EP0008697B1 - Verwendung von Alkalichloroferrat (II,III) als Füllstoff in Schleifscheiben und den Füllstoff enthaltende Schleifscheibe - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to the use of alkali chloroferrate (11, III) as a non-toxic active filler in grinding wheels and the grinding wheel which contains this filler.
- Grinding wheels e.g. for abrasive cutting, consist of an abrasive, a binder and active fillers.
- the mode of action of these fillers has not been clarified with sufficient certainty; they may have the task of cooling the contact zone during the grinding process and forming a protective and sliding film between the abrasive grain and the workpiece. This prevents excessive wear on the grinding wheels and achieves good cutting quality.
- the cut surface shows tarnish colors, while when using an effective filler it has a bare appearance.
- the invention was therefore based on the object of replacing lead chloride or antimony sulfide as an active filler in grinding wheels with a similarly effective, non-toxic and inexpensive substance.
- the invention relates to the use of alkali chloroferrate (II, III) of the formula (I) where A is an alkali metal ion or an ammonium ion, x is a number from 1 to 10, y is a number from zero to 1, z is a number from zero to 1 and y and z are not simultaneously zero, as a non-toxic active filler in grinding wheels.
- alkali chloroferrates (II, III) to be used according to the invention as an active filler for grinding wheels are non-toxic and, in terms of cutting performance, are just as effective as the toxic substances to be replaced. They are also inexpensive to manufacture, e.g. B. by a method in which one or more alkali chlorides or ammonium chloride, anhydrous iron (III) chloride and iron powder are fused together.
- an alkali chloroferrate (II, III) which is obtained by fusing the aforementioned starting materials in combination with a basic inorganic compound, for. B. zinc oxide, potassium carbonate or sodium sulfide has been prepared.
- the amount of the basic compound is preferably 2 to 5 percent by weight (based on the total amount of all starting materials).
- This combination shows a lower acidity than the pure alkali chloroferrate (II, III).
- the pH of a 5% by weight aqueous slurry of K 2 FeCl 4 .2KCl increases from 3.8 to 5.2 if an additional 5% Zn0 has been melted down; with additional use of 3% K 2 C0 3 , a pH of 4.8 results accordingly.
- lithium, sodium and potassium ions come into consideration as alkali metal ions.
- the incorporation of ammonium ions instead of or in addition to alkali metal ions can also be considered.
- the active filler must be as hygroscopic as possible.
- the hygroscopicity of the filler according to the invention depends on the type and amount of the alkali content and on the iron (III) content. It decreases in the series lithium, sodium, potassium. Too little alkali and too much iron (III) increase hygroscopicity. Very high alkali content also increases hygroscopicity.
- the fillers used according to the invention can be used alone or mixed with other fillers for grinding wheels.
- these fillers for grinding wheels it has surprisingly been found that, compared with the use of lead chloride and antimony sulfide, it is possible to use considerably smaller amounts without the cutting quality suffering.
- An addition of 10% alkali chloroferrate (11) instead of 20% lead chloride is sufficient. This has the advantageous effect that the blasting speed, i. H. the peripheral speed at which the grinding wheel breaks, the grinding wheel produced with the filler according to the invention can be increased by approximately 10% compared to that produced with lead chloride.
- disks of the same composition were used for abrasive cutting.
- rod-shaped workpieces with a cross-section of 100 x 100 mm made of a standard steel alloy «CK 45 normalized», which is standardized for testing purposes were used.
- a number of cuts were made perpendicular to the longitudinal axis with the respective cutting disc, and the diameter loss of the cutting disc per cut was determined.
- the specific cutting performance which results from the decrease in the workpiece per time in cm 2 / s
- the power factor which is the quotient of the decrease in the workpiece and the decrease in the cross section of the cutting disc, each measured in cm 2 , were determined.
- the power consumption of the grinding machine during the grinding process was recorded and the profile of the cutting disc and the appearance of the cut surface of the workpiece were assessed after the grinding process. The corresponding values are summarized in Table I.
- the examples designated V1 and V2 in Table I are comparative examples without the use of an active filler or with lead chloride as filler according to the prior art.
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Description
- Die Erfindung betrifft die Verwendung von Alkalichloroferrat (11, III) als nichttoxischer aktiver Füllstoff in Schleifscheiben und die Schleifscheibe, die diesen Füllstoff enthält.
- Schleifscheiben, z.B. zum Trennschleifen, bestehen aus einem Schleifmittel, einem Bindemittel und aktiven Füllstoffen. Die Wirkungsweise dieser Füllstoffe ist nicht mit hinreichender Sicherheit geklärt, möglicherweise haben sie die Aufgabe, während des Schleifvorganges die Kontaktzone zu kühlen und zwischen Schleifmittelkorn und Werkstück einen Schutz- und Gleitfilm zu bilden. Dadurch wird eine übermässige Abnutzung der Schleifscheiben verhindert und eine gute Schnittqualität erreicht. Bei Abwesenheit derartiger aktiver Füllstoffe zeigt die Schnittfläche Anlauffarben, während sie bei Verwendung eines wirksamen Füllstoffs ein blankes Aussehen aufweist.
