DD155161B1 - Verfahren zur herstellung von poliermitteln - Google Patents

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zu г Herstellu ng von Poliermittel η auf der Basis von anorganischen Oxiden diezurPolierung von Metallen, Holz und Kunststoffen, insbesondere aber von optichen Glasern Verwendung finden

Charakteristik der bekannten technischen Losungen

Fur die Herstellung anorganischer fester Oxide^ie Fe₂O₃, Cr₂O₃, TiO₂, CeO₂ usw aus ihren Metallen, Hydroxiden, festen Salzen oder anderen Verbindungen zur Verwendung als Poliermittel wurden alle aus der Pigmentsynthese bekannten Vorrichtungen wie Muffelofen, Schachtofen, Drehrohrofen, Wirbelschichtofen und Fließbettreaktoren bereits vorgeschlagen Die mit diesen Vorrichtungen erhaltenen Oxide bedürfen fur poliertechnische Zwecke einer nachträglichen kostspieligen Aufmahlung Fur Pigment- und Polierzwecke findet beispielsweise Eisen(lll)-oxid in der Modifikation als 0-Fe₂O₃ Verwendung Die Untei schiede fur die genannten Zwecke im Habitus, in der Harte, in der Feinstruktur der Teilchen, in der Teilchengroßeverteilung und im saureloslischen Ruckstand sind aber erheblich Wegen der Komplexität des Pohervorganges existiert neben Einzelerkenntnissen keine geschlossene allgemein anerkannte Poliertheone Deshalb ist auch eine gezielte Entwicklung von Poliei eigenschaften eines Oxids nur teilweise möglich Ob ein Poliermittel vor allem in der optischen Industrie geeignet ist oder nicht entscheidet letztlich der Polierversuch Die genannten Vorrichtungen erfüllen deshalb die Forderungen, die an Poliermittel gestellt werden, nur bedingt Deshalb sind fur ihre Herstellung immer noch alt überlieferte diskontinuierliche Chargenverfahren üblich, die in keiner Weise modernen Vorstellungen über eine Produktionslinie oder auch über Umweltschutz entsprechen So wird beispielsweise noch heute ein Polierrot nach folgendem Verfahren gewonnen Eine Mischung beispielsweise aus Eisen(ll) Sulfat, organischen Stoffen wie Starke und anorganischen Oxydationsmitteln wird schaufelweise gezündet, abgebrannt und abgekühlt Das gewonnene Eisen(ll)-Oxid wird anschließend mehrmals gewaschen und von Grobanteilen befreit

In neuerer Zeit wird nach GB 1 038773 zur Herstellung von Cr₂O₃ aus gelosten Chromaten die thermische Zersetzung in einem röhrenförmigen Reaktor mit Innenbeheizung vorgeschlagen Bekannt ist auch die Herstellung von Poliermitteln nach DD 90830 durch Zerstäubung von Eisen(lll)-oxid-Losungen, Gelen oder Suspensionen im Gasstrom bei 250⁰C Anschließend erfolgt ein Nachglühen der Produkte bei 450⁰C Fur die Gewinnung von Eisenoxidpigmenten mit Teilchengroßen unterhalb der Wellenlange des sichtbaren Lichtes ist nach DE OS 2210279 bekannt, Eisencarbonyl₄gasformig in einem senkrecht stehendem Rohr mit Luft bei 250 bis 700⁰C mit Verweilzeiten im Sekundenbereich zu Eisen(lll)-oxid umzusetzen Es ibt weiterhin nach DE OS 2638173 bekannt, das Poliermittel CeO₂ durch Spruhrostung aus Cerlosungen zu gewinnen Die dazu gehörige Vorrichtung bleibt offen Ob und inwieweit die letztgenannten Verfahren technisch eingeführt sind, ist unbekannt Der Einsatz eines Schwingfeuerreaktors zur Gewinnung von Pigmenten wie TiO₂, Fe₂O₃, Cr₂O₃ usw ist in DD 114454 beschrieben Dieses Verfahren ist jedoch zur Pollermittelherstellung nicht geeignet

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Verbesserung der Herstellung von Poliermitteln auf anorganisch-oxidischer Basis, wobei das Verfahren eine Erhöhung der Ökonomie gegenüber dem Stand der Technik bringen soll

