DE1467063A1 - Selectively absorbable SiO2-containing material and process for its production - Google Patents
Selectively absorbable SiO2-containing material and process for its productionInfo
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Description
Selektiv absorptionsfähiges SiO2-haltiges Material und Verfahren zu seiner Herstellung Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind neue SiO2-haltige Stoffe in Partikelform, die sowohl chemisch wie physikalisch besonders charakteristisch sind und besondere Bigenschaften aufweisen, insbesondere aber eine ausserordentlich hohe chemische Reaktionsfähigkeit und ein einzigartiges selektives Absorptionsvermögen fur Stoffe gewisser MolekulargröBe besitzen. Gegenstand der Erfindung ist ausserdem ein Verfahren zur Herstellung dieser Stoffe.Selectively absorbent SiO2-containing material and process its production The present invention relates to new SiO2-containing Substances in particle form that are particularly characteristic both chemically and physically and have special characteristics, but especially an extraordinary one high chemical reactivity and a unique selective absorption capacity for substances of a certain molecular size. The subject of the invention is also a process for the manufacture of these substances.
Fein verteilte SiQ2-haltige Materialien der verschiedensten Art sind bereits bekannt. Einige von ihnen haben in bedeutendem Umfang Verwendung als anorganische Füllmittel, Tragmittel, Streckmittel oder Pigmente gefunden : (1) natürliche, kristalline Silikate oder Tone, wie z. B. Finely distributed SiQ2-containing materials of the most varied types are already known. Some of them have significant uses as inorganic ones Fillers, suspension agents, extenders or pigments found: (1) natural, crystalline Silicates or clays, such as. B.
Kaolin ; (2) fein pulverisierter Quarz, der als kristalliner siliziumhaltiger Stoff von geringer chemischer Reaktionsfähigkeitaus SiO,-Tetraedern besteht, die spiralförmig zu hexagonalen Prismen vernetzt sind ; (3) ausgefällte Kieselsäure Verbindungen oder hydratisierte Silika mit SiO4-Tetraedern und OH-Gruppen, die wirr zu winzigen sphärischen mikrokristallinen amorphen Massen gebunden sind, die gerne zusammenbacken ; (4) pyrogene oder verdampfte Silika, die abgesondertex wasserfreie, sphärische kolloidale Massen darstellen und haupts--ichlich aus Siloxanw O-Si)-Gruppen bestehen ; und schliesslich (5) sehr fein verteilte niedergeschlagene Natrium-Aluminiu. msilikate, wie sie z. Bo im US.-Patent Nr. 2.739.073 beschrieben sind. Kaolin; (2) finely powdered quartz, which is considered to be crystalline silicon-containing Substance of low chemical reactivity consists of SiO, tetrahedra which are linked spirally to form hexagonal prisms; (3) precipitated silica Compounds or hydrated silica with SiO4 tetrahedra and OH groups that are confused are bound to tiny spherical microcrystalline amorphous masses that like caking; (4) fumed or vaporized silica that secretedex represent anhydrous, spherical colloidal masses and mainly made of siloxan O-Si) groups exist; and finally (5) very finely divided downed Sodium-aluminum. msilicates, as they are e.g. Bo in U.S. Patent No. 2,739,073 are.
Es ist seit langem bekannt, daß mehr oder weniger verunreinigte siliziumhaltige Stoffe als Rückstände in Reaktionsschlämmen erhalten werden, wenn partikelformige, wasserhaltige Aluminiumsilikate, wie Kaolin oder ähnliche Tone, sei es ira wässrigen Zustande oder nach erfolgter Calcination, in wässrigem Medium, zwecks Extraktion des Aluminiums aus den Silikaten, mit starken Mineralsäuren in Reaktion gebracht werden, wie die@ z.B. bei der Aluminiumgewinnung der Fall ist, wo Ton mit Schwefelsäure wird reagieren gelassen. It has long been known that more or less contaminated silicon-containing Substances are obtained as residues in reaction sludge if particulate, water-containing aluminum silicates, such as kaolin or similar clays, whether they are aqueous States or after calcination, in an aqueous medium, for the purpose of extraction of aluminum from the silicates, brought into reaction with strong mineral acids like the @ e.g. is the case in aluminum extraction, where clay is mixed with sulfuric acid is allowed to react.
Obwohl schon versehiedene, sowohl herstellende wie verarbeitende Vorschläge gemacht wurden mit dem Ziele diese Bückstaände so zu gewinnen, daß sie wirtschaftlich verwertbar sind, wird dieses siliziumhaltige Material, die sog. Silika-Riickstande, ganz allgemein von den Reaktionsschlämmen abgetrennt und-mangels wirtschaftlicher Verwertbarkeit-verworfen. Wie jedoch im US*-Patent Mr. 2.848.346 offenbart ist, kann eine aus Kaolin gewonnene und noch Silikarückstände aufweisende Aluminiumlösung noch wirtschaftlich verwertet werden, wenn man sie mit Natriumsilikat reagieren lässt und so ein ausgefälltes Natrium-Aluminium-Silikat-Pigment mit erhöhtem SiO2-Gehalt herstellt.Although already different, both manufacturing and processing proposals were made with the aim of winning these backlogs in such a way that they would be economical are usable, this silicon-containing material, the so-called silica residue, quite generally separated from the reaction sludge and - for lack of it - more economical Recyclability-discarded. However, as disclosed in US * Patent Mr. 2,848,346, can be an aluminum solution obtained from kaolin and still containing silica residues can still be used economically if you react them with sodium silicate leaves and so a precipitated sodium aluminum silicate pigment with increased SiO2 content manufactures.
GemäB der vorliegdenden Erfindung wurde nun gefunden, daß sich ausserordentlich reaktionsfähige und sorptive Silikamaterialien in einer Partikelform herstellen lassen, wobei die Partikel, im Gegensatz zu bekannten siliziumhaltigen Stoffen, ganz ausgesprochen parakristallin sind und eine deutlich hexagonale, phylloidale oder oblattenähnliche Struktur besitzen. Unter anderem zeichnen sich diese Partikel durch ein sehr großes Breite : Dicke-Verhältnis, also dadurch aus, daß sie sehr dünn sind, und durch eine ausserordentlich große Porositätsowie durch eine einmalige chemische Reaktionsfähigkeit und selektiver Sorptionskraft aus. Zusammensetzung, Gestalt und Eigenschaften machen diese neuen Stoffe sehr wertvoll und für viele Zwecke geeignet. According to the present invention it has now been found that extraordinary Manufacture reactive and sorptive silica materials in a particle form let the particles, in contrast to known silicon-containing substances, are quite distinctly paracrystalline and a distinctly hexagonal, phylloidal one or have a wafer-like structure. Among other things, these particles stand out by a very large width: thickness ratio, i.e. by the fact that they are very are thin, and by an extraordinarily large porosity as well as by a unique chemical reactivity and selective sorption power. Composition, Shape and properties make these new fabrics very valuable and for many Purposes.
Die erfindungsgemäßen Silika-Materialien bestehen, wie die Analyse zeigt, im wesentlichen aus Silika und gebundenem Wasser sowie kleinen Beimengungen anderer Mineraloxyde. Sie enthalten mindestens 75%, vorzugsweise 83 und mehr % (Gew.) SiOp, mindestens 5 % gebundenes oder verbundenes H20 und weniger als 15%, vorzugsweise weniger als 10% andere Oxyde. The silica materials according to the invention exist as the analysis shows, essentially of silica and bound water as well as small additions other mineral oxides. They contain at least 75%, preferably 83 and more% (wt.) SiOp, at least 5% bound or linked H20 and less than 15%, preferably less than 10% other oxides.
