DD291537A5 - METHOD FOR THE HYDROTHERMAL PRODUCTION OF SODIUM SILICATE SOLUTIONS WITH HIGH SIO DEEP 2: NA LOW 2 O-MOL AGAINST - Google Patents

METHOD FOR THE HYDROTHERMAL PRODUCTION OF SODIUM SILICATE SOLUTIONS WITH HIGH SIO DEEP 2: NA LOW 2 O-MOL AGAINST Download PDF

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DD291537A5
DD291537A5 DD90337109A DD33710990A DD291537A5 DD 291537 A5 DD291537 A5 DD 291537A5 DD 90337109 A DD90337109 A DD 90337109A DD 33710990 A DD33710990 A DD 33710990A DD 291537 A5 DD291537 A5 DD 291537A5
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sodium silicate
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quartz
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DD90337109A
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Rudolf Novotny
Alfred Hoff
Jost Schuertz
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Henkel Kommanditgesellschaft Auf Aktien,De
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    • C01INORGANIC CHEMISTRY
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    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/20Silicates
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Abstract

Offenbart wird ein Verfahren zur hydrothermalen Herstellung von Natriumsilikatloesungen mit hohem SiO2:Na2O-Molverhaeltnis durch Umsetzung eines kristallinen Siliciumdioxids mit waeszriger Natriumhydroxidloesung, das dadurch gekennzeichnet ist, dasz man als kristallines Siliciumdioxid einen bei Temperaturen von ueber 1 100C bis zum Schmelzpunkt getemperten Quarz einsetzt und diesen getemperten Quarz mit waeszriger Natriumhydroxidloesung in einem Konzentrationsbereich von 10 bis 50 * bei Temperaturen von 150 bis 300C und den diesen Temperaturen entsprechenden Druecken von gesaettigtem Wasserdampf in einem geschlossenen Druckreaktor umsetzt.{Natriumsilikatloesung-Herstellung, hydrothermal; SiO2:Na2O-Molverhaeltnis, hoch; Umsetzung Siliciumdioxid kristallin mit Natriumhydroxidloesung waeszrig}Disclosed is a process for the hydrothermal preparation of sodium silicate solutions having a high SiO 2: Na 2 O molar ratio by reacting a crystalline silica with aqueous sodium hydroxide solution, characterized in that the crystalline silica used is a quartz-tempered quartz at temperatures above 100 ° C. Tempered quartz with aqueous sodium hydroxide solution in a concentration range of 10 to 50 * at temperatures of 150 to 300C and the corresponding pressures of saturated steam in a closed pressure reactor. {Sodium silicate preparation, hydrothermal; SiO 2: Na 2 O molar ratio, high; Reaction of silica crystal with sodium hydroxide solution

Description

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Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur hydrothermalen Herstellung von Natriumsilikatlösungen mit hohem SiO2:Na2O-MolvGrhältnis durch Umsetzung eines kristallinen Siliciumdioxids mit wäßrigen Natriumhydroxidlösungen.The present invention relates to a process for the hydrothermal preparation of sodium silicate solutions with a high SiO 2 : Na 2 O molar ratio by reacting a crystalline silica with aqueous sodium hydroxide solutions.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Eine allgemeine Übersicht über die Herstellung von wäßrigen Natriumsilikatlösungen geben die Monographien Winnacker, Küchler, Chemische Technologie, Band 3, Anorganische Technologie II, 4, Auflage, 1983, S. 54-63 und Ulimanns Encyklopädie der technischen Chemie, Band 21,4. Auflago, 1982, S.409-412.For a general overview of the preparation of aqueous sodium silicate solutions give the monographs Winnacker, Küchler, Chemical Technology, Volume 3, Inorganic Technology II, 4, Edition, 1983, pp 54-63 and Ulimann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Volume 21.4. Auflago, 1982, pp. 409-412.

Von den unter der Bezeichnung „Wasserglas" bekannten Alkalimetallsilikaten finden für technische Zwecke am häufigsten Natriumsilikatlösungen - allgemein als Natriumwasserglas bezeichnet- Verwendung. Derartige Natronw&ssergläser weisen überwiegend einen Feststoffgehalt von etwa 30 bis 40Gew.-% sowie ein Molverhältnis Siliciumdioxid zu Natriumoxid von 3,4 bis 3,5:1 auf. Die Herstellung von Natronwassergiäscrn im technischen Maßstab erfolgt im allgemeinen durch Zusammenschmelzen von Quarzsand und Soda in hierfür geeigneten Öfen bei Temperaturen im Bereich von 1400 bis 15000C.Of the alkali metal silicates known by the name of "water glass", the most commonly used for technical purposes are sodium silicate solutions - generally referred to as sodium silicate glasses 3.5: 1 The production of soda water on an industrial scale is generally carried out by melting quartz sand and soda together in suitable ovens at temperatures in the range of 1400 to 1500 0 C.

Die beim Abkühlen erstarrende Schmelze, das Festglas, wird anschließend in einem weiteren Verfahrensschritt unter Verwendung von Druck und erhöhten Temperaturen V, Wasser gelöst und die erhaltene Lösung - je nach Qualitätsanforderung - gegebenenfalls filtriert.The solidifying on cooling melt, the glass, is then dissolved in a further process step using pressure and elevated temperatures V, water and the resulting solution - depending on the quality requirement - optionally filtered.

Dieses Hochtemperatur-Schmelzverfahren ist jedoch sowohl ar parativ als auch hinsichtlich der erforderlichen Energiemengen sehr aufwendig und führt weiterhin zu nicht unerheblichen Emissionen, wie Staub, Stickoxiden und Schwefeloxiden.However, this high-temperature melting process is both ar aratively and in terms of the required amounts of energy very expensive and continues to lead to significant emissions, such as dust, nitrogen oxides and sulfur oxides.

Neben diesem in der Technik hauptsächlich angewandten Hochtemperatur-Schmelzverfahren sind ferner hydrothermale Verfahren zur Herstellung wäßriger Natriumsilikatlösungen bekannt, die in einer Reihe von Patentanmeldungen beschrieben werden.In addition to this high-temperature melting process, which is mainly used in industry, there are also known hydrothermal processes for the preparation of aqueous sodium silicate solutions, which are described in a number of patent applications.

Diese Verfahren gehen zum einen von amorphem Siliciumdioxid aus, im wesentlichen also von Flugstäuben und natürlL!- vorkommenden amorphen Siliciumdioxid-Modifikationen.On the one hand, these processes are based on amorphous silicon dioxide, that is to say essentially on fly dusts and naturally occurring amorphous silicon dioxide modifications.

Die hierbei erhaltenen Verfahrensprodukte sind durch die üblichen Verunreinigungen der Flugstäube und der natürlichen amorphen Siliciumdioxidverbindungen, die als Eingangsstoffe eingesetzt werden, nur von geringer Qualität und können somit nur eingeschränkt für technische Produkte verwendet werden..The resulting process products are of low quality due to the usual impurities of the flue dust and the natural amorphous silica compounds, which are used as input materials and can therefore be used only to a limited extent for technical products.

