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Verfahren zur Herstellung löslicher wasserfreier Alkalisilicate Die
Erfindung betrifft die Herstellung löslicher wasserfreier Alkalisilicate durch Schmelzen
eines Gemisches von kieselsäurehaltigem Material mit Alkali-, insbesondere Natriumcarbonat.
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Bei der bekannten und derzeit durchgeführten Form derartiger Schmelzverfahren
werden Sand und trockenes Natriumcarbonat chargenweise gemischt. Das Gemisch wird
dann einer Aufgabevorrichtung zugeführt, von wo es in den Ofen aufgegeben wird.
Im Ofen wird es bei entsprechender Temperatur, die gewöhnlich oberhalb der Schmelztemperatur
der Reaktionsprodukte liegt, zur Reaktion gebracht. Mit fortschreitender Reaktion
fließen die gebildeten Produkte als Schmelze aus dem Ofen aus und können dann auf
verschiedene Weise weiterbehandelt werden, je nach dem besonderen Produkt, das man
zu erhalten wünscht.
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Dieses Verfahren ist, wie bereits bemerkt, längst bekannt und üblich
und wird in weitem Umfange zur Erzeugung der verschiedensten wasserfreien löslichen
Silicate benutzt.
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Das Natriumcarbonat wird aus verschiedenen Gründen als Bestandteil
des Reaktionsgemisches für das Schmelzen angewendet; ein wichtiger Grund besteht
in den geringen Kosten im Verhältnis zu anderen Stoffen, die zur Beschaffung des
notwendigen Alkaligehaltes der Mischung herangezogen werden könnten. Außerdem sollen
die Ausgangsstoffe für das Schmelzverfahren möglichst trocken sein, weshalb das
in trockener, pulvriger Form leicht verfügbare Natriumcarbonat besonders geeignet
ist.
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Ein weiterer Grund zur Anwendung von Natriumcarbonat besteht darin,
daß die Entwicklung von Kohlendioxyd in dem Reaktionsgemisch als von besonders günstiger
Wirkung für das allgemeine Fortschreiten der Reaktion angesehen werden kann.
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Obgleich die oben beschriebene Reaktion zwischen Natriumcarbonat und
Kieselsäure in großem Umfang zur Anwendung kommt, haften dem darauf beruhenden Verfahren
seit Jahren gewisse Nachteile an.
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Einer der hauptsächlichsten Nachteile bei der Anwendung des Natriumcarbonat-Kieselsäure-Schmelzverfahrens
zur Herstellung der höher kieselsäurehaltigen Silicate ist die recht lange Zeit,
die notwendig ist, um das Reaktionsgemisch zum Schmelzen zu bringen. Bekanntlich
verläuft die Reaktion unterhalb des Schmelzpunktes für Natriumcarbonat nicht vollständig.
Das im Handel erhältliche Natriumcarbonat ist ein im wesentlichen wasserfreier Stoff
und kommt nicht zum Schmelzen, ehe eine Temperatur von rund 850° erreicht ist. Bei
der Erzeugung einer größeren Reihe von Silicaten in technischem Maßstab verläuft
die Reaktion der gesamten Kieselsäure und wasserfreien Soda innerhalb eines technisch
befriedigenden Zeitabschnittes nicht vollständig, wenn nicht beide Stoffe auf eine
Temperatur gebracht werden, die weit oberhalb 850° liegt. Eine weitere Schwierigkeit
beim Schmelzen von Natriumcarbonat mit Kieselsäure besteht in dem dem Fachmann bekannten
Auftreten von Sandeinschlüssen, die auf Grund von Unregelmäßigkeiten beim Mischen
von Natriumcarbonat und Sand auftreten, wobei sich Schichten aus schlecht gemischter
Reaktionsmasse bilden. Trifft zu irgendeiner Zeit während des Mischens ein Teil
des dem Mischgefäß zugeführten Sandes nicht auf den Reaktionspartner, das Natriumcarbonat,
so durchläuft dieser Anteil an alkaliarmem Sand das Mischgefäß bis zum Ofen, ohne
dabei auf seinem Weg mit der richtigen Menge N atriumcarbonat vermischt zu werden.
Das alkaliarme Gemisch wird auf die geschmolzene Masse aus Reaktionsprodukten im
Ofen aufgegeben und verbindet sich nicht mit ihr zu einem vollständig umgesetzten
Teil des Endproduktes. Anstatt dessen erscheint dieser Teil des Gemisches im Endprodukt
als einzelne Sandkörner, die dieses Produkt mehr oder weniger verunreinigen.
