AT68615B - Verfahren zur Herstellung von Alkalisilikaten. - Google Patents

Description

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  Verfahren zur Herstellung von Alkalisilikaten. 



   Die Herstellung künstlicher Alkalisilikate unter Benutzung von Kieselsäure als Ausgangsmaterial und unter Anwendung eines Druckes von 5 bis 6 Atmosphären ist bekannt. Die auf   diese Weise erhältlichen Alkalitriailikate eignen   sich aber nicht für Zwecke der Verwendung als   Flussmittel   im Glashüttenbetrieb. Ihnen stand und steht in erster Linie der hohe Preis im Wege.   Dazu kommt,   dass die ihrer chemischen Natur nach als Alkalitrisilikate in Betracht kommenden Natron- und Kaliwassergläser einen im Verhältnis nur mässigen Prozentsatz an Alkaligehalt aufweisen, der bei den   Natronwassergläsern zirka 25%,   beim Kaliwasserglas etwa   340/0   beträgt.

   Dieser mässige Alkaligehalt würde es bedingen, dass bei der Verwendung der Wassergläser als ausschliessliche Alkaliquelle im Glassatz, der Beginn der Schmelzung nicht unwesentlich hinausgezögert und dadurch eventuell die ganze Dauer des   Schmelzprozesses verlängert werden müsste.   



  Diesen Umständen ist es daher zuzuschreiben, dass man, trotz der offensichtlichen Vorzüge, die die Verwendung reiner Alkalisilikate als Flussmittel im Glassatze mit sich bringt, in der Glashüttentechnik bisher nicht dazu übergegangen ist, die üblichen Flussmittel durch künstliche Alkalisilikate ganz oder teilweise zu ersetzen. 



   Nun kann aber andererseits nicht daran gezweifelt werden, dass, wenn es gelänge, diese Nachteile der künstlichen Alkalisihkate zu beseitigen,   thre   Verwendung als ausschliessliche   Fluss-   quelle bei   der Glasberstellung   äusserst vorteilhaft sein würde. 



   Die Vorzüge, welche die Alkalisibkate den bisher zur Bereitung des Glassatzes fast aus   srhhesslich     verwendeteten Alkalikarbonaten   und Sulfaten gegenüber als   Alkaliquelle   des   Gi i8es     aufweiseu, sind :  
1. Geringer   Schmelzverlust. eil   nur des   Kohlndioxyd   des kohlensauren Kalkes neben einer geringen Menge dieses Gases, welches in den   Alkahssilikaten   enthalten sind. beim Schmelzprozess entweicht ; daher schnelleres Füllen der   Häfen und weniger häufig erforderliches   Einlegen des Gemenges. 



   2. Leichtere   Schmelzbarkeit, weil   das Alkali schon in derjenigen Form, in welcher es im   Glase   enthalten ist, zur Anwendung gelangt und beim Schmelzprozess nur eine Anlagerung von Kieselsäureanhydrid und Kalk zu erfolgen hat und nicht eist das Austreiben des   Schwefeldioxydes   bei Anwendung der schwefelsauren Alkalisalze durch das Kieselsäureanhydrid vorher gehen   muss,   bevor sich   Kieselsäureanhydrid   und Kalk anlagern kann. 



   3. Gegenüber den schwefelsaurem Salzen : Fortfall des Zusatzes von Kohle, keine Bildung von Galle und kein Entweichen von für die Vegetation so schädlichem Schwefeldioxyd. 



   4. Wesentlich geringeres Angreifen der   Schmelzgefàsswandungen   (Hafen oder Wanne) besonders   gegenüber   den schwefelsauren Salzen, weil, wie schon bemerkt, das neue Schmelz- nuttel einen Bestandteil des Glases ausmacht und also auch die Säure des Salzes an der Bildung des Doppelsilikates beteiligt ist. 



   Die Vorzüge der Verwendung künstlicher Alkalisilikate an Stelle der bereits in Form von   Basalt, Trachyt   usw. benutzten natürlichen Silikate sind die folgenden :
1. Die Zusammensetzung der natürlichen Silikate ist, wie bei allen Mineralien, schwankend und es ist infolgedessen bei deren Anwendung eine fortwährende analytische Kontrolle und Be- 
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   2. Die natürlichen Silikate haben nur einen geringen Alkaligehalt, welcher bei den Basalten z. B.   uur   zirka 1 bis 6% beträgt. Die   natürlichen Silikate können ir'olgedessen niemals   als ausschliessliche Alkaliquelle dienen, sondern sie können nur das erforderliche Alkali zum geringeren Teile liefern. Es muss stets noch Soda, Glaubersalz oder Pottasche hinzugenommen werden, um die für den    Schmelzprozess tfordetisshe   Menge Alkali zu erhalten. 



