Karl Heinz Büchel Hans-Heinrich Moretto Peter Woditsch

Industrielle Anorganische Chemie Dritte, vollständig überarbeitete Auflage

)WILEY-VCH Weinheim • New York • Chichester • Brisbane • Singapore • Toronto

Inhalt

1

Anorganische Grundprodukte 1

1.1 Wasser 1 1.1.1 Wirtschaftliche Bedeutung 1 1.1.2 Aufbereitung von Süßwasser 2 1.1.2.1 Durchbruchschlorung und Ozonisierung 3 1.1.2.2 Flockung und Sedimentation 4 1.1.2.3 Filtration 5 1.1.2.4 Entfernung gelöster anorganischer Verunreinigungen 6 1.1.2.5 Aktivkohlebehandlung 7 1.1.2.6 Sicherheitschlorung 8 1.1.2.7 Herstellung von ionenarmem oder ionenfreiem Wasser 8 1.1.3 Gewinnung von Süßwasser aus Meerwasser und Brackwasser 10 1.1.3.1 Gewinnung durch vielstufige Entspannungsverdampfung 10 1.1.3.2 Gewinnung durch umgekehrte Osmose 12 Literatur zu Abschnitt 1.1 Wasser 14 1.2 Wasserstoff 15 1.2.1 Wirtschaftliche Bedeutung 15 1.2.2 Herstellung von Wasserstoff 16 1.2.2.1 Petrochemische Verfahren und Kohlevergasung 16 1.2.2.2 Elektrolyse von Wasser 17 1.2.2.3 Sonstige Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff 18 1.2.2.4 Gewinnung von Wasserstoff als Nebenprodukt 19 1.2.3 Verwendung von Wasserstoff 20 Literatur zu Abschnitt 1.2 Wasserstoff 21 1.3 1.3.1 1.3.1.1 1.3.1.2 1.3.1.3 1.3.2 1.3.2.1 1.3.2.2 1.3.2.3 1.3.2.4 1.3.2.5

Wasserstoffperoxid und anorganische Peroxoverbindungen 21 Wirtschaftliche Bedeutung 21 Wasserstoffperoxid 21 Natriumperborat und Natriümcarbonatperhydrat 22 Alkaliperoxodisulfate und Natriumperoxid 22 Herstellung 23 Wasserstoffperoxid 23 Natriumperborat 26 Natriumcarbonat-Perhydrat (Natriumpercarbonat) 27 Alkaliperoxodisulfate 28 Natriumperoxid 28

X

Inhalt

1.3.3 Verwendung 29 1.3.3.1 Wasserstoffperoxid, Natriumperborat und Natriumcarbonat-Perhydrat 29 1.3.3.2 Alkaliperoxodisulfate und Natriumperoxid 30 Literatur zu Abschnitt 1.3 Wasserstoffperoxid und anorganische Peroxoverbindungen 30 1.4 1.4.1 1.4.1.1

Stickstoff und Stickstoffverbindungen 31 Ammoniak 31 Wirtschaftliche Bedeutung 31

IAA.2

Herstellung von synthetischem Ammoniak 31

1.4.1.2.1 Allgemeines 31 1.4.1.2.2 Katalysatoren für die Ammoniaksynthese 32 1.4.1.2.3 Erzeugung des Synthesegases Rohstoffbasis 34 1.4.1.2.4 Umsetzung des Synthesegases zu Ammoniak 42 1.4.1.2.5 Integrierte Ammoniaksyntheseanlagen (Einstranganlagen) 45 1.4.1.3 Verwendung von Ammoniak 46 Literatur zu Abschnitt 1.4.1 Ammoniak 46 1.4.2 Hydrazin 47 1.4.2.1 Wirtschaftliche Bedeutung 47 1.4.2.2 Herstellung von Hydrazin 47 1.4.2.2.1 Raschig-Verfahren 48 1.4.2.2.2 Harnstoffverfahren 49 1.4.2.2.3 Bayer-Verfahren 49 1.4.2.2.4 H2O2-Verfahren 51 1.4.2.3 .Verwendung von Hydrazin 52 Literatur zu Abschnitt 1.4.2 Hydrazin 53 1.4.3 Hydroxylamin 54 1.4.3.1 Wirtschaftliche Bedeutung und Verwendung 54 .4.3.2 Herstellung 54 .4.3.2.1 Raschig-Verfahren 55 .4.3.2.2 Stickstoffmonoxid-Reduktionsverfahren 55 .4.3.2.3 Nitrat-Reduktionsverfahren (DSM/HPO-Stamicarbon) 56 Literatur zu Abschnitt 1.4.3 Hydroxylamin 57 .4.4 Salpetersäure 57 .4.4.1 Wirtschaftliche Bedeutung 57 .4.4.2 Herstellung 57 .4.4.2.1 Grundlagen der Salpetersäureherstellung 57 .4.4.2.2 Anlagetypen 61 1.4.4.2.3 Verfahrensbeschreibung 62 1.4.4.2.4 Herstellung hochkonzentrierter Salpetersäure 64 1.4.4.2.5 Abgase der Salpetersäureherstellung 67 1.4.4.3 Verwendung der Salpetersäure 69 Literatur zu Abschnitt 1.4.4 Salpetersäure 70 1.5 1.5.1 1.5.1.1

Phosphor und seine Verbindungen 70 Phosphor und anorganische Phosphorverbindungen 70 Rohstoffe 70

