DE1176104B - Process for the production of pure, finely divided silica - Google Patents
Process for the production of pure, finely divided silicaInfo
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Description
Verfahren zur Herstellung von reiner, feinteiliger Kieselsäure Die der Erfindung zugrunde liegende technische Aufgabe besteht darin, unmittelbar aus kieselsäurehaltigen Stoffen, wie z. B. Sand, eine Mikrokieselsäure herzustellen, die sich auf Grund ihrer Eigenschaften als Verstärkungsmittel für Kautschuk, d. h. als Mittel zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit von Kautschuk, eignet. Kieselsäure hat bekanntlich je nach dem Verfahren ihrer Herstellung sehr unterschiedliche Teilchengrößen und Eigenschaften, die im einzelnen von der Gitterstruktur und dem Hydratationsgrad des Si02 abhängen.Process for the production of pure, finely divided silica Die the technical problem underlying the invention is to directly from Silicic acid-containing substances, such as B. sand to produce a micro-silica, which due to their properties as a reinforcing agent for rubber, d. H. as an agent for improving the mechanical strength of rubber. Silica is known to have very different properties depending on the method of its manufacture Particle sizes and properties that depend in detail on the lattice structure and the Degree of hydration of Si02 depend.
Um eine Kieselsäure zu erzeugen, die als Verstärkungsmittel für Kautschuk geeignet ist, mußte bisher unter ganz besonderen, genau einzuhaltenden Bedingungen gearbeitet werden. Die Feinheit allein ist für eine solche Mikrokieselsäure noch nicht ausschlaggebend. Es hat sich vielmehr herausgestellt, daß mehrere Bedingungen gleichzeitig erfüllt sein müssen, insbesondere sehr geringes Schüttgewicht, geringe spezifische Oberfläche und ein bestimmter Hydratationsgrad. Trotzdem sind aber bisher weder in qualitativer noch in quantitativer Hinsicht sämtliche Voraussetzungen bekannt, die eine als Verstärkungsmittel für Kautschuk geeignete Kieselsäure von anderer feinteiliger Kieselsäure unterscheiden.To produce a silica used as a reinforcing agent for rubber is suitable, had previously had to be observed under very special conditions to be worked. The fineness alone is still important for such a micro-silica not decisive. Rather, it has been found that several conditions must be met at the same time, especially very low bulk weight, low specific surface and a certain degree of hydration. Nevertheless, so far neither in qualitative nor in quantitative terms all prerequisites known, the one suitable as a reinforcing agent for rubber silicic acid from the other differentiate between finely divided silica.
Es ist bekannt, daß beim heißen Aufschluß von Sand mit Kieselfluorwasserstoffsäure durch Destillation Siliciumtetrafluorid und Wasser gebildet wird und daß man durch Einwirkung des Wassers auf das Siliciumtetrafluorid anschließend Kieselsäure (Si02) in verhältnismäßig reiner Form erhalten kann: 2 HZSiFs -@- Si02 = 3 SiF4 -, 2H20 Die auf diese Weise hergestellte Kieselsäure hat jedoch eine solche physikalische Form, daß sie zwar für verschiedene Zwecke als Füllstoff verwendet werden kann, sich aber nicht als Verstärkungsmittel für Kautschuk eignet.It is known that when hot pulping of sand with silicofluoric acid silicon tetrafluoride and water are formed by distillation and that one through Action of the water on the silicon tetrafluoride followed by silica (Si02) Can be obtained in relatively pure form: 2 HZSiFs - @ - Si02 = 3 SiF4 -, 2H20 However, the silica produced in this way has such a physical one Form that although it can be used as a filler for various purposes, but is not suitable as a reinforcing agent for rubber.
Man hat versucht, die Feinheit der Kieselsäure durch Änderung des Wassergehalts der übergehenden Destillationsgase zu beeinflussen. Hierzu wurde das aus Siliciumtetrafluorid und Wasserdampf bestehende Gemisch mit den in der Technik üblichen Mitteln, wie Schwefelsäure, Phosphorsäure oder konzentrierter CaC12-Lösung, bei Temperaturen über 104°C getrocknet. Um bereits ein Übergehen von Wasserdampf aus dem Aufschluß zu verhindern, konnte auch bereits dem Reaktionsgemisch konzentrierte Schwefelsäure zugesetzt werden.Attempts have been made to increase the fineness of the silica by changing the To influence the water content of the distillation gases passing over. For this purpose the Mixture consisting of silicon tetrafluoride and water vapor with those in the art common agents such as sulfuric acid, phosphoric acid or concentrated CaC12 solution, dried at temperatures above 104 ° C. To already see a transfer of water vapor To prevent digestion, the reaction mixture could already be concentrated Sulfuric acid can be added.
Nach einem anderen bekannten Verfahren soll die Hydrolyse des Siliciumtetrafluorids nur mit wenig Wasser vorgenommen werden, um die Qualität der Kieselsäure zu verbessern. Auf diese Bedingungen der Hydrolyse kommt es hierbei nicht an. Sie kann mit Wasserdampf, einer wäßrigen Lösung von Kieselfluorwasserstoffsäure oder durch Einsprühen von Wasser in das Gemisch der Destillationsgase erfolgen. Mit diesem Verfahren wird ein feinteilige Kieselsäure erzeugt, die sich vermahlen läßt und sich dann als Füllstoff für Kautschuk eignet. Sie ermöglicht zwar die Herstellung besonders leichter Kautschukgegenstände, ist aber als Füllstoff inert, d. h., sie wirkt nicht als Verstärkungsmittel, und ihr Zusatz ist ohne Einfluß auf die mechanischen Eigenschaften des Kautschuks.According to another known process, the hydrolysis of the silicon tetrafluoride is said to be carried out only be done with a little water in order to improve the quality of the silica. These hydrolysis conditions are not important here. You can use steam, an aqueous solution of silicofluoric acid or by spraying in Water can be added to the mixture of the distillation gases. With this procedure will a finely divided silica is produced which can be ground and then used as a filler suitable for rubber. Although it enables the production of particularly light rubber objects, but is inert as a filler, d. i.e., it does not act as a reinforcing agent, and their addition has no effect on the mechanical properties of the rubber.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es hingegen, ohne andere Hilfsmittel oder zusätzliche Verfahrensschritte, lediglich durch Einhaltung bestimmter Konzentrations- undTemperaturbedingungen eine besonders feinteilige Kieselsäure herzustellen, die sich ausgezeichnet als Verstärkungsmittel für Kautschuk und für ähnliche Zwecke eignet. Das Verfahren kann außerdem ohne Schwierigkeiten kontinuierlich durchgeführt werden.With the method according to the invention, however, it succeeds without others Aids or additional procedural steps, simply by adhering to certain Concentration and temperature conditions a particularly finely divided silica manufacture, which is excellent as a reinforcing agent for rubber and for suitable for similar purposes. The process can also be carried out continuously without difficulty be performed.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von reiner, feinteiliger, insbesondere zur Verstärkung von Kautschuk geeigneter Kieselsäure aus kieselsäurehaltigen Stoffen durch Erhitzen mit wäßrigen Lösungen von Kieselfluorwasserstoffsäure, Hydrolyse des entstandenen Siliciumtetrafluorids in wäßrigen Lösungen von Kieselfluorwasserstoffsäure, Abtrennung der ausgefällten Kieselsäure und Kreislaufführung der wäßrigen Kieselfluorwasserstoffsäurelösung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die kieselsäurehaltigen Stoffe mit einer siedenden, etwa 37°,(oigen wäßrigen Kieselfluorwasserstoffsäure gelöst werden. daß das hierbei erhaltene Siliciumtetrafluorid in der Kieselfluorwasserstofflösung bei etwa 60-C hydrolysiert wird und daß die Konzentration der im Kreislauf geführten Kieselfluorwasserstoffsäure konstant gehalten wird.The invention relates to a process for the production of pure, finely divided silica, particularly suitable for reinforcing rubber from silicic acid-containing substances by heating with aqueous solutions of silicofluoric acid, Hydrolysis of the silicon tetrafluoride formed in aqueous solutions of silicofluoric acid, separation the precipitated silica and circulation of the aqueous silicofluoric acid solution, which is characterized in that the silicic acid-containing substances with a boiling, about 37 °, (oigen aqueous silicofluoric acid can be dissolved silicon tetrafluoride obtained in the silicofluoride solution at about 60-C is hydrolyzed and that the concentration of the circulated hydrofluoric acid is kept constant.