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Poiiermitteln bevorzugt fur optische Glaser aufzuzeigen, das so flexibel ist, daß verschiedene Ausgangsstoffe und demzufolge auch verschiedene Endprodukte sowohl in stofflicher als auch in poliertechnischer Hinsicht anfallen Dabei soll nur eine Voi richtung verwendet werden Weiterhin strebt die Erfindung bei kontinuierlichem Betneb eine erhebliche Verkürzung der Reaktionszeit und damit eine Einsparung an apparativem Aufwand ein

Das erfmdungsgemaße Verfahren besteht im wesentlichen darin, daß wie überraschenderweise gefunden wurde, die bekannten Grundreaktionen der Poliermittelsynthesen, wie vom Drehrohrofen bekannt, in der Flugstaubwolke unter der Einwirkung einer schwingenden Verbrennung so ablaufen, daß die anfallenden Oxide die besonderen Eigenschaften von Poiiermitteln aufweisen Als Vorrichtung zur technischen Realisierung dieses Verfahrens eignet sich dazu ein Schwingfeuerreaktor Die schwingende Verbrennung bewirkt einen urn Zehnerpotenzen gesleigeiten Wärmeübergang zwischen Heizgas und Ausgangsstoffen, so daß dieVerweilzeiten gegenüber dem Drehrohrofen um 20 Minuten und dem Rohr reaktor um 20 Sekunden im Schwingfeiierreaktor auf die Größenordnung um 20 Millisekunden verkürzt werden können Die hedktfonstemperaturen erreichen in einem nicht waimeisolierten Schwingfeuerreakror beispielsweise mit Dieselkraftstoffoetneb bis 1150⁰C Es wurde gefunden, daß beispielsweise beim Einsatz von Eisen(ll) oxaiat-Dih/drat oder Eisen(ll)-formiat-Dihydrat ein rotbraunes Eisen(ll) oxid mit optimaler Harte anfallt, wenn Reaktionstemperaturen zwischen 500 und 90U⁰C gewählt werden Bei höheren Reaktionstemperaturen entsteht violettstichiges, hartes Eisen(lll)-oxid, das sich als Poliermittel nicht mehr eignet Die so synthetisierten Oxide ergeben aber erst dann fur optische Zwecke geeignete Poliermittel, wenn zwei weitere Bedingungen erfüllt sind Die eine Bedingung ist die richtige Korngroße des Ausgangsmaterials, die andere der passende Wasch- bzw Wasch- und Schlammprozeß des Endproduktes Beide Bedingungen sind ihrerseits wiederum mit der ReakAionstemperatur verknüpft Em benutztes handelsübliches Eisen(ll)-oxalat-Dihydrat wies beispielsweise eine mittlere Teilchengröße von 140pm auf Sem Umsatz im Schwingfeuerreaktor bei 600°C ergab Eisen(ll)-oxid das anschließend einem mehrmaligen Waschprozeß unterzogen wurde Dieses Produkt eignete sich nicht als Poliermittel Eine vorherige M ^hlung des gleichen Ausgangsstoffes auf eine maximale Korngroße unter 500μ brachte bei sonst gleichen Verfahrensschritten ebenfalls kein brauchbares Poliermittel Wird aber das Endprodukt nicht nur einer wiederholten Waschung, sondern zusatzlich einem fraktioniertem Schlammprozeß unterworfen so resultierte ein Eisen(lll)-oxid mit Poliermittelchdraktei

Systematische Untersuchungen dieser komplexen Verhältnisse zeigten die folgenden Ergebnisse, wobei die genannten Teilchengroßen selbstverständlich m t den Abmessungen der benutzten technischen Anlage korrelieren Diese AbhangigVcMt soll mit einer Reaktionszeit des Materials bei den genannten Temperaturen in der Größenordnung um 30 Millisekunden gekennzeichnet sein

Bei einem Einsatz der Ausgangsstoffe mit Teilchen gleich oder kleiner von etwa 20 pm genügt zur Erzielung eines geeigneten Pol lermittels ei η wiederholter Wasch prozeß des Endproduktes Das Waschen geschieht mit heißem Wasser, wobei zur besseren Dispergierung der Agglomerate Dampf eingeleitet wird Die Suspension wird mittels eines 32-pm-Siebes von Verunreinigungen und Grobanteilen befreit Harte Waschwasser erfordern eine vorherige Enthärtung Bei einem Einsatz der Ausgangsstofe mit Teilchen zwischen etwa 20 und etwa 50 цт reicht furein geeignetes Poliermittel ein wiederholter Waschprozeß nicht aus Vielmehr muß nach dem Waschprozeß bzw mit diesem gekoppelt ein fraktionierter Schlammprozeß vorgenommen werden