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Neben dem Schmelzverfahren für Natriumcarbonat und Sand ist es auch
bekannt, verschiedene Silicate durch Vermischen von Ätznatron mit silicathaltigen
Stoffen zu erzeugen. Bei derartigen Verfahren, die sich nicht allgemein unter die
nassen Verfahren einreihen lassen, wird das Natriumhydroxyd in Konzentrationen angewandt,
bei denen die betreffenden Stoffe etwas unter Raumtemperatur gerade fest sind bis
zu Konzentrationen, die als vollkommen wasserfrei bezeichnet werden können. Derartige
Verfahren finden jedoch in
der Industrie nicht in irgendeinem bemerkenswerten
Umfang Anwendung.
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Ätznatron in wasserfreier Form wird in erster Linie nicht angewandt
wegen seines vergleichsweise hohen Preises, der sich aus der hohen, zum Entwässern
einer Natriumhydroxydlösung nötigen Wärmemenge ergibt. Will man gute Ergebnisse
erzielen, so muß das wasserfreie Ätznatron im übrigen in geschmolzenem Zustand dem
Mischgefäß zugeführt werden, zu welchem Zweck es besonders erhitzt und gespeichert
werden muß. Die Zufuhr von wasserfreiem Ätznatron als Schmelze bietet zwar keine
besonderen Schwierigkeiten, jedoch erhöht die hierfür nötige Einrichtung die Kosten
des Verfahrens, die weiterhin vergrößert «erden durch einen beträchtlichen Wärmeverlust
in dieser Einrichtung und in dem Mischgefäß.
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Andererseits ist eine beispielsweise 50- bis 73 °j°ige Natronlauge
nicht brauchbar wegen des heftigen C harakters der Reaktion, die beim Aufgehen derartiger
Natriumhydroxydlösungen in den Ofen eintritt. Selbstverständlich erfolgt bei Zugabe
von wasserhaltigen Stoffen zur Reaktionsmasse beiden imSchmelzverfahren angewandten
Temperaturen ein plötzliches Verdampfen des Wassers an so gut wie allen Stellen
im Reaktionsgemisch. Hieraus ergibt sich das recht ernsthafte Problem der Dampfbildung,
und die geschmolzene Reaktionsmasse unterliegt einem fortgesetzten und heftigen
Spratzen in und um den Ofen.
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Ein gegebenenfalls weiterhin auftretender Nachteil bei Anwendung von
wäßriger Natronlauge als einzigem Alkali beruht in der sehr starken Neigung des
Ätznatron-Sand-Gemisches zur Aufteilung in eine flüssige und eine feste Phase, wodurch
Änderungen in der Zusammensetzung des Endproduktes noch häufiger auftreten.
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Auf Grund dieser Nachteile wurde die Verwendung von wäßrigem Ätznatron
bei den Schmelzverfahren zur Bildung von löslichen wasserfreien Alkalisilicaten
bisher vermieden.
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Soweit bekannt, ist es bisher, obwohl das Natriumcarbonat-Kieselsäure-Schmelzverfahren
seit langen Jahren angewandt wird, noch nicht gelungen, der dabei oder bei dem mit
Ätznatron-Kieselsäure arbeitenden Verfahren auftretenden Schwierigkeiten Herr zu
werden.
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Es wurde nun gefunden, daß sich sämtliche genannte Schwierigkeiten
überwinden lassen und daß die bisher mittels des Schmelzverfahrens unter Anwendung
von Natriumcarbonat und kieselsäurehaltigen Stoffen erzeugten löslichen wasserfreienAlkalisilicatemitbesonderem
Vorteil hergestellt werden können, wenn man gemäß der Erfindung ein dreiteiliges
Gemisch aus Natriumcarbonat, einem kieselsäurehaltigen Stoff und flüssigem Ätznatron
verwendet.
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Ähnliche dreiteilige Gemische wurden bereits früher angewendet, wobei
jedoch nur an einen verhältnismäßig geringen Sodazusatz (2 bis 4, höchstens bis
14°J,) gedacht war. Das Ätznatron wird nach diesem bekannten Verfahren dem trockenen
Reaktionsgemisch in Form von aus der Schmelze gewonnenem oder technisch trockenem
NaOH zugefügt, womit dem Verfahren die oben für Verwendung von wasserfreiem Natron
angeführten Nachteile anhaften, die durch das Verfahren nach der Erfindung völlig
ausgeschaltet sind. Im übrigen arbeitet das bekannte Verfahren durchwegs bei Temperaturen
unter dem Fließpunkt für Ätznatron, so daß die erwähnte schlechte Durchmischung
mit ihren nachteiligen Folgen auftreten kann.