- Es wurde bereits eine grosse Anzahl von Substanzen zum Einsatz als aktive Füllstoffe vorgeschlagen. Mann kann z. B. alle nicht wasserhaltigen, aber wasserlöslichen, nicht oxidierenden anorganischen Alkali- und Erdalkalisalze mit Schmelzpunkten von 700-1200°C als aktive Füllstoffe verwenden (vgl. US-Patentschrift 2216135). Es können aber auch oxidierende Stoffe wie Kaliumpermanganat oder Natriumbichromat, oder niedrig schmelzende Metalle wie Zink, Cadmium, Zinn, Blei, Antimon und Wismut eingesetzt werden (vgl. US-Patentschriften 1984423 und 2258774). In derTechnik haben sich jedoch insbesondere für Verwendung in Trennscheiben nur Bleichlorid (PbCl2) und Antimonsulfid (Sb2S3) durchgesetzt, gegebenenfalls im Gemenge mit weiteren Hilfsstoffen. Ferner ist die Herstellung von Alkalimetall-Tetrachloroferraten der Formel XFeC14 bekannt, wobei X ein Alkalimetallkation darstellt (vgl. deutsche Offenlegungsschrift 2110611); diese Ferrate sollen nützlich sein in einem Verfahren zur Herstellung von Chlor.
- Beim Schleifvorgang verdampfen die Füllstoffe. Da Blei und Antimon eine hohe Toxizität aufweisen, ergeben sich bei Verwendung von mit diesen Stoffen ausgerüsteten Schleifscheiben Umweltprobleme. Man hat versucht dem Rechnung zu tragen, indem die Schleifmaschine mit Absaugvorrichtungen ausgerüstet wurden. Diese Vorrichtungen sind jedoch sehr aufwendig, erschweren die Schleifarbeiten und vermögen häufig auch nicht die Einhaltung der am Arbeitsplatz maximal zulässigen Konzentrationswerte zu gewährleisten. Deswegen erschien es zweckmässig, die umweltbelastenden Substanzen zu vermeiden.
- Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, Bleichlorid oder Antimonsulfid als aktiver Füllstoff in Schleifscheiben durch einen ähnlich wirksamen, ungiftigen und preiswerten Stoff zu ersetzen. Die Erfindung betrifft die Verwendung von Alkalichloroferrat (II, III) der Formel (I)
- Die erfindungsgemäss als aktiver Füllstoff für Schleifscheiben zu verwendenden Alkalichloroferrate (II, III) sind nichttoxisch und hinsichtlich der Schnittleistung ähnlich wirksam wie die zu ersetzenden toxischen Stoffe. Sie sind darüberhinaus auch preiswert herzustellen, z. B. nach einem Verfahren, bei dem ein oder mehrere Alkalichloride oder Ammonchlorid, wasserfreies Eisen(III)chlorid und Eisenpulver miteinander verschmolzen werden.
- Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines Alkalichloroferrats (II, III), das durch Verschmelzen der vorgenannten Ausgangsstoffe in Kombination mit einer basischen anorganischen Verbindung, z. B. Zinkoxid, Kaliumcarbonat oder Natriumsulfid, hergestellt worden ist. Dabei beträgt die Menge der basischen Verbindung vorzugsweise 2 bis 5 Gewichtsprozent (bezogen auf die Gesamtmenge aller Ausgangsstoffe). Diese Kombination zeigt eine geringere Acidität als das reine Alkalichloroferrat (II, III). Beispielsweise erhöht sich der pH-Wert einer 5-gewichtsprozentigen wässrigen Aufschlämmung von K2FeCl4·2KCl von 3,8 auf 5,2, wenn zusätzlich 5% Zn0 eingeschmolzen wurden; bei zusätzlicher Verwendung von 3% K2C03 ergibt sich entsprechend ein pH-Wert von 4,8.
