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Verfahren zur Herstellung von löslichen Alkalisilicaten durch Einwirkung
von Wasserdampf auf Gemische aus Sand und Alkalichlorid Die vorliegende Erfindung
hat eine Weiterentwicklung des Verfahrens nach dem Patent 957 568 zum Gegenstand.
Bei diesem Verfahren handelt es sich um die Verstellung von löslichen Alkalisilicaten
durch Einwirkung von Wasserdampf auf Gemische aus Sand und Alkalichloriden bei hohen
Temperaturen. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus Sand
und Alkalichlorid durch Erhitzen auf Temperaturen, die etwas oberhalb der Schmelztemperatur
des Alkalichlorids liegen, zusammengesintert und nach dem Erkalten zerkleinert wird,
bevor die Behandlung mit Wasserdampf bei Temperaturen von 900 bis 1400° erfolgt.
Eine besondere Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, daß man Gemische aus
Sand und Alkalichlorid verwendet, deren Molverhältnis Si 02 zu Alkalichlorid
1,5: 1 beträgt.
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Es wurde nun gefunden, daß sich das Verfahren in überraschender Weise
noch verbessern läßt, wenn den Gemischen aus Alkalichlorid und Sand andere Alkalisalze
zugesetzt werden.
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So wurde gefunden, daß bei Zugabe von geringen I-Iengen (etwa 1 bis
10Gewichtsprozent, vorzugsweise 2 bis 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gemisch
aus Alkalichlorid und Sand) anderer Alkalisalze der Umsatz an löslichen Alkalisilicaten
besonders hoch und die Alkalichloridverluste besonders gering sind. Weiterhin ermöglicht
ein Zusatz von Alkalisalzen in geringen Mengen die Umsetzung der Sinterungsprodukte
mit Dampf bei hohen Temperaturen in ungefähr der halben Zeit zu beenden als ohne
diese Zusätze.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß bei Anwesenheit der erfindungsgemäßen
Zusätze die Sinterung der Alkalichlorid-Si 09 Gemische bei etwa 25 bis 60° niedrigeren
Temperaturen als bei den bisherigen Verfahren vorgenommen werden kann und auch die
anschließende Behandlung mit Wasserdampf bei etwa um 100 bis 200° niedrigen Temperaturen
erfolgen kann, ohne schlechtere Ergebnisse zu erhalten. Wie weit man gegenüber dem
bisherigen Verfahren, sei es bei der Sinterung oder der Behandlung mit Wasserdampf,
mit der Temperatur heruntergehen kann, ist naturgemäß von den Mengenverhältnissen
Alkalichlorid--Si O., sowie dem gewählten Zusatz abhängig.
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Als Zusätze geeignete Alkalisalze sind beispielsweise Alkalicarbonate,
Alkalibicarbonate, Alkalisulfate, Alkalisulfite, Alkalinitrate, Alkalinitrite u.
dgl., wobei insbesondere jeweils die Natrium- oder Kaliumsalze in Frage kommen.
Auch kann man gewünschtenfalls Gemische der genannten Alkalisalze verwenden.
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Voraussetzung ist bei der Verwendung der Alkalisalze, daß diese bei
der Behandlung mit Wasserdampf bei den Reaktionstemperaturen nicht beständig sind
und zur Alkalisilicatbildung befähigtes Alkali zu liefern vermögen, während der
Säurerest, gegebenenfalls unter hydrolytischer Spaltung, entweicht.
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Der erfindungsgemäße Zusatz erfolgt vor der Sinterung, indem die Alkalisalze
entweder mit einer Ausgangskomponente, also Sand oder Alkalichlorid verinischt werden
oder von vornherein eine gemeinsame Vermischung von Sand, Alkalichlorid und dem
zugesetzten anderenAlkalisalz erfolgt. Bei den zugesetzten Alkalisalzen kann es
sich im übrigen um kristallwasserfreie oder auch kristallwasserhaltige Salze handeln.
Im allgemeinen wird man bei der Herstellung von 11Tatriumsilicaten, Natriumsalze
und bei der Herstellung von Kaliumsilicaten Kaliumsalze verwenden. Man kann jedoch
auch, falls die Anwesenheit von Natrium- und Kaliumsilicaten im Endprodukt nicht
unerwünscht ist, umgekehrt verfahren.
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Der Anmeldungsgegenstand wird nochmals durch die nachstehenden Beispiele
erläutert, ohne daß er auf diese beschränkt ist.
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Beispiel 1 Sand oder Quarzmehl werden mit Kochsalz im Molverhältnis
1,5: 1 in einer Mischtrommel gut vermischt und anschließend in einem Kollergang
vermahlen.
Das Gemisch- wird dann in einem Drehrohrofen auf Temperaturen
von 810 bis 840° erhitzt, his durch partielle Schmelze des Kochsalzes eine homogene
Sintermasse entstanden ist. Diese wird einer Zerkleinerungseinrichtung zugeführt
und nach dem Erkalten zerbrochen. Die so erhaltenen Produkte werden in einem Wasserglasofen
bei Temperaturen von 1150 bis 1250° (vgl. Tabelle) mit strömendem Wasserdampf behandelt.
An Stelle von Kochsalz kann man auch Kaliumchlorid verwenden. In diesem Fall ist
eine Erhitzung im Drehrohrofen auf 780 bis 810° hinreichend. Die nachstehende Tabelle
1 zeigt die Ergebnisse, die nach der obigen, dem Hauptpatent entsprechenden Arbeitsweise
bei verschiedenen Temperaturen erhalten wurden. Ferner sind in der Tabelle die jeweilige
Reaktionsdauer sowie die Ausbeute an löslichem Wasserglas, der Umsetzungsgrad von
Si 02 und Na Cl sowie die Zusammensetzung des Endproduktes angegeben. In der zweiten
Querspalte sind die Ergebnisse wiedergegeben, die mit Ansätzen vom Molverhältnis
Si 02: Na C1 wie 1:1 erhalten wurden.
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Demgegenüber zeigt die nachstehende Tabelle 2 die Ergebnisse bei gleicherVersuchsdurchführung,
jedoch unter Hinzufügung geringer Mengen anderer Alkalisalze. Bei den in der Tabelle
angeführten Versuchen wurden als Alkalisalze jeweils wasserfreies Natriumcarbonat
verwendet. Die Angabe Gewichtsprozent bei dem jeweiligen Zusatz bezieht sich auf
das Gesamtgemisch aus Alkalichlorid und Sand.
| Tabelle 1 |
| Molverhältnis Reaktions- Ausbeute Verhältnis °io umgesetztes
0/'o umgesetztes |
| Ansatz |
| Reaktions- Si Oe : Nag O Si 0z Na Cl |
| temperatur in löslichem als lösliches als lösliches |
| Si OZ: Na Cl d h auer '/o Wasserglas |
| Wasserglas Wasserglas 'Wasserglas |
| 1150° 2 86,1 3,16 85,3 82,0 |
| 1,5:1 ... .. .. .. .. .. .. 12000 2 89,5 3,10 89,5 87,0 |
| 12500 6 85,5 3,11 83,5 80,5 |
| 1150 0 2 90,8 2,80 98,8 69,2 |
| 1:1 ............... 12000 3 90,1 2,88 99,5 67,0 |
| 12100 5 87,4 2,90 97,0 65,0 |
| 12500 2 90,0 2,96 99,0 67,0 |
| Tabelle 2 |
| Ansatz Zusatz Reaktions- Ausbeute Verhältnis °/o umgesetztes
% umgesetztes |
| in Reaktions- Si 02 : Nag O Si 02 Na Cl |
| Molverhältnis dauer °io lösliches |
| Gewichts- temperatur in löslichem als lösliches als lösliches |
| Si 02. Na Cl Prozent h Wasserglas -Wasserglas
%X%asserglas Wasserglas |
| 1,5:1 ....... 4 12000 1 89 2,74 93 92,2 |
| 1,5:1 ....... 3 12500 1 92 3,10 92,2 96 |
| 13000 |
| 1:1 ... .. ... 4 12500 1 92 2,40 92 81,2 |
Beispiel 2 Eine Mischung aus 64,7% Sand, 32,1% Kochsalz und 3,211/o wasserfreie
Soda - entsprechend einem Molverhältnis Si 02: 3,52 : 1 - wird f einst gemahlen
und bei 790 bis
800' in einem Drehrohrofen kontinuierlich gesintert, bis
feste, kompakte Stücke vorliegen. Diese werden nach dem Erkalten grob zerkleinert
und bei Temperaturen zwischen 900 und
1000' mit Wasserdampf behandelt. Das
gebildete Wasserglas enthält im Durchschnitt 93% lösliches Alkalisilicat vom Verhältnis
3,60, 5% unlöslichen Rückstand und 2% Alkalichlorid.
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Arbeitet man nach dem Hauptpatent ohne Sofiazusatz, so sind für die
Sinterung 830 bis 840o, für den Alkalisilicatbildungsprozeß Temperaturen über
1000' sowie etwa die doppelte Zeit bei gleichem Durchsatz erforderlich. Beispiel
3 Eine aus 150 Gewichtsteilen Sand und 112 Gewichtsteilen Kochsalz und 6 Gewichtsteilen
Pottasche hergestellte feinstgemahlene Mischung wird in einem Drehrohrofen bei etwa
780' kontinuierlich gesintert, bis feste kompakte Stücke vorliegen. Nach
dem Erkalten werden die Stücke grob zerkleinert und anschließend bei Temperaturen
von ca. 900° mit Dampf behandelt. Man erhält ein lösliches Alkalisilicat mit einem
Molv erhältnis Alkalioxyd : S'02 = 1 : 2,64 und etwa 5 % unlöslichen Rückstand.
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Arbeitet man ohne Zusatz von Pottasche, so benötigt man bei dem Umsatz
mit Wasserdampf für die gleiche Menge fast die doppelte Zeit und muß sowohl bei
der Sinterung als auch der Wasserdampfbehandlung bei etwa um 60 bzw. um 200° höheren
Temperaturen arbeiten.