pH-Kontrolle in Feingussschlickern

Vielen Dank für Ihr anhaltendes Interesse an diesen Kurzbeiträgen: In diesem Beitrag behandeln wir das Messen und die Kontrolle des pH-Werts bei alkalischen kolloidalen Kieselerdebindemitteln.

Was ist der pH-Wert?

Als Hintergrundinformation habe ich erfahren, dass das moderne Konzept von Azidität und Basizität von einem dänischen Wissenschaftler namens Soeren Soerensen ca. 1900 eingeführt wurde. Er war Mitglied der Carlsberg-Universität und hoffte wahrscheinlich, dass eines Tages alle Lösungen auf diese Weise gemessen würden. (Wenn Ihnen das Wortspiel mit dem Bier entging, macht das nichts)

pH ist eine dieser Eigenschaften, über die alle Bescheid wissen, die aber nur wenige verstehen. Er verängstigt die Uneingeweihten, weil er es ermöglicht, einen Satz mit einem Kleinbuchstaben zu beginnen, ist aber benutzerfreundlich, da er sich nur in einem Bereich von 0 – 14 ändert, eine Größenordnung, die ich noch bewältigen kann, indem ich nur einen Socken ausziehe. Das ist freilich nicht ganz richtig – man kann auch einen negativen pH-Wert haben und einen pH>14, was aber in der Keramikraumumgebung selten vorkommt, weshalb wir zunächst bei der Definition der Oberschule verbleiben. Was auf jeden Fall stimmt, ist, dass ich nur einen Socken ausziehen muss, um bis 14 zu zählen.

Der pH-Wert drückt aus, wie sauer oder alkalisch eine Lösung ist, wobei die unteren Ziffern sauer sind, 7 neutral ist und die höheren Ziffern basisch sind. Der pH ist der negative Logarithmus mit einer Basis von 10 der Aktivität des wasserlöslichen Hydronium-Ions H+, obwohl er häufiger als das Maß der Hydronium-Ionen-Konzentration [H+] beschrieben wird.

Wie wird er gemessen?

Als ich noch zur Schule ging, wurde der pH mittels Spektrometer gemessen. Dabei wurde ein spezifischer oder universeller Indikator verwendet, der bei einem bestimmten pH-Wert eine bestimmte Farbe erzeugte. Muster wurden mit einem Standard verglichen, wenn eine bestimmte Farbänderung auftrat. Das war die Standardmethode zur Bestimmung von Reaktionsbeugungen nach pH, z .B. bei der gravimetrischen Analyse von Legierungen. Es sei hier nur erwähnt, dass Bromothymol Blau mein Favorit war und bei pH9 von gelb auf blau wechselte. Faszinierend!

Tatsache ist, dass sich in den letzten 30 Jahren oder so niemand über die kolorimetrische pH-Analyse und Teststreifen Gedanken gemacht hat, weil die weitaus beste Methode zur Bestimmung des pH-Werts ein relative kleines, relativ billiges, automatisch die Temperatur ausgleichendes pH-Messgerät ist. Bei diesen Geräten handelt es sich im Prinzip um ein Potentiometer, bei dem ein Zweig der Brücke eine Elektrode und Vergleichswert darstellt.

Ich kenne mindestens 4 Arten von Elektroden , und es gibt wahrscheinlich noch mehr, weshalb ich die Funktion hier nicht beschreiben werde, abgesehen davon, die Bedeutung guter Laborhygiene, die Verwendung guter Puffer zur regelmäßigen Kalibrierung und korrekte Pflege und Wartung des Messfühlers hervorzuheben. Also dann…

Warum müssen wir den pH-Wert überwachen und korrigieren?

Für die lange Fassung schlagen Sie bitte unter “Chemistry of Silica” von Dr. Iler nach. Falls Sie sich nicht durch das Werk von Dr. Iler kämpfen möchten, versuche ich es zu erklären.

Wenn kolloidale Kieselerde hydrolisiert wird, wickelt sie sich wie ein Wollknäuel auf; auf der Außenseite dieses Knäuels befindet sich die Kieselerde, die mit freien Hydroxyl-Ionen eine Verbindung eingeht [Si*OH]. Machen wir den pH-Wert etwas alkalischer, z.B. pH10, wird der Wasserstoff freigesetzt, so dass wir [Si*O-] und [H+] erhalten. Der Grund dafür ist, dass mit der Zunahme des pH-Wertes die Konzentration von [H+] abnimmt. Das hat den zusätzlichen Vorteil, dass sie sich durch all die vorhandenen negativ geladenen Siliziumteilchen gegenseitig abstoßen und nie eng genug aneinander kommen, um eine Verbindung einzugehen.

Mit fallendem pH-Wert verringert sich das Ausmaß der Trennung und das [O-] wird eher zu [OH]. Der zunehmende Verlust der negativen Ladung bedeutet, dass sich die Teilchen einander annähern können, bis sie miteinander reagieren und zu gelieren beginnen.

Mit Zunahmne der Gelierung verdickt sich das kolloidale Kieseleredebindemittel, was zur zunehmenden Thixotropie des Schlickers führt.

Was normalerweise passiert, ist, dass der Schlicker bei gleich bleibender Viskosität während der Gelierung aufrecht erhalten wird, indem Wasser hinzugefügt und der Kieselerdegehalt reduziert wird. Infolge der Verdünnung haben die Siliziumteilchen einen größeren Abstand zueinander und wirken weniger häufig aufeinander ein, so dass ein Ausmaß an Stabilität gewahrt wird. Ein ständig abnehmender Siliziumgehalt und zunehmende Bindemittel-Viskosität sind aber nie gut, und letztlich verliert der Schlicker entweder seine Bindekraft durch die entsprechende Reduzierung des Siliziums, oder die schlechten Fließeigenschaften führen zu schlechtem Schalenaufbau mit Folgeschäden beim Guss.