Strukturell, sind die Si-, Sauerstoff- und Wasserstoff-Atome in laminarer Anordnung untereinander vernetzt, wodurch die einzelnen Partukel ihre ausgesprochen hexagonale, phalloidale Gestalt bekommen, und ausserdem eine sehr große Oberfläche, die größtenteils porös ist. An den Oberflächen bilden sich reaktionsfähige Silanol-Gruppen (SiOH) mit einer Konzentration von mehr als 2o Mikromol je Quadratmeter der platten Partikelfläche. Structurally, the Si, oxygen, and hydrogen atoms are in laminar Arrangement networked with each other, whereby the individual particles expressed their own get a hexagonal, phalloidal shape, and also a very large surface, which is largely porous. Reactive silanol groups form on the surfaces (SiOH) with a concentration of more than 20 micromoles per square meter of the panels Particle area.
Die Partikel des neuen Materials besitzen ganz verschiedene Sichtdimensionen in einem MeBbereich von ca. o, 1 bis ca. 5 Mikron. The particles of the new material have very different viewing dimensions in a measuring range of approx. 0.1 to approx. 5 microns.
Die vorherrschende Partikelbreite liegt im allgemeinen zwischen o, 5 und 2 Mikron. Die Dicke der Partikel ist weit geringer, und beträgt durchschnittlich nur. 003 bis o2o Mikron 3o bis 2oo Angstrom-Einheiten). Wie man beispielsweise im stereooptischen und elektronenmikroskopischen Schattenbild sehen kann, beträgt die vorherrschende Dicke nur. oo4 bis eoo8 Mikron.Die Partikal besitzen also ein fUr sie charakteristisches, ausserodentlich groles Breite : Dicke-Verhältnis in der Größenordnung von 254 :'!.The prevailing particle width is generally between o, 5 and 2 microns. The thickness of the particles is far less, and is average only. 003 to 2o microns 3o to 2oo Angstrom units). For example, how to use the stereo optical and see electron microscopic silhouette can, the predominant thickness is only. oo4 to eoo8 microns. The particles possess thus an extraordinarily large width: thickness ratio characteristic of them on the order of 254: '!.
Die BET-Fläche des Materials, bestimmt nach dem bekannten BRUNAUER, EMMETT und TELLER -Verfahren("BET Multikayer Absorption Theory", Journal of the American Chemical Society, Vol. 60 (1938), S. 309), zeigt Werte zwischen 300 bis 500 m2/g,und das wertvollste Material segar Werte zwischen 350 bis 470 m2/ g. Die feinstteiligen, aufgearbeiteten Heoline besitzen im Gegensatz hierzu BET-Flächenwerte von nur ca. 15 m2/g,während, vergleichsweise, niedergeschlagene Kieselsäure-Pigmente eine BET-Fläche von 70 bis 100 m2/g aufweisen. The BET area of the material, determined according to the well-known BRUNAUER, EMMETT and TELLER method ("BET Multikayer Absorption Theory", Journal of the American Chemical Society, Vol. 60 (1938), p. 309) shows values between 300 to 500 m2 / g, and the most valuable material segar values between 350 to 470 m2 / g. the In contrast, finely divided, reclaimed heolines have BET area values of only approx. 15 m2 / g, while, comparatively, precipitated silica pigments have a BET area of 70 to 100 m2 / g.
Die erfindungsgemäßen Materialien besitzen ausserdem in ihren Einzelpartikeln, bezogen auf die Gesamtfläche, eine messbare, mehr als 60 % , bei besonders wertvollem Material, eine 85 bis 92 % und d mehr betragende poröse Fläche.Dies ist bei bekannten Materialien nicht zu finden. Sprünge bzw. Zwischenräume im atomaren Netzwerk dtirften diese Porosität begründen. Darüüberhinaus bestehen 50 bis 80% der Fläche aus Poren, die kleiner als 2o Angatrom-Einheiten ( .002 Mikron) sind.Die Festellung beruht auf anerkannten,analytischen Versuchsmethoden en (A.VOET,"Determination of Pore Size Distribution", Rubber World,'Tol. 139 (1958),SS.63,232).Die Poren sind parallel zu den drei Kristallacheen der Partikel angeordnet. The materials according to the invention also have, in their individual particles, based on the total area, a measurable, more than 60%, for particularly valuable items Material, a porous area of 85 to 92% and more. This is known from Materials not to be found. Jumps or gaps in the atomic network should be allowed justify this porosity. In addition, 50 to 80% of the surface consists of pores, that are less than 2o Angatrom units (.002 microns). The determination is based on recognized, analytical test methods (A.VOET, "Determination of Pore Size Distribution ", Rubber World, 'Tol. 139 (1958), pp. 63,232). The pores are parallel arranged to the three crystal axes of the particles.
Diese Poren geben dem Material seine einzigertige, selektive @bsorptionsfähigkeit, wobei Stoffe mit einer von 19 Angatrom und darunter sehr leicht aufgenommen werden,Stoff mit größeren Molekülen jedoch kaum.These pores give the material its unique, selective absorption capacity, whereby substances with an Angatrom and below are very easily absorbed, substance but hardly with larger molecules.
Die ausserordentlich hohe chemische Reaktionsfähigkeit der neuen Silikamaterialien wird wohl am besten manifestiert durch die Sesehwindigkeit und das Ausmaß ihrer Reaktion mit Basen in verdünnten wässrigen Lösungen.Bringt man sie z.B. bei einer Konzentration von 39, 6 g SiO2/Liter in einer 1-N-Lösung NaOH ( 31,5 g NaO2/Liter) bei 50°C zur Reaktion,so lösen sich generell mindestens 80% SiO2 innerhalb von 3o Minuten. Material mit einem SiO2-Gehalt von mehr als 83 % wird sogar,im Verlauf von 3o Min, mit 90 - 97 % des SiO2-Gehaltes gelöst. The extraordinarily high chemical reactivity of the new Silica materials is arguably best manifested by the speed of sight and the extent of their reaction with bases in dilute aqueous solutions it e.g. at a concentration of 39.6 g SiO2 / liter in a 1-N solution of NaOH (31.5 g NaO2 / liter) at 50 ° C for reaction, generally at least 80% dissolve SiO2 within 30 minutes. Material with a SiO2 content of more than 83% is even dissolved with 90 - 97% of the SiO2 content in the course of 30 minutes.
Diese uberuas hohe Reaktionsfähigkeit der Materialien ist der ausgesprochen morphologischen Struktur der siliziumhaltigen Partikel zuzuschreiben. Die Partikel sind parakristallin, indem sie trotz regelmässiger Anordnung der Bestandteile, im Rontgenbrechungsbild ein breites amorphes Band ohne erkennbare Kristallstruktur zeigen. Die Partikel scheinen aus tetraedrisohen SiO4-Gruppen gebildet zu sein, dite hexaedrisch schichtweise vernetzt sind, wobei jeweils vier 0-Atome ein innen liegendes Si-Atom,und drei 0-Atome ein periphäres Si-Atom gemeinsam haben. Die vierten Valenzen der periphären Si-Atome werden durch Hydroxylreste abgesättigt,so daß diese Atome Teile perlphCrer Silanol (SiOH)-Gruppen bilden. This uberuas high reactivity of the materials is the most pronounced attributable to the morphological structure of the silicon-containing particles. The particles are paracrystalline in that they are in the X-ray diffraction pattern of a broad amorphous band with no discernible crystal structure demonstrate. The particles seem to be formed from tetrahedral SiO4 groups, dite are crosslinked in hexahedral layers, with four 0 atoms inside each lying Si atom, and three 0 atoms have a peripheral Si atom in common. The fourth Valences of the peripheral Si atoms are saturated by hydroxyl radicals, so that these Atoms form parts of perlphCrer Silanol (SiOH) groups.
