DE2731204B2 - Reversibel quellbares, großflächig kristallin ausgebildetes Dreischichtmineral mit von einander gelösten Kristallschichten und mit starken Adhäsions- und Kohäsions-Kräften und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

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^{d = Dlcke} = looooö- ^bis

Vermiculit gehört zu den glimmerartigen Tonmineralen, die ein quellbares Kristallgitter besitzen und deren Kristalle lamellar aufgebaut sind. Es steht der Gruppe der Montmorin-Saponit-Minerale nahe. Das Mineral gehört zu den Dreischichtsilikaten und hat zwischen den sogenannten Schichtpaketen Wasser eingelagert. Wegen der nicht starr miteinander verbundenen Schichtpakete besitzt Vermiculit ein innerkristallines Quellvermögen. Damit hängt die Fähigkeit zusammen, daß sich Vermiculit-Kristalle beim raschen Erhitzen bis zum etwa 30fachen ihrer ursprünglichen Dicke in einer Richtung expandieren.

Die Definition des mineralischen Ausgangsstoffes Vermiculit ergibt sich aus Hugo Strunz. Mineralogische Tabellen, 5. Auflage, Leipzig 1970, Akademische Verlagsgesellschaft, Geest & Portig KG. Seite 447.

Nach Römpps Chemie-Lexikon, Frankh'schc Verlagshandlung, Stuttgart, 7. Auflage, 1977, Ziffer 3000, weist Vermiculit im !dealfall eine ungefähre Zusammensetzung folgender Formel auf:

Mg)(AI₁Si)₄O₁₀(OH)₂ (H₂O)₄.

Vermiculit enthält zusätzlich erhebliche Mengen an gebundenem F.isen (Fe).

Diese Eigenschaft der Expandicrung /eigen auch »Hydroglimmer« sowie »Wechselschicht-Minerale«, linier den /uletzi genannten Mineralen sind solche zu verstehen, in denen beispielsweise Vermiculit-Schichten mit Glimmer-Schichten in wechselnder, ungeordneter Folsjp kristallisieren.

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iöööT

⁼ iooö^bisiöö^Mikron·

d = 0,001 bis 0.01 Mikron.
r. Es ist bei

d = 0,001 der Durchmesser = 100 Mikron.
Es ist bei
d = 0,01 der Durchmesser = 1000 Mikron.

Es gilt also
Dicke zu Durchmesser = 1 :100 000.

Dagegen besitr das Dreischichtmineral gemäß der ">) Erfindung das Verhältnis Teilchendicke zu äquivalentem Durchmessergleichoder kleiner I : 10.

Das Verfahren zu seiner Herstellung verwendet zum Aufquellen Wasser und vermeidet das Entstehen dünner Lösungen organischer, zum Teil toxischer Substanzen. in ι Das Verfahren dieser Druckschrift erfordert hohe Vermahlungsenergie. Dagegen führt die strukturschonende Zerkleinerung nach dem Verfahren der Erfindung zu einer Fnergiecinsparung.

Die Dimensionen dieser Druckschrift sind keine klare hi Regel zum technischen Handeln. Den tatsächlichen Verhältnissen entspricht nur der »äquivalente Durchmesser«, der nach ilcm Lehrbuch von A. G. Kassatkin. Chemische Verfahrenstechnik, Band I, 1962, Seite 54,

wie foigt definiert ist:

lab

a + η

Die Werte für a und 6 sind meßbare Größen. Es ergibt sich daraus ein reproduzierbarer Parameter.

Das Produkt nach dieser Druckschrift bildet erst dann dielektrische Eigenschaften, wenn ein extrem dünner iü Film durch Trocknung der aufgebrachter, dünnen Suspension von 5 bis 10% Feststoff erzeugt ist.

Für andere Anwendungsgebiete, wie für Trägerstoffe oder für die Herstellung von Formkörpern oder Feuerfestmassen, ist dieses Produkt nicht geeignet

Dies liegt daran, daß eine Trocknung in der Masse wegen der extremen Feinteiiigkeit und des damit verbundenen Staubens nicht möglich ist in einem wirtschaftlichen Verfahren.