Bei einem Einsatz der Ausgangsstoffe mit Teilchen großer als 50 pm gelingt bei den genannten Betriebsbedingungen auch bei einem Wasch- und Schlammprozeß die Darstellung eines Poliermittels nicht in erforderlicher Qualität Bei gewählten Reaktionstemperaturen im oberen Grenzbereich, macht sich eine Abschreckung des heißen Feststoff-Heißgas-Gemisches erforderlich Nach Ablauf der genannten Reaktionszeit, das heißt am Ende des Reaktors, wird kalte Luft eingespeist Wird die Grenzteilchengroße der Ausgangsstoffe von etwa 50pm überschritten, so genügt zur Unterschreitung eine Kugelmahlung Der vorgeschaltete Mahiprozeß laßt sich durch Einsatz intensiverwirkender Mahlaggregate, beispielsweise von Schwingmuhlen, zeitlich erheblich verkurzen, wobei vorteilhafterweise ein reaktionsfähigerer Ausgangsstoff anfallt Der Mahlvorgang kann durch grenzflächenaktive Stoffe wie bekannt noch ökonomischer gestaltet werden Fur einige Anwendungsfalle sind sauer wirkende Poliermittel im Gebrauch Sie weisen in einer wäßrigen Suspension pH-Werte um 3 bis 5 auf Es wurde gefunden, daß auch diese Poliermittel nach dem vorgeschlagenen Verfahren synthetisiert werden können Die genannten Reaktionstemperaturen zwischen 500 und 900X und die beschriebenen Beziehungen zwischen der maximalen Teilchengroße des Ausgangsstoffes und den Wasch- bzw Wasch- und Schlammverfahren gelten auch hier Erfindungsgemaß werden die sauren Bestandteile an die Oxide in statu nascendi absorptiv und adsorptiv als SO₂ und SO₃ gefunden Die nachträgliche Ansauerung eines neutral hergestellten Oxides etwa mit Schwefelsaure fuhrt nicht zu einem Poliermittel der gleichen Qualität Der notwendige Schwefel kann einmal in beliebiger Form, elementar, sulfidisch oder sulfatisch, den Ausgangsstoffen beigemengt werden Bei technischen Ausgangsstoffen sind oft schwefelhaltige Verbindungen als Verunreinigung enthalten Beispielsweise wurde in einem handelsüblichen Eisen(ll)-oxalat-Dihydrat ein Fremdgehalt von 0,34% Sulfat festgestellt Wenn fur die thermische Umwandlungen Dieselkraftstoff mit etwa 0,5% Schwefel zum Einsatz gelangt, so genügen gelegentlich die aus beiden Quellen stammenden SO₂- und ЭОз-Мепдеп, um ein brauchbares sauer wirkendes Poliermittel auf der Basis von Fe₂O₁ zu erhalten Zum anderen kann der erforderliche Schwefelgehalt dem fur den Betrieb des Schwingreaktors benotigten Brennstoff zugegeben werden Bei Reaktoren mit flussigem Brennstoff kann beispielsweise ein Dieselkraftstoff mit originären Schwefelanteilen großer als 0,5% eingesetzt werden Eine bequeme Methode der Schwefelanreicherung von Dieselkraftstoff ist ein Zusatz von Kohlenstoffdisulfid Eine Produktionslinie zur Durchfuhrung des vorgeschlagenen Verfahrens besteht beispielsweise aus einer Rohstoffmuhle, einem Schwingfeuerreaktor einem Zyklon und einen Feinkornabscheider Ein Luftzufuhrungsstutzen befindet sich am Ende des Schwingfeuerreaktors, um Heißgase und Reaktionsprodukte abzukühlen bzw bei hohen Reaktionstemperaturen mit viel Luft abzuschrecken Die Rohstoffmuhle erübrigt sich, wenn die handelsüblichen Ausgangsstoffe mit Sicherheit die Grenzkorngroße von 50pm unterschreiten Der Zyklon nimmt im wesentlichen die Funktion eines Grobkornabscheiders wahr Bei sicherer Betriebsfuhrung ist er entbehrlich Dasfeinteilige Reaktionsprodukt wird beispielsweise in einem Gewebeabscheider gesammelt Fur den Waschprozeß bzw den Wasch- und Schlammprozeß stehen bekannte Aggregate zur Verfugung

