DE1542636A1 - Process for the production of silica gels and finely divided, active silica - Google Patents

Process for the production of silica gels and finely divided, active silica

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DE1542636A1 DE19661542636 DE1542636A DE1542636A1 DE 1542636 A1 DE1542636 A1 DE 1542636A1 DE 19661542636 DE19661542636 DE 19661542636 DE 1542636 A DE1542636 A DE 1542636A DE 1542636 A1 DE1542636 A1 DE 1542636A1
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Description

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.

Claims (5)

P a t e n t a n s r ü c h e 1. Verfahren zur Herstellung von Kieselsäure¢elen bzw. feinteiliger, aktiver, hydratisierter Kieselsäure als Alkalisilikatlösungen mittels gasförmigen Säuren bzw. gasförmigen Säureanhydriden oder mittels Gemischen derselben dadurch gekennzeichnet, daß die Ausfällung des Kieselsäuregels bzw. der feinteiligen, hydratisierten Kieselsäure im Sprühkegel einer Zweistoffdüse erfolgt. P atentansrü che 1. Process for the production of silicic acid or finely divided, active, hydrated silicic acid as alkali silicate solutions by means of gaseous acids or gaseous acid anhydrides or by means of mixtures thereof, characterized in that the precipitation of the silica gel or the finely divided, hydrated silica is Spray cone of a two-substance nozzle takes place. 2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Einführung der gasförmigen Säure bzw. des gasförmigen Säureanhydrides in die Zweistoffdüse zentral erfolgt, während die <deichzeitige Einführun, der Alkalisilikatlösun¢ tangential erfolgt. 2. The method according to claim 1, characterized in that the introduction the gaseous acid or the gaseous acid anhydride into the two-fluid nozzle takes place centrally, while the <dike introduction, the alkali silicate solution [ takes place tangentially. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß zur Verdüsuna der Reaktionspartner ein inertes Druckgas mitverwendet wird. 3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that that an inert pressurized gas is used for the atomization of the reactants. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die gasförmige Säure bzw, das gasförmige Säureanhydrid zusätzlich mit flüchtigen Halogeniden oder Oxidhalogeniden angereichert wird. 4th Process according to claims 1 to 3, characterized in that the gaseous Acid or the gaseous acid anhydride additionally with volatile halides or Oxide halides is enriched. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Zweistoffdüsen in einer Srrühkammer angebracht sind, in welcher erhitzte Gase, vorzugsweise Verbrennungsase eine Trocknung des Spriihnebels bewirken.5. The method according to claims 1 to 4 thereby characterized in that one or more two-substance nozzles are mounted in a spray chamber are, in which heated gases, preferably combustion gases, a drying of the Cause spray mist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0013417A1 (en) * 1978-12-27 1980-07-23 Henkel Kommanditgesellschaft auf Aktien Process for producing finely devided crystalline water insoluble sodium aluminium silicates

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0013417A1 (en) * 1978-12-27 1980-07-23 Henkel Kommanditgesellschaft auf Aktien Process for producing finely devided crystalline water insoluble sodium aluminium silicates

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