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Verfahren zur Herstellung von porösen Körnungen aus hochschmelzenden
Oxyden Infolge der günstigen mechanischen, thertnischen, chemischen und elektrischen
Eigenschaften, haben hochporöse Formkörper aus hochschmelzenden Oxyden, insbesondere
aus Aluminiumoxyd, z. B. als Schleifkörper, Filter, Diaphragmen eine ständig steigende
Anwendung in der Technik gefunden. Bei der Herstellung solcher Formkörper wird nach
neueren Vorschlägen im allgemeinen so verfahren, daß den in Schlickermassen übergeführten,
Oxyden durch Ausbrennen, Gastreiben oder ähnliche Methoden eine möglichst gleichmäßige,
porige Struktur verliehen wird, die nach der Trocknung und im anschließenden Brand
erhalten bleibt. Die günstigen. Eigenschaften der genannten Oxyde kommen
je-
doch nicht nur bei ihrer Verwendung in Gestalt fertig geformter, poröser
Körper zur Geltung; auch als unregelmäßig geformte, poröse Körnung in allen gängigen
Korngrößen werden derartige Oxyde für technische Zwecke mit Vorteil eingesetzt.
In allen Fällen, in denen ein chemisch, thermisch und mechanisch widerstandsfähiges
Material mit großer Oberfläche und geringem Gewicht verlangt wird, wie als Kontaktträger
für Katalysatoren, als Isoliermaterial, als Füllstoff für Wärmeaustauscher, als
Schüttung für Filter, haben sich gekörnte, in sich poröse Oxyde, insbesondere Aluminiumoxyd,
allen anderen bisher für diese Zwecke bekannten Werkstoffen, überlegen, gezeigt.
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Für die Herstellung solcher porösen, Körnungen bestand bisher nur
die Möglichkeit, poröse, mehr'
oder weniger hochgebrannte Formkörper
durch inechan ische Zerkleinerung, etwa in Walzen, Mühlen oder Kollergängen, aufzuteilen
-und die erhaltenen Bruchstücke durch Aussieben in einheitliche Körnungen zu zerlegen.
Dieser Weg ist bei der hohen Härte und, Festigkeit des gesinterten Oxyds außerordentlich
unwirtschaftlich und führt unter hohem Energieaufwand zu Zerkleinerungsprodukten,
die in ihrer Zusammensetzung sehr uneinheitl#ich sind und einen großen Anteil an
Abfallkörnunglen enthalt-en.
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Es ist auch schon vorgeschlagen worden, durch Verblasen von geschmolzenem
Aluminiumoxyd mit Luft oder Dampf hohlkugelige Korngebilde zu erzeugen, die bei
der nachherigen Zerkleinerung Körner mit im Vergleich zu ihrem Gewicht verhältnismäßig
großer Oberfläche ergeben. Dieses Verfahren hat sich jedoch nicht zuletzt wohl wegen,
der schwierigen Handhabung des geschmolzen-en Aluminiumoxyds für eine breitere Anwendung
nicht durchsetzen können und führt auch nicht ausschliießlich zu Körn#ern mit in
sich poröser Struktur.
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Es wurde nun gefunden, daß man auf einfache, wirtschaftliche Weise
zu porösen Körnern aus liochschmelzenden Oxyd-en, insbesondere Aluminitirnoxyd von
weitgehend einheitlicher Korngelangen kann, wenn man unter Benutzung des Gastreibverfahrens
entsprechende treibfähige Oxydschlicker ein-er mechanischen Zerteilung zweckmäßig
durch Austropfen und/oder Verblasen des Schlickers unterwiirft. Die bei der Zerteilung
entstandenen. Tröpfchen werden sodann auf bewegten, mechanischen Vorrichtungen,
wie Bändern oder Trommeln, aufgefangen und nach dem Trocknen durch Brennen auf hohe
Temperaturen, die beispielsweis-e bei Aluminiumoxyd 1700 bis 2000', vorzugsweise
1850 bis 195o' betragen, verfestigt.
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In Ausübung der Erfindung bedient man sich zur Herstellung der treibfähigen
Schlicker der bekannteil Xlethoden der Gastreibung. Zu diesem Zweck wird beispielsweise
feinverteiltes Aluminiumoxyd mit einer Korngröße von unter 12 ti Mit Wasser zu einem
Schlicker angerührt, dem in der Kälte oder Wärme gasentwickelnde Stoffe zug-esetzt
werden. Als solche können etwa Kohlendioxyd abgebende Substanzen, wie Ammoniumcarbonat,
benutzt werden. Besonders vorteilhaft hat sich jedoch im Hinblick auf die Erzielung
einer gleichmäßigen Größe und Verteilung der Poren die Verwendung von Wasserstoffperoxyd
als Treibmittel erwiesen. Beim erfin,dungsgemäßen Arbeiten mit Wasserstoffperoxyd
werden dem Schlick-er zur Regelung der l'oreiizalil, Porengrößc und Porenstabilität
noch Katalysatoren und die Oberflächenspannung beeinfluss'ende Mittel zugesetzt.
