CH631420A5 - Process for preparing synthetic scawtite 6CaO.6SiO2.CaCO3.2H2O - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von synthetischem Scawtit 6 CaO-6 Si02CaC03-2 H20 durch hydrothermale Umsetzung.

Scawtit mit der englisch sprachigen Schreibweise Scaw-tite ist ein natürlich vorkommendes Mineral. Vorkommen und Eigenschaften sind zum Beispiel in folgenden Literatur-steilen beschrieben:

The American Mineralogist:

Vol. 22,222-224;

Vol. 40, 505-509; 510-514;

Vol. 43,498-502.

Infolge zunehmender technischer Bedeutung synthetischer Calciumhydrosilikate, insbesondere Xonotlit, Tober-morit und dergleichen als Füllstoffe, Pigmente, Verstärkerfüllstoffe, Stellmittel und ähnliche, bestand die Aufgabe, auf einfache Weise synthetischen Scawtit zu gewinnen, welcher auf Grund seiner chemischen Zusammensetzung eine Eigenschaftsänderung beziehungsweise Verbesserung des bisher zugänglichen Xonotlits versprach.

Überraschenderweise wurde gefunden, dass man synthetischen Scawtit erhält, wenn man CaO und/oder Ca(OH)2 mit Kieselsäure unter Zusatz von Calciumkar-bonat in Gegenwart von Wasser hydrothermal reagieren lässt.

Dies war um so überraschender, als Scawtit, wie aus zahlreichen Untersuchungen hervorgeht, kein Gemisch aus Xonotlit und Calciumkarbonat darstellt, sondern ein eigenständiges Mineral ist mit spezifischen kristallographischen Daten und wie noch gezeigt wird, mit besonderen Röntgen-beugungseigenschaften.

Es wurde ferner gefunden, dass man nach dem aufgezeigten Verfahren neben Mischungen aus Xonotlit und Scawtit auch reinen Scawtit herstellen kann, wenn man die Ausgangsstoffe in entsprechenden Mengenverhältnissen einsetzt.

Durch die Wahl der Molverhältnisse von Kalkkomponente, Kieselsäure und CaC03 von 6 : 6 : 0,2 bis 6 : 6 : 1 erhält man 20% Scawtit neben Xonotlit bis zu reinen Scawtit.

Fig. 1 zeigt 4 Röntgenbeugungsdiagramme im Vergleich, und zwar reinen Xonotlit, Xonotlit mit 25% und mit 50% Scawtit sowie reinen Scawtit. Aus diesen Diagrammen ist ersichtlich, dass die typischen Xonotlitinterferenzen mit zunehmendem Scawtitgehalt kleiner werden und beim reinen Scawtit verschwunden sind. In entsprechender Weise nehmen die Scawtitinterferenzen an Intensität zu.

Vorzugsweise wird das Wasser-Feststoffverhältnis des Ausgangsgemisches für die hydrothermale Reaktion so eingestellt, dass das Gemisch 5-70 Gew.-%, vorzugsweise 20-40 Gew.-% Feststoffe enthält. Beim Einsatz von CaO ist der zur Hydratisierung erforderliche Wasseranteil zusätzlich aufzuwenden.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn man die hydrothermale Reaktion im Temperaturbereich von 150-240 °C während einer Zeitdauer von 48 h bei der niedrigsten Temperatur, bis zu einer Zeitdauer von 5 h bei der höchsten Temperatur durchführt. Bevorzugt wird ein Temperaturbereich von 180-220 °C, bei welchem die Reaktionszeiten entsprechend 16-8 h betragen.

Ferner ist es vorteilhaft, die Kieselsäure und das Calciumkarbonat in feingemahlener Form, vorzugsweise mit Korngrössen 90 Gew.-% kleiner als 100 um einzusetzen. Zweckmässig im Interesse einer kürzeren Reaktionszeit und eines reineren Erzeugnisses werden diese Stoffe mit Korngrössen kleiner als 40 um verwendet.

Die Kieselsäure kann in Form von Quarzmehl eingesetzt werden. Als Calciumkarbonat kann man entsprechend geeignete Kalksteinmehle, zum Beispiel Filterstaub aus Mahlanlagen sowie gemahlene Calcite oder Kreide verwenden. Die Oberfläche dieser Stoffe liegt dann oberhalb 1 m2/g, gemessen nach der BET-Methode.

Bei der hydrothermalen Reaktion entsteht im allgemeinen aus dem Ausgangsgemisch ein fester Kuchen mit einer Festigkeit von etwa 0,10-150 kg/cm2, je nach dem gewählten Wasser-Feststoffverhältnis. Er enthält erhebliche Mengen Feuchtigkeit und kann nach Zerkleinerung und Aufmahlung zu Xonotlit-Scawtit-Suspensionen beziehungsweise zu reinen Scawtit-Suspensionen verarbeitet werden oder aber durch geeignete Trockenmassnahmen zu feinteili-gen Pulvern.

