DE1567440C - Kugelförmiges Kieselsauregranulat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein kugelförmiges Kieselsäuregranulat, welches ein für die thermische Isolation allseitig geeignetes Produkt mit guter Isolationswirkung, niedrigem Schüttgewicht, geringer Differenz zwischen Schutt- und Rüttelgewicht, gutem Verhalten im Vakuum (möglichst ohne Verdichtung) und guter Luftdurchlässigkeit darstellt.

Industrielle Hersteller von Kühlaggregaten, Kältemaschinen, Gasverflüssigungsanlagen usw. verwenden neben anderen Materialien auch thermisches Isolationsmaterial auf Kieselsäurebasis. Hierbei gelangen sowohl amorphe Kieselsäurepulver mit einem niedrigen Schüttgewicht zur Verwendung als auch kugelige Produkte (z. B. Perlite oder sprühgetrocknetes Wasserglas), die aber nur groben Anforderungen im Hinblick auf die Isoliereigenschaften genügen. Der Nachteil solcher Kieselsäurepulver liegt in ihrem ungünstigen Verhalten unter Vakuum, da. hierbei sich diese Materialien um 40% oder mehr verdichten; außerdem entstehen in der Schüttung des Materials lange Risse, welche die Isolationseinwirkung beeinträchtigen. Ein weiterer Nachteil dieser pulverförmigen Produkte liegt in der großen Differenz zwischen Schutt- und Rüttelgewicht.

Man ist daher bemüht, geeignetere Materialien zu finden, welche die zuvor genannten Nachteile nicht mehr aufweisen. Nach einem bekannten Verfahren werden aus gefällter Kieselsäure in feinteiliger, amorpher Form kugelförmige Aggregate dadurch hergestellt, daß man das Fällprodukt in eine sprühfähige, etwa 20- bis 60%ige Suspension überführt und diese einer Sprühtrocknung unterwirft. Die erhaltenen Produkte stellen Aggregate dar, welche bei Lagerung und beim Transport nicht zerstört werden. In bestimmten Fällen, bei denen besondere Anforderungen-an die Stabilität der kugelförmigen Teilchen gestellt werden, z. B. bei der. Verwendung für die-Katalyse, wird die wäßrige Suspension in eine mit Wasser nicht mischbare Flüssigkeit, wie Mineralöl, eingeführt zwecks Bildung eines absetzbaren Gels in Kugelform. Dasselbe muß dann durch Waschen gereinigt, getrocknet und danach im Heißgasstrom calciniert werden.

Weiterhin ist es bekannt, auf pyrogenem Wege hergestellte Kieselsäure im Wasser zu dispergieren und die erhaltene Dispersion tropfenweise zur Einwirkung auf einen feinverteilten, festen, trockenen Stoff zu bringen, wobei sich der in fester Form vorgelegte Stoff in ständiger Bewegung, z. B. Rotation, befindet, und das entstandene feuchte Gemisch anschließend bei Temperaturen unterhalb 400⁰C zu trocknen.

Die nach den beiden zuletzt genannten Verfahren erhaltenen Granulate, bei deren Herstellung immer von einem angefeuchteten oder sprühfähigen Material ausgegangen wird, Weisen ein dichtes Gefüge auf und stellen ein schweres Granulat dar, welches für die Verwendung zur thermischen Isolation wenig geeignet ist. . .

Auch die nach der bekannten Granuliertechnik in einer geneigten, sich drehenden Trommel zur Granulierung trockenen Granuliergutes unter Feuchtigkeitszufuhr erhaltenen Granulate fallen nicht gleichmäßig an, sondern müssen erst durch eine Klassierung mittels einer Siebvorrichtung oder konischen Granuliertrommel geordnet werden. Die Feuchtigkeitszufuhr sowie die Klassierung sind obligatorisch, so daß sich 6g mehrere Verfahrensstufen ergeben, wodurch dieses Verfahren aufwendig und damit zur Herstellung von Massengut unrentabel ist.