Berechnungen,angestellt auf Grund analytischer Ergebnisse, zeigen, daß die Silanol-Konzentration in den Partikeln mehr als 2o Mikromol je Quadratmeter flacher Oberfläche beträgt Betrachtet man die Verwendungsmöglichkeiten der neuen Silika-Staffe, wird man feststellen,daß in einigen Fällen, wenn auch aufwendiger, bereits bekannte und genannte Materialien eingesetzt werden können,in anderen Fällen aber nicht. So sind die neuen Materialien wegen ihrer hohen Reaktionsfähigkeit z. B. sehr brauchbar bei der Herstellung wertvollerer Silikate, wobei man sie direkt mit verschiedenen Basen, einschl. A'kalimetalloxyden, Calcium, Magnesium und anderen alkalischen Brdmetalloxyden, anderen basischen Metalloxyden, wie Zink-und Bleioxyden, reagieren lässt.Calculations made on the basis of analytical results show that the concentration of silanol in the particles is more than 20 micromoles per square meter flat surface, considering the uses of the new Silica Staffe, you will find that in some cases, albeit more complex, materials already known and mentioned can be used in other cases but not. So the new materials are because of their high reactivity z. B. very useful in the production of more valuable silicates, where you can directly with various bases, including alkali metal oxides, calcium, magnesium and others alkaline brd metal oxides, other basic metal oxides such as zinc and lead oxides, lets react.
Ihre chemischen und Oberflächeneigenschaften machen sie in besonderem Masse geeignet als Absorptionsmittel fUr Feuchtigkeit, zoo zur Aufbereitung von Speisesalz ; in gleicher Weise aber auch fUr die Sorption verschiedener Gase, Dämpfe, Gerüche und Flüssigkeiten und als Träger fUr Chemikalien, wie Gummibeschleuniger, oder Antioxydantien, Insektizide, Fungizide und dgl. Sie sind weiter brauchbar als Füllmittel, Pigmente oder Streckmittel in den verschiedensten Zusammensetzungen, einschl. Gummi, Kunststoffe und andere polymere Stoffe, Keramiken, Klebestoffe, Farben, Tinten, Papier, Papierüberzüge, Glaszusammensetzungen und dgl.Their chemical and surface properties make them special Mass suitable as an absorbent for moisture, zoo for the preparation of Salt ; but also for the sorption of various gases, vapors, Odors and liquids and as a carrier for chemicals, such as rubber accelerators, or antioxidants, insecticides, fungicides and the like. They are further useful than Fillers, pigments or extenders in various compositions, including rubber, plastics and other polymeric substances, ceramics, adhesives, Paints, inks, paper, paper coatings, glass compositions and the like.
Ganz überraschend wurde gefunden, daß das neue Material, in fein verteiltem festen Zustand, direkt und recht aktiv, mit fein verteiltem Barium-, Calcium-, Zink-, Blei- oder Magnesiumoxyd reagiert, wobei sich die entsprechenden Metallsilikate in Partikelform bilden, die frei von löslichen Salzen sind. Die Herstellungskosten sind hierbei weit niedriger als bei vergleichbaren, bisher bekannten Metallailikaten. Die Reaktion im festen Zustand kann sehr einfach durchgefUhrt werden, indem man lediglich die Festbestandteile im w#ssrigen Medium suspendiert und die Suspension, z. B. auf 9o-loo°C erhitzt. Die Temperaturen können aber auch niederer, bei gleichzeitig lingerer Reaktionszeit, oder höher, bei gleichzietig rascherer Reaktion, aein. Die Partikel der so erhaltenen Metallsilikate sind ausserordentlich ports und verfügen liber noch andere bedeutsame Bigenschaften, wie Trennschärfe und extrem hohes Breit : Dicke-Verhältnis,die vom Si-Material übernommen wurden. Beim Erhitzen des Materials mit Magnesiumoxyd in wässrigem Medium tritt eine heftige exotherme Reaktion ein. Nach 1 bis 1 1/2 stUndigem Erhitzen bei 9o°C ergibt sich eine Ausbeute, die im Durchschnitt aus fein verteiltem, absolut kristallinem, porösem gagnesiumsilikat besteht und dessen BET-Oberflächen-Werte sehr hoch liegen, beispielsweise bei ungefähr 450 bis 600 m2/ g. Quite surprisingly, it was found that the new material, in fine distributed solid state, direct and quite active, with finely distributed barium, Calcium, zinc, lead or magnesium oxide reacts, with the corresponding Form metal silicates in particle form that are free of soluble salts. The manufacturing cost are far lower than with comparable, previously known Metallailikaten. The solid state reaction can be carried out very simply by only the solid components are suspended in the aqueous medium and the suspension, z. B. heated to 9o-loo ° C. The temperatures can also be lower at the same time longer reaction time, or higher, with a simultaneous faster reaction, aein. the Particles of the metal silicates obtained in this way are extremely ports and have there are other significant characteristics, such as selectivity and extremely high latitude : Thickness ratio adopted from the Si material. When heating the material a violent exothermic reaction occurs with magnesium oxide in an aqueous medium. After 1 to 1 1/2 hours of heating at 90 ° C, the yield is on average consists of finely divided, absolutely crystalline, porous magnesium silicate and whose BET surface values are very high, for example at about 450 to 600 m2 / g.
Ausserdem wurde gefunden, da. sich das neue Material mit primären und sekundären Alkoholen. wie Butanol, Decanol oder Octadekanol, in einem Druckreaktor bei Temperaturen von, beispielsweise, 200 bis 240°C. reagieren oder kondensieren lässt. Es bilden sich dabei wertvolle veresterte Silikas, sog."Estereils", die die blattähnliche Partikelstruktur des Au8gangsmaterials beibehalten haben, obwohl die 8ilanolgruppen in der Hauptsache, mindestens aber zu 90%, mit dem Yeresterungsmittel reagiert haben. It was also found there. the new material with primary and secondary alcohols. such as butanol, decanol or octadecanol, in a pressure reactor at temperatures of, for example, 200 to 240 ° C. react or condense leaves. Valuable esterified silicas, so-called "Estereils", are formed have retained the sheet-like particle structure of the starting material, although the 8ilanol groups mainly, but at least 90%, with the esterifying agent have reacted.
Weiterhin wurde gefunden, daß ohne Schwierigkeiten, durch einfaches Aufschliessen des Materials mit Natriumaluminat in wässrigem Medium und bei Temperaturen von 9o-1oo C. ein Natrium-Aluminium-Silikat hergestellt werden kann, dessen Partikel ausgesprochen kubische Form haben und ausserdem eine richtige Kristallstruktur besitzen, durchsetzt mit Poren einer bestimmten Größe9 Werden ausserdem die Materialien mit flüssigen Alkalisilikaten . vermischt und dann erhitzt so reagieren sie direkt und sofort. Als s Produkt erhält man Silikate mit erhöhtem SiO2-Gehalt, wie beispieleweise flüseige Natrium-Silikate mit einem Na2O # SiO2-Verhältniss von 1 : 4 und darüber, und bei festem Na-Silikaten von 1 s 5. Furthermore, it was found that without difficulty, by simply Digestion of the material with sodium aluminate in an aqueous medium and at temperatures from 90 to 100 C. a sodium aluminum silicate can be produced, the particles of which have an extremely cubic shape and also have a correct crystal structure, interspersed with pores of a certain size9 are also the materials with liquid alkali silicates. mixed and then heated so they react directly and immediately. The product obtained is silicates with an increased SiO2 content, for example liquid sodium silicates with a Na2O # SiO2 ratio of 1: 4 and above, and for solid sodium silicates from 1 s 5.
