Bentonit: Anwendungen mit Kohle als Bentonit-Ton in GießereiAnwendungen, und andere

Weit davon entfernt, nur für die Herstellung von Ziegeln verwendet zu werden, ist Bentonit eine Form von Ton, die in den tausenden Jahren der Verwendung zahlreiche Verwendungen gefunden hat - aber vielleicht vor allem in Feuerfeststätten ab dem 1900er Jahre, neben Pulverkohle unter einer Fülle von anderen Anwendungen. Gemeinsam ist unter ihnen die Notwendigkeit der besten Qualität Bentonit-Ton und Anthrazit-Kohle - wie die von afrikanischen Pegmatit erhältlich.

Einleitung

Bentonite sind Aluminiumphyllosilikattone, die hauptsächlich aus Montmorillonit bestehen. Montmorillonit selbst ist eine Art von dioctahedralen Sektititen , deren Kristallstruktur eine Schicht mit Oktaedergeometrie ist, die zwischen zwei Schichten tetraeder Geometrie eingeklemmt ist. Die Arten von Bentonit werden durch den Namen des häufigsten Metalls in ihnen abgegrenzt, z. B. Natriumbentonit (Na-Bentonit) und Calciumbentonit (Ca-Bentonit). Na-Bentonit ist eines der häufigsten und wird für seine Fähigkeit zu schwellen, Toleranz gegenüber hohen Temperaturen geschätzt und gilt allgemein als ein besseres Bindemittel(1). Na-Bentonit stammt aus vulkanischer Asche, die sich vor langer Zeit in Meeresumgebungen abgelagert hat. Ca-Bentonit hingegen ist nicht für seine Quelleigenschaften bekannt und stammt selbst aus vulkanischer Asche, die sich in Süßwasserumgebungen ablagert(2). In Bezug auf Wasser wird strukturelles Wasser aus Bentoniten durch Erhitzen im Bereich von 400 bis 500°C eliminiert, und die Kristallstruktur wird vollständig über 900°C verändert. Im Vergleich zum chemisch ähnlichen Kaolin gilt Bentonit als viel leichter geformt und sintere.

Bentonite haben eine Vielzahl von Anwendungen von Kosmetika über Waschmittel und Trockenmittel bis hin zu Düngemitteln. Hier werden wir uns hauptsächlich auf die Verwendung von Bentonit in
Gießereianwendungen
konzentrieren, vor allem, wenn es mit Kohle gemischt wurde. Typischerweise mit Bentonit-Tonen, ist die Kohle der Wahl anthrazit. Selbst ein weit verbreitetes Material, außerhalb von Kraftstoffen hat es Verwendung in Gießereien und anderen Hochtemperatur-Umgebungen gefunden.

Bentonit-Kohle-Mischungen sind kostengünstig, die zusätzlich zu ihrer breiten Verwendung im Folgenden detailliert, trägt zu ihrer Attraktivität in industriellen Umgebungen.

Verwendung von Bentonit in Gießereiumgebungen mit Kohle

Grüne und trockene Sandgussteile

Die weitreichendste und gebräuchlichste Verwendung für Bentonit-Anthrazit-Mischungen ist im Gießereigussbereich. Es wird festgestellt, dass etwa 70 % der Eisengussteile aus grünem Formsand(3) hergestellt werden. In grünen Sandgüssen wird der Sand zusammen mit Bentonit/Ton und Wasser als Bindemittel gehalten; es wird gesagt, dass es "grün" ist, da die Formen weitgehend wiederverwendbar und recycelbar sind. Dieser grüne Formsand enthält im Bereich von bis zu 10% Masse Bentonitton, bis zu zwei Prozent Kohlenstoff (d.h. Kohle), bis zu 5% Wasser mit dem Rest sand. Montmorillonit soll im Gießprozess der Schlüssel sein, insbesondere bei der Ehrerbietung der Schimmelregeneration(4).

Eine Studie, die sich mit der Fließfähigkeit von grünem Sand für Gießanwendungen befasste, ergab, dass Bentonit wesentlich ist, um einen guten Sandfluss (und damit eine bessere Gießform) zu ermöglichen, und dass das ideale Verhältnis von Bentonit zu kohlenstoffhaltigem Material 3:1(5) und einem Wassergehalt von nicht mehr als 3% beträgt. Andere Studien haben optimale Bentonitbelastungen von 5% massenhaft gefunden; eine Kompressionsfestigkeit von 53 kN/m² bei gleichzeitiger handhabung(6).