Unter kieselsäurehaltigen Stoffen, die für dieses Verfahren eingesetzt werden, werden insbesondere die üblichen Kieselsäuren verstanden, deren Si02-Gehalt je nach dem Fundort zwischen 87 und 99,70/, beträgt. Für das Verfahren wird die Kieselsäure auf eine genügende Feinheit zerkleinert, und zwar vorzuasweise so weit, daß sie durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,15 bis 0,06 mm geht.Silica-containing substances that are used for this process are understood to mean, in particular, the usual silicas, the SiO2 content of which is between 87 and 99.70 /, depending on where they were found. For the process, the silica is comminuted to a sufficient fineness, preferably so far that it passes through a sieve with a mesh size of 0.15 to 0.06 mm.
Die wäßrige Lösung der für den Aufschluß und die Hydrolyse verwendeten Kieselfluorwasserstoffsäure enthält vorteilhaft eine solche Kieselsäuremenge in Lösung, daß die wäßrige Lösung der Kieselfluorwasserstoffsäure bei der für die Durchführung der Hydrolyse des Siliciumfluorids gewählten Temperatur an Kieselsäure gesättigt ist.The aqueous solution of those used for digestion and hydrolysis Hydrofluoric acid advantageously contains such an amount of silicic acid Solution that the aqueous solution of hydrofluoric acid in the case of implementation the temperature selected for hydrolysis of silicon fluoride is saturated with silica is.
Diese Lösung von Kieselfluorwasserstoffsäure und Kieselsäure wird in einem ersten Behälter mit der aufzuschließenden gewöhnlichen Kieselsäure gemischt, beispielsweise in einer Menge von 10 bis 50 Gewichtsteilen gewöhnlicher Kieselsäure auf 730 Gewichtsteile der Kieselfluorwasserstoffsäure und vorzugsweise bei einer Temperatur in der Nähe des Siedepunktes. Es wird so gearbeitet, daß die gewöhnliche Kieselsäure in der gewünschten Menge aufgeschlossen wird, beispielsweise bis zu praktisch quantitativerZersetzung. Durch die Aufschlußreaktion bildet sich eine Mischung von Siliciumfluorid und Wasser.This solution of hydrofluoric acid and silica is made mixed in a first container with the ordinary silica to be digested, for example in an amount of 10 to 50 parts by weight of ordinary silica to 730 parts by weight of the hydrofluoric acid and preferably at one Temperature near the boiling point. It is worked in such a way that the usual Silicic acid is digested in the desired amount, for example up to practically quantitative decomposition. The digestion reaction forms a Mixture of silicon fluoride and water.