Die Erfindung ging von der Aufgabenstellung aus, ein kugelförmiges-Kieselsäuregranulat anzugeben, welches die guten Eigenschaften eines Pulvers (niedriges Schüttgewicht, gute Isolierung) mit den guten Eigenschaften eines kugelförmigen Granulats (gutes Verhalten im Vakuum, geringe Differenz zwischen Schutt- und Rüttelgewicht) kombiniert und welches ein für die thermische Isolation allseitig geeignetes Produkt von guter Luftdurchlässigkeit darstellt sowie insbesondere zur Verwendung als Isoliermaterial beim Transport von Flüssiggas geeignet ist. ΐ ^:

Das Kennzeichnende der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Kieselsäuregranulatteilchen ■/ einen Durchmesser von 0,5 bis 8 mm, vorzugsweise 2 bis 3 mm, und ein Schüttgewicht von 100 bis 200 g/l, vorzugsweise 130 bis 150 g/l, aufweisen. ,.■ .

Es wurde gefunden, daß in vorteilhafter Weise ein derartiges kugelförmiges Kieselsäuregranulat mit defi- . niertem Granulatdurchmesser und Schüttgewicht aus einer gefällten, pulvrigen trockenen, freies oder gebundenes Wasser enthaltenden Kieselsäure durch Granulierung in einer sich drehenden, geneigten Mischvorrichtung hergestellt werden kann, indem man das trockene Pulver einer gefällten Kieselsäure mit einem Schüttgewicht von 50 bis 100 g/l,, vorzugsweise 60 bis 80 g/l, und einer mittleren Sekundärteilchengröße von 1 bis 70 Mikron eine sich drehende, im Winkel von 50 bis 60° geneigte Mischtrommel passieren läßt, wobei man das pulverförmige Gut stets in einem Überschuß von 30 bis 50% des bereits zugeführten Pulvers hält oder den Durchlauf durch die Trommel so regelt, daß kein Überschuß an Pulver vorhanden ist und sich das eingesetzte Pulver zu 100 % umsetzt, und anschließend die erhaltenen, kugelförmigen Granulate zur Stabilisierung vorzugsweise in einem Drehofen auf eine Temperatur von 900⁰C erhitzt. . Mittels dieser Verfahrensweise gelingt es, in einem Arbeitsgang ohne Feuchtigkeitszufuhr und ohne nachfolgende Klassierung des anfallenden Gutes die gewünschten Granulate zu erhalten.

Um zu einem Granulat von etwa 2 bis 4 mm Durchmesser zu kommen, muß der Durchsatz durch das System so geregelt werden, daß stets in der Trommel ein Überschuß von 30 bis 50% des bereits zugeführten Pulvers vorhanden ist.

Sofern es sieh aber um die Gewinnung eines Granulates von nur 0,5 bis 1,5 mm handelt, ist ein Überschuß in der Trommel nicht erforderlich.

Im Gegensatz zu den üblichen, bereits geschilderten Methoden des Granulierens, die immer von einem angefeuchteten oder sprühfähigen Material ausgehen und dadurch ein dichtes und schweres Granulat pro Volumeinheit liefern, wird im Falle des erfindungsgemäßen Verfahrens trockenes, gemahlenes, freies und gebundenes Wasser enthaltendes Pulver einer gefällten Kieselsäure verwendet, wie sie in großem Ausmaß aus Wasserglas und Mineralsäure als Verstärkerfüllstoff für natürlichen und synthetischen Kautschuk sowie für Kunststoffe hergestellt wird. Unter »freiem Wasser« ist dasjenige Wasser zu verstehen, welches durch 2stündiges Erwärmen auf 105°C entfernt werden kann. »Gebundenes Wasser« ist die Wassermenge, die durch Erhitzen auf 1000⁰C bis zur völligen Wasserfrei hei t ausgetrieben wird, abzüglich der Menge des freien Wassers.

