DE1567572C - Verfahren zur Hersteilung von wasser freien kristallinen Alkalisilikaten - Google Patents

Description

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/erden. Die Bewegung'der Teilchen kann auf ver- Durch Wiederholung der Filmbildung und an-

chiedene Weise erfolgen." Vorzugsweise wird ein schließerfden Trocknung kann die Teilchengröße in

otiereader Zylinder verwendet, der mit einer Anzahl gewissem Umfange variiert werden. Es wird daher der

on Einbauten versehen ist, welche die Teilchen von Überzug und Trockenschritt so lange wiederholt, bis

ier Oberfläche abheben und zurückfallen lassen. 5 die Größe der kristallisierten wasserfreien Alkali-

£ine andere Möglichkeit, die Teilchen in Bewegung silikatteilchen in gewünschtem Maße angestiegen ist.

u halten und mit dem Film zu versehen, ist die Das anfallende Produkt kann im übrigen gesiebt

anwendung der Wirbelschichttechnik, wobei über- werden, um eine besonders engbegrenzte Teilchen-

itzter Dampf als: die bewegende Phase eingesetzt größe abzutrennen. Die feineren Teilchen und die

vird. ·":■.':-.:..·,-'■'■■■■ ίο übergroßen Teilchen, letztere nach einem Mahlprozeß,

Die.„Masse der wasserfreien Alkalisilikatteilchen werden in die Apparatur zurückgeführt,

vird nahe, vorzugsweise oberhalb des Siedepunktes Je nach den Herstellungsbedingungen können die

er gesättigten Alkalisilikatlösung, die zur Anwendung anfallenden Alkalisilikate, insbesondere das Natrium-

elangt, erhitzt. Es hat sich gezeigt, daß unter diesen metasilikat, einen geringen Wassergehalt enthalten,

iedingungen beim Besprühen mit der Natriummeta- 15 Dieser hegt jedoch erheblich unter dem H₂O-Anteil

ilikatlösung die Festteilchen nicht zusammenkleben, von Alkalisilikathydraten. Diese Produkte werden in

andern im frei fließenden Zustand verbleiben. Daher dem Begriff der weitgehend wasserfreien Alkalisilikate

)esteht eine bevorzugte Arbeitsweise darin, stets nur eingeschlossen.

0 viel Natriummetasilikat aufzusprühen, daß die Man erhält auf diese Weise in einem kontinuier-

"emperatur der Teilchenmasse nicht unterhalb des 20 liehen Prozeß weitgehend wasserfreie Alkalisilikate

Siedepunktes der Lösung absinkt, die in Kontakt mit in staubfreier Form, welche keine Verunreinigungen

em kristallisierten Alkalisilikat kommt. enthalten und gleichmäßige, im gewünschten Bereich

Während des Trocknungsprozesses, vorzugsweise liegende Teilchengrößen aufweisen. Die Produkte

lit überhitztem Wasserdampf, bleiben die Teilchen besitzen außerdem eine gute Löslichkeit.

omit oberhalb des Siedepunktes der aufgesprühten 35 In den nachfolgenden Beispielen wird die Her-

.ösung, bis die Hauptmenge des Wassers verdampft ist. stellung von weitgehend wasserfreien Alkalisilikaten

/ie gefunden wurde, wird ein frei fließender Zustand nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nochmals im

ann erhalten, wenn die Temperatur des feinverteilten einzelnen an Hand der Herstellung von Natrium-

Jkalisilikats in dem Behälter oberhalb 130⁰C liegt metasilikat beschrieben. Dieses Produkt ist von

nd unterhalb des Schmelzpunktes des wasserfreien 30 besonderem technischem Interesse, und seine Her-

iilikats. : .; .. ■ stellung stellt daher die bevorzugte Ausführungsform

Durch zusätzliches Erhitzen kann jedoch die Ver- der Erfindung dar. In ähnlicher Weise können jedoch

ampfung des Wassers beschleunigt bzw. vervoll- auch insbesondere Kaliummetasilikat sowie weiterhin

tändigt werden, bevor zusätzliche Lösung hinzur andere wasserfreie Alkalisilikate in staubfreier Form

egeben wird, um einen neuen Überzug zu bilden. 35 der gewünschten Jeilchengröße und guter Löslichkeit

^ie Konzentration der aufzusprühenden Alkalisilikat- und frei von Verunreinigungen erhalten werden. Die in

isung kann in erheblichem Umfang schwanken. den Beispielen angegebenen Teile und Prozente sind

evorzugt werden solche Alkalisilikatlösungen, ins- Gewichtsteile und Gewichtsprozente, die Temperatur

ssondere Natriummetasilikatlösungen, verwendet, ist Raumtemperatur, sofern nichts anderes angegeben

sren Dichte zwischen 30 und 55 Baume liegt. Die 40 ist. Die Teilchengröße wurde mit Tyler-Standard-

