohe sogenannte "Kaltfestigkeit" (d.h. die Festigkeit nach vollständiger Aushärtung des Kerns oder der Gießform) ist wichtig, damit das gewünschte Gussstück möglichst ohne Gussfehler hergestellt werden kann.
  • Das Dokument DE-OS 2652421 beschreibt Bindemittel, die aus einer Lösung einer Mischung von Kaliumsilikat und/oder Natriumsilikat mit Lithiumsilikat bestehen und z.B. als Bindemittel für Gießereikerne geeignet sind.
  • Das Dokument US 4,347,890 beschreibt ein Verfahren zum Binden eines partikelförmigen Materials. Das Verfahren umfasst das Mischen des partikelförmigen Materials mit einer Lösung enthaltend Lithiumionen (nach Beispiel 1 ist dies eine wässrige Lösung von Lithiumsilikat bzw. Lithiumwasserglas), das Hinzumischen von Natriumsilikat zu dieser Mischung und schließlich das Formen der Mischung und Aushärten mittels Mikrowellenstrahlung.
  • Das Dokument WO 2006/024540A2 beschreibt u.a. ein Verfahren für die Herstellung von Gießformen, wobei einem auf Wasserglas basierenden Bindemittel ein Anteil eines teilchenförmigen Metalloxids zugesetzt wird.
  • Das Dokument WO 2014/202042A1 beschreibt lithiumhaltige Formstoffmischungen auf der Basis eines anorganischen Bindemittels zur Herstellung von Formen und Kernen für den Metallguss. Dort wird z.B. beschrieben, dass durch definierte Zugabe von lithiumhaltigen Verbindungen zu anorganischen Bindemitteln auf der Basis von Wasserglas die Lagerstabilität von mit solchen Bindemitteln hergestellten Kernen oder Gießformen verbessert werden kann. Gleichzeitig sollen die besagten Kerne oder Gießformen ein hohes Festigkeitsniveau aufweisen.
  • In der industriellen Praxis hat sich gezeigt, dass flüssige, anorganische Bindemittel mit einem Anteil an Lithiumionen, insbesondere solche auf der Basis von Wasserglas, in Abhängigkeit von der darin enthaltenen Lithiumionen-Konzentration sowie den Lagerbedingungen (insbesondere der Lagertemperatur) zu schnell instabil werden können. Solche instabilen Bindemittel bilden beispielsweise bereits im Verlauf der Lagerung über einige Tage Trübungen aus, beispielsweise durch Bildung von Gelen, und/oder zeigen einen Ausfall von Feststoffen, etwa von Carbonaten und/oder Silikaten, werden also inhomogen bzw. heterogen. Es hat sich ebenfalls gezeigt, dass solche Trübungen in bzw. Feststoffausfälle aus flüssigen, lithiumhaltigen, anorganischen Bindemitteln nachteilig bei der Verarbeitung dieser Bindemittel sind und insbesondere Probleme in Pumpen, Filtern und/oder Dosiereinheiten verursachen können, oder auch Probleme bei der Weiterverarbeitung. Ein hoher Gehalt an Lithiumionen sowie erhöhte Temperaturen begünstigen demnach die nachteilige Neigung dieser flüssigen Bindemittel zur Instabilität.
  • Ein gewisser, erhöhter Lithiumionen-Gehalt in anorganischen Bindemittelsystemen auf der Basis von Wasserglas ist demnach vorteilhaft, um eine hohe Stabilität, insbesondere eine hohe Lagerstabilität, von Kernen oder Formen in der Geißereiindustrie zu erzielen. Andererseits weisen aber solche vorgenannten Bindemittel mit hohen Lithiumionen-Gehalten vergleichsweise schlechte Lagerbeständigkeiten auf.
  • Es war daher eine primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Formstoffmischung oder zur Herstellung einer Formstoffmischung und eines Formkörpers (wie eine Form oder einen Kern), insbesondere eines lagerstabilen Formkörpers, für die Gießereiindustrie bereitzustellen, welches den Einsatz eines anorganischen Bindemittels, vor allem Wasserglas, mit einer variabel einstellbaren - auch hohen - Konzentration an Lithiumionen in Abhängigkeit von externen Parametern erlaubt und dabei die vorstehend genannten Nachteile des Standes der Technik lindert oder vermeidet.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein einfach zu handhabendes Kit bereitzustellen, welches zur Herstellung eines flüssigen, lithiumhaltigen, anorganischen Bindemittels mit variabel einstellbarer Lithiumionen-Konzentration geeignet ist, wobei das Bindemittel unter den individuellen Lagerbedingungen jedenfalls bis zu seinem bestimmungsgemäßen Einsatz stabil sein sollte.
  • Eine zusätzliche spezifische Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, eine Anlage, wie eine Produktionsanlage, zur Verfügung zu stellen, welche die Ausführung des vorgenannten Verfahrens auch im industriellen Fertigungsmaßstab ermöglicht.
  • Die Erfindung sowie erfindungsgemäß bevorzugte Kombinationen bevorzugter Parameter, Eigenschaften und/oder Bestandteile der vorliegenden Erfindung werden in den beigefügten Ansprüchen definiert. Bevorzugte Aspekte der vorliegenden Erfindung werden auch in der nachfolgenden Beschreibung sowie in den Beispielen angegeben bzw. definiert.
  • Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass die primäre Aufgabe sowie weitere Aufgaben und/oder Teilaufgaben der vorliegenden Erfindung gelöst werden durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Formstoffmischung wie in Anspruch 1 definiert.
  • Bevorzugt ist dabei die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei in der Komponente (K1) der molare Modul SiO2/M2O größer ist als der molare Modul des lithiumhaltigen Wasserglases in der herzustellenden Formstoffmischung.
  • Besonders bevorzugt ist die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die Komponente (K1) als eine wässrige Lösung oder Dispersion umfassend Wasserglas vorliegt, wobei der Gehalt an SiO2 im Bereich von 20 bis 34 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 25 bis 34 Gew.-% liegt, bezogen auf die Gesamtmasse der Lösung bzw. Dispersion, und wobei der molare Modul SiO2/M2O größer ist als der molare Modul des lithiumhaltigen Wasserglases in der herzustellenden Formstoffmischung.
  • Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren wie vorstehend beschrieben (insbesondere ein erfindungsgemäßes Verfahren, das in diesem Text als bevorzugt bezeichnet ist), worin die wässrige Lösung oder Dispersion umfassend Wasserglas (K1) einen pH-Wert im Bereich von 10,0 bis 13,0, vorzugsweise im Bereich von 11,0 bis 12,5, aufweist. Bevorzugt ist gleichzeitig ein erfindungsgemäßes Verfahren wie vorstehend beschrieben (insbesondere ein erfindungsgemäßes Verfahren, das in diesem Text als bevorzugt bezeichnet ist), worin die erste wasserglasfreie Lösung oder Dispersion umfassend in Wasser gelöste Lithiumionen (K2a) einen pH-Wert im Bereich von 8,0 bis 14,0, vorzugsweise im Bereich von 11,5 bis 13,5, aufweist.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung haben die folgenden Bezeichnungen jeweils die nachfolgend angegebenen Bedeutungen:
    "SiO2" bedeutet die Stoffmenge in Mol an Silizium in der wässrigen Lösung bzw. Dispersion, berechnet nach der Summenformel SiO2, unabhängig davon, ob das dieser Berechnung zu Grunde liegende Silizium in dem erfindungsgemäßen Verfahren (bzw. dem erfindungsgemäßen Kit) tatsächlich als SiO2 vorliegt.
  • "M" bedeutet ein Alkalimetall, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lithium, Natrium und Kalium.
  • "M2O" bedeutet die Gesamt-Stoffmenge in Mol an Alkalimetall in der wässrigen Lösung bzw. Dispersion, berechnet nach der Summenformel M2O. "Li2O" bedeutet demgemäß die Stoffmenge in Mol an Lithium, berechnet nach der Summenformel Li2O. Diese Berechnungsangaben sind jeweils unabhängig davon, ob die der Berechnung zu Grunde liegenden Alkalimetalle in dem erfindungsgemäßen Verfahren (bzw. dem erfindungsgemäßen Kit) tatsächlich in der Form "M2O" vorliegen.
  • In dem vorstehend angegebenen erfindungsgemäßen Verfahren umfasst die Komponente (K1) eine wässrige (Wasser enthaltende) Lösung oder Dispersion umfassend Wasserglas. Unter Wasserglas wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung an sich bekanntes Alkaliwasserglas verstanden, welches aus einer Schmelze erstarrte, glasartige, also amorphe, wasserlösliche Natrium-, Kalium- und - in geringen Konzentrationen, welche die Stabilität, insbesondere die Lagerstabilität, des Wasserglases nicht beeinträchtigen - Lithiumsilikate oder jeweils wässrige Lösungen der vorgenannten Natrium-, Kalium- und Lithiumsilikate umfasst.
  • Der Formgrundstoff (M1) ist bevorzugt ein partikulärer feuerfester Formgrundstoff. Als "feuerfest" werden im vorliegenden Text im Einklang mit dem üblichen fachmännischen Verständnis Massen, Werkstoffe und Mineralien bezeichnet, die zumindest kurzzeitig der Temperaturbelastung beim Abguss bzw. bei der Erstarrung einer Metallschmelze, beispielsweise Aluminium, widerstehen können. Als Formgrundstoff geeignet sind beispielsweise Quarz-, Zirkon oder Chromerzsand, Olivin, Vermiculit, Bauxit, Schamotte sowie künstliche Formgrundstoffe. Der Formgrundstoff (M1) kann eine Mischung mehrerer (vorzugsweise partikulärer, feuerfester) Stoffe sein.
  • Der gemäß dem vorstehend angegebenen, erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Formkörper ist vorzugsweise ein in der Gießereiindustrie einzusetzender Formkörper, besonders bevorzugt eine Form oder ein Kern. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Möglichkeit, ein zur Herstellung von Formkörpern mit hoher Festigkeit und hoher Lagerstabilität erforderliches Bindemittelsystem mit hohem bzw. variabel einstellbarem Gehalt an Lithiumionen einzusetzen, welches nicht bzw. in viel geringerem Maße den zeitlichen Beschränkungen der Lagerdauern bekannter Bindemittel mit hohem (aber in der Regel nicht veränderbarem und/oder zur Veränderung vorgesehenem) Lihiumionen-Gehalt unterworfen ist. So können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Formkörper hergestellt werden, welche eine hohe Festigkeit aufweisen und über längere Zeit, vorzugsweise einen Zeitraum im Bereich von einem Tag bis zu 2 Wochen, gelagert werden können, ohne ihre vorteilhaften Eigenschaften in einem praxisrelevanten Maß einzubüßen. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formkörper können so nach ihrer Herstellung und bis zum Gebrauch bei einem Gussvorgang leicht gehandhabt werden ohne sich zu verformen oder zu zerbrechen und/oder können über einen längeren Zeitraum gelagert werden, so dass eine Produktion auf Vorrat möglich ist. Insbesondere vorteilhaft ist die Eigenschaft der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formkörper, ihre hohe Festigkeit auch bei erhöhter Luftfeuchtigkeit beizubehalten und stabil zu bleiben, so dass die hergestellten Formkörper sich durch eine hohe Lagerstabilität selbst in feuchten oder feuchtwarmen Klimazonen auszeichnen. Aber auch für wechselnde Witterungsbedingungen (Jahreszeiten) in gemäßigten Klimazonen bringt das erfindungsgemäße Verfahren Vorteile.
  • In dem vorstehend angegebenen erfindungsgemäßen Verfahren umfasst die Komponente (K2a) in Wasser gelöste Lithiumionen. Sofern die Komponente (K2a) eine Lösung ist, sind die Lithiumionen Bestandteil der Lösung. Sofern die Komponente (K2a) eine Dispersion ist, liegen die Lithiumionen zumindest überwiegend und vorzugsweise vollständig in der kontinuierlichen (flüssigen, wässrigen) Phase, vorzugsweise gelöst, vor. Die Komponente (K2a) umfasst vorzugsweise zusätzlich zu den Lithiumionen als weitere Alkalimetallionen auch Natriumionen und/oder Kaliumionen. Die Komponente (K2a) kann Lithiumionen und Kaliumionen umfassen oder die Komponente (K2a) kann Lithiumionen und Natriumionen umfassen oder die Komponente (K2a) kann Lithiumionen, Natriumionen und Kaliumionen umfassen. Der Höchstwert der Gesamtkonzentration der Lithium-, Natrium- und Kaliumionen in der Komponente (K2a) ist u.a. abhängig von der Art und dem Mengenverhältnis der anwesenden Alkalimetallionen. Dem Fachmann ist bekannt, wie er unter den gegebenen bzw. gewünschten Bedingungen die erforderlichen und/oder bevorzugten Konzentrationen an Alkalimetallionen einstellt.
  • Das Schritt (1) hergestellte oder bereitgestellte Kit umfasst die folgende Komponente:
    • (K2b) eine zweite wasserglasfreie Lösung oder Dispersion umfassend in Wasser gelöste
    • wobei
      • die Konzentration der Lithiumionen niedriger ist als in der Komponente (K2a) und dabei vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 5,0 mol/L, besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 2,0 mol/L, liegt,
        und
      • die Gesamtkonzentration der Lithium-, Natrium- und Kaliumionen im Bereich von 0,3 bis 28,0 mol/L, vorzugsweise im Bereich von 0,3 bis 20,0 mol/L, besonders bevorzugt im Bereich von 1,0 bis 10,0 mol/L, liegt
        und
      • vorzugsweise die Gesamtkonzentration der Lithium-, Natrium- und Kaliumionen um nicht mehr als 20%, vorzugsweise um nicht mehr als 10%, von der Gesamtkonzentration der Lithium-, Natrium- und Kaliumionen in der Komponente (K2a) abweicht.
      und worin Schritt (2) Folgendes umfasst:
      (2) Herstellen einer Mischung des Formgrundstoffs (M1) mit einem Anteil der Komponente (K1) sowie mit einem Anteil der Komponente (K2a) und gegebenenfalls einem Anteil der Komponente (K2b), wobei die Lösung oder Dispersion (M2) durch Mischen der eingesetzten Komponenten des Kits miteinander gebildet wird.
  • Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren wie vorstehend beschrieben (insbesondere ein erfindungsgemäßes Verfahren, das in diesem Text als bevorzugt bezeichnet ist), worin die zweite wasserglasfreie Lösung oder Dispersion umfassend in Wasser gelöste Lithiumionen (K2b) einen pH-Wert im Bereich von 8,0 bis 14,0, vorzugsweise im Bereich von 11,5 bis 13,5, aufweist. Hinsichtlich bevorzugter pH-Werte für die Lösungen bzw. Dispersionen (K1) und/oder (K2a) sei auf die Offenbarung weiter oben verwiesen.
  • Erfindungsmäß ist somit ein Verfahren zur Herstellung einer Formstoffmischung oder zur Herstellung einer Formstoffmischung und eines Formkörpers daraus, vorzugsweise eines lagerstabilen Formkörpers, wobei die Formstoffmischung umfasst:
    • (M1) einen Formgrundstoff
      und
    • (M2) eine Lösung oder Dispersion umfassend lithiumhaltiges Wasserglas,
      • das einen molaren Modul SiO2/M2O im Bereich von 1,6 bis 3,5, vorzugsweise im Bereich von 1,8 bis 3,0, besitzt, und
      • in dem der molare Anteil des Li2O an M2O im Bereich von 0,05 bis 0,60, vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 0,4, liegt,
    • mit folgenden Schritten:
      1. (1) Herstellen oder Bereitstellen eines Kits zumindest umfassend die folgenden separaten Komponenten:
        • (K1) eine wässrige Lösung oder Dispersion umfassend Wasserglas, wobei der Gehalt an SiO2 im Bereich von 20 bis 34 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 25 bis 34 Gew.-% liegt, bezogen auf die Gesamtmasse der Lösung bzw. Dispersion, wobei optional der molare Modul SiO2/M2O größer ist als der molare Modul des lithiumhaltigen Wasserglases in der herzustellenden Formstoffmischung,
        • (K2a) eine erste wasserglasfreie Lösung oder Dispersion umfassend in Wasser gelöste Lithiumionen,
          • wobei die Konzentration der Lithiumionen im Bereich von 0,3 bis 5,3 mol/L,
          • vorzugsweise im Bereich von 1,0 bis 5,0 mol/L, liegt
          • und die Gesamtkonzentration der Lithium-, Natrium- und Kaliumionen im Bereich von 0,3 bis 28,0 mol/L, vorzugsweise im Bereich von 0,3 bis 20,0 mol/L, besonders bevorzugt im Bereich von 1,0 bis 10,0 mol/L, liegt,
          und
        • (K2b) eine zweite wasserglasfreie Lösung oder Dispersion umfassend in Wasser gelöste Lithiumionen, wobei
          • die Konzentration der Lithiumionen niedriger ist als in der Komponente (K2a) und dabei vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 5,0 mol/L, besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 2,0 mol/L, liegt,
            und
          • die Gesamtkonzentration der Lithium-, Natrium- und Kaliumionen im Bereich von 0,3 bis 28,0 mol/L, vorzugsweise im Bereich von 0,3 bis 20,0 mol/L, besonders bevorzugt im Bereich von 1,0 bis 10,0 mol/L, liegt
            und
          • vorzugsweise die Gesamtkonzentration der Lithium-, Natrium- und Kaliumionen um nicht mehr als 20%, vorzugsweise um nicht mehr als 10%, von der Gesamtkonzentration der Lithium-, Natrium- und Kaliumionen in der Komponente (K2a) abweicht,
          und danach
      2. (2) Herstellen einer Mischung des Formgrundstoffs (M1) mit einem Anteil der Komponente (K1) sowie mit einem Anteil der Komponente (K2a) und gegebenenfalls einem Anteil der Komponente (K2b), wobei die Lösung oder Dispersion (M2) durch Mischen der eingesetzten Komponenten des Kits miteinander gebildet wird,
    • wobei M2O jeweils die Gesamtmenge an Lithium-, Natrium- und Kaliumoxid bezeichnet.
  • In dem vorstehend angegebenen erfindungsgemäßen Verfahren umfasst die Komponente (K2b) in Wasser gelöste Alkalimetallionen, vorzugsweise Lithiumionen, Natriumionen und/oder Kaliumionen. Die Komponente (K2b) umfasst Lithiumionen. Die Komponente (K2b) kann als Alkalimetallionen nur Lithiumionen umfassen. Die Komponente (K2b) kann als Alkalimetallionen auch Lithiumionen und Natriumionen umfassen oder sie kann Lithiumionen und Kaliumionen umfassen.
  • Die Konzentration der Lithiumionen in der Komponente (K2b) ist niedriger als in der Komponente (K2a) und liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 5,0 mol/L, besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 2,0 mol/L,
  • Durch die bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, worin die Gesamtkonzentration der Lithium-, Natrium- und Kaliumionen in der Komponente (K2b) um nicht mehr als 20%, vorzugsweise um nicht mehr als 10%, von der Gesamtkonzentration der Lithium-, Natrium- und Kaliumionen in der Komponente (K2a) abweicht, wird erreicht, dass bei Vermischen der Kitbestandteile (K1), (K2a) und (K2b) miteinander (in Abwesenheit oder Anwesenheit des Formgrundstoffs (M1)) die Gesamtkonzentration der Lithium-, Natrium- und Kaliumionen in der entstehenden Lösung oder Dispersion (M2) gleich oder zumindest ähnlich ist der Gesamtkonzentration der Lithium-, Natrium- und Kaliumionen in einer nur durch Vermischen der Kitbestandteile (K1) und (K2a) miteinander entstehenden Lösung oder Dispersion (M2). Es wird somit bei Einsatz des Kitbestandteils (K2b) (welcher eine geringere Lithiumionen-Konzentration aufweist als der Kitbestandteil (K2a)) im erfindungsgemäßen Verfahren die Lithiumionen-Konzentration der entstehenden Lösung oder Dispersion (M2) beeinflusst, vorzugsweise verringert, im Vergleich zu einer Lösung oder Dispersion (M2), welche durch Vermischen nur der Kitbestandteile (K1) und (K2a) miteinander und unter ansonsten gleichen Bedingungen hergestellt wurde.
  • Der Kitbestandteil (K2b) kann somit eingesetzt werden, um den Lithiumionen-gehalt in einer Lösung oder Dispersion (M2) leicht dosierbar und gut steuerbar herabzusetzen, ohne die sonstigen Eigenschaften der entstehenden Lösung oder Dispersion (M2), beispielsweise deren molaren Modul SiO2/M2O oder deren Gesamt-Alkalimetallionen-Konzentration, in praxisrelevanter Weise anders zu beeinflussen oder zu verändern, als dies durch Zugabe einer entsprechenden Menge des Kitbestandteils (K2a) geschehen wäre. Durch die Zugabe der Komponente (K2b) lässt sich so bei Verringerung der Zugabe von (K2a) sicherstellen, dass der herzustellende Binder (M2) das gleiche Modul und die gleiche Konzentration aufweist, wie zuvor mit höherem Anteil von (K2a).
  • In Schritt (2) des vorstehend angegebenen bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Mischung des Formgrundstoffs (M1) mit einem Anteil der Komponente (K1) sowie mit einem Anteil der Komponente (K2a) und mit einem Anteil der Komponente (K2b) hergestellt.
  • Hierdurch kann individuell eine gewünschte Lithiumionen-Konzentration der Lösung oder Dispersion (M2) in flexibler Weise eingestellt werden. Es kann somit bei der Einstellung des Lithiumionen-Gehalts bzw. der -Konzentration der Lösung oder Dispersion (M2) den Umgebungsbedingungen (insbesondere der Luftfeuchtigkeit) Rechnung getragen werden und jeweils nur soviel an Lithiumionen zugesetzt werden, wie unter den herrschenden Umweltbedingungen zur Optimierung des Produktionsprozesses erforderlich ist. Durch diese flexible Möglichkeit der Zudosierung von Lithiumionen bei der Herstellung der Lösung oder Dispersion (M2) können u.a. auch Rohstoffkosten für die teuren Lithiumverbindungen eingespart werden, welche in den Kitbestandteilen (K2a) und auch (K2b) enthalten sind.
  • Die oben bezeichnete Mischung kann hergestellt werden, indem zuerst ein Anteil der Komponente (K1) mit dem Formgrundstoff (M1) vermischt wird und anschließend diese Vormischung mit einem Anteil der Komponente (K2a) und mit einem Anteil der Komponente (K2b) zu einer Formstoffmischung vermischt wird, wobei vorzugsweise der Gehalt an Lithiumionen in der Formstoffmischung durch Auswahl von Komponente (K2a) und Komponente (K2b) in jeweils geeigneter Menge und Lithiumionenkonzentration eingestellt wird. Durch das Vermischen der Vormischung mit einem Anteil der Komponente (K2a) und einem Anteil der Komponente (K2b) bildet sich dabei auch die Lösung oder Dispersion (M2).
  • Die Mischung kann auch hergestellt werden, indem zuerst der Formgrundstoff (M1) mit einem Anteil der Komponente (K2a) und mit einem Anteil der Komponente (K2b) vermischt wird und anschließend diese Vormischung mit einem Anteil der Komponente (K1) zu einer Formstoffmischung vermischt wird, wobei vorzugsweise der Gehalt an Lithiumionen in der Formstoffmischung durch Auswahl von Komponente (K2a) und Komponente (K2b) in jeweils geeigneter Menge und Lithiumionenkonzentration eingestellt wird. Durch das Vermischen der Vormischung mit einem Anteil der Komponente (K1) bildet sich dabei auch die Lösung oder Dispersion (M2).
  • Vorzugsweise wird die Mischung in Schritt (2) des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt, indem zuerst ein Anteil der Komponente (K1) mit einem Anteil der Komponente (K2a) und mit einem Anteil der Komponente (K2b) zu einer Lösung oder Dispersion (M2) vermischt wird, wobei vorzugsweise der Gehalt an Lithiumionen in der Lösung oder Dispersion (M2) durch Auswahl von Komponente (K2a) und Komponente (K2b) in jeweils geeigneter Menge und Lithiumionenkonzentration eingestellt wird. Diese separat hergestellte Lösung oder Dispersion (M2) wird dann mit dem Formgrundstoff (M1) vermischt.
  • Besonders bevorzugt wird die Mischung in Schritt (2) des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt, indem zuerst ein Anteil der Komponente (K2a) mit einem Anteil der Komponente (K2b) zu einer "Vormischung (K2a) + (K2b)" vermischt wird und diese "Vormischung (K2a) + (K2b)" dann mit einem Anteil der Komponente (K1) zu einer Lösung oder Dispersion (M2) vermischt wird, wobei vorzugsweise der Gehalt an Lithiumionen in der Lösung oder Dispersion (M2) durch Auswahl von Komponente (K2a) und Komponente (K2b) in jeweils geeigneter Menge und Lithiumionenkonzentration eingestellt wird.
  • Es ist ein vorstehend oder nachfolgend angegebenes erfindungsgemäßes oder erfindungsgemäß bevorzugtes Verfahren bevorzugt, wobei in Schritt (2) zuerst in Abwesenheit des Formgrundstoffs eine Lösung oder Dispersion (M2) durch Mischen der eingesetzten Komponenten des Kits miteinander gebildet wird und danach eine Mischung des oder eines Anteils des Formgrundstoffs (M1) mit einem Anteil oder der Gesamtmenge der erhaltenen Lösung oder Dispersion (M2) gebildet wird.
  • Das Mischen der eingesetzten Komponenten des Kits miteinander erfolgt auf an sich bekannte Weise, vorzugsweise mit Hilfe eines Rührwerks oder eines Mischrohres, vorzugsweise eines statischen Mischrohres.
  • Die bevorzugte Verfahrensvariante (nachfolgend auch als "Vormischen der eingesetzten Kitbestandteile" bezeichnet) ist insbesondere deswegen vorteilhaft, weil auf diese Weise eine vorgemischte Lösung oder Dispersion (M2) vorbereitet und dann für einen gewissen Zeitraum gelagert werden kann, der vorzugsweise so an die Umgebungsbedingungen angepasst ist (oder werden kann), dass es nicht aufgrund von Instabilitäten zu Niederschlägen (durch Ausfall von Bestandteilen aus der Lösung oder Dispersion (M2)) und/oder Gelbildung kommt. Eine solche vorgemischte Lösung oder Dispersion (M2) kann auch dafür verwendet werden, um eine automatisierte oder teilautomatisierte Produktionseinrichtung zu beschicken, so dass die vorgemischte Lösung oder Dispersion (M2) direkt in einer seriellen oder überwiegend seriellen industriellen Produktion eingesetzt werden kann. Eigene Untersuchungen haben ergeben, dass eine wie vorstehend beschrieben hergestellte (vorgemischte) Lösung oder Dispersion (M2) - abhängig von der Konzentration und den Lagerbedingungen (z.B. Temperatur, Rühren) - bis zu mehrere Wochen, vorzugsweise bis zu 6 Tage, besonders bevorzugt bis zu 3 Tage, gelagert werden kann, ohne dass Qualitätsmängel zu beobachten waren bei der Lösung oder Dispersion (M2) (dazu siehe unten) oder bei der Herstellung von Formkörpern unter Verwendung der gelagerten Lösung oder Dispersion (M2) oder bei Gussstücken, die hergestellt wurden unter Einsatz der mit der gelagerten Lösung oder Dispersion (M2) hergestellten Formkörper.