Diese Aufnahmefthigkeit der neuen Stoffe macht sie sehr wertvoll für Papier-und Schachtelkarton-Klebemittel und SilikatUberzugsmittel, wie Bie fUr Dachbesandungen, Asbeetechindeln und ähnliche Produkte gebraucht werden.This absorption of the new substances makes them very valuable for Paper and boxboard adhesives and silicate coating agents, such as Bie for roof sanding, Asbeetechindeln and similar products are used.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde weiterhin gefunden, daß das neue,reaktionsfähige,selektiv sorptive Silikamaterial unter atomsphärischen Druckbedingungen auf dem Wege direkten Säurezerfalls gewonnen werden kann,durch stürmische Reaktion und eine gleich. zeitige Afschlussbehandlung eines feinverteilten, partikelformigen Metallsilikatanhydrids, suspendiert in wässrigem Medium, sofern der verwendete Anhyz durch hohe Hitzebehandlung oder Calzinieren eines wasserhaltigen Metallsilikates von feiner Partikelform gewonnen wurde. Für diesen Prozees benötigt man eine starke Mineralsäure,z.B. Schwefelsäure, die in der wässrigen Suspension aus wasserfreiem Metalldilikat eine stürmische exotherme Reaktion auslöst. Ebenso k alpetereSure oder SulzsEurs oder Chlorwaseerstoffgas verwendet werden. In the context of the present invention it was also found that the new, reactive, selectively sorptive silica material under atomic spheres Pressure conditions can be obtained by direct acid decomposition stormy reaction and one the same. early final treatment of a finely divided, particulate metal silicate anhydride, suspended in an aqueous medium, provided the used anhyz by high heat treatment or calcining of a hydrous metal silicate of fine particle form was obtained. For this process requires a strong mineral acid, e.g. Sulfuric acid found in the aqueous suspension of anhydrous metal silicate has a stormy exotherm Reaction triggers. Likewise cold or sulphate or hydrogen chloride gas be used.
Die Silika-Materialien können vorzugsweise aus feinstteiligem Ton, wie Kaolin,hergestellt werden. Kaolin ist ein in der Satur vorkomr, asaerhaltigesAluminiomeilikat.Aufdieae Weise erhält man über ein verhältnismäßig billiges Rohmaterial nicht nur weit wertvollere,neue Silikastoffe sondern auch eine Aluminiumsalzlösung, die für sich oder als Ausgang für die Herstellung anderer Substanzen wertvoll ist, wie z.B. Aluminium, wenn Schwefelsäure verwendet wird oder wenn Salpetersäure verwendet wird und aus der Lösung wiedergewonnen wird, oder Aluminiumverbindungen bei Herstellung von Aluminium oder anderer Aluminiumverbindungen. The silica materials can preferably be made of finely divided clay, such as kaolin. Kaolin is an asaerhaltigesAluminiomeilikat.Aufdieae in the Satur It is wise to obtain not only much more valuable, new ones from a comparatively cheap raw material Silicas but also an aluminum salt solution that can be used on its own or as an output is valuable for the production of other substances, such as aluminum, if sulfuric acid is used or when nitric acid is used and recovered from solution or aluminum compounds in the production of aluminum or other aluminum compounds.
In einem wirkungsvollem Verfahren für die Merstellung der neuen Stoff wurds ein sehr feines Metallsilikat, z.B. feinstteiliges, wasserhaltiges Aluminiumsilikat, wie @aolinton mit Partikeln, die praktisch auf Ele@entargröße gebracht wurden, zunächst durch die ausreichendit.oaSilike.rlligwsarfreis.umachen, i, . r. : .' ; . v , ui ' ? , , ; ^a, . °axr$zEht durat Erhitzen auf eine Tomperatur von 500 bis 925°C und auf eine Dauer, die ausreichend ist, das Stlika@ @öllig wesserfrei zu machen, kalziniert. Der erhaltens feimkrönige Anhydrid wurde sodann in einem wäser@@es Medium auspens@ert @@@ bei Atmosphärendruck mit einer st@rnen Minetalsäure, wie @@hwefelsäure, in einer für eine bracht,DiesP'.k.'c-i.cymiesu.daSsiaunterXontrlle} p ; t'h.'. ti 'n ? elLi a ! :. >-1. ,'. ' .'a""'. : :. 1P r a :., 3 ts ! Y3 '38 !''r ^ das Gemisch bei einer Temperatur von 9o bis 100°C einige Stunden aufgeschloesen, eo lange bis mehr als 80% des Metalloxydgehaltes der Partikel extrahier ist und die gewonnene Festpartikel einen gewünschten hohen Gehalt an SiO2 erreicht haben.Die auspendierten Partikelrüokstände werden sodann abgetrennt von der Reaktionsflüssigkeit, zwecks Entfernung löslicher Bestandteile gewaschen, und schliesslich getrocknet e Die fUr die Calzination gUnstigste Temperatur liegt zwischen ungefähr 700 und 900°C. Bei portionsweisem Calzinieren in einem Muffelofen z. B. beträgt die günstigste Erhitzungddauer mindestens 2 Stunden bei 700°C.Diese Zeit erhöht isch bei niedereren Temperaturen und verkürzt sich entsprechend bei höheren Temperaturen.In a powerful process for creating the new fabric a very fine metal silicate, e.g. finely divided, water-containing aluminum silicate, like @aolinton with particles that have been brought to practically the size of an element, initially through the sufficientit.oaSilike.rlligwsarfreis.umachen, i,. r. :. ' ; . v, ui '? ,,; ^ a,. ° axr $ zEht durat heating to a temperature of 500 to 925 ° C and calcined for a period that is sufficient to make the Stlika @ @ öllig water-free. The fine-crowned anhydride obtained was then pensed out in a watery medium @@@ at atmospheric pressure with a stern mineral acid, such as @@ sulfuric acid, in one for one bracht, DiesP'.k.'c-i.cymiesu.daSsiaunterXontrlle} p; t'h. '. ti 'n? elLi a! :. > -1. , '. '.'a ""'. ::. 1P r a:., 3 ts! Y3 '38! '' R ^ the Mixture dissolved for a few hours at a temperature of 9o to 100 ° C, eo long to more than 80% of the metal oxide content of the particles is extracted and the The solid particles obtained have reached the desired high SiO2 content pending particle residues are then separated from the reaction liquid, washed to remove soluble components, and finally dried e The most favorable temperature for calcination is between about 700 and 900 ° C. When calcining in portions in a muffle furnace, for. B. is the cheapest Heating time at least 2 hours at 700 ° C. This time is increased with lower ones Temperatures and shortens accordingly at higher temperatures.
Das Erhitzen kann auch kontinuierlich in einem Rotaryofen, einem Vertikalofen oder einem Calzinierofen mit FlieSbett erfolgen. In jedem dieser Ofen kann mit einer Temperatur von 800°C. gearbeitet werden. Man erzielt hierbei mit kUrzerer Heizperiode die gleichen Erfolge wie bei abschnittweisen Oalzinieren (batch caiciner) und gleicher Temperatur.The heating can also be carried out continuously in a rotary oven, a vertical oven or a calcining furnace with a fluidized bed. In each of these ovens you can have one Temperature of 800 ° C. to be worked. This is achieved with a shorter heating period the same successes as with batch caiciner and the same Temperature.
Das so behandelte Material ist ein wasserfreies Aluminiumeilitat, das immer noch das Aussehen von Kaolinpartikoin besitzt, wenn man es unter dem Elektronenmikroakop betrachtet. Das Material ist weder besonders reaktionsfähig mit einer 1-N-Lösung NaOH, noch irgendwie brauchbar porös beim Stickstoff-Absorptionstest. Das Material wird nun gebrochen oder anderweitig zerkleinert und dann völlig in Wasser auspendiert; Hierauf wird die Säure der Suapersion zugesetzt und mit den suspendierten Partikeln zur Reaktion gebracht. The material treated in this way is an anhydrous aluminum part, which still has the appearance of kaolin particle when viewed under the electron microscope considered. The material is neither particularly reactive with a 1-N solution NaOH, still somehow usable porous in the nitrogen absorption test. The material is now broken or otherwise crushed and then completely suspended in water; The acid is then added to the suapersion and with the suspended particles brought to reaction.
Die Reaktion erfolgt bei Atmosphärendruck und einer Konzentration, die ausreichend ist eine stürmische exotherme Reaktion im Gemisch in Gang zu bringen.The reaction takes place at atmospheric pressure and a concentration which is sufficient to initiate a stormy exothermic reaction in the mixture.
Die notwendige Säuremenge beträgt im Überschuss 90% der stoohiometrischen Menge bezogen auf den Al-Gehalt des Silikats. Im Interesse einer wirtschaftlichen Ausnutzung des flüssigen Mediums und der Wiedergewinnung des noch enthaltenen Aluminiums sollte die SEurenenge 95 bis 100% der stochiometrischen Menge entsprechen. The necessary amount of acid is 90% of the stoohiometric excess Amount based on the Al content of the silicate. In the interests of an economic Utilization of the liquid medium and the recovery of the remaining aluminum The SEurenege should correspond to 95 to 100% of the stoichiometric amount.
