DE1567885A1 - Verfahren zur Herstellung von Boroxyd direkt aus Alkali-oder Erdalkalimetallborat - Google Patents

Description

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Beschreibung zu der Patentanmeldung

UNITED SiDATES BOEAX AND CHEMICAL CO. Jo75 Wilshire Boulevard Los Angeles, California, United States

of America

betreffend

Verfahren zur Herstellung von Boroxyd direkt aus Alkali- oder Erdalkalimetallborat.

Boroxyd wird in der Industrie weitgehend angewandt, z.B. bei der Herstellung von vielen Spezialgläsern, Emaillen, Legierungen, bei der Herstellung von Flußmitteln sowie als Katalysator in organischen Umsetzungen. Der Preis für Boroxyd ist bis jetzt relativ hoch, da der Einstandspreis der üblicherweise angewandten Rohmaterialien hoch istj auch die Herstellungsverfahren sind relativ kompliziert. Boroxyd wird In großem Umfang hergestellt durch Erhitzen von Borsäure auf höhire Temperaturen während relativ langer Zeit. Di· Borsäure selbst wird trdmroh Vaitteung vea Berax oder Coleaanit mit >, 009884/1684

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einer Säure, wie Schwefelsäure oder Salzsäure, in wässrigem Medium.

Nach einem bekannten Verfahren wird Boroxyd hergestellt in einem 2-stufigen Verfahren aus einem Borat und einer Säure. Es wurde auch bereits vorgeschlagen, glasiges Boroxyd direkt aus einem Metallborat wie Natriumtetraborat mit Schwefelsäure herzustellen. Bei diesem Verfahren wird ein inniges Reaktions-Gemisch von einem Alkali- oder Erdalkalimetallborat und Schwefelsäure gebildet. Dieses Reaktions-Gemisch wird auf eine Temperatