Verfahren zur Herstellung kristalliner Alkalisilikathydrate. Die vorliegende Erfindung des Herrn Chester L. Baker, Berkeley, County of Ala- meda, State of. California (U. S. A.) betrifft ein Verfahren zur Herstellung kristalliner Alkalisilikathydrate in haltbarer Form.
Unter der Bezeichnung "Natriumsilikat" versteht man gewöhnlich feste, glasartige Produkte mit verschiedenem Gehalt an Na triumoxyd und Kieselsäure oder Lösungen dieser Produkte. Diese Produkte enthalten gewöhnlich zwei oder mehr Teile Kiesel säure auf 1 Teil Natriumogyd. Ihre Lö sungen sind sirupartige, zähe Flüssigkeiten, die unter den üblichen Bedingungen nicht zur Kristallisation neigen.
Obwohl einige kristalline Natriumsilikate der Wissenschaft seit einiger Zeit bekannt sind, haben sie doch in der Industrie bisher nicht die ihnen zu kommende Bedeutung gefunden, besonders infolge der Schwierigkeiten, die sich bei ihrer Herstellung in einer in der Praxis leicht verwendbaren Form, sowie bei den Versuchen ergaben, sie in der bisher erhält lichen Form zu benutzen.
Natriummetasilikat kristallisiert aus Hut terlaugen, die zähe Eigenschaften besitzen und von den Kristallen schwer zu trennt,- sind, so dass die kristallinen Produkte oder Gemische, die diese Produkte enthalten, dic, Neigung haben, zu festen, schwer verwend baren Massen zusammenzubacken. Weiterhin haben die bisher gewonnenen Produkte einen gewissen Mangel an Haltbarkeit besessen. was weiter unten näher ausgeführt werden soll.
Diese Eigenschaft kann man auf Reak tionen zurückführen, die zwischen den eiii- zelnen, in Berührung kommenden Partikeln auftreten, vor allem auf das Übergehen von einem Hydrat in ein anderes; derartige Veränderungen sind gewöhnlich von einem Zusammenbacken oder einer Klumpenbildung begleitet. Ein. Hauptgrund für das Zusammen backen und Klumpen wasserhaltiger fester Salze oder deren Gemische liegt darin, dass das Wasser von dem einen Bestandteil des Produktes in den andern übergeht.
Dieser Übelstand tritt weniger auf, wenn alle ein zelnen Partikel gleiche Zusammensetzung und gleichen Dampfdruck aufweisen bezw. wenn die Partikel sich in Zusammensetzung und Dampfdruck nur gering unterscheiden.
Das vorliegende Verfahren beseitigt diese Übelstände. Es besteht darin, dass man Alkalisilikatlösungen bei erhöhten Tempera turen auf die für die gewünschte Hydrat form nötige Wassermenge einstellt und diese Lösungen in der Nähe solcher Temperaturen, die dem Schmelzpunkt des gewünschten Alkalisilikathydrates entsprechen, zur voll ständigen Kristallisation bringt.
Die Erfindung bezieht sich in erster Linie auf Natriummetasilikat und dessen verschiedene Hydrate; denn Natriummeta- silikat kann wohl als das für die Industrie wichtigste kristalline Alkalisilikat bezw. lösliche Silikat bezeichnet werden. Die Er findung bezieht sich aber weiter auch auf die Hydrate anderer kristalliner Alkali silikate, so zum Beispiel auf Hydrate von Natriumdisilikat, Kaliummetasilikat, Ka- liumdisilikat und Lithiummetasilikat und dergleichen.
Bei der Beschreibung der Durchführung des Verfahrens soll zunächst eine vorteil hafte Ausführungsform zur Herstellung von kristallinem, vorwiegend aus einem einzigen Hydrat bestehenden Natriummetasilikat be schrieben werden.
In den meisten Fällen wird als Ausgangs material handelsübliches Natriumsilikat ver wendet und zu diesem eine Menge Atz- natron zugegeben, die derjenigen Menge ent spricht, die zur Einstellung des Kieselsäure Natriumoxyd-Verhältnisses auf die theore tische Zusammensetzung von Natriummeta- silikat, Na2Si03, erforderlich ist.
Die Na triummetasilikatlösung kann auch nach irgend einem andern bekannten Verfahren hergestellt werden, so zum Beispiel durch Lösen einer geschmolzenen Masse entspre chender Zusammensetzung, durch Einwir- kung von Ätznatron auf Nieselsäure oder dergleichen. Der Wassergehalt der Lösung wird dann entsprechend der Zusammen setzung des gewünschten kristallinen Hy- drates durch Eindampfen bezw. durch Zu setzen von Wasser geregelt.
Die Temperatur des Gemisches wird ungefähr auf die Tem peratur des Schmelzpunktes des gewünschten Hydrates oder möglichst etwas darunter ein gestellt und nach Möglichkeit durch Wärme zufuhr bezw. Abkühlen auf gleicher Höhe gehalten, bis die Kristallisation im wesent lichen beendet ist.
Diese Lösungen zeigen oft die Eigen schaft, trotz einer Unterkühlung nicht oder nur schwer zu kristallisieren. Wenn die Kristallisation nicht sofort einsetzt, kann man etwas kristallines Natriummetasilikat hinzugeben, um die Bildung von Kristalli sationskeimen zu bewirken. Im allgemeinen empfiehlt es sich, als Impfsalz dasjenige Hydrat zu verwenden, das hergestellt werden soll. Starkes und schnelles Vermischen des Impfsalzes ist zweckmässig. Es empfiehlt sich deshalb, während des Eintragens des Impfsalzes zu rühren und das Rühren so lange wie möglich fortzusetzen.
