DE1567585B2

DE1567585B2 - Verfahren zur Herstellung von Lithiumsilikatlösungen

Info

Publication number: DE1567585B2
Application number: DE19661567585
Authority: DE
Inventors: Helmut V. Dipl.-Chem. Dr. 4000 Duesseldorf Freyhold; Volker Dipl.-Chem. Dr. 4010 Hilden Wehle
Original assignee: Henkel AG and Co KGaA
Current assignee: Henkel AG and Co KGaA
Priority date: 1966-11-30
Filing date: 1966-11-30
Publication date: 1975-04-30
Also published as: NL6714910A; GB1183120A; CH484837A; DE1567585A1; DE1567585C3

Description

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Die Erfindung betrifft die Herstellung von wäßrigen Lithiumsilikatlösungen, insbesondere mit verhältnismäßig hoher Konzentration und mit einem hohen Gewichts verhältnis SiO₂: Li₂O von mindestens 4:1.

Die Herstellung von wasserlöslichen Lithiumsilikaten mit einem höheren Molverhältnis von SiO₂: Li,O größer als 1, entsprechend einem Gewichtsverhältnis größer als 2, kann nicht wie bei den übrigen Alkalisilikaten durch Schmelzen von Sand und Lithiumhydroxyd in entsprechendem Verhältnis erfolgen. Derartige Schmelzverfahren führen nämlich zu praktisch wasserunlöslichen Produkten, so daß hieraus keine wäßrige Lithiumsilikatlösungen hergestellt werden können.

Es ist jedoch bereits bekannt, wäßrige Lithiumsilikatlösungen durch Vermischen von Lithiumhydroxyd, feinverteilter Kieselsäure und Wasser, anschließendes Erhitzen der Mischung unter Rühren auf Temperaturen von 75 bis 150° C und darauf folgendes Abkühlen des Reaktionsgemisches auf Temperaturen von 20 bis 30⁰C herzustellen. Das SiO,: Li₂O-Verhältnis bei diesem bekannten Verfahren beträgt 2 bis 6,3 :1. Der Feststoffgehalt der Dispersion beträgt 10 bis 45 Gewichtsprozent. Vorzugsweise wird so verfahren, daß Kieselsäure mit Lithiumhydroxyd und Wasser bei Temperaturen von etwa 150° C unter Druck behandelt wird. Nach mehrstündiger Umsetzung wird stufenweise abgekühlt, wobei auch der Abkühlungsprozeß mehrere Stunden in Anspruch nimmt. Das Verfahren ist daher sehr umständlich und technisch wenig befriedigend.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die bisherige Arbeitsweise zur Herstellung von wäßrigen Lithiumsilikatlösungen durch Erhitzen von Dispersionen von feinverteilter Kieselsäure, Lithiumhydroxyd und Wasser zu verbessern. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß man eine Dispersion aus feinverteilter Kieselsäure, Lithiumhydroxyd und Wasser mit einem Gewichtsverhältnis von SiO₂: Li₂O wie 4 bis 8,6 :1 und einem Anteil von SiO₂ von 8 bis 20 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgemisch, auf Temperaturen von etwa 80 bis 100^r'C, vorzugsweise 85 bis 100⁰C, erhitzt, umgehend das ausgefallene Reaktionsprodukt abtrennt und durch Abkühlen in flüssige Lithiumsilikatlösung überführt. Gegebenenfalls kann man den flüssigen Anteil des Reaktionsproduktes nach Ergänzung mit den Ausgangskomponenten erneut für die Umsetzung verwenden.

Die zur Durchführung des Verfahrens verwendete feinteilige Kieselsäure kann in Form von Kieselsäuregel oder Kieselsäuresol vorliegen. Als Lithiumhydroxyd werden handelsübliche Produkte verwendet, insbesondere das Monohydrat. Dieses enthält 53 Gewichtsprozent Lithiumhydroxyd.

Die genannten Komponenten werden unter Zusatz von Wasser in eine Dispersion übergeführt, deren SiO₂-Gehalt in dem Bereich von 8 bis 20 Gewichtsprozent, vorzugsweise 8,5 bis 15 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgemisch, liegt.

Es ist zweckmäßig, beim Erhitzen die Dispersion gut zu rühren. Bei langsamem Erhitzen geht die Dispersion allmählich in eine klare Lösung über, aus der dann nach Erreichung eines Temperaturbereiches von etwa 80 bis 100° C ein festes Reaktionsprodukt ausfällt. Gewünschtenfalls kann jedoch die Erhitzung auf den genannten Temperaturbereich auch sehr rasch erfolgen. Es ist im allgemeinen vorteilhaft, insbesondere bei SiO₂-Gehalten unter 9,5 Gewichtsprozent, wenn die obere Temperaturgrenze zumindest am Ende der Reaktion kurzzeitig erreicht wird.

Die erforderliche Reaktionsdauer ist in gewissem Umfang von dem SiO₂-Gehalt sowie dem Verhältnis SiO₂: Li₂O und der Temperatur abhängig. Sie liegt praktisch zwischen etwa 10 Minuten und einer Stunde. Die Reaktionsdauer läßt sich herabsetzen, wenn die anfallende Mutterlauge wieder für einen neuen Ansatz verwendet wird.

Das ausgefallene Reaktionsprodukt wird umgehend abgetrennt, vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 80 bis 100° C. Die Abtrennung kann jedoch auch bei etwas niedrigeren Temperaturen erfolgen. In diesen Fällen geht jedoch häufig ein gewisser Teil des ausgefallenen Produktes wieder in Lösung. Unter umgehender Abtrennung wird darüber hinaus verstanden, daß das Reaktionsprodukt, nachdem es ausgefallen ist, nicht mehr längere Zeit erhitzt wird. Das ausgefallene Reaktionsprodukt stellt bereits das erwünschte Endprodukt in fester, wasserhaltiger Form dar. Nach dem Abkühlen geht dieses feste Produkt, ohne daß zusätzliche Maßnahmen erforderlich sind, in eine hochkonzentrierte flüssige, wäßrige Lithiumsilikatlösung über. Der Feststoffgehalt der so erhaltenen Lösungen liegt zwischen 20 und 28 Gewichtsprozent bei einem Gewichtsverhältnis von SiO.,: Li₂O wie 4 bis 8,6 : 1.

Der nach der Abtrennung des festen Reaktionsproduktes verbleibende flüssige Anteil besteht aus einer Lithiumsilikatlösung niederer Konzentration und wird zweckmäßigerweise für die Herstellung einer neuen Ausgangslösung verwendet.

Die zuletzt genannte Arbeitsweise wird stets dann durchgeführt, wenn im kontinuierlichen Prozeß hochkonzentrierte Lithiumsilikatlösungen hergestellt werden. Bei der kontinuierlichen Herstellung erfolgt die Abtrennung des festen Reaktionsproduktes ebenfalls in der Hitze mit geeigneten technischen Vorrichtungen wie beispielsweise geheizten Zentrifugen. Die Abtrennung kann F.uch mit Hilfe geheizter Absetz-

behälter durchgeführt werden. Das feste Reaktionsprodukt geht nach dem Abkühlen, wie bereits oben beschrieben, in eine flüssige, wäßrige Lithiumsilikatlösung über. Der anfallende flüssige Anteil (Mutterlauge) des Reaktionsproduktes wird im gewünschten Mengenverhältnis zur Bildung einer neuen Dispersion mit Kieselsäuresol bzw. Kieselsäuregel und Lithiumhydroxyd versetzt und erneut für die Umsetzung verwendet.

Die Vorteile des neuen Verfahrens liegen insbesondere darin, daß es ermöglicht wird, mit erheblich verkürzten Reaktionszeiten zu Lithiumsilikatlösungen von hoher Konzentration mit einem hohen SiO.,: Li.,O-Verhältnis zu gelangen. Ein weiterer Vorteil Gesteht darin, daß das Verfahren leicht in kontinuierlicher Arbeitsweise durchgeführt werden kann. Die so herstellbaren Lithiumsilikatlösungen sind ausgezeichnete Binde- und Anstrichmittel, die sich durch sehr kurze Abbindezeiten und gute Wasser- und Wetterfestigkeit auszeichnen.

Beispiel 1

263 Gewichtsteile feinteiliger Kieselsäure wurden mit 112 Gewichtsteilen Lithiumhydroxyd-monohydrat und 1588 Gewichtsteilen Wasser unter ständigem Rühren innerhalb von 10 Minuten auf etwa 100° C erhitzt und diese Temperatur dann noch unter weiterem Rühren 40 Minuten aufrechterhalten. Anschließend wurde der gebildete Niederschlag heiß filtriert. Beim Erkalten ging er in eine konzentrierte Lithiumsilikatlösung über, die 23,4 Gewichtsprozent SiO₂ und 3,31 Gewichtsprozent Lithium, berechnet als Li,O, enthielt.

Die Mutterlauge mit einem Gehalt von 9,6 Gewichtsprozent SiO₂ und 1,55 Gewichtsprozent Li₂O konnte nach dem Aufkonzentrieren für einen weiteren Ansatz verwendet werden.

Beispiel 2

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300 Gewichtsteile Kieselsäuregel (87,5 Gewichtsprozent SiO₂) wurden mit 118 Gewichtsteilen Lithiumhydroxyd-monohydrat und 1582 Gewichtsteilen Wasser vermischt und unter ständigem Rühren etwa 1 Stunde auf 70° C erhitzt, bis die Dispersion weitgehend klar wurde. Danach wurde rasch weiter auf 100° C erhitzt und der gebildete Niederschlag in der Hitze abgetrennt. Beim Erkalten ging der Niederschlag in eine konzentrierte Lithiumsilikatlösung über mit einem Gehalt von 23,6 Gewichtsprozent SiO., und 3,49 Gewichtsprozent Li₂O.

Die anfallende Mutterlauge hatte einen Gehalt von 9,6 Gewichtsprozent SiO₂ und 1,6 % Li₂O. 1270 Gewichtsteile dieser Mutterlauge wurden mit 160 Gewichtsteilen Kieselsäuregel (87,5 Gewichtsprozent SiO₂) sowie 51 Gewichtsteilen Lithiumhydroxyd-monohydrat und 519 Gewichtsteilen Wasser unter ständigem Rühren vermischt und auf 99° C erhitzt. Die Reaktionsdauer betrug etwa 35 Minuten. Danach wurde der Niederschlag mit einer geheizten Zentrifuge (100° C) abgetrennt. Nach dem Erkalten wurden 672 Gewichtsteile einer Lithiumsilikatlösung mit einem Gehalt von 21,4 Gewichtsprozent SiO₂ und 2,88 Gewichtsprozent Li₂O, entsprechend einem Verhältnis von 7,4:1, erhalten.

Beispiel 3

Bei einer Arbeitsweise wie im Beispiel 2 beschrieben wurden 300 Gewichtsteile feinteiliger Kieselsäure mit 87 Gewichtsteilen Lithiumhydroxydmonohydrat und 1613 Gewichtsteilen Wasser unter ständigem Rühren vermischt. Die Reaktionsdauer betrug 45 Minuten. Aus dem abgetrennten festen Reaktionsprodukt erhielt man eine konzentrierte Lithiumsilikatlösung mit einem Gehalt von 18,7 Gewichtsprozent SiO₂ und 2,18 Gewichtsprozent Li₂O, entsprechend einem Gewichtsverhältnis von 8,6 :1.

Beispiel 4

Zur kontinuierlichen Herstellung von Lithiumsilikatlösungen wurden in einem Mischbehälter feinteilige Kieselsäure, Lithiumhydroxyd und Wasser in solchen Mengen vermischt, daß eine Dispersion entstand, die 13,2 Gewichtsprozent SiO₂ und 1,86 Gewichtsprozent Li₂O enthielt. Die Dispersion wurde dann durch einen dreistufigen Kaskadenerhitzer geleitet mit einer Verweilzeit von etwa 15 Minuten pro Stufe bei einer Temperatur von 98 bis 100° C. An Stelle des Kaskadenerhitzers kann auch ein Durchlauferhitzer verwendet werden. Das den Erhitzer verlassende Reaktionsprodukt wurde einer ebenfalls auf 98 bis 100° C erhitzten Durchlaufzentrifuge zugeführt, wobei die Trennung der festen und flüssigen Phase erfolgte.

Die feste Phase wurde einem Vorratsbehälter zugeführt und ging von selbst bei Abkühlung in eine klare Lithiumsilikatlösung mit einem Gehalt von 23,3 Gewichtsprozent und 3,3 Gewichtsprozent Li₂O, entsprechend einem Gewichtsverhältnis von etwa 7:1, über.

Die Mutterlauge, enthaltend 9 Gewichtsprozent SiO₂ und 1,25 Gewichtsprozent Li₂O, wurde noch heiß in den Mischbehälter zurückgeführt. Es wurde die ursprüngliche Konzentration durch Zuführung von feinteiliger Kieselsäure und Lithiumhydroxyd wiederhergestellt und das Reaktionsgemisch erneut dem Kaskadenerhitzer zugeführt.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von wäßrigen Lithiumsilikatlösungen durch Erhitzen von Dispersionen aus feinverteilter Kieselsäure, Lithiumhydroxyd und Wasser auf Temperaturen über 75° C und anschließendem Abkühlen des Reaktionsgemisches, wobei Kieselsäure im Überschuß vorliegt und der Feststoffgehalt der Dispersionen weniger als 45 Gewichtsprozent beträgt, dadurch 'gekennzeichnet, daß man eine Dispersion mit einem Gewichtsverhältnis von SiO.,: Li.,O wie 4 bis 8,6:1 und einem Anteil vonSiOJ von 8 bis 20 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgemisch, auf Temperaturen von etwa 80 bis 100° C, vorzugsweise 85 bis 100° C, erhitzt, umgehend das ausgefallene Reaktionsprodukt abtrennt und durch Abkühlen in flüssige Lithiumsilikatlösung überführt.