Am Ende muss jemand die Entscheidung treffen, den Schlicker zu entsorgen und zu erneuern. IMHO (wie man in Textmitteilungen sagt) ist die Entscheidung, den Schlicker zu entsorgen, immer schmerzhaft und wird fast immer zu spät getroffen.

Es gibt einen Spruch im Englischen, der besagt: “Das Hufeisen ging verloren, weil ein Nagel fehlte, das Pferd ging verloren, weil das Hufeisen fehlte”, usw., usw. Nie war dieser Spruch zutreffender als bei der Pflege und Aufrechterhaltung des pH-Werts in Bindemitteln auf Basis kolloidaler Kieselerde. Es ist immer besser, häufig ein wenig zu tun, als zu warten, bis die Katastrophe bevorsteht…

So wird also der pH-Wert im A REMASOL® kolloidalem Kieselerdebindemittel aufrecht erhalten.

Der Schlicker-pH kann durch Ammoniakwasser (Ammoniumhydroxid (NH4OH) oder Kaliumhydroxid (KOH) erhöht werden. Beide haben Vor- und Nachteile.

Bei korrekter Handhabung können beide Materialien verwendet werden.

Ammoniumhydroxid zersetzt sich im Laufe der Zeit und erhöht die Häufigkeit, mit der eine pH-Justierung erfolgen muss. Es hat außerdem einen starken, eindringlichen, immer unangenehmen Geruch. Wegen seines relative geringeren pH-Wertes wird es aber leichter von einem Schlicker aufgenommen als KOH.

Die Verwendung von KOH reduziert die Häufigkeit der Anpassung, es ist aber zusätzliche Sorgfalt geboten (aufgrund des starken alkalischen Charakters), wenn KOH zu diesem Zweck eingesetzt wird. Kleine Zugaben von KOH-Lösung sollten die Hochtemperatureigenschaften der Schale nicht beeinflussen. Das folgende Verfahren wird für die Verwendung beider Produkte empfohlen.

Bereiten Sie eine 2-2,5%-ige Lösung von KOH (eine Lösung von ca. 0,1 m) mit destilliertem Wasser und KOH-Pellets oder Flocken zu. (KOH ist sehr ätzend, weshalb bei der Herstellung und Handhabung einer KOH-Lösung die korrekte Ausrüstung verwendet werden sollte).

Alternativ können 50ml einer im Handel erhältlichen 45%-igen KOH-Lösung 950ml destilliertem Wasser hinzugefügt werden, um eine Lösung der gewünschten Stärke zu erhalten. Nach ausreichendem Mischen zu einer einheitlichen Lösung fügen Sie die erforderliche Menge verdünnter KOH-Lösung dem Schlicker unter gutem Rühren hinzu. Gutes Rühren ist nötig, damit die Lösung sich schnell vermischt. Anfänglich muss etwas experimentiert werden, wie viel KOH-Lösung hinzuzufügen ist.

Ammoniumhydroxid von Reagenzgüte (28-30% NH3) sollte 50:50 mit destilliertem oder entionisiertem Wasser verdünnt werden. Die sich ergebende Lösung sollte dem Schlicker langsam unter gutem Rühren hinzugefügt werden. Da Ammoniak seine Wirkung schnell verliert, sollte nur der Bedarf für ein bis zwei Tage hergestellt werden. Der Behälterdeckel sollte unverzüglich wieder angebracht werden, um einen Verlust der Ammoniakkonzentration zu vermeiden.

Warten Sie dreißig Minuten darauf, dass sich die Lösung vermischt, dann prüfen Sie den pH-Wert mit einem herkömmlichen pH-Messgerät.

Ein guter Bereich für den Schlicker-pH ist 9,6-9,8.

Einige Gießereien ziehen vor, den Schlicker-pH im Bereich von 9,5-10,0 zu halten. Wurde zugelassen, dass der Schlicker-pH auf ein Niveau von 9,0-9,2 abgesunken ist, muss darauf geachtet werden, den Schlicker nicht zu schocken.

Die Anpassung des Schlicker-pH auf den höheren Bereich sollte in zwei oder mehr Schritten anstatt eines großen Schritts erfolgen. Es ist leichter, den Schlicker-pH im gewünschten Bereich zu halten, indem Anpassungen vorgenommen werden, bevor der pH-Wert zu sehr absinkt. Sinkt der pH-Wert eines Schlickers zu sehr (9,0) könnte es unmöglich werden, ihn wieder anzuheben und dort zu halten.

Für weitere Hilfe bei der Kontrolle des pH-Werts schreiben Sie bitte oder rufen Sie Ihren lokalen REMET-Vertreter oder Gebietsleiter an.

Mittlerweile gibt es elegantere Lösungen dieses Pflegeprogramms. REMET stellt Bindemittel mit reduzierter pH-Empfindlichkeit her und sogar Bindemittel, die gänzlich gegenüber dem pH-Wert unempfindlich sind. Falls das für Sie von Interesse ist, wenden Sie sich bitte an Ihren lokalen REMET-Gebietsleiter.

Der übliche Rechtshinweis:

SICHERHEITSVORKEHRUNGEN: Lesen Sie vor der Verwendung dieses Produkts das Materialsicherheits-Datenblatt.

HINWEIS: Sofern sie nicht ausdrücklich als Spezifikationswerte angegeben werden, handelt es sich bei den oben genannten chemischen, physischen und Größenverteilungswerten um typische Eigenschaften. Sie stellen keine Spezifikationswerte dar.

Wenden Sie sich an Ihr nächstes REMET-Verkaufsbüro für die Produktspezifikationen.

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