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Das Verfahren nach der Erfindung besteht demgegenüber darin, daß man
bei dem Schmelzverfahren, das in seiner bekannten Form nur von Soda und Sand ausgeht,
den Bedarf an Na20 dadurch deckt, daß man Ätznatron in verflüssigter Form in einer
Menge zuführt, die etwa 600j, des Na,0-Bedarfes im Reaktionsgemisch deckt. Hierdurch
kann die notwendige Menge an Natriumcarbonat entsprechend herabgesetzt werden. Nach
gründlichem Durchmischen, das durch die Anwesenheit des flüssigen Natrons erleichtert
wird, gibt man zur Reaktion in den Reaktionsraum auf, der auf einer Temperatur gehalten
wird, die oberhalb der Schmelztemperatur des Ätznatrons, des Sodas und des Reaktionsproduktes
liegt. Gegebenenfalls kann in obigen Verbindungen das Natrium durch ein anderes
Alkalimetall ersetzt sein.
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Die Herstellung der verschiedenen Silicate, um die es sich hier handelt,
gemäß dem Verfahren nach der Erfindung, kann vorteilhafterweise gekuppelt werden
mit der Herstellung von Ätznatron oder anderen Alkalihydroxyden. Auf diese Weise
kann dann z. B. das Ätznatron dem Verfahren in geschmolzener Form aus der Ätznatronerzeugung
zugeführt «erden, so daß keine zusätzlichen Kosten für den Versand und die Verarbeitung
(z. B. das Einschmelzen) dieser Reaktionskomponente entstehen. Das Verfahren kann
jedoch auch mit Ätznatron beliebiger Herkunft durchgeführt «erden.
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Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung wird ein Gemisch
aus trockenem N atriumcarbonat und Sand dem Aufgabeende eines Mischtrogs bzw. eines
Knetmischers zugeführt. An ungefähr der gleichen Stelle wird in den Trog mit der
entsprechenden Geschwindigkeit flüssiges Ätznatron aufgegeben. Das Ätznatron verteilt
sich auf Grund seiner flüssigen Beschaffenheit so gut wie augenblicklich innerhalb
der Masse aus Kieselsäure und N atriumcarbonat. Auf diese Weise wird das Problem
der Staubbildung, das sonst eine unangenehme Rolle spielt, im wesentlichen vermieden.
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Im Gegensatz zu den für die Einleitung der Reaktion bei dem Natriumcarbonat-Kieselsäure
-Schmelzverfahren nötigen hohen Temperaturen kommen Reaktionen mit Natriumhydroxyd
bei viel niedrigeren Temperaturen in Gang, da alle Formen von N atriumhydroxyd unterhalb
etwa 320', dem Schmelzpunkt für das im wesentlichen wasserfreie Ätznatron, schmelzen.
Eine handelsübliche 73°j,ige Natriumhydroxydlösung schmilzt bei etwa 63". Eine handelsübliche
50°j,ige Natriumhydroxydlösung schmilzt bei etwa 12' und ist daher bei Raumtemperatur
flüssig. Auf diese Weise wird die Reaktion zwischen Kieselsäure und Ätznatron bei
Verwendung von Natriumhydroxydlösung bei viel niedrigeren Temperaturen eingeleitet,
als dies bei der reinen Natriumcarbonat-Kieselsäure-Reaktion der Fall ist. Wenn
auch im Reaktionsraum eine die einleitende Reaktionstemperatur übersteigende Temperatur
aufrechterhalten werden muß, bei der die Reaktionsteilnehmer zum Schmelzen kommen,
so wird doch durch das Einleiten der Reaktion bei niedrigerer Temperatur eine verhältnismäßig
große Zeitersparnis erzielt, was in einer erhöhten Produktionsgeschwindigkeit zum
Ausdruck kommt.
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Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung wird, da das Natriumhydroxyd
flüssig und in verhältnismäßig großem Anteil zugegen ist, eine innigere und einheitlichere
Durchmischung von Alkali und Kieselsäure erzielt, als dies bei den Verfahren der
Fall ist, die als Alkaliquelle entweder Ätznatron oder wasserfreie Soda allein benutzen.