Heiße und trockene Festigkeit sind wichtige Anforderungen für den grünen Sandguss, und daher ist Natriumbentonit die bevorzugte Iteration des Tons(7). Beim Gießverfahren werden nur sehr geringe Mengen Montmorillonit zersetzt, und Bentonit mit mehr als 70% Montmorillonit durch Masse wird für Gießanwendungen bevorzugt. Kohlenstoffhaltige Materialien wie Kohle werden in Gussformsanden als Additive verwendet und meist abgebrannt. Der Grund für die Verwendung des kohlenstoffhaltigen Materials (Kohle) ist, eine bessere Oberflächengüte auf dem Metall zu gewährleisten, indem geschmolzenes Metall in einem Verfahren, das als Benetzung bezeichnet wird, geschmolzenes Metall vermischt wird. Typischerweise für grünen Sand, die Kohle ist in Staubform und wird aus Anthrazit bezogen - eine der Formen der Kohle mit einem höheren Kohlenstoff und niedrigerschwefelhaltigen Gehalt.

In
gießbaren Feuerfeststoffen, in denen Bentonit-Kohle verwendet wurde,
wurden die wärmeausdehnungseigenschaften verbessert. Die Beständigkeit gegen thermische Schocks wurde ebenfalls erhöht(8) in einem kalzinierten Feuerfest.

Bei trockenen Sandgussteilen sind die Grundsätze weitgehend gleich, es sei denn, die Recyclingfähigkeit wird nicht priorisiert. Calciumbentonit kann in Sandgussanwendungen verwendet werden, aber sie sind anfälliger für Erosion und sind anfälliger für Schablägeoderungen und andere Defekte, die durch Expansion verursacht werden(9). Insgesamt kann gesagt werden, dass die Zugabe von Bentonit zu grünen und trockenen Sandgussformen seine Fließfähigkeit und Druckfestigkeit erhöht, während eine hohe Wärmetoleranz beibehalten wird. Es wird geschätzt, dass der industrielle Guss jährlich mehr als 25 % des weltweiten Bentonit-Produktionsangebots verbraucht(10). Die Nassdruckfestigkeit (d.h. vorhärtenoder oder ruhende Form) ist mit erhöhten Mengen an Bentonit und Kohle(11) höher - was eine nützliche Eigenschaft ist, wenn jede Art von Extrusion oder mechanischem Verdichtungsprozess bei der Formbildung eingesetzt wird.

Sowohl Sand als auch Bentonitton können aus Gießereiprozessen zurückgewonnen werden(12). Durch verwendung eines "fortgeschrittenen Oxidationsverfahrens" wird die Rückgewinnung und das Recycling von gebrauchtem Bentonit verbessert(13). Der Prozess nimmt verbrauchten Bentonit und Sand aus dem Gießprozess, behandelt es oxidativ und mit dieser Methode entfernt thermisch zerstörten Bentonit im Abfallkanal. Im Vergleich zu einem herkömmlichen System sendet diese fortschrittliche Oxidationsbehandlung nur 3% Bentonit (nach Gewicht) in die Abfallart, verglichen mit 30-50%. Ein solches Verfahren ist von Vorteil, da es die Menge an frischem Bentonit reduziert, die für das "Make-up" beim Formen einer neuen Gussform erforderlich ist.

Andere Bentonit-Kohle-Anwendungen

In der Patentliteratur wurde Bentonit neben Kohlenstaub zur Reparatur von Hochofenauskleidungen(14) und beschädigten Läuferteilen durch Öfen oder Kuppeln verwendet(15). Beide Methoden verwenden im Wesentlichen Bentonit-Kohle zusammen mit anderen Materialien wie Graphit und Calciumchlorid, um einen Putte zu produzieren, der auf die Pause angewendet wird, und heilt schnell in situ. Diese Reparaturen sind so konzipiert, dass sie klein sind.

