DE1159332B

DE1159332B - Verfahren zur Herstellung von Mullit

Info

Publication number: DE1159332B
Application number: DER26469A
Authority: DE
Inventors: Peter Bock
Original assignee: ROSENTHAL-PORZELLAN AG
Current assignee: ROSENTHAL-PORZELLAN AG
Priority date: 1959-10-01
Filing date: 1959-10-01
Publication date: 1963-12-12

Description

Verfahren zur Herstellung von Mullit Die Erfindung betrifft die Verwendung eines in der Natur vorkommenden Aluminiumsilicats zur Herstellung von äußerst reinem Mullit durch Reaktion im festen Zustand bei Temperaturen von 1350 bis 1.450° C unter Verwendung eines in der Natur vorkommenden, die Mineralisatoren in sehr geringer Menge enthaltenden Aluminiumsilicats.
Es ist bekannt, daß die Mullitbildung bei hohen Temperaturen, und zwar von 1800 bis 1900° C entweder durch Reaktion der Ausgangskomponenten im festen Zustand oder durch das Schmelzen der Ausgangskomponenten und anschließendes Abkühlen und Auskristallilieren erfolgt.
Weiterhin ist bekannt, daß zur Herabsetzung der hohen Bildungstemperaturen dem Gemisch der Ausgangskomponenten Mineralisatoren oder Katalysatoren, wie Mg0, Li",0, Fez03, TiOz, oder größere Mengen Flußmittel, wie Feldspat, zugesetzt werden können.
Diese bisher bekannte Herstellung von Mullit hat jedoch die Nachteile, daß einerseits für verhältnismäßig reine Mullitprodukte hohe Bildungs- bzw. Schmelztemperaturen erforderlich sind, während andererseits bei den erzielten niedrigeren Bildungstemperaturen durch die Zusätze von Mineralisatoren oder Flußmitteln Verunreinigungen hereingebracht werden, deren Gehalt im erhaltenen Mullit für die meisten seiner Anwendungsgebiete unerwünscht ist.
Es ist ferner bereits Mullit in der Weise hergestellt worden, indem man Ton entweder trocken oder mit Wasser aufgeschlämmt mit einem besonders hergestellten 7-Aluminiumhydroxyd, also einem Produkt, das auf Grund seiner Herstellung keinerlei Verunreinigungen enthält, innig vermischt und dann bei etwa 1300° C brennt. Daß bei dieser verhältnismäßig niedrigen Temperatur die Mullitbildung schon erfolgt, ist jedoch darauf zurückzuführen, daß der verwendete Ton bereits genügende Mengen an Mineralisatoren bzw. Katalysatoren enthält, so daß ein weiterer Zusatz von solchen Stoffen für das zu bildende Mullitprodukt eher schädlich als nützlich wäre. Im allgemeinen dürfte sich auch bei diesem bekannten Verfahren zur Herstellung von Mullit empfehlen, den zu verwendenden Ton vor dem Vermischen mit dem "-Aluminiumhydroxyd vom größten Teil seiner Verunreinigungen zu befreien.
Es wurde nun gefunden, daß derartige kostspielige Vorarbeiten, um die geeigneten Ausgangskomponenten zur Herstellung eines verhältnismäßig reinen Mullits bei Temperaturen von etwa 1300° C zu erhalten, nicht notwendig sind, wenn man ein in der Natur vorkommendes Aluminiumsilicat als Ausgangsmaterial verwendet, bei welchem die als Mineralisatoren wirkenden Bestandteile, vorzugsweise Tilv-Ionen nur in sehr geringen Mengen, und zwar bereits in dessen Kristallgitter enthalten sind. Dadurch sind schon bei den niedrigen Temperaturen von etwa 1350 bis 1450° C die Ionen so beweglich, so daß bereits bei diesen Temperaturen die Reaktion durchführbar ist, um sehr reinen Mullit zu erhalten. An Stelle eines Teiles von Tilv-Ionen können auch FeIIr-, MgII_ und bzw. oder CaII-Ionen im Kristallgitter des natürlich vorkommenden Aluminiumsilicats enthalten sein.
Ein derartiges, sich als Ausgangsmaterial gut eignendes, in der Natur vorkommendes Aluminiumsilicat hat folgende Zusammensetzung:

. 44,6 0/0

A1203 . . . . . . . . . . . . . . . . . 53,0%

Fe203 . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,61/o

1,3%

Na20 . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,51/o

Aluminiumsilicate dieser Zusammensetzung werden z. B. als Rohschiefer in älteren geologischen Formationen, die älter als die Tertiärformation sind, gefunden, wo dieser Schieferton durch den Druck der überlagernden Schichten stark verfestigt wurde. Dieser Rohschiefer besitzt eine feinschichtige Textur und ist völlig unplastisch.