Dementsprechend läßt sich, je nach der angewandten Menge an flüssigem N atriumhydroxy
d, die Gesamtreaktionszeit zur Bildung des gewünschten Silicates recht vorteilhaft
abkürzen. Es ist anzunehmen, daß auch das Natriumcarbonat auf Grund der Anwesenheit
des geschmolzenen Ätznatrons leichter und rascher reagiert, wenn auch zur Zeit hierüber
keine endgültigen Angaben gemacht werden können.
Außerdem tritt
beim Arbeiten gemäß der Erfindung auf Grund der wirkungsvolleren Durchmischung von
Sand und Alkali das Problem der Sandeinschlüsse nicht in Erscheinung. Wird durch
irgendwelche Ursachen die Aufgabe des Natriumcarbonates vorübergehend unterbrochen,
so besteht kein Anlaß zum Auftreten von Sandeinschlüssen, da immer noch das geschmolzene
Natriumhydroxyd dem Mischstrom zufließt, so daß eine wesentliche Menge an flüssigem
alkalischem Medium zum Mischen mit der rohen Kieselsäure bereitsteht. Daraus ergibt
sich, daß das Gemisch aus Kieselsäure und flüssigem Natriumhydroxyd, wenn es den
Ofen erreicht, nicht als Sandmasse auf das geschmolzene Reaktionsgemisch im Ofen
auftrifft, sondern sich vielmehr mit dem Reaktionsgemisch verbindet und sich während
des Schmelzens im Ofen in gleicher Weise wie das Gemisch aus Ätznatron, Natriumcarbonat
und Kieselsäure zu einem geschmolzenen Silicat umsetzt. Ein kleiner Teil der :Masse
kann in einem derartigen Fall ein etwas niedrigeres Alkali-Kieselsäure-Verhältnis
zeigen; das Produkt ist jedoch immer noch ein lösliches Silicat, und die betreffende
Charge ist daher nicht wesentlich verunreinigt. Damit ist das Problem des zeitweisen
Auftretens von nicht umgesetzter Kieselsäure in den Reaktionsprodukten für praktische
Zwecke im wesentlichen gelöst. , Es bleibt noch zu erwähnen, daß, wie anschließend
näher ausgeführt wird, das Arbeiten nach der Erfindung nicht zum Auftreten von Dampf
und damit auch nicht zum Spratzen im Ofen führt.
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Zum Zeitpunkt, wo das Gemisch aus Sand und Alkali im Aufnahmeende
des Aufgabetroges bzw. der Knetvorrichtung anfängt sich zu bilden, ist es ziemlich
feucht; das flüssige Ätzalkali ist jedoch recht heiß, d. h., seine Temperatur liegt
zweckmäßigerweise bei oder über dem Siedepunkt des Wassers; es wird von der wasserfreien
Soda leicht adsorbiert auf Grund der großen Oberfläche der Sodateilchen, die durch
das Mischgefäß in Bewegung gehalten werden, wenn die feuchte Masse sich auf den
Ofen zu bewegt. Daraus ergibt sich auf dem Weg durch den Mischtrog ein bemerkenswerter
Feuchtigkeitsverlust aus dem Gemisch, wobei die Hydratisierung der wasserfreien
Soda eine Rolle spielt, so daß die pastose Mischung in einen körnigen Feststoff
übergeht. Die Folge davon ist eine vergleichsweise langsame Dampfentwicklung aus
dem Gemisch, wenn es den Ofen erreicht, so daß kein Spratzen der Schmelze auftritt.
Ist das Natriumhydroxyd ziemlich verdünnt oder wird, wie dies in gewissen Fällen
geschieht, eine außergewöhnlich große Menge Ätznatron in Form von beispielsweise
einer 73°/oigen Natriumhydroxydlösung zugeführt, so tritt natürlich das Problem
des Siedens der geschmolzenen Mischung im Ofen und des Spratzens wieder in Erscheinung.
Innerhalb der erfindungsgemäß einzuhaltenden Grenzen kommt diese Möglichkeit jedoch
praktisch so gut wie überhaupt nicht in Betracht.