Als Katalysatoren dienen vorwiegend Manganverbindungen; zur Blasenregulierung werden
Stoffe wie Seife, Saponine, Albumin oder auch Xylose, tierischer Leim, Kleber auf
Celltilosel)asis oder die als Tylose bekannten Methylcellulosen verwendet.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird der wie vorstehend angesetzte
Schlicker dem Treib-%-organg unterworfen, wobei das Treiben je nach Wahl
der Katalysatoren bei Zimnierteniperatur oder auch bei erhöhter Temperatur, beispielsweise
zwischen 50 und 8o', vorzugsweise zwisclien 6o und 70', vorgenommen,
wird. Der so getriebene Schlickcr wird erfindungsgemäß nuninelir zerteilt, indem
die Nlasse ans einem -.\lundstück tinter ihrem eigenen Gewicht auf fortlaufende
Transportbändcr oder umlaufende Walzen auftropft, wobei die Tropfengröße und damit
die Größe der entstandenen porösen Oxydteilchen durch die Größe der Auslauföffnung
und durch die Zulauf-escliNvin,digkeit des austropfenden Schlickers 1 11
gewünschter Weise ge-
regelt würden kann. Das Atistropfen kann bei einer weiteren
Ausführungsforrn der Erfindung auch mit einem Versprühcn durch Zuführung von Druckluft,
Wasserdampf oder anderen Gasen verbundlen oder durch eine dieser Nlaßnaliinen vollständig
ersetzt werden. Dabei wird beispielsweise ein frei fallender Schlickerstrahl senkrecht
durch den Gas-, Luft-oder Dampfstrahl angeblasen und ' die entstehenden Tröpfchen,
wie vorlier heschrieben,- aufgefangen. Nach Entfernung von der Auffangvorrichtung,
die in bekannter Weise durch Schaber oder ähnliche Vorrichtungen vorgenommen wird,
werden die getrockneten, Oxydtröpfchen durch Brennen unterhalb des Schmelzpunktes
des Aluminiumoxydes verfestigt.
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Da bei den oben beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens eine
Zerteilung des bereits vollständig oder nahezu vollständig ausgetriebenen Schlickers
erfolgt, ist es-zwcckmäß#ig, die Art der Katalysatoren und ihre Menge so zu wählen,
daß eine große Anzahl sehr feiner, stabiler Blasen entstehen, die den, mechanischen
Beanspruchung-en des Zerteilungsvorganges ohne nennenswerte Zerstörung oder Beschädigung
gewachsen sin,d. Das Verfahren gemäß (ler Erfindung kann auch derart durchgeführt
werden, daß der Treibvorgang ganz oder im wesentlichen erst nach der Zerteilung
des Schlickers in den einzelnen durch die Zerteilung entstandenen Tröpfchen ausgelöst
wird. Bei dieser Arbeitsw-eiise werden Katalysatoren verwendet, die den! Eintritt
des Treibvorganges verzögern, bis die Zerteilung, wie im einzelnen bereits vorstehend
be-
schrieben, stattgefunden hat. Wird das Treiben bei erhöht-er Temperatur
vorgenommen, so ergibt sich eine besonders zweckmäßige und vorteilhafte Ausführungsforin
dadurch, daß der Treibvorgang mit der Trocknung zeitlich verknüpft und in einer
Wärme durchgeführt werden kann.
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Die Konsistenz des zu zerstäubenden treibfähigen Schlickers wird hierbei
so eingestellt, daß ein Teil der währen4 des Treibvorganges entwickelten Gase aus
die:n Tröpfchen entweichen, kann, so daß die Bildung einer zusammenhängenden Haut
an der Oberfläche der Tröpfchen vermieden wird und, bei der weiteren Verarbeitung
nach außen offene Poren an den Körnern erhalten bleiben. Insbesondere durch Arbeiten
mit einem Schlicker von zähflüssiger Konsjistenz läßt sich dieses Ziel auf einfache
Weise erreichen.
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Die nach der vorstehend besclirichenen Arbeitsweise gewonnenen, fertig
getriebenen Oxydkörner,
die entweder während oder nach dem Treiben
ge-
trocknet sind, werden anschließend zur Verfestigung in bekannter Weise
gebrannt.
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Bei der Zerteilung des getriebenen Schlickers, etwa durch Austropfen
oder Zerstäuben, hat es sich in manchen Fällen als zweckmäßig erwiesen, die entstehenden
Tröpfchen zur Verhinderung des Anklebens an die Auffangvorrichtung mit einem staubförmigen,
trockenen Vberzug zu versehen. Man kann das beispielsweise dadurch erreichen, daß
der Zerstäubungsluft feinverteiltes Aluminiumoxyd zugesetzt wird, durch das die
Schl,ickertröpfchen ge-
wissermaßen eingepud-ert werden.
