Verfahren zur Herstellung von Kieselsäurep_elen so-
wie
feinteiliger, aktiver Kieselsäure
Zur Herstellung von Kieselsäuregelen b-zw.
hydratisierter feinteiliger und aktiver Kieselsäure sind eine große Anzahl Verfahren
bekannt. Diese Verfahren beruhen darauf, daß wässrige Alkalisilikatlösungen mit
verdünnten wässrigen Säuren oder mit Lösungen saurer Salze zusammengebracht werden,
Bei dieser Umsetzung entstehen in Abhängigkeit von den Reaktionsbedingungen' wie
z. B. Konzentration der Säure bzw. der Alkalisilikatlösung Kieselsäuregele oder
feinteilige hydratisierte Kieselsäure, die in bekannter Weise von ihrer Mutterlauge
getrennt, gewaschen, getrocknet und auf die gewünschte Korngröße gemahlen werden.
Es sind außerdem Verfahren bekannt, bei denen gasförmige Anhydride schwacher Säuren,
wie C02, CO oder SO mit wässrigen Alkalisilikatlösungen zur Reaktion geiracht werden,
um feinteilige hydratisierte Kieselsäure herzustellen. Process for the production of silicic acid pels as well as finely divided, active silicic acid For the production of silicic acid gels b-zw. A large number of processes are known for hydrated finely divided and active silica. These processes are based on the fact that aqueous alkali silicate solutions are brought together with dilute aqueous acids or with solutions of acidic salts. B. Concentration of the acid or the alkali silicate solution Silica gels or finely divided hydrated silica, which are separated from their mother liquor in a known manner, washed, dried and ground to the desired particle size. Processes are also known in which gaseous anhydrides of weak acids, such as CO 2, CO or SO 2, are reacted with aqueous alkali metal silicate solutions in order to produce finely divided hydrated silicic acid.
Beide Verfahrenstypen sind mit Nachteilen behaftet. So erfordert die
Umsetzung der Alkalisilikatlösungen mit wässrigen Säuren außerordentlich große Reaktionsgefäße
sowie große Lagerbehälter für die Säuren. An weiteren Apparaturen sind Pumpen, Rohrleitungen
und Rührwerke erforderlich. Alle diese Apparaturen sind kostspielig, da sie aus
säurefestem Material hergestellt sein müssen. Sie müssen außerdem so gesichert sein)
daß Verätzungen und andere Schädigungen der mit den Arbeiten betrauten Personen
ausgeschlossen sind. Andererseits entstehen bei der Reaktion der Alkalisilikatlösungen
mit gasförmigen Anhydriden schwacher Säuren wie CO und SO und CO oder mit Verbrennungsgasen
als zweites Räaktions@rodukt wässrige Lösungen von Salzen, die durch Hydrolyse alkalisch
reagieren, wie z. B. NaHCO und Na 2C0 . Die alkalische Hydrolyse dieser Salze beding
, daß in dei Fällungslösung stets kolloidale Kieselsäure gelöst bleibt und
sich der Fällung entzieht. Dadurch wird die Ausbeute des Verfahrens verschlechtert.
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war ein Verfahren zur Herstellung von Kieselsäuregelen
bzw. feinteiliger, aktiver Kieselsäure anzugeben, das die beschriebenen Nachteile
unter Erlangung von Vorteilen vermeidet und das eine großtechnisch wirtschaftliche
Herstellung der genannten Stoffe ermöglicht. Zu diesem Zweck werden zur Fällung
von Kieselsäuregelen bzw. feinteiliger aktiver und hydratisierter Kieselsäure aus
Alkalisilikatlösungen gasförmige Säuren bzw. gasförmige Säureanhydride, wie beispielsweise
Chlorwasserstoff oder Schwefeltrioxid in besonderer Weise verwendet. " Bei der Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens bedient man sich eines Druckgefäßes, in welches
eine wässrige Alkalisilikatlösung eingefüllt und entweder bei Zimmertemperatur mit
Hilfe eines inerten Druckgases oder bei erhöhter Temperatur durch den eigenen Dampfdruck
und /oder mit Hilfe eines inerten Druckgases in einer Zweistoffdüse verdüst wird,
wobei gleichzeitig eine gasförmige Säure z. B. HCl, bzw. ein gasförmiges Säureanhydrid
z. B. So in derselben Zweistoffdüse mitverdüst wird. Wesentligh für eine hohe Ausbeute,
bezogen auf die eingesetzte gasförmige Säure bzw, das eingesetzte gasförmige Säureanhydrid
ist deren zentrale Einführung in die Zweistoffdüse, während die Alkalisilikatlösung
vorzugsweise tangential eingeführt wird. Die Dosierung der Reaktionspartner kann
auf verschiedene Weise erfolgen, z. B. durch Messung des pH-Wertes mittels einer
Elektrode in der Sprühkammer oder durch Dosieraggregate in der Zuführung der Reaktionspartner.