•

Inhalt

1.5.1.2 Produkte 72 1.5.1.2.1 Phosphorsäure 72 1.5.1.2.2 Salze der Phosphorsäure 81 1.5.1.2.3 Phosphor 86 1.5.1.2.4 Folgeprodukte des Phosphors 91 Literatur zu Abschnitt 1.5.1 Phosphor und anorganische Phosphorverbindungen 96 1.5.2 Organische Verbindungen des Phosphors 97 1.5.2.1 Neutrale Phosphorsäureester 97 1.5.2.2 Saure Phosphorsäureester 100 1.5.2.3 Saure Dithiophosphorsäureester 100 1.5.2.4 Neutrale Ester der Thio-und Dithiophosphorsäure 101 1.5.2.5 Neutrale Di- und Triester der Phosphorigen Säure 103 1.5.2.6 Phosphonsäuren 105 Literatur zu Abschnitt 1.5.2 Organische Verbindungen des Phosphors 107 1.6 Schwefel und Schwefelverbindungen 107 1.6.1 Schwefel 107 1.6.1.1 Vorkommen 107 1.6.1.2 Gewinnung 108 1.6.1.2.1 Schwefel aus Elementarschwefelvorkommen 108 1.6.1.2.2 Schwefel aus Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid 108 1.6.1.2.3 Schwefel aus Pyrit 109 1.6.1.3 Wirtschaftliche Bedeutung 110 1.6.1.4 Verwendung 110 1.6.2 Schwefelsäure 110 1.6.2.1 Wirtschaftliche Bedeutung 110 1.6.2.2 Ausgangsstoffe für Schwefelsäure 111 1.6.2.2.1 Schwefelsäure aus Schwefeldioxid 111 1.6.2.2.2 Schwefelsäure durch Aufarbeitung und Konzentrierung von Abfallschwefelsäuren 120 1.6.2.3 Verwendung von Schwefelsäure 122 1.6.3 Schwefeldioxid, 100 %ig 123 1.6.4 Schwefeltrioxid, 100 %ig 124 1.6.5 Dischwefeldichlorid 125 1.6.6 Schwefeldichlorid 125 1.6.7 Thionylchlorid 126 1.6.8 Sulfurylchlorid 127 1.6.9 Chlorsulfonsäure 127 1.6.10 Fluorsurfonsäure 128 1.6.11 Salze der Schwefligen Säure 128 1.6.12 Natriumthiosulfat, Ammoniumthiosulfat 129 1.6.13 Natriumdithionit und Natriumhydroxymethansulfinat 130 1.6.14 Schwefelwasserstoff 131 1.6.15 Natriumsulfid 132 . . ., 1.6.16 Natriumhydrogensulfid 133 1.6.17 Schwefelkohlenstoff 133 Literatur zu Abschnitt 1.6 Schwefel und Schwefelverbindungen 134

XI

XII

Inhalt

1.7 Halogene und Halogenverbindungen 135 1.7.1 Fluor und Fluorverbindungen 135 1.7.1.1 Flußspat 135 1.7.1.1.1 Flußspatgewinnung 136 1.7.1.1.2 Qualitäten/Einsatzgebiete von Flußspat 136 1.7.1.1.3 Fluorapatit 138 1.7.1.2 Fluor und anorganische Fluorprodukte 138 1.7.1.2.1 Fluor 138 1.7.1.2.2 Fluorwasserstoff 140 1.7.1.2.3 Aluminiumfluorid 146 1.7.1.2.4 Natriumhexafluoroaluminat (Kyrolith) 149 1.7.1.2.5 Alkalifluoride 150 1.7.1.2.6 Hexafluorosilicate 150 1.7.1.2.7 Uranhexafluorid 151 1.7.1.2.8 Bortrifluorid und Tetrafluoroborsäure 151 1.7.1.2.9 Schwefelhexafluorid 152 1.7.1.3 Organische Fluorverbindungen durch elektrochemische Fluorierung 153 Literatur zu Abschnitt 1.7.1 Fluor und Fluorverbindungen 154 1.7.2 Chloralkalielektrolyse Chlor und Natronlauge 155 1.7.2.1 Wirtschaftliche Bedeutung 155 1.7.2.2 Ausgangsprodukte 157 1.7.2.3 Herstellungsverfahren 160 1.7.2.3.1 Amalgamverfahren 161 1.7.2.3.2 Diaphragmaverfahren 163 1.7.2.3.3 Membranverfahren 166 1.7.2.3.4 Bewertung von Amalgam-, Diaphragma-und Membranverfahren 167 1.7.2.4 Verwendung von Chlor und Natronlauge 169 1.7.2.4.1 Chlor 169 1.7.2.4.2 Natronlauge 169 Literatur zu Abschnitt 1.7.2 Chloralkalielektrolyse 170 1.7.3 Salzsäure - Chlorwasserstoff 170 1.7.3.1 Herstellung von Chlorwasserstoff 170 1.7.3.2 Wirtschaftliche Bedeutung von Chlorwasserstoff und Salzsäure 171 1.7.3.3 Elektrolyse von wäßrigen Salzsäurelösungen 172 1.7.3.4 Nichtelektrolytische Verfahren zur Herstellung von Chlor aus Chlorwasserstoff 173 Literatur zu Abschnitt 1.7.3 Salzsäure - Chlorwasserstoff 174 1.7.4 Sauerstoffverbindungen des Chlors 175 1.7.4.1 Wirtschaftliche Bedeutung 175 1.7.4.2 Herstellung von Sauerstoffverbindungen des Chlors 176 1.7.4.2.1 Hypochlorite 176 1.7.4.2.2 Chlorite 179 1.7.4.2.3 Chlorate 179 1.7.4.2.4 Perchlorate und Perchlorsäure 181 1.7.4.2.5 Chlordioxid 182 1.7.4.3 Verwendung von Sauerstoffverbindungen des Chlors 183 Literatur zu Abschnitt 1.7.4 Sauerstoffverbindungen des Chlors 184