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Die nach dein Verfahren der Erfindung erzeugten porösen Oxydkörner
weisen im allgemeinen eine tropfen- oder kugelartige Gestalt auf. Für Zwecke, bei
denen es auf eine besonders sperrige Schüttung solcher porösen Körner ankommt, kann
man diese Kugel- oder Tropfenforrn erfindungsgemäß dadurch zerstören, daß die Körner
im Anschluß an einen Vor- oder Fertigbrand, einer Nachzerkleineru,ng unterworfen
werden. Dabei können die ge-
trockneten: Körner entweder bis zu Temperaturen
von etwa 1200' oder, wie schon erwähnt, bei solchen zwischen 17oo bis 2000', vorzugsweise
zwischen i85o und 195o' in loser Schüttung gebrannt und dann in an sich b#ekannter
Weise auf Kollergängen, Mühlen oder Walzen nachz,erkleincrt werden. Soweit die nachzerkleinerten.
Körner lediglich vo#rgebrannt waren, kann der Nachzerkleinerung zur Erhöhung der
mechanischen Festigkeit noch ein Nachbrand im Teml)eraturl),ereich zwischen, 1700
und 2000' angeschlossen werden. Im Gegensatz zu einer entsprechenden Verarbeitung
hochgebrannterFormkörper ist die 1)cscliriel-)ene Nachzerkleinerung der bereits
porösen Körner ohne besonderen Aufwand an Maschinen oder Energie leicht durchzuführen.
Es ergeben, sich dahei durch Zersplitterung des porösen Kornes Gebilde, die eine
offene, wabenartige oder netzartige Struktur zeigen und im Vergleich zu ihrem Gewicht
eine besonders große zugängliclie 01>erfläche aufweisen, die derartigen Produkten
z. 13. als Trägermaterial oder für Adsorptionsvorgänge sehr günstige Eigenschaften
verleiht.
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Die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten porösen Körnungen
können als solche verwendet oder aber auch unter Zusatz von Bindemitteln, wie Kunstliarzen,
Fritten, fein verteilter Tonerde, auf por(-)se Forinkörper verarbeitet Nverden.
Es ist auch möglich, nach den Methoden der Sinterkeramik daraus stofflich liornogene
poröse Formkörper ohne bleibendes Bindemittel zu erzeugen. B C i s P i e
1 C
i. iooo g Alumirnurrioxyd mit einer Teilchengröß,e von etwa 12,U
werden mit 5oo ccm Wasser unter Zusatz von die Oberflächenspannung regulicrend-en
Stoffen zu einem Schlick-er angerührt und mit 36 ccin Wasserstoffp-eroxyd
und einem Katalysator versetzt. Diese -Masse wird durch Auftropfen auf eine mit
Wasserdampf auf 70 bis 8o' erhitzte rotieren-de Trommel zerteilt. Die ausgetriebenen
und gleichzeitig-getrockneten porösen Schlickertröpfchen, die einen Durchmesser
von 2 bis; 3 mm aufweisen, werden durch Abstreifer von der Trommel entfernt
und in loser Schüttung bei einer Temperatur No.ni 19000 gebrannt. Die erhaltenen
Körner wei sen ein Schüttgewicht von, I 170 9 pro Liter auf. Im Vergleich
dazu beträgt das Schüttgewicht des als Bikorit bekannten dichtend Aluminiumoxyds
bei ner Teilchengröße von etwa o,95 mm 176o g pro Liter.
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2. Ein Schlicker, der wie unter Beispiel i hergestellt ist, wird in
einem mit einer Auslauföffn:ung versehenen Gefäß zum Treiben gebracht. Nach
Beendigung des Treibens wird der am Boden befindliche Auslauf geöffnet, wobei der
getriebene Schlikker in frei falleiid.m Strahl nach unten, ausläuft. ##tif diesen
Stralil wird in senkrechter Richtung ein Luftstrom geblasen und dadurch der Schlicker
in Tröpfchen von etwa i mm Durchmesser aufgeteilt. Die Schl ickertröpf chen werden
bei einer Temperatur von etwa 70' getrocknet und bei i i oo' vorgebrannt.
Die vorgebrannten. porösen Oxydteilchen werden, sodann in einem Kollergang nachzerkleinert
und, einem Fertigbrand bei igoo' unterzogen. Der Hauptanteil aus der Nachzerkleinerung
weist eine Korngröße von etwa o,5 mm auf und besitzt ein Schüttgewicht von i48o
g pro, Liter. Demgegenüber beträgt das SchüttgeNvicht eines Aluminiumoxyds
mit dichtem Korn bei einem Korndurchmesser von durchschnitt-]ich 0,46 mm 1920
g pro Liter.