DE973667C

DE973667C - Verfahren zur Herstellung einer poroesen Fuellmasse

Info

Publication number: DE973667C
Application number: DEU1444A
Authority: DE
Inventors: John Wesley Houser; Anton Stanley Pater
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1950-12-06
Filing date: 1951-12-05
Publication date: 1960-04-28
Also published as: DE1088180B

Description

Verfahren zur Herstellung einer porösen Füllmasse Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer verbesserten monolithischen porösen Füllmasse, die Kalk, Kieselsäure und Mineralfasern enthält und für Behälter bestimmt ist, die zur Aufnahme gelöster Gase, z. B. Acetylen, dienen.
Füllmassen für Acetylenbehälter sind bekannt. Sie bestehen in der Hauptsache aus Calciumsilicat, das durch chemische Umsetzung von Kalkhydrat und feinverteilter Kieselsäure, z. B. Kieselgur oder Bims, bei, Anwesenheit von Wasser hergestellt wird. Dabei kann nach einem neueren Vorschlag, der nicht zum Stand der Technik gehört, der gelöschte Kalk, der im übrigen auch in Form von Karbidschlamm zur Anwendung kommen kann, ganz oder zum Teil durch Oxyde des Magnesiums, Aluminiums oder Eisens ersetzt werden. Derartige Gemische, die auch :Mineralfasern enthalten können, ergeben, wenn sie in den Behälter gebracht und verfestigt werden, eine monolithische Füllmasse mit einer Dichte von 384 bis d8o kg/m3, einer Porosität von 6o bis 86% und einer entsprechenden Festigkeit, die verhindert, daß die Masse bei einer rauhen Behandlung des Behälters sich absetzt und Lücken oder Hohlräume bildet. Schließlich enthalten diese Massen gleichmäßig verteilte feine Poren., die eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Zersetzung des Gasinhaltes gewährleisten. Obgleich man sich darüber klar war, daß die Herabsetzung des Gewichtes derartiger Aufbewahrungs- und Versandbehälter durch erhöhte Porosität der Füllmasse wirtschaftliche Vorteile mit sich bringen würde, da bei vermindertem Gewicht und damit herabgesetzten Versandkosten eine größere Gasmenge untergebracht werden kann, konnte bisher eine Erhöhung der Porosi.tät ohne Gefährdung der Sicherheit und der Haltbarkeit der Behälter nicht erzielt werden.
Nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte Füllmassen weisen eine höhere Härte, Festigkeit, Porosität und Gleichmäßigkeit auf und zeigen damit Eigenschaften, die einen wesentlichen technischen Fortschritt insofern erbringen, als neben der Gewichtsverminderung die Handhabung der mit der neuen Masse gefüllten Flaschen oder Behälter erleichtert wird, da die gemäß dem Verfahren der Erfindung gewonnenen Massen bei mindestens gleicher oder sogar besserer Saugfähigkeit für gelöste Gase und insbesondere für Aceton als Lösungsmittel weniger empfindlich gegen Stoß und Schlagbeanspruchung sind.
