DE2549167A1

DE2549167A1 - Verfahren zur herstellung von alkalidisilikaten

Info

Publication number: DE2549167A1
Application number: DE19752549167
Authority: DE
Inventors: Rudolf Peter Neser
Original assignee: Woellner Werke GmbH and Co
Current assignee: Woellner Werke GmbH and Co
Priority date: 1975-11-03
Filing date: 1975-11-03
Publication date: 1977-05-12
Also published as: NL7612154A

Description

Verfahren zur Herstellung von Alkalidisilikaten
Alkalidisilikate können in der Weise hergestellt werden, daß ausgewählte Mengen von Sand und Alkalicarbonoat und/oder -sulfat chargenweise in einem Ofen bei etwa 1090 bis etwa 14300C verschmolzen werden. Dabei werden Kohlendioxid und/oder Schwefeldioxid entwickelt und gegebenenfalls nach einer Reinigung in die Atmosphäre abgeleitet.
Die aus dem Ofen austretende Schmelze wird durch Abkühlen entweder an der Luft oder durch Bespritzen mit Wasser verfestigt und zerkleinert. Das auf diese Weise erhaltene Material wird bei erhöhter Temperatur sowie unter Druck in Wasser aufgelöst.
Die dabei erhaltenen Lösungen liegen im allgemeinen mit einem Verhältnis Alkalioxid (Me20) : Silo, = 1 : etwa 3 bis 3,9 und 2 einem Feststoffgehalt (in gelöster Form) von etwa 27 bis etwa 38 % vor. Durch Einstellen des Verhältnisses Me2Q : Si02 auf 1 : 2 unter Verwendung einer Alkalihydroxidlösung und Oberführen in die feste Form lassen sich feste Alkalidisilikate herstellen.
Ferner kann man Alkalidisilikate in der Weise erzeugen, daß man Kieselsäure in feinteiliger Form in konzentrierten Lösungen von Alkalihydroxiden herstellt. In den erhaltenen Lösungen wird im allgemeinen ein Verhältnis Me20 : Si02 = 1 : 3,3 ermittelt.
Der Feststoffgehalt in Lösung beträgt bei einem derartigen Verfahren maximal 25 %. Zur Gewinnung eines Alkalidisilikats wird eine derartige Lösung ebenfalls unter Verwendung einer Alkalihydroxidlösung auf ein Verhältnis Me20 : Si02 von 1 : 2 eingestellt und anschließend in die feste Form überführt.
Die Über führung in die feste Form kann vorzugsweise durch Sprühtrocknen in großen Sprühtürmen erfolgen. Diese Verfahrensweise gestattet die kontinuierliche Gewinnung von festen Alkalidisilikaten mit hohen Durchsätzen sowie in. hoher Reinheit ohne anschließend zusätzliche Reinigungsmaßnahmen.
Um jedoch ein Sprühtrocknen in wirtschaftlicher Weise durchführen zu können, müssen die eingesetzten Lösungen Feststoffgehalte in der Lösung von mehr als 42 % aufweisen. Es war daher bisher erforderlich, die nach den beiden vorstehend beschriebenen bekannten Verfahren erhaltenen Lösungen durch Eindampfen zu konzentrieren. Dieses Eindampfen ist infolge des hohen Energieverbrauchs sehr unwirtschaftlich.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Herstellung von Alkalidisilikaten zu schaffen, das in einer Stufe beim Umsetzen von Kieselsäure mit konzentrierten Alkalihydrokidlösungen Silikatlösungen liefert, die nach einer Einstellung des Verhältnisses Me20 : SiO auf 1 : 2 einen 2 Feststoffgehalt von mehr als 42 % aufweisen und direkt zum Sprühtrocknen eingesetzt werden können.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung von Alkalidisilikaten durch Auflösen einer feinteiligen Kieselsäure in einer erhitzten konzentrierten Alkalihydroxidlösung und gegebenenfalls anschließendes überführen des erhaltenen Silikats in die feste Form dadurch gelöst, daß die Kieselsäure, bezogen auf ein Verhältnis Alkalioxid (Me20) : Si02 = 1 : 2, in einem Überschuß von 3 bis 45 % eingesetzt wird.