Die britische Patentschrift 11 19 305 lehrt die Herstellung eines extrem feinen Vermiculits durch Aufquellen mit Lithiumsalzen. Diese Salze sind sehr teuer und daher unwirtschaftlich. Dieser Vorschlag entspricht damit dem der britischen Patentschrift 10 16 385, der Verwendung von stark das Gitter i^r, aufspaltenden Mitteln. Es soll eine 20%ige wäßrige Lösung von LiCI für 24 h angewendet werden. Nach dieser Behandlung soll ebenfalls ein mehrstufiger Waschprozeß mit Zwischenstufen zur Abzentrifugierung der Waschwässer durchgeführt werden. Dieser m Energieaufwand für Zentrifugen ist erheblich. Wie die dünnen Waschwässer zu beseitigen oder zu konzentrieren sind, wird nicht offenbart. Eine Eindampfung wäre völlig unwirtschaftlich. Dieser Vorschlag geht somit nicht über die Lehre der britischen Patentschrift y-, 10 16 385 hinaus. Es handelt sich ebenso um einen Laborvorschlag ohne die Möglichkeit einer technischen Realisierung. Die Zerkleinerung des aufgequollenen Materials soll gerade nicht durch »strukturschonende, mechanische Vermahlung« erfolgen. Es soll eine extreme Feinheit durch Zermahlung in Kolloidmühlen erfolgen. Diese Vermahlung soll in einer wäßrigen Suspension mit 1 bis 10% Feststoff erfolgen. Dabei sollen Flockungsmittel zugesetzt werden.

Dieser Vorschlag der Herstellung eines extrem feinen Produktes geht gerade in eine andere Richtung und führt nicht zu den Parametern des Dreischichtminerals der Erfindung mit einer Dicke von 0,5 bis 10 Mikron.

Diese kolloid-feine Suspension soll als Pulpe zur Herstellung von feuerbeständigem Papier verwendet werden. Eine Trocknung dieses wäßrigen Gemisches ist im technischen Maßstab nicht wirtschaftlich. Die Verwendung für andere Anwendungsgebiete entfällt somit.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein reversibel quellbares, großflächig kristallin ausgebildetes Dreischichtrnineral mit voneinander gelösten Kristallschichten und mit starken Adhäsions- und Kohäsionskräften herzustellen und ein Verfahren zu seiner Herstellung zur Verfügung zu stellen. Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Patentansprüchen 1 und 2 definiert Diese führt zur Herstellung gleichmäßig ebener tafelförmiger Teilchen, wobei über 50 Gewichtsprozent tafelförmiger gleichmäßig ebener Teilchen einer Dicke von 0,5 bis 10 Mikron sind, die einen äquivalenten Durchmesser von 10 bis 200 Mikron besitzen und deren Verhältnis Teilchendicke zu äquivalentem Durchmesser gleich oder kleiner 1 :10 ist.

Es wurde überraschend gefunden, daß nur mit Wasser aufgequollener Vermiculit oder Hydroglimmer durch strukturschonende Zerkleinerung auf diese aufgefundenen Dimensionen zu einem Dreischichtmineral mit starken Adhäsions- und Kohäsionskräften führt.

Das Dreischichtmineral gemäß der Erfindung wird vorzugsweise auch in expandierter Form angewendet.

Der Patentanspruch 3 beansprucht bevorzugte Möglichkeiten zur Anwendung des erfindungsgemäßen Dreischichtminerals.

Das Dreischichtmineral gemäß der Erfindung weis.t gegenüber bekannten Stoffen technische Vorteile auf.

Ein technischer Vorteil ergibt sich beispielsweise für die Verwendung als Bindemittel zusammen mit anderen Wirkstoffen, die in einer solchen Mischung starke Haftfähigkeit besitzen bei großer spezifischer Oberfläche von etwa 12 m²/g.