  • Es hat sich außerdem gezeigt, dass die separaten (unvermischten) Komponenten (K1), (K2a) und (K2b) über lange Zeiträume, beispielsweise über ein Jahr, stabil bleiben und bei Lagerung unverändert oder im Wesentlichen unverändert und ohne praktisch relevante Qualitätseinbußen bleiben. Eine besondere Leistung der vorliegenden Erfindung ist es daher, dass wasserglashaltige Bindemittel mit hoher Lithiumionen-Konzentration nun bedarfsabhängig für die Fertigung bzw. Produktion verfügbar gemacht und rasch eingesetzt werden können, wobei das mit der leichten Verderblichkeit bzw. der schlechten (kurzen) Lagerungsfähigkeit solcher wasserglashaltigen Bindemittel mit hoher Lithiumionenkonzentration verknüpfte Problem gelöst wurde. Die Lagerung der hergestellten (vorgemischten) Lösung oder Dispersion (M2) erfolgt dabei vorzugsweise in geschlossenen Gebinden.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Verfahren wie vorstehend beschrieben (insbesondere ein Verfahren, das vorstehend oder nachfolgend als bevorzugt bezeichnet ist, vorzugsweise eine Verfahrensvariante umfassend das Vormischen der eingesetzten Kitbestandteile) bevorzugt, wobei die hergestellte Lösung oder Dispersion (M2) vor dem Bilden der Mischung mit dem Formgrundstoff (M1) keine sichtbaren Niederschläge oder Gelanteile enthält.
  • In eigenen Versuchen hat sich gezeigt, dass die Prüfung der hergestellten Lösung oder Dispersion (M2) auf sichtbare Niederschläge oder Gelanteile eine einfache Sichtprüfung sein kann. Der Fachmann kann so in der Praxis mit ausreichender Zuverlässigkeit erkennen und entscheiden, ob die Lösung oder Dispersion (M2) die erforderliche Konsistenz bzw. die für die Weiterverarbeitung im erfindungsgemäßen Verfahren, Schritt (2), erforderliche Qualität aufweist. Die besagte Prüfung erfolgt vorzugsweise direkt vor dem Herstellen einer Mischung des Formgrundstoffes (M1) mit der hergestellten Lösung oder Dispersion (M2) zur Herstellung einer Formstoffmischung. Sofern die Prüfung ergibt, dass die hergestellte Lösung oder Dispersion (M2) nicht die zur Weiterverarbeitung erforderliche Konsistenz bzw. Qualität aufweist, wird diese nicht in weiteren Verfahrensschritten eingesetzt, sondern vorzugsweise durch eine andere Lösung oder Dispersion (M2) ersetzt, welche die zur Weiterverarbeitung erforderliche Konsistenz bzw. Qualität aufweist. Diese Verfahrensgestaltung erlaubt es, im Fertigungsbetrieb eine schnelle, einfache und kostengünstige Qualitätskontrolle durchzuführen.
  • Bevorzugt ist auch ein erfindungsgemäßes Verfahren wie vorstehend beschrieben (insbesondere ein Verfahren, das vorstehend oder nachfolgend als bevorzugt bezeichnet ist, vorzugsweise eine Verfahrensvariante umfassend das Vormischen der eingesetzten Kitbestandteile), wobei das Mischen der eingesetzten Komponenten des Kits miteinander zur Bildung der Lösung oder Dispersion (M2) in einer Mischeinrichtung erfolgt, wobei vorzugsweise die Mischeinrichtung ein Dosierbehälter oder ein Mischrohr ist und bevorzugt ein Mischrohr, besonders bevorzugt ein statisches Mischrohr ist.
  • Die Mischeinrichtung kann dabei eine separate, etwa alleinstehende und neben bzw. unabhängig von einer mindestens teilweise seriellen Fertigung von Formkörpern betriebene Mischeinrichtung sein ("diskontinuierlicher Betrieb"). Ein solcher diskontinuierlicher Betrieb hat den Vorteil, dass jederzeit verschiedene Chargen von Lösungen oder Dispersionen (M2) hergestellt werden können und jeweils deren Qualität überprüft werden kann. Die Mischeinrichtung kann auch Bestandteil einer mindestens teilweise seriellen Fertigung von Formkörpern sein, etwa Bestandteil einer Anlage zur mindestens teilweise seriellen Fertigung von Formkörpern ("kontinuierlicher oder teilkontinuierlicher Betrieb"). Ein solcher kontinuierlicher oder teilkontinuierlicher Betrieb eignet sich insbesondere für die (industriell bevorzugte) mindestens teilweise serielle Fertigung größerer Stückzahlen von Formkörpern, beispielsweise eine Fertigung auf Vorrat. Die Mischeinrichtung kann auch ein Vorratsbehälter sein, in dem mindestens eine der Komponenten (K1), (K2a) und/oder (K2b) gelagert oder für den Einsatz in einer mindestens teilweise seriellen Fertigung von Formkörpern vorgehalten wird und in den bei Bedarf mindestens eine komplementäre Komponente (K1), (K2a) und (K2b) hinzugemischt wird.
  • Die oben genannte Mischeinrichtung ist vorzugsweise ein Dosierbehälter oder ein Mischrohr. Als Mischrohr ist ein statisches Mischrohr bevorzugt. Ein statisches Mischrohr ist eine für die Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders bevorzugte Mischeinrichtung. Geeignet für den Einsatz in dem erfindungsgemäßen Verfahren sind beispielsweise statische Mischrohre der Fa. Sulzer, etwa vom Typ "CompaX™" oder "SMX™ plus". Bevorzugte Dosierbehälter sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus "Intermediate Bulk Containern" (auch bezeichnet als "IBC-Container" oder "Schütz-Container"), Fässern und Kanistern. Eine bevorzugte Mischeinrichtung für den vorgenannten kontinuierlichen oder teilkontinuierlichen Betrieb ist ein Mischrohr, vorzugsweise ein statisches Mischrohr. Auch ein vorgenannter Dosierbehälter kann aber im kontinuierlichen oder teilkontinuierlichen Betrieb eingesetzt werden.
  • Es ist auch ein erfindungsgemäßes Verfahren wie vorstehend beschrieben bevorzugt (insbesondere ein Verfahren, das vorstehend oder nachfolgend als bevorzugt bezeichnet ist, vorzugsweise eine Verfahrensvariante umfassend das Vormischen der eingesetzten Kitbestandteile), wobei der Anteil oder die Gesamtmenge der gebildeten Lösung oder Dispersion (M2) vor der Bildung einer Mischung mit dem oder einem Anteil des Formgrundstoffs (M1) für einen Zeitraum von nicht mehr als 7 Tagen, vorzugsweise von nicht mehr als 3 Tagen, besonders bevorzugt von nicht mehr als 2 Tagen, in der Mischeinrichtung gelagert wird. Hierdurch wird der Ausbildung von Niederschlägen (durch Ausfall von Bestandteilen aus der Lösung oder Dispersion (M2)) und/oder Gelen entgegengewirkt.
  • Sofern die Mischeinrichtung (Mischrohr oder Dosierbehälter) Bestandteil einer mindestens teilweisen seriellen Fertigung von Formkörpern ist, ist eine längere Lagerung der hergestellten Lösung oder Dispersion (M2), wie eine Lagerung über einen Zeitraum von mehr als 2 Tagen, vorzugsweise über einen Zeitraum von mehr als einem Tag, in der Regel nicht vorgesehen. Stattdessen ist in diesen Fällen üblicherweise eine kürzere Lagerung für vorzugsweise nicht mehr als einen Tag vorgesehen, so dass eine mindestens teilweise serielle Fertigung bzw. ein solcher Produktionsprozess möglich ist. Eine längere Lagerung (vorzugsweise für den oben definierten Zeitraum von nicht mehr als sieben Tagen) der hergestellten Lösung oder Dispersion (M2) kann aber in Fällen bevorzugt sein, in denen die Mischeinrichtung auch als Vorratsbehälter für eine hergestellte Lösung oder Dispersion (M2) vor dem Mischen mit dem Formgrundstoff (M1) dient.
  • Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren wie vorstehend beschrieben (insbesondere ein Verfahren, das vorstehend oder nachfolgend als bevorzugt bezeichnet ist) zur Herstellung einer Formstoffmischung und eines Formkörpers daraus, mit den zusätzlichen Schritten
    • Einstellen, Bestimmen oder Abschätzen eines oder mehrerer Parameter ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Umgebungstemperatur bei der Herstellung des Formkörpers, relative Luftfeuchtigkeit bei der Herstellung des Formkörpers, Temperatur bei der Lagerung des Formkörpers, relative Luftfeuchtigkeit bei der Lagerung des Formkörpers, absolute Luftfeuchtigkeit bei der Herstellung des Formkörpers, absolute Luftfeuchtigkeit bei der Lagerung des Formkörpers und Lagerdauer des Formkörpers,
      und
    • Steuern der einzusetzenden Anteile der Komponenten (K2a) und (K2b) in Abhängigkeit von dem oder den eingestellten, bestimmten oder abgeschätzten Parametern ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Umgebungstemperatur bei der Herstellung des Formkörpers, relative Luftfeuchtigkeit bei der Herstellung des Formkörpers, Temperatur bei der Lagerung des Formkörpers, relative Luftfeuchtigkeit bei der Lagerung des Formkörpers, absolute Luftfeuchtigkeit bei der Herstellung des Formkörpers, absolute Luftfeuchtigkeit bei der Lagerung des Formkörpers, und Lagerdauer des Formkörpers.
  • Insbesondere bevorzugt ist dabei eine Kombination eines Parameters aus der Gruppe aus Umgebungstemperatur bei der Herstellung des Formkörpers und Temperatur bei der Lagerung des Formkörpers mit einem Parameter aus der Gruppe relative Luftfeuchtigkeit bei der Herstellung des Formkörpers und relative Luftfeuchtigkeit bei der Lagerung des Formkörpers.
  • Die "relative Luftfeuchtigkeit" gibt dabei - in Übereinstimmung mit dem üblichen Verständnis des Fachmanns - bei einer gegebenen Temperatur den tatsächlichen Wasseranteil in der Luft an, bezogen auf das bei dieser Temperatur physikalische Maximum des Wassergehaltes der Luft.
  • Die absolute Luftfeuchtigkeit wird - in Übereinstimmung mit dem üblichen Verständnis des Fachmanns - aus Temperatur und relativer Luftfeuchtigkeit bestimmt. Eine höhere absolute Luftfeuchtigkeit wird erreicht, wenn z.B. die Temperatur steigt bei gleichbleibender relativer Luftfeuchtigkeit oder wenn die relative Luftfeuchtigkeit bei gleichbleibender Temperatur ansteigt.
  • Faktoren, welche die Einstellung einer vergleichsweise höheren Konzentration an Lithiumionen im erfindungsgemäßen Verfahren als sinnvoll erscheinen lassen, sind dabei insbesondere eine höhere absolute Luftfeuchtigkeit bei der Herstellung und/oder Lagerung eines Formkörpers und/oder eine längere Lagerdauer des Formkörpers.
  • Je nach dem eingestellten, bestimmten oder abgeschätzten Parameter-Wert wird demgemäß vorzugsweise eine höhere oder eine niedrigere Konzentration an Lithiumionen in der Lösung oder Dispersion (M2) eingestellt. Eine höhere Konzentration an Lithiumionen kann vorzugsweise eingestellt werden, indem man den Anteil der Komponente (K2a) an der Lösung oder Dispersion (M2) erhöht, etwa durch Erhöhung des Anteils an Zumischung der Komponente (K2a) und/oder durch Verringerung des Anteils an Zumischung der Komponente (K2b).
  • Demgemäß ist ein erfindungsgemäßes Verfahren wie vorstehend beschrieben (insbesondere ein Verfahren, das vorstehend oder nachfolgend als bevorzugt bezeichnet ist) bevorzugt, wobei das Verfahren als mindestens teilweise serielle, vorzugsweise als überwiegend serielle, Fertigung einer Anzahl von Formkörpern ausgestaltet ist,
    wobei bei Erhöhung oder erwarteter Erhöhung eines oder mehrerer Parameter ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Umgebungstemperatur bei der Herstellung des Formkörpers, relative Luftfeuchtigkeit bei der Herstellung des Formkörpers, Temperatur bei der Lagerung des Formkörpers, relative Luftfeuchtigkeit bei der Lagerung des Formkörpers, absolute Luftfeuchtigkeit bei der Herstellung des Formkörpers, absolute Luftfeuchtigkeit bei der Lagerung des Formkörpers und Lagerdauer des Formkörpers
    • die eingesetzten Anteile der Komponente (K2a) für die Fertigung der Formkörper erhöht werden
      und/oder
    • der molare Anteil des Li2O an M2O in der Lösung oder Dispersion (M2) für die Fertigung der Formkörper erhöht wird.
  • Umgekehrt ist es natürlich vorteilhaft, das erfindungsgemäße Verfahren so zu gestalten, dass bei einem Rückgang bzw. einer Verminderung oder einem erwarteten Rückgang bzw. einer erwarteten Verminderung eines oder mehrerer Parameter ausgewählt aus der
  • Gruppe bestehend aus Umgebungstemperatur bei der Herstellung des Formkörpers, relative Luftfeuchtigkeit bei der Herstellung des Formkörpers, Temperatur bei der Lagerung des Formkörpers, relative Luftfeuchtigkeit bei der Lagerung des Formkörpers, absolute Luftfeuchtigkeit bei der Herstellung des Formkörpers, absolute Luftfeuchtigkeit bei der Lagerung des Formkörpers und Lagerdauer des Formkörpers
    • die eingesetzten Anteile der Komponente (K2a) für die Fertigung der Formkörper vermindert und/oder die eingesetzten Anteile der Komponente (K2b) für die Fertigung der Formkörper erhöht werden
      und/oder
    • der molare Anteil des Li2O an M2O in der Lösung oder Dispersion (M2) für die Fertigung der Formkörper vermindert wird.