Nach der Erfindung werden die Füllmassen aus einem Gemisch von Kalk, einem kieselsäurehaltigen Stoff und Mineralfasern unter Zusatz von kristalliner Kieselsäure und eines organischen Suspendierungsmittels hergestellt, wodurch sich die Produkte gegenüber den bisher bekannten Massen ähnlicher Zweckbestimmung unterscheiden:. Um die Komponenten zu einer Masse mit den genannten optimalen Eigenschaften verarbeiten zu können, ist es erforderlich, sie gemäß dem Verfahren der Erfindung in bestimmten Mengen aufeinander abzustimmen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemenge von io Gewichtsteilen Calciumoxyd, io bis 15 Gewichtsteilen kristalliner Kieselsäure, die durch ein Sieb mit 0,074 mm lichter Maschenweite hindurchgeht, i bis io Gewichtsteilen Mineralfasern, 67 bis 187 Teilen Wasser und 1,8 bis 6,5 Gewichtsteilen eines anorganischen Suspendierungsmittels in den Behälter eingefüllt und durch ausreichende Wärmeeinwirkung verfestigt sowie anschließend getrocknet wird. Die kristalline Kieselsäure verleiht, wenn sie in der angegebenen Teilchengröße benutzt wird, der Masse im Gegensatz zu, der bisher für solche Zwecke verwendeten lockeren und weichen Kieselgur oder Bims erhöhte Härte und Festigkeit.
Als anorganisches Suspendierungsmittel lassen sich beispielsweise frisch gefälltes Magnesiumhydroxyd, basisches Magnesiumcarbonat, Natriumcar,bonat mit wenig Sulfat, Phosphorsäure oder Phosphate, Borsäure oder Borate verwenden. Als besonders wirksam haben sich aluminiumhaltige Suspendierungsmittel erwiesen, wie frisch gefälltes Aluminiumhydroxyd, Natriumalumkiat, Aluminiumsulfat oder Bentonit. Vorzugsweise sollen solche Suspendierungsmittel in einer Menge angewendet werden, durch die ein Gehalt von i bis 5 % Aluminiumoxyd in der Füllmasse gewährleistet ist. Die Menge und Art des suspendierten Mittels soll weiterhin so bemessen werden, daß das Gemenge sich nicht absetzt oder vor der Verfestigung Schichten bildet. Der Zusatz an Suspendmerungsrnittel muß selbstverständlich auch so abgestimmt werden, daß das Endprodukt, nämlich die gehärtete Masse, die gewünschten strukturmäßig bedingten physikalischen Eigenschaffen erhöht. So wurde z. B. gefunden, daß Bentonit die Festigkeit des Endproduktes nicht wesentlich erhöht, daß aber bereits durch seine Verwendung in kleinen Mengen seine vorteilhaften Wirkungen als Suspendierungsmittel in Erscheinung treten.
Um eine Zylinder-Füllmasse mit den gewünschten Eigenschaften und einer Porosität von 86 bis 93 % herzustellen, werden folgende trockenen Bestandteile benötigt: Ätzkalk und Kieselsäure im Verhältnis von io Teilen Kalk als Ca0 zu io bi, 15 Teilen feinzerteilter Kieselsäure als Si O" ein anorganisches Suspendierungsmittel, z. B. Bentonit, in einer Gewichtsmenge von 1,8 bis 6,5 Teilen auf io Teile Kalk und eine inerte Mineralfaser in einer Menge von i bis io Teilen auf io Teile Kalk.
Diese kommen in einem soliden prozentualen Verhältnis - bezogen auf trockene Substanzen -zur Anwendung, daß die Mengen von Kieselsäure zu Kalk sich wie i : i bis 1,5 : 1 verhalten.