Unter diesen Bedingungen wird der größte Teil des Reaktionswassers durch die Lösung von Kieselfluorwasserstoffsäure und Kieselsäure zurückgehalten, während das gebildete Siliciumfluorid in Dampfform frei wird. Dieses Siliciumfluorid wird in einem zweiten Behälter aufgefangen, der gleichfalls eine geeignete Menge der wäßrigen Lösung von Kieselfluorwasserstoffsäure und Kieselsäure enthält. Diese Lösung wird bei etwa 60°C gehalten und vorzugsweise gerührt, so daß das aus dem ersten Behälter kommende Siliciumfluorid durch die Einwirkung des Wassers, das in der wäßrigen Lösung der Kieselfluorwasserstoffsäure und Kieselsäure enthalten ist, zu Kieselfluorwasserstoffsäure und feiner Kieselsäure hydrolysiert wird. Die letztere schlägt sich vollständig nieder, wenn nach der bevorzugten Arbeitsweise die wäßrige Lösung von Kieselfluorwasserstoffsäure bei der Hydrolysetemperatur an Kieselsäure gesättigt ist. Die ausgefällte Kieselsäure läßt sich leicht von der Lösung abtrennen, beispielsweise durch Filtration mit anschließender Wäsche. Die aus den Waschwässern zurückgewonnene Kieselfluorwasserstoffsäure kann in den Kreislauf zurückgeführt werden. Es ist auch möglich, die Kieselsäure zu zentrifugieren und dann direkt bei geeigneter Temperatur, beispielsweise zwischen 100 und 300#C, zu trocknen, so daß die anhaftende Kieselfluorwasserstoffsäure in Form von SiF4 entfernt wird und anschließend in den Kreislauf zurückgeführt werden kann.Under these conditions, most of the reaction water becomes retained by the solution of hydrofluoric acid and silicic acid, while the silicon fluoride formed is released in vapor form. This silicon fluoride is collected in a second container, which is also an appropriate amount the aqueous solution of hydrofluoric acid and silicic acid. These Solution is kept at about 60 ° C and preferably stirred so that the from the first container coming silicon fluoride by the action of the water that in the aqueous solution of hydrofluoric acid and silicic acid is contained, hydrolyzed to hydrofluoric acid and fine silica. The latter precipitates completely if, according to the preferred procedure, the aqueous Solution of silicofluoric acid at the hydrolysis temperature on silicic acid is saturated. The precipitated silica can easily be separated from the solution, for example by filtration with subsequent washing. The ones from the wash waters recovered hydrofluoric acid can be recycled will. It is also possible to centrifuge the silica and then directly to it suitable temperature, for example between 100 and 300 # C, to dry, so that the adhering silicofluoric acid is removed in the form of SiF4 and then can be returned to the cycle.
Durch die Arbeitsweise gemäß der Erfindung ist es möglich, direkt ohne zusätzliche Behandlung eine ultrafeine Kieselsäure herzustellen, die als wirksames Verstärkungsmittel für Kautschuk und für analoge Zwecke verwendet werden kann. Außerdem kann praktisch jeder Verlust an Fluor in Form von Fluorwasserstoffsäure vermieden werden. Schließlich ist es möglich, das Verfahren kontinuierlich auf die nachstehend beschriebene Weise durchzuführen. Insgesamt wird mit dem neuen Verfahren aus dem Siliciumdioxyd der kieselsäurehaltigen Stoffe eine aktive Kieselsäure (Si02 - Ay) erzeugt, in der Wasser in gebundener Form vorliegt. Im Gegensatz zu dem nach der eingangs genannten Gleichung zu erwartenden Ergebnis muß dem Verfahren insgesamt etwas Wasser zugeführt werden, um die Konzentration der Kieselfluorwasserstoffsäurelösung auf dem gewünschten Wert von etwa 37 Gewichtsprozent HZSiFs zu halten, denn es ist in der Praxis kaum möglich, die gebildete aktive Kieselsäure als ein völlig wasserfreies Produkt abzuziehen. Am einfachsten wird die nötige Wassermenge mit der Feuchtigkeit der kieselsäurehaltigen Stoffe in das Verfahren eingebracht.By working according to the invention it is possible to directly to produce an ultra-fine silica without additional treatment, which is considered to be effective Reinforcing agent for rubber and can be used for analog purposes. aside from that virtually any loss of fluorine in the form of hydrofluoric acid can be avoided will. Finally, it is possible to carry out the process continuously on the following described manner. Overall, with the new process, the Silicon dioxide of the silicic acid-containing substances an active silicic acid (Si02 - Ay) produced, in which water is present in bound form. In contrast to the one after the The result to be expected from the equation mentioned at the outset must apply to the process as a whole some water can be added to increase the concentration of the hydrofluoric acid solution to keep HZSiFs at the desired level of about 37 weight percent because it is In practice it is hardly possible for the formed active silica to be completely anhydrous Peel off product. The easiest way to get the necessary amount of water is with the moisture of the silicic acid-containing substances introduced into the process.