  • Ebenfalls ist bevorzugt ein erfindungsgemäßes Verfahren wie vorstehend beschrieben (insbesondere ein Verfahren, das vorstehend oder nachfolgend als bevorzugt bezeichnet ist), wobei zum Einstellen, Bestimmen oder Abschätzen des einen oder der mehreren Parameter ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Umgebungstemperatur bei der Herstellung des Formkörpers, relative Luftfeuchtigkeit bei der Herstellung des Formkörpers, Temperatur bei der Lagerung des Formkörpers, relative Luftfeuchtigkeit bei der Lagerung des Formkörpers, absolute Luftfeuchtigkeit bei der Herstellung des Formkörpers, absolute Luftfeuchtigkeit bei der Lagerung des Formkörpers und Lagerdauer des Formkörpers eine Datenerfassungseinrichtung oder Datenverarbeitungseinrichtung vorgesehen ist
    und
    zum Steuern der einzusetzenden Anteile der Komponenten (K2a) und (K2b) in Abhängigkeit von dem oder den eingestellten, bestimmten oder abgeschätzten Parametern eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, wobei vorzugsweise zwischen der Datenerfassungseinrichtung oder der Datenverarbeitungseinrichtung und der Steuereinrichtung eine Datenverbindung zur Übertragung von Parameterdaten eingerichtet ist.
  • Die vorgenannte Datenerfassungseinrichtung oder Datenverarbeitungseinrichtung ist vorzugsweise ein Instrument zur Erfassung der klimatischen Bedingungen oder ein Datenlogger. Die vorgenannte Steuereinrichtung ist vorzugsweise eine automatisierte Mischeinrichtung.
  • Diese vorgenannte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist den Vorteil auf, dass die Zumischung bzw. Dosierung der Kitbestandteile in Abhängigkeit von den Einflussparametern in einem industriellen Fertigungsprozess automatisiert oder mindestens teilautomatisiert durchgeführt werden kann.
  • Es ist auch ein erfindungsgemäßes Verfahren bevorzugt wie vorstehend beschrieben (insbesondere ein Verfahren, das vorstehend oder nachfolgend als bevorzugt bezeichnet ist), wobei bei Herstellung der Formstoffmischung zusätzlich ein oder mehrere Bestandteile zugegeben werden, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus:
    (M3) partikuläres, amorphes Siliziumdioxid; Bariumsulfat; Kohlenhydrate; Phosphorverbindungen; oberflächenaktive Verbindungen; oxidische Borverbindungen; Metalloxide; Gleitmittel, Ester und Trennmittel.
  • Als partikuläres, amorphes Siliziumdioxid ("SiO2") wird vorzugsweise partikuläres, amorphes Siliziumdioxid in üblicher Reinheit eingesetzt, d.h. mit üblichen Verunreinigungen und Nebenbestandteilen. Vorzugsweise wird für die Zwecke der vorliegenden Erfindung partikuläres, amorphes Siliziumdioxid mit einem Gehalt von mindestens 85 Gew-%, besonders bevorzugt von mindestens 90 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt von mindestens 95 Gew.-% Siliziumdioxid verwendet. Der Begriff "partikulär" bezeichnet dabei ein festes Pulver (einschließend Stäube) oder auch ein Granulat, das vorzugsweise schüttfähig und somit auch siebfähig ist. Vorzugsweise ist der Teilchenzahl-bezogene d90-Wert des partikulären, amorphen Siliziumdioxids kleiner als 100 µm, besonders bevorzugt kleiner als 45 µm. Dies bedeutet, dass 90 % der Teilchen des in der Formstoffmischung enthaltenen partikulären, amorphen Siliziumdioxids vorzugsweise kleiner sind als 100 µm, bevorzugt kleiner sind als 45 µm. Der d90-Wert wird vorzugsweise durch Aufnahmen mit dem Rasterelektronenmikroskop bestimmt. Als partikuläres, amorphes Siliziumdioxid können sowohl synthetisch hergestellte als auch natürlich vorkommende Typen eingesetzt werden. Letztere sind z.B. aus dem Dokument DE 102007045649 bekannt, sind aber nicht bevorzugt, da sie häufig nicht unerhebliche kristalline Anteile enthalten und deshalb als karzinogen eingestuft sind. Synthetisch hergestelltes partikuläres, amorphes Siliziumdioxid wird durch eine bewusst durchgeführte chemische Reaktion hergestellt. Beispiele hierfür sind die Flammhydrolyse von Siliziumtetrachlorid und die Reduktion von Quarzsand mit Koks im Lichtbogenofen bei der Herstellung von Ferrosilizium und Silizium. Das nach diesen beiden Verfahren hergestellte amorphe SiO2 wird auch als "pyrogenes SiO2" bezeichnet. Ein weiteres Beispiel für synthetisch hergestelltes partikuläres, amorphes Siliziumdioxid ist durch thermische Zersetzung von ZrSiO4 zu ZrO2 und SiO2 und teilweise oder im Wesentlichen vollständige Abtrennung des ZrO2 erhaltenes Siliziumdioxid, wie beispielsweise beschrieben in Dokument DE 102012020509 . Bevorzugt wird als oder in Bestandteil (M3) nach dem erfindungsgemäßen Verfahren synthetisch hergestelltes partikuläres, amorphes SiO2, eingesetzt, besonders bevorzugt pyrogenes partikuläres, amorphes SiO2 und/oder SiO2 aus der thermischen Zersetzung von ZrSiO4. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignetes partikuläres, amorphes Siliziumdioxid wird beispielsweise auch angegeben in den Dokumenten DE 102004042535A1 , DE 102012020510A1 und DE 102012020511A1 . Vorzugsweise wird das partikuläre, amorphe Siliziumdioxid in einer Menge im Bereich von 0,3 bis 3,0 Gew.-% eingesetzt, bezogen auf das Gesamtgewicht (die Gesamtmasse) der Formstoffmischung (Summe aus den Gewichten bzw. Massen der Bestandteile (M1), (M2) und - soweit vorhanden - (M3) und gegebenenfalls weiterer Bestandteile).
  • Als Bariumsulfat kann synthetisch hergestelltes oder natürliches Bariumsulfat, d.h. in Form von Mineralien, die Bariumsulfat enthalten, wie Schwerspat bzw. Baryt, eingesetzt werden. Synthetisch hergestelltes Bariumsulfat (auch "Blanc Fixe" genannt) wird beispielsweise mithilfe einer Fällungsreaktion hergestellt. Zu diesem Zweck werden meist leicht lösliche Bariumverbindungen (Bariumsalze) in Wasser gelöst. Anschließend wird durch Zugabe von leicht löslichen Sulfat-Salzen (wie z.B. Natriumsulfat) oder auch Schwefelsäure das schwerlösliche Bariumsulfat gefällt. Das gefällte Bariumsulfat wird abfiltriert, getrocknet und gegebenenfalls gemahlen. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignetes Bariumsulfat wird beispielsweise auch angegeben in Dokument DE 102012104934 . Vorzugsweise wird das Bariumsulfat in einer Menge im Bereich von 0,02 bis 5,0 Gew.-% eingesetzt, bezogen auf das Gesamtgewicht (die Gesamtmasse) der Formstoffmischung (Summe aus den Gewichten bzw. Massen der Bestandteile (M1), (M2) und - soweit vorhanden - (M3) und gegebenenfalls weiterer Bestandteile).
  • Die im vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren als oder in Bestandteil (M3) einsetzbaren Kohlenhydrate sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Oligosacchariden und Polysachariden, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Cellulose, Stärke und Dextrin. Die genannten Kohlenhydrate können einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignete Kohlenhydrate werden beispielsweise auch angegeben in Dokument EP 2104580 . Vorzugsweise werden das oder die Kohlenhydrate in einer Menge im Bereich von 0,01 bis 10,0 Gew.-% eingesetzt, bezogen auf das Gesamtgewicht (die Gesamtmasse) der Formstoffmischung (Summe aus den Gewichten bzw. Massen der Bestandteile (M1), (M2) und - soweit vorhanden - (M3) und gegebenenfalls weiterer Bestandteile).
  • Die im vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren als oder in Bestandteil (M3) einsetzbaren Phosphorverbindungen sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus organischen Phosphaten und anorganischen Phosphaten, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus anorganischen Alkalimetallphosphaten. Die genannten Phosphorverbindungen können einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignete Phosphorverbindungen werden beispielsweise auch angegeben in Dokument EP 2097192 . Vorzugsweise wird die oder werden die Phosphorverbindungen in einer Menge im Bereich von 0,05 bis 1,0 Gew.-% eingesetzt, bezogen auf das Gesamtgewicht (die Gesamtmasse) der Formstoffmischung (Summe aus den Gewichten bzw. Massen der Bestandteile (M1), (M2) und - soweit vorhanden - (M3) und gegebenenfalls weiterer Bestandteile).
  • Die im vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren als oder in Bestandteil (M3) einsetzbaren oberflächenaktiven Verbindungen sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus anionischen Tensiden, nichtionischen Tensiden, kationischen Tensiden und amphoteren Tensiden. Die genannten Tenside können einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignete Tenside werden beispielsweise auch angegeben in Dokument DE 102007051850 . Vorzugsweise werden das oder die oberflächenaktiven Verbindungen in einer Menge im Bereich von 0,001 bis 1,0 Gew.-% eingesetzt, bezogen auf das Gesamtgewicht (die Gesamtmasse) der Formstoffmischung (Summe aus den Gewichten bzw. Massen der Bestandteile (M1), (M2) und - soweit vorhanden - (M3) und gegebenenfalls weiterer Bestandteile). Die vorstehend genannten oberflächenaktiven Verbindungen können auch als Bestandteil der Komponente (K1) eingesetzt werden.
  • Die im vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren als oder in Bestandteil (M3) einsetzbaren oxidischen Borverbindungen sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Boraten, Borsäuren, Borsäureanhydriden, Borosilikaten, Borophosphaten, und Borophosphosilikaten, besonders bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkali- und Erdalkaliborat, wobei vorzugsweise die oxidische Borverbindung keine organischen Gruppen enthält. Die genannten oxidischen Borverbindungen können einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignete oxidische Borverbindungen werden beispielsweise auch angegeben in Dokument DE 102013111626 . Vorzugsweise wird oder werden die oxidischen Borverbindungen in einer Menge im Bereich von 0,001 bis 1,0 Gew.-% eingesetzt, bezogen auf das Gesamtgewicht (die Gesamtmasse) der Formstoffmischung (Summe aus den Gewichten bzw. Massen der Bestandteile (M1), (M2) und - soweit vorhanden - (M3) und gegebenenfalls weiterer Bestandteile). Die vorstehend genannten oxidischen Borverbindungen können auch als Bestandteil der Komponente (K1) eingesetzt werden.
  • Die im vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren als oder in Bestandteil (M3) einsetzbaren Metalloxide umfassen vorzugsweise partikuläre gemischte Metalloxide, vorzugsweise umfassend Oxide des Aluminiums und/oder Oxide des Zirkoniums. Bevorzugte Metalloxide umfassen partikuläres Aluminiumoxid, vorzugsweise in der alpha-Phase, und/oder partikuläres Aluminium/Silizium-Mischoxid ohne Schichtsilikat-Struktur. Die genannten Metalloxide können einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignete Metalloxide werden beispielsweise auch angegeben in den Dokumenten DE 102012113074 und DE 102012113073 . Vorzugsweise werden das oder die Metalloxide in einer Menge im Bereich von 0,05 bis 8,0 Gew.-% eingesetzt, bezogen auf das Gesamtgewicht (die Gesamtmasse) der Formstoffmischung (Summe aus den Gewichten bzw. Massen der Bestandteile (M1), (M2) und - soweit vorhanden - (M3) und gegebenenfalls weiterer Bestandteile).
  • Die im vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren als oder in Bestandteil (M3) einsetzbaren Gleitmittel sind vorzugsweise ausgewählt aus Graphit und/oder Molybdän(IV)-sulfid. Die genannten Gleitmittel können einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignete Gleitmittel werden beispielsweise auch angegeben in Dokument WO 2014/202042 . Vorzugsweise werden das oder die Gleitmittel in einer Menge im Bereich von 0,01 bis 0,2 Gew.-% eingesetzt, bezogen auf das Gesamtgewicht (die Gesamtmasse) der Formstoffmischung (Summe aus den Gewichten bzw. Massen der Bestandteile (M1), (M2) und - soweit vorhanden - (M3) und gegebenenfalls weiterer Bestandteile).
  • Die im vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren als oder in Bestandteil (M3) einsetzbaren Silane sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aminosilanen, Epoxysilanen, Mercaptosilanen, Hydroxysilanen und Ureidosilanen. Die vorgenannten Silane können auch als Gleitmittel wirken. Die genannten Silane können einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignete Silane werden beispielsweise auch angegeben in Dokument WO 2014/202042 . Vorzugsweise werden das oder die Silane in einer Menge im Bereich von 0,1 bis 2,0 Gew.-% eingesetzt, bezogen auf das Gesamtgewicht (die Gesamtmasse) der Formstoffmischung (Summe aus den Gewichten bzw. Massen der Bestandteile (M1), (M2) und - soweit vorhanden - (M3) und gegebenenfalls weiterer Bestandteile).