äßrige Natriummetasilikatlösung wird in genügender Sieben bestimmt und in mm umgerechnet.

ienge und für einen genügend langen Zeitraum ■

urch Aufsprühen in Kontakt mit dem erhitzten

asserfreien kristallisierten Natriummetasilikat ge- : Beispiel 1

rächt, um einen großen Teil der Oberfläche mit einem 45 ,

ilm der Lösung zu überziehen. Die Wärme wird mit Wasserfreies kristallines Natriummetasilikat gemäß

lilfe von erhitzten Gasen zugeführt. Dabei werden der Erfindung kann betriebsmäßig in einer Anlage

orzugsweise solche Gase verwendet, die frei von - hergestellt werden, wie sie in F i g. 1 dargestellt ist.

Lohlendioxyd oder anderen sauren Komponenten Der Tank A enthielt eine Natriumsilikatlösung mit

ind. Vorzugsweise wird überhitzter Wasserdampf 50 einem Molverhältnis" SiO₂: Na₂O wie 3,22:1 und

!s wärmezuführendes Gas angewendet. Es ist zweck- einem Na₂O-Gehalt von 8,6 Gewichtsprozent. Der

läßig, dieses im Kreislauf zuzuführen, da nur ein Tank B enthielt 50%ige Natriumhydroxydlösung.

eil des Wasserdampfes in jedem Kreislauf entfernt Diese wurde mit Wasserdampf auf 70⁰C erhitzt und

ird. ' mit der oben beschriebenen Wasserglaslösung im

Steht nur ein Gas zur Verfügung, welches einen 55 Tank C gemischt. Man erhielt eine Natriumsilikat-

jwissen Anteil an CO₂ enthält, so ist es erforderlich, lösung mit einem Molverhältnis SiO₂: Na₂O wie

aß das Verfahren "bei Temperaturen oberhalb von 1,008:1 und einer Dichte von 50° Baume mit 19,75 Ge-

W⁰C durchgeführt wird. Unter diesen Bedingungen wichtsprozent Na₂O und 18,89 Gewichtsprozent SiO₂.

itt keine Reaktion zwischen dem Alkalisilikat, Diese Lösung wurde mit einer Pumpe 10 aus dem

sbesondere dem Natriummetasilikat, und "dem CO₂ 6° Tank C gepumpt und durch neun Rohre Vl bis V9

n. Vorzugsweise wird im Gegenstrom das wärme- an neun Stellen in den Trockner D eingesprüht. Der

hrende Gas eingeleitet. rotierende Trockner D hat einen Durchmesser von

Die Wände der Apparatur in den Zonen, wo die etwa 1 in sowie eine Länge von etwa 12 m und ist mit

isprühung bzw. die Trocknung erfolgt, sind üblicher- einer Schräge von etwa 3 cm/m aufgestellt. Die

;ise auf einer geringeren Temperatur als der erhitzte 65 Umlaufgeschwindigkeit betrug 7 Umdr./Min.

asstrom, welcher zur Entwässerung benutzt wird, Die Größen der Düsenöffnungen und die Lage der

id bleiben daher frei von Ablagerungen, Überzügen Düsen, gemessen von dem Beschickungsende des

id Belägen. Trockners, waren wie folgt verteilt:

Düsen nummer	Entfernung in m	Durchmesser der Düsenöffnung in mm
1	0,75	0,75
2	4 -	1
3	5,5	1
4	7	1
5	7,75	1,1
6	8,5	1,1
7	9,25	1,6
8	10	1,6
9	10,75	2

Das feinverteilte feste Natriummetasilikat wurde durch die. Vorrichtung 11 dem Trockner zugeführt. Das Ausgangsprodukt hatte ein Molverhältnis von 1,023 Na₂O : 1 SiO₂ entsprechend einem Gewichtsverhältnis von 50,89 Na₂0:48,06 SiO₂. Die Siebanalyse ergab folgende Zusammensetzung:

über 2mm 0% ·

über 0,23 bis 2mm :v 23%

unter 0,23 mm 77%

unter 0,149 mm 38,9%

Der Umlauftrockner enthielt etwa 2725 kg feinverteiltes Natriummetasilikat. Etwa 136 kg feinverteiltes wasserfreies Natriummetasilikatv wurde pro Stunde zurückgeführt und nochmals die gleiche Feststoff menge in Form von etwa 993 kg Natriummetasilikatlösung eingesprüht.