Ausführungsbeispieie

Die Erfindung soll nachstehend an Hand von Äusführungsbeispielen für Glaspoliermittel näher erläutert werden. Die Bewertung der erfindungsgemäß hergestellten Poliermittel erfolgt nach Zeitspanmasse (Glasabtrag, Polierleistung), Sauberkeit der polierten Flächen in bezug auf Kritzchen und Formgenauigkeit des Prüfkörpers im Vergleich zu einem industriell eingesetzten Plierrotbei gleicher Laborpoliermaschine mit konstanten Einstellungen und bei konstanter Suspensionsdichte des Poliermittels für einige Glassorten mit folgenden Grundwerten;

Glassorte Schleifhärte Zeitspanmasse

ins/cm³ in mg/min

Borkronglas 30,3 1,24

Schwerkronglas 22,6 2,40

Schwerflintglas 14,9 2,8.2

Beispiel 1

Ausgangsmaterial: Handelsübliches Eisert(ll)-oxalat-Dihydrat ohne Nachmahlung.

Mittlere Korngröße: 1,34μηι Verfahren: Thermische Umsetzung mittels schwingender Verbrennung von Dieselkraftstoff. Brennstofffluß 8kg/h. Materialfluß 80kg/h. Reaktionstemperatur 600^CC. Verweilzeit des Materials im Reaktor etwa 35 ms. Abkühlen des Feststoff-He/ßgasgemisches mit Luft. Endprodukt vorwiegend Eisen(lll)-oxid.

Waschung des Endproduktes.

Poliertest an Schwerkronglas:

Zeitspanmasse: 2,15 mg/min Sauberkeit: mit Kritzchen

Formgenauigkeit: ungenügend

Ergebnis: kein Poliermittel in der erforderlichen Qualität

Beispiel 2

Ausgangsmaterial: Handelsübliches, nachträglich kugelgemahlenes Eisen(ll)-oxalat-Dihydrat.

Maximale Korngröße: 35цт Verfahren wie Beispiel 1, Reaktionstemperatur 510°C. Waschung und Schlämmung des Endproduktes.

Poliertest:	Glassorte	Zeitspanmasse in mg/min
Borkronglas Schwerkronglas Schwerflintglas	1,35 2,84 3,47

Sauberkeit ohne Kritzchen

Formgenauigkeit: gut

Ergebnis: als Poliermittel geeignet

Beispiel 3

Ausgangsmaterial: Handelsübliches, nachträglich kugelmahlenesEisen(ll)-oxalat-Dihydrat Maximale Korngröße: 35цт Verfahren wie Beispiel 1, Reaktionstemperatur aber 680⁰C, Waschung und Schlämmung des Endproduktes

Poliertest:	Glassorte	Zeitspanmasse ing/min
Borkronglas Schwerkronglas	1,47 3,62

Sauberkeit: ohne Kritzchen

Formgenauigkeit: gut

Ergebnis: als Poliermittel geeignet

Beispiel 4

Ausgangsmaterial: Handelsübliches, nachträglich schwinggemahlenes Eisen(ll)-oxalat-Dihydrat Maximale Korngröße: 8μιη Verfahren wie Beispiel 1. Nur Waschung des Endproduktes

Poliertest:	Glassorte	Zeitspanmasse in g/min
Borkronglas Schwerkronglas Schwerflintglas	1,23 3,04 3,82

Sauberkeit: ohneKritzchen

Formgenauigkeit: gut

Ergebnis: als Poliermittel geeignet Beispiel 5

Ausgangsmatenal: Handelsübliches Eisen(ll)-formiat-Dihydrat ohne Nachmahlung Maximale Korngröße: 46μ Verfahren wie Beispiel 1, aber Reaktionstemperatur 880°C und Abschreckung des Feststoff-Heißgasgemisches mit viel Luft.