Die DE-AS 2826432 betraft ein Verfahren zur Herstellung von Wasserglaslösungen durch Umsetzung von Flugstäuben, die bei Gewinnung von Silicium bzw. von Ferrofellicium-Leglerungen anfallen, mit wäßrigen Alkalimetallhydroxidlösungen bei erhöhten Temperaturen und anschließendem Filtrieren dar enthaltenen Lösungen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man Flugstaub mit einer 6- bis 15gew.-%igen wäßrigen Alkalimetallhydroxidlösung bei Temperaturen von 12O0C bis 19O0C und einem Druck von 2,9 bis 18,6bar im Autoklaven behandelt, wobei das Gewichtsverhältnis von Alkalimetallhydroxidlösung zu festem Flugstaub 2:1 bis 5:1 beträgt. Die Verfahrensprodukte weisen ein Molverhältnis SiO2:Na2O von 2,2 bis 4:1 auf. Die als Ausgangsstoffe eingesetzten Flugstäube weisen einen Siliciumgehalt von 89 bis 98Gow.-% auf, der gemäß den Ausführungsbeispielen stets bei 90Gew.-% liegt; der Rest besteht aus Verunreinigungen. Die DE-OS 2609831 betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Siliciumdioxid enthaltenden umweltbelastenden Abfallflugstäuben aus der Siliciummetall- und Siliciumlegierungs-Herstellung zu Kieselsäuren odsr Silikaten, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die folgenden Verfahrensschritte I bis ill kombiniert werden:DE-AS 2826432 handles a process for the preparation of waterglass solutions by reacting aerosols obtained when obtaining silicon or Ferrofellicium-Leglerungen, with aqueous alkali metal hydroxide solutions at elevated temperatures and subsequent filtration is contained solutions, which is characterized in that Flue dust with a 6- to 15gew .-% aqueous alkali metal hydroxide solution at temperatures of 12O 0 C to 19O 0 C and a pressure of 2.9 to 18.6 bar autoclaved, wherein the weight ratio of alkali metal hydroxide solution to solid fly ash 2: 1 to 5: 1. The process products have a molar ratio SiO 2 : Na 2 O of 2.2 to 4: 1. The flue dusts used as starting materials have a silicon content of 89 to 98% by weight, which according to the exemplary embodiments is always 90% by weight; the rest is impurities. DE-OS 2609831 relates to a process for the treatment of silica-polluting polluting waste dusts from the silicon-metal and silicon-alloy production to silicas or silicates, which is characterized in that the following process steps I to III are combined:

I Auflösen der Flugstäube in Alkalihydroxidlösungen unter Bildung von Alkalisilikatlösungen;Dissolving the fly dust in alkali hydroxide solutions to form alkali silicate solutions;

II Reinigung der Alkalisilikatlösungen von organischen Bestandteilen durch Behandlung mit Aktivkohle und/oder Oxidationsmitteln und Abtrennung des nicht aufschließbaren Rückstandes von der Lösung;II purification of the alkali silicate solutions of organic constituents by treatment with activated charcoal and / or oxidants and separation of the non-digestible residue from the solution;

III Umsetzung der Alkalisilikatlösungen mit anorganischen oder organischen Säuren und/oder deren Salzen zwecks weiterer Reinigung.III Reaction of alkali metal silicate solutions with inorganic or organic acids and / or their salts for further purification.

Die auf diese Weise· erhaltenen Alkalisilikatlösungen weisen im allgemeinen ein Molverhältnis SiO2)Na2O im Bereich von 3,3 bis 5,0:1 auf.The alkali silicate solutions thus obtained generally have a molar ratio SiO 2 ) Na 2 O in the range of 3.3 to 5.0: 1.

Die DE-OS 2619604 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von flüssigem Wasserglas aus amorphem Siliciumdioxid und Alkalihydroxid, das dadurch gekennzeichnet ist, daß Siliciumdioxidstaub in Form von Flugasche, die von den Abgasen von Ferrolegierungs-Industrion und anderen mit Siliciumöfen arbeitenden Industrien abgeschieden worden ist, Alkalihydroxid und Wßsser in einem bestimmten Gewichtsverhältnis gemischt werden und daraufhin unter Umrühren auf eine Temperctur zwischen 75 und 100°C gebracht werden, wonach die erzielte Flüssigkeit abgekühlt ist. Die als Ausgangsstoff für diese Wasserglasherstellung benutzten Siliciumdioxidstäube weisen im allgemeinen einen Siliciumdioxidgehalt von 94 bis 98Gew.-% auf, dar Rest beruht aus Verunreinigungen.DE-OS 2619604 relates to a process for the preparation of liquid amorphous silica and alkali metal hydroxydic glasses, characterized in that silica dust in the form of fly ash separated from the exhaust gases of ferroalloy industry and other industries operating with silicon furnaces is alkali hydroxide and water are mixed in a certain weight ratio and then brought to a temperature of between 75 and 100 ° C with stirring, after which the liquid obtained is cooled. The silica dusts used as the starting material for this waterglass production generally have a silica content of 94 to 98 wt .-%, the remainder being based on impurities.

Die DE-AS 2328542 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Alkalimetallsilikaten durch Behandlung von Perlit mit einer Alkalilauge und hydrothermale Behandlung der erhaltenen Pulpe im Autoklav unter nachfolgender Filtration, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man zur Behandlung des Perlits einer Alkalilösung mit einer Konzentration von 40 bis 140g/l Na2O in einer Menge einsetzt, bei der das Verhältnis der Flüssigphase zur Festphase 0,7 bis 1,5:1 beträgt. Bei dem Perlit handelt es sich um ein im wesentlichen amorphes, glasartiges Berggestein vulkanischen Ursprungs, welches hauptsächlich aus (in Gew.-%): Siliciumdioxid 73. Aluminiumoxid 15 und sonstigen Oxiden 8 besteht.DE-AS 2328542 relates to a process for the preparation of alkali metal silicates by treatment of perlite with an alkali lye and hydrothermal treatment of the obtained pulp in the autoclave with subsequent filtration, which is characterized in that one for treating the perlite of an alkali solution having a concentration of 40 to 140g / l Na 2 O used in an amount in which the ratio of the liquid phase to the solid phase is 0.7 to 1.5: 1. The perlite is a substantially amorphous, glassy mountain rock of volcanic origin which consists mainly of (in% by weight): silica 73. alumina 15 and other oxides 8.

Wie die vorstehenden Ausführungen zeigen, liefern die in der Patentliteratur beschriebenen, aus amorphem Siliciumdioxid erhaltenen Wassergläser stets nur Verfahrensprodukte mit minderen Eigenschaften, die einer weiteren Reinigung unterzogen werden müssen.As the foregoing shows, the water glasses described in the patent literature, which are obtained from amorphous silica, always provide only process products with inferior properties, which must be subjected to further purification.

Der im folgenden beschriebene Stand der Technik betrifft Verfahren zur hydrothermalen Herstellung von Natriumsilikatlösungen aus kristallinem Siliciumdioxid, also Sand, und Natronlauge, die nach den Verfahren des Standes der Technik allerdings nur bis zu einem SiO2:Na2O-Molverhältnis von weniger als 2,89:1 umgesetzt werden können.The state of the art described in the following relates to processes for the hydrothermal preparation of sodium silicate solutions of crystalline silicon dioxide, ie sand, and sodium hydroxide solution, which according to the processes of the prior art, however, only up to a SiO 2 : Na 2 O molar ratio of less than 2, 89: 1 can be implemented.