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Gemäß der Erfindung werden vorzugsweise Natriumhydroxydlösungen, die
bei Raumtemperatur fest sind, verwendet, jedoch kann natürlich eine beliebige Natriumhydroxydlösung
ohne Rücksicht auf ihre Verdünnung benutzt werden, falls Vorsorge getroffen ist,
daß der Wassergehalt des Gemisches, ehe es den Ofen erreicht, entsprechend herabgesetzt
wird. So kann die Konzentration der erfindungsgemäß verwendeten Ätznatronlösungen
zwischen 10 und 70 °/a oder auch, falls ein noch weniger wasserhaltiges Material
für einen bestimmten Arbeitsgang erwünscht ist, noch höher liegen. Es ist nicht
anzunehmen, daß sich innerhalb der Silicatwerke, wie sie derzeit in der Technik
zur Durchführung von handelsüblichen Arbeitsprozessen eingeführt sind, während des
Mischens im Trog die Verdampfung bzw. Bindung von mehr Wasser durchführen läßt,
als in einer Natriumhydroxydlösung von etwa 50 % enthalten ist, insbesondere
wenn eine so große Menge wie die Hälfte des notwendigen Na, 0 in Form von Atznatron
zugeführt wird. Infolgedessen kommen zur Anwendung für das erfindungsgemäße Verfahren
praktisch nur Natriumhydroxydlösungen von etwa 500/, NaOH oder mehr bis zu (und
einschließlich) wasserfreiem Ätznatron in Betracht. 31s besonders verwendungsfähig
haben sich für das Verfahren nach der Erfindung Natriumhydroxydlösungen mit einem
Gehalt von 70 bis 740f, NaOH erwiesen, die daher bevorzugt sind.
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Das Verhältnis zwischen Natriumhydroxydlösung und Natriumcarbonat
ist so zu bemessen, daß das erstere nicht mehr als etwa 60 11!o, vorzugsweise etwa
50 "", oder weniger, des Na20-Bedarfes der Reaktion deckt, die zu dem gewünschten
Produkt führt. Wird, beispielsweise durch 73 °/oiges N atriumhy droxyd, ein wesentlich
höherer Prozentsatz an Na, 0 als 601)"', zugeführt, so zeigt es sich, daß ein unerwünschtes
Sieden in der Reaktionsmasse im Ofen eintritt, was unmittelbar auf die der Schmelze
zugeführte Wassermenge zurückzuführen ist.
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Wie bereits bemerkt, läßt sich das Verfahren nach der Erfindung für
die Herstellung der verschiedensten löslichen Alkalisilicate anwenden, beispielsweise
für die Erzeugung von Alkaliortho-, -meta- und -sesquisilicaten oder von Silicaten,
worin, wie im Falle der löslichen Silicatgläser, das Verhältnis von SiO2: Na20 größer
ist als 1 bis gleich 1, z. B. Na2,0 : 3,3 S'02.
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Als Durchführungsbeispiel für das Verfahren nach der Erfindung in
seinen verschiedenen Durchführungsformen wird weiter unten die Herstellung eines
Silicates beschrieben, dessen Zusammensetzung der chemischen Formel Nag 0 : 3,3
S' 02 entspricht.
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Zunächst sei das Verfahren an Hand der Zeichnung erläutert, die in
Aufsicht den üblichen Typ eines Schmelzofens und des zugehörigen Aufgabetroges darstellt.
In der Zeichnung weist ein Ofen 10 die Wände 12 und den Boden 14 auf, die zusammen
das Reaktionsgefäß des Ofens bilden. 16 ist ein Auslaß bzw. eine Abstichöffnung
für die umgesetzten Stoffe und 18 eine kanalförmige Zufuhröffnung für die umzusetzenden
Stoffe. Das Reaktionsgemisch wird aus dem Zufuhrkanal 18 mittels eines Kratzers
20 in das Reaktionsgefäß des Ofens aufgegeben. Mit 22 ist schematisch die Misch-
und Fördereinrichtung angedeutet, die aus einem Trog 24 mit einem Paddelmischer
26 besteht, eine Vorrichtung, die dem bekannten Knetmischer entspricht.
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Wie ersichtlich, mündet der Trog 22 in den Kanal 18, der seinerseits
in den Ofen mündet, so daß das umzusetzende Material zunächst in dem Kanal abgelagert
wird, von wo aus es mittels des Kratzers 20 auf Grund der Förderwirkung des Paddelmischers
in das Schmelzgefäß aufgegeben wird.