Bei diesem Verfahren werden in überraschender Weise Feststoffgehalte-in der Lösung von mehr als 42 %, maximal 45 %, erhalten. Diese Lösungen können in der Form, in der sie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren anfallen, zum Sprühtrocknen verwendet werden, wobei man hohlkugelförmige Alkalidisilikate erhält.
Das erfindungsgemäße Verfahren, das als sog. Eintopfverfahren bezeichnet werden kann, ermöglicht eine schnelle, umweltfreundliche und energiesparende Herstellung von Alkalidisilikaten und stellt daher eine wertvolle Bereicherung der Technik dar.
Vorzugsweise wird erfindungsgemäß die Kieselsäure in einem Überschuß von 10 bis 25 %, bezogen auf das Verhältnis Me20 SiO2 = 1 : 2, eingesetzt. Dabei verwendet man vorzugsweise eine Abfallkieselsäure, wie sie beispielsweise bei der AlF3 -Herstellung anfällt. Derartige Abfallkieselsäuren mußten bisher auf kostspielige Weise gelagert oder beseitigt werden.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können sie nunmehr in wertvolle Produkte umgewandelt werden.
Die eingesetzte Kieselsäure besitzt vorzugsweise eine BET-Oberfläche von /> 100 m2/g. Ferner weist die eingesetzte Kieselsäure vorzugsweise einen Gehalt an freiem und gebundenem Wasser von (45 % auf.
Die Mischung aus Kieselsäure und konzentrierter Alkalihydroxidlösung wird vorzugsweise während einer Zeitspanne von 80 bis 160 Minuten, insbesondere 100 bis 130 Minuten zum Sieden erhitzt, Um die Reaktion zu beenden. Die eingesetzte Alkalihydroxidlösung ist vorzugsweise 50 %ig.
Zur Überführung in die feste Form wird die erfindungsgemäß erhaltene Lösung, gegebenenfalls nach einem Filtrieren, auf ein Verhältnis Me2 0 : Si02 = 1 : 2 eingestellt und anschließend vorzugsweise direkt sprühgetrocknet. Die Überführung in die feste Form ist natürlich auch auf andere Weise möglich, beispielsweise durch Eindampfen der Lösung oder durch Auskristallisieren.
Aus den weiter oben erwähnten Gründen ist jedoch das Sprühtrocknen die geeignetste Form zur Überführung in die feste Form.
Der sprühzutrocknenden Lösung können in bekannter Weise eines oder mehrere Neutralsalze, wie Natriumsulfat,eines oder mehrere Phosphate oder eines oder mehrere Tenside verschiedener Ionogenität und Mengenzusammensetzung zugemischt werden. Ferner ist die Zumischung von einem oder mehreren alkalischen Salz(en) möglich, insbesondere von Natriumcarbonat. Durch die Zumengung dieser Verbindung in einer Menge von 0,2 bis 10, vorzugsweise 0,5 bis 2,5 %, wird die Lagerfähigkeit des sprühgetrockneten Alkalidisilikats erhöht. Ferner wird die Auflösegeschwindigkeit in Wasser um 10 bis 12 % erhöht.
Obwohl erfindungsgemäß keine Maßnahmen vorgesehen sind, um die Eisen- und Fluoridgehalte bei einer Verwendung von Abfallkieselsäuren zu entfernen, so wie dies beispielsweise bei der DT-AS 22 19 503 der Fall ist, enthalten die unter Einsatz derartiger Abfallkieselsäuren hergestellten Alkalidisilikate Eisen nur im ppm-Bereich und auch nur geringe Fluoridmengen.
Gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, zur Herstellung von Alkalimetasilikaten die erhaltene Silikatlösung, gegebenenfalls nach einem Filtrieren, auf ein Verhältnis Me20:Si02 = 1:1 einzustellen und aus der erhaltenen Lösung in bekannter Weise Alkalimetasilikate auszukristallisieren, wobei bei dieser Verfahrensvariante gegebenenfalls der Feststoffgehalt vor dem Auskristallisieren durch Zugabe von Wasser auf eine gewünschte Konzentration eingestellt werden kann.
Das folgende Beispiel erläutert die Erfindung.