Verwendung von Bentonit in feuerfesten Umgebungen ohne Kohle

Die Pelletisierung von Eisenerz ist eine der wichtigsten Anwendungen für Bentonitton in Feuerfeststoffen ohne Kohle. Der Bentonit wird als Flussmittel eingesetzt, was das Abfeuern eines weniger energieintensiven Prozesses ermöglicht und die Oxidation von Magnetit zu Hämatit vor dem Hochofen ermöglicht(16). Die Pelletisierung ermöglicht einen effizienteren Schmelzprozess durch ein größeres Flächen-Volumen-Verhältnis und findet in einem Tunnelofen statt, was zu kugelförmigen Pellets führt. Es wurde berichtet, dass der Anteil der Zusatzstoffe (d. h. Bentonit und Anthrazit) einen tiefgreifenden Einfluss auf den gesamten Prozess der Pelletsbildung haben, was unter anderem Eigenschaften wie kaltkompressive Festigkeit und Porosität informiert(17).

Bei der Herstellung von Feuertonziegeln erhöhte nur eine Gewichtszugabe von 1,5 Gewichtsprozent Bentonit zu den üblichen Materialien die Druckfestigkeit deutlich - es wird angenommen, dass Bentonit die Gerinnung der Mischung erhöht. Die erhöhte Porosität und die innere Oberfläche führen zu einer verbesserten feuerfesten Leistung(18).

Bentonit, das zur Herstellung dieser Ziegel verwendet wurde

Darüber hinaus hat sich bei der Herstellung von feuerfesten Ziegeln auf Kaolinbasis gezeigt, dass die Zugabe von Bentonit in Anteilen von 2 % sowohl die Festigkeit als auch die Dichte der produzierten Ziegel erhöht und gleichzeitig die Kosten verringert(19). Bereits in den 1970er Jahren experimentierte die Ziegelproduktion mit dem teilweisen Austausch von konventionellem Ton und Sand in Kaolin, die Ziegel für Hochleistungs- und Dekorationsanwendungen enthielten. Die Autoren berichteten Dichte und Festigkeit Samtzunahme in den Ziegeln produziert war in der Größenordnung von 19% - alle bei gleichzeitiger Senkung der Gesamtkosten in den Hunderttausenden von Rubel, ein signifikanter Wert zu der Zeit. Die gleichen Grundsätze werden auch heute noch angewandt.

Andere Verwendungen von Bentonit und Kohle

Bentonit-Anthrazit (wo Anthrazit eine überlegene Art von Kohle ist) Mischungen werden seit langem für die Öltrennung und Entfernung aus Flüssigkeiten verwendet. Ein Schlüsselkonzept, das Bentonit zu einem brauchbaren Material für diesen Bereich macht, ist, dass es ein ausgezeichnetes Sorbens an sich ist(20). Die sorbenige Natur stützt sich auf den Ersatz der Na- oder Ca-Gegenwehr durch den Stickstoff auf einem quartären Amin. Dies verbessert die Organophrechtswidrigkeit (siehe weiter unten). Bentonit gilt als mäßig selektiv für organische Materialien wie Benzol, Rohöl und Erdölprodukte. Da Anthrazit eine ähnliche Dichte wie Bentonitton hat, vermischen sie sich gut, wobei Anthrazit jede fortgeschrittene Absorption in den bereits anschwellenden Bentonitton verhindert. Die Flüssigkeitsaufnahme des Systems nimmt jedoch bei hohen Temperaturen deutlich ab(21).

Eine Studie verwendete eine Mischung aus 30 Gewichtsprozent Bentonitton und 70 % Kohlestaub, um Öl aus synthetischen Ölen und Öl-Wasser-Emulsionen mit Einer Wirkung von bis zu 98 % zu entfernen. Solche Eigenschaften sind auf das Porositätsprofil von Bentonit und die Tatsache zurückzuführen, dass es organophil ist(22). Anthrazit hat eine ähnliche Schüttdichte wie Bentonitton und verlangsamt die vorzeitige Aufnahme von Ölen in den anschwellenden Ton. Eine solche Absorption ist nur bei niedrigen Temperaturen wirksam - die Fähigkeit, Flüssigkeiten aufzunehmen, sinkt nach dem Erhitzen auch über bescheidene 100 °C (23) schnell ab. Dies hat mögliche Anwendungen in der Ölpest und allgemeine industrielle Reinigung.