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28 und 30 stellen die Zufuhrleitungen für Natriumhydroxyd und das
Gemisch aus kieselsäurehaltigen Stoffen mit wasserfreier Soda dar, in denen entsprechend
dimensionierte Durchflußventile 32 und 34 angeordnet sind. Selbstverständlich führen
die Leitungen zu entsprechenden, nicht dargestellten Vorratsbehältern.
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Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist sehr einfach. Die umzusetzenden
Stoffe werden in genau abgestimmten Mengen dem Trog bzw. dem Knetmischer zugeführt.
Bei laufender Mischvorrichtung werden die Stoffe vermischt und durch den Trog gefördert,
um endlich in den Aufgabekanal und von dort in die Zone des Ofens abgegeben zu werden,
die durch entsprechende Einrichtungen, z. B. durch Gas- oder Ölbrenner, auf Reaktionstemperatur
gehalten
wird. Die Arbeitsweise kann kontinuierlich sein, wobei sich dann stets eine schmelzflüssige
Charge im Ofen befindet, in welcher die Reaktion vor sich geht. Wenn das neue Material
dem Ofen zugeführt wird, werden die umgesetzten Produkte verdrängt und durch die
Abstichöffnung abgezogen; die zugeführte Menge wird dem Volumen des Reaktionsraumes
derart angepaßt, daß die Verweilzeit im Ofen zur vollständigen Reaktion ausreicht.
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Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Verdeutlichung der Erfindung.
Beispiel 1 In einer Mischvorrichtung, die gleichzeitig eine Knetwirkung entfaltet,
werden Gemische aus Sand, wasserfreier Soda und 50°/oiger wäßriger Natronlauge bei
Zimmertemperatur (etwa 25°) bereitet, wobei das Gewichtsverhältnis der Bestandteile
aus folgender Tabelle hervorgeht:
| Durch |
| Kieselsäure Soda 50.°/oiges Ätznatron |
| Sand wasserfrei iväBriges ersetzter |
| Ätznatron Na@0- |
| Anteil |
| Teile Teile Teile |
| 0 |
| 1. 1312 550 211 20 |
| 2. 1312 482 315 30 |
| 3. 1312 413 420 40 |
| 4. 1312 344 525 50 |
| (Na, 0: Si 0z Verhältnis = 1 : 3,7) |
Die Gemische 1 bis 4 haben folgende Eigenschaften: 1. feucht, vollkommen staubfrei;
2. wie 1.; 3. Klumpen, die leicht Agglomerate bilden; 4. Pastoser, dicker Schlamm.
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Die obigen Gemische werden einzeln bei etwa 1200° in einen Schmelzofen
aufgegeben, der geschmolzenes Silicatglas von etwa dem gleichen Nag 0 : Si 02 Verhältnis
enthält. Die Gemische 1, 2 und 3 schmelzen innerhalb des Silicatglases im Ofen ruhig
und vollständig. Bei dem Gemisch 4 findet eine bemerkenswerte Wasserdampfentwicklung
statt, obwohl dieser Vorgang nicht heftig verläuft. Beispiel 2 Der Zweck der folgenden
Versuche ist es, die einheitliche Verteilung der Reaktionsteilnehmer innerhalb der
gemäß der Erfindung hergestellten Gemische zu zeigen, ebenso wie die Schnelligkeit,
mit welcher die Reaktionsmittel verbraucht und in ein Silicatglas von einheitlicher
Zusammensetzung übergeführt werden.
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Je 100 Teile von zwei Gemischen (NazO : Si0, = 1:3,7), wovon das eine
Sand und wasserfreie Soda, das andere Sand, wasserfreie Soda und 50°/oige wäßrige
Natronlauge enthält (wobei 1 °/o des Na, 0-Bedarfes bei der zweiten Mischung durch
NaOH gedeckt wird), werden getrennt auf einem Stück starken Papiers zu Haufen geschichtet.
Das Papier läßt man dann zehnmal aus etwa 30 cm Höhe auf einen Steintisch auffallen,
so daß die Haufen flach werden und der Sand und die Alkalibestandteile sich trennen.
Dann nimmt man im senkrechten Schnitt durch jeden der Haufen drei Muster, die man
zwecks Entfernung des Alkalis mit Wasser auslaugt. Das gewaschene Material wird
getrocknet und gewogen, um die Menge an ausgelaugten Stoffen zu bestimmen. Der Unterschied
zwischen den Maximal-und Minimalmengen an ausgelaugtem Alkali beträgt, auf das Gesamtgewicht
des Musters bezogen, 4,9 0;-p bei dem Sand-Soda-Gemisch, jedoch nur 0,8 °;'o bei
dem Gemisch aus Sand, Soda und Ätznatronlösung.
