DE1119836B - Verfahren zur Reinigung feinverteilter mineralischer Kieselsaeure - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Reinigen feinverteilter mineralischer Kieselsäure, die auch als Kieselsäuremehl bekannt ist und für allgemeine industrielle Zwecke Verwendung findet, wobei sie insbesondere in schleifend wirkende Seifenpulver und keramische Erzeugnisse eingebaut wird.

Unter Kieselsäuremehl (Quarzmehl) ist feinverteilte Kieselsäure, die zu 100% durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 1,24 mm und von der vorzugsweise 90% durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,53 mm hindurchgehen, zu verstehen. Dieses Kieselsäuremehl wird für eine Reihe von wirtschaftlichen Zwecken benutzt, bei denen zum Teil seine Farbe nicht von besonderer Bedeutung ist. Für gewisse Zwecke dagegen wird ein sehr weißes Material benötigt. Diese Forderung ist insbesondere an ein Kieselsäuremehl zu stellen, welches als Bestandteil schleifend wirkender Seifenpulver oder keramischer Massen verwendet werden soll. Es ist möglich, ein weißes Kieselsäuremehl durch Mahlen von calciniertem Feuerstein oder von Quarzkristallen herzustellen, jedoch sind diese Ausgangsstoffe teuer und nur in geringen Mengen erhältlich, während andererseits die Menge an Kieselsäuremehl, die für die obengenannten Zwecke benötigt wird, sehr erheblich ist.

Die Erfindung betrifft die Herstellung eines Kieselsäuremehls mit einer Weißfärbung von wenigstens 90%, wie dies weiter unten erläutert wird, und zwar aus einem mineralischen Kieselsäurematerial, aus welchem nach den bekannten Verfahren durch Waschen und Mahlen nur Erzeugnisse mit einer Weißfärbung von weniger als 85% erhalten werden können.

Sand und Sandstein sind die wesentlichsten Rohstoffe zur Herstellung des Kieselsäuremehls gemäß der Erfindung. Die Weißfärbung desselben, die durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielbar ist, ist besser als die des in bekannter Weise aus reinem kristallinischem Quarz hergestellten Kieselsäuremehls. Das bedeutet, daß das Erzeugnis des neuen Verfahrens das weißeste Kieselsäuremehl darstellt, das überhaupt im Handel erhältlich ist.

Der Weißfärbungswert, den die obigen Zahlen wiedergeben, ist der, welcher durch vergleichende Messung zu dem Standardwert einer Magnesiumkarbonatoberfläche, welcher als 100 gesetzt wird, mittels eines Reflexionsspektralphotometers erhalten wird. Bei Versuchen, die mit neun verschiedenen Wellenlängen durchgeführt wurden, welche den ganzen Bereich des sichtbaren Spektrums zwischen 4260 und 6840 Ä umfaßten, wurde bei jeder angewendeten Wellenlänge die Reflexionsfähigkeit des Magnesium-Verfahren zur Reinigung
feinverteilter mineralischer Kieselsäure

Anmelder:

British Industrial Sand Limited

und Herbert Daymond Segrove,

Redhill, Surrey (Großbritannien)

Vertreter: Dipl.-Ing. R. H. Bahr

und Dipl.-Phys. E. Betzier, Patentanwälte,

Herne, Freiligrathstr. 19

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 5. September (Nr. 28 585)
und 7. Oktober 1958 (Nr. 31 915)

Herbert Daymond Segrove,

Redhill, Surrey (Großbritannien),

ist als Erfinder genannt worden

karbonats mit 100 angenommen und aus den neun für das Kieselsäuremehl erhaltenen Werten der Durchschnitt errechnet, um derart den Weißfärbungswert, nachstehend der Einfachheit halber als »Weißwert« bezeichnet, zu erhalten. Die in der Weise bei gemäß der Erfindung hergestelltem Kieselsäuremehl durchgeführten Messungen zeigen, daß nicht nur eine allgemeine Vermehrung der anteiligen Menge reflektierten Lichtes erfolgte, sondern auch, daß die bei jeder Wellenlänge reflektierten Lichtmengen wesentlich weniger voneinander verschieden waren als im Falle von Kieselsäuremehlen, die nach den bekannten Verfahren aus unbehandeltem Sand oder calciniertem Feuerstein hergestellt worden waren, nämlich die endgültige Färbung des Kieselsäuremehls, das nach der Erfindung erhalten wurde, ein nahezu ungetöntes Weiß war.