  • Die im vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren als oder in Bestandteil (M3) einsetzbaren Trennmittel sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Calciumstearat, Fettsäureester, Wachse, Naturharze und Alkydharze. Die genannten Trennmittel können einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignete Trennmittel werden beispielsweise auch angegeben in Dokument EP 1802409 . Vorzugsweise werden das oder die Trennmittel in einer Menge im Bereich von 0,1 bis 2,0 Gew.-% eingesetzt, bezogen auf das Gesamtgewicht (die Gesamtmasse) der Formstoffmischung (Summe aus den Gewichten bzw. Massen der Bestandteile (M1), (M2) und - soweit vorhanden - (M3) und gegebenenfalls weiterer Bestandteile).
  • Die im vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren als oder in Bestandteil (M3) einsetzbaren Ester (einer oder mehrere) sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den intramolekularen oder intermolekularen Umsetzungsprodukten eines Alkohols und einer Säure, wobei der Alkohol ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus C1-C8 Mono-Alkoholen, C1-C8 Di-Alkoholen, vorzugsweise C2-C8 Di-Alkoholen, und C1-C8 Tri-Alkoholen, vorzugsweise C3-C8 Tri-Alkoholen, vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ethylenglykol, 1,2-Propandiol und Glyzerin, und wobei die Säure ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus organischen C1-C8 Mono-Carbonsäuren, vorzugsweise organischen C2-C8 Mono-Carbonsäuren, organischen C2-C8 Di-Carbonsäuren, organischen C2-C8 Tri-Carbonsäuren, vorzugsweise organischen C3-C8 Tri-Carbonsäuren, und anorganischen Säuren, vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Milchsäure, Oxalsäure, Bernsteinsäure, Malonsäure, Phosphorsäure, Schwefelsäure, Borsäure und Kohlensäure wobei vorzugsweise zumindest einer der Ester Propylencarbonat oder y-Butyrolacton ist. Die vorgenannten Ester können einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden. Vorzugsweise werden der oder die Ester in einer Menge im Bereich von bis zu 0,4 Gew.-%, vorzugsweise in einer Menge im Bereich von 0,01 Gew.-% bis 0,4 Gew.-%, eingesetzt, bezogen auf das Gesamtgewicht (die Gesamtmasse) der Formstoffmischung (Summe aus den Gewichten bzw. Massen der Bestandteile (M1), (M2) und - soweit vorhanden - (M3) und gegebenenfalls weiterer Bestandteile).
  • Die vorgenannten ein oder mehreren Bestandteile (M3) - partikuläres, amorphes Siliziumdioxid; Bariumsulfat; Kohlenhydrate; Phosphorverbindungen; oberflächenaktive Verbindungen; oxidische Borverbindungen; Metalloxide; Gleitmittel, Ester und Trennmittel - können einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden. Die ein oder mehreren Bestandteile (M3) können z.B. einzeln oder gemeinsam, vorzugsweise gemeinsam, zu dem Formgrundstoff (M1) hinzugegeben und mit diesem vermischt werden und es kann anschließend zu dieser Vormischung aus den Komponenten (M1) und (M3) die hergestellte (vorgemischte) Lösung oder Dispersion (M2) hinzugegeben und damit (vorzugsweise homogen) vermischt werden. Es können auch zu der Vormischung aus den Komponenten (M1) und (M3) die weiteren Komponenten (K1), (K2a) und (K2b) einzeln hinzugegeben und die so entstandene Formstoffmischung kann dann (vorzugsweise homogen) vermischt werden. Wasserlösliche Bestandteile (M3), vorzugsweise die vorgenannten oberflächenaktiven Verbindungen und/oder oxidischen Borverbindungen können z.B. einzeln oder gemeinsam zu der Komponente (K1) hinzugegeben werden bzw. Bestandteil der Komponente (K1) sein.
  • Weiterhin ist auch bevorzugt ein erfindungsgemäßes Verfahren wie vorstehend beschrieben (insbesondere ein Verfahren, das vorstehend oder nachfolgend als bevorzugt bezeichnet ist), wobei die erste wasserglasfreie Lösung oder Dispersion (K2a) und gegebenenfalls die zweite wasserglasfreie Lösung oder Dispersion (K2b) jeweils in Wasser gelöstes Lithiumhydroxid umfasst.
  • Es ist demgemäß bevorzugt, dass die erste wasserglasfreie Lösung oder Dispersion umfassend in Wasser gelöste Lithiumionen (K2a), in Wasser gelöstes Lithiumhydroxid, umfasst. Es ist auch bevorzugt, dass die zweite wasserglasfreie Lösung oder Dispersion in Wasser gelöstes Lithiumhydroxid, umfasst. Lithiumhydroxid, insbesondere Lithiumhydroxid-Monohydrat, weist eine für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignete Wasserlöslichkeit auf. Es hat sich weiterhin in eigenen Versuchen gezeigt, dass mit Lithiumhydroxid, insbesondere Lithiumhydroxid-Monohydrat, für die Zwecke der vorliegenden Erfindung Lösungen bzw. Dispersionen (K2a) bzw. (K2b) mit ausgezeichnet geeigneter Lagerstabilität hergestellt werden können. Zur Herstellung Lithiumionen-haltiger Komponenten (K2a) bzw. (K2b) wird daher vorzugsweise Lithiumhydroxid, besonders bevorzugt Lithiumhydroxid-Monohydrat eingesetzt.
  • Bevorzugt ist auch ein erfindungsgemäßes Verfahren wie vorstehend beschrieben (insbesondere ein erfindungsgemäßes Verfahren, das in diesem Text als bevorzugt bezeichnet ist), wobei
    • die wässrige Lösung oder Dispersion umfassend Wasserglas (K1) einen pH-Wert im Bereich von 10,0 bis 13,0, vorzugsweise im Bereich von 11,0 bis 12,5, aufweist,
      und/oder (vorzugsweise "und")
    • die erste wasserglasfreie Lösung oder Dispersion umfassend in Wasser gelöste Lithiumionen (K2a) einen pH-Wert im Bereich von 8,0 bis 14,0, vorzugsweise im Bereich von 11,5 bis 13,5, aufweist,
      und/oder (vorzugsweise "und")
    • die zweite wasserglasfreie Lösung oder Dispersion umfassend in Wasser gelöste Lithiumionen (K2b) einen pH-Wert im Bereich von 8,0 bis 14,0, vorzugsweise im Bereich von 11,5 bis 13,5, aufweist.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Kit zur Herstellung einer Lösung oder Dispersion umfassend lithiumhaltiges Wasserglas, zumindest umfassend die folgenden separaten Komponenten:
    • (K1) eine wässrige Lösung oder Dispersion umfassend Wasserglas, wobei der Gehalt an SiO2 im Bereich von 20 bis 34 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 25 bis 34 Gew.-%, liegt, bezogen auf die Gesamtmasse der Lösung bzw. Dispersion, wobei optional der molare Modul SiO2/M2O größer ist als der molare Modul des herzustellenden lithiumhaltigen Wasserglases,
    • (K2a) eine erste wasserglasfreie Lösung oder Dispersion umfassend in Wasser gelöste Lithiumionen, wobei
      • die Konzentration der Lithiumionen im Bereich von 0,3 bis 5,3 mol/L, vorzugsweise im Bereich von 1,0 bis 5,0 mol/L, liegt
        und
      • die Gesamtkonzentration der Lithium-, Natrium- und Kaliumionen im Bereich von 0,3 bis 28,0 mol/L, vorzugsweise im Bereich von 0,3 bis 20,0 mol/L, besonders bevorzugt im Bereich von 1,0 bis 10,0 mol/L, liegt,
      und
    • (K2b) eine zweite wasserglasfreie Lösung oder Dispersion umfassend in Wasser gelöste Lithiumionen, wobei
      • die Konzentration der Lithiumionen niedriger ist als in der Komponente (K2a) und im Bereich von 0,1 bis 5,0 mol/L, besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 2,0 mol/L liegt,
        und
      • die Gesamtkonzentration der Lithium-, Natrium- und Kaliumionen im Bereich von 0,3 bis 28,0 mol/L, vorzugsweise im Bereich von 0,3 bis 20,0 mol/L, besonders bevorzugt im Bereich von 1,0 bis 10,0 mol/L, liegt,
        und
      • vorzugsweise die Gesamtkonzentration der Lithium-, Natrium- und Kaliumionen um nicht mehr als 20%, vorzugsweise um nicht mehr als 10%, von der Gesamtkonzentration der Lithium-, Natrium- und Kaliumionen in der Komponente (K2a) abweicht.
  • Hinsichtlich weiterer bevorzugter Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Kits gelten die für das erfindungsgemäße Verfahren vorstehend angegebenen Erläuterungen entsprechend, und umgekehrt.
  • Das vorstehend angegebene erfindungsgemäße Kit ist für die Anwendung in dem vorstehend angegebenen erfindungsgemäßen Verfahren geeignet und dafür vorgesehen.
  • Die Erfindung betrifft ebenfalls die Verwendung eines vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Kits zur Herstellung einer Formstoffmischung oder zur Herstellung einer Formstoffmischung und eines Formkörpers daraus, wobei die Formstoffmischung umfasst:
    • (M1) einen Formgrundstoff
      und
    • (M2) eine Lösung oder Dispersion umfassend lithiumhaltiges Wasserglas,
      • das einen molaren Modul SiO2/M2O im Bereich von 1,6 bis 3,5, vorzugsweise im Bereich von 1,8 bis 3,0, besitzt,
        und
      • in dem der molare Anteil des Li2O an M2O im Bereich von 0,05 bis 0,60, vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 0,4, liegt.
  • Hinsichtlich bevorzugter Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Verwendung gelten die für das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Kit vorstehend angegebenen Erläuterungen entsprechend.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin auch eine Anlage zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren,
    • wobei die Anlage mindestens umfasst:
      • einen ersten Lagertank (Z1), enthaltend als erste Komponente eine wässrige Lösung oder Dispersion (K1), umfassend Wasserglas, wobei der Gehalt an SiO2 im Bereich von 20 bis 34 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 25 bis 34 Gew.-% liegt, bezogen auf die Gesamtmasse der Lösung bzw. Dispersion, wobei optional der molare Modul SiO2/M2O größer ist als der molare Modul des lithiumhaltigen Wasserglases in der herzustellenden Formstoffmischung
      • einen zweiten Lagertank (Z2) enthaltend als zweite Komponente eine erste wasserglasfreie Lösung oder Dispersion (K2a), umfassend in Wasser gelöste Lithiumionen, wobei
        • ∘ die Konzentration der Lithiumionen im Bereich von 0,3 bis 5,3 mol/L, vorzugsweise im Bereich von 1,0 bis 5,0 mol/L, liegt und
        • ∘ die Gesamtkonzentration der Lithium-, Natrium- und Kaliumionen im Bereich von 0,3 bis 28,0 mol/L, vorzugsweise im Bereich von 0,3 bis 20,0 mol/L, besonders bevorzugt im Bereich von 1,0 bis 10,0 mol/L, liegt,
      • vorzugsweise eine Mischeinrichtung (Z3), besonders bevorzugt ein Mischrohr, ganz besonders bevorzugt ein statisches Mischrohr, zum Vermischen mindestens der ersten und der zweiten Komponente zwecks Herstellung der oder einer intermediären Lösung oder Dispersion (mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren ist diese intermediäre Lösung oder Dispersion als (M2) bezeichnet),
        und
      • wobei vorzugsweise mindestens der erste und der zweite Lagertank mit der Mischeinrichtung (Z3) jeweils durch eine oder mehrere Leitungen (Z4) verbunden sind,
        wobei M2O jeweils die Gesamtmenge an Lithium-, Natrium- und Kaliumoxid bezeichnet,
        und/oder
      • wobei das lithiumhaltige Wasserglas in der intermediären Lösung oder Dispersion einen molaren Modul SiO2/M2O im Bereich von 1,6 bis 3,5, vorzugsweise im Bereich von 1,8 bis 3,0, besitzt und/oder in dem der molare Anteil des Li2O an M2O im Bereich von 0,05 bis 0,60, vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 0,4, liegt, wobei M2O jeweils die Gesamtmenge an Lithium-, Natrium- und Kaliumoxid bezeichnet.
  • Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Anlage eine Mischeinrichtung (Z3) und vorzugsweise sind mindestens der erste und der zweite Lagertank mit der Mischeinrichtung (Z3) jeweils durch eine oder mehrere Leitungen (Z4) verbunden. In dieser bevorzugten Ausgestaltung ist die erfindungsgemäße Anlage eine Anlage zur Herstellung einer intermediären Lösung oder Dispersion umfassend lithiumhaltiges Wasserglas (mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren ist diese intermediäre Lösung oder Dispersion als (M2) bezeichnet) zur Verwendung bei der Herstellung einer Formstoffmischung oder zur Herstellung einer Formstoffmischung und eines Formkörpers daraus.
  • Die Erfindung umfasst jedoch auch eine oben beschriebene Anlage, welche ohne Mischeinrichtung auskommt und in welcher die Komponenten (K1), (K2a) und (K2b), direkt in den Formgrundstoff (M1) geleitet und erst dort miteinander und mit dem Formgrundstoff (M1) vermischt werden.
  • Die Mischeinrichtung (Z3) kann gleichzeitig ein Lagertank ((Z1), (Z2) oder (Z5), siehe unten) sein. Der Inhalt des oder der Lagertanks kann mittels einer oder mehrerer Pumpen zur Mischeinrichtung befördert werden.
  • Hinsichtlich bevorzugter Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Anlage gelten die für das erfindungsgemäße Verfahren, das erfindungsgemäße Kit und die erfindungsgemäße Verwendung vorstehend angegebenen Erläuterungen entsprechend, und umgekehrt.
  • Die vorstehend oder nachfolgend angegebene erfindungsgemäße Anlage ist für die Anwendung in dem vorstehend angegebenen erfindungsgemäßen Verfahren geeignet und dafür vorgesehen.