Der Aufschluß der Kieselsäure erfolgt in einem ersten Behälter. Das
gebildete Siliciumfluorid wird kontinuierlich abdestilliert und in einen zweiten
Behälter geleitet, wo es hydrolysiert wird. Die zum Aufschluß der gewöhnlichen Kieselsäure
verwendete wäßrige Lösung von Kieselfluorwasserstoffsäure und Kieselsäure wird kontinuierlich
in den Hydrolysenbehälter geleitet. Dann wird die Lösung in einem ständigen Kreislauf
vom zweiten Behälter in den ersten zurückgeführt usw.. so daß die Konzentration
der Lösung von Kieselfluorwasserstoffsäure und Kieselsäure im Verfahren ständig
bei einem praktisch konstanten Wert bleibt. Beispiel 1 In einen ersten Behälter
werden 13 Gewichtsteile eines 99,7 ",f, SiO2 enthaltenden Sandes, der durch ein
Sieb einer Maschenweite von 74 ü geht, und 730 Gewichtsteile einer wäßrigen Lösung
von Kieselfluorwasserstoffsäure und Kieselsäure folgender Zusammensetzung geleitet:
Im zweiten Behälter wurden 14,5 Teile Kieselsäure erhalten, die nach
Zentrifugieren, Waschen und Trocknen folgende Kennzahlen aufwies: Si02-Gehalt .......
87,8 Gewichtsprozent H20-Gehalt ....... 12,0 Gewichtsprozent Scheinbare Dichte 50
g%1 Spezifische Oberfläche . . . . . . . . . . 250 m=/g
Die restlichen
Lösungen im ersten Behälter (A) und im zweiten Behälter (B) hatten folgende Zusammensetzung
(in Gewichtsprozent):
Die zurückgebliebenen Lösungen im ersten Behälter (A) und zweiten
Behälter (B) hatten folgende Zusammensetzung (in Gewichtsprozent)
Die erhaltene Mikrokieselsäure wurde zur Verstärkung von Smoked-Sheet-Kautschuk verwendet. Bei einer Zumischung von 55 Gewichtsteilen Kieselsäure pro 100 Teile Kautschuk wurden beispielsweise nach einer Vulkanisationszeit von 15 Minuten bei 143'C in Gegenwart der üblichen Zusatzstoffe folgende Eigenschaften festgestellt: a300 . «.,**,.,** . . . . . . . . . . . . . 122 kg/cm2 Shore-Härte . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 Einreißfestigkeit . . . . . . . . . . . . . 92 kg/cm Reißfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . . 240 kg/cm2 Bruchdehnung ............... 560°/aThe obtained micro silicic acid was used to reinforce smoked sheet rubber used. With an admixture of 55 parts by weight of silica per 100 parts Rubber were, for example, after a vulcanization time of 15 minutes 143'C in the presence of the usual additives, the following properties were found: a300. «., **,., **. . . . . . . . . . . . . 122 kg / cm2 Shore hardness. . . . . . . . . . . . . . . . . 78 Tear resistance. . . . . . . . . . . . . 92 kg / cm tear strength . . . . . . . . . . . . . . . 240 kg / cm2 elongation at break ............... 560 ° / a
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1176104X | 1959-11-03 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Family
ID=9659564
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country | Link |
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR630951A (en) * | 1926-03-18 | 1927-12-12 | Manufacturing process of active silicic acid | |
DE739486C (en) * | 1937-10-06 | 1943-10-14 | Solvay Werke Ag Zweigniederlas | Process for the production of very finely divided silica |
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1960
- 1960-11-02 DE DEN19126A patent/DE1176104B/en active Pending
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