DD297801A5 - METHOD FOR PRODUCING LOW TEMPERATURE QUARTZ GRANULATE FROM AMORPHIC SILICA - Google Patents

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DD297801A5
DD297801A5 DD25355183A DD25355183A DD297801A5 DD 297801 A5 DD297801 A5 DD 297801A5 DD 25355183 A DD25355183 A DD 25355183A DD 25355183 A DD25355183 A DD 25355183A DD 297801 A5 DD297801 A5 DD 297801A5
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amorphous silica
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Arthur Christoph
Udo Schloeffel
Magda Richter
Juergen Meisel
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Veb Carl Zeiss Jena,De
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Tieftemperaturquarzgranulat aus amorpher Kieselsaeure. Ziel der Erfindung ist es, die Gewinnung eines Quarzausgangsmaterials fuer die Kieselglasschmelze aus einem leicht zugaenglichen SiO2-Rohmaterial zu ermoeglichen. Die Aufgabe, ein Verfahren zur Erzeugung von hochreinem, einschmelzbarem Quarzgranulat mit einschluszfreien Mikrokristallen geeigneter Korngroesze aus amorpher Kieselsaeure zu schaffen, wird dadurch geloest, dasz eine waeszrige Aufschlaemmung von amorpher Kieselsaeure unter Zugabe eines Aktivators und nach Einstellung eines p H-Wertbereiches von 7-9 mittels Ammoniakwasser einer 2-12taegigen hydrothermalen isothermen Behandlung in einem Autoklaven bei 250-370C und einem Fuellungsgrad von 80-85% zur Erreichung eines Druckes von 39,24 MPa bis 147,15 MPa unterzogen wird. Erfindungsgemaesz erzeugtes Tieftemperaturquarzgranulat ist als Ausgangsmaterial fuer die Herstellung von hochqualitativen optischen und Kieselglaesern einsetzbar.The invention relates to a process for the production of cryogenic quartz granules from amorphous silicic acid. The aim of the invention is to make it possible to obtain a quartz starting material for the silica glass melt from an easily accessible SiO 2 raw material. The object of providing a process for producing high-purity, fusible quartz granules with inclusion-free microcrystals of suitable grain sizes of amorphous silica is achieved by dissolving a wet slurry of amorphous silicic acid with the addition of an activator and after setting a p H value range of 7-9 by means of ammonia water a 2-12taegigen hydrothermal isothermal treatment in an autoclave at 250-370C and a degree of filling of 80-85% to reach a pressure of 39.24 MPa to 147.15 MPa is subjected. Cryogenic quartz granules produced according to the invention can be used as starting material for the production of high-quality optical and silica glasses.

Description

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions Kieselglas wird allgemein durch Erschmelzen von Bergkristallgranulat hergestellt.Silica glass is generally made by melting rock crystal granules. Die Bergkristallagerstätten sind jedoch begrenzt und zum Teil bereits erschöpft.However, the rock crystal deposits are limited and sometimes already exhausted. Deshalb werden auch synthetische Quarzeinkristalle, nach der bekannten hydrothermalen Synthese mittels TemperaturdifferenzTherefore, synthetic quartz crystals, according to the known hydrothermal synthesis by means of temperature difference

zwischen Nährgut- und Wachstumsraum gezüchtet und auf ein bestimmtes Korn zerkleinert, als Ausgangsstoff für diegrown between nutrient and growth space and crushed to a specific grain, as a raw material for the

Kieselglasschmelze eingesetzt. Die Hydrothermalsynthese von Quarzeinkristallen ist ein langwieriger, komplizierter und für dieSilica glass melt used. The Hydrothermalsynthese of quartz crystals is a lengthy, complicated and for the Granulatherstellung uneffektiver Prozeß. Als Nährgut werden zwar Bruchstücke von aufbereitetem, in der Natur weitGranule production ineffective process. As a nutrient are indeed fragments of processed, in nature far

verbreitetem Gangquarz oder Quarzit verwendet, für die Kristallisation aber sind in den Wachstumsraum des Autoklavenwiederum Keimplatten oder -stäbe aus Bergkristall oder vorher gezüchteten Quarzeinkristallen einzubringen.However, for crystallization, in the growth space of the autoclave, germ plates or rods of rock crystal or pre-grown quartz crystals are to be introduced.