Es wird eine Abfallkieselsäure eingesetzt, die aus etwa 62 % Trockensubstanz und aus etwa 38 % Wasser besteht.
In 38,7 kg einer 50 %igen Natriumhydroxidlösung werden 60,0 kg Abfallkieselsäure und 1,3 kg Wasser unter intensivem Rühren eingebracht. Durch kurzes Erwärmen wird die erhaltene breiartige Masse verflüssigt. Der flüssige Ansatz wird dann unter Rückflußkühlung und unter Rühren zum Sieden erhitzt. Das Reaktionsgemisch wird während einer Zeitspanne von 120 Minuten bei Siedetemperatur gehalten. Nach dem Abkühlen und dem Filtrieren zeigt die erhaltene Natriumsilikatlösung folgende Analysendaten: Na20 14,1 % Si02 31,2 % Gew.-Verhältnis Na20:Si02 1:2,21 Feststoffgehalt 45,3 % Unlöslicher Rückstand (Filterrückstaad) 3,3 % Rest Wasser Nach dem Einstellen der erhaltenen Natriumsilikatlösung auf ein Verhältnis von Na20:Si02 = 1:2 mit einer Natriumhydroxidlösung kann die Lösung direkt sprühgetrocknet werden.
Ein anderer Ansatz wird auf ein Verhältnis Me20:SiO2 von 1:1 eingestellt, worauf in an sich bekannter Weise aus dieser Lösung Natriummetasilikat auskristallisiert wird.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von Alkalidisilikaten durch Auflösen einer feinteiligen Kieselsäure in einer erhitzten, konzentrierten Aakalihydroxidlösung und gegebenenfalls anschließende Überführung des erhaltenen Silikats in die feste Form, dadurch gekennzeichnet, daß die Kieselsäure, bezogen auf ein Verhältnis Alkalioxid (Me2O) : Si02 = 1 : 2, in einem Überschuß von 3 bis 45 % eingesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kieselsäure in einem Überschuß von 10 bis 25 % verwendet wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abfallkieselsäure verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzte Kieselsäure eine BET-Oberfläche von 4100 m2/g aufweist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete Kieselsäure einen Gehalt an freiem und gebundenem Wasser von < 45 % aufweist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus Kieselsäure und Alkalihydroxidlösung während einer Zeitspanne von 80 bis 160 Minuten, insbesondere 100 bis 130 Minuten, zum Sieden erhitzt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzte Alkalihydroxidlösung 50 %ig ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erhaltene Silikatlösung, gegebenenfalls nach einem Filtrieren, auf ein Verhältnis Me20 : Si02 = 1 : 2 eingestellt und anschließend direkt sprühgetrocknet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Alkalidisilikatlösung vor dem Sprühtrocknen eines oder mehrere Neutralsalze, wie Natriumsulfat, zugemischt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Alkalidisilikatlösung vor dem Sprühtrocknen eines oder mehrere alkalische Salze zugemischt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als alkalisches Salz Natriumcarbonat verwendet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Alkalidisilikatlösung vor dem Sprühtrocknen eines oder mehrere Phosphate zugemischt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Alkalidisilikatlösung vor dem Sprühtrocknen eines oder mehrere Tenside verschiedener Ionogenität und Mengenzusammensetzung zugemischt werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erhaltene Silikatlösung, gegebenenfalls nach einem Filtrieren, auf ein Verhältnis Me20 : SiO2 = 1 : 1 eingestellt wird, worauf aus der erhaltenen Lösung Alkalimetasilikat auskristallisiert wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoffgehalt vor dem Auskristallisieren durch Zugabe von Wasser auf eine gewünschte Konzentration eingestellt wird.