Es konnte also nicht erwartet werden, daß gefällte, feinteilige Kieselsäure in »trockenem Zustand« sich granulieren läßt, sondern daß vielmehr zur Graniilie-

Trung eine wesentliche Feuchtigkeitszufuhr erforderlich ■iCsei, wie dies auch nach dem Stande der Technik ge-™ fordert wird.

:±i \Die ^nacn vorliegendem Verfahren bei Granulierung "jrsich bildenden Granulate sind noch leicht zerstörbar "Jgund bedürfen erst einer Stabilisierung, welche durch gj<lie abschließende, mit der üblichen Trocknung nicht iifgleichzusetzende Temperung erreicht wird. Auch die 5:.zur üblichen Granulierung »stets erforderlichen mehre-ISfiren Verfahrensstufen« entfallen beim vorliegenden [^Verfahren völlig. Der Granuliervorgang läuft ohne S Feuchtigkeitszufuhr bis auf die stabilisierende Tempe- ; rung einstufig ab, wobei die Granulate in einheitlicher '.\ Größe anfallen.

_;: J Der Einfluß der »Sorptionsfeuchte« bei der bekartn-';-ten Granulierung trockenen Gutes bezieht sich auf die ^Beeinflussung der Agglomerationsneigung feinkörniger !Stoffe bei der Windsichtung kleinerer Teilchengrößen. ■ Zur Vermeidung von Haftung und Agglomeration : werden daher höhere Guttemperaturen und Gastemperaturen vorgeschlagen. Diese Sorptionsfeuchtigkeit hat jedoch im vorliegenden Falle nicht die Bedeutung, welche bei dem bekannten Verfahren zur Windsichtung z. B. getrockneter Schlämmkreide zukommt, da gefällte, feinteilige Kieselsäuren, welche gemäß der Erfindung zu Granulaten verarbeitet werden, auch bei weit höheren Feuchtigkeitsgehalten als bei den handelsüblichen Qualitäten mit 2 bis 8% Wassergehalt noch voll fließfähig sind, ohne zusammenzubacken, weshalb diese Kieselsäuren auch zur Erzielung des »Free-Running-Effektes« bei hygroskopischen Substanzen verwendet werden.

Das auf üblichen Mühlen zerkleinerte. Kieselsäurepulver hat ein loses Schüttgewicht von 50 bis 100 g/l, vorzugsweise 60 bis 80 g/l, bei einer mittleren Sekundärteilchengröße von 1 bis 70 Mikron. Wird ein derartiges Kieselsäurepulver in einer schräg stehenden Porzellanschale auf einer durch einen Exzenter bewegten Schüttelmaschine geschüttelt, so bildet sich zu 100 % ein aus Kugeln von 2 bis 3 mm Durchmesser bestehendes Granulat mit einem Schüttgewicht von 88 bis 100 g/l. Dieses Granulat wird durch anschließendes Glühen (Tempern) bei 900⁰C stabilisiert. Die Kugeln erreichen hierdurch die für den Gebrauch nötige Festigkeit. Das Schüttgewicht beträgt nach dem Erhitzen 100 bis 200 g/l, vorzugsweise 130 bis 150 g/l, das Granulat enthält noch 1 bis 2°/₀ gebundenes Wasser, normalerweise 1,2 %. Die Differenz zwischen Schutt- und Rüttelgewicht beträgt also etwa 8°/₀. In dieser Beschaffenheit ist das Material für thermische Isolationszwecke bestens geeignet. Wird bei höherer Temperatur geglüht, so wird das Granulat wohl stabiler, geht aber dabei schon teilweise in den kristallinen Zustand über und verliert dadurch seine guten ! Isolierungseigenschaften bei außerordentlicher Steigerung des Schüttgewichts auf über 700 g/l.

