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Verfahren zur Herstellung von alkahreichen, lagerfähigen Natriumsilicaten
Für eine Reihe technischer Anwendungsgebiete, wie insbesondere die sogenannte Industriereinigung,
sind Alkalisilicate erwünscht, die einen verhältnismäßig hohen Alkalianteil besitzen,
ohne daß freies Ätznatron vorhanden ist. Unter alkalireichen Natriumsilicaten sollen
solche Produkte verstanden werden, die mehr Alkali enthalten, als dem Molverhältnis
Si02 zu Naz0 wie 1 : 1 entspricht. Diese Produkte sollen weiterhin eine gute Wasserlöslichkeit
besitzen und als schüttige, nicht staubende, trockene Pulver herstellbar sein, die
beim Lagern nicht zusammenbacken. Die bisher bekannten Produkte vereinigen diese
Eigenschaften nur jeweils zu einem gewissen Teil. Es wurden schon als alkalireiche
Silicate die wasserlöslichen Orthosilicate und Sesquisilicate eingesetzt. Diese
sind jedoch in erheblichem Maße hygroskopisch und neigen leicht zum Zusammenbacken
bei längerem Lagern. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß sich bei der technischen
Zerkleinerung, wie Mahlen, erhebliche Schwierigkeiten ergeben oder umständliche
Kristallisationsprozesse erforderlich sind.
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Es wurde nun gefunden, daß man zu alkalireichen, lagerfähigen Natriumsilicaten,
welche die eingangs erwähnten Eigenschaften besitzen, gelangt, wenn man sich der
nachstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Herstellungsweise bedient. Diese besteht
darin, daß man aus handelsüblicher Wasserglaslösung mit einem Festgehalt von 30
bis 56 °/o Natronlauge eine Mischung herstellt, deren Molverhältnis Si02 zu Na,
0 0,65 bis 0,85: 1 beträgt, die Mischung kurzzeitig, etwa 5 bis 30 Minuten, auf
100 bis 120°C erhitzt sowie anschließend unter Erhöhung der Temperatur auf 120 bis
180°C den Wassergehalt der Reaktionsmischung auf 10 bis 20 Gewichtsprozent herabsetzt
und gegebenenfalls das anfallende Produkt nach dem Abkühlen in an sich bekannter
Weise zerkleinert.
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Wie bereits eingangs erwähnt, soll unter handelsüblicher Wasserglaslösung
eine Lösung verstanden werden, deren Molverhältnis Si02 zu Na20 2 bis 3,5 : 1, vorzugsweise
2 bis 2,2: 1, beträgt. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, Wasserglaslösungen zu
verwenden, deren Festsubstanz 33 bis 56 °/o, vorzugsweise 50 bis 55 °/o, beträgt.
Die Konzentration der Natronlauge liegt zweckmäßigerweise oberhalb 30 °/o, vorzugsweise
findet etwa 50°/oige Natronlauge Anwendung.
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Die beiden Komponenten Wasserglas und Natronlauge können in beliebiger
Weise miteinander vermischt werden. Meistens wird man so verfahren, daß man die
auf 30 bis 40°C vorgewärmte Wasserglaslösung vorlegt und unter Rühren die Natronlauge
hinzugibt, bis das oben angegebene Molverhältnis von Si 02 zu Na. 0 in der
Mischung erreicht ist. Die Mischung wird dann etwa 5 bis 30 Minuten auf 100 bis
120°C erhitzt. Erst dann erfolgt die eigentliche Herabsetzung des Wassergehaltes
mit Hilfe einer geeigneten Eindampfapparatur, wie beispielsweise einer heizbaren
Paddelschnecke, unter Erhöhung der Temperatur auf 150 bis 180°C. Es ist zweckmäßig,
dabei für eine ständige intensive Durchmischung zu sorgen.
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Bei Verwendung einer Paddelschnecke fällt das Produkt sofort pulverförmig
an und kann direkt seinem Verwendungszweck zugeführt werden.
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Die Herstellung der alkalireichen, lagerfähigen Natriumsilicate gemäß
der.Erfindung erfolgt zweckmäßigerweise in einem kontinuierlichen Verfahren. Dies
kann in der Weise erfolgen, daß man kontinuierlich in einen Mischbehälter entsprechende
Mengen vorgewärmte Wasserglaslösung und Natronlauge zufließen läßt. Vermittels eines
Überläufers wird die Mischung abgezogen und durch beheizte Röhren geführt. Dort
wird sie auf 100 bis 120°C erwärmt. Das Reaktionsgemisch gelangt dann in eine heizbare
Paddelschnecke und fällt am Ende derselben als pulverförmiges Produkt an. Die so
erhaltenen Produkte besitzen eine ausgezeichnete Löslichkeit und Lagerfähigkeit
und entsprechen somit den eingangs erwähnten, technisch erwünschten Anforderungen.