- Als Alkalimetallionen kommen im Prinzip Lithium-, Natrium- und Kaliumionen in Betracht. Auch der Einbau von Ammoniumionen anstelle von Alkalimetallionen oder zusätzlich zu diesen kann in Betracht gezogen werden. Bei der technischen Anwendung muss der aktive Füllstoff eine möglichst kleine Hygroskopizität besitzen. Die Hygroskopizität des erfindungsgemässen Füllstoffes hängt von Art und Menge des Alkaligehaltes und vom Eisen(lll)-Gehalt ab. Sie vermindert sich in der Reihe Lithium, Natrium, Kalium. Zu geringer Alkaligehalt und zu grosser Eisen(III)-Gehalt erhöhen die Hygroskopizität. Sehr grosser Alkaligehalt erhöht die Hygroskopizität ebenfalls. Am vorteilhaftesten sind Eisen(III)-arme Natrium- oder Kaliumchloroferrate, etwa der Zusammensetzung AxFeClx+2 (x=1 bis 6), also z. B. die bekannten Verbindungen KFeCl3, K2FeCl4, Na2FeCl4, NaK- 3FeC16 oder Mischungen derselben untereinander oder im Gemisch mit Kaliumchlorid oder Natriumchlorid.
- Die gemäss der Erfindung verwendeten Füllstoffe können allein oder mit anderen Füllstoffen gemischt für Schleifscheiben verwendet werden. Bei Verwendung dieser Füllstoffe für Schleifscheiben hat es sich überraschenderweise herausgestellt, dass man gegenüber der Verwendung von Bleichlorid und Antimonsulfid mit erheblich kleineren Mengen auskommen kann, ohne dass die Schnittqualität leidet. So genügt ein Zusatz von 10% Alkalichloroferrat (11) anstelle von 20% Bleichlorid. Dies wirkt sich in vorteilhafter Weise so aus, dass die Sprenggeschwindigkeit, d. h. die Umfangsgeschwindigkeit, bei der die Schleifscheibe zerspringt, der mit dem erfindungsgemässen Füllstoff hergestellten Schleifscheibe um etwa 10% gegenüber der mit Bleichlorid hergestellten gesteigert werden kann.
- Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele erläutert.
- Es wurden gleichartige Versuchs-Trennschleifscheiben aus Phenolharz, Korundpulver und aktivem Füllstoff von ca. 600mm Durchmesser und ca. 8mm Dicke hergestellt. Die Scheiben wurden auf einer Schleifmaschine mit steigender Umfangsgeschwindigkeit in Rotation versetzt bis eine Zerstörung eintrat. Der entsprechende Wert ist unter Sprenggeschwindigkeit in Tabelle I aufgeführt.
- Sodann wurden Scheiben gleicher Zusammensetzung zum Trennschleifen eingesetzt. Dazu wurden stabförmige Werkstücke von 100x 100mm Querschnitt aus einer für Prüfzwecke standardisierten handelsüblichen Stahllegierung «CK 45 normalisiert» eingesetzt. Es wurden mit der jeweiligen Trennscheibe eine Anzahl von Schnitten senkrecht zur Längsachse durchgeführt, und der Durchmesserverlust der Trennscheibe pro Schnitt wurde bestimmt. Ausserdem wurde die spezifische Trennleistung ermittelt, die sich aus Abnahme des Werkstücks pro Zeit in cm2/s ergibt, und der Leistungsfaktor, der den Quotienten aus Abnahme des Werkstücks und Abnahme des Querschnitts der Trennscheibe, jeweils gemessen in cm2, darstellt. Darüberhinaus wurden die Leistungsaufnahme der Schleifmaschine während des Schleifvorgangs registriert und das Profil der Trennscheibe und das Aussehen der Schnittfläche des Werkstücks nach dem Schleifvorgang begutachtet. Die entsprechenden Werte sind in Tabelle I zusammengestellt.
- Die in Tabell I mit V1 und V2 bezeichneten Beispiele sind Vergleichsbeispiele ohne Verwendung eines aktiven Füllstoffs oder mit Bleichlorid als Füllstoff gemäss Stand der Technik.
Claims (4)
1. Verwendung von Alkalichloroferrat (11, III) der Formel (I)
wobei A ein Alkalimetallion oder ein Ammoniumion ist, x eine Zahl von 1 bis 10, y eine Zahl von Null bis 1 und z eine Zahl von Null bis 1 ist und y und z nicht gleichzeitig Null sind, als nichttoxischer aktiver Füllstoff in Schleifscheiben.
2. Verwendung von Alkalichloroferrat (11) der Formel (1), wobei A ein Alkalimetallion, x eine Zahl von 1 bis 6, y gleich 1 und z gleich Null ist, als nichttoxischer aktiver Füllstoff in Schleifscheiben in einer Menge von 3 bis 15 Gewichtsprozent (bezogen auf das Gewicht der gesamten Schleifscheibe).
3. Verwendung von Alkalichloroferrat (II, 111) der Formel (I), das durch Verschmelzen eines Alkalichlorids oder Ammoniumchlorid, wasserfreiem Eisen(III)chlorid und Eisenpulver in Kombination mit einer basischen anorganischen Verbindung hergestellt worden ist.
4. Schleifscheibe, dadurch gekennzeichnet, dass sie als nicht-toxischen aktiven Füllstoff Alkalichloroferrate (II, III) der Formel (I) enthält.
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