Inhalt

1.7.5 Brom und Bromverbindungen 185 1.7.5.1 Vorkommen und wirtschaftliche Bedeutung 185 1.7.5.2 Herstellung von Brom und Bromverbindungen 186 1.7.5.2.1 Brom 186 1.7.5.2.2 Bromwasserstoff 188 1.7.5.2.3 Alkalibromide, Calciumbromid, Zinkbromid 188 1.7.5.2.4 Alkalibromate 188 1.7.5.3 Verwendung von Brom und Bromverbindungen 189 Literatur zu Abschnitt 1.7.5 Brom und Bromverbindungen 190 1.7.6 Iod und Iodverbindungen 191 1.7.6.1 Wirtschaftliche Bedeutung 191 1.7.6.2 Herstellung von Iod und Iodverbindungen 191 1.7.6.2.1 Iod 191 1.7.6.2.2 Iodwasserstoff 193 1.7.6.2.3 Alkaliiodide 193 1.7.6.2.4 Alkaliiodate 193 1.7.6.3 Verwendung von Iod und Iodverbindungen 194 Literatur zu Abschnitt 1.7.6 Iod und Iodverbindungen 194

2 Mineralische Dünger 195 2.1 2.1.1 2.1.1.1 2.1.1.2 2.1.1.3 2.1.1.4 2.1.1.5 2.1.1.6 2.1.2 2.1.2.1 2.1.2.2 2.1.2.3 2.1.2.4

Phosphorhaltige Düngemittel 195 Wirtschaftliche Bedeutung 195 Allgemeines 195 Bedeutung von Superphosphat 196 Bedeutung von Tripelsuperphosphat 196 Bedeutung von Ammoniumphosphaten 197 Bedeutung von Nitrophosphaten 197 Bedeutung und Gewinnung von Sinterphosphaten, Schmelzphosphaten und Thomasphosphaten 197 Herstellung von phosphorhaltigen Düngemitteln 198 Superphosphat 198 Tripelsuperphosphat 200 Ammoniumphosphate 200 Nitrophosphate 203

2.2 2.2.1 2.2.1.1 2.2.1.2 2.2.1.3 2.2.1.4 2.2.2 2.2.2.1

Stickstoffhaltige Düngemittel 205 Wirtschaftliche Bedeutung 205 Allgemeines 205 Bedeutung von Ammoniumsulfat 205 Bedeutung von Ammoniumnitrat 206 Bedeutung von Harnstoff 206 Herstellung von stickstoffhaltigen Düngemitteln 207 Ammoniumsulfat 207

XIII

XIV

Inhalt

2.2.2.2 2.2.2.3

Ammoniumnitrat 209 Harnstoff 210

2.3 Kaliumhaltige Düngemittel 214 2.3.1 Vorkommen von Kalisalzen 214 2.3.2 Wirtschaftliche Bedeutung von kaliumhaltigen Düngemitteln 215 2.3.3 Herstellung von kaliumhaltigen Düngemitteln 217 2.3.3.1 Kaliumchlorid -217 2.3.3.2 Kaliumsulfat 219 2.3.3.3 Kaliumnitrat 219 Literatur zu Abschnitt 2 Mineralische Dünger 220

3

Metalle und ihre Verbindungen 221

3.1 Alkali- und Erdalkalimetalle und ihre Verbindungen 221 3.1.1 Alkalimetalle und ihre Verbindungen 221 3.1.1.1 Allgemeines 221 3.1.1.2 Lithium und seine Verbindungen 221 ^ 3.1.1.2.1 Vorkommen und wirtschaftliche Bedeutung 221 3.1.1.2.2 Lithium, metallisch 222 3.1.1.2.3 Lithiumverbindungen 223 3.1.1.3 Natrium und seine Verbindungen 224 3.1.1.3.1 Allgemeines 224 3.1.1.3.2 Natrium, metallisch 225 3.1.1.3.3 Natriumcarbonat 226 3.1.1.3.4 Natriumhydrogencarbonat 230 3.1.1.3.5 Natriumsulfat 231 3.1.1.3.6 Natriumhydrogensulfat 233 3.1.1.3.7 Natriumborate 233 3.1.1.4 Kalium und seine Verbindungen 235 3.1.1.4.1 Allgemeines 235 3.1.1.4.2 Kalium, metallisch 236 3.1.1.4.3 Kaliumhydroxid 236 3.1.1.4.4 Kaliumcarbonat 237 Literatur zu Abschnitt 3.1.1 Alkalimetalle und ihre Vebindungen 238 3.1.2 Erdalkalimetalle und ihre Verbindungen 238 3.1.2.1 Allgemeines 238 3.1.2.2 Beryllium und seine Verbindungen 239 3.1.2.3 Magnesium und seine Verbindungen 240 3.1.2.3.1 Vorkommen 240 3.1.2.3.2 Magnesium, metallisch 240 3.1.2.3.3 Magnesiumcarbonat 242 3.1.2.3.4 Magnesiumoxid 243 3.1.2.3.5 Magnesiumchlorid 244