  • Das vorstehend angegebene erfindungsgemäße Kit ist für den Einsatz in der vorstehend oder nachfolgend angegebenen Anlage geeignet und dafür vorgesehen.
  • Die erfindungsgemäße Anlage umfasst weiter
    • einen dritten Lagertank (Z5), enthaltend eine zweite wasserglasfreie Lösung oder Dispersion (K2b) umfassend in Wasser gelöste Lithiumionen, wobei
      • o die Konzentration der Lithiumionen niedriger ist als in der Komponente (K2a) und vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 5,0 mol/L, besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 2,0 mol/L liegt,
        und
      • o die Gesamtkonzentration der Lithium-, Natrium- und Kaliumionen im Bereich von 0,3 bis 28,0 mol/L, vorzugsweise im Bereich von 0,3 bis 20,0 mol/L, besonders bevorzugt im Bereich von 1,0 bis 10,0 mol/L, liegt
        und
      • o vorzugsweise die Gesamtkonzentration der Lithium-, Natrium- und Kaliumionen um nicht mehr als 20%, vorzugsweise um nicht mehr als 10%, von der Gesamtkonzentration der Lithium-, Natrium- und Kaliumionen in der Komponente (K2a) abweicht,
    • wobei vorzugsweise die Mischeinrichtung (Z3) zum Vermischen mindestens der ersten, zweiten und dritten Komponente ausgestaltet ist, zwecks Herstellung der intermediären Lösung oder Dispersion, und
    • wobei vorzugsweise mindestens der erste, der zweite und der dritte Lagertank mit der Mischeinrichtung (Z3) jeweils durch eine oder mehrere Leitungen (Z4) verbunden sind.
  • Die Erfindung wird in den nachfolgend angegebenen Beispielen und mit Bezugnahme auf die Figuren unten näher beschrieben.
    • Figuren:
    • Fig. 1: Fig 1 zeigt einen schematischen Aufbau eines Ausschnitts einer erfindungsgemäßen Anlage mit den Anlagenteilen: einem ersten Lagertank (Z1), einem zweiten Lagertank (Z2), einer Mischeinrichtung (Z3) und einer oder mehrerer (hier: mehrerer) Leitungen (Z4), welche den ersten und den zweiten Lagertank mit der Mischeinrichtung verbinden.
    • Fig. 2: Fig 2 zeigt einen schematischen Aufbau eines Ausschnitts einer erfindungsgemäßen Anlage mit den Anlagenteilen: einem ersten Lagertank (Z1), einem zweiten Lagertank (Z2), einer Mischeinrichtung (Z3) (hier identisch mit dem ersten Lagertank (Z1)) und einer oder mehrerer (hier: einer) Leitungen (Z4), welche den ersten und den zweiten Lagertank mit der Mischeinrichtung verbinden (wobei der erste Lagertank und die Mischeinrichtung identisch sind).
    • Fig. 3: Fig 3 zeigt einen schematischen Aufbau eines Ausschnitts einer erfindungsgemäßen Anlage mit den Anlagenteilen: einem ersten Lagertank (Z1), einem zweiten Lagertank (Z2), einem dritten Lagertank (Z5), einer Mischeinrichtung (Z3) und einer oder mehreren (hier: mehreren) Leitungen (Z4), welche den ersten, den zweiten und den dritten Lagertank mit der Mischeinrichtung verbinden.
    Beispiele:
  • Die Beispiele sollen die Erfindung näher beschreiben und erklären, ohne ihren Schutzbereich einzuschränken.
  • Sofern nicht anders angegeben, wurde unter üblichen Laborbedingungen gearbeitet (25 °C, Normaldruck)
    • Beispiel 1a: Exemplarische Komponenten (K1), (K2a) und (K2b)
  • Es wurden auf an sich bekannte Weise exemplarische Komponenten (K1), (K2a) und (K2b) hergestellt, mit den in Tabelle 1a gezeigten Eigenschaften. Tabelle 1a: Exemplarische Komponenten (K1), (K2a) und (K2b)
    Bestandteil Komponente (K1) Komponente (K2a) Komponente (K2b)
    Molares Modul SiO2/M2O 2,7 k.A. k.A.
    Feststoffgehalt [Gew.-%] 41 14 22
    Gehalt an SiO2 [Gew.-%] 29 0 0
    c (Li+) [mol/L] 0 2,4 0,3
    c (Li+/Na+/K+) [mol/L] k.A. 3,0 3,0
  • In Tabelle 1a bedeutet die Angabe "c (Li+)" die Konzentration der Lithiumionen und die Angabe "c (Li'/Na'/K')" die Gesamtkonzentration der Lithium-, Natrium- und Kaliumionen. Die Angabe " k.A. " bedeutet, dass in der jeweiligen Zelle kein Wert angegeben ist. Die Angaben zu "Gew.-%" beziehen sich jeweils auf die Gesamtmasse der entsprechenden Komponente (K1), (K2a) oder (K2b).
    • Beispiel 1b: Bestimmung des pH-Wertes in Komponenten (K1), (K2a) und (K2b)
  • Es wurden auf an sich bekannte Weise bevorzugte Komponenten (K1), (K2a) und (K2b) hergestellt. Anschließend wurden die pH-Werte der bevorzugten Komponenten auf an sich bekannte Weise bestimmt. Die Ergebnisse sind nachfolgend in Tabelle 1b angegeben: Tabelle 1b: pH-Werte bevorzugter Komponenten (K1), (K2a) und (K2b)
    Bestandteil Komponente (K1) Komponente (K2a) Komponente (K2b)
    pH-Wert: 11,6 12,0 13,5
  • Die weiteren Eigenschaften der bevorzugten Komponenten (K1), (K2a) und (K2b) sind denen aus Tabelle 1a sehr ähnlich; es gibt keine signifikanten Abweichungen.
    • Beispiel 2: Herstellung von erfindungsgemäßen Lösungen oder Dispersionen umfassend lithiumhaltiges Wasserglas
  • Es werden exemplarische Lösungen oder Dispersionen (M2) umfassend lithiumhaltiges Wasserglas hergestellt durch an sich bekanntes Vermischen von Komponenten (K1), (K2a) und, gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, (K2b) miteinander. Es werden jeweils die in Beispiel 1 angegebenen Komponenten eingesetzt. Hierzu wird der jeweilige Anteil der Komponente (K1) vorgelegt und der jeweilige Anteil der Komponenten (K2a) und gegebenenfalls (K2b) hinzugegeben. Durch Schütteln oder Rühren werden die entstandenen Lösungen oder Dispersionen (M2) homogenisiert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2: Zusammensetzung erfindungsgemäß (Versuche 2-4) und nicht erfindungsgemäß (Versuch 1) hergestellter Lösungen oder Dispersionen (M2) umfassend lithiumhaltiges Wasserglas
    Zusammensetzung (M2) Molares Modul SiO2/M2O Feststoff-Gehalt [Gew.-%] Gehalt an SiO2 [Gew.-%] Molarer Anteil Li2O an M2O
    Versuch 1: 2,3 38 26 0,11
    (K1): 90 Gew.-%
    (K2a): 10 Gew.-%
    Versuch 2: 2,3 39 26 0,07
    (K1): 90 Gew.-%
    (K2a): 6 Gew.-%
    (K2b): 4 Gew.-%
    Versuch 3: 2,2 37 25 0,11
    (K1): 85 Gew.-%
    (K2a): 10 Gew.-%
    (K2b): 5 Gew.-%
    Versuch 4: 2,2 37 25 0,14
    (K1): 85 Gew.-%
    (K2a): 13 Gew.-%
    (K2b): 2 Gew.-%
    • Beispiel 3: Herstellung von Formstoffmischungen
  • Es wurden aus den in Tabelle 4 angegebenen Bestandteilen Formstoffmischungen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren (Formstoffmischungen EF1 bis EF3) sowie nach einem herkömmlichen, nicht-erfindungsgemäßen Verfahren eine Vergleichs-Formstoffmischung (VF1) hergestellt, gemäß der unten angegebenen Arbeitsvorschrift. Alle Mengenangaben in Tabelle 4 sind in Gewichtsteilen angegeben.
  • Als "Bindemittel" (vgl. Tabelle 4) wurden die gemäß Tabelle 3 hergestellten erfindungsgemäßen Lösungen oder Dispersionen umfassend lithiumhaltiges Wasserglas (M2) bzw. die nicht-erfindungsgemäße Lösung oder Dispersion (M2v) verwendet (vgl. Bindemittel EL1 bis EL3 und VL1). Als "Formgrundstoff" (M1) wurde jeweils Quarzsand (H31 der Fa. Quarzwerke GmbH, Frechen) eingesetzt. Als "Additiv" wurde jeweils das kommerzielle pulverförmige Additiv für Gießereiformkörper Anorgit® 8610 (Fa. Hüttenes-Albertus Chemische Werke Gesellschaft mit beschränkter Haftung) eingesetzt, welches u.a. partikuläres, amorphes Siliziumdioxid enthält. Tabelle 3: Zusammensetzung hergestellter erfindungsgemäßer Lösungen oder Dispersionen (M2) sowie Vergleichslösung (M2v)
    Zusammensetzung (M2) oder (M2v) Molares Modul SiO2/M2O Feststoff-Gehalt [Gew.-%] Gehalt an SiO2 [Gew.-%] Molarer Anteil Li2O an M2O
    EL1 (M2) 2,3 38 26 0,06
    EL2 (M2) 2,2 38 26 0,08
    EL3 (M2) 2,3 38 26 0,12
    VL1 (M2v) 2,4 37 26 0
    Tabelle 4: Zusammensetzung der Formstoffmischungen
    Versuch Formgrundstoff [Gewichtsteile] Bindemittel / [Gewichtsteile] Additiv [Gewichtsteile]
    EF1 100 EL1 / (2,2) 1,3
    EF2 100 EL2 / (2,2) 1,3
    EF3 100 EL3 / (2,2) 1,3
    VF1 100 VL1 / (2,2) 1,3
  • Die Bestandteile der Formstoffmischung wurden in einem Laborflügelmischer (Firma Multiserw) gemischt. Dazu wurde zunächst der Quarzsand vorgelegt und das pulverförmige Additiv eingemischt. Danach wurde das vorgemischte Bindemittel (vgl. Tabelle 3) zugegeben. Die Mischung wurde anschließend für insgesamt zwei Minuten gerührt. Die entstandenen Formstoffmischungen wurden dann jeweils für die nachfolgenden Untersuchungen eingesetzt.
    • Beispiel 4: Herstellung von Formkörpern
  • Aus den in Beispiel 3 hergestellten Formstoffmischungen (vgl. Tabelle 4) wurden mit Hilfe eines beheizbaren Formwerkzeuges für die Herstellung von Biegestäben (wie angegeben im Merkblatt M11 des Vereins deutscher Gießereifachleute vom März 1974) Formkörper (Prüfkörper, d.h. Standard-Biegeriegel mit den Abmessungen 22,4 mm x 22,4 mm x 165 mm) hergestellt, die für die nachfolgenden Versuche verwendet wurden:
    Die Formstoffmischungen wurden jeweils mittels Druckluft (4 bar) in das Formwerkzeug, (Kernkastentemperatur 180 °C) eingebracht. Die Schusszeit betrug 3 s, woran sich eine Härtezeit von 30 s anschloss (Verzögerungszeit 3 s). Zur Beschleunigung der Aushärtung der Mischungen wurde während der 30 s Härtezeit Heißluft (2 bar Begasungsdruck, 180 °C Begasungs- und Begasungsschlauchtemperatur) durch das Formwerkzeug geleitet.
  • Die hergestellten Prüfkörper stellen Formkörper dar und stehen - wie im betroffenen Fachgebiet üblich - modellhaft für in der Gießereiindustrie einsetzbare Formkörper wie Formen oder Kerne.
    • Beispiel 5: Untersuchung der Lagerstabilität von Formkörpern
  • Die Lagerstabilität von wasserglasgebundenen Formkörpern ist abhängig von den Umgebungsbedingungen, besonders von der Luftfeuchtigkeit. Je höher die Luftfeuchtigkeit ist, desto höher ist die Gefahr einer Schädigung des Formkörpers (z.B. Kernschädigung). Eine Schädigung des Formkörpers zeigt sich z.B. durch ein Bauteilversagen (z.B. Kernbruch) oder eine starke Abnahme der Festigkeit (geringe Restfestigkeit bezogen auf die Kaltfestigkeit). Bei hoher Luftfeuchtigkeit erfolgt außerdem eine Wasseraufnahme, die beim Abguss zu Gasfehlern (z.B. Gasblasen im Gussteil) führen kann.
  • Die Untersuchungen erfolgten unter definierten Bedingungen (Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit), jeweils überwacht mithilfe eines Datenloggers. Die Formkörper (Prüfkörper) werden in Tabelle 5 (siehe Spalte "Versuch") jeweils durch die zu ihrer Herstellung verwendeten Formstoffmischungen (siehe Beispiel 3 und Tabelle 3) charakterisiert.
    • 5.1. Bestimmung der Zeit bis zum Bauteilversagen
  • Zur Bestimmung der Zeit bis zum Bauteilversagen (Bruch des Prüfkörpers) wurden die Prüfkörper im Klimaschrank gelagert und die Zeit bis zum Bruch wurde beobachtet. Die jeweiligen Zeiten in Stunden sind in Tabelle 5 jeweils als Mittelwert von 3 Messungen angegeben.
    • 5.2. Bestimmung der Restfestigkeit von Prüfkörpern
  • Zur Bestimmung der Restfestigkeit wurden die Prüfkörper für bestimmte Zeitdauern (siehe Tabelle 5) im Klimaschrank gelagert. Die Biegefestigkeiten wurden anschließend, direkt nach Entnahme aus dem Klimaschrank gemessen.