Die Tatsache, dass Bentonit-Anthrazit-Mischungen hoch organophil sind, erklärt ihre breite Wirksamkeit und Effizienz bei der Öltrennung und Säuberung des Raumes. Auch die Makromaßstabspartikelgrößen von 0,85 bis 2,36 mm sind vorgeschwollen, was bedeutet, dass nach dem Anschwellen und voller Verunreinigungen die einfache Größenausschlussfiltration mehr als ausreichend ist, um alles zu entfernen(24).

In großen Maßstäben werden Mischungen aus Bentonit und Kohle als Deponieauskleidungen und Topper verwendet. Aufgrund des vorgenannten saugfähigen Verhaltens von Bentonit-Anthrazit-Gemischen wird es auf einer Deponie für seine Fähigkeit geschätzt, schädliche Materialien zu absorbieren, die aus dem Müllhaufen auslaugen, wie Schwermetalle(25) einschließlich Cadmium, Blei und Nickel. In dieser Studie wurde Bentonit im Verhältnis von 2:1 zu Kohle und insgesamt neben Sand verwendet. Entscheidend bei solchen Anwendungen ist die Druckbeständigkeit des Gesamtmaterials, und es wurde festgestellt, dass Sandbentonit-Kohle eine gute Druckfestigkeit und hohe Dichte aufweist, wenn alle drei Komponenten zusammen verwendet werden(26). In anderen ähnlichen Studien haben sich Bentonit und Kohle als gute Sorbens für eine Vielzahl von flüssigen Verunreinigungen erwiesen, die aus Abfallströmen und Deponien entstehen - aber die Autoren stellten fest, dass es keine Wirkung des Kohlenstoffmaterials für sich allein gibt, sondern dass der Bentonit vorhanden sein muss, um die Verunreinigungen effektiv aufzunehmen(27). Dieses Verhalten wurde an anderer Stelle mit wirksamen Ergebnissen gegen Auslaugungsblei angenommen, das die Wirksamkeit des Bentonitkohlesystems zeigt(28).

In Bezug auf die industrielle und Bergbaureinigung finden Bentonit-Anthrazit-Mischungen vor allem im Bereich der sauren Minenentwässerung umfangreiche Verwendungsmöglichkeiten - ein häufiges Problem, mit dem der Mineralbergbausektor konfrontiert ist. Das Grundwasser kann leicht mit verschiedenen Ablagerungen und Abwässern aus dem Bergbau kontaminiert werden und muss daran gehindert werden, in lokale Wasserläufe einzudringen. Grundwasser in der Nähe von Kohlebergwerken in Afrika südlich der Sahara hat gezeigt, dass es giftige und schädliche Konzentrationen von 1.300 mg^L-1 Eisen erreicht. Die einfache Filtration des Wassers mit Bentonitton, Anthrazit und Flugasche hat gezeigt, dass sie den Eisengehalt im Wasser drastisch reduziert(29).

Minenablagerungen sind jedoch nicht auf relativ einfach mit Eisen zu bewältigen. Andere Schwermetallionen - einschließlich Sulfide - sind bekannte Schadstoffe und müssen ebenfalls entfernt werden. Untersuchungen haben gezeigt, dass die Bentonit-Anthrazit-Filtration in einer Studie mit einer Bentonit-Anthrazit-Filtersäule wirksam ist, um mehr als 80 % der Eisenarten (einschließlich Sulfide) zu entfernen(30). Obwohl es nicht so gut funktionierte wie kommerzielle Zeolithfilter, wurde das Industrieabwasser weitgehend von Verunreinigungen befreit, wenn eine kombinierte Bentonit-Anthrazit-Filtersäule mit einer Oberfläche von ca. 1 m² g^-1 verwendet wurde. Die Autoren stellten eine besonders gute Leistung in Bezug auf die Entfernung von organischen Reststoffen fest, wo sie das Zeolith übertrifft.

Bei solchen Anlagen ist die Zugabe von nur 10 Gh. Bentonitton zu einem Sand- und Kohlegemisch wirksam bei der Verbesserung der Saugfähigkeit des Ton-Sand-Kohle-Systems. Es wurde festgestellt, dass das anthrazitische Geschenk die Schwellungsfähigkeit der Mischung - die als vorteilhaft angesehen wurde(31) begrenzt.