In dem SU-Urheberschein 285908 wird ein Verfahren zur Massenkristallisation und damit verbundenen Reinigung vonIn the SU-copyright 285,908 a method for bulk crystallization and associated purification of Gangquarz unter Ausnutzung des bekannten hydrothermalen Prozesses beschrieben. Wie dabei die Keimbildung erfolgen soll,Gangquarz using the well-known hydrothermal process described. How to nucleate,

wird nicht dargelegt. Außerdem dürfte es sehr schwierig sein, nach diesem Verfahren gleich großes Kristallkorn in der für diois not stated. In addition, it should be very difficult, according to this method the same size crystal grain in the for dio

Kieselglasschmelze geforderten Größe zu erhalten, so daß wiederum ein kostspieliger und Verunreinigungen einschleppenderSilica glass melt required size, so that in turn a costly and impurities entraining Zerkleinerugnsvorgang nachgeschaltet werden muß.Zerkleinerugnsvorgang must be followed. V. B Lazarew weist auf die Möglichkeit der Gewinnung von feinkristallinem Quarz der Korngröße 0,1 bis 0,5mm aus amorphesV. B Lazarev points out the possibility of obtaining finely crystalline quartz of grain size 0.1 to 0.5 mm from amorphous SiO2 enthaltenden Industrieabfallprodukten durch eine 10- bis 60stündige Heißwasserdampfbehandlung in einem Autoklaven inSiO 2 containing industrial waste products by a 10 to 60 hours hot steam treatment in an autoclave in Gegenwart eines Aktivators hin.Presence of an activator.

(V. B. Lazarew, M. N. Danchevskaya, G. P. Panasyuk, V. M.Gavrilko, Soviet export 6 [141 ] 1982)(V. B. Lazarev, M.N. Danchevskaya, G.P. Panasyuk, V.M.Gavrilko, Soviet export 6 [141] 1982)

Einzelheiten über dieses vom Kurnakov-Institut für allgemeine anorganische Chemie der Akademie der Wissenschaften derDetails of this from the Kurnakov Institute of General Inorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the UdSSR entwickelte Verfahren werden jedoch nicht angegeben.USSR developed procedures are not specified. Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Gewinnung eines für die Herstellung von hochwertigen optischen und Kieselgläsern qualitativ geeigneten Quarzausgangsmaterials aus einem leicht zugänglichen Rohmaterial zu ermöglichen.The object of the invention is to enable the obtaining of a qualitatively suitable quartz starting material for the production of high quality optical and silica glasses from an easily accessible raw material.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung von hochreinem, einschmelzbaremThe invention is based on the object, a method for producing high-purity, meltable Tieftemperaturquarzgranulat mit an Gas-Flüssigkeitseinschlüssen armen, bzw. freien Mikrokristallen geeigneter Korngröße ausCryogenic quartz granules with poor gas-liquid inclusions, or free microcrystals of suitable particle size

amorpher Kieselsäure als SiO3-Rohmaterial zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Erzeugung vonto provide amorphous silica as SiO 3 raw material. This object is achieved by a method of generating

Tieftemperaturquarzgranulat aus amorpher Kieselsäure erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine wäßrige AufschlämmungLow-temperature quartz granules of amorphous silica according to the invention dissolved in that an aqueous slurry

von 350 bis 500g/l amorpher Kieselsäure, die mit 2 bis 5g/l eines Aktivators, wie vorzugsweise Nitrilotriessigsäure (C6HgNOe),from 350 to 500 g / l of amorphous silica containing from 2 to 5 g / l of an activator, preferably nitrilotriacetic acid (C 6 HgNOe),

Äthylendiamintetraessigsäure (C,οΗ|βΝ208) oder Dinatriumdihydrogenäthylendiamintetraacetat-DihydratEthylenediaminetetraacetic acid (C, οΗ | β Ν 2 0 8 ) or disodium dihydrogenated ethylenediaminetetraacetate dihydrate

(C10Hi4N2Na2O8 · 2 HjO) versetzt und deren pH-Wert durch Zugabe von wäßriger Ammoniaklösung euf einen pH-Wert von 7-9eingestellt wird, einer hydrothermalen isothermen Behandlung in einem Autoklaven bei einer Temperatur von SO0C bis 37O0Cund einem Füllungsgrad von 80 bis 85% zur Erreichung eines Druckes von 39,24 MPa bis 147,15 MPa für einen Zeitraum von 2 bis12 Tagen unterzogen wird.(C 10 Hi 4 N 2 Na 2 O 8 · 2HjO) and their pH is adjusted to pH 7-9 by addition of aqueous ammonia solution, a hydrothermal isothermal treatment in an autoclave at a temperature of SO 0 C to 37O 0 C and a degree of filling of 80 to 85% to reach a pressure of 39.24 MPa to 147.15 MPa for a period of 2 to 12 days.