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Die Herstellung von solchen nicht im eigenen Kristallwasser schmelzenden
Alkalisilicaten, deren Molverhältnis Si02 zu Na20 0,44 bis 0,61 : 1 beträgt, ist
bereits vorbeschrieben. Bei diesem Verfahren werden Mischungen aus Natronlauge und
Alkalisilicat zunächst erwärmt, und nach Abkühlen des Gemisches kristallisiert das
Alkalisilicat aus und wird von der Mutterlauge getrennt.
Ganz abgesehen
von der anderen Zusammensetzung der Produkte, wird bei diesem Verfahren in anderer,
relativ umständlicherer Weise gearbeitet. Die Produkte zeigen, wie Vergleichsversuche
ergeben haben, eine erhebliche Staubentwicklung, und die Aufnahme von Feuchtigkeit,
die zwar im Vergleich zu früher bekannten Produkten relativ gering war, ist dennoch
erheblich größer als bei den Produkten, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
erhalten werden.
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Dies läßt sich dadurch demonstrieren, daß man beispielsweise in dünner
Schicht und bei gleicher Korngröße zwei Proben in einen Exsikkator, der im unteren
Teil mit Wässer gefüllt ist, bringt. Es wurde gefunden, daß das Produkt nach dem
bekannten Verfahren in 20 Stunden über 16 g Wasser pro 100 g Substanz aufgenommen
hatte, während die Gewichtszunahme bei dem Produkt nach dem vorliegenden Verfahren
nur etwa 4 g betrug.
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Ferner ist es auch bekannt, wasserfreies Metasilicat durch Erhitzen
von mit Metasilicat übersättigten Lösungen auf Temperaturen oberhalb 72°C zur Ausfällung
zu bringen und aus der Lösung abzutrennen.
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Eine Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, das überschüssige
Wasser durch Zusatz von alkalischen Substanzen, wie beispielsweise Soda oder Natriumhydroxyd,
zu binden und eine kristallisierte Mischung von Metasilicat und dem alkalischen
Zusatz herzustellen.
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So erhält man im Rahmen dieser Arbeitsweise auch eine kristallisierte
Mischung von Natriumhydroxydmonohydrat und wasserfreiem Alkalimetasilicat, wenn
man entsprechende Mengen handelsübliches Alkalisilicat, Natriumhydroxyd und Wasser
unter Erwärmen vermischt, wobei jedoch merkliche Wassermengen nicht entweichen dürfen.
Diese unter anderen Bedingungen hergestellten Mischprodukte sind somit ebenfalls
mit den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Produkten nicht identisch
und besitzen nicht deren Eigenschaften.
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Nach einer anderen bekannten Arbeitsweise hat man weiterhin zunächst
ein Metasilicat mit 5 Mol H20 hergestellt. Dieses wird dann in einer weiteren Verfahrensstufe
durch Zugabe von Natronlauge in eine Verbindung der Formel Na3HSi04 - 5H20 übergeführt.
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Auch diese Verfahrensweise weicht erheblich von dem beanspruchten
Verfahren ab. Das dabei anfallende Produkt enthält einen erheblich höheren Wassergehalt
und bereitet, wie die Praxis gezeigt hat, bei der technischen Zerkleinerung Schwierigkeiten.
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Schließlich ist auch ein Verfahren bekannt, bei dem 2501 Natronlauge
(38 bis 39° Bi) und 3001 Alkalisilicat (39 bis 40° B6) gemischt und dann auf 3001
eingedampft und nach Hinzufügung von Impfkristallen in ein festes Produkt übergeführt
werden. Auch hier handelt es sich um ein andersartiges Verfahren, bei dem Produkte
erhalten werden, die im eigenen Kristallwasser schmelzen. Dies führt beispielsweise
bei Zerkleinerung der Produkte zu Schwierigkeiten infolge eines plötzlichen Schmelzens
bzw. einer Wiederkristallisation.
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Es war daher nicht ohne weiteres zu erwarten, daß man bei Produkten
einer Zusammensetzung, wie sie Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, und unter
Anwendung der beanspruchten Maßnahmen zu alkalireichen, lagerfähigen Natriumsilicaten
gelangt, deren Eigenschaften denen der bekannten Produkte erheblich überlegen sind.
Beispiel 30 kg Wasserglaslösung mit einer Festsubstanz von 54,5°/o und einem Gewichtsverhältnis
Si 0, zu Na, 0 = 2,0: 1 werden in einem heizbaren Rührwerksbehälter auf 30
bis 40°C vorgewärmt und mit 25 kg 50°/oiger Natronlauge versetzt.
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Die Mischung wird unter kräftigem Umrühren im Verlaufe von 15 Minuten
auf 110°C erhitzt und sodann in eine heizbare Paddelschnecke abgelassen. Das Produkt
wird in der Paddelschnecke unter ständiger intensiver Durchmischung auf 170°C erhitzt.
Am Austragende der Paddelschnecke fällt das Produkt als schüttiges, trockenes Pulver
an, welches auch bei längerem Lagern nicht zusammenbackt.