Es ist bereits bekannt, die weiße Färbung von Kieselsäuremehl dadurch zu verbessern, daß der Sand, aus welchem das Mehl hergestellt wird, einer Reinigungsbehandlung in ähnlicher Weise wie im FaUe der Behandlung von Sand, der für die Erzeugung von farblosem Glas verwendet werden soll, unterworfen wird. Diese Verfahren beruhen auf dem

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Herauslösen der Verunreinigungen durch Säure in Verfahren gemäß der Erfindung ein über die Farbeiner Trübe von hohem Feststoffgehalt und folgende verbesserung, die sich durch das Herausbrennen der Flotation. Es hat sich gezeigt, daß es durch das Rei- kohlenstoffhaltigen Bestandteile erzielen läßt, hinausnigen von Sand in dieser Weise möglich ist, den gehendes Ergebnis hat. Es ist anzunehmen, daß durch Weißwert des daraus hergestellten Kieselsäuremehls 5 die Reaktion der farblosen Verbindungen bei erzu verbessern, insbesondere wenn der Ausgangssand höhten Temperaturen mit den in dem Sand vorhanerhebliche anteilige Mengen an Verunreinigungen von denen Verunreinigungen, insbesondere den eisender Art des Eisenoxyds enthält. Jedoch ist das auf haltigen Verunreinigungen, eine Umsetzung zu diese Weise erhaltene Kieselsäuremehl nicht hin- Stoffen erfolgt, welche weniger intensiv gefärbt sind reichend weiß, um schleifend wirkenden Seifen- io als die Verunreinigungen, die in dem Kieselsäurepulvern oder keramischen Massen zugesetzt werden mineral vorhanden sind, und dadurch der Weißwert zu können. Falls im Naturzustand reine Sande in des durch Mahlen der so behandelten Kieselsäure dieser Weise gereinigt oder sogar bei hohen Tempe- erhaltenen Kieselsäuremehls verbessert wird. Zum raturen mit starken Säurelösungen extrahiert werden, Beispiel bildet Natriumkarbonat, wenn es zusammen d. h. in einer Weise, die aus wirtschaftlichen Gründen 15 mit Oxyden und anderen Verbindungen des Eisens nicht praktisch durchführbar wäre, ist die Verbesse- von roter bzw. gelber Farbe erhitzt wird, Natriumrung des Weißwertes des aus solchen hergestellten ferrit, das blaßgrün gefärbt ist. Kieselsäuremehls unbeträchtlich. Sie beträgt, mit dem Die Temperatur, auf welche das gefärbte Kiesel-Reflexionsspektralphotometer in der oben angegebe- säuremineral erhitzt werden muß, um die Reaktion nen Weise gemessen, nur eine oder zwei Einheiten. 20 mit der farblosen Verbindung herbeizuführen, hängt

Das Entfernen der Eisenverunreinigungen aus der von der Art der verwendeten farblosen Verbindung Kieselsäure durch Reaktion des Eisens mit Chlorid ab. Sie muß im Falle von Natriumkarbonat 1000° C und Verdampfen des sich hierbei ergebenden Eisen- überschreiten. Die vorzugsweise angewendete Tempechlorids ist ebenfalls bereits bekannt, aber ein solches ratur beträgt 1200° C, jedoch ist es nicht von Nach-Entfernen des Eisens bedeutet dann eine unnötige 25 teil, auf höhere Temperaturen, bis zu dem bei etwa Verteuerung, wenn nur die Farbe und nicht das 1700° C liegenden Erweichungspunkt der Kieselsäure eigentliche Vorhandensein der Verunreinigungen zu erhitzen. Je höher die Temperatur ist, um so störend wirkt. Gemäß der Erfindung wird der mine- kürzer ist die Dauer der Erhitzung, die erforderlich rauschen Kieselsäure 1 bis 5 Gewichtsprozent eines ist, um den vollkommenen Ablauf der Entfärbungsfarblosen Oxydes, Hydroxydes, Karbonates oder Bi- 30 reaktion zu bewirken. Im Falle der Verwendung von karbonates eines Metalls der Gruppe I oder II des Natriumkarbonat ist eine Erhitzungsdauer von 10 Mi-Periodischen Systems zugesetzt und das Gemisch auf nuten bei 1200° C ausreichend, jedoch ist es nicht eine Temperatur zwischen 1000 und 1700° C für eine von Nachteil, länger, und zwar bis 1 Stunde lang zu Zeitdauer von 10 Minuten bis zu einer Stunde erhitzt. erhitzen.