Der mineralische Stoff gemäß der Erfindung ist somit bevorzugt als Trägerstoff für verschiedene, in der Technik bekannte Anwendungsgebiete geeignet. Dazu gehört auch das Aufbringen von Pflanzenschutzmitteln.

Ein anderes Anwendungsgebiet liegt in der Verwendung als Feuerfestmasse. Der Sinterpunkt des mineralischen Stoffes gemäß der Erfindung liegt bei etwa 1260°C und der Schmelzpunkt bei etwa 1350°C.

Wichtige Anwendungsgebiete liegen auch in der Verwendung von Körpern und Filmen aus diesem nicht brennbaren Dreischichtmineral gemäß der Erfindung.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Reversibel quellbares, großflächig kristallin ausgebildetes Dreischichtmineral mit voneinander gelösten Kristallschichten und mit starken Adhäsions- und Kohäsionskräften, erhalten durch Aufquellen von Vermiculit mit polaren Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß er durch Aufquellen von feinkörnigem Vermiculit oder Hydroglimmer mit Wasser und anschließende mechanische Zerkleinerung in gleichmäßig ebene tafelförmige Teilchen hergestellt wird, wobei über 50 Gewichtsprozent tafelförmige Teilchen sind und wobei die gleichmäßig ebenen tafelförmigen Teilchen eine Dicke von 0,5 bis 10 Mikron und einen äquivalenten Durchmesser von 10 bis 200 Mikron besitzen und wobei das Verhältnis Teilchendicke zu äquivalentem Durchmesser gleich oder kleiner 1:10 ist.

2. Verfahren zur Herstellung des Dreischichtminerals nach Anspruch 1 durch Aufquellen von Vermiculit mit polaren Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß feinkörniger Vermiculit oder Hydroglimmer mit Wasser aufgequollen und mechanisch in gleichmäßig ebene tafelförmige Teilchen mit einer Dicke von 0,5 bis 10 Mikron und einem äquivalenten Durchmesser von 10 bis 200 Mikron und mit einem Verhältnis Teilchendicke zu äquivalentem Durchmesser gleich oder kleiner 1:10 zerkleinert wird.

3. Verwendung des Dreischichtminerals nach Anspruch 1 als Bindemittel und Feuerfestmasse zur Herstellung von Körpern und Filmen.

Die Definition des mineralischen Ausgangsstoffes Hydroglimmer ergibt sich aus Salmang-Scholze in »Die physikalischen und chemischen Grundlagen der Keramik«, Springer-Verlag, New York, 1968, Seiten 54 und -. 55.

Diese Stoffe werden als Ausgangsstoffe zur Herstellung des reversibel quellbaren, großflächig kristallin ausgebildeten Dreischichtminerals mit voneinander gelösten Kristallschichten und mit starken Adhäsions-1« und Kohäsionskräften verwendet

Diese Tonminerale besitzen ihrerseits nicht diese Eigenschaften des Dreischichtminerals gemf.B der Erfindung.

Der Stand der Technik zeigt, daß dieser gerade einen ι ^r> anderen Weg gegangen ist, der von dem Dreischichtmineral gemäß der Erfindung wegführt.

Die britische Patentschrift 10 16 385 lehrt das Aufquellen von Vermiculit mit wäßrigen Lösungen chemischer Substanzen. Als solche sollen Salze von -'» Alkyfammonium- Verbindungen, wie Iso-amylammonium, verwendet werden. An eine solche, z. B. 3tägige Behandlung soll eine Waschbehandlung angeschlossen werden. Danach soll eine Zerkleinerung auf eine »extreme Feinheit« erfolgen.

r> Dieser Vorschlag hat den Nachteil, daß teure, komplizierte organische Verbindungen benötigt werden. Diese sind durch Waschwasser zu verdünnen. Solche dünnen Waschwässer dürfen nicht in Wassersysteme abgeleitet werden, da diese das ökologische so Gleichgewicht der Natur zerstören. Die Beseitigung oder die Konzentration über eine Eindampfung ist energetisch so aufwendig, daß diese praktisch ebenso entfällt.

Diese Druckschrift lehrt eine Aufspaltung auf die