Das erfindungsgemäße Produkt kann infolge seiner einfachen und billigen Herstellungsweise, ohne aufwendige Apparatur mit zusätzlichen Arbeitsgängen, in großen Mengen, gegebenenfalls unter Zumischung nicht granulierter gefällter oder auch pyrogener Kieselsäure sowie auch anderer gebräuchlicher thermischer Isoliennittel, zum Einsatz kommen, z. B. bei der Verwendung als Isoliermaterial in Kühlschiffen oder speziell zum Transport von Flüssiggas. In Kugelform gebracht, braucht es nur so weit stabil zu sein, um Erschütterungen bei der Abfüllung, beim Transport, bei der Lagerung und schließlich beim Endzweck, dem Einsatz als Isoliermaterial, ohne Änderung seiner äußeren Beschaffenheit auszuhalten.

In den folgenden Beispielen wird die Herstellung des erfindungsgemäßen Produktes näher erläutert:

B eispiel 1

25 g Kieselsäure mit einem Schüttgewicht von 64 g/I und einer mittleren Sekundärteilchengröße von 2,5 Mikron werden in einer schräg stehenden Porzellanschale auf einer durch einen Exzenter bewegten Schüttelmaschine geschüttelt. Es bildet sich ein zu 100% aus Kugeln bestehendes Granulat mit einem Kugeldurchmesser von 1 bis 3 mm und einem Schüttgewicht von 85 ± 5 g/l. Dieses Granulat wird 2 Stunden auf 900⁰C erhitzt. Das Schüttgewicht beträgt hiernach 120 bis 130 g/l. In diesem Beispiel wird gezeigt, wie man praktisch im Kleinversuch zu den gewünschten Granulaten kommt.

Beispiel 2 "

51 einer Kieselsäure mit einem Litergewicht von 64 g/l und einer mittleren Sekundärteilchengröße von 2,5 Mikron werden in einem Dragierkessel granuliert. In Abhängigkeit von der Umdrehungsgeschwindigkeit des Dragierkessels und des Neigungswinkels bildet sich ein Kugelgranulat mit einem Kugeldurchmesser von 2 bis 3 mm. Wenn 50 bis 70 % des eingesetzten Pulvers sich zum Granulat geformt haben, wird das Granulat entnommen und erneut 1,5 bis 2,5 Liter trockenes Pulver zugesetzt und wie beschrieben granuliert. Das fertige Kugelgranulat hat ein Litergewicht von 85 ± 5 g/l. Die Weiterbehandlung des Granulats erfolgt wie im Beispiel 1.

B ei sp i el 3

4 bis 5 Liter einer Kieselsäure mit einem Schüttgewicht von 64 g/l und einer mittleren Sekundärteilchengröße von 2,5 Mikron werden in einem Dragierkessel so granuliert, daß sich das eingesetzte Pulver zu 100 % umsetzt. Es bildet sich ein Kugelgranulat mit einem Kugeldurchmesser von 0,5 bis 1,5 mm. Die Weiterbehandlung des Granulats erfolgt wie im Beispiel 1.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Kugelförmige Kieselsäuregranulate, gekennzeichnet durch eine Granulatgröße von 0,5 bis 8 mm, vorzugsweise 2 bis 4 mm Durchmesser, und ein Schüttgewicht von 100 bis 200 g/l, vorzugsweise 130 bis 150 g/l. ·-·"· -

2. Verfahren zur Herstellung kugelförmiger Kieselsäuregranulate nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das trockene, freies oder gebundenes Wasser enthaltende Pulver einer gefällten Kieselsäure mit einem Schüttgewicht von ^; 50 bis 100 g/l, vorzugsweise 60 bis 80 g/l, und einer ς mittleren Sekundärteilchengröße von 1 bis 70 Mi-'tkrön eine sich drehende, im Winkel von 50 bis 60°^ geneigte Mischtrommel passieren läßt, wobei man'J das Pulver beim Passieren der Trommel stets' in? einem Überschuß von 30 bis 50% des bereits züge-.:; führten Pulvers hält, oder den Durchlauf des : Pulvers durch die Trommel so regelt, daß kein Überschuß an Pulver vorhanden ist und sich das eingesetzte Pulver zu 100% umsetzt, und anschließend die erhaltenen, kugelförmigen Granulate zur Stabilisierung in einem Drehofen auf 900⁰C erhitzt.