Die DE-OS 3002857 betrifft ein Verfahren zur hydrothermalen Herstellung von Natriumsilikatlösungen mit einem MoWerhältnis SiO2:Na2O von 1,03 bis 2,88:1 durch Umsetzung von Sand mit wäßriger Natriumhydroxidlösung unter Druck und bei erhöhten Temperaturen sowie nachfolgender Filtration, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die wäßrige Natriumhydroxidlösung einer Konzentration von 10 bis 50Gaw.-% mit einem Überschuß an Sand von bis zu 300%, bezogen auf die Molverhältnisse von SiO2INa1O im Ansatz, bei Temperaturen im Bereich von 150 bis 25O0C und den diesen Temperaturen entsprechenden Drücken von gesättigtem Wasserdampf umsetzt, und den nicht umgesetzten Sandüberschuß vollständig oder teilweii a als Hitermedium für die gebildete Natriumsilikatlösung verwendet. Nach den Ausführungsbeispielen dieser Offenlegungsschrift wird allerdings maximal ein SiO2:NaäO-Molverhältnis von 1,68:1 erreicht.DE-OS 3002857 relates to a process for the hydrothermal preparation of sodium silicate solutions having a MoWer SiO 2 : Na 2 O of 1.03 to 2.88: 1 by reaction of sand with aqueous sodium hydroxide solution under pressure and at elevated temperatures and subsequent filtration, the characterized in that the aqueous sodium hydroxide solution of a concentration of 10 to 50Gaw .-% with an excess of sand of up to 300%, based on the molar ratios of SiO 2 INa 1 O in the batch, at temperatures in the range of 150 to 25O 0 C and the pressures corresponding to those of saturated water vapor, and the unreacted excess sand completely or teilweii a used as a Hitermedium for the sodium silicate solution formed. According to the embodiments of this disclosure, however, a maximum SiO 2 : Na? O molar ratio of 1.68: 1 is achieved.

Die DE-OS 3421158 betrifft ein Verfahren zur hydrothermalen Herstellung von Natriumsilikatlösungen mit einem Molverhältnis SiO2:Na2O von 1,96 bis 2,17 durch Umsetzung von überschüssigem Sand mit wäßriger Natriumhydroxidlösung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man das einen Sandüberschuß und eine mit Prozeßwärme vergeheizte wäßrige Natriumhydroxidlösung enthaltende Reaktionsgemisch in einem rotierenden, zylindrischen, geschlossenen Druckreaktor bis zum Erreichen eines bestimmten Molverhältnisses SiO2=Na2O umsetzt und daraufhin unter Verwendung des überschüssigen Sandes und gegebenenfalls eines zusätzlichen Filterhilfsmittels filtriert. In den Ausführungsbeispielen werden wäßrige Natriumsilikatlösungen mit einem Molverhältnis SiO2=Na2O von bis zu 2,27:1 offenbart.DE-OS 3421158 relates to a process for the hydrothermal preparation of sodium silicate solutions having a molar ratio SiO 2 : Na 2 O from 1.96 to 2.17 by reaction of excess sand with aqueous sodium hydroxide solution, which is characterized in that one sand excess and a reaction mixture containing heated aqueous sodium hydroxide solution containing reaction mixture in a rotating, cylindrical, closed pressure reactor until a certain molar ratio SiO 2 = Na 2 O reacted and then filtered using the excess sand and optionally an additional filter aid. In the exemplary embodiments, aqueous sodium silicate solutions having a molar ratio SiO 2 = Na 2 O of up to 2.27: 1 are disclosed.

Die DE-OS 3313814 betrifft ein Verfahren zur Herste.tuny oiner klaren Lösung eines Natriumsilikats, dessen Molverhältnis Siliciumdioxid:Natriumoxid höchstens gleich 2,58:1 ist, durch Aufschluß von kristallinem Siliciumdioxid einer mittleren Korngröße zwischen 0,1 und 2 mm, bei dem eine wäßrige Lösung von Natriumhydroxid ein Bett aus Siliciumdioxid durchläuft, das in einem senkrechten rohrförmigen Reaktor ohne mechanische Bewegung ausgebildet und von oben nach unten mit Siliciumdioxid und der wäßrigen Lösung des Natriumhydroxids gespeist wird.DE-OS 3313814 relates to a process for the preparation of a clear solution of a sodium silicate whose molar ratio of silica: sodium oxide is at most equal to 2.58: 1 by digestion of crystalline silica having an average particle size between 0.1 and 2 mm, in which an aqueous solution of sodium hydroxide passes through a bed of silica formed in a vertical tubular reactor without mechanical agitation and fed from top to bottom with silica and the aqueous solution of sodium hydroxide.

Die belgische Patentschrift 649739 betrifft ein Verfahren und ein Gerät zur Herstellung von klaren Natriumsilikat-Laugen durch Auflösung eines; kieselsäurehaltigen Materials bei hoher Temperatur und unter Druck in wäßriger Ätznatronlauge, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Produkt von dem überschüssigen kieselsäurehaltigen Material und/oder von den unlöslichen verunreinigten Stoffen mittels Filtrierelementen getrennt wird, die in der Nähe des Reaktorbodens angebracht sind, wobei r'ie besagte Filtration vorteilhaft unter den Temperatur- und Druckbedingungen erfolgt, die den Reaktionsbedingungen sehr ähnlich sind. Die auf diese Weise erhaltenen wäßrigen Natriumsilikatlösungen besitzen ein Moiverhäitnis SiO2: Na2O von etwa 2,5:1. Derartige hydrothermale Verfahren zur Herstellung von Natronwassergläsern aus Sand und Natronlauge werden auch zusammenfassend in den bereits vorstehend zitierten Monographien von Winnacker, Küchler und Ulimann erörtert. Bei Winnacker, Küchler heißt es hierzu (Seiten 61 und 62), daß sich jedoch im Hydrothermalverfahren bei den üblicherweise angewendeten Temperaturen nur ein Natriumwasserglas mit einem Verhältnis SiO2/Na2O von kleiner als 2,7 erzielen läßt.Belgian patent 649739 relates to a method and apparatus for the preparation of clear sodium silicate bases by dissolving a; siliceous material at high temperature and under pressure in an aqueous caustic soda solution, characterized in that the product is separated from the excess siliceous material and / or insoluble contaminants by means of filtration elements mounted in the vicinity of the reactor bottom, where r ' Said filtration is advantageously carried out under the conditions of temperature and pressure, which are very similar to the reaction conditions. The aqueous sodium silicate solutions obtained in this way have a content of SiO 2 : Na 2 O of about 2.5: 1. Such hydrothermal processes for the production of soda water glasses from sand and sodium hydroxide solution are also summarized in the monographs of Winnacker, Küchler and Ulimann already cited above. For Winnacker, Küchler it is stated (pages 61 and 62) that, however, only a sodium silicate with a ratio SiO 2 / Na 2 O of less than 2.7 can be achieved in the hydrothermal process at the temperatures usually used.

Ulimann erwähnt in diesem Zusammenhang, daß sich auf diese Weise nur Natriumsilikat-Lösungen mit Molverhältnissen SiCVNa2O bis herauf zu 2,5:1 gewinnen lassen (Seite 412, linke Spalte).Ulimann mentions in this connection that in this way only sodium silicate solutions with molar ratios of SiCVNa 2 O up to 2.5: 1 can be obtained (page 412, left column).

Aufgrund der vorstehend zitierten Literatur bestand somit ein direktes Vorurteil hinsichtlich der Gewinnung von Natriumsilikatlkösungen mit höheren SiO2/Na2O-Molverhältnissen im Hydrothermalverfahren aus Sand, d.h. aus kristallinem SiO], und Natronlauge.Because of the literature cited above, there was therefore a direct prejudice with regard to the recovery of sodium silicate solutions with higher SiO 2 / Na 2 O molar ratios in the hydrothermal method from sand, ie from crystalline SiO 2 , and sodium hydroxide solution.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Durch dia Erfindung wird ein technisch einfach zu handhabendes und somit kostengünstiges Verfahren zur hydrothermalen Herstellung von Natriumsilikatlösungen mit hohem SiO2:Na2O-Molvfirhältnis zur Verfügung gestellt.By dia invention is a technically easy to use and thus cost-effective method for the hydrothermal preparation of sodium silicate solutions with high SiO 2 : Na 2 O-Molvfi ratio provided.