Inhalt

3.1.2.3.6 Magnesiumsulfat 245 3.1.2.4 Calcium und seine Verbindungen 246 3.1.2.4.1 Vorkommen 246 .2.4.2 Calcium, metallisch 246 .2.4.3 Calciumcarbonat 246 .2.4.4 Calciumoxid und Calciumhydroxid 247 .2.4.5 Calciumchlorid 248 .2.4.6 Calciumcarbid 249 .2.5 Strontium und seine Verbindungen 250 .2.6 Bariumundseine Verbindungen 251 .2.6.1 Vorkommen und wirtschaftliche Bedeutung 251 .2.6.2 Bariumcarbonat 251 Bariumsulfid 253 3. .2.6.3 3.1.2.6.4 Bariumsulfat 25^ Literatur zu Abschnitt 3.1.2 Erdalkalimetalle und ihre Verbindungen 254 3.2 Aluminium und seine Verbindungen 255 3.2.1 Allgemeines 255 3.2.2 Vorkommen 255 3.2.3 Aluminium, metallisch 256 3.2.3.1 Wirtschaftliche Bedeutung 256 3.2.3.2 Herstellung 257 3.2.3.3 Verwendung 258 3.2.4 Aluminiumoxid und Aluminiumhydroxid 258 3.2.4.1 Wirtschaftliche Bedeutung 258 3.2.4.2 Herstellung 259 3.2.4.3 Verwendung 260 3.2.5 Aluminiumsulfat 260 3.2.5.1 Wirtschaftliche Bedeutung 260 3.2.5.2 Herstellung 261 3.2.5.3 Verwendung 261 3.2.6 Aluminiumchlorid 261 3.2.6.1 Wirtschaftliche Bedeutung 261 3.2.6.2 Herstellung 262 3.2.6.3 Verwendung 262 3.2.7 Natriumaluminat 263 Literatur zu Abschnitt 3.2 Aluminium und seine Verbindungen 263 3.3 3.3.1 3.3.1.1 3.3.1.2 3.3.1.3 3.3.1.3.1 3.3.1.3.2 3.3.1.3.3

Chromverbindungen und Chrom 264 ChromVerbindungen 264 Wirtschaftliche Bedeutung 264 Rohstoff Chromit 265 Herstellung von Chromverbindungen 266 Chromitaufschluß zu Alkalichromaten 266 Alkalidichromate 268 Chrom(VI)-oxid („Chromsäure") 270

XV

XVI

Inhalt

3.3.1.3.4 Chrom(III)-oxid 272 3.3.1.3.5 Basische Chrom(HI)-Salze (Chromgerbstoffe) 273 3.3.1.4 Verwendung von Chromverbindungen 274 3.3.2 Chrom, metallisch 275 3.3.2.1 Wirtschaftliche Bedeutung 275 3.3.2.2 Herstellung von Chrommetall 275 3.3.2.2.1 Chemische Reduktion 275 3.3.2.2.2 Elektrochemische Reduktion von Chromalaun 276 3.3.2.2.3 Elektrochemische Reduktion von Chrom(VI)-oxid („Chromsäure") 276 Literatur zu Abschnitt 3.3 Chromverbindungen und Chrom 277 3.4 Silicium und seine anorganischen Verbindungen 277 3.4.1 Elementares Silicium 277 3.4.1.1 Allgemeines und wirtschaftliche Bedeutung 277 3.4.1.2 Herstellung 279 3.4.1.2.1 Ferrosilicium und technisches Silicium 279 3.4.1.2.2 Reinstsilicium(Halbleitersilicium) 281 ^~ 3.4.1.3 Verwendung von Silicium 287 3.4.2 Anorganische Siliciumverbindungen 288 Literatur zu Abschnitt 3.4 Silicium und seine anorganischen Verbindungen 290 3.5 Manganverbindungen und Mangan 291 3.5.1 Manganverbindungen 291 3.5.1.1 Wirtschaftliche Bedeutung 291 3.5.1.2 Rohstoffe 292 3.5.1.3 Herstellung von Manganverbindungen 293 3.5.1.3.1 Mangan(II)-Verbindungen 293 3.5.1.3.2 Mangan(II,III)-oxid (Mn3O4) und Mangan(III)-oxid (Mn2O3) 295 3.5.1.3.3 Mangan(IV)-oxid (Braunstein) 295 3.5.1.3.4 Kaliumpermanganat 298 3.5.1.4 Verwendung von Manganverbindungen 301 3.5.2 Mangan - elektrochemische Darstellung, Bedeutung und Verwendung 301 Literatur zu Abschnitt 3.5 Manganverbindungen und Mangan 302

4

Organosiliciumverbindungen 303

4.1

Industriell bedeutende OrganosilicumVerbindungen, Nomenklatur 303

4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.2.1 4.2.2.2 4.2.2.3

Technisch bedeutende Silane 304 Organohalogensilane 304 Technisch wichtige siliciumfunktionelle Organosilane 306 Organoalkoxysilane 307 Acyloxysilane 308 Oximino- und Aminoxysilane 308

Inhalt 4

4.2.2.4 Amidosilane, Silazane 309 4.2.2.5 Organohydrogensilane 310 4.2.3 Organofunktionelle Silane 310 4.2.3.1 Alkenylsilane 311 4.2.3.2 Halogenorganosilane 311 4.2.3.3 Organoaminosilane 311 4.2.3.4 Organomercaptosilane, Organosulfidosilane 312 4.2.3.5 Weitere organofunktionelle Silane 312 Literatur zu Abschnitt 4.1 und 4.2 Organosiliciumverbindungen 313 4.3 4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.3.1 4.3.3.2 4.3.3.3 4.3.3.4 4.3.3.5 4.3.3.6 4.3.3.7 4.3.4

