DD147466A3 - Verfahren zur herstellung fluorarmer faellungskieselsaeure aus hexafluorkieselsaeure - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beinhaltet die Herstellung fluorarmer Faellungskieselsaeure aus Hexafluorokieselsaeure durch Umsetzung mit Tonerdehydrat mit dem Ziele der Gewinnung eines fuer die Anschwemmfiltration von Bier geeigneten Filterhilfsmittels. Um eine Mitkristallisation von AIF&ind3! x 3 H&ind2!O und die daraus resultierende Verunreinigung der Faellungskieselsaeure mit Fluorverbindungen zu vermeiden, ist es notwendig, die Umsetzung bei besonderen Reaktionsbedingungen vorzunehmen, die bei Anwendung einer Ausgangskonzentration an Hexafluorkieselsaeure von 10 bis 20% und einer Reaktionstemperatur von 75 bis 95 Grad C durch eine Reaktionskennzahl von 0,95 bis 1,20 gekennzeichnet sind. Diese Reaktionskennzahl RKZ laeszt sich nach folgender Beziehung errechnen:RKZ=(Formel). Dabei ist n=Drehzahl des Ruehrers in min&exp-1!; d=Durchmesser des Ruehrers; T=Reaktionstemperatur in K; c=Ausgangskonzentration der Hexafluorkieselsaeure % H&ind2!SiF&ind6!.

Description

Verfahren zur Herstellung fluorarmer Fällungskieselsäure aus Hexafluorokieselsäure

Anwendungsgebiet der Erfindung

Fällungskieselsäure ist eine hydratisierte, auf synthetischem Wege durch Umsetzung von Hexafluorokieselsäure mit Tonerdehydrat gewonnene Kieselsäure, die als Filterhilfsmittel für Anschwemmfiltration insbesondere von Bier Verwendung findet. (TGL 29 296)

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, die bei der Umsetzung von Tonerdehydrat mit Hexafluorokieselsäure resultierende Kieselsäure als Filterhilfsmittel zu verwenden. (DD-PS 86 1?2, DD-PS 126 449) Dabei ist neben einem Schüttgewicht von ca 250 g/l und einer Wet-Density von ca 400 g/l ein maximaler Gehalt an schwerlöslichem Aluminiumfluorid von 1,0 eine technische Forderung für die Eignung als Filterhilfsmittel für die Anschwemmfiltration von Bier.

Kieselsäure mit einem derartig niedrigen Gehalt an schwerlöslichem Aluminiumfluorid lassen sich nach dem derzeitigen Stand der Technik nur unter besonderen Reaktionsbedingungen hinsichtlich der Konzentration der Hexafluorokieselsäure und der Reaktionstemperatur herstellen, wobei es notwendig ist, die Umsetzung mit ca 5 % weniger Tonerdehy-* drat vorzunehmen als für die Reaktion H₂SiF₆ + 2 Al(OH) = 2 AlF₃ + Si(OH)^ + 2 H₃O

stöchiometrisch notwendig ist.

Nach der DD-PS 35 796 wird für die Herstellung einer fluorarmen Kieselsäure eine maximale Reaktionstemperatur von 80 C angegeben_s wobei nach DD-PS 43 947 zur Erzielung des gewünschten Schüttgewichtes von 250 g/l eine Konzentration der Hexafluorkieselsäure von max. 14 % H₀SiF,- erforderlich ist.

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Zur Verbesserung der Raumzeitausbeute, d. h. zur Verkürzung der Reaktionszeit v/urde weiterhin vorgeschlagen, die Reaktion bei 90 - 95 ⁰C durchzuführen, wobei die Hexafluorokieselsäurekonzentration 16 - 18 % betragen soll, um eine für die Anwendung als Filterhilfsmittel geeignete Kieselsäure zu erhalten. (DD-PS 86 172)

Dabei ist es jedoch notwendig, daß Kieselsäurehydrat aus der ausreagierten Reaktionssuspension möglichst rasch abzutrennen, um eine Umwandlung des gelösten Aluminiumfluorids in schwerlösliches ß-Aluminiumfluoridhydrat zu vermeiden. (DD-PS 126 449) In der industriellen Praxis ist es jedoch nicht möglich, besonders bei größeren Chargen, die Abtrennung des Kieselsäurehydrates so rasch vorzunehmen, daß die Bildung von schwerlöslichem Aluminiumfluorid so weit vermieden wird, daß die Forderungen der TGL 29 996 hinsichtlich des maximal zulässigen F-Gehaltes erfüllt werden. Aus diesem Grunde wurde bereits vorgeschlagen, die heiße Lösung vor der Filtration durch Zugabe von Wasser soweit abzukühlen, daß eine Kristallisation des ß-Aluminiumfluoridtrithydrates praktisch vermieden wird. (DD-PS 126 449) Dies hat jedoch den Nachteil, daß die nach der Abtrennung der Kieselsäure anschließende Gewinnung von Aluminiumfluorid aus der Mutterlauge wegen der großen Verdünnung der Lösung erschwert wird und nur unvollständig erfolgt. Als wirksame Maßnahme zur Herstellung einer fluorarmen Kieselsaure'hat sich deshalb in der Vergangenheit bewährt, die Kieselsäure nach der Abtrennung einer Hochtemperaturkalzination bei 7OO *~ 800 ⁰C zu unterziehen, wobei eine pyrohydrolytische Spaltung des mitkristallisierten Aluminiumfluorids erfolgt. (DD-PS 35 796) Eine solche Verfahrensweise hat neben dem Nachteil eines hohen Energieaufwandes auch noch die teil-