Die graphischen Darstellungen in Fig. 2 zeigen, wie mit zunehmendem Scawtitgehalt eine Erhöhung des Hellbezugswertes eintritt. Gleichzeitig erfolgt eine Abnahme der BET-Oberfläche. Die Hellbezugswerte A wurden nach DIN ermittelt.

Bei der praktischen Erprobung des erfindungsgemäss hergestellten Scawtits als Füllstoff mit Pigmenteigenschaften für Fraben zeigte sich, dass bei hohem Weissgrad eine ausgezeichnete Deckfähigkeit erzielt wird. Gleichzeitig ist die sogenannte Ölzahl niedriger als bei allen übrigen Calcium-hydrosilikaten, das heisst, dass der Bedarf an Bindemitteln verringert ist. Gegenüber dem bekannten Weisspigment Titandioxid ergibt sich eine erhebliche Verbilligung der Pig-mentierungskosten für Farben. Bei einem 80%igen Ersatz des Titandioxids durch Scawtit wird die gleiche Deckfahig-keit wie bei ausschliesslichem Einsatz von Titandioxid erreicht. Das bedeutet, dass die Pigmentierungskosten bei gleicher Deckfähigkeit der Farbe um etwa 50% niedriger liegen.

Beispiel:

Als Rohstoff zur Herstellung von Scawtit mit Scawtitge-halten von 25, 50 und 100% - Rest jeweils Xonotlit - wurden handelsübliches Kalkhydrat, Quarzmehl und Calcitmehl eingesetzt. Die Mehle wiesen Korngrössen von mehr als

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

631 420

90% kleiner als 40 (im auf. Die Analyse der Rohstoffe ergibt sich aus der folgenden Tabelle:

Rohstoffanalysen

Kalkhydrat Quarzmehl

Calcitmehl

Si02

Fe203

A1203

Mn203

CaO

MgO

S03

Na?0 + K20 Glühverlust

0,18 0,06 0,06 0,005 74,00 0,40 0,04

24,93

99,15 0,05 0,30 0,005 0,10

0,2 0,2

0,59 0,12 0,18 0,005 53,88 1,38 0,00

43,81

Diese Rohstoffe wurden in Mengen, wie sie der folgenden Versatztabelle zu entnehmen sind, in Gew.-% unter Zusatz von 60 Gewichtsteilen Wasser, bezogen auf 40 Gewichtsteile Feststoffgemisch, eingesetzt.

Versatz-Tabelle

Scawtit Xonotlit

100 0

50 50

25 75

CaC03 (<40 n) 12,49 6,24 3,12

Kalkhydrat 48,49 51,95 53,68

Quarzmehl (<40 n) 39,02 41,81 43,20

Nach gutem Durchmischen der Masse wurde diese in Schalen gefüllt und hydrothermal bei 15 atü Dampfdruck entsprechend einer Temperatur von 200 °C 10 Stunden umgesetzt.

Bei der hydrothermalen Umsetzung entsteht ein fester Kuchen mit einer Druckfestigkeit von etwa 50 kg/cm2, der 52% Wasser enthält. Dieser Kuchen kann getrocknet und sodann vermählen oder aber direkt zu Suspensionen aufgearbeitet werden. Für die getrockneten Reaktionsprodukte ergaben sich folgende Analysenwerte:

20

25

30

Scawtit

100

50

25

Xonotlit

0

50

75

Si02

42,95

45,98

47,49

Fe203

0,06

0,06

0,06

A1203

0,18

0,18

0,18

Mn203

0,005

0,005

0,005

CaO

46,44

45,91

45,65

MgO

0,39

0,32

0,29

so3

0,02

0,02

0,02

Na20

0,09

0,09

0,09

Glühverlust

• 9,85

7,42

6,21

davon: C02

5,47

2,73

1,37

h2o

4,38

4,69

4,84

s

2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

631 420

1. Verfahren zur Herstellung von synthetischem Scawtit 6 CaO-6 Si02-CaC03-2 H20 durch hydrothermale Umsetzung, dadurch gekennzeichnet, dass man CaO und/oder Ca(OH)2 mit Kieselsäure unter Zusatz von CaC03 in Gegenwart von Wasser reagieren lässt.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalkkomponente, die Kieselsäure und das CaC03 im Molverhältnis 6 : 6: 0,2 bis 6: 6 : 1 eingesetzt werden.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser-Feststoffverhältnis des Ausgangsgemisches so eingestellt wird, dass das Gemisch 5 bis 70 Gewichtsprozent, vorzugsweise 20 bis 40 Gewichtsprozent, Feststoffe enthält.

4. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion bei Temperaturen von 150 bis 240 °C während einer Zeitdauer von 48 bis 5 Stunden, vorzugsweise bei Temperaturen von 180 bis 220 °C während einer Zeitdauer von 16 bis 8 Stunden durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kieselsäure und das CaC03 in fein gemahlener Form, vorzugsweise mit Korn-grössen 90 Gewichtsprozent kleiner als 100 |im eingesetzt wird.

6. Verfahren nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngrössen kleiner als 40 (xm sind.