Silicone 313 Aufbau und Eigenschaften, Nomenklatur 313 Wirtschaftliche Bedeutung 315 Lineare und cyclische Polyorganosiloxane 315 Herstellung 315 Hydrolyse 316 Methanolyse 318 Cyclisierung 318 Polymerisation 319 Polykondensation 320 Technische Durchführung der Polymerisation 321 Herstellung verzweigter Polysiloxane 322

4.4 Technische Siliconprodukte 323 4.4.1 Siliconöle 324 4.4.2 Siliconölfolgeprodukte 325 4.4.3 Siliconkautschuke 325 4.4.3.1 Kaltvulkanisierender Einkomponentensiliconkautschuk 326 4.4.3.2 Kaltvulkanisierender Zweikomponentensiliconkautschuk 327 4.4.3.3 Heißvulkanisierender, peroxidisch vernetzender Siliconkautschuk 328 4.4.3.4 Heißvulkanisierender, additionsvernetzender Siliconkautschuk 329 4.4.3.5 Eigenschaften von Silicongummi 330 ; 4.4.4 Siliconharze 331 4.4.5 Silicon-Copolymere, -Blockcopolymere und -Pfropfcopolymere 332 Literatur zu Abschnitt 4.3 und 4.4 Silicone 333

5 Anorganische Festkörper 335 5.1 5.1.1 5.1.1.1 5.1.1.2 5.1.1.3 5.1.1.4

Silicatische Erzeugnisse 335 Glas 335 Wirtschaftliche Bedeutung 335 Struktur 336 Glaszusammensetzungen 336 Herstellung von Glas 339

XVII

XVIII

Inhalt

5.1.1.4.1 Glasrohstoffe 339 5.1.1.4.2 Schmelzprozeß 341 5.1.1.4.3 Schmelzöfen 343 5.1.1.5 Formgebung 345 5.1.1.6 Glaseigenschaften und Verwendung 347 Literatur zu Abschnitt 5.1.1 Glas 348 5.1.2 Alkalisilicate 349 5.1.2.1 Allgemeine und wirtschaftliche Bedeutung 349 5.1.2.2 Herstellung von Alkali-Silicaten 350 5.1.2.3 Verwendung 351 Literatur zu Abschnitt 5.1.2 Alkalisilicate 351 5.1.3 Zeolithe 351 5.1.3.1 Wirtschaftliche Bedeutung 351 5.1.3.2 Zeolithtypen 352 5.1.3.3 Natürliche Zeolithe 355 5.1.3.4 Herstellung von synthetischen Zeolithen 355 5.1.3.4.1 aus natürlichen Rohstoffen 355 5.1.3.4.2 aus synthetischen Ausgangsmaterialien 356 5.1.3.4.3 Modifizieren von synthetischen Zeolithen durch Ionenaustausch 357 5.1.3.5 Verformung von Zeolithen 358 5.1.3.6 Dehydratation von Zeolithen 358 5.1.3.7 Verwendung von Zeolithen 359 5.1.3.7.1 als Ionenaustauscher 359 5.1.3.7.2 als Adsorptionsmittel 359 5.1.3.7.3 für Trennprozesse 360 5.1.3.7.4 als Katalysatoren 360 5.1.3.7.5 Sonstige Anwendungen 361 Literatur zu Abschnitt 5.1.3 Zeolithe 362 5.2 5.2.1 5.2.1.1 5.2.1.2 5.2.1.3 5.2.1.4 5.2.1.5 5.2.2 5.2.2.1 5.2.2.2 5.2.2.3 5.2.3 5.2.3.1 5.2.3.2 5.2.3.3 5.2.4 5.2.4.1

Anorganische Fasern 362 Einführung 362 Definition, Herstellung und Verarbeitung 362 Wirtschaftliche Bedeutung 363 Eigenschaften 364 Einteilung und Anwendung 366 Physiologische Aspekte 366 Asbestfasern 368 Allgemeines und wirtschaftliche Bedeutung 368 Vorkommen und Gewinnung 371 Verwendung von Asbestfasern 373 Textilglasfasern 376 Allgemeines und wirtschaftliche Bedeutung .376 Herstellung 378 Verwendung 382 Mineralfaser-Dämmstoffe 382 Allgemeines und wirtschaftliche Bedeutung 382

Inhalt

5.2.4.2 5.2.4.3 5.2.5 5.2.5.1 5.2.5.2 5.2.6 5.2.6.1 5.2.6.2 5.2.7 5.2.7.1 5.2.7.2 5.2.7.3 5.2.7.4 Literatur zu 5.3 5.3.1 5.3.2 5.3.2.1 5.3.2.2 5.3.2.3 5.3.2.4 5.3.2.4.1 5.3.2.4.2 5.3.2.4.3 5.3.2.5 5.3.2.6. 5.3.3 5.3.3.1 5.3.3.2 5.3.3.3 5.3.3.3.1 5.3.3.3.2 5.3.3.3.3 5.3.3.3.4 5.3.3.4 5.3.3.5 5.3.3.6 5.3.3.7 5.3.3.8 5.3.3.9 5.3.4 5.3.4.1 5.3.4.2 5.3.4.3 5.3.4.4