Natriumkarbonat ist vom technischen und wirt- 35 Die vorzugsweise anzuwendende anteilige Menge

schaftlichen Standpunkt aus als farblose Komponente der farblosen Verbindung, z. B. von Natriumkarbonat,

besonders gut geeignet. beträgt einen Teil Feststoff auf 100 Teile gefärbtes

Vorzugsweise erfolgt zuerst die Erhitzung zu- Kieselsäuremineral. Vorzugsweise erfolgt der Zusatz sammen mit der farblosen Komponente und darauf der farblosen Verbindung in Form einer Lösung, die die Kühlung des sich hierbei ergebenden Erzeugnisses 40 in das Kieselsäuremineral eingemischt werden kann, und ein Mahlen desselben auf die oben als kennzeich- Auf diese Weise wird die zugesetzte farblose Verbinnendes Merkmal von Kieselsäuremehl angegebene dung gleichmäßig über die Kieselsäuremineralkörner Korngröße, jedoch kann auch in gewissen Fällen die verteilt. Jedoch ist die Erfindung nicht auf den Zusatz gesamte oder der wesentliche Teil der Zerkleinerung der farblosen Verbindung in dieser anteiligen Menge auf diese Teilchengröße vor der Erhitzung erfolgen, 45 oder der beschriebenen Weise beschränkt, sondern vorausgesetzt, daß anschließend dafür gesorgt wird, es können, falls das Kieselsäuremineral große Mendaß irgendwelche Aggregationen, die bei der Er- gen an verunreinigendem Material enthält, mit Vorteil hitzung entstanden sind, wieder zerkleinert werden, bis zu 5% der farblosen Verbindung zugesetzt werwas z. B. durch einfaches Durchlaufenlassen des ge- den. Ferner ist es nicht nachteilig, wenn die farblose kühlten Erzeugnisses unter einer Walze erfolgen 50 Verbindung in trockener Form dem angefeuchteten kann. Kieselsäuremineral zugesetzt und die beiden Kompo-

Das Mahlen erfolgt vorzugsweise in einer Kugel- nenten vor der Calcinierung innig miteinander ge-

oder sonstigen Mahlkörpermühle, wobei es wichtig mischt werden.

ist, daß keine Flächen, wie Eisenflächen, welche ge- Nachstehend werden Ausführungsbeispiele zur Verfärbte Verunreinigungen in das Kieselsäuremehl hin- 55 anschaulichung des neuen Verfahrens gegeben: einbringen könnten, in Kontakt mit dem Mahlgut gelangen. Vorzugsweise wird eine mit Quarzgutsteinen Beispiel 1 ausgekleidete Mühle mit Quarzgutmahlkörpern verwendet. Wahlweise können als Futter für die Mühle a) Eine durch Brechen und schwaches Mahlen und als Mahlkörper auch Porzellan, geschmolzene 60 eines weichen Sandsteins und Waschen des Erzeug-Tonerde oder Kautschuk verwendet werden. Das nisses mit Wasser hergestellte Sandprobe wurde Mahlen kann naß, trocken, portionsweise oder auch trocken in einer Porzellan-Kugelmühle zu einem kontinuierlich erfolgen. Kieselsäuremehl von einer Korngröße von etwa

Das auf diese Weise hergestellte Kieselsäuremehl 1,24 mm gemahlen. Dieses Kieselsäuremehl hatte

hat einen Weißwert von 90 oder mehr, jedenfalls 65 einen Weißwert von 80.