Kalk ................... 44 bis 25,2%

Kieselsäure ............. 44 bis 37,8o/0

Bentonit .......... ..... 8 bis i6,50/0

Asbestfaser ............. 4. bis 20,5%

io00/0 1000/0

Es ist zu bemerken, daß die Minimal- und Maximalwerte des Bentonits und Asbests nicht unbedingt mit den Minimal- und Maximalverhältnissen von Kieselsäure zu Kalk verwendet werden müssen. Eine Zusammensetzung für die Ausiibung des Verfahrens gemäß der Erfindung, die Massen mit ausgezeichneten Eigenschaften ergibt, ist z. B. - ausgedrückt in Gewichtsteilen der trockenen Bestandteile - folgende: -

Gewichtsteile

Kalk ....................... io

Kieselsäure ................. 12 bis 13

Bentonit .................... 2,5 bis 3

Asbest ..................... 2,5 bis 3

Wenn eine derartige Mischung, in der die Menge der Bestandteile wie angegeben variieren kann, angewendet wird, wird eine Zylinder-Füllmasse mit einer Porosität von etwa 91% erhalten, wenn 121 Gewichtsteile Wasser für io Gewichtsteile Kalk eingesetzt werden.
Die Wassermenge kann in gewissen Grenzen variiert werden, um die gewünschte Porosität von 86 bis 939/o im Endprodukt zu erhalten. Bei der trockenen Mischung Kieselsäure zu Kalk von i : i und Minimalmengen an Bentonit und Mineralfaser soll die erforderliche Menge an Wasser 67 bis 103 Gewichtsteile auf io Teile Kalk betragen; bei einem Verhältnis Kieselsäure zu Kalk von 1,5: i mit Maximalmengen an Bentonit und Asbest soll die erforderliche Wassermenge zwischen 107 und 187 Gewichtsteilen auf io Teile Kalk liegen. Die Gesamtmenge an Wasser beträgt, wie schon erwähnt, 67 bis 187 Teile auf io Gewichtsteile Kalk, um die gewünschte Porosität im Endprodukt zu erhalten. Die Kieselsäure soll als ein lzristalli,sches Produkt mit einer Teilchengröße von etwa Zoo Maschen (0,o74 nein Siebblechweite) oder kleiner dienen. Die Mineralfaser muß ein Material darstellen, das unter den Herstellungsbedingungen reaktionsträge (inert) ist, so claß es bei der Umsetzung mit den übrigen Reaktionsteilnehmern seine fasrige Struktur nicht verliert. Asbest ist hierfür besonders zu empfehlen.
Kieselsäure und Kalk können geringe Verunreinigungen enthalten, die im Endprodukt durch Vorhandensein von 1/2% Tonerde oder weniger in Erscheinung treten; wenn aber ein Tonerde enthaltendes hydrophiles Kolloid, wie z. B. Bentonit, verwendet wird, enthält das Endprodukt begreiflicher-«,eise eine höhere Menge an Aluminiumverbindung, bestimmbar als Tonerde. Das Endprodukt der Füllmasse kann also in trockenem Zustand erfindungsgemäß Aluminiumverbindungen - bestimmbar als Aluminiumoxyd - von i bis 5 % enthalten.
Der Herstellu:ngsprozeß der Zylinder-Füllmasse kann mit dem Löschen des Kalks mit einem Teil des. Wassers bei erhöhter Temperatur beginnen, um eine feine Teilchengröße des Kalks zu erzielen, der dann gekühlt wird. Das hydrophile Kolloid, wie z. B. Bentonit, wird dann mit dem restlichen Wasser vermischt und das sich ergebende Gemenge mit dem abgekühlten Kalk vermengt. Der Rest der trockenen Bestandteile wird unter Rühren dem abgekühlten, vereinigten Gemenge zugefügt und das Rühren noch eine Weile fortgesetzt, so. daß eine vollständige Mischung eintritt. Die Mischung wird dann in die. Zylinder eingefüllt. Dies kann dadurch geschehen, daß man die Mischung in die Zylinder preßt oder sie in die Zylinder einlaufen läßt. Am besten werden die Zylinder kontinuierlich. an ihrem oberen Ende evakuiert, während das Gemenge, in die Zylinder eingebracht wird. Es empfiehlt sich auch, die Zylinder während der Beschickung zu bewegen, z. B. aufzustoßen. Auf jeden Fall ist es wichtig, daß die Zylinder vollständig mit der homogenen Mischung gefüllt werden.