Kan kann größere Mengen Säure einsetzen, die Qualität des Silikamaterials wird hierdurch jedoch nicht verbessert und Mengen von 12o % kbnnen sich sogar nachteilig auf die Eigenschaften des Produktes auswirken. Bei Verwendung von Schwefelsäure verbleiben stbrende Mengen freier Säure in dem als Nebenprodukt anfallendem Aluminiumsulfat.Kan can use larger amounts of acid, the quality of the silica material however, this does not improve it and amounts of 120% can even be disadvantageous affect the properties of the product. When using sulfuric acid stubborn amounts of free acid remain in the aluminum sulfate obtained as a by-product.
Bei Herstellung des sauren Reaktionsgemisches steht die der Suspension der Sillkatpartikel dienende Wassermenge in Beziehung zur Menge und Konzentration der zugesetzten Säure. Vorzugsweise soll eine Säurekonzentration von Do-50% im wässrigen Medium vorliegen. In gewissen Fällen kann man mit niederer Säurekonzentration arbeiten-2o % und darunter-dies geht jedoch auf Kosten einer längeren Entwicklungszeit, es dauert länger bis die sturmische exotherme Reaktion anhebt. When the acidic reaction mixture is produced, that of the suspension stands the amount of water serving the Sillkatpartikel in relation to the amount and concentration the added acid. An acid concentration of Do-50% in the aqueous should preferably be Medium present. In certain cases it is possible to work with a lower acid concentration-2o % and below-this comes at the expense of longer development time, however, it takes longer until the stormy exothermic reaction increases.
Vorzugsweise wird die Säure in hochkonzentrierter Form zugesetzt, damit man die Lösungswärme ausnützen kann. Bei konzentrierter Schwefelsäure reicht die Lösungswärme aus, um die Temperatur des Reaktionsgemisches ,z.B. von 20 auf 30°C,75 auf 85°c. anzuheben. The acid is preferably added in a highly concentrated form, so that one can use the heat of solution. With concentrated sulfuric acid is sufficient the heat of solution to increase the temperature of the reaction mixture, e.g. from 20 to 30 ° C, 75 to 85 ° C. to raise.
2 bis 3 Minuten nach Zusetzen der Säure tritt dann die heftige exotherme Reaktion spontan ein,Erhitzen von aussen ist nicht notwendig,die Anfangstemperaturen steigen mit Zusatz der Säure ganz plötzlich auf über 100°C. an.The violent exotherm occurs 2 to 3 minutes after the addition of the acid Reaction starts spontaneously, heating from outside is not necessary, the initial temperatures suddenly rise to over 100 ° C with the addition of the acid. at.
Die beschriebene exotherme Reaktio@ und die sie begleitende rauche Hitzeentwioklung innerhalb des ganzen Reaktionsgemisches ruft zugleich ein etarkes Kochen und Schäumen hervor,das Gemisch dehnt sich aus,der Flüssigkeitsstand im Reaktor steigt an Um die Reaktion in Schranken zu halten, ist ein sehr hoher Reaktor notwendig.The exothermic reaction described and the smoke that accompanies it The development of heat within the whole reaction mixture causes a strong one at the same time Boiling and frothing, the mixture expands, the liquid level in the reactor increases To keep the reaction in check, a very tall reactor is necessary.
Bei Großfabrikation ist aber auch diese Massnahme nicht ausreichend, es kanr. durch ein sehr hohes Reaktionagefäsa allein die Reaktion nicht unter Kontrolle gehalten werden, das Gemisch schäumt zu stark.In the case of large-scale production, however, this measure is not sufficient either, it can. a very high reaction vessel alone does not control the reaction be held, the mixture foams too much.
Di Reaktion kann aber dadurch unter Kontrolle gehalten werden, dad man dan Gemiach so lange stürmisch kochen lässt bis sich das Anfangavolumen auf dae 3 - 5-fache ausgedehnt hat,und dann dem Gemisch überschüssige Wärme, die dauernd sich bildet entzieht.Auf thèse Weise gerät das Kochen nicht ausser Kontrolle.The reaction can, however, be kept under control in this way, dad then let the Gemiach boil stormily until the initial volume is reached dae has expanded 3 - 5 times, and then the mixture has excess heat which lasts In this way, the cooking does not get out of control.
Das übermässige SchOumen des Gemisches kann man dadurch eindämmen,daß man der stürmischen Reaktion verhältnismässig kaltes Waaaer zusetzt.DAs Wasser wird dabei mittels Sprühdüsen auf die turbulente Oberfläche des Gemisches gesprüht.Dieser Wasserzusatz absorbiert nicht nur überschüssige Wärme sondern sorgt auch dafür, daß das flüssige Medium trotz des ständigen Wasserverlustes ausreichendwässrigbleibt.Diedistganzbasondrdannder?all, wenn der durch das Kochen des Gemisches sich satwickelne Dampf im icht : : xr : im Rta. kf. uL ic ; aris. ^ wir,, r g. c, : ztl ez . e..., darf jedoch nicht so groß sein,daß die stürmische Reaktion verhindert oder gebremst wird.Man beginnt also damit,nachdem die @ ; . he Feaan gtzt n. xd . i . ca : --i *ta. tt . wc, u : r zti. t . n tgn8en , la : di c tz' . :. c. e x u=r3. 3. ganz gerät@keinesfalls darf sich aber die Masse beruhigen Man Verfährt onohBedarf,beispielsweise2obia25Minutenlang.DieKasNeird x . n , iaee eree . utun : x2 ein nc. . :ale'aa : . vni i ;' :'. 1 e:,r. n. The excessive foam of the mixture can be contained in that relatively cold water is added to the stormy reaction. The water becomes sprayed onto the turbulent surface of the mixture using spray nozzles The addition of water not only absorbs excess heat but also ensures that that the liquid medium remains sufficiently watery despite the constant loss of water. if the steam created by the boiling of the mixture in the icht:: xr: in the Rta. kf. uL ic; aris. ^ we ,, r g. c,: ztl ez. e ..., but must not be like that be great that the stormy reaction is prevented or slowed down. One begins so after the @; . he Feaan gtzt n. xd. i. ca: --i * ta. dd wc, u : r zti. t. n tgn8en, la: di c tz '. :. c. e x u = r3. 3. Whole device @ by no means but may the crowd calm down x. n, iaee eree. utun: x2 a nc. . : ale'aa:. vni i; ' : '. 1 e:, r. n.
Man der Reaktion ihren Lauf gelassen hat.The reaction has been allowed to run its course.
Das Reaktionsgemisch wird unter ständigem starken RAhren bei einer Temperatur von über 9o°C und in jedem Falle unter -1o5°C aufgeschlossen und zwar auf eine Dauer, die ausreicht, um das Aluminium völlig den Silikatpartikeln zu entziehen. Vorzugsweise erfolgt der Aufschluss bei einer Temperatur zwischen 94 und 1oo°C. Die Dauer beträgt 2 bis 6 Stunden, wobei durch Zuführen äusserer Wärme die Temperatur gehalten wird. Es geschieht dies durch direktes Einleiten von Dampf oder durch Erhitzen des Reaktors in irgendeiner Weise, z. B. durch einen Dampfmantel oder durch Gasfeuerung oder durch einen elektrischen Heizmantel. The reaction mixture is stirred with constant vigorous stirring at a Temperature of over 90 ° C and in any case below -1o5 ° C unlocked for a period that is sufficient to completely remove the aluminum from the silicate particles. The digestion is preferably carried out at a temperature between 94 and 100 ° C. The duration is 2 to 6 hours, whereby the temperature is increased by adding external heat is held. This is done by direct introduction of steam or by heating of the reactor in any way, e.g. B. by a steam jacket or by gas firing or by an electric heating jacket.