Herstellung 384 Verwendung 388 Kohlenstoffasern 389 Allgemeines und wirtschaftliche Bedeutung 389 Herstellung und Verwendung 391 Metallische Fasern 395 Stahl-und Wolframfasern 396 Borfasern 398 Keramische Verstärkungsfasern 400 Allgemeines und wirtschaftliche Bedeutung 400 Oxidische Fasern 401 Nichtoxidische Fasern 403 Whisker 406 Abschnitt 5.2 Anorganische Fasern 407 Baustoffe 409 Allgemeine Vorbemerkungen 409 Kalk 410 Wirtschaftliche Bedeutung 410 Rohstoffe 410 Gebrannter Kalk 411 Gelöschter Kalk 412 Naßlöschen von gebranntem Kalk 413 Trpckenlöschen von gebranntem Kalk 414 Kalkhydrat aus Calciumcarbid 414 Dampfgehärtete Baustoffe 415 Verwendung von Kalk 415 Zement 416 Wirtschaftliche Bedeutung 416 Zusammensetzung der Zemente 417 Portlandzement 418 Rohstoffe 418 Zusammensetzung des Portlandzementklinkers 418 Herstellung von Portlandzement 418 Verwendung von Portlandzement 422 Hüttenzemente 422 Puzzolanzemente 423 Tonerdezement 424 Asbestzement 424 Sonstige Zementarten 425 Vorgänge beim Erstarren von Zement 425 Gips 428 Wirtschaftliche Bedeutung 428 Modifikationen von Calciumsulfat 430 Naturgips 431 Naturanhydrit 433

XIX

XX

Inhalt

5.3.4.5 Chemieanhydrit aus der Flußsäureherstellung 434 5.3.4.6 Chemiegips 434 5.3.4.6.1 Chemiegips aus der Herstellung und Reinigung organischer Säuren 434 5.3.4.6.2 Chemiegips aus der Rauchgasentschwefelung 434 5.3.4.6.3 Chemiegips aus der Phosphorsäureproduktion 435 5.3.4.7 Vorgänge beim Abbinden von Gips 437 5.3.5 Grobkeramische Produkte für die Bauindustrie 438 5.3.6 Blähprodukte 439 5.3.6.1 Allgemeines 439 5.3.6.2 Blähprodukte aus Tonen und Schiefern 440 5.3.6.2.1 Rohstoffe 440 5.3.6.2.2 Gasbildende Reaktionen bei der Herstellung von Blähprodukten 441 5.3.6.2.3 Herstellung von Blähprodukten 443 5.3.6.3 Blähprodukte aus Gläsern (Foam-glass) 444 5.3.6.4 Verwendung von Blähprodukten 445 Literatur zu Abschnitt 5.3 Baustoffe 446 5.4 Email 447 5.4.1 Allgemeines 447 5.4.2 Einteilung von Emails 447 5.4.3 Herstellung von Emailfritten 452 5.4.3.1 Rohstoffe 452 5.4.3.2 Erschmelzen von Fritten 453 5.4.4 Emaillieren 454 5.4.4.1 Herstellung auftragfähiger Systeme 454 5.4.4.2 Emailauftrag 455 5.4.4.2.1 Nasser Auftrag 455 5.4.4.2.2 Trockener Auftrag 456 5.4.4.3 Einbrennen von Emails 457 5.4.5 Verwendung von Emails 458 Literatur zu Abschnitt 5.4 Email 458 5.5 5.5.1 5.5.2 5.5.3 5.5.4 5.5.4.1 5.5.4.2 5.5.4.3 5.5.4.4 5.5.4.4.1 5.5.4.4.2 5.5.4.4.3 5.5.4.5 5.5.4.6

Keramik 459 Allgemeines 459 Einteilung der keramischen Erzeugnisse 459 Allgemeine Verfahrensschritte zur Herstellung von Keramiken 460 Tonkeramische Erzeugnisse 461 Zusammensetzung und Rohstoffe 461 Abbau und Aufbereitung von Rohkaolin 463 Herstellung tonkeramischer Massen 464 Förmgebungsverfahren 465 Gießverfahren 466 Plastische Formgebung 467 Formgebung durch Pulververdichtung 468 Trocknungsverfahren 469 Keramischer Brand 470

Inhalt

5.5.4.6.1 Physikalisch-chemische Prozesse 470 5.5.4.6.2 Brennbedingungen 471 5.5.4.6.3 Glasuren 472 5.5.4.7 Eigenschaften und Anwendung tonkeramischer Produkte 472 5.5.4.7.1 Steingut 472 5.5.4.7.2 Steinzeug 473 5.5.4.7.3 Porzellan 474 5.5.4.7.4 Schnellbrandporzellan 475 5.5.4.8 Wirtschaftliche Bedeutung der tonkeramischen Erzeugnisse 476 5.5.5 Sonderkeramische Erzeugnisse 476 5.5.5.1 Oxidkeramik 476 5.5.5.1.1 Allgemeines 476 5.5.5.1.2 Aluminiumoxid 477 5.5.5.1.3 Zirkoniumoxid 479 5.5.5.1.4 Berylliumoxid 480 5.5.5.1.5 Uranoxid und Thoriumoxid 480 5.5.5.1.6 Sonstige Oxidkeramiken 481 5.5.5.2 Elektro- und Magnetokeramik 482 5.5.5.2.1 Titanate 482 5.5.5.2.2 Ferrite 483 5.5.5.3 Feuerfeste Keramik 487 5.5.5.3.1 Definition und Einteilung 487 5.5.5.3.2 Tonerdereiche Erzeugnisse 489 5.5.5.3.3 Schamotteerzeugnisse 490 5.5.5.3.4 Silikaterzeugnisse 491 5.5.5.3.5 Basische Erzeugnisse 491 5.5.5.3.6 Feuerfeste Sondererzeugnisse 492 5.5.5.3.7 Wirtschaftliche Bedeutung 493 5.5.5.4 NichtOxidkeramik 494 5.5.5.4.1 Wirtschaftliche Bedeutung 495 5.5.5.4.2 Herstellungsverfahren für Siliciumcarbid 495 5.5.5.4.3 Tongebundene Siliciumcarbidsteine 497 5.5.5.4.4 Feinkeramische Erzeugnisse aus Siliciumcarbid 497 5.5.5.4.5 Feinkeramische Erzeugnisse aus Siliciumnitrid 498 5.5.5.4.6 Herstellung und Eigenschaften von Borcarbid 500 5.5.5.4.7 Herstellung und Eigenschaften von Bornitrid 501 5.5.5.4.8 Herstellung und Eigenschaften von Aluminiumnitrid 502 Literatur zu Abschnitt 5.5 Keramik 503 5.6 5.6.1 5.6.2 5.6.3 5.6.3.1 5.6.3.2 5.6.4