Thermodynamisch besitzt das Siliziumdioxid in Form von amorpher Kieselsäure einen höheren Energiezustand als das SiO2 inThermodynamically, the silica in the form of amorphous silica has a higher energy state than the SiO 2 in Form der bei Normaldruck im Temperaturbereich bis 5730C stabilen Tieftemperaturqudrz-Modifikation.Form of stable at low pressure in the temperature range up to 573 0 C Tiefftemperaturqudrz modification. Durch das erfindungsgemäße Verfahren der hydrothermalen isothermen Behandlung in Gegenwart eines geeigneten AktivatorsBy the inventive method of hydrothermal isothermal treatment in the presence of a suitable activator

gelingt es, den energiereicheren und damit metastabilen Zustand der amorphen Kieselsäure in die stabile Form vonmikrokristallinem Tieftemperaturquarz zu überführen. Der angewandte hohe Druck soll den Modifikationswechsel vomsucceeds in converting the more energetic and therefore metastable state of the amorphous silica into the stable form of microcrystalline cryogenic quartz. The applied high pressure should change the modification of

amorphen Zustand des SiO2 mit geringer Dichte in den mikrokristallinen Zustand mit der höheren Dichte (= ?,65gcrrT3) unterstützen.support amorphous state of low-density SiO 2 in the microcrystalline state with the higher density (=?, 65gcrrT 3 ).

Da der verwendete Aktivato: ein organischer Stoff ist, werden keine wesentlichen Verunreinigungen in Form von metallischen Fremdionen eingebracht. Eine Ausnahme bildet der Zusatz von Dinatriumdihydrogenäthylendiamintetraacetat-Dihydrat. Der geringe Zusatz an Na ''•Ionen übt gegenüber dem Selbstreinigungsprozeß dor hydrothermalen Phasenumwandlung keinen analytisch meßbaren Einfluß aus.Since the activator used: is an organic substance, no significant impurities are introduced in the form of foreign metal ions. An exception is the addition of disodium dihydrogenated ethylenediaminetetraacetate dihydrate. The small addition of Na "ions does not exert any analytically measurable influence on the self-purification process of the hydrothermal phase transformation.

AusführungsbelspleleAusführungsbelsplele

Nachstehend soll die Erfindung anhand von 2 Beispielen näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below with reference to two examples.

Beispiel 1example 1

Es wird oine Aufschlämmung aus 54kg amorpher Kieselsäure und 64,41 bidestilliertem Wasser unter Zusatz von 160g Dinatriumdihydrogenäthylendiamintetraacetat-Dihydrat als Aktivator hergestellt, die durch Zugabe von Ammoniakwasser auf den pH-Wert 9 gebracht wird.A suspension of 54 kg of amorphous silica and 64.41 of bidistilled water with the addition of 160 g of disodium dihydrogenated ethylenediaminetetraacetate dihydrate as activator is prepared, which is brought to pH 9 by adding ammonia water.

Diese Aufschlämmung wird auf 12 mit Teflon beschichtete Behälter (Durchmesser 245mm, Höhe 200mm) verteilt, welche dann übereinander in einen mit Teflon ausgekleideton Autoklaven mit einem freien Volumen von 1201 und einem Durchmesser-Längenverhältnis des Reaktorraumes von 1:10 eingesetzt werden. Um einen Füllungsgrad von 85% zu erreichen, werden 101 aqua bidest. abzüglich der für die pH-Wert-Regulierung bereits hinzugefügten Menge (Ammoniakwasser) zugesetzt. Nach dem Schließen des Autoklaven wird dieser isotherm auf 27O0C aufgeheizt und 8 Tage isotherm bei dieser Temperatur gehalten. Während dieser Zeit vollzieht sich die mikrolokale, hydrothermale Phasenumwandlung der amorphen Kieselsäure in Tieftemparaturquarzgranu'at.This slurry is spread on 12 teflon-coated containers (diameter 245 mm, height 200 mm), which are then placed one above the other in a Teflon-lined autoclave with a free volume of 120 l and a diameter / length ratio of the reactor chamber of 1:10. In order to achieve a filling level of 85%, 101 are distilled water. minus the amount already added for pH regulation (ammonia water). After the autoclave has been closed, it is heated isothermally to 27O 0 C and held isothermally for 8 days at this temperature. During this time, the microlocal, hydrothermal phase transformation of the amorphous silica takes place in low-temperature quartz granules.