In der F i g. 2 ist ein Querschnitt des rotierenden Trommeltrockners D dargestellt. Die Linie 20 zeigt die Höhe des ursprünglich eingesetzten feinverteilten Natriummetasilikates. Die einzelnen Teilchen werden von den Metallplatten 18, deren Höhe etwa 7,6 cm beträgt, emporgehoben. Das Produkt fällt dann durch die erhitzten Gase, die durch die Mitte des Trockners geführt werden. Die Metasilikatlösung wird an bestimmten Punkten des Trockners in Form eines Sprühregens hinzugegeben. Bevorzugt sind die Stellen, wo die größte Bewegung des Festmaterials erfolgt. Die Linie 19 zeigt die Tiefe der Festteilchen am Ende des Trockners, .

Der als Wärmeübertragungsgas verwendete überhitzte Wasserdampf wurde im Erhitzer E auf 325° C erwärmt und im Trockner D mittels eines Ventilators 12 mit einer Geschwindigkeit von etwa 150 m^s/Min. hindurchgesaugt. Das den Trockner verlassende Gas hatte eine Temperatur von etwa 150° C. Die Temperatur der den Trockner verlassenden, weitgehend wasserfreien kristallinen Natriummetasilikatteilchen betrug etwa 200°C. ■

Die Austrittsgase wurden dann durch einen Trockenentstauber F geschickt. Den Staub und die feinen Teilchen, welche dort angesammelt wurden, führte man durch das Zuleitungsrohr 15 in die Beschickungseinrichtung 11 und von dort in den rotierenden Trockner D zurück. Die heißen Gase vom Entstauber F wurden in zwei Ströme geteilt. Ein Teil wurde durch den Feuchtigkeitsabscheider G geleitet, wo der .größte Teil des Dampfes kondensiert wird und die nicht kondensierbaren Gase in die Atmosphäre durch das Ventil 17 abgeführt wurden. Es ist ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß der kondensierte Dampf alles feine Alkali mit sich niederschlägt und nur staubfreies, nicht kondensierbares Gas durch das Ventil 17 abgeblasen wird. Der Hauptteil der heißen Gase wird in dem Erhitzer E wieder erwärmt, bevor er in den Trockner D zurückgeführt wird.

Durch die Förderschnecke 13 wird das Natriümmetasilikat aus dem Trockner D auf ein schräges Sieb 14 transportiert. Der Behälter 15 sammelt die sehr feinen Anteile, der Behälter 16 dient der Aufnahme des Natriummetasilikats in der erwünschten Teilchengröße. Der Behälter 17 nimmt schließlich die übergroßen Teilchen des Produktes auf. Material von

ίο Behälter 15 kann zum Vorratsbehälter 11 zurückgeführt werden. Material von Behälter 17 kann gemahlen und ebenfalls in dem Prozeß zurückgeführt werden. ' .. .

Das kristalline wasserfreie Natriummetasilikat, welches nach der oben beschriebenen kontinuierlichen Arbeitsweise über einen längeren Zeitraum erhalten wurde, hatte eine Zusammensetzung von 50,42 Gewichtsprozent Na₂O und 48,11 Gewichtsprozent SiO₂ bei einem Molverhältnis von 1,0 Na₂0:1,0 SiO₂. Di& Siebanalyse ergab folgende Werte:

über 2 mm 41,1%

von 0,23 bis 2 mm 58,9%

unter 0,23 mm 0%

Bei der beschriebenen Arbeitsweise wird mit einer Temperatur von etwa 200 bis 250⁰C gearbeitet. Man kann jedoch auch mittels üblicher Methoden, wie z. B. in einem rotierenden Kühler, der vor die Förderschnecke 13 geschaltet ist, oder indem man eine weitere Besprühung mit Metasilikat kurz vor dem Ausfahren vornimmt, das Endprodukt abkühlen. Das Kühlen erlaubt, die Produktionsgeschwindigkeit von Natriummetasilikat zu erhöhen. . -