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Der restliche Anteil der beiden Gemische wird durch entsprechende
Zusätze wieder so einheitlich wie möglich gemacht. Die Gemische werden dann 15 Minuten
auf etwa 1370' erhitzt und die dabei erhaltenen Schmelzen nach Abkühlen zu einem
festen Glas untersucht.
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Das aus der Sand-Soda-Mischung erhaltene Glas weist viele flockenähnliche
Flecken auf, die offensichtlich auf nicht umgesetzte Kieselsäure hindeuten, während
das aus der Sand-Soda-Ätznatron-Mischung erhaltene Glas sehr wenige derartige Flecken
zeigt. Überdies ist im geschmolzenen Zustand das aus der Sand-Soda-Ätznatron-Mischung
entstandene Glas leicht flüssiger als das aus der Sand-Soda-Mischung entstandene.
Beispiel 3 2,783 kg Sand, 0,742 kg dichte, wasserfreie Soda und 0,757 kg heiße 73°/,)ige
wäßrige Natronlauge werden kontinuierlich dem Paddelmischer der Vorrichtung nach
der Zeichnung zugeführt, wobei die Paddel mit etwa 70 Umdr./Min. laufen. Der Sand,
die Soda und die Natronlauge werden dem Mischgefäß in einem Verhältnis von etwa
21,22 kgjMin. bzw. 5,67 kg; Min. bzw. 5,84 kg/Min. zugeführt. Die 730%oige Natronlauge
wird beim Zuführen bzw. beim Einleiten in den Trog bei etwa 93,3 bis 100' gehalten.
Das Gemisch ist anfangs ziemlich naß und annähernd schlammartig; mit seinem Fortschreiten
bis zum Austritt aus dem Trog verwandelt es sich zumeist in eine feuchte Masse,
die dazu neigt, in einzelne Körner aus den Reaktionsbestandteilen zu zerfallen.
Die Stoffe werden im Paddelmischer gemischt und in einen Ofen aufgegeben, der sich
bei Reaktionstemperatur, d. h. bei etwa 1300°, befindet. Die gesamte Menge an Stoffen
ist innerhalb verhältnismäßig kurzer Zeit vollständig umgesetzt und kann beim Abstichende
des Ofens verhältnismäßig rasch abgenommen werden. Die Analyse des Produktes zeigt,
daß es sich um ein so gut wie wasserfreies lösliches Natriumsilicat von der empirischen
Formel Na, 0 - 3,3 Si02 handelt.
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Während des Verlaufes dieses als Beispiel wiedergegebenen Arbeitsganges
treten keinerlei Schwierigkeiten auf. Vor allem ist das Staubproblem vollkommen
ausgeschaltet, es ist keine bemerkenswerte Dampfbildung zu beobachten, und ein Spratzen
oder Sieden im Ofen findet nicht in irgendwelchem Umfang statt. Ferner ist die Verarbeitungszeit
bis zur Vervollständigung der Reaktion zwischen den angewandten Mengen in obigem
Beispiel wesentlich geringer als die bei der Erzeugung einer entsprechenden Menge
eines aus Sand und Soda allein bestehenden Reaktionsproduktes aufzuwendende Zeit.
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Der Ausdruck "kieselsäurehaltiges Material«, wie er hier angewandt
wird, bezeichnet einen festen, reaktionsfähigen Stoff und umfaßt die Kieselsäure
selbst und die festen Wasserglasarten, worin der Si0.- Anteil denjenigen an Na,0
überschreitet, beispielsweise die Wasserglasarten, worin das Verhältnis N«20: Si
0, zwischen etwa 1:2 und 1:4 liegt. Es können selbstverständlich auch andere
entsprechende Natriumsilicate verwendet werden. Soweit Kieselsäure benutzt wird,
soll diese in entsprechend feiner Form sein, so daß die Reaktion beschleunigt wird;
sie kann wasserfrei oder hydratisiert sein.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Natriumsilicate
beschränkt, sondern umfaßt ebenso die Herstellung von anderen Alkalisilicaten wie
denjenigen des Kaliums, Lithiums, Caesiums und Rubidiums, wobei es nur bedeutungsloser
Anpassungen in der Ausführung bedarf.