immer einen solchen, der höher ist als der, welcher b) Ein zweiter Teil des gleichen Sandes wurde in

durch bloßes Calcinieren des gleichen Ausgangs- einem Laboratoriumsofen 1 Stunde lang bei 1200° C

materials erzielt werden kann, woraus folgt, daß das calciniert, gekühlt und zu einem Kieselsäuremehl von

Claims (1)

1. 5 6

   ähnlicher Teilchengröße wie gemäß a) gemahlen. Der 1200° C. Die Weißwerte der erhaltenen Kieselsäure-Weißwert dieses Kieselsäuremehls wax 88. mehle betrugen 88 und 94. Dieses Beispiel veran-

   c) Ein dritter Teil des gleichen Sandes wurde mit schaulicht die Wirkung des Zusatzes von verschiede-

   Natriumkarbonatlösung in solcher Menge, daß 1 Teil nen anteiligen Mengen an Natriumkarbonat und zeigt, festes Natriumkarbonat auf 100 Teile Sand zugesetzt 5 daß durch Änderung dieser Mengen verschiedene

   wurde, behandelt. Die Mischung wurde getrocknet, Ergebnisse erhalten werden können. Diese Schmieg-

   1 Stunde lang bei 1200° C calciniert und das Erzeug- samkeit des neuen Verfahrens macht es möglich, in

   nis wie gemäß a) zu Kieselsäuremehl gemahlen. Der wirtschaftlichster Weise beliebige erwünschte Ergeb-

   Weißwert dieses Kieselsäuremehls betrug 99. nisse zu erzielen.

   Dieses Beispiel veranschaulicht die Verbesserung io „ . .

   des weißen Aussehens durch Anwendung des Ver- ei spie

   fahrens gemäß der Erfindung im Vergleich zu dem a) Ein Sand, welcher durch Mahlen wie nach BeiErgebnis einer einfachen Erhitzungsbehandlung. spiel 1, a) ein Kieselsäuremehl mit einem Weißwert P . . , ₀ von 71 ergab, wurde in drei getrennten Portionen ueibpiei ζ _{15 gemäß der Erfindung} behandelt. In diesem FaUe

   a) Zu einem ersten Teil einer Probe von Sand wurde 1 Teil Natriumkarbonat 100 Teilen Sand zuwurde im anteiligen Verhältnis von 1 Teil auf gesetzt und die Calcinierung bei einer Temperatur 100 Teile Sand Natriumkarbonat in Form einer Lö- von 1200° C durchgeführt. Die Zeitdauer der Erhitsung zugesetzt. Die Mischung wurde getrocknet, bei _ZUng war jedoch verschieden, nämlich sie betrug 10 1000° C 1 Stunde lang calciniert und zu Kieselsäure- 20 bzw. 30 bzw. 60 Minuten. Die Weißwerte der erhaltemehl gemahlen. Der Weißwert dieses Kieselsäure- nen Kieselsäuremehle betrugen 90 bzw. 91 bzw. 92. mehls war 84. Dieses Beispiel veranschaulicht die Wirkung verschie-

   b) Ein zweiter Teil der gleichen Sandprobe wurde dener Zeitdauer der Calcinierungsbehandlung. wie gemäß Beispiel 2, a) behandelt, jedoch unter Erhöhung der Calcinierungstemperatur auf 1200° C. 25 Beispiel 6

   Der Weißwert des durch Mahlen des Erzeugnisses Ein Sand, der beim Mahlen zu Kieselsäuremehl

   erhaltenen Kieselsäuremehls betrug 92. gemäß Beispiel 1, a) ein Mehl mit dem Weißwert 81

   Dieses Beispiel zeigt die Verbesserung des Weiß- ergab, wurde unter Zusatz von l«/o einer der in der

   wertes, die durch Steigerung der Calcinierungstempe- folgenden Tabelle aufgezählten farblosen Verbin-

   ratur erzielbar ist. 3° düngen auf 1200° C erhitzt, wobei sich die folgenden

   Beispiel 3 Weißwerte ergaben:

   a) Eine erste Probe eines Sandes von der Be- rÄf⁰^ o?

   schaffenheit, wie sie üblicherweise für die HersteUung NatriuSrbonat 92

   mahlen. Der Weißwert war 78. nyaroxya yj.