Beispiel 2

Bei der nachstehend beschriebenen Arbeitsweise wurde die im Beispiel 1 beschriebene Apparatur, soweit keine Änderungen im einzelnen angegeben sind, verwendet. Der Tank C enthielt eine Natriummetasilikatlösung mit einem Molverhältnis 1,07 Na₂O: ISiO₂ und einer Dichte von etwa 55° Baume, gemessen bei 21° C. Als festes Ausgangsmaterial wurde Natriummetasilikat mit einer Teilchengröße von 0,84 bis 2 mm, wie sie nach der Arbeitsweise des Beispiels 1 unter anderem angefallen war, verwendet. Der Umlauftrockner enthielt etwa 2800 kg Festsubstanz. Die Besprühung erfolgte lediglich durch die Düsen 1, 2, 6, 8 und 9, während die übrigen Düsen stillgelegt waren. Die Düse 2 hatte lediglich einen reduzierten Düsendurchmesser von 0,75 mm. Der Trockner rotierte mit 11,5 Umdr./Min. Die Sprühdüsen waren zentral in der Achse des Trockners angeordnet und sprühten die Lösung auf die herunterfallenden feinen Teilchen in der sogenannten 3- und 4-Uhr-Position. Die Rohre, welche zu den Düsen führten, sowie auch die Düsen selbst wurden durch Wasser, welches in konzentrischen Rohren floß, gekühlt. Der Düse 1 wurde praktisch nur so viel Metasilikatlösung zugeführt, daß der Staub niedergehalten wurde. Bei der Düse 2 hatten die Festteilchen eine Temperatur von etwa 135 bis 15O⁰C erreicht, so daß das überschüssige Wasser verdampfte, ehe ein neuer Film gebildet wurde. Letzteres wiederholte sich von Sprühstation zu Sprühstation. Die Höhe des Feststoffes betrug bei der Einführung etwa 12 cm und am Ende 27 cm. Die Temperatur des eintretenden Gases lag zwischen 365 und 380° C und war bei Austritt aus dem Drehrohrofen auf etwa 145° C abgesunken. Das Produkt

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; bei seinem Austritt aus dem Ofen eine Tempera- 80 % Wasser, der Rest war Luft. Der Durchsatz an

• on ungefähr 195° C, der Durchsatz betrug pro heißen Gasen betrug etwa 141 m³/Min. Das anfallende

de etwa 400 kg. Das wasserfreie Natriummeta- Natriummetasilikat hatte ein Molverhältnis von

tt wurde mit einer Geschwindigkeit von etwa 190 kg 1,05 Na₂0:1 SiO₂. Die Siebanalyse ergab folgende

stunde eingeführt und die Alkalisilikatlösung mit 5 Zusammensetzung:

Rate von etwa 135% des trockenen Produktes ^v^ 2 mm 40 5°/

e Lösung vor dem Sprühen hatte eine Temperatur ^über °>^{84 bis2mm 5}^¹ °t°

35⁰C, der Dampf, welcher zur Erhitzung und zum ^üt)er 0,3 bis 0,84 mm 1,5%

ragen des Wassers eingesetzt wurde, enthielt etwa io unter 0,3 Spuren

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1 2 gungen durch das feuerfeste Material der Ofenwände. Das Produkt muß* zermahlen werden und enthält Patenunspruche: unvermeidlich erhebliche Mengen Staub. Auch treten in der Praxis erhebliche Schwierigkeiten auf, wenn

1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung 5 man versucht, aus Lösungen von Natriummetasilikat von weitgehend wasserfreien kristallinen Alkali- durch Verdampfen ein kristallisiertes Produkt zu Silikaten, dadurch gekennzeichnet, erhalten. Die WärmeaustauscHerflächen werden nämdaß man auf feinverteiltem festem Alkalisilikat, lieh nach kurzer Zeit mit einem harten Überzug von welches auf eine Temperatur von über 130° C wasserfreiem Natriummeiasilikat überzogen, welches erhitzt ist und dauernd in Bewegung gehalten wird, io eine ökonomische Wärmeübertragung verhindert.

. durch Aufsprühen einer wäßrigen Alkalisilikat- Ebenfalls treten, infolge der erforderlichen hohen

lösung einen Film erzeugt und durch einen zusatz- Temperatureri gewisse Schwierigkeiten auf, wenn man

liehen heißen Gasstrom die Verdampfung des durch Versprühen von Natriummetasilikatlösung

. Wassers bewirkt, wobei- der Überzugs- und wasserfreie Produkte herstellen will. Insbesondere

Trocknungsschritt so lange wiederholt wird, bis 15 enthalten die sprühgetrockneten Produkte erhebliche

die Größe der kristallinen wasserfreien Alkali- Mengen Staub.