Dieser zu verwendende feinstvermahlene Rohschiefer wird mit dem zur Bildung von Mullit notwendigen Aluminiumoxyd gemischt, so daß ein Gemisch erhalten wird, welches die Komponenten A1203 und Si02 im Molverhältnis 3:2 entsprechend der Mullitzusammensetzung enthält. Dieses Gemisch kann jeweils nach der Art des verwendeten Aluminiumoxyds aus 58 bis 61% Schieferton und 39 bis 42 % Aluminiumoxyd bestehen und bei Temperaturen von 1350 bis 1450° C, vorzugsweise bei 1420°C, zu einem einwandfreien Mullit gebrannt werden, der keine dir, hochwertigen chemischen und physikalischen Eigenschaften mindernden Beimengungen enthält und folgende chemische Zusammensetzung aufweist:

S102 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27,81/0

A1203 . . . . . . . . . . . . . . . . . 70,8%

Fe203 . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,411/0

Ti02 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,70/0

Na20 . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,3,1/0

Ein solcher mit dem erfindungsgemäß zu verwendenden, in der Natur vorkommenden Aluminiumsilicat bei 1420° C hergestellter Mullit weist gegenüber Säuren und Alkalien - auch bei hohen Temperaturen - die gleiche Beständigkeit auf wie der bei den sehr hohen Temperaturen von 1800 bis 1900° C erzeugte Mullit.

Röntgenographische Untersuchungen haben sogar gezeigt, daß ein. aus 60 % Rohschiefer und 40 % a-Aluminiumoxyd bei 1420° C hergestelltes Produkt einen höheren Mullitgehalt aufweist als der bei 1800 bis 1900° C hergestellte synthetische Schmelzmullit. Die Auswertung der Röntgenfeinstrukturaufn.ahmen mit einem Zählrohr-Interferenzgomometer unter Verwendung Mn-gefilterter FeK a-Strahlung ist aus der folgenden Tabelle ersichtlich, in der I; und 1, die relativen Intensitäten der Mullitrefiexe bei d = 3,41 bzw. 3,38 A in Impulsen je Sekunde und Hb, und Hb2 die entsprechenden Halbwertbreiten in Winkelgraden bedeuten, wobei die angegebenen Zahlenwerte Vergleichszahlen sind..

11 12 Hbi Hb2 11-f-12 11 Hbi

-I-12 Hb2

Synthetischer Schmelzmullit . . . . . . . . . . . . . . . .. 58 45 0,1032 0,1032 103 10,64

Mullit aus Rohschiefer gemäß Erfindung ...... 67 46,5 0,1185 0,1123 113,5 13,18

Es ist wohl allgemein bekannt, daß die Mullitbildung je nach der Größe der zugesetzten Mengen von Katalysatoren bzw. Mineralisatoren schon bei wesentlich tieferen Temperaturen beginnen kann, aber hierbei gelangt man zu Mullitprodukten, die entsprechend größere Verunreinigungen aufweisen und nicht die erforderliche Qualität eines reinen Mullits haben können. Daher war es überraschend und nicht ohne weiteres vorauszusehen, daß man mit dem erfindungsgemäß zu verwendenden, in der Natur vorkommenden Aluminiumsilicat schon bei 1420° C ein Produkt erhalten kann, welches einen höheren Mullitgehalt aufweist als der bekannte bei 1800 bis 1900° C herstellbare Schmelzmullit, obwohl dass erfindungsgemäß zu verwendende Ausgangsmaterial nur eine sehr geringe Menge an Mineralisatoren enthält. Somit ist auch durch die Einsparung an Wärmeenergie bei der Herstellung eines besseren Mulliterzeugnisses ein technischer Fortschritt erzielt worden.

Claims

PATENTANSPRUCH: Verwendung eines in der Natur vorkommenden Aluminiumsilicats der Zusammensetzung 44,6% Si02, 53,00% A120., 0,6°/o Fe203, 1,30% T'02 und 0,5% Na20 zur Herstellung von Mullit bei 1350 bis 1450° C, vorzugsweise bei 1420° C, unter Zusatz des zur Mullitbildung notwendigen Aluminiumoxyds. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1178 788; Budnikow, »Technologie der keramischen Erzeugnisse«, 1950, S. 416; S.alman, »Die Keramik«, 1958, S. 73 und 74; Niederleuthner, »Unbildsame Rohstoffe keramischer Massen«, 1928, S. 182, 191.