Darlegung des Wessns der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur hydrothermalen Herstellung von Natriumsilikatlösungen durch Umsetzung eines kristallinen Siliciumdioxids mit wäßriger Natriumhydroxidlösung bereitzustellen, bei welchem Natriumsilikat-Lösungen mit Molverhältnissen SiO2/Na2O von mehr als 2,9:1 erzielt werden.The present invention has for its object to provide a method for the hydrothermal preparation of sodium silicate solutions by reacting a crystalline silica with aqueous sodium hydroxide solution, wherein sodium silicate solutions with molar ratios SiO 2 / Na 2 O of more than 2.9: 1 are achieved.

Die erfindungsgomäße Aufgabe wird durch den Einsatz eines speziell getempertem Quarzes erreicht, der unter speziellen Reaktionsbedingungen mit Natriumhydroxidlösungen umgesetzt wird.The erfindungsgomäße object is achieved by the use of a specially annealed quartz, which is reacted under special reaction conditions with sodium hydroxide solutions.

Die vorliegen^» Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur hydrothermalen Herstellung von Natriumsilikatlösungen mit hohem SiO2:Na2O-Moiverhältnis durch Umsetzung eines kristallinen Siliciumdioxids mi; wäßriger Natriumhydroxidlösung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man als kristallines Siliciumdioxid einen bei Temperaturen im Bereich von über 110O0C bis zum Schmelzpunkt getemperten Quarz einsetzt und diesen getemperten Quarz mit wäßriger Natriumhydroxidlösung in einem Konzentrationsbereich von 10 bis 50Gew.-% bei Temperaturen von 150 bis 3000C und den diesen Temperaturen entsprechenden Drücken von gesättigtem Wasserdampf in einem Druckreaktor umsetzt.The present invention thus relates to a process for the hydrothermal preparation of sodium silicate solutions having a high SiO 2 : Na 2 O moiety ratio by reacting a crystalline silicon dioxide mi; Aqueous sodium hydroxide solution, characterized in that the crystalline silica used is a quartz tempered at temperatures in the range from above 110O 0 C to the melting point and this annealed quartz with aqueous sodium hydroxide solution in a concentration range of 10 to 50Gew .-% at temperatures of 150 to 300 0 C and corresponding to these pressures of saturated water vapor in a pressure reactor.

das erfindungsgemäße Verfahren ist durch seine einstufige Verfahrensführung technisch einfacher zu handhaben und somit kostengünstiger als die technisch aufwendigen, große Energiemengen erfordernden und die Umwelt stark belastenden Verfahren des Standes der Technik, also die Hochtemperatur-Schmelzverfahren mit anschließendem Lösungsschritt.the process of the invention is technically easier to handle by its one-step process management and thus more cost-effective than the technically complex, large amounts of energy demanding and the environment highly polluting processes of the prior art, so the high-temperature melting process followed by solution step.

Gegenüber den Hydrothermalverfahren des Standes der Technik besitzt das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß durch den Einsatz des erfindungsgemäß speziell getemperten Quarzes auch Natriumsilikatlösungen mit einem Molverhältnis an Si02:Na20von mehr als 2,9:1 erhalten werden, was unter Verwendung von nicht getemperten Quarz als Si02-Komponente nicht möglich ist.Compared to the hydrothermal method of the prior art, the inventive method has the advantage that by using the invention specifically tempered quartz and sodium silicate solutions are obtained with a molar ratio of Si0 2 : Na 2 0von more than 2.9: 1, which using not annealed quartz as Si0 2 component is not possible.

Weiterhin wurde überraschenderweise gefunden, daß aus auf diese Weise getempertem Quarz, vorzugsweise einem auf diese Weise gebildeten Cristobalit, im Rahmen einer Hydrothermalsynthese unter den vorstehend angegebenen Bedingungen schon bei kurzen Reaktionszeiten die direkte, einstufige Herstellung von wäßrigen Natriumsilikatlösungen möglich ist, die ein Molverhältnis SiO2=Na2O von mehr als 2,9:1 aufweisen.Furthermore, it has surprisingly been found that from quartz tempered in this way, preferably a cristobalite formed in this way, in the context of a hydrothermal synthesis under the conditions given above, the direct, one-stage preparation of aqueous sodium silicate is possible even at short reaction times, a SiO 2 molar ratio = Na 2 O of more than 2.9: 1.

Auch bei kurzen Reaktionszeiten läßt sich bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein hoher Umsetzungsgrad der eingesetzten Reaktionsprodukte erzielen. Der Einsatz einer leicht löslichen kristallinen Siliciumdioxid-Modifikation erlaubt es, Natriumsilikatlösungen mit einem hohen Siliciumdioxid/Natriumoxid-Molverhältnis herzustellen, wobei dies in hohen Raum/ Zeitausbeuten bei minimalem Energieverbrauch geschieht.Even with short reaction times, a high degree of conversion of the reaction products used can be achieved when using the method according to the invention. The use of a readily soluble crystalline silica modification makes it possible to prepare sodium silicate solutions with a high silica / sodium oxide molar ratio, with high space / time yields and minimal energy consumption.

Vorzugsweise besitzen die so erhaltenen Natriumsilikatlösungen ein SiO2:Na2O-Molverhältn>s von 2,9 bis 3,7:1, besonders bevorzugt von 3,0 bis 3,6:1, und insbesondere von 3,3 bis 3,5:1.Preferably, the sodium silicate solutions thus obtained have a SiO 2 : Na 2 O molar ratio of from 2.9 to 3.7: 1, particularly preferably from 3.0 to 3.6: 1, and in particular from 3.3 to 3, 5: 1.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhält man die wäßrige Natriumsilikatlösung, indem man als kristallines Siliciumdioxid einen bei Temperaturen von 1200 bis 17000C unter Zusatz katalytischer Mengen an Alkali getemperten Quarz einsetzt, welcher sich unter diesen Temperbedingungen im wesentlichen in Cristobalit umwandelt, und daß man den so getemperten Quarz mit wäßriger Natriumhydroxidlösung in einem Konzentrationsbereich von 15 bis 30Gew.,-%, vorzugsweise 20 bis 30Gew.-%, bei Temperaturen von 200 bis 25O0C und den diesen Temperaturen entsprechenden Drücken von gesättigtem Wasserdampf in einem geschlossenen Druckreaktor umsetzt.According to a preferred embodiment of the present invention, the aqueous sodium silicate solution is obtained by using a quartz tempered at temperatures of 1200 to 1700 0 C with the addition of catalytic amounts of alkali as crystalline silica, which converts under these annealing conditions substantially in cristobalite, and one converts the so-tempered quartz with aqueous sodium hydroxide solution in a concentration range of 15 to 30Gew., -%, preferably 20 to 30Gew .-%, at temperatures of 200 to 25O 0 C and corresponding to these temperatures pressures of saturated water vapor in a closed pressure reactor ,

Cristobalit ist, wie Quarz, eine Kristallmodifikation des Siliciumdioxids. Dieser wird praktisch ausschließlich synthetisch durch Calcinierung von Quarz hergestellt, indem man Quarzsand bei Temperaturen von ca. 15000C unter Zusatz von Katalysatoren (Alkaliverbindungen) kontinuierlich umwandelt. Bezüglich näherer Informationen zu Cristobalit wird auf Ulimanns Encyklopädie der technischen Chemie, Band 21,4. Auflage, 1982, S.439-442 verwiesen.Cristobalite, like quartz, is a crystal modification of the silica. This is almost exclusively produced synthetically by calcination of quartz, by continuously converting quartz sand at temperatures of about 1500 0 C with the addition of catalysts (alkali compounds). For more information on cristobalite, see Ulimann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Volume 21,4. Edition, 1982, pp. 439-442.