Waschung und Schlärnmung des Endproduktes Poliertest an Schwerkronglas:

Zeitspanmasse: 2,33 mg/min

Sauberkeit: ohneKritzchen

Formgenauigkeit: gut

Ergebnis: als Poliermittel geeignet

Beispiel 6

Ausgangsmaterial: Handelsübliches, nachträglich gemeinsam kugelgemahlenes Eisen(ll)-oxalat-Dihydrat und Eisen(ll)-sulfat-Heptahydrat im Masseverhältnis 50:1 Maximale Korngröße: 45μ Verfahren wie Beispiel 1, aber Waschung und Schlämmung des Endproduktes Poliertest an Schwerkronglas:

Zeitspanmasse: 2,42 mg/min

Sauberkeit: ohneKritzchen

Formgenauigkeit: gut

Ergebnis: als Poliermittel geeignet

Beispiel 7

Ausgangsmaterial: Handelsübliches Eisen(ll)-formiat-Dihydratohne Nachmahlung Maximale Korngröße: 46μ Verfahren wie Beispiel 1, aber Waschung und Schlämmung des Endproduktes. Dem Dieselkraftstoff wurde soviel Kohienstoffdisulfid zugemischt, daß sein Gesamtschwefelgehalt 0,8% betrug. Ungewaschenes Endprodukt ist sauer reagierendes Fe₂O₃.

Poliertest:	Glassorte	Zeitspanmasse in mg/min
Borkronglas Schwerkronglas Schwerflintglas	1,15 2,56 4,68

Sauberkeit: ohne Kritzchen

Formgenauigkeit: gut

Ergebnis: als Poliermittel geeignet

Die Vorteile der Erfindung bestehen einmal in der Flexibilität des Verfahrens zur Herstellung verschiedener Poliermittel von Seiten der Grundstoffe und der Poliermitteltypen. Zum anderen ist das Verfahren in seiner anlagetechnischen Realisierung für Klein-und Großproduktion geeignet. Eine verfahrensgemäße Anlage für 80 kg Poliermittel pro Stunde in Form von Fe₂O₃ besteht in ihrem Kernstück, dem Reaktor, aus einem 3 Meter langen Stahlrohr von 0,10m Innendurchmesser und einem Brennkammervolumen von 0,023 m³. Die verfahrensgemäße Anlage ist nach wenigen Minuten Aufheizzeit betriebsfähig. Zur Anwendung des Verfahrens können bekannte Bauelemente benutzt werden. Das Verfahren ermöglicht eine kontinuierliche Produktionslinie.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung von Poliermittel, insbesondere Polierrot, durch thermische Umwandlung der Ausgangsstoffe in ihre Oxide, dadurch gekennzeichnet, daß das aus einheitlichen Stoffen oder Stoffgemischen bestehende Ausgangsmatenal in Form von Eisen(ll)-oxalat-Dihydrat oder Eisen(ll)-formiat-Dihydrat mit einer maximalen Teilchengroße von 5 bis 50μιτι in einer Flugstaubwolke mittels schwingender Verbrennung, bei einer Verweilzeit zwischen 15 und 35 Millisekunden, auf eine Temperatur zwischen 500°C und 900⁰C, vorzugsweise 500-700⁰C erhitzt wird und das dabei entstandene Eisen(lll)-oxid anschließend einer Abkühlung bzw. Abschreckung, vorzugsweise mittels Luft, und nachfolgend einem Wasch- bzw Wasch- und Schlammprozeß unterzogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei maximalen Teilchengroßen der Ausgangsstoffe < 20 μιτι fur die Endprodukte nur ein Waschprozeß, bei maximalen Teilchengroßen der Ausgangsstoffe von >20pm fur die Endprodukte ein Wasch- und Schlammprozeß angeschlossen wird.

3 Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß, гиг Herstellung sauer wirkender Poliermittel, den Ausgangsstoffen oder dem Brennstoff schwefelhaltiger Stoff, insbesondere Eisen(ll)-sulfat-Heptahydrat im Masseverhaltnis 50 1 zugesetzt wird.

4 Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung sauer wirkender Poliermittel den Ausgangsstoffen oder dem Brennstoff Kohlenstoffdisulfid bis zu einem Gesamtschwefelgehalt von 0,8% zugesetzt wird.