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weise Umwandlung der röntgenamorphen Kieselsäure in Quarz zur Folge, wodurch das Produkt in Verbindung mit seiner hohen Feinteiligkeit silikosegefährdend ist.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die direkte Gewinnung einer fluorarmen Kieselsäure, die als Filterhilfsmittel für die Anschwemmfiltration von Bier geeignet ist, durch Umsetzung von Hexafluorkieselsäure mit Tonerdehydrät, ohne daß eine zusätzliche Kühlung und Verdünnung der Reaktionssuspension vor der Abtrennung des Kieselsäurehydrates notwendig ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei der Umsetzung von Hexafluorkieselsäure mit Tonerdehydrat im Temperaturbereich von 7O-95 C und bei Anwendung einer Hexafluorokieselsäurekonzentration von 10 - 20 % Rührbedingungen aufzufinden, die es gestatten, ein vorzeitiges Ausscheiden von Aluminiumfluoridtrihydrat zusammen mit der Kieselsäure aus der übersättigten AlF -Lösung zu vermeiden, bevor die Umsetzung zu Ende geführt und die Kieselsäure aus der Reaktion abgetrennt ist.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß bei der Umsetzung von Tonerdehydrat mit Hexafluorokieselsäure ein praktisch fluorfreies Kieselsäurehydrat gewonnen werden kann, ohne daß die Reaktionssuspension vor der Abtrennung der Kieselsäure einem .Abkühlungsprozeß unterzogen zu v/erden braucht, wenn bei der Anwendung einer Reaktionstemperatur von 75 ~ 95 C und einer Ausgangskonzentration der Hexafluorokieselsäure zwischen 10 - 20 Gew., % H₂SiF₆ eine Reaktionszahl ί?ΚΖ =

100 T

von 0,95 bis 1,20 eingehalten wird. Dabei sind: c = Konzentration H SiF,- Gew. fo

—1

η = Rührerdrehzahl (min ) d = Rührerdurchmesser (m) T= Reaktionsteraperatur oK

Bei der Reaktionskennzahl unter 0,95 verläuft die Umsetzung zwischen Tonerdehydrat und Hexafluorokieselsäure so langsam, daß die in der Reaktionssuspension vorhandenen Tonerdehydratteilchen als Impfkristalle für ein vorzeitiges Auskristallisieren von Aluminiumfluoridtrihydrat aus der an A1F„ übersättigten Reaktionssuspension wirken und die bei der Reaktion ausgeschieden© Kieselsäure mit ß - AlF .3H₂O soweit verunrei-.nigt ist, daß das gewaschene und getrocknete Kieselsäurehydrat mehr als 1 % Fluor enthält und damit die Forderungen der TGL 29 296 als Filterhilfsmittel für die Anschwemmfiltration von Bier nicht mehr erfüllt.

Ebenso erfolgt jedoch eine vorzeitige Auskristallisation von schwerlöslichem ß~Alumiriumfluoridtrihydrat zusammen mit der Kieselsäure, wenn die Reaktionszahl den Wert von 1,20 übersteigt, d. h. wenn im vorgegebenen Bereich der Konzentration der Hexafluorokieselsäure und der Reaktionstemperatur die Turbulenz im Reaktor so groß ist, daß es in Folge der dadurch erheblich verkürzten Latenzperiode der Kristallbildung von AIuminiumfluoridtrihydrat ebenfalls zu einer vorzeitigen Auskri— stallisation von schwerlöslichem ß-Alurainiumfluoridtrihydrat zusammen mit der Ausscheidung der Fällungskieselsäure kommt noch bevor die letztere aus der Reaktionssuspension abgetrennt werden kann.

Durch die Einhaltung der erfindungsgemäßen Reaktionskennzahl ist es gegenüber dem bisher bekannten S^and der Technik möglich, ein fluorarmes Kieselsäurehydrat, welches die Forderungen der TGL 29 296 erfüllt, herzustellen, ohne daß eine zusätzliche Abkühlung der Reaktionssuspension vor der Abtrennung der Kieselsäure durch Zusatz von V/asser notwendig ist. (US-PS 3 1?5 882, DD-PS 126 449)

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Ausführungsbeispiel

1000 Gew.Teile einer 14,4 %igen Hexafluorokieselsäurelösung werden in einem Rührreaktor von 1,2 m Durchmesser auf 70 ⁰C erwärmt und anschließend werden 145 Gew.Teile eines 98 %

Al(OH)_enthaltenden Tonerdehydrates eingetragen und die Su-

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spension mit einer Rührerdrehzahl von η = 30 min bei einem Rührerdurchmesser von 1 m gerührt, wobei die Temperatur bis auf 90 °C ansteigt.

Unter diesen Bedingungen stellt sich eine Reaktionskennzahl RKZ von 1,14 ein. Nach etwa 20 min ist die Reaktion beendet und die ausgeschiedene Kieselsäure wird abfiltriert und mit warmen Wasser gewaschen, um die anhaftende Aluminiumfluoridlösung zu entfernen. Das gewaschene und bei 100 C getrocknete Kieselsäurehydrat besitzt ein Schüttgewicht von 250 g/l und eine Wet-Density von 380 g/l. Der Fluorgehalt beträgt 0,25 % F.

Claims (1)

1. Hb-

   Erfindungcanspruch

   Verfahren, zur Herstellung von fluorarmer Fällungskieselsäure durch Umsetzung von Hexaluorokieseisäure mit einer Konzentration von 10 - 20 Gew.φ H₂SiF₆ mit Tonerdehydrat bei 75 - 95⁰C unter homogen nicht stationären Bedingungen, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechend der angewendeten Ausgangskonsen— tration an Hexafluorkieselsäure und der ReaktioiiDteraperatur eine Turbulenz eingestellt vd.rd, die einer Reaktionskennzahl

   ο V₁0,25 . .0,43 REZ = jgjy +. .exp - ( S ^ -)

   von 0,95 - 1 ,20 entspricht.