Im Sinne der Erfindung ist es daher besonders bevorzugt, als kristallines Siliciumdioxid einen bei Temperaturen im Bereich von 1300°C bis 1600°C unter Zusatz katalytischer Mengen an Alkali getemperten Quarz einzusetzen, der sich unter diesen Bedingungen im wesentlichen in Cristobalit umwandelt. Besonders vorteilhaft ist es ferner, ein frisch getempertes, noch warmes Cristobalit Material für das erfindungsgemäße Verfahren zu verwenden.For the purposes of the invention, it is therefore particularly preferred to employ as crystalline silica a quartz which is annealed at temperatures in the range from 1300 ° C. to 1600 ° C. with the addition of catalytic amounts of alkali, which essentially converts to cristobalite under these conditions. It is also particularly advantageous to use a freshly tempered, still warm cristobalite material for the process according to the invention.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens führt man die Umsetzung im Reaktor durch, indem man einen Überschuß an getempertem Quarz von bis zu 100 Mol.-%, vorzugsweise 1 bis 10 Mol.-%, bezogen auf die gewünschten Soll-SiO2:Na2O-Molverhältnisse in der Natriumsilikatlösung, einsetzt. Generell läßt sich die Umsetzung auch mit höheren Überschüssen als 100Mol.-% an getempertem Quarz durchführen; dies ist jedoch im allgemeinen technisch nichtAccording to a further preferred embodiment of the process according to the invention, the reaction is carried out in the reactor by adding an excess of tempered quartz of up to 100 mol%, preferably 1 to 10 mol%, based on the desired SiO 2 desired: Na 2 O molar ratios in the sodium silicate solution. In general, the reaction can also be carried out with higher excesses than 100 mol .-% of tempered quartz; however, this is not technically in general

sinnvoll. Im Sinne der Erfindung ist es besonders bevorzugt, die Umsetzung mit einem Überschuß von 2 bis 5Mol.-% an getempertem Quarz, bezogen auf das gewünschte SiO2:Na2O-Molverhältnis, durchzuführen.meaningful. For the purposes of the invention, it is particularly preferred to carry out the reaction with an excess of from 2 to 5 mol% of tempered quartz, based on the desired SiO 2 : Na 2 O molar ratio.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können generell alle für die Hydrothermalsynthese von Natronwasserglas gebräuchlichen Reaktoren Verwendung finden. Hierzu gehören z. B. rotierende Löser, stehende Löseranordnungen, Reaktoren mit Rührwerk, Strahlschlaufenreaktoren, Rohrreaktoren und im Prinzip alle Reaktoren, die zur Umsetzung von Feststoffen mit Flüssigkeiten unter Druck geeignet sind. Derartige Reaktoren sind beispielsweise in der DE-OS 3002857, DE-OS 34 21158, DE-AS 2826432, BE-PS 649739, DE-OS 3313814 und der DE-PS 968034 ausführlich beschrieben.For carrying out the process according to the invention, it is generally possible to use all reactors customary for the hydrothermal synthesis of sodium silicate. These include z. As rotating solvers, standing Löseranordnungen, reactors with agitator, jet loop reactors, tube reactors and, in principle, all reactors that are suitable for the reaction of solids with liquids under pressure. Such reactors are described in detail, for example, in DE-OS 3002857, DE-OS 34 21158, DE-AS 2826432, BE-PS 649739, DE-OS 3313814 and DE-PS 968034.

Dio in der erfindungsgemäßen Weise hergestellten Natriumsilikat-Lösungen (Natronwasserglas-Lösungen) können für alle üblichen Verwendungszwecke eingesetzt werden, die dem Fachmann bekannt sind und in der einschlägigen Literatur beschrieben werden, beispielsweise für die Herstellung von Füllstoffen (gefällten Kieselsäuren), als Klebstoffe, als Bindemittel in Farben, Gießereihilfsstoffen, Katalysatorträgern, als Komponente in Wasch- und Reinigungsmitteln, sowie als Bestandteil für feuerfeste Materialien.Dio in the manner according to the invention prepared sodium silicate solutions (sodium silicate solutions) can be used for all customary uses, which are known in the art and described in the relevant literature, for example, for the preparation of fillers (precipitated silicas), as adhesives, as Binders in paints, foundry auxiliaries, catalyst supports, as a component in detergents and cleaners, and as a constituent for refractory materials.

Die Erfindung wird im folgenden durch Beispiele näher erläutert. Die Beispiele erfolgten im Laboratoriums-Maßstab und im technischen Maßstab. Als getemperter Quarz wurde in den Ausführungsbeispielen ein durch Tempern bei 1300 bis 1600°C und Alkalikatalyse erhaltener Cristobalit verwendet.The invention is explained in more detail below by examples. The examples were made on a laboratory scale and on an industrial scale. The tempered quartz used in the exemplary embodiments was a cristobalite obtained by tempering at 1300 to 1600 ° C. and alkali catalysis.

Für die Laboratoriumsversuche wurde ein zylindrischer Autoklav eingesetzt, der von außen durch einen Wärmeträger auf Reaktionstemperatur aufgeheizt wurde. Die Ergebnisse dieser Beispiele sind in den nachfolgenden Tabellen 1 und 2 zusammengefaßt.For the laboratory experiments, a cylindrical autoclave was used, which was heated from the outside by a heat transfer medium to reaction temperature. The results of these examples are summarized in Tables 1 and 2 below.

Als Reaktor für die Durchführung der Versuche im technischen Maßstab diente ein waagerecht angeordneter zylindrischer Druckbehälter aus Stahl mit einer Nickolauskleidunrj mit einem Leervolumen von ca. 24 m3. Der Druckbehälter drehte sich mit einer Drehzahl von 6UpM um eine horizontale Achse. ~>ie Beheizung erfolgte mit Dampf von 20 bzw. 25 bar über eine Öffnung in der Achse und ei., angesetztes Rohr mit einer wirkungsvollen Verteilung direkt in den Reaktionsbehälter hinein.As a reactor for carrying out the experiments on an industrial scale was a horizontally arranged cylindrical pressure vessel made of steel with a Nickolauskleidunrj with a void volume of about 24 m 3 . The pressure vessel rotated about a horizontal axis at a speed of 6 rpm. The heating was carried out with steam of 20 or 25 bar via an opening in the axis and egg., Attached pipe with an effective distribution directly into the reaction vessel into it.

Das für die Beispiele verwendete kristalline SiO2, der aus getempertem Quarz erhaltene Cristobalit, enthielt >99Gew.-% SiO2.The crystalline SiO 2 used for the examples, the cristobalite obtained from tempered quartz, contained> 99% by weight of SiO 2 .

Die für den Prozeß benötigte wäßrige Natriumhydroxidlösung (Natronlauge) wurde über eine Venturi-Düse oberhalb des Natronlauge-Vorratsbehälters mit Brüden aus der Vorcharge auf etwa 103°C aufgeheizt.The required for the process aqueous sodium hydroxide solution (sodium hydroxide) was heated via a Venturi nozzle above the sodium hydroxide reservoir with vapors from the Vorcharge to about 103 ° C.