  • Zur Bestimmung der Biegefestigkeiten wurden die in Beispiel 4 hergestellten Prüfkörper in ein Georg-Fischer-Festigkeitsprüfgerät, ausgerüstet mit einer 3-Punkt-Biegevorrichtung (Firma Multiserw), eingelegt und die Kraft gemessen, welche zum Bruch der Prüfkörper führte. Die Biegefestigkeiten wurden nach den in Tabelle 5 angegebenen Zeitdauern gemessen. Die Formkörper (Prüfkörper) werden in Tabelle 5 (siehe Spalte "Versuch") jeweils durch die zu ihrer Herstellung verwendeten Formstoffmischungen (siehe Beispiel 3 und Tabelle 4) charakterisiert.
  • Die erhaltenen Messwerte (Restfestigkeiten angegeben in % vom Ausgangswert) sind in Tabelle 5 als Mittelwert von jeweils 3 Messungen angegeben.
    • 5.3 Bestimmung der Wasseraufnahme von Prüfkörpern
  • Zur Bestimmung der Wasseraufnahme wurden die Prüfkörper eine Stunde nach Entnahme aus dem Formwerkzeug gewogen und anschließend für eine bestimmte Zeit (siehe Tabelle 5) im Klimaschrank gelagert. Direkt nach der Entnahme aus dem Klimaschrank wurden die Prüfkörper erneut gewogen. Die erhaltenen Gewichtsdifferenzen (bzw. Massendifferenzen) in % sind in Tabelle 5 als Mittelwert von 3 Messungen angegeben. Tabelle 5: Lagerstabilität von Formkörpern
    Versuch (Prüfkörper) Zeit bis Bauteilversagen [h] Restfestigkeit bei 35 °C, 79% rLF, (31,3 g/m3) / [%] Wasseraufnahme nach 24 h [%]
    35 °C, 79% rLF, (31,3 g/m3) 35 °C, 90% rLF, (35,7 g/m3) Nach 4 h Nach 7 h 25 °C, 64% rLF, (14,7 g/m3) 35 °C, 63% rLF, (25,0 g/m3)
    EF1 12,9 5,8 66 39 n.b. n.b.
    EF2 18,5 7,4 72 49 0,12 0,14
    EF3 25,8 9,4 78 68 0,08 0,12
    VF1 6,4 2,9 30 0 0,21 0,22
  • In Tabelle 5 bedeutet die Angabe "rLF" die relative Luftfeuchtigkeit und die Angabe "n.b." bedeutet "nicht bestimmt" (d.h. es wurde kein Messwert bestimmt). Die Angaben "31,3 g/m3", "35,3 g/m3", "14,7 g/m3" und "25,0 g/m3" geben jeweils die absolute Luftfeuchtigkeit an.
  • Aus den angegebenen Messwerten in Tabelle 5 lässt sich entnehmen, dass die nach einem erfindungsgemäßen Verfahren mit lithiumhaltigen Wasserglas hergestellten Formkörper (Prüfkörper EF1, EF2 und EF3) bessere Lagerstabilitäten aufweisen als ein nach einem nicht-erfindungsgemäßen (ohne Lithiumzusatz) Verfahren hergestellter Vergleichs-Prüfkörper (VF1). Erfindungsgemäß hergestellte Formkörper zeigten dabei eine bessere Lagerfähigkeit (s. Tabelle 5, Spalten "Zeit bis Bauteilversagen"), eine höhere Restfestigkeit nach Lagerung (s. Tabelle 5, Spalten "Restfestigkeit bei 35 °C") sowie eine geringere Wasseraufnahme (s. Tabelle 5, Spalten "Wasseraufnahme") als ein nicht-erfindungsgemäß hergestellter Vergleichs-Formkörper.
  • Weiter lässt sich aus Tabelle 5 entnehmen, dass mit steigendem Lithiumionen-Gehalt der Lösungen oder Dispersionen (M2) im angegebenen Bereich, welche zur Herstellung der Formkörper eingesetzt wurden, sich die beobachteten Eigenschaften Lagerstabilität (höher), Restfestigkeit (höher) und Wasseraufnahme (geringer) der Formkörper verbesserten. Eine höhere Wasseraufnahme des Formkörpers erhöht allgemein das Risiko der Gasentwicklung beim Gussvorgang und damit einer Qualitätsminderung des Gussteils durch Einschluss von Gasblasen.
  • Aus diesen Beobachtungen lässt sich folgern, dass - abhängig von den jeweils herrschenden Klimabedingungen (insbesondere Umgebungstemperatur und relative bzw. absolute Luftfeuchtigkeit) - am Einsatzort des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. des erfindungsgemäßen Kits bzw. der erfindungsgemäßen Anlage - eine entsprechend flexibel einstellbare Lithiumionenkonzentration in einer herzustellenden Lösung oder Dispersion (M2) (wie mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. dem erfindungsgemäßen Kit möglich) vorteilhaft ist, weil damit die gewünschten Eigenschaften von Formkörpern, insbesondere die gewünschten Lagereigenschaften von mit Bindemitteln gebundenen Formkörpern, gezielt gesteuert bzw. eingestellt werden können:
    Sofern beispielsweise die relevanten Klimabedingungen dies nicht erfordern, d.h. sofern weniger anspruchsvolle relevante Klimabedingungen herrschen, insbesondere eine geringere Luftfeuchtigkeit, kann der Lithiumionen-Gehalt in der Lösung oder Dispersion (M2) herabgesetzt werden, mit der Folge einer Kosteneinsparung. Diese Kosteneinsparung ist in jüngerer Zeit deshalb noch bedeutsamer geworden, da Lithium-Verbindungen v.a. wegen gestiegener Nachfrage in der Batterieindustrie sich stark verteuert haben.
    • 5.4. Einfluss der Lagerdauer einer Lösung oder Dispersion (M2) auf die Lagerstabilität von Formkörpern
  • Es wurden Komponenten (K1), (K2a) und (K2b) einer Lösung oder Dispersion (M2) eingesetzt und auf die hier nachfolgend angegebenen Arten und unter ansonsten gleichbleibenden Bedingungen nach einem erfindungsgemäßen Verfahren miteinander bzw. miteinander und mit dem Formgrundstoff (M1) vermischt:
    1. a) Komponenten (K1), (K2a) und (K2b) wurden ohne Vormischen direkt mit dem Formgrundstoff vermischt.
    2. b) Komponenten (K1), (K2a) und (K2b) wurden vorgemischt und die Vormischung wurde direkt im Anschluss mit dem Formgrundstoff vermischt.
    3. c) Komponenten (K1), (K2a) und (K2b) wurden vorgemischt und die Vormischung wurde einen Tag nach ihrer Herstellung mit dem Formgrundstoff vermischt.
    4. d) Komponenten (K1), (K2a) und (K2b) wurden vorgemischt und die Vormischung wurde zwei Tage nach ihrer Herstellung mit dem Formgrundstoff vermischt.
    5. e) Komponenten (K1), (K2a) und (K2b) wurden vorgemischt und die Vormischung wurde drei Tage nach ihrer Herstellung mit dem Formgrundstoff vermischt.
  • Aus den vorstehend erhaltenen Formstoffmischungen a) bis e) wurden anschließend wie vorstehend angegeben Formkörper (Prüfkörper, siehe Beispiel 4) hergestellt und auf ihre Lagerstabilitäten ("Zeit bis Bauteilversagen", siehe Beispiel 5.1) hin untersucht.
  • Es wurden keine signifikanten Unterschiede bei der Messung der Lagerstabilitäten von nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit den vorstehend angegebenen Formstoffmischungen a) bis e) hergestellten Formkörpern (Prüfkörpern) festgestellt.
  • Aus diesem Ergebnis kann gefolgert werden, dass die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Lösungen oder Dispersionen (M2) unter den Testbedingungen mindestens drei Tage lang gelagert werden können, ohne dass dadurch praxisrelevante Qualitätsbeeinträchtigungen verursacht würden.
    • Beispiel 6: Untersuchung der Lagerstabilität von Lösungen oder Dispersionen (M2)
  • Proben der in Beispiel 3 hergestellten Lösung bzw. Dispersion (M2) mit der Bezeichnung "EL3" wurden unter den in Tabelle 6 angegebenen Bedingungen in geschlossenen Gebinden gelagert und ihre Qualität bzw. Konsistenz zu den in Tabelle 6 angegebenen Zeitpunkten mit den ebenfalls in Tabelle 6 angegebenen Ergebnissen jeweils durch Sichtprüfung ermittelt: Tabelle 6: Lagerstabilität einer Lösung oder Dispersion (M2)
    Temperatur [°C] 1 Tag 1,5 Tage 3 Tage 6 Tage 8 Tage
    20 ++ ++ ++ + ○
    25 ++ ++ ++ + ○
    30 ++ ++ + ○ ○
    50 ++ + ○ - -
  • In Tabelle 6 bedeuten die Angaben "++": keine Veränderung der Lösung bzw. Dispersion (M2) feststellbar; "+": leichte Veränderung der Lösung bzw. Dispersion (M2) feststellbar, keine Qualitätsbeeinträchtigung; "o": leichte Gelbildung erkennbar, Lösung bzw. Dispersion (M2) noch ohne Beeinträchtigung einsetzbar; "-": starker Ausfall erkennbar, Lösung bzw. Dispersion (M2) nicht mehr ohne Beeinträchtigung, einsetzbar (z.B. in Pumpen, Filtern, Dosiereinheiten).
  • Aus den vorstehenden Ergebnissen ist ersichtlich, dass eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Lösung bzw. Dispersion (M2) auch unter ungünstigen Lagerungsbedingungen bis zu 8 Tage (vorzugsweise bis zu 7 Tage) ohne praxisrelevante Qualitätsbeeinträchtigung zur Herstellung von Formkörpern für die Gießereiindustrie einsetzbar war.
  • Wie ebenfalls aus Tabelle 6 ersichtlich ist, können hergestellte Lösungen oder Dispersionen (M2) mit einem vorteilhaften (hohen) Lithiumgehalt daher kurz- und allenfalls mittelfristig vorgemischt gelagert und in der industriellen Praxis eingesetzt werden. Für eine langfristige Lagerung (etwa über mehrere Wochen) eignen sich homogene (z.B. vorgemischte) Lösungen oder Dispersionen (M2) mit einem vorteilhaften (hohen) Lithiumgehalt jedoch aus den vorgenannten Gründen nicht.