Während der Behandlung wird das wässrige Medium auf einer Säurekonzentration gehalten, die berechnet ist-einschl. freier und gebundener Säure-bezogen auf die zugesetzte SQuremenge und unter 50% liegt, vorzugsweise zwischen 2o und 4o %. Eine Säurekonzentration von annähernd 3o % ist besonders vorteilhaft fUr eine wirtschaftliche RUckgewinnung des Aluminiums aus der am Ende vorliegenden Reaktionsflüssigkeit. Konzentration und Temperatur beim Aufschluß kann durch einen entsprechenden Zusatz von kalten Wasser zum Reaktionsgemisch eingestellt werden, sobald die exotherme Reaktion die Masse nichtmehr expandiert und auf Normal absinkt. Es sollte jedoch vermieden werden, daß durch die Verdünnung die Säurekonzentration auf unter 15% a absinkt. Dies wurde nUmlich die Behandlung zeitlich so verlängern, daß sie unwirtschaftlich wird. During the treatment, the aqueous medium is at an acid concentration held, which is calculated-incl. free and bound acid-based on the added quantity of SQur and is below 50%, preferably between 2o and 4o%. One Acid concentration of approximately 30% is particularly advantageous for an economical one Recovery of the aluminum from the reaction liquid present at the end. Concentration and temperature during the digestion can be adjusted by adding an appropriate additive of cold water to be adjusted to the reaction mixture as soon as the exothermic Reaction the mass no longer expands and falls to normal. It should, however Avoid diluting the acid concentration below 15% a sinks. Indeed, this would lengthen the treatment time to such an extent that it was uneconomical will.
Von besonderer Bedeutung ist, daß während dea Aufschlusses die Säurekonzentration unterhalb 50 %, und die Temperatur unter 1o5 0. liegt. Höhere Temperaturen und höhere Säurekonzentrationen wirken sich nachteilig auf das Silikamaterial aus, was große Oberfläche und hohe Porosität des Materials betrifft. It is of particular importance that the acid concentration during the digestion below 50%, and the temperature is below 1o5 0. Higher temperatures and higher Acid concentrations have a detrimental effect on the silica material, which is great Surface and high porosity of the material is concerned.
Ausserdem wird dadurch das Silikamaterial mit schädlichen und nachteiligen Mengen Säure durchsetzt, die durch übliches Filtrieren, Waschen und Neutralisieren nicht entfernt werden kann...It also makes the silica material with harmful and disadvantageous Amounts of acid permeated by the usual filtration, washing and neutralization cannot be removed ...
Die Qualität und Brauchbarkeit des Endproduktes wird in starkem Maße beeinflusst nicht nur durch Verlauf der saueren Reaktion sondern auch dadurch wie die Calzination verlief. The quality and usability of the final product will greatly increase influenced not only by the course of the acidic reaction but also by how the calcination proceeded.
Ein Produkt mit, beispielsweise 67, 5 % SiO2, das gewonnen wurde, indem man 2 Stunden lang bei 55o°C kalzinierte, dann 4 Stunden lang bei 94°C zuerst exotherm, dann in einer wässrigen Suspension mit einem dem A1203-Gehalt des Silikates enteprechenden Menge H2S04 aufgeschlossen hatte, zeigte erheblich schlechtere Qualität, was Reaktionsfähigkeit, Oberfläche und Porosität betrifft, ale z. B.A product with, for example, 67.5% SiO2 that has been extracted, by calcining for 2 hours at 55o ° C, then for 4 hours at 94 ° C first exothermic, then in an aqueous suspension with one of the A1203 content of the silicate had digested the corresponding amount of H2S04, showed considerably poorer quality, in terms of reactivity, surface area and porosity, ale z. B.
Produkte, die in gleicher Weise hergestellt worden waren, nur mit dom Unterschied, daß 8ilikatanhydride verwendet wurden, die zwei Stunden lang bei Temperaturen von 700°C,800°C bzw. 900°C. kalziniert worden waren. Vergleichazahlen werden in der Tabelle I gebraoht. Wie aus der gleichen Tabelle su entnehmen ist, kann gem§ß Erfindung aber auch wertvollerem Material gewonnen werden, wenn man in gleicher Weise von wasserfreien 8ilikaten ausgeht, die bei 550°C. aber bedeutend länger kalziniert worden waren.Products that were manufactured in the same way, only with dom difference that silicate anhydrides were used for two hours Temperatures of 700 ° C, 800 ° C and 900 ° C. had been calcined. Comparative figures are brewed in Table I. As can be seen from the same table below, According to the invention, however, more valuable material can also be obtained if one in in the same way starts from anhydrous silicates, which at 550 ° C. but significant had been calcined for a longer period of time.
Bingo charakteriatische Bigensohaften des erfindungsgemäßen Silika-Materials sind aus den beigegebenen elektronenmikroekopischen Aufnahmen zu ersehen. Bingo characteristic bigenso adhesions of the silica material according to the invention can be seen from the attached electron micrographs.
Fig. 1 zeigt, etwas verkleinert, eine typische Partikelgruppe bei 14. ooo facher Vergrößerung. Fig. 1 shows, somewhat reduced, a typical group of particles at 14. Ooo times magnification.
Fig. 2 in ähnlicher Weise im Mikrobild das gleiche Material bei 92. ooo-facher Vergrößerung. 2 shows the same material at 92 in a micrograph. ooo times magnification.
Besonders gut kann man in Pig. 2 schen, daß die Elementarpartikel des Materials eine ausgesprochen hexagonale Form in der Auf-8icht haben und so dünn und zart sind, daß sie fUr die Elektronen fast durchsichtig sind. Obwohl die heragonalen Umrisse an Kaolinpartikel erinnern, unterscheiden sie sich doch deutlich von diesen durch ihre extreme oblatendünne Erscheinung. Pig is particularly good at. 2 rule that the elementary particles of the material have a decidedly hexagonal shape when viewed from above and so thin and are delicate in that they are almost transparent to the electrons. Although the heragonal Outlines of kaolin particles remember, they are different clearly distinguished from these by their extremely thin wafer appearance.
Die Katerialien und ihre Herstellung werden in den nachfolgenden Beispielen und Untersuchungsergebnissen noch eingehender beschrieben. The materials and their manufacture are discussed in the following Examples and test results are described in more detail.
Beispiel A 1. ooo g eines Kaolin-Tones, der so verfeinert worden war, daß 55-60 % seiner Partikel kleiner als 2 Mikron und nur 20-25% gröber als 5 Mikron waren (air-floated soft clay mined and refined at Langley, South Carolina) wurden 24 Stunden lang bei 55o°C erhitzt, dann abgekuhlt und schliesslich gründlich in 1505 g Wasser, dem als Dispergiermittel 2,5 g Tetranatriumpyrophosphat beigegeben waren, dispergiert.Das verwendete Kaolin hatte eine BET-Oberfläche von 14,9 m2/ g und besass folgende Zusammensetzung: Al2O3 39.25 % 8iO2 45,12 % Fe2O3 0,71 % TiO2 o. 89 % CaO o. 49 % MgO 0,14 % N O (gebunden) 14,13 % Der dispergierte, hitzebehandelte Kaolinanhydrid wurde durch die Zugabe von 119o g konz. Schwefelsäure (93, 19%) mit einem Spez. Example A 1. 000 g of a kaolin clay that has been refined in this way was that 55-60% of its particles were smaller than 2 microns and only 20-25% coarser than 5 micron goods (air-floated soft clay mined and refined at Langley, South Carolina) were heated for 24 hours at 55o ° C, then cooled and finally thoroughly in 1505 g of water to which 2.5 g of tetrasodium pyrophosphate were added as a dispersant The kaolin used had a BET surface area of 14.9 m2 / g and had the following composition: Al2O3 39.25% 8iO2 45.12% Fe2O3 0.71% TiO2 o. 89% CaO o. 49% MgO 0.14% N O (bound) 14.13% of the dispersed, heat-treated Kaolin anhydride was concentrated by adding 119o g. Sulfuric acid (93, 19%) with a spec.
