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Verfahren zur Ausführung von $asenaustauschreaktionen Es wurde die
überraschende Beobachtung gemacht, ,daß Mineralien der Serpentingruppe, wie insbesondere
Serpentin selbst, ferner Meerschaum, Talk, oder allgemein ausgedrückt, solche Mineralien,
die Hydromagnesium- und Hydrocalciumsilicate enthalten, bzw. Gesteine, in denen
diese Mineralien enthalten sind, sich ausgezeichnet als Basenaustauscher eignen
und sich vor allem zur Wasserenthärtung bewährt haben.
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Mit Vorteil verwendet man solche Mineralien, die neben Magnesia noch
Eisenoxyd oder Oxydul und/oder Tonerde und/oder NiQkeloxyd, kurz, noch andere Metalloxyde,
besonders solche amphoteren Charakters, enthalten, z. B. einen Serpentin, der etwa
2 bis I I % Eisenoxydul undloder 0,5 bis 3 °% Tonerde enthält.
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Nach Behandeln mit Kochsalzlösung oder einer anderen Alkalisalzlösung
gab z. B. ein faseriger, dunkelolivenfarbiger Serp:entin, der auf geeignete Korngröße
gebracht war, einen Basenaustausch von 0,4 bis 0,5 °/o Ca0, der in langen
Versuchsreihen konstant blieb und auch der Einwirkung kohlensäurehaltigen Wassers
standhielt, d.h. der Basenaustauscher zeigte keinen Rückgang seiner Austauschkraft.
Ein solcher verrutschelter Serpentin hatte beispielsweise folgende Zusammensetzung:
S.i 02 . . . . . . . . . . . . . 45,25 04, A1203 ............ 14,5 °/o, Fe203 ............
13,4 °4, Ca0 . . . . . . . . . . . . . a,24 °@a, M90 ............ 10.3
Es
hat sich weiter herausgestellt, daß es gelingt, die Austauschwirkung zu erhöhen,
wenn man die obengenannten Mineralien einer vorherigen chemischen Behandlung z.
B. mit alkalisch reagierenden Salzlösungen, wie z. B. Lösungen von Alkalisilicaten,
Alkalicarbonaten oder Erdalkali- und Alkalialuminaten oder auch freiem Alkali, oder
auch mit sauer reagierenden Lösungen, wie z. B. solchen .durch Hydrolyse sauer reagierenden
Lösungen von Salzen des Eisens, Aluminiums, Chroms usw., oder auch mit sauren Salzen,
wie z. B. Bi.sulfaten der Alkalien, oder auch mit freien Säuren, z. B. Salzsäure
von etwa. - I bis 5 % iunterzieht. Hierbei kann auf eine Behandlung mit alkalisch
wirkenden Stoffen eine solche mit sauer wirkenden Stoffen folgen und gegebenenfalls
eine Behandlung mit Wasser oder mit neutralen Salzlösungen zwischengeschaltet
werden,
oder die Behandlungsfolge kann auch umgekehrt sein.
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Als besonders zweckmäßig hat sich eine Behandlung mit Wasserglaslösung
erwiesen, der dann eine solche mit Aluminiumsulfat oder Eisenchlorid oder einer
Mischung dieser Salze folgt, oder zuerst eine Behandlung mit den hydrolytisch gespaltenen
Salzen, der sich darauffolgend eine solche mit alkalisch reagierenden Salzlösungen
anschließen läßt. Beispiel i Man behandelt den oben schon erwähnten, faserigen,
schieferig gewordenen (verrutschelten) Serpentin, nachdem man ihn vorher auf die
geeignete Korngröße zwischen Sieben mit 144 und goo Maschen auf i ccm gebracht hat,
mit einer Lösung von Eisenchlorid, die 3 % FeCls enthält. Die dem Mineral
nach der Behandlung anhaftende Eisenchloridlösung wird zweckmäßig ausgewaschen,
worauf man eine Lösung von Wasserglas, die man sich durch Verdünnen der käuflichen
Wasserglaslösung mit der zehnfachen Menge Wasser hergestellt hat, auf das Material
zur Einwirkung bringt. Hierauf wird mit Wasser neutral oder fast neutral gewaschen
und das so behandelte Produkt durch eine Kochsalzlösung in- für den Basenaustausch
geeignete Form übergeführt. Nach Auswaschen der Kochsalzlösung ist das Produkt zum
Basenaustausch fertig und kann nunmehr feucht oder nach Trocknen in den Handel gebracht
werden. Der Basenaustausch hat sich so um io bis 3o °/o gesteigert, je nach der
Intensität der Behandlung. Beispielsweise ist der Basenaustausch auf o,6 °/o Ca
0 gestiegen.