   3. Die natürlichen Silikate enthalten einen grossen   Prozentsatz Eisenoxyd und Eisenoxydul,   bei den Basalten beispielsweise bis nahezu   22 ! %, so   dass sich dieselben nur für ordinäres Glas, braunes und grünes   Flaschenglaa,   eignen. Die künstlichen Alkalisilikate hingegen sind wegen ihres geringen Gehaltes an Eisenoxyd für alle Glassorten, vom   ordinärsten Flaschenglas   bis zum feinsten Kristallglas, zu verwenden. 



   4. Der Gehalt an Tonerde ist bei den   natürlichen   Silikaten sehr hoch ; er beträgt bei den Basalten bis zu zirka 16%. Hiedurch wird die Schmelzarbeit sehr erschwert, so dass die natürlichen Silikate im Hafenbetriebe als Flussmittel nicht verwendet werden können. Die künstlichen Alkalisilikate hingegen enthalten nur ganz unbedeutende Mengen Tonerde-nicht mehr wie die bis jetzt verwendeten Schmelzmittel Soda, Glaubersalz und Pottasche-sind also auf die Schmelzbarkeit ganz ohne   Einfluss.   



   Es sind nun auch schon Vorschläge gemacht worden, an Stelle der natürlichen Alkali-   silikate   sowie der Alkalikarbonate und Sulfate und der künstlich hergestellten Alkalitrlsilikate die synthetisch erzeugten Alkalitetrasilikate als   Glasflussmittel   zu benutzen. So benutzte Ungerer zu dem genannten Zweck das aus einem Teil Kochsalz und zwei Teilen Kieselsäure durch Einwirkung von Wasserdampf hergestellte kieselsaure Natron. Aber auch dieses Flussmittel ist aus folgenden Erwägungen zu verwerfen : 
Bekanntlich trachtet der   Glastabnkant,   um seine Produktionskosten   möglichst   zu verringern, danach, das Gemenge so weich wie irgend möglich einzustellen, um die Dauer der Schmelze abzukürzen bzw. in einer bestimmten Zeiteinheit mit den gleichen Mitteln möglichst viel Glas zu schmelzen.

   Da aber ein geringer Kalkgehalt die   Widerstandsfähigkeit   des Glasen gegen physikalische und chemische Einflüsse verringert, so kann der Glasfabrikant in dieser 
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Das wie oben angegeben hergestellte Tetrasilikat enthält grosse Mengen unzersetzten Steinsalzes (vgl. dazu Lunge, Handbuch der   Sodaindustrie,   Bd. 2, S. 6 und Gmelin-Kraut-Friedbeim, Handbuch der anorganischen Chemie, Bd. 11, S. 81, sowie Zeitschrift für angewandte Chemie, Heft 12, Jahrgang 1911, S. 538,2. Abs., 3. Zeile).

   Denn die Zersetzung des Steinsalzes in der Rotglut beim Schmelzpunkt des   Chlornatriums geschieht   durch Wasserdampf nur unvollkommen
Mit dem Tetrasilikat kommen also   grosse   Mengen   Steinsalz   ins   Gemenge, welche hei der   im Ofen herrschenden Weissglut sich verflüchtigen und unter Mitwirkung des Wasserdampfes 
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   3. Auflage, Braunschweig 1871, Seite   25).   



   Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet nun ein Verfahren zur Herstellung von künstlichen   Alkalisiltkaten   durch Behandeln von   kristallisierter   Kieselsäure (Quarz) unter Druck mit heisser Alkalilauge, das sich von den eingangs aufgeführten Verfahrensarten bei der Her- stellung von Wassergläsern (Tri-und Tetrasilikaten) dadurch unterscheidet, dass zwecks Ge- winnung von Alkalimetasilikat die kristallisierte Kieselsäure (Quarzsand) mit der entsprechenden
Menge   Alkalilauge   bei einem wesentlich höheren Druck als 5 bis 6 Atmosphären, z. B. einem doppelt so hohen oder noch höheren Druck erhitzt wird. Das so erhaltene Alkalimetasilikat ist für die Bereitung des Glassatzes als ausschliessliches Flussmittel m ganz hervorragend günstigem   Masse   geeignet.

   Denn nicht nur macht der wesentlich geringere Preis des Alkalimeta- silikates gegenüber demjenigen der   Wassergläser seine   Verwertung für die Glastechnik von grösster Bedeutung, sondern auch der Umstand, dass die   Natriummetasilikate zirka 50%,   die
Kaliummetasilikate gar 61% Natrium bzw. Kalium enthalten und dass sie daneben alle bereits vorhandenen Vorzüge   der synthetisch erzeugten Alkalimlikate   gegenüber den natürlichen und den bisher verwendeten Alkali karbonaten und Sulfaten besitzen.