Gewicht von 10835 angesäuert. Die Säure wurde rasch zugegeben und unter starkem Ruhren der Schlämme.Das Rühren wurde auch während der Reaktion fortgeführt. Die Säuremenge entsprach loo% der stöchiometrischen Menge des A1203-Gehaltes dee verwendeten Tones.Acidified weight of 10835. The acid was added quickly and while vigorously stirring the slurry. Stirring was also continued during the reaction. The amount of acid corresponded to 100% of the stoichiometric amount of the A1203 content dee used tones.
Dies ergab eine SEure-tonzentration von 40, 8 % im wässrigen Medium.This resulted in an acid concentration of 40.8% in the aqueous medium.
Sofort nach Zugabe der Säure, die von sich aus schon zu einer beachtlichen Temperaturerhöhung des Breies führte, trat eine stürmische exotherme Reaktion auf, die nach 2 Minuten bereits ein starkes Kochen und Aufschäumen der Masse, sowie eine Reaktionstemperatur von 1o5°C zur Folge hatte. Man liess die Masse im Reaktor so lange aufkochen bis sich das Volumen vervielfacht hatte. Sodann wurde ein weiteres Schäumen dadurch eingedämmt, daß man in Abständen und Mengen von 100-20o g Leitungswasser zusetzte. Immediately after the addition of the acid, which in itself already becomes a considerable one Increased temperature of the pulp, a stormy exothermic reaction occurred, which after 2 minutes already a strong boiling and foaming of the mass, as well as a Reaction temperature of 1o5 ° C resulted. The mass was left in the reactor Boil for a long time until the volume has multiplied. Then there was another Foaming is curbed by tapping water at intervals and amounts of 100-20o g added.
Nach Ablauf der stürmischen, exothermen Reaktion und Absinken des Volumes auf fast Normal wurde nochmals Wasser zugegeben, worauf die Temperatur auf 94°C und die Säurekonzentration auf 3o %-berechnet auf Säurezusatz-sank. Insgesamt waren looo g Wasser nötig, um das Schäumen einzudämmen und die endgültige Temperatur sowie Konzentration einzustellen. After the stormy, exothermic reaction has ended and the Volume to almost normal, water was added again, whereupon the temperature rose 94 ° C and the acid concentration to 3o% - calculated on the addition of acid - sank. All in all 100 g of water were needed to contain the foaming and the final temperature as well as adjust concentration.
Die Säurereaktion wurde beendet bzw. zu Ende geführt, indem man die Schlämme 4 Stunden lang auf 94°C hielt, Hach beendeter Aufbereitung, wurde der Schlämmbrei gekühlt, mit Wasser verdUnnt und dann gefiltert ; der Filterkuchen wurde, zwecks Entfernung freier Säure und des Aluminiumsulfates, mit Wasser gewaschen ; die ausgewaschenen Festbestandteile wurden bei 105°C. getrocknet und dann in einer PulvermUhle zerkleinert. The acid reaction was terminated or brought to an end by the Mud held at 94 ° C for 4 hours. After processing was completed, the slurry became slurry chilled, diluted with water, and then filtered; the filter cake was made in order to Removal of free acid and aluminum sulfate, washed with water; the washed out Solid components were at 105 ° C. dried and then crushed in a powder mill.
Das erhaltene Silika-Material wurde analysiert und auf verschiedene Art untersucht. Ergebnisset siehe letzte Reihe der Tabelle I. The silica material obtained was analyzed and checked for various Kind of examined. For the set of results, see the last row of Table I.
Beispiel B Bezüglich Dispersion und SFurereaktion verfuhr man wie in Beispiel A nur verwendete man hitzebehandelte Aluminiumsilikatet die von Kaolin stammten, das 2 und 8 Stunden bei 550°C , statt 24 Stunden, kalziniert worden war. Die beiden Endprodukte erbrachten Werte, die in der ersten und vorletzten Reihe der Tabelle I aufgeführt sind.Example B The same procedure was used with regard to dispersion and SFure reaction in example A only heat-treated aluminum silicate those of kaolin were used that had been calcined at 550 ° C for 2 and 8 hours instead of 24 hours. The two end products produced values in the first and penultimate rows Table I are listed.
Bei Verwendung des Silikatmaterials, das nur 2 Stunden bei 55o°C. kalziniert worden war, trat kein stürmisches Kochen des angesäuerten Schlämmbreies ein. Die gemessene Hdchsttemperatt. betrug 96°C, und der Brei benötigte 6 Minuten bis er diesen Temperaturstand erreichte. When using the silicate material, which is only 2 hours at 55o ° C. had been calcined, no boiling of the acidified slurry occurred a. The measured maximum temperature. was 96 ° C and the slurry took 6 minutes until it reached this temperature level.
Bei Verwendung des Silikatmaterials, das 8 Stunden lang bei 55o°C. kalziniert worden war, trat das Kochen und Schäumen ein, nach 6 Minuten erreichte der Brei eine gemessene Temperatur von 1o5°C. Zu diesem Zeitpunkt wurde begonnen, das Schäumen einzudämmen. When using the silicate material that is kept at 55o ° C for 8 hours. had been calcined, boiling and foaming occurred, reaching after 6 minutes the pulp has a measured temperature of 1o5 ° C. At this point it was started curb foaming.
Beispiel C Dispersion und Säurereaktion wurde durchgeführt wie in Beispiel A, nur mit dem Unterschied, daß man hitzebehandeltes Aluminiumsilikat verwendete, das von Kaolin stammte, das 2 Stdn. bei 700°C,800°C bzw. 900°C ,statt 24 Stdn. bei 550°0 kalziniert worden war. Example C Dispersion and acid reaction was carried out as in Example A, with the only difference that heat-treated aluminum silicate was used, that came from kaolin, that was 2 hours at 700 ° C, 800 ° C and 900 ° C, instead of 24 hours 550 ° 0 had been calcined.
Das gewonnene Silika-Material ergab Werte wie sie in der 2., 3. bzw. 4. Reihe der Tabelle I aufgeführt sind. The silica material obtained gave values as they are in the 2nd, 3rd and 4th row of Table I are listed.
Bei Verwendung des wasserfreien Silikats mit einer Kalzination bei 700°0 trat im angesOuerten Schlämmbrei eine stürmische exotherme Reaktion auf und in 4 Minuten trat ein Zustand ein, der es notwendig machte das SchCumen unter Kontrolle zu bringen. When using the anhydrous silicate with a calcination 700 ° 0 a stormy exothermic reaction occurred in the acidified slurry and in 4 minutes a state occurred which made it necessary to keep the SchCumen under control bring to.
Die gemessene Temperatur betrug zu diesem Zeitpunkt 105 C.The measured temperature at this point was 105 C.
In den Pollen, wo Silikate eingesetzt wurden, die aus einer Kalzination bei 800°C bzw. 900°C. stammten, trat eine ausserordentlich stürmisohe exotherme Raktion ein, die so stark war, daB in beiden Pollen Innerhalb 1 Minute die gemessene Tamperatur der Schlämmen auf 111°bzw. 113°C. stieg, und je weitere Minute um 65 bis 70°C weiteranstieg. Die Schaumbildung musste sofort eingedämmt werden. In the pollen, where silicates were used, resulting from a calcination at 800 ° C or 900 ° C. an extraordinarily stormy exotherm occurred A reaction that was so strong that the measured value in both pollen within 1 minute Temperature of the sludge to 111 ° or. 113 ° C. rose, and every further minute by 65 continued to rise up to 70 ° C. Foaming had to be curbed immediately.