Metallische Hartstoffe 505 Allgemeines 505 Allgemeine Herstellungsverfahren und Eigenschaften von Metallcarbiden 506 Carbide der IV. Nebengruppe 508 Titancarbid 508 Zirconiumcarbid und Hafhiumcarbid 508 Carbide der V. Nebengruppe 509

XXI

XXII

Inhalt

5.6.4.1 Vanadiumcarbid 509 5.6.4.2 Niobcarbid und Tantalcarbid 509 5.6.5 Carbide der VI. Nebengruppe 509 5.6.5.1 Chromcarbid 509 5.6.5.2 Molybdäncarbid 510 5.6.5.3 Wolframcarbid 510 5.6.5.4 Hartmetallegierungen auf Basis von Wolframcarbid 511 5.6.6 Thoriumcarbid und Urancarbid 512 5.6.7 Metallnitride 512 5.6.8 Metallboride 514 5.6.9 Metallsilicide 515 Literatur zu Abschnitt 5.6 Metallische Hartstoffe 516 5.7 5.7.1 5.7.2 5.7.2.1 5.7.2.2 5.7.2.3 5.7.2.4 5.7.3 5.7.3.1 5.7.3.2 5.7.3.3 5.7.4 5.7.4.1 5.7.4.2 5.7.4.3 5.7.4.3.1 5.7.4.3.2 5.7.4.3.3 5.7.4.3.4 5.7.4.4 5.7.4.4.1 5.7.4.4.2 5.7.4.4.3 5.7.4.4.4 5.7.4.4.5 5.7.4.5 5.7.4.6 5.7.5 5.7.5.1 5.7.5.2 5.7.5.3 5.7.6 5.7.6.1

Kohlenstoffmodifikationen 516 Allgemeine Vorbemerkungen 516 Diamant 517 Wirtschaftliche Bedeutung 517 Gewinnung natürlicher Diamanten 518 Herstellung synthetischer Diamanten 519 Eigenschaften und Verwendung 521 Natürlicher Graphit 522 Wirtschaftliche Bedeutung 522 Vorkommen und Gewinnung 523 Eigenschaften und Verwendung 524 Großtechnisch erzeugter synthetischer Kohlenstoff und synthetischer Graphit 526 Wirtschaftliche Bedeutung 526 Allgemeines zur Herstellung 527 Herstellung von synthetischem Kohlenstoff 527 Rohstoffe 527 Aufbereitung 528 Verdichtung und Formgebung 529 Carbonisierung 530 Graphitierung von synthetischem Kohlenstoff 530 Allgemeines 530 Acheson-Verfahren 531 Castner-Verfahren 532 Sonstige Graphitierungsverfahren 532 Reinigungsgraphitierung 533 Imprägnierung und Bearbeitung von Kohlenstoff- und Graphitkörpern 533 Eigenschaften und Verwendung 534 Spezielle Kohlenstoff- und Graphitarten 535 Pyrokohlenstoff und Pyrographit 536 Glaskohlenstoff und Schaumkohlenstoff 537 Graphitfolien und -membranen 539 Ruß 539 Wirtschaftliche Bedeutung 540

Inhalt

5.7.6.2 Herstellung 541 5.7.6.2.1 Allgemeines 541 5.7.6.2.2 Pyrolyseprozesse in Gegenwart von Sauerstoff 541 5.7.6.2.3 Pyrolyseprozesse unter Ausschluß von Sauerstoff 544 5.7.6.2.4 Nachbehandlung 546 5.7.6.3 Eigenschaften und Verwendung 546 5.7.7 Aktivkohle 550 5.7.7.1 Wirtschaftliche Bedeutung 550 5.7.7.2 Herstellung 550 5.7.7.2.1 Allgemeines 550 5.7.7.2.2 Aktivkohle durch „chemische Aktivierung" 551 5.7.7.2.3 Akivkohle durch „Gasaktivierung" 553 5.7.7.3 Reaktivierung und Regenerierung gebrauchter Aktivkohlen 554 5.7.7.4 Verwendung von Aktivkohlen 555 Literatur zu Abschnitt 5.7 Kohlenstoffmodifikationen 557 5.8 Füllstoffe 558 5.8.1 Allgemeines 558 5.8.2 Wirtschaftliche Bedeutung 559 5.8.3 Natürliche Füllstoffe 559 5.8.3.1 Auf Basis Silicium 559 5.8.3.2 Andere natürliche Füllstoffe 561 5.8.3.3 Aufarbeitung natürlicher Füllstoffe 561 5.8.4 Synthetische Füllstoffe 562 5.8.4.1 Kieselsäuren und Silicate 562 5.8.4.1.1 Pyrogene Kieselsäuren 562 5.8.4.1.2 Naßchemisch hergestellte Kieselsäure und Silicate 563 5.8.4.1.3 Nachbehandlung von Kieselsäuren 564 5.8.4.1.4 Gläser 565 5.8.4.1.5 Cristobalit 565 5.8.4.2 Aluminiumhydroxide 566 5.8.4.3 Carbonate 567 5.8.4.4 Sulfate 568 5.8.4.5 Sonstige synthetische Füllstoffe 568 5.8.5 Eigenschaften und Verwendung 569 Literatur zu Abschnitt 5.8 Füllstoffe 571 5.9 5.9.1 5.9.2 5.9.2.1 5.9.2.2 5.9.2.2.1 5.9.2.2.2 5.9.2.2.3 5.9.2.2.4