Bei der Herstellung von Kohlebriketts wurde festgestellt, dass die Zugabe von Kaolin und insbesondere Bentonitton die Ascheschmelzbarkeitstemperatur erhöhen wird, wodurch die Vergasung effizienter wird(32). Manchmal übersehen als ein konventionell verhaltender Ton, kann Bentonit zu Ziegeln und Monolithen wie jedes andere Ton-Material gebildet werden. In Kombination mit Ferrochrom-Produktionsabfällen und einer Kohlenstoffquelle (z. B. Anthrazitpulver) können keramische feuerfeste Materialien hergestellt werden, die Temperaturen etwa 200 bis 300 °C mehr standhalten als bei Verwendung von "normalen" Tonen - dies ist höchstwahrscheinlich auf die Wirkung des Bentonits und der Restchrommaterialien aus dem Ferrochromabfall zurückzuführen(33).

In vielen Fällen kann ein Set-Up, das Bentonit-Anthrazit-Filtration mit einer anderen Methode (wie zeolith oder gemahlenes Glas) kombiniert, am besten geeignet sein.

Beratung von Manganoxid

Bentonit ist eine Art von Ton, der für seine Porosität, Verarbeitbarkeit und ungiftige Natur geschätzt wird
In Gießereianwendungen wird es mit Kohle (Bentonit-Kohle) in Sand/grünem Sandguss für Metallguss verwendet; wo es die feuerfesten Eigenschaften der Form verbessert und gleichzeitig die Festigkeit und Fließfähigkeit erhöht
Bentonit und Kohle können zusammen für die Reparatur von Kleinöfen verwendet werden
Für feuerfeste Anwendungen ohne Kohle wird Bentonit in der Eisenerzpelletierung und in der Feuertonziegelproduktion zur Erhöhung der Festigkeit verwendet.
Weitere Anwendungen mit Kohle sind Ölabscheidungsprozesse bei Ölverschmutzungen und industrielle Aufräumarbeiten; Deponieauskleidungen und Die Verbesserung der Produktion von Kohlebriketts

Die Kombination von Bentonit und Kohle (oder Anthrazit) ist in einer Reihe von Umgebungen von Metallguss bis zur industriellen Reinigung sehr effektiv. Afrikanisches Pegmatit ist ein führender Anbieter von Anthrazit, Bentonitton und einer Vielzahl anderer Mineralien, die für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet und anhänsbar sind. Mit der breitesten Erfahrung und den besten Haustechnologien ist African Pegmatite der bevorzugte Industriepartner.

Verweis

1 S. Paa et al., Arc. Gießerei Eng., 2019, 19, 35

2 G. Alther, Env. Eng. Geosci.Transport , 2004, 10, 347

3 A. Bobrowski et al., J. Molecular Struct., 2008, 880, 109

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5 Y. Chang und H. Hocheng, J. Mat. Proc. Tech.Transport , 2007, 113, 238

6 C. Saikaew und S. Wiengwiset, Appl. Clay Sci., 2012, 61, 26

7 American Foundry Society Technical Department, Modern Casting, 2016, 106, 42

8 W. Zhang et al., World Iron and Steel, 2010, 4, 1

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11 W. Zhenqing, Kinn. J. Mech. Eng., 2000, 8, 1

12 US-Patent US6554049B2, 2001

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14 US-Patent US3600480A, 1969, abgelaufen

15 US-Patent US4102694A, 1976, abgelaufen

16 H. H, Murray, Applied Clay Mineralogy: Occurrences, Processing and Applications of Kaolins, Bentonites, Palygorskite-sepiolite, and Common Clays, Elsevier, Amsterdam, 2006

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21 R. E. Grim, Clay Mineralogy, 2. Ed. Ed. Ed.

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23 R. E. Grim, Clay Mineralogy, 2. Ed. Ed. , McGraw-Hill, New York, 1968

24 H. Moazed und T. Viraraghavan, Energ. QuellenTransport , 2005, 27, 101

25 J. Sobti und S. K. Singh, Int. J. Geotech. Eng., 2017, 411, 1

26 J. Sobti und S. K. Singh, IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 2017, 225, 12091

27 J. Sobti und S. K. Singh, Int. J. Geotech. Eng., 2019, 13, 411

28 Y.-G. Chen et al., Adv. Civ. Eng., 2019, 1