Wenn Kri stallisation bis zu einem geeigneten Grade eingetreten ist, kann man die Masse aus dem Rührkessel entfernen und in Formen giessen, in denen sie sich in festen vermahlbaren Massen absetzt; die angegebene Temperatur soll dabei nach Möglichkeit eingehalten wer den.
Bei der Kristallisation wird Wärme frei; wenn die Ausmessungen der Gefässe genü gend gross sind, so kann die nötige Tempe ratur annähernd erreicht werden, ohne dass noch Wärme zugeführt zu werden braucht.
Es besteht ein bestimmter Temperatur bereich, in dem jedes beliebige Hydrat er halten werden kann, und auch das Ein impfen, sowie das Kristallisieren erfolgen kann, da jedes Hydrat Einen wohl definierten Schmelzpunkt besitzt. Nachstehend werden Beispiele für die Durehführung der Erfindung gegeben, ohne dass jedoch die Erfindung lediglich auf diese Beispiele beschränkt ist.
Beispiel für <I>die</I> Herstellung <I>von</I> Na2Si03 <I>. 9 H20:</I> Zu 1000 Gewichtsteilen einer Lösung von Natriumsilikat mit einem Gehalt von 8,9 Na20 und 28,5 % Si0_ werden 79 Teile Wasser und zu diesem Gemisch 271 Ge wichtsteile Ätznatron mit einem Gehalt von 76 % Na20 gegeben. Die Lösung erwärmt sich, sobald das Ätznatron gelöst ist; das durch Verdampfen verloren gegangene Was ser muss ganz ersetzt werden.
Das Gesamt gewicht des fertigen Gemisches soll 1350 Gewichtsteile betragen. Nachdem das Ge misch dann auf eine Temperatur wenig unterhalb 47 C abgekühlt und nach Ein führung von Impfsalz gerührt worden ist, tritt bei Aufrechterhaltung der Temperatur auf der angegebenen Höhe Kristallisation der gesamten Lösung zu einer vermahlbaren Masse ein.
<I>Beispiel</I> <I>für die</I> Herstellung <I>von</I> Na2Si03 <I>. 5</I> H20: Zu 1000 Gewichtsteilen einer Natrium- silikatlösung mit einem Gehalt von 8,9 Na20 und 28,5 % Si02 werden 271 Teile Ätz natron mit einem Gehalt an 76 % Na20 zu gegeben. Die Lösung wird eingedampft, bis das Gesamtgewicht von 1271 auf 1016 Teile verringert ist.
Die heisse Flüssigkeit soll dann etwas unter 63 B6 (spez. Gew. 1,775) auf weisen. Sie wird bis auf eine Temperatur wenig unterhalb<B>70'C</B> abgekühlt. Alsdann wird das Impfsalz eingetragen, hierauf ge rührt und die Temperatur wenig unterhalb 72 C gehalten; hierdurch wird die ganze Masse fest; sie besteht aus Kristallen von der Zusammensetzung Na2Si0, . 5 111,0.
Es wird besonders betont, dass nach dem vorliegenden Verfahren, wie im nachstehen den näher ausgeführt wird, auch andere Hy drate hergestellt werden können; die Her stellung aller dieser Hydrate fällt mit unter den Schutzumfang der Erfindung. Es wurde gefunden, dass zum mindesten die folgenden Hydrate nach der vorliegenden Erfindung hergestellt werden können:
EMI0003.0039
Hydrate <SEP> Schmelzpunkt <SEP> (ungefähr)
<tb> Na,Si03 <SEP> . <SEP> 9 <SEP> H20 <SEP> 4 <SEP> 7 <SEP> <SEP> C
<tb> Na2Si03 <SEP> . <SEP> 8 <SEP> H20 <SEP> 49 <SEP> <SEP> C
<tb> Na2Si03 <SEP> .'6 <SEP> H20 <SEP> 62 <SEP> 11 <SEP> C
<tb> Na2Si03 <SEP> . <SEP> 5 <SEP> H20 <SEP> 72 <SEP> <SEP> C.
Weiterhin gibt es auch Salze, deren Kri stallwassergehalt wahrscheinlich 4 und 2Y2 Hol. beträgt und die nach dem neuen Ver fahren gewonnen werden können; ihre Kon stanten sind jedoch noch nicht so genau be- sümmt worden, dass ihr genauer Schmelz oder Umwandlungspunkt angeführt werden kann.
Hinsichtlich des vorstehend angegebenen Eintragens des Impfsalzes, sowie des Ver- rührens wird noch bemerkt, dass die Kristalli sation bei Alkalisilikathydraten verhältnis mässig langsam eintritt; es ist deshalb vor teilhaft, eine zur Bildung einer grossen An zahl von Kristallisationskeimen genügende Menge Impfsalz zu verwenden und das Impf salz gut mit der Masse zu verrühren, damit die Kristallisation ziemlich einheitlich durch die ganze Hasse erfolgt.
Beim Eintragen ungenügender Mengen Impfsalz oder bei schlechtem Vermischen können sich bei der Kristallisation feste Massen bilden, die mit dickflüssiger Lösung durchsetzt oder um geben sind.
Der in der Beschreibung verwendete Aus druck "Haltbarkeit" soll bedeuten, dass das Produkt sich chemisch nicht verändert, und dass bei Abwesenheit von Fremdwasser ein Übergang des Kristallwassers von einem kri stallinen Natriummetasilikathydrat zu einem andern Hydrat bezw. gegebenenfalls einem andern Salzpartikel ausgeschlossen ist. Der Massstab für derartige Veränderungen ist die Neigung des einzelnen Partikels, sich zu ändern oder zusammenzubacken. Diese Be schaffenheit unterscheidet sich von jeder Neigung der Kristalle zur Absorption von Luftfeuchtigkeit.