Darauf muß die Umsetzung von Kieselsäure und Kalk in wirtschaftlicher Weise durchgeführt werden, und zwar durch Zuführen von Wärme. Ein Erhitzen über 100° C, um die Mischung in. den Zylindern vorzuwärmen, würde einen teilweisen Verlust der Mischungen aus den Zylinderöffnungen bedeuten. So, wird ein derartiger Verlust vermieden und die Umsetzung beschleunigt, indem das Vorwärmen und die Autoklavbehand'lung vereinigt werden.
Zu diesem Zweck wird jeder Zylinder mit einem lxpansionsbeh@älter verbunden, der an dem oberen Teil jedes Zylinders angebracht ist. Dieser geschlossene Expansionsbehälter - anfangs mit Luft gefüllt - nimmt die ausgedehnte Flüssigkeit aus dem Zyinder auf, so daß Luft und Dampf in dem Behälter zusammengepreßt werden und somit der Dampfdruck in dem Zylinder ansteigen kann, ohne daß Schaden durch hydraulische Expansion eintritt.
Die Autoklavbehandlung kann durch Unterbringung der Zylinder mit den Expansionsbehältern in einem Ofen und durch Erhitzen derselben auf eine Maximaltemperatur von 190 bis 23o° C ausgeführt werden. Die Mischung, die anfangs durch das hydrophile Kolloid in Suspension gehalten wird, bis die Umsetzung so weit fortgeschritten ist, daß die Masse sich setzt, reagiert unter dem Einfluß der ansteigenden Temperatur und dem Dampfdruck weiter bis zur vollständigen Umsetzung und wird in verhältnismäßig kurzer Zeit fest. Die Zylinder werden dann aus dem Ofen herausgenommen, gekühlt und die Expansionsbehälter entfernt. Die Zylinder mit der fest gewordenen monolithischen Masse werden dann vollständig in einem Ofen getrocknet, dessen Temperatur anfangs etwa i50° C beträgt und allmählich auf etwa 315° C gesteigert wird. Hierbei trocknen die Zylinder in wenigen Tagen aus. Die in den Zylindern entstandene monolithische- poröse Masse besitzt das niedrige Schuttgewicht von wenigem als 32o kg/ms; die Druckfestigkeit ist sehr gut, sie beträgt 14 kg und oft über 28 kg/cm2.
Die Metallbehälter bzw. Zylinder, die mit der erfindungsgemäß hergestellten, porösen Masse gefüllt sind, eignen sich für die Aufbewahrung, Lagerung und den Versand von Gasen und verflüssigten Gasen. Sie sind besonders für die Aufbewahrung, Lagerung und den Versand von gelöstem Acetylen brauchbar, wobei die poröse Masse mit einem Lösungsmittel, wie Aceton, in welchem das Acetylen sich löst, gesättigt wird. Infolge der höheren Porosität der verbesserten Füllmasse ist es erst möglich, eine größere Acetylenmenge in einem Zylinder bestimmter Größe unterzubringen und dadurch die Kosten der Verteilung zu verringern. Hierbei ist noch zu erwähnen, daß diese Vorzüge ohne Herabsetzung der Haltbarkeit oder Erhöhung der Herstellungskosten der Zylinder erreicht werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung einer monolithischen porösen Füllmasse, enthaltend Kalk, Kieselsäure und Mineralfasern in einem Behälter, der zur Aufnahme gelöster Gase, z. B. Acetylengas, dient, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemenge von io Gewichtsteilen Calciumoxyd, io bis 15 Gewichtsteilen kristalliner Kieselsäure, die durch ein Sieb mit 0,074 mm lichter Maschenweite hindurchgeht, i bis io Gewichtsteilen Mineralfasern, 67 bis 187 Teilen Wasser und i,8 bis 6,5 Gewichtsteilen eines anorganischen Suspendierungsmittels in den Behälter eingefüllt und durch ausreichende Wärmeeinwirkung verfestigt sowie anschließend getrocknet wird.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Suspendierungs.mittel Bentonit, Aluminiumsulfat, Natriuma,luminat oder frisches Aluminiumhydroxyd in solcher Menge verwendet wird:, daß in der porösen Füllmesse ein Aluminiumoxydgehalt von i bis 5 0/0 vorliegt. In Betracht gezogene Druckschriften Deutsche Patentschrift Nr. 827 53d..