Die Kontrolle des Reaktionsablaufes wird durch diese Arbeitsweise sehr vereinfacht.Both types of processes have disadvantages. The reaction of the alkali silicate solutions with aqueous acids requires extremely large reaction vessels and large storage containers for the acids. Pumps, pipes and agitators are required on other equipment. All of these apparatus are expensive because they must be made of acid-proof material. They must also be secured in such a way that chemical burns and other damage to the persons entrusted with the work are excluded. On the other hand, when the alkali silicate solutions react with gaseous anhydrides of weak acids such as CO and SO and CO or with combustion gases as a second product, aqueous solutions of salts that react alkaline by hydrolysis, such as. B. NaHCO and Na 2 CO. The alkaline hydrolysis of these salts means that colloidal silicic acid always remains dissolved in the precipitation solution and eludes precipitation. This degrades the yield of the process. The object of the present invention was to provide a process for producing silica gels or finely divided, active silica which avoids the disadvantages described while achieving advantages and which enables the substances mentioned to be produced economically on an industrial scale. For this purpose, gaseous acids or gaseous acid anhydrides, such as, for example, hydrogen chloride or sulfur trioxide, are used in a special way to precipitate silica gels or finely divided active and hydrated silica from alkali silicate solutions. "When carrying out the process according to the invention, a pressure vessel is used into which an aqueous alkali metal silicate solution is filled and atomized either at room temperature with the aid of an inert compressed gas or at an elevated temperature with its own vapor pressure and / or with the aid of an inert compressed gas in a two-substance nozzle, at the same time a gaseous acid e.g. HCl or a gaseous acid anhydride e.g. So is also atomized in the same two-fluid nozzle the two-fluid nozzle, while the alkali silicate solution is preferably introduced tangentially. The reactants can be metered in different ways, e.g. by measuring the pH value using an electrode in the spray chamber or by metering units in the reactant feed is very simplified by this way of working.
Es werden eine oder mehrere Zweistoffdüsen in einer Sprühkammer so
angeordnet, daß sich der Sprühnebel als wässrige Kieselsäuresuspension oder als
Kieselsäuregel am Boden der Sprühkammer sammelt. Der Feststoff wird in herkömmlicher
Weise von der Mutterlauge getrennt, gewaschen, getrocknet und gemahlen. Das Verfahren
kann chargenweise oder kontinuierlich betrieben werden.There are one or more two-fluid nozzles in a spray chamber like this
arranged that the spray mist as an aqueous silica suspension or as
Silica gel collects at the bottom of the spray chamber. The solid is in conventional
Way separated from the mother liquor, washed, dried and ground. The procedure
can be operated batchwise or continuously.
Eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß
während der Verdüsung gleichzeitig erhitzte Gase, z. B. erhitzte Luft oder vorzugsweise
erhitzte Verbrennungsgase in solcher Menge in die Sprühkammer eingeführt werden,
daß eine Trockung des Sprühnebels erfolgt und die Kieselsäure als staubtrockenes
Pulver anfällt. Dieses Pulver enthält in größerer Menge Alkalisalze, die bei der
Reaktion der Alkalisilikatlösung mit gasförmiger Säure bzw. gasförmigem Säureanhydrid
entstanden sind. Zu ihrer Abtrennung wird das gesamte Reaktionsprodukt in Wasser
suspendiert und in herkömmlicher Weise filtriert, gewaschen und getrocknet. Das
erfindungsgemäße Verfahren bietet ferner die Möglichkeit, in einfacheX, Weise eine
Modifizierung der Kieselsäuregele bzw. der feinteiligen Kieselsäure durchzuführen,
indem
man die verwendete gasförmige Säure, z. B. HCl mit flüchtigen Halogeniden wie Siliciumtetrachlorid,
Phosphorchloriden, Aluminiumchlorids Titantetrachlorid usw. anreichert, deren Hydrolyse
zu einer Beladung der Kieselsäure mit Fremdoxiden führt. Beispiel: In einem mit
Manometer und Thermometer versehenen, heizbaren Druckgefäß werden 15 kg Alkalisilikatlösung
mit einem Gehalt von 2,10 % Na 20 und 7,16 $ SiO2 innerhalb 20 Minuten auf 130 C
elitzt. Das Manometer zeigt nun einen Druck von 2,7 kg/cm an. Gasförmiger Chlorwasserstoff
wird einer mit Reduzierventil und Manometer versehenen Stahlflasche entnommen. Das
Druckgefäß für die Alkalisilikatlösung und die Stahlflasche sind mit einer Zweistoffdüsp
verbundeng die Zuleitungen sind mit Feineinstellventilen versehen. Die Zweistoffdüse
mündet in eine Sprühkammer aus PVC. Durch Öffnen der Ventile in den Zuleitungen
zur Zweistoffdüse wird die Reaktion in Gang gebracht, dabei tritt die Alkalisilikatlösung
tangential in die Zweistoffdüse ein und wird mit einer Geschwindigkeit von
0,5 - 1 1/min verdüst. Der gasförmige Chlorwasserstoff tritt zentral in die
Düse eins seine Menge wird so bemsseng daß während der Reaktion in der Sprühkammer
ein pH-Wert von 4 - 5 aufrecht erhalten wird. Am Boden des Sprühturmes sammelt sich
Kieselsäuregel in wässriger Suspension. Das Gel wird auf einer Flutsche abgesaugte
mit reinem Wasser gewaschen und 20 Stunden bei 130 C getrocknet. Es resultiert mit
99 ä Ausbeute eine Kieselsäureg die eine gelartige Sekundärstruktur zeigt. Sie ist
von reinweisser Farbe und von hoher Reinheit. Die Analyse ergibt einen Gehalt von
2$Wasser und 97,2 % SiO2. Das Schüttgewicht beträgt 290 g/1, durch Mahlung des Reaktionsproduktes
kann es auf 150 g/1 erniedrigt werden.A variant of the method according to the invention is that simultaneously heated gases such. B. heated air or preferably heated combustion gases are introduced into the spray chamber in such an amount that the spray mist is dried and the silica is obtained as a dust-dry powder. This powder contains a large amount of alkali salts, which are formed during the reaction of the alkali silicate solution with gaseous acid or gaseous acid anhydride. To separate them off, the entire reaction product is suspended in water and filtered, washed and dried in a conventional manner. The process according to the invention also offers the possibility of modifying the silica gels or the finely divided silica in a simple manner by using the gaseous acid used, e.g. B. HCl enriched with volatile halides such as silicon tetrachloride, phosphorus chlorides, aluminum chloride, titanium tetrachloride, etc., the hydrolysis of which leads to a loading of the silica with foreign oxides. Example: In a heatable pressure vessel equipped with a manometer and thermometer, 15 kg of alkali silicate solution with a content of 2.10% Na 20 and 7.16 $ SiO2 are elitzed to 130 C within 20 minutes. The manometer now shows a pressure of 2.7 kg / cm. Gaseous hydrogen chloride is taken from a steel bottle fitted with a reducing valve and manometer. The pressure vessel for the alkali silicate solution and the steel bottle are connected to a two-substance nozzle. The supply lines are fitted with fine-adjustment valves. The two-substance nozzle opens into a spray chamber made of PVC. The reaction is started by opening the valves in the supply lines to the two-substance nozzle, the alkali silicate solution enters the two-substance nozzle tangentially and is atomized at a speed of 0.5-1 l / min. The gaseous hydrogen chloride enters the center of the nozzle and its amount is so measured that a pH value of 4-5 is maintained in the spray chamber during the reaction. Silica gel collects in aqueous suspension at the bottom of the spray tower. The gel is sucked off on a flume, washed with pure water and dried at 130 ° C. for 20 hours. A silicic acid which has a gel-like secondary structure results with a yield of 99 Å. It is pure white in color and of high purity. The analysis shows a content of 2 $ water and 97.2% SiO2. The bulk density is 290 g / l; it can be reduced to 150 g / l by grinding the reaction product.