   b) Ein zweiter Teil der gleichen Sandprobe wurde Die Erfindung ist nicht auf die Durchführung der einer weiteren Reinigung des Sandes durch Anwen- Calcinierungsbehandlung in einem bestimmten Ofendung der für die Sandreinigung an sich bekannten 40 typ beschränkt. Sowohl mit Gas oder elektrisch be-Verfahren unterworfen. Diese Reinigungsbehandlung heizte Muffelofen, Drehrohrofen oder andere Drehbestand in einem Waschprozeß in einer Säuretrübe, öfen, wie sie für die Herstellung von Zement verwendie einen hohen Prozentsatz an Feststoff enthielt, und det werden, sind in gleicher Weise geeignet. Ebenso einer weiteren Reinigung des mit Wasser aus- ist die Erfindung auch nicht auf die Verwendung gewaschenen Erzeugnisses dieser Behandlung durch 45 eines bestimmten Brennmaterials für die Calcinie-Flotation. Dann wurde das endgültige Erzeugnis ge- rungsbehandlung beschränkt; sowohl feste Brennmäß Beispiel 1, a) zu Kieselsäuremehl gemahlen, stoffe, wie Öl, Gas oder Elektrizität, ebenso wie jedes dessen Weißwert 82 betrug. andere Erhitzungsverfahren, durch welches die Sand-

   c) Eine dritte Probe des Sandes wurde in der im masse auf eine oberhalb von 1000° C liegende Tem-Beispiel 1, c) beschriebenen Weise nach dem Verfall- 50 peratur erhitzt wird, können mit befriedigendem Erren gemäß der Erfindung behandelt. Der Weißwert gebnis verwendet werden.

   des Kieselsäuremehls betrug 92.

   Dieses Beispiel veranschaulicht die relative Wir- PATENTANSPRÜCHE· kungslosigkeit der normalen Sandreinigungsverfahren,

   verglichen mit dem Verfahren gemäß der Erfindung 55 1. Verfahren zur Reinigung feinverteilter mine-

   für die Herstellung eines Kieselsäuremehls von beson- ralischer Kieselsäure, dadurch gekennzeichnet,

   ders weißem Aussehen. daß man der mineralischen Kieselsäure 1 bis

   . 5 Gewichtsprozent eines farblosen Oxydes, Hy-

   a ei spiel 4 droxydes, Karbonates oder Bikarbonates eines

   Ein Sand, der nach Mahlen in einer Porzellanmühle 60 Metalls der Gruppe I oder Π des Periodischen in der im Beispiel 1, a) beschriebenen Weise ein Systems zusetzt und das Gemisch auf eine Tem-Kieselsäuremehl mit einem Weißwert von 82 ergab, peratur zwischen 1000 und 1700° C für eine Zeitwurde in zwei Anteilen nach dem Verfahren gemäß dauer von 10 Minuten bis zu einer Stunde erhitzt, der Erfindung behandelt. Der ersten Portion wurde 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge-1 Teil Natriumkarbonat auf 200 Teile Sand und der 65 kennzeichnet, daß das Kieselsäuremineral vor zweiten Portion 1 Teil Natriumkarbonat auf 100 Teile oder nach seiner Erhitzung zusammen mit der Sand zugesetzt. Die Calcinierungsdauer betrug in farblosen Verbindung durch Vorrichtungen, die beiden Fällen 10 Minuten bei einer Temperatur von eisenfrei mahlen, auf eine solche Teilchengröße

   zerkleinert wird, daß 100% des Mahlgutes ein Sieb mit einer Maschenweite von 1,24 mm passieren.

   3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinzerkleinerung des Kieselsäuremehls in einer mit Quarzgut ausgekleideten Mühle durch Mahlkörper aus Quarzgut erfolgt.

   4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die farblose Verbindung in

   Form einer Lösung dem Kieselsäuremineral oder Kieselsäuremehl zugemischt wird.

   5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die farblose Verbindung in feinverteiltem Zustand mit dem angefeuchteten Kieselsäuremehl oder Kieselsäuremineral gemischt wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Sprechsaal, 66 (1933), S. 215 bis 218.

   © 109 750/504 12.61