Die Stoffmengen (Cristobalit/Natronlauge) wurden über Wägevorrichtungen erfaßt. Die Rohstoffe wurden in den Reaktor eingefüllt, dieser dann verschlossen und in Rotation versetzt, Durch direktes Einleiten von Dampf wurde das Reaktionsgemisch auf die Reaktionstemperatur von ca. 2150C aufgeheizt und bei dieser Temperatur belassen. Nach einer Reaktionszeit von 30 min bei dieser Temperatur wurde der Reaktor zum Stillstand gebracht und das Reaktionsgemisch über eine angeflanschte Rohrleitung mittels eines Eigendruckes in einen Ausblasebehälter überführt, Auf diesem Wege wurde das Reaktionsgemisch dann über einen Zyclonabscheider in Brüden und etwa 1050C heiße Wasserglaslösung getrennt. Die Brüden wurden von einem Strahlapparat angesaugt und zur Vorwärmung der Mischlauge des nächsten Ansatzes in einer Venturi-Düse bis zur Grenze der Siedetemperatur der Lauge von etwa 1030C verwendet.The amounts of substance (cristobalite / sodium hydroxide solution) were detected by weighing devices. The raw materials were introduced into the reactor, this then sealed and rotated, by direct introduction of steam, the reaction mixture was heated to the reaction temperature of about 215 0 C and left at this temperature. After a reaction time of 30 min at this temperature, the reactor was brought to a standstill and transferred the reaction mixture via a flanged pipe by means of an autogenous pressure in a blow-out, In this way, the reaction mixture was then separated via a Zyclonabscheider in vapors and about 105 0 C hot water glass solution , The vapors were sucked from a jet apparatus and used to preheat the mixed liquor of the next batch in a Venturi nozzle to the limit of the boiling point of the liquor of about 103 0 C.

Die weitere Aufarbeitung der ca. 1000C heißen Wasserglaslösung wurde entweder über einen Sedimentationsbehälter zur groben Abtrennung von Feststoffen oder - bei höheren Ansprüchen an die Klarheit der Lösung - über ein Filter vorgenommen.The further work-up of the about 100 ° C. hot waterglass solution was carried out either via a sedimentation vessel for the coarse separation of solids or - in the case of higher demands on the clarity of the solution - via a filter.

Die hergestellten Natriumsilikatlösungen wurden bezüglich ihres SiO2- und Na2O-Gehaltes analysiert.The prepared sodium silicate solutions were analyzed for their SiO 2 and Na 2 O contents.

Als Reaktionsbedingungen wurden im technischen Maßstab die Bedingungen des Beispiels 4 gewählt. Die Ansatzgröße betrug 24000kg. Die erhaltene ca. 41%ige Natronwasserglaslösung hatte ein SiO2:Na2O-Molverhältnis von 3,4:1 und entsprach praktisch dem Ergebnis des Versuches im Laboratoriumsmaßstab.As reaction conditions, the conditions of Example 4 were selected on an industrial scale. The batch size was 24000kg. The obtained about 41% sodium silicate solution had a SiO 2 : Na 2 O molar ratio of 3.4: 1 and practically corresponded to the result of the experiment on a laboratory scale.

In einer besonderen Ausführungsform kann der Hydrothermal-Prozeß unter Einsatz von Cristobalit/NaOH-Lösung bei relativ hohen Feststoffkonzentrationen im Reaktor ablaufen, da auch bei hohem SiO2:Na2O-Molverhältnis unter Reaktionsbedingungen (215°C/20bar) die Natriumsilikatlösung einen für den Prozeß ausreichenden Viskositätsbereich aufweist. Nach Abschluß der Reaktion kann dann entwederIn a particular embodiment, the hydrothermal process can be carried out using cristobalite / NaOH solution at relatively high solids concentrations in the reactor, since even at high SiO 2 : Na 2 O molar ratio under reaction conditions (215 ° C / 20bar) the sodium silicate solution for having the process sufficient viscosity range. After completion of the reaction can then either

- unter Druck direkt in den Reaktor oder- under pressure directly into the reactor or

- in die Ausblaseleitung zu einem Vorlagebehälter während des Ausblasevorgangs- In the discharge line to a storage tank during the Ausblasevorgangs

zusätzlich Wasser eingespeist werden, so daß die über die Ausblaseleitung in den Vorlagebehälter gelangte Natriumsilikatlösung in der Weise ausreichend verdünnt wird, daß in der Vorlage bei Temperaturen von ca. 1000C die Natriumsilikatlösung vor der weiteren Aufarbeitung durch Sedimentation oder Filtration eine fließfähige, ausreichend niedrigviskose Konsistenz aefweist.In addition, water are fed so that the obtained via the blow-off in the receiver tank sodium silicate solution is sufficiently diluted in that in the template at temperatures of about 100 0 C, the sodium silicate solution before further processing by sedimentation or filtration a flowable, sufficiently low viscosity Consistency is evident.

AusfuhrungsbeispieleExemplary embodiments

Beispiel 1example 1

Beispiel 1 belegt einen in Hinblick auf die relativ niedrige Ansatzlaugenkonzentration günstigen Ansatz bei stöchiometrischem Cristobaliteinsatz, bezogen auf ein zu erzielendes Sollverhältnis SiO2:Na2O in der Natriumsilikatlösung von 3,46:1.Example 1 demonstrates a favorable approach with regard to the relatively low batch liquor concentration with stoichiometric cristobalite use, based on a target ratio of SiO 2 : Na 2 O to be achieved in the sodium silicate solution of 3.46: 1.

Beispiel 2Example 2

Eine erhöhte NaOH-Konzentration im Ansatz wurde gegenüber Beispiel 1 beivergleichbaren Reaktionszeiten eingestellt, um den Einfluß der NaOH-Konzentration auf Reaktionsgeschwindigkeit und erzielbares SiO2:Na2O-Verhältnis zu ermitteln.An increased NaOH concentration in the batch was compared with Example 1 Beivergleichbaren reaction times adjusted to determine the influence of the NaOH concentration on reaction rate and achievable SiO 2 : Na 2 O ratio.

Beispiel 3/4Example 3/4

Um ein höheres Molverhältnis SiO2=Na2O in der Reaktionslösung zu erzielen, wurde gegenüber Beispiel 1, bezogen auf das Sollverhältnis von 3,46:1, ein steigender Überschuß (+3%/+5%) von Cristobalit eingesetzt.In order to achieve a higher molar ratio of SiO 2 = Na 2 O in the reaction solution, an increasing excess (+ 3% / + 5%) of cristobalite was used in comparison with Example 1, based on the nominal ratio of 3.46: 1.

Beispiel 5/6Example 5/6

Bei einem Cristobalitüberschuß von 5%, bezogen auf ein Sollverhältnis SiC>2:Na2O von 3,46:1 wurden die Reaktionszeiten verlängert.With a cristobalite excess of 5%, based on a desired ratio SiC> 2: Na 2 O of 3.46: 1, the reaction times were extended.

Tabelle 1 AnsatzverhältnisseTable 1 Approach ratios

Beispiel Nr.Example no.