   Ihre Verwendung als aus- schliessliches Flussmittel für im Hafen oder in der Wanne zu erschmelzende   Gtassatzgcmenge   führt somit zu einem   ausserordentlichen Fortschritte,   weil es auf diese Weise gelingt, jede Art von Gläsern in bisher nicht erreichter Reinheit und ohne Verteuerung der Herstellungskosten zu erzeugen. 



    Die scheinbare Bedeutungslosigkeit   der künstlich hergestellten Alkalimetasilikate für 
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 erscheinen lassen musstes, für durchführbar erachtet wurde. Der Schwerpunkt der Bedeutung der nach der Erfindung herstellbaren Alkalimetasilikate zur   Bereitung von Ilassätzen   liegt also - gleichviel ob man die unter Ausschluss natürlicher Gesteine oder die unter Gegenwart derselben hergestellten   Glassätze   ins Auge fasst-darin, dass durch die Verwendung der Alkalimetasilikate als ausschliessliche Alkaliquelle die Übelstände der bisher unter allen Umständen als unvermeidlich angesehenen Alkalikarbonate und Sulfate vermieden werden, was bisher um so weniger als möglich und erreichbar angesehen wurde,

   weil die künstlich hergestellten Wassergläser schon ihres geringen Alkaligehaltes und ihrer Kostenhöhe wegen a priori als Flussmittel ausschieden. 



   Bei der Durchführung des Verfahrens der Herstellung von   Alkalimetasilikaten   gemäss der Erfindung ist zu beachten, dass die Höhe des angewendeten Druckes von der Konzentration der angewendeten Alkalilauge und der Dauer der Operation abhängig ist. Bei Verwendung einer Natronlauge von   28"Be ist   die Reaktion beendet, wenn der Druck eine Stunde lang zirka 25 bis 30 Atmosphären beträgt. Nachdem der Überdruck aus dem Autoklaven entfernt ist, wird die Lösung abgelassen, von den darin enthaltenen Verunreinigungen durch Filtration getrennt, zur Trockne eingedampft und dann bei 175 bis   200"getrocknet.   Die auf diese Weise erhaltenen   Aikalimetasilikate   stellen eine amorphe, schneeweisse, spröde Masse dar. 



   Etwa 150 g Quarzsand werden mit etwa 900 9 Natronlauge von 280   Bé   eine Stunde lang auf 25 bis 30 Atmosphären erhitzt, die Lösung wird alsdann abgelassen, von den in ihr enthaltenen Verunreinigungen durch Filtration befreit und zur Trockne eingedampft. 



   Bei der Anwendung des   Alkahmetasilikates   als Flussmittel ist zu berücksichtigen, dass die kieselsauren Salze schon Kieselsäureanhydrid enthalten, und zwar enthält das chemisch reine 
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 Alkalien dem Gemenge zugesetzt worden ist, in Abzug zu bringen. Ferner müssen noch die Mengen dieser Silikate, welche an Stelle der bis jetzt verwendeten Mengen Soda, Pottasche oder Glaubersalz zu nehmen sind, berechnet werden. Die   Ge ichtsv erhält nisse   sind wie folgt : An Stelle von 100 Teilen Soda sind 115 Teile Natriummetasilikat, an Stelle von 100 Teilen Pottasche sind 112 Teile Kaliummetasilikat und an Stelle von 100 Teilen Glaubersalz sind 86 Teile Natriummetasilikat zu nehmen. Bei dieser Berechnung sind der Einfachheit halber die   100% eigen   Substanzen zugrunde gelegt.

   Bei der Verwendung weniger reiner Verbindungen   natürlich   ist der wirkliche Gehalt der Materialien an den Silikaten in Rechnung zu stellen. 
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    PATENT-ANSPRÜCHE :  
1. Verfahren zur Herstellung von Alkalisilikaten durch Behandeln von kristallisierter Kieselsäure (Quarz) unter Druck   iiit   heisser Alkalilauge, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Gewinnung von Alkalimetasilikat die kristallisierte   Kieselsäure   mit der entsprechenden Menge Alkalilauge bei einem mehr als 12 Atmosphären betragenden Druck erhitzt wird.

Claims (1)

1. 2. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass eine Natronlauge von 28"Be und ein Druck von 25 Atmosphären sowie eine Reaktionsdauer von etwa einer Stunde zur Anwendung gelangt.

   3. Verfahren zur Verwertung des nach Anspruch 1 und 2 hergestellten Alkalimetasilikates, dadurch gekennzeichnet, dass dasselbe als ausschliessliches Flussmittel bei der Bereitung des Glas- satzes dem letzteren zugesetzt wird.