Silikatteilchen in gewünschtem Maße angestiegen Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,

ist. weitgehend wasserfreie kristallisierte Alkalisilikate,

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch ge- insbesondere Alkalimetasilikate, unter Vermeidung kennzeichnet, daß man auf feinverteiltes Alkali- 20 der oben aufgezeigten Nachteile herzustellen. Das metasilikat, vorzugsweise Natriummetasilikat, neue Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von durch Aufsprühen einer wäßrigen Alkalimetasilikat- weitgehend wasserfreien kristallinen Alkalisilikaten lösung einen Film erzeugt. ist dadurch gekennzeichnet, daß man auf feinverteiltem

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch festem Alkalisilikat, welches auf eine Temperatur von gekennzeichnet, daß man das feinverteilte Alkali- 35 über 130° G erhitzt ist und dauernd in Bewegung metasilikat auf eine Temperatur oberhalb des gehalten wird, durch Aufsprühen einer wäßrigen Siedepunktes der gesättigten Alkalimetasilikat- Alkalimetasilikatlösung einen Film erzeugt und durch lösung erhitzt. einen zusätzlichen heißen Gasstrom die Verdampfung

4. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch des Wassers bewirkt, wobei der Überzugs- und gekennzeichnet, daß man eine. Alkalimetasilikat- 30 Trocknungsschritt so lange wiederholt wird, bis die lösung mit einer Dichte von 30 bis 55 Baume Größe der kristallinen wasserfreien Alkalisilikatteilaufsprüht. chen in gewünschtem Maße angestiegen ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch Eine vorzugsweise Ausführungsform besteht darin, gekennzeichnet, daß man den heißen Gasstrom weitgehend wasserfreie kristalline Alkalimetasilikate vorzugsweise in Form von überhitztem Wasser- 35 herzustellen, indem man unter Anwendung der oben dampf im Gegenstrom zu dem Feststoff führt. beschriebenen Arbeitsweise auf feinverteiltem Alkali-

6. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 4, dadurch metasilikat, vorzugsweise Natriummetasilikat, durch gekennzeichnet, daß man für die Erhitzung und Aufsprühen einer wäßrigen Alkalisilikatlösung einen Trocknung ein Verbrennungsgas mit einer Tem- Film erzeugt.

peratur oberhalb 200° C, welches vorzugsweise im 40 Das als Ausgangsmaterial verwendete wasserfreie Gegenstrom geführt wird, verwendet. Alkalisilikat, vorzugsweise Natriummetasilikat, kann

7. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 5, dadurch durch eine der bekannten Schmelz- oder Sinterungsgekennzeichnet, daß man einen Teil des anfallenden methoden erhalten werden. Es kann auch aus solchem, weitgehend wasserfreien Alkalisilikats dem konti- Material bestehen, welches bei diesen bekannten nuierlichen Prozeß als Ausgangskomponente wieder 45 Prozessen als zu feines oder zu grobes Material zuführt. . anfällt. Man kann jedoch vorzugsweise auch einen

Teil des nach dem neuen Verfahren hergestellten Alkalisilikats, vorzugsweise Natriummetasilikats, wie-

- derverwenden. .

50 Das als Ausgangsmaterial verwendete wasserfreie Alkalisilikat kann bezüglich der Teilchengröße in erheblichem Umfange schwanken. Es ist allerdings zweckmäßig, solches Material zu verwenden, dessen

Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren Teilchen kleiner sind als das erwünschte Produkt, zur Herstellung von weitgehend wasserfreien kristalli- 55 Bevorzugte Teilchengröße ist etwa 0,3 mm und nen Alkalisilikaten, welche staubfrei anfallen und keine kleiner.

Verunreinigungen enthalten sowie in möglichst gleich- Die Durchführung des Verfahrens ist an keine

mäßiger Teilchengröße erhalten werden können. bestimmte Apparatur gebunden, vorzugsweise wird Vorzugsweise betrifft das Verfahren die Herstellung von ein rotierender Zylinder verwendet, da dieser eine weitgehend wasserfreiem kristallinem Natriummeta- Ho leicht verfügbare Apparatur darstellt. Die Größe des silikat, welches unter anderem in technischen Reini- Trockners, vorzugsweise in Form eines Drehrohrofens, gungsmitteln in größerem Umfang verwendet wird. hängt von dem gewünschten Durchsatz und der Das handelsübliche wasserfreie Natriummetasilikat verfügbaren Trocknungskapazität ab. Es ist ein wird durch Zusammenschmelzen oder Zusammen- Kennzeichen des Verfahrens, daß die Hauptmenge des sintern von Soda und Sand hergestellt. Das in der 65 kristallisierten Alkalisilikats in einem dauernd be-Reaktionsmasse kristallisierende Produkt enthält dann wegten Zustand gehalten wird, so daß die Oberdie üblichen Verunreinigungen der Ausgangsmateria- flächen der kleinen Teilchen in verschiedenen Richlien sowie gegebenenfalls auch zusätzliche Verunreini- tungen während der Erzeugung des Films bewegt