Anorganische Pigmente 572 Allgemeines und wirtschaftliche Bedeutung 572 Weißpigmente 576 Allgemeines 576 Titandioxidpigmente 577 Wirtschaftliche Bedeutung 577 Rohstoffe für TiO2-Pigmente 577 Herstellungsverfahren für TiO2-Pigmente 579 Verwendung von TiO2-Pigmenten 582

XXIH

XXIV

Inhalt

5.9.2.3 Lithopone und Zinksulfidpigmente 583 5.9.2.4 Zinkoxid-Weißpigmente 584 5.9.2.4.1 Herstellung 584 5.9.2.4.2 Verwendung 586 5.9.3 Buntpigmente 586 5.9.3.1 Eisenoxidpigmente 586 5.9.3.1.1 Natürliche Eisenoxidpigmente 586 5.9.3.1.2 Synthetische Eisenoxidpigmente 588 5.9.3.2 Chrom(IH)-oxid-Pigniente 593 5.9.3.2.1 Herstellung 593 5.9.3.2.2 Eigenschaften und Verwendung von Cnrom(III)-oxiden 594 5.9.3.3 Chromat- und Molybdatpigmente 595 5.9.3.4 Mischphasenpigmente und keramische Farbkörper 597 5.9.3.5 Cadmiumpigmente 599 5.9.3.6 Eisenblaupigmente 601 5.9.3.7 Ultramarinpigmente 602 5.9.4 Korrosionsschutzpigmente 604 5.9.5 Effektpigmente 606 5.9.5.1 Metalleffektpigmente 606 5.9.5.2 Perlglanzpigmente 607 5.9.5.3 Interferenzpigmente 607 5.9.6 Luminophore 608 5.9.7 Magnetpigmente 609 5.9.7.1 Allgemeines und Eigenschaften 609 5.9.7.2 Herstellung der Magnetpigmente 610 Literatur zu Abschnitt 5.9 Anorganische Pigmente 613

6

Kernbrennstoffkreislauf 615

6.1

Die Bedeutung der Kernenergie in der Energiewirtschaft 615

6.2

Allgemeines zum Brennstoffkreislauf 619

6.3

Verfügbarkeit von Uran 621

6.4 6.4.1 6.4.2 6.4.2.1 6.4.2.2 6.4.3 6.4.3.1 6.4.3.2 6.4.4 6.4.5

Kernreaktortypen 622 Allgemeines 622 Leichtwasserreaktoren 623 Siedewasserreaktoren 623 Druckwasserreaktoren 623 Graphitmoderierte Reaktoren 624 Gasgekühlt 624 Leichtwassergekühlt 626 Schwerwasserreaktoren 626 Schnellbrutreaktoren 627

Inhalt

6.5 6.5.1 6.5.1.1 6.5.1.1.1 6.5.1.1.2 6.5.1.1.3 6.5.1.2 6.5.1.3 6.5.2 6.5.2.1 6.5.2.2 6.5.2.3 6.5.3 6.5.4 6.5.4.1 6.5.4.1.1 6.5.4.1.2 6.5.4.1.3 6.5.4.1.4 6.5.4.2 6.5.5 6.6 6.6.1 6.6.2 6.6.2.1 6.6.2.2 6.6.2.3 6.6.2.4 6.6.2.5 Literatur zu

Kernbrennstoffgewinnung 628 Urankonzentrat ("Yellow-cake")-Gewinnung 628 Uran aus Uranerzen 629 Laugungsprozesse 629 Abtrennung des Urans aus den Laugungslösungen 631 Herstellung von verkaufsfähigen Uranverbindungen ("Yellow cake") 632 Uran aus Phosphaterzen bzw. Naßphosphorsäure 634 Uran aus Meerwasser 635 Konversion von Urankonzentrat zu Uranhexafluorid 635 Allgemeines 635 Naßverfahren zur Herstellung von UF 6 636 Trockenverfahren zur Herstellung von UF 6 637 235 U-Anreicherung 638 RekonVersion von UF 6 in Kernbrennstoffe 639 in Urandioxid 639 Allgemeines 639 UO 2 durch Naßverfahren 639 UO 2 durch Trockenverfahren (IDR-Prozeß) 641 Herstellung der Sinterkörper 641 Andere Urankernbrennstoffe 641 Herstellung der Brennelemente 642 Entsorgung von Kernkraftwerken 643 Allgemeines 643 Teilschritte der Entsorgung 645 Zwischenlagerung abgebrannter Brennelemente 645 Wiederaufarbeitung abgebrannter Brennelemente 646 Weiterverarbeitung der Uran- bzw. Plutoniumlösungen 649 Konditionierung der radioaktiven Abfälle 649 Endlagerung radioaktiver Abfälle 652 Kapitel 6 Kernbrennstoffkreislauf 653

Anhang 655 Abkürzungsverzeichnis der Länder 655 Abkürzungsverzeichnis der Firmen 657 Register 661

XXV