Anschließend, nach Abschaltung der Heizung und Abkühlung bis auf 300C, kann der Autoklav geöffnet werden. Zur Entwässerung des Granulats werden die Behälter herausgenommen und in einen staubfreien Trockenraum gestellt.Then, after switching off the heating and cooling down to 30 0 C, the autoclave can be opened. To drain the granules, the containers are removed and placed in a dust-free drying room.

Beispiel 2Example 2

440g amorphe Kieselsäure werden mit 521 ml bidestilliertem Wasser unter Zusatz von 1,5g Äthylendiamintetraessigsäure aufgeschlämmt und mit Ammoniakwasser auf den pH-Wert 8 eingestellt. Die mit dieser Aufschlämmung gefüllten 5, aus Silber gefertigten Behälter werden in einem mit Silber ausgekleideten Autoklaven (50mm Durchmesser, 500mm Höhe) mit einem freien Volumen von 910ml übereinander angeordnet. Durch Zugabe von 74 ml bidestilliertem Wasser wird ein Füllungsgrad von 80% erreicht. Bei einer isothermen Reaktionstemperatur von 3500C für die Dauer von 5 Tagen wird die hydrothermale Behandlung der aufgeschlämmten Kieselsäure durchgeführt. Die Entnahme und Trocknung des Granulates erfolgt analog zu Beispiel 1.440 g of amorphous silica are slurried with 521 ml of bidistilled water with the addition of 1.5 g of ethylenediaminetetraacetic acid and adjusted to pH 8 with ammonia water. The 5 containers made of silver filled with this slurry are placed one above the other in a silver-lined autoclave (50 mm diameter, 500 mm height) with a free volume of 910 ml. By adding 74 ml of bidistilled water, a filling level of 80% is achieved. At an isothermal reaction temperature of 350 ° C. for 5 days, the hydrothermal treatment of the slurried silica is carried out. The removal and drying of the granules is carried out analogously to Example 1.

Claims (1)

Verfahren zur Erzeugung von Tieftemperaturquarzgranulat aus amorpher Kieselsäure, dadurch gekennzeichnet, daß eine wäßrige Aufschlämmung von 350 bis 500g/l amorpher Kieselsäure, die mit 2 bis 5g/l eines Aktivators, wie vorzugsweise Nitrilotriessigsäure (CoH9NOg), Äthylendiamintetraessigsäure (C10H16N2O8) oder Dinatriumdihydrogenäthylendiamintetraacetat-Dihydrat (C10H14N2Na2O8 · 2H2O), versetzt und deren pH-Wert durch Zugabe von wäßriger Ammoniaklösung auf einen pH-Wertbereich von 7-9 eingestellt wird, einer hydrothermalen isothermen Behandlung in einem Autoklaven bei einer Temperatur von 2500C bis 3700C und einem Füllungsgrad von 80 bis 85% zur Erreichung eines Druckes von 39,24MPa bis 147,15MPa für einen Zeitraum von 2 bis 12 Tagen unterzogen wird.A process for the production of low-temperature quartz granules of amorphous silica, characterized in that an aqueous slurry of 350 to 500g / l of amorphous silica with 2 to 5g / l of an activator, preferably nitrilotriacetic acid (CoH 9 NOg), ethylenediaminetetraacetic acid (C 10 H 16 N 2 O 8 ) or disodium dihydrogenated ethylenediaminetetraacetate dihydrate (C 10 H 14 N 2 Na 2 O 8 .2H 2 O), and the pH thereof is adjusted to a pH range of 7-9 by addition of aqueous ammonia solution hydrothermal isothermal treatment in an autoclave at a temperature of 250 0 C to 370 0 C and a degree of filling of 80 to 85% to reach a pressure of 39,24MPa to 147,15MPa for a period of 2 to 12 days is subjected. Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Tieftemperaturquarzgranulat aus amorpher Kieselsäure. Derartig gewonnenes Tieftemperaturquarzgranulat ist insbesondere eis Ausgangsmaterial für die Herstellung von hochqualitativen optischen und Kieselgläsern einsetzbar.The invention relates to a process for the production of low-temperature quartz granules of amorphous silica. Such low-temperature quartz granules obtained in particular can be used as starting material for the production of high-quality optical and silica glasses.
DD25355183A 1983-08-01 1983-08-01 METHOD FOR PRODUCING LOW TEMPERATURE QUARTZ GRANULATE FROM AMORPHIC SILICA DD297801A5 (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0890555A1 (en) * 1997-07-10 1999-01-13 Heraeus Quarzglas GmbH Method of forming SiO2 granulate

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0890555A1 (en) * 1997-07-10 1999-01-13 Heraeus Quarzglas GmbH Method of forming SiO2 granulate

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