Andere angestellte Untersuchungen haben ergeben, daß man erfindungsgemaßes Silika-Material nicht erhält, wenn man Kalzinationstemperaturen unter 5oo°C und tiber 925°O anwendet. Man kann solches Material herstellen,wenn man Salzsäure oder Salpetereäure, statt Schwefelsäure verwendet ; man zieht aber allgemein Schwefelsäure vorgweil sie billiger, praktischer und wirkeamer ist. Phosphorsaure jedenfalls iat ungeeignet, da sie mit dem Silikat nur eine geringe exotherme Reaktion hervorbringt, es bilden sich bleibende Phosphatrückstände und schädliche Säure im Bndprodukt. Ein solches Endprodukt besitzt weder die Reaktionefähigkeit noch die Porosität des Silika-Materials,das gemäß Erfindung hergestellt wurde. Other investigations made have shown that one according to the invention Silica material is not obtained if calcination temperatures are below 5oo ° C and above 925 ° E. Such a material can be made by using hydrochloric acid or Nitric acid, used instead of sulfuric acid; but sulfuric acid is generally preferred because it is cheaper, more practical and more effective. Phosphoric acid in any case iat unsuitable as it only produces a slight exothermic reaction with the silicate, permanent phosphate residues and harmful acids are formed in the end product. Such an end product has neither the reactivity nor the porosity of the Silica material made according to the invention.
Bei der Herstellung kbnnen natürliche wasserhaltige Aluminiumsilikate verwendet werden, eineohl. der im Handel befindlichen verschiedenen Arten feinverteilten Kaoline, deren Partikel im Durchmesser kleiner als 10 Mikron sind.Natural hydrous aluminum silicates can be used in the production process be used, einohl. of the various types commercially available Kaolins with particles smaller than 10 microns in diameter.
T a b e 1 1 e I Kalzination 2 Std. Länger bei 550°C Chem.Analysen 550°C 700°C 800°C 900°C 8 Std. 24 Std.T a b e 1 1 e I Calcination 2 hours longer at 550 ° C Chemical analyzes 550 ° C 700 ° C 800 ° C 900 ° C 8 hrs. 24 hrs.
% SiO2 67. 5 84. 4 86. 8 88. 6 77 85.3 % H2O gebunden (Verlust bei 900°C aus Trocken-Gew. bei 105°C) 10.65 8.30 7.47 5.50 9.75 8.18 % Metalloxyde 21. 85 7. 3o 5. 73 5.90 13.24 6.52 Reaktionsfähigkeit % SiO2-Gehalt lösl. in 30 Min. in 1-N-NaOH bei 50°C Probe 39,6 g SiO2/Liter 67.4 96.0 95.1 96.0 81.5 93.5 Silanol-Konzentration Mikromol/m2 flache Oberfläche 42 129 148 148 74. o 135 Säure-mol. equ./100 g . oo5. oo4. oo3. 003 . 004. 005 BET-Oberfläche Insgesamt, m2/ g 200 398 457 457 313 418 flach m2/ g 64 36 41 41 56 38 Porenfläche m2/g 136 362 416 416 257 380 % der Oberfläche in Poren 68 91 91 91 82 91 % Volumen in Poren 15 36 4o 55 26,5 39 Öl-Absorption ml./100 g 62 72 66 76 63 70 % Wasser Absorption bei 72 R. H. 7 13.7 16.7 18 12. 3 14. 2 Wasser Toleranz bei Salz 0.50 . 59. 64. 72. 54. 58 Die in der Tabelle aufgeführten Werte für die Silanolkonzentrationen wurden nach der ZEREWITINOFF REAGENT METIIOD zur Bestimmung aktiven Wasserstoffs ermittelt. Die Technik dieser Methode wurde beschrieben in : SIGGIA,"Quantitative Organic Analysis Via Functuonal Groups" (Wiley & Sons), Seite 41, und GUENTHER,"Determination of Silanol with Grignard Reagent", ANALYTICAL CHEMISTRY, Vol. 3, Nr. 6 (JUNE 1958), Seite 1118.% SiO2 67. 5 84. 4 86. 8 88. 6 77 85.3% H2O bound (loss at 900 ° C from dry weight at 105 ° C) 10.65 8.30 7.47 5.50 9.75 8.18% metal oxides 21. 85 7. 3o 5. 73 5.90 13.24 6.52 Reactivity% SiO2 content soluble in 30 min. in 1-N-NaOH at 50 ° C sample 39.6 g SiO2 / liter 67.4 96.0 95.1 96.0 81.5 93.5 Silanol concentration Micromoles / m2 flat surface 42 129 148 148 74. o 135 acid-mol. equ./100 g. oo5. oo4. oo3. 003. 004.005 Total BET Surface Area, m2 / g 200 398 457 457 313 418 flat m2 / g 64 36 41 41 56 38 pore area m2 / g 136 362 416 416 257 380% of the surface in pores 68 91 91 91 82 91% volume in pores 15 36 4o 55 26.5 39 Oil absorption ml./100 g 62 72 66 76 63 70% water absorption at 72 R.H. 7 13.7 16.7 18 12. 3 14. 2 Water tolerance for salt 0.50. 59, 64, 72, 54, 58 the The values listed in the table for the silanol concentrations were determined according to ZEREWITINOFF REAGENT METIIOD determined for the determination of active hydrogen. the Technique of this method has been described in: SIGGIA, "Quantitative Organic Analysis Via Functuonal Groups "(Wiley & Sons), page 41, and GUENTHER," Determination of Silanol with Grignard Reagent ", ANALYTICAL CHEMISTRY, Vol. 3, No. 6 (JUNE 1958), Page 1118.
Die fUr die Wassertoleranz angegebenen Zahlenwerte geben die Zahl der Milliliter destill. Wassers an, die von loo g Speisesalz mit 1 Gew. % Verfeinerungsmittel bis zu dem Zeitpunkt toleriert werden, wo das Salz in seinem Behälter beginnt zusammenzubacken, wobei das Wasser mittels Bürette in Abständen und einer Menge von 2-3 Tropfen zugetrpft wird und der Behälter nach jedem Zusatz 1-2 Minuten geschüttlet wird. Nichtverfeinertes Tafelsalz besitzt gewohnlich eine Wassertoleranz zwischen o, o6 und o, 18. The numerical values given for the water tolerance give the number the milliliter is distilled. Water, that of loo g table salt with 1 wt.% Refining agent be tolerated until the salt in its container begins to clog The water is added by means of a burette at intervals and in an amount of 2-3 drops and the container is shaken for 1-2 minutes after each addition. Not refined Table salt usually has a water tolerance between o, o6 and o.18.
Unter"Kaolin"bzw,"Kaolin-Ton"werden Tone verstanden, die im im natUrlichen Rohzustand als Hauptbestandteil ein oder mehrere der natürlich vorkommenden wasserhaltigen Aluminiumsilikate enthalten, wie z. B. Kaolinit oder Halloysit, deren Zusammensetzung mit folgender Formel wiedergegeben werden kann : Al203. 2 SiO 2 nH20, (n = 2). Die in der Natur vorkommenden wasserhaltigen Aluminium-Silikate bzw. Tone, die im Sinne der Erfindung brauchbar sind, enthalten SiO2 und Al2O3im allgemeinen im Gewichtsverhältnis ca. 1. o und ca. 1, 5 "Kaolin" and "kaolin clay" are understood to mean clays that are in the natural Raw state as the main component one or more of the naturally occurring hydrous Contain aluminum silicates, such as. B. kaolinite or halloysite, their composition can be represented with the following formula: Al203. 2 SiO 2 nH 2 O, (n = 2). the naturally occurring water-containing aluminum silicates or clays, which in the sense of the invention are useful generally contain SiO2 and Al2O3 in weight ratio approx. 1. o and approx. 1, 5
Claims (27)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US149964A US3328125A (en) | 1961-11-03 | 1961-11-03 | Reactive selectively sorptive silica materials and process of producing them |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE1467063A1 true DE1467063A1 (en) | 1969-01-23 |
Family
ID=22532546
Family Applications (1)
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DE19621467063 Pending DE1467063A1 (en) | 1961-11-03 | 1962-10-20 | Selectively absorbable SiO2-containing material and process for its production |
Country Status (2)
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1962
- 1962-10-01 GB GB3710062A patent/GB1020282A/en not_active Expired
- 1962-10-20 DE DE19621467063 patent/DE1467063A1/en active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB1020282A (en) | 1966-02-16 |
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