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Die Behandlung mit z. B. Wasserglaslösung kann auch bei höheren Temperaturen,
und wenn diese Temperaten den Siedepunkt überschreiten; auch bei erhöhtem Druck
stattfinden. Das gleiche gilt auch für die Behandlung mit den anderen Lösungen,
wobei man bei den sauren Lösungen Vorsorge tragen muß, nicht das ganze Mineral aufzulösen
bzw. zu zerstören.
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Außer ,der Erhöhung des Basenaustauschvermögens tritt auch eine Verfestigung
der Mineralien durch diese Behandlung ein, so daß ein so behandeltes Material sofort
klare Wasser beim Basenaustausch gibt, während ein unbehandeltes leicht im Anfang
etwas getrübtes Wasser liefert.
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Diese Verfestigung erreicht man auch durch reduzierendes oder oxydierendes
Erhitzen dieser Mineralien auf Temperaturen von über ioo°, jedoch unter iooo°, zweckmäßig
Temperaturen von 3oo bis 5oo°. Die so erhitzten Mineralien kann man nunmehr auch
der oben beschriebenen chemischen Behandlung unterwerfen. Beispiel a Erhitzt man
den gemäß Beispiel i verwendeten Serpentin finit einer Wasserglaslösung handelsüblicher
Konzentration, die etwa 7 °la Na20 und 26 °/a Si02 enthält, wobei man auf
einen Teil Serpentin -9 Teile Wasserglas verwendet, in einem Autoklaven auf etwa
--oo° auf die Dauer von 2 Stunden, so erhält man, nachdem man das Reaktionsprodukt
vom Wasserglas befreit und durch genügendes Auswaschen auch das überschüssige Alkali
beseitigt hat, ein Material, das .etwa einen um das Doppelte- gesteigerten Basenaustausch
gegenüber dem ursprünglichen Material besitzt. Beispiel 3 Serpentin üblicher Zusammensetzung,
der durch Zerkleinern auf eine Korngröße gemäß Beispiel i gebracht worden ist, wird
mit einer Lösung von Aluminiumsulfat in einem gegen Aluminiumsulfatlösung beständigen
Autoklaven auf etwa aoo° erhitzt, wobei ein Druck von etwa 16 Atm. entsteht. Die
Lösung von Aluminiumsulfat ist, auf wasserfreies Aluminiumsulfat berechnet, etwa
5 °/Qig, und man verwendet von dieser Lösung etwa das Fünffache an Gewicht wie von
dem angewandten Serpentin, so daß man ioo g Serpentin mit etwa 400 ccm dieser Lösung
zusammenbringt. Die Reaktion kann durch Rühren unterstützt werden. Nach einer Einwirkungs-,
zeit von etwa a Stun-3en wird das Material aus dem Autoklaven herausgenommen, die
nicht verbrauchte Aluminiumsulfatlösung abgegossen, der Rückstand von den Hauptmengen
Aluminiumsulfat durch kurzes Auswaschen befreit und nunmehr eine Behandlung mit
Wasserglas gemäß Beispiel :2 angeschlossen. Während das Rohprodukt nur einen ganz
geringen Basenaustausch aufwies (es kommt vor, daß überhaupt kein Basenaustausch
in dem unbehandelten Material festgestellt werden kann), so läßt sich nunmehr ein
Basenaustausch von etwa 0,3 bis o,5 °/o Ca0 feststellen. Beispiel q. Ein
gemäß Beispiel 3 vorbehandeltes Material wird Temperaturen von q.00° ausgesetzt,
wobei der Luftsauerstoff dadurch ausgeschlossen wird, daß man inerte oder reduzierte
Gase über das Material leitet. Die Erhitzung wird etwa i bis 3 Stunden fortgesetzt.
Das so behandelte Material wird nunmehr gemäß den Angaben in Beispiel 3 weiterbehandelt,
wobei ein Material erhalten wird; das einen Austausch von etwa 0,4 o/' Ca 0 aufweist.
Es
ist zwar an sich schon bekannt, die bisher üblichen aus Naturstoffen oder auf künstlichem
Wege gewonnenen Basenaustauscher einer chemischen Behandlung zu unterwerfen, wie
z. B. mit sauren Salzen, alkalischen Mitteln, Wasserglas u. a. Ebenso ist schon
vorgeschlagen worden, basenaustauschendeNatur-oder Kunststoffe auf höhere Temperaturen
zu erhitzen. In allen diesen Fällen handelt es sich aber um Produkte, die von dem
Serpentin in jeder Weise verschieden sind, so daß eine Anwendungsmöglichkeit dieser
an sich bekannten Methoden auf Serpentin nicht gegeben erschien.