Bestimmung des Gehalts an organischen Stoffen in Keramikton Javier Pérez Martínez, Analyselabor Colorobbia España S.A. Diese Studie betrachtet eine Arbeitsmethode zur Bestimmung des Gehalts an organischen Stoffen in Ton mittels Differenzialthermoanalyse und Thermogravimetrie. Die Resultate werden mit den Ergebnissen der coulometrischen Bestimmung des Kohlenstoffgehaltes in den gleichen Proben verglichen. Einführung Tonerden sind Rohstoffe, die bei verschiedensten Anwendungen im Keramikbereich und in der Glasbranche häufig zum Einsatz kommen. Bei einigen dieser Anwendungen muss der Gehalt an organischen Stoffen in der Tonerde überwacht werden, da er u.a. die rheologischen Eigenschaften und das Materialverhalten der Keramikteile beeinflusst. keine Verbrennungsprozesse stattfinden können und dass bei 600 ºC das Strukturwasser aus den meisten Tonmineralien ausgetrieben werden kann, wurde die Methode folgendermassen optimiert: 1. 10 Minuten isothermes Halten bei 25 ºC in einer Stickstoffatmosphäre 2. Aufheizen mit 10 K/min bis 600 ºC in einer Stickstoffatmosphäre 3. 20 Minuten isothermes Halten bei 600 ºC in einer Stickstoffatmosphäre 4. 15 Minuten isothermes Halten bei 600 ºC unter Luft. Resultate Die Resultate dieses Verfahrens sind aus Abbildung 2 zu entnehmen, in der Messungen der Tonerde C, die organische Stoffe enthält, und der Tonerde A gezeigt werden, die keine enthält. Abbildung 1: Eigenschaften von Tonerden bei konstanter Wärmezufuhr in Luftatmosphäre bis 1200 ºC. Eine genaue Bestimmung des Gehalts an Kohle ist mit einem Kohlenstoff-Analysegerät möglich, wobei die Probe einem Brennzyklus ausgesetzt und der freiwerdende Kohlenstoff mittels Coulometrie ermittelt wird. Bei der thermischen Analyse, bei der der Ton einem Temperaturprogramm von 25−1200 ºC mit einer Heizrate von 25 K/min in Luftatmosphäre ausgesetzt wird, ist in einigen Fällen ein Gewichtsverlust zwischen 200 ºC und 500 ºC zu verzeichnen, der auf die Oxidation der organischen Stoffe zurückzuführen ist (Abbildung 1, Prozess 2). Abbildung 2: Stufenweiser Gewichtsverlust von Tonerden unter Anwendung einer Methode mit Gaswechsel. Im Allgemeinen fällt das Ende dieses Prozesses mit dem Verlust des Strukturwassers der Tonmineralien zusammen (Abbildung 1, Prozess 3), wodurch die genaue Ermittlung des Gehalts an organischen Stoffen besonders bei kleinen Mengen erschwert wird. Experimenteller Teil Die vorliegende Untersuchung wurde mit einem TGA/SDTA851e durchgeführt.Es wurde darauf geachtet, möglichst repräsentative Proben zu nehmen. Die Proben wurden vor dem Einfüllen in die Tiegel homogenisiert. In Anbetracht der Tatsache, dass bei Abwesenheit von Sauerstoff METTLER TOLEDO UserCom 2/2006 21 Applikationen Die Tonerde C wurde ausgewählt, da sie einen geringen Gehalt an organischen Stoffen aufweist. Es wurde eine Kohlenstoffbestimmung mittels Coulometrie durchgeführt und das Ergebnis mit dem mit Hilfe der Differenzialthermoanalyse und der Thermogravimetrie erhaltenen Resultat verglichen (Tabelle 1). ringe Abweichungen im Gehalt an organischen Stoffen innerhalb desselben Produktloses und innerhalb verschiedener, im Laufe der Zeit hergestellter Lose ermittelt. Versuche zur Wiederholbarkeit, welche an Tonerde B ausgeführt wurden, ergaben einen Gehalt an organischen Stoffen von 0.90 ± 0.02 %. Die Ergebnisse, welche aus den Messungen mit thermischer Analyse erhalten wurden, weichen wenig (6.5%) von denen der Coulometrie ab. Dies zeigt, dass die thermische Analyse durchaus zur verlässlichen Bestimmung des Kohlenstoffgehaltes eingesetzt werden kann. Beispielhafte Ergebnisse, welche in Abbildung 3 gezeigt werden, zeigen die im Allgemeinen gute Wiederholbarkeit. Schlussfolgerungen Sowohl diese Studie als auch die Erfahrungswerte aus Messungen zahlreicher Proben im industriellen Bereich zeigen, dass die mit dem TGA/SDTA851e erzielten Resultate unter Anwendung des oben dargelegten Verfahrens mit Atmosphärenwechsel geeignet sind, um geringe Abweichungen im Gehalt an organischen Stoffen in Tonerden zu ermitteln. Die optimierte Methode hat folgende Vorteile gegenüber der in Abbildung 1 aufgezeigten Methode: 1. Der Prozess der Verbrennung organischer Stoffe (2) wird von den übrigen (1 und 3) getrennt. 2. Eindeutige TGA- und SDTA-Signale werden durch Beschleunigung des Verbrennungsprozesses erhalten. Literatur [1] „Materias primas para la fabricación de soportes de baldosas cerámicas”, Instituto de Tecnología Cerámica (ITC) - AICE, 1997, Castellón, Spanien. [2] R. Riesen, UserCom 14, Seite 18–20 Thermische Analyse wird bei Colorobbia España bei der Routineüberwachung von Tonerden eingesetzt. Damit werden geTabelle 1: Vergleich der Bestimmung organischer Stoffe mittels Thermoanalyse mit der mittels Coulometrie bei 500 ºC. Probe TGA/SDTA Coulometrisch Ton A 0 0 Ton C 0.61 0.65 Abbildung 3: Erfassung der Abweichungen im Gehalt an organischen Stoffen in Ton zeitlich verschiedener Produktlose. 22 METTLER TOLEDO % Organische Stoffe UserCom 2/2006