  • Solche Lösungen oder Dispersionen (M2) mit einem vorteilhaften (hohen) Lithiumgehalt sollten daher gemäß dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung erst kurz- oder mittelfristig vor dem tatsächlichen industriellen Einsatz durch Vermischen von getrennt gelagerten Komponenten (K1), (K2a) und (K2b) miteinander, bzw. mit einem Formgrundstoff zu einer Formstoffmischung, vermischt werden.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Formstoffmischung, wobei die Formstoffmischung umfasst:
    (M1) einen Formgrundstoff
    und
    (M2) eine Lösung oder Dispersion umfassend lithiumhaltiges Wasserglas,
    das einen molaren Modul SiO2/M2O im Bereich von 1,6 bis 3,5, besitzt,
    und
    in dem der molare Anteil des Li2O an M2O im Bereich von 0,05 bis 0,60 liegt, mit folgenden Schritten:
    (1) Herstellen oder Bereitstellen eines Kits zumindest umfassend die folgenden separaten Komponenten:
    (K1) eine wässrige Lösung oder Dispersion umfassend Wasserglas, wobei der Gehalt an SiO2 im Bereich von 20 bis 34 Gew.-%, liegt, bezogen auf die Gesamtmasse der Lösung bzw. Dispersion,
    (K2a) eine erste wasserglasfreie Lösung oder Dispersion umfassend in Wasser gelöste Lithiumionen, wobei
    die Konzentration der Lithiumionen im Bereich von 0,3 bis 5,3 mol/L liegt und
    die Gesamtkonzentration der Lithium-, Natrium- und Kaliumionen im Bereich von 0,3 bis 28,0 mol/L liegt,
    und
    (K2b) eine zweite wasserglasfreie Lösung oder Dispersion umfassend in Wasser gelöste Lithiumionen, wobei
    die Konzentration der Lithiumionen niedriger ist als in der Komponente (K2a), und
    die Gesamtkonzentration der Lithium-, Natrium- und Kaliumionen im Bereich von 0,3 bis 28,0 mol/L liegt,
    und danach
    (2) Herstellen einer Mischung des Formgrundstoffs (M1) mit einem Anteil der Komponente (K1) sowie mit einem Anteil der Komponente (K2a) und mit einem Anteil der Komponente (K2b), wobei die Lösung oder Dispersion (M2) durch Mischen der eingesetzten Komponenten des Kits miteinander gebildet wird,
    wobei M2O jeweils die Gesamtmenge an Lithium-, Natrium- und Kaliumoxid bezeichnet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Formstoffmischung umfasst:
    (M1) einen Formgrundstoff
    und
    (M2) eine Lösung oder Dispersion umfassend lithiumhaltiges Wasserglas,
    das einen molaren Modul SiO2/M2O im Bereich von 1,6 bis 3,5, vorzugsweise im Bereich von 1,8 bis 3,0, besitzt,
    und
    in dem der molare Anteil des Li2O an M2O im Bereich von 0,05 bis 0,60, vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 0,4, liegt,
    mit folgenden Schritten:
    (1) Herstellen oder Bereitstellen eines Kits zumindest umfassend die folgenden separaten Komponenten:
    (K1) eine wässrige Lösung oder Dispersion umfassend Wasserglas, wobei der Gehalt an SiO2 im Bereich von 20 bis 34 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 25 bis 34 Gew.-% liegt, bezogen auf die Gesamtmasse der Lösung bzw. Dispersion,
    (K2a) eine erste wasserglasfreie Lösung oder Dispersion umfassend in Wasser gelöste Lithiumionen, wobei
    die Konzentration der Lithiumionen im Bereich von 0,3 bis 5,3 mol/L, vorzugsweise im Bereich von 1,0 bis 5,0 mol/L, liegt
    und
    die Gesamtkonzentration der Lithium-, Natrium- und Kaliumionen im Bereich von 0,3 bis 28,0 mol/L, vorzugsweise im Bereich von 0,3 bis 20,0 mol/L, besonders bevorzugt im Bereich von 1,0 bis 10,0 mol/L, liegt,
    und
    (K2b) eine zweite wasserglasfreie Lösung oder Dispersion umfassend in Wasser gelöste Lithiumionen, wobei
    die Konzentration der Lithiumionen niedriger ist als in der Komponente (K2a) und dabei im Bereich von 0,1 bis 5,0 mol/L, besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 2,0 mol/L liegt,
    und
    die Gesamtkonzentration der Lithium-, Natrium- und Kaliumionen im Bereich von 0,3 bis 28,0 mol/L, vorzugsweise im Bereich von 0,3 bis 20,0 mol/L, besonders bevorzugt im Bereich von 1,0 bis 10,0 mol/L, liegt
    und
    vorzugsweise die Gesamtkonzentration der Lithium-, Natrium- und Kaliumionen um nicht mehr als 20%, vorzugsweise um nicht mehr als 10%, von der Gesamtkonzentration der Lithium-, Natrium- und Kaliumionen in der Komponente (K2a) abweicht,
    und danach
    (2) Herstellen einer Mischung des Formgrundstoffs (M1) mit einem Anteil der Komponente (K1) sowie mit einem Anteil der Komponente (K2a) und mit einem Anteil der Komponente (K2b), wobei die Lösung oder Dispersion (M2) durch Mischen der eingesetzten Komponenten des Kits miteinander gebildet wird,
    wobei M2O jeweils die Gesamtmenge an Lithium-, Natrium- und Kaliumoxid bezeichnet.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen zur Herstellung einer Formstoffmischung und eines Formkörpers daraus,
    mit den zusätzlichen Schritten
    - Einstellen, Bestimmen oder Abschätzen eines oder mehrerer Parameter ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Umgebungstemperatur bei der Herstellung des Formkörpers, relative Luftfeuchtigkeit bei der Herstellung des Formkörpers, Temperatur bei der Lagerung des Formkörpers, relative Luftfeuchtigkeit bei der Lagerung des Formkörpers, absolute Luftfeuchtigkeit bei der Herstellung des Formkörpers, absolute Luftfeuchtigkeit bei der Lagerung des Formkörpers und Lagerdauer des Formkörpers,
    und
    - Steuern der einzusetzenden Anteile der Komponenten (K2a) und (K2b) in Abhängigkeit von dem oder den eingestellten, bestimmten oder abgeschätzten Parametern ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Umgebungstemperatur bei der Herstellung des Formkörpers, relative Luftfeuchtigkeit bei der Herstellung des Formkörpers, Temperatur bei der Lagerung des Formkörpers, relative Luftfeuchtigkeit bei der Lagerung des Formkörpers, absolute Luftfeuchtigkeit bei der Herstellung des Formkörpers, absolute Luftfeuchtigkeit bei der Lagerung des Formkörpers und Lagerdauer des Formkörpers,
    und/oder
    wobei das Verfahren als mindestens teilweise serielle Fertigung einer Anzahl von Formkörpern ausgestaltet ist, wobei bei Erhöhung oder erwarteter Erhöhung eines oder mehrerer Parameter ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Umgebungstemperatur bei der Herstellung des Formkörpers, relative Luftfeuchtigkeit bei der Herstellung des Formkörpers, Temperatur bei der Lagerung des Formkörpers, relative Luftfeuchtigkeit bei der Lagerung des Formkörpers, absolute Luftfeuchtigkeit bei der Herstellung des Formkörpers, absolute Luftfeuchtigkeit bei der Lagerung des Formkörpers und Lagerdauer des Formkörpers
    - die eingesetzten Anteile der Komponente (K2a) für die Fertigung der Formkörper erhöht werden
    und/oder
    - der molare Anteil des Li2O an M2O in der Lösung oder Dispersion (M2) für die Fertigung der Formkörper erhöht wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei zum Einstellen, Bestimmen oder Abschätzen des einen oder der mehreren Parameter ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Umgebungstemperatur bei der Herstellung des Formkörpers, relative Luftfeuchtigkeit bei der Herstellung des Formkörpers, Temperatur bei der Lagerung des Formkörpers, relative Luftfeuchtigkeit bei der Lagerung des Formkörpers, absolute Luftfeuchtigkeit bei der Herstellung des Formkörpers, absolute Luftfeuchtigkeit bei der Lagerung des Formkörpers und Lagerdauer des Formkörpers eine Datenerfassungseinrichtung oder Datenverarbeitungseinrichtung vorgesehen ist
    und
    zum Steuern der einzusetzenden Anteile der Komponenten (K2a) und (K2b) in Abhängigkeit von dem oder den eingestellten, bestimmten oder abgeschätzten Parametern eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, wobei vorzugsweise zwischen der Datenerfassungseinrichtung oder der Datenverarbeitungseinrichtung und der Steuereinrichtung eine Datenverbindung zur Übertragung von Parameterdaten eingerichtet ist.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei bei Herstellung der Formstoffmischung zusätzlich ein oder mehrere Bestandteile zugegeben werden, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus:
    (M3) partikuläres, amorphes Siliziumdioxid; Bariumsulfat; Kohlenhydrate; Phosphorverbindungen; oberflächenaktive Verbindungen; oxidische Borverbindungen; Metalloxide; Gleitmittel, Ester und Trennmittel.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste wasserglasfreie Lösung oder Dispersion (K2a) und gegebenenfalls die zweite wasserglasfreie Lösung oder Dispersion (K2b) jeweils in Wasser gelöstes Lithiumhydroxid umfasst.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    wobei
    - die wässrige Lösung oder Dispersion umfassend Wasserglas (K1) einen pH-Wert im Bereich von 10,0 bis 13,0, vorzugsweise im Bereich von 11,0 bis 12,5, aufweist, und/oder
    - die erste wasserglasfreie Lösung oder Dispersion umfassend in Wasser gelöste Lithiumionen (K2a) einen pH-Wert im Bereich von 8,0 bis 14,0, vorzugsweise im Bereich von 11,5 bis 13,5, aufweist,
    und/oder
    - die zweite wasserglasfreie Lösung oder Dispersion umfassend in Wasser gelöste Lithiumionen (K2b) einen pH-Wert im Bereich von 8,0 bis 14,0, vorzugsweise im Bereich von 11,5 bis 13,5, aufweist.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    wobei in Schritt (2) zuerst in Abwesenheit des Formgrundstoffs eine Lösung oder Dispersion (M2) durch Mischen der eingesetzten Komponenten des Kits miteinander gebildet wird und danach eine Mischung des oder eines Anteils des Formgrundstoffs (M1) mit einem Anteil oder der Gesamtmenge der erhaltenen Lösung oder Dispersion (M2) gebildet wird und/oder
    wobei die zum Bilden der Mischung mit dem Formgrundstoff (M1) eingesetzte Lösung oder Dispersion (M2) keine sichtbaren Niederschläge oder Gelanteile enthält.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Mischen der eingesetzten Komponenten des Kits miteinander zur Bildung der Lösung oder Dispersion (M2) in einer Mischeinrichtung erfolgt, wobei vorzugsweise die Mischeinrichtung ein Dosierbehälter oder ein Mischrohr ist und bevorzugt ein Mischrohr, besonders bevorzugt ein statisches Mischrohr ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Anteil oder die Gesamtmenge der gebildeten Lösung oder Dispersion (M2) vor der Bildung einer Mischung mit dem oder einem Anteil des Formgrundstoffs (M1) für einen Zeitraum von nicht mehr als 7 Tagen, vorzugsweise von nicht mehr als 3 Tagen, besonders bevorzugt von nicht mehr als 2 Tagen, in der Mischeinrichtung gelagert wird.
  11. Kit zur Herstellung einer Lösung oder Dispersion umfassend lithiumhaltiges Wasserglas, zumindest umfassend die folgenden separaten Komponenten:
    (K1) eine wässrige Lösung oder Dispersion umfassend Wasserglas, wobei der Gehalt an SiO2 im Bereich von 20 bis 34 Gew.-% liegt, bezogen auf die Gesamtmasse der Lösung bzw. Dispersion,
    und
    (K2a) eine erste wasserglasfreie Lösung oder Dispersion umfassend in Wasser gelöste Lithiumionen, wobei
    die Konzentration der Lithiumionen im Bereich von 0,3 bis 5,3 mol/L liegt
    und
    die Gesamtkonzentration der Lithium-, Natrium- und Kaliumionen im Bereich von 0,3 bis 28,0 mol/L liegt,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Kit zusätzlich als weitere separate Komponente enthält:
    (K2b) eine zweite wasserglasfreie Lösung oder Dispersion umfassend in Wasser gelöste Lithiumionen, wobei
    die Konzentration der Lithiumionen niedriger ist als in der Komponente (K2a) und im Bereich von 0,1 bis 5,0 mol/L, besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 2,0 mol/L liegt,
    und
    die Gesamtkonzentration der Lithium-, Natrium- und Kaliumionen im Bereich von 0,3 bis 28,0 mol/L, vorzugsweise im Bereich von 0,3 bis 20,0 mol/L, besonders bevorzugt im Bereich von 1,0 bis 10,0 mol/L, liegt
    und
    vorzugsweise die Gesamtkonzentration der Lithium-, Natrium- und Kaliumionen um nicht mehr als 20%, vorzugsweise um nicht mehr als 10%, von der Gesamtkonzentration der Lithium-, Natrium- und Kaliumionen in der Komponente (K2a) abweicht.
  12. Verwendung eines Kits nach Anspruch 11 zur Herstellung einer Formstoffmischung oder zur Herstellung einer Formstoffmischung und eines Formkörpers daraus, wobei die Formstoffmischung umfasst:
    (M1) einen Formgrundstoff
    und
    (M2) eine Lösung oder Dispersion umfassend lithiumhaltiges Wasserglas,
    das einen molaren Modul SiO2/M2O im Bereich von 1,6 bis 3,5 besitzt,
    und
    in dem der molare Anteil des Li2O an M2O im Bereich von 0,05 bis 0,60 liegt.
  13. Anlage zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    - wobei die Anlage mindestens umfasst:
    - einen ersten Lagertank (Z1), enthaltend als erste Komponente eine wässrige Lösung oder Dispersion (K1), umfassend Wasserglas, wobei der Gehalt an SiO2 im Bereich von 20 bis 34 Gew.-% liegt, bezogen auf die Gesamtmasse der Lösung bzw. Dispersion,
    - einen zweiten Lagertank (Z2) enthaltend als zweite Komponente eine erste wasserglasfreie Lösung oder Dispersion (K2a), umfassend in Wasser gelöste Lithiumionen, wobei
    o die Konzentration der Lithiumionen im Bereich von 0,3 bis 5,3 mol/L liegt und
    o die Gesamtkonzentration der Lithium-, Natrium- und Kaliumionen im Bereich von 0,3 bis 28,0 mol/L liegt,
    - vorzugsweise eine Mischeinrichtung (Z3), besonders bevorzugt ein Mischrohr, zum Vermischen mindestens der ersten und der zweiten Komponente zwecks Herstellung einer intermediären Lösung oder Dispersion,
    wobei M2O jeweils die Gesamtmenge an Lithium-, Natrium- und Kaliumoxid bezeichnet,
    und weiter umfassend einen dritten Lagertank (Z5), enthaltend eine zweite wasserglasfreie Lösung oder Dispersion (K2b) umfassend in Wasser gelöste Alkalimetallionen, wobei
    o die Konzentration der Lithiumionen niedriger ist als in der Komponente (K2a) und im Bereich von 0,1 bis 5,0 mol/L, besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 2,0 mol/L liegt,
    und
    o die Gesamtkonzentration der Lithium-, Natrium- und Kaliumionen im Bereich von 0,3 bis 28,0 mol/L, vorzugsweise im Bereich von 0,3 bis 20,0 mol/L, besonders bevorzugt im Bereich von 1,0 bis 10,0 mol/L, liegt
    und
    o vorzugsweise die Gesamtkonzentration der Lithium-, Natrium- und Kaliumionen um nicht mehr als 20%, vorzugsweise um nicht mehr als 10%, von der Gesamtkonzentration der Lithium-, Natrium- und Kaliumionen in der Komponente (K2a) abweicht,
    wobei vorzugsweise die Mischeinrichtung (Z3) zum Vermischen mindestens der ersten, zweiten und dritten Komponente ausgestaltet ist, zwecks Herstellung der intermediären Lösung oder Dispersion, und
    wobei vorzugsweise mindestens der erste, der zweite und der dritte Lagertank mit der Mischeinrichtung (Z3) jeweils durch eine oder mehrere Leitungen (Z4) verbunden sind.
  14. Anlage nach Anspruch 13, wobei das lithiumhaltige Wasserglas in der intermediären Lösung oder Dispersion einen molaren Modul SiO2/M2O im Bereich von 1,6 bis 3,5 besitzt und/oder in dem der molare Anteil des Li2O an M2O im Bereich von 0,05 bis 0,60 liegt, wobei M2O jeweils die Gesamtmenge an Lithium-, Natrium- und Kaliumoxid bezeichnet.
EP18735274.5A 2017-06-30 2018-06-28 Verfahren zur herstellung einer formstoffmischung und eines formkörpers daraus in der giessereiindustrie sowie kit zur anwendung in diesem verfahren und anlage zur verwendung bei diesem verfahren Active EP3645190B1 (de)

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