Einsatzstoffe· und -mengen Cristobalit NatronlaugeFeedstocks · and quantities Cristobalit sodium hydroxide solution

%NaOH-% NaOH Molverhältnismolar ratio Konzentrationconcentration Cristobaiit:Na2OCristobaiite: Na 2 O imAnsat'*3 imAnsat '* 3 20,020.0 3,46:13.46: 1 30,030.0 3,46:13.46: 1 20,020.0 3,56:13.56: 1 20,020.0 3,63:13.63: 1 20,020.0 3,63:13.63: 1 20,020.0 3,63:13.63: 1

4ü 49 49 49 494ü 49 49 49 49

94,02 62,68 ..91,28 *89,54 89,54 89,5494.02 62.68 ..91.28 * 89.54 89.54 89.54

• 1 Cfistobalitüborechuß 3%, bezogen auf ein angestrebtes Molverhältnle SiO2=Na2O in der Lösung von 3,46; 1 "2 Crlstobalitüberschuß 5%, bezogen auf ein angestrebtes MolverhSltnie SiO2=Na2O in der Lösung von 3,46:1 *3 unter Berücksichtigung aller im Reaktor vorliegenden SiO2- und NajO-Komponenten1% of cfistobalic acid 3%, based on a desired molar ratio SiO 2 = Na 2 O in the solution of 3.46; 1 "2 Crlstobalitüberschuß 5%, based on a desired MolverhSltnie SiO 2 = Na 2 O in the solution of 3.46: 1 * 3, taking into account all present in the reactor SiO 2 and NajO components

Tabelle 2Table 2

Reaktionsbedingungen und ProduktcharakterisierungReaction conditions and product characterization

Beispiel Nr.Example no.

HT-Reaktlonsbedingungen Reaktionszeit Reaktionstemp.HT Reaction Conditions Reaction Time Reaction Temp.

(min) (0C)(min) ( 0 C)

Natriumsilikatlösung*1 %SiO2 %Na2OSodium silicate solution * 1 % SiO 2 % Na 2 O

Molverhältnis SiCVNa2OMolar ratio SiCVNa 2 O

11 3030 22 3030 33 3030 44 3030 55 6060 11 120120

215 215 215 215 215 215215 215 215 215 215 215

33,2233.22 1 10,31 1 10.31 3,32:13.32: 1 43,0743.07 13,1713.17 3,37:13.37: 1 33,6633.66 10,2410.24 3,39:13.39: 1 33,7833.78 10,2210.22 3,41:13.41: 1 34,1434.14 10,1710.17 3,46:13.46: 1 37,2737.27 10,1510.15 3,48:13.48: 1

*1 Zusammensetzung dos Endproduktes im Reaktor.* 1 Composition of the end product in the reactor.

Vor dor Filtration erfolgt Verdünnung auf Faststoffgehalt von <41 % Feststoff in der Natriumsilikatlösung. (HT steht für .,hydrothermal")Prior to filtration, dilution is carried out to a solids content of <41% solids in the sodium silicate solution. (HT stands for "hydrothermal")

Beispiel 7Example 7

Um den Einfluß der Temperungstemperatur des Quarzes auf die Produkteigenschaft der hergestellten wäßrigen Natriumsilikatlösungen nachzuweisen, wurde Quarz unter Zusatz katalytischer Mengen an Alkali bei Temperaturen von 85O0C bis 16000C zunächst getempert und daraufhin hydrothermal mit Natriumhydroxidlösung umgesetzt. Als Vergleich wurde unbehandelter Quarz in dem gleichen Standardversuch der hydrothermalen Umsetzung mit Natriumhydroxidlösung zuIn order to detect the influence of the annealing temperature of the quartz on the product properties of the aqueous sodium silicate solutions prepared, quartz was first tempered with the addition of catalytic amounts of alkali at temperatures of 85O 0 C to 1600 0 C and then hydrothermally reacted with sodium hydroxide solution. As a comparison, untreated quartz was added in the same standard hydrothermal reaction with sodium hydroxide solution

Natronwasserglas umgesetzt.Sodium water glass implemented.

Bei dem Standardversuch der hydrothermalen Umsetzung des getemperten Quarzes mit Na riumhydroxidlösung wurden alsIn the standard experiment of the hydrothermal reaction of the tempered quartz with sodium hydroxide solution were as

Versuchsbedingungen gewählt:Test conditions chosen:

Reaktionstemperatur 215°C; Reaction temperature 215 ° C;

Reaktionszeit 30 min;Reaction time 30 min;

Nctriumhydroxid-Konzentration 20Gew.-%;Nitrous hydroxide concentration 20% by weight;

Überschuß an Siliciumdioxid 5% (bezogen auf das Molverhältnis von 3,46:1 bei Natronglas)Excess of silica 5% (based on the molar ratio of 3.46: 1 with soda glass)

Die Umsetzung dieses getemperten Quarzes in Natronlauge zu einem Natronwasserglas wurde mit nachstehend aufgelisteten Mengen der Ausgangsstoffe durchgeführt und führte zu den nachstehend tabellarisch wiedergegebenen Umsätzen und Molverhältnisse.The reaction of this tempered quartz in caustic soda to a soda water glass was carried out with the amounts of the starting materials listed below and led to the tabulated below and the molar ratios.

Umsetzung von getempertem Sand in Natronlauge zu Na-Glas, Molverhältnis Si02/Na20 = 3,46:1 fürNa-Glas MengenReaction of tempered sand in sodium hydroxide to Na glass, molar ratio Si0 2 / Na 2 0 = 3.46: 1 for Na glass quantities

35,37%gstemperterSand 49,00g35.37% tempered sand 49.00g

25,85% NaOH, 50%ig 35,82 g25.85% NaOH, 50% 35.82 g

38,78% Wasser 53,72 g38.78% water 53.72 g

% Unsafe% Unsafe %SiOj% SiOj 0ANa2O 0 ANa 2 O Gew.-weight MoI.-MoI.- Verh.Married. Verh.Married. Theor. Mengen:Theor. Amounts: 35,1935.19 10,0010.00 3,52:13.52: 1 3,63:13.63: 1 unbeh. Sand (Vgl.)unheated. Sand (Cf.) 58,7358.73 24,2024,20 11,7111.71 2.07:12:07: 1 2,13:12.13: 1 8500C Sand850 0 C sand 48,1148.11 20,7420.74 12,2512.25 1,69:11.69: 1 1,75:11.75: 1 85O0C Sand»85O 0 C sand » 49,1849.18 21,1021.10 12,2012.20 1,73:11.73: 1 1,78:11.78: 1 950 0C Sand950 0 C sand 42,6042,60 18,8118.81 12,5512.55 1,50:11.50: 1 1,55:11.55: 1 9500C Sand»950 0 C sand » 48,0048,00 20,7020.70 12,2612.26 1,69:11.69: 1 1,74:11.74: 1 1100 0C Sand»1100 0 C Sand » 57,5057.50 23,8223.82 11,7711.77 2,02:12.02: 1 2,09:12.09: 1 1300 0C Sand*1300 0 C sand * 86,8186.81 32,0532.05 10,4910.49 3,05:13.05: 1 3,15:13.15: 1 1600 0C Sand*1600 0 C sand * 90,3090,30 32,9132.91 10,3610.36 3,18:13.18: 1 3,28:13.28: 1 Cristobalitcristobalite 93,9293.92 33,7833.78 10,2210.22 3,30:13.30: 1 3,41:13.41: 1

(* <> unter ZuaaU katalytischer Mengen an Alkali)(* <> under ZuaaU catalytic amounts of alkali)

Die Ergebnisse zeigen, daß ein bei Temperaturen von über 11000C getemperter Quarz, insbesondere ein Quarz, der bei Temperaturen von 13000C und höher getempert worden ist, in überraschenderweise zu einem höheren Umsatz der kristallinen Si02-Kompon8nt) und somit zu einem höheren Molverhältnis der Natriumsilikatlösung führt, als der entsprechende unbehandelteS?iid.The results show that a tempered at temperatures above 1100 0 C quartz, in particular a quartz which has been annealed at temperatures of 1300 0 C and higher, in a surprising manner to a higher conversion of the crystalline Si0 2 -Component) and thus to a higher molar ratio of the sodium silicate solution than the corresponding untreated silicide.

BeispieleExamples

Der Effekt de.· schnelleren Umsetzung von bei hohen Temperaturen getempertem Quarz, dem Christobalit, im Vergleich zu einem ungr temperten Quarz, ist in der Figur dokumentiert. Diese Figur zeigt das Ergebnis der Umsetzung von getempertem Quarz, d.h Cristobalit, zusammen mit 20gew.-%iger Natriumhydroxidlösung bei einem 5%igen Siliciumdioxidüberschuß, bezogen auf ein Molverhältnis von 3,46:1, in einem Druckbehälter bei 215°C und bei Reaktionszeiter von 15,30,60 und 120 min.The effect of faster conversion of quartz tempered at high temperatures, the Christobalite, as compared to a non-tempered quartz, is documented in the figure. This figure shows the result of reacting tempered quartz, ie cristobalite, together with 20 wt% sodium hydroxide solution with a 5% excess of silica, based on a molar ratio of 3.46: 1, in a pressure vessel at 215 ° C and at reaction time from 15,30,60 and 120 min.

Es wurde hierbei jeweils das Molverhältnis Siliciumdioxid !Natriumoxid ermittelt. Dieser Kurvenverlauf tragt die Bezugsziffer Zum Vergleich wurde ein termisch nicht behandelter Quarz, also ein Sand, unter den oben beschriebenen Reaktionsbedingungen umgesetzt und wiederum nach den oben beschriebenen Reaktionszeiten Proben entnommen, um das Molverhältnis zu bestimmen. Diese Kurve ist mit der Bezugsziffer 2 versehen.In each case, the molar ratio of silica to sodium oxide was determined. For comparison, a quartz untreated quartz, so a sand, was reacted under the reaction conditions described above and again taken after the reaction times described above samples to determine the molar ratio. This curve is provided with the reference numeral 2.

Aus der Figur erc ibt sich klar, daß bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren, bei dem ein getemperter Quarz eingesetzt wird, bereits na :h 15min eine Umsetzung von über 80% erfolgt ist und die Umsetzung selbst nach 30min Reaktionszeit quasi quantitativ ist.From the figure erc ibt clear that in the manufacturing process according to the invention, in which a tempered quartz is used, already about 15min a reaction of over 80% is carried out and the reaction is quasi quantitative even after 30min reaction time.

Be i der Vergleichskurve gemäß Bezugsziffer 2 hingegen ergibt sich nach 15 min erst eine Umsetzung von ca. 40 bis 50%, und seiest nach einer Reaktionszeit von 120min erreicht man maximal einen Umsetzungsgrad von nur 70%, wobei - inOn the other hand, in the comparison curve according to reference numeral 2, a conversion of about 40 to 50% results after 15 minutes, and after a reaction time of 120 minutes, a maximum degree of conversion of only 70% is achieved, where - in

Übereinstimmung mit den Literaturangaben - auch nach mehreren Stunden nur ein maximales Molverhältnis SiO2ZNa2O von 2,8:1 erzielbar ist.Correspondence with the literature - even after several hours only a maximum molar ratio SiO 2 ZNa 2 O of 2.8: 1 is achievable.

Dies zeigt treffend die durch das Tempern des Quarzsandes bei hoher Temperatur hervorgerufenen Vorteile des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.This aptly shows the advantages of the production process of the invention caused by the tempering of the quartz sand at high temperature.

Claims (5)

1. Verfahren zur hydrothermalen Herstellung von Natriumsilikatlösungen mit hohem SiO2:Na2O-Molverhältnis durch Umsetzung eines kristallinen Siliciumdioxids mit wäßriger Natriumhydroxidlösung, dadurch gekennzeichnet, daß man als kristallines Siliciumdioxid einen bei Temperaturen im Bereich von über 110O0C bis zum Schmelzpunkt getemperten Quarz einsetzt und diesen getemperten Quarz mit wäßriger Natriumhydroxidlösung in einem Konzentrationsbereich von 10 bis 50Gew.-% bei Temperaturen von 150 bis 3000C und den diesen Temperaturen entsprechenden Drücken von gesättigtem Wasserdampf in einem geschlossenen Druckreaktor umsetzt.1. A process for the hydrothermal preparation of sodium silicate solutions with high SiO 2 : Na 2 O molar ratio by reacting a crystalline silica with aqueous sodium hydroxide solution, characterized in that as a crystalline silica at temperatures in the range of about 110O 0 C to the melting point tempered quartz and reacts this tempered quartz with aqueous sodium hydroxide solution in a concentration range of 10 to 50 wt .-% at temperatures of 150 to 300 0 C and corresponding to these pressures of saturated water vapor in a closed pressure reactor. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erhaltene Natriumsilikatlösung ein SiO2:Na20-Molverhältnis von 2,9 bis 3,7:1, vorzugsweise 3,0 bis 3,6:1, besonders bevorzugt 3,3 bis 3,5:1, aufweist.2. The method according to claim 1, characterized in that the resulting sodium silicate solution has a SiO 2 : Na 2 0 molar ratio of 2.9 to 3.7: 1, preferably 3.0 to 3.6: 1, particularly preferably 3.3 up to 3.5: 1. 3. Verfahren nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als kristallines Siliciumdioxid einen bei Temperaturen von 1200 bis 17000C unter Zusatz katalytischer Mengen an Alkali getemperten Quarz einsetzt, welcher sich unter diesen Bedingungen im wesentlichen in Cristobalit umwandelt, und daß man den so getemperten Quarz mit wäßriger Natriumhydroxidlösung in einem Konzentrationsbereich von 15 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 30Gew.-%, bei Temperaturen von 200 bis 25O0C und den diesen Temperaturen entsprechenden Drücken von gesättigtem Wasserdampf in einem geschlossenen Druckreaktor umsetzt.3. The method according to claims 1 or 2, characterized in that one uses as a crystalline silica at temperatures of 1200 to 1700 0 C with the addition of catalytic amounts of alkali tempered quartz, which converts under these conditions substantially in cristobalite, and that the so-tempered quartz with aqueous sodium hydroxide solution in a concentration range of 15 to 30 wt .-%, preferably 20 to 30Gew .-%, at temperatures of 200 to 25O 0 C and corresponding to these temperatures pressures of saturated water vapor in a closed pressure reactor. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als kristallines Siliciumdioxid einen bei Temperaturen im Bereich von 1300 bis 16000C unter Zusatz katalytischer Mengen an Alkali getemperten Quarz einsetzt, welcher sich unter diesen Bedingungen im wesentlichen in Cristobalit umwandelt.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that one uses as a crystalline silica at temperatures in the range of 1300 to 1600 0 C with the addition of catalytic amounts of alkali tempered quartz, which converts under these conditions substantially in cristobalite , 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Übersetzung mit einem Überschuß an getempertem Quarz von bis zu 100Mol.-%, vorzugsweise 1 bis 10Mol.-% und insbesondere 2 bis5Mol.-%, bezogen auf dasSoll-SiO2:Na2O-Molverhältnis in der Natriumsilikatlösung, durchführt.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the translation with an excess of tempered quartz of up to 100 mol .-%, preferably 1 to 10 mol .-% and in particular 2 to 5 mol .-%, based on the desired -SiO 2 : Na 2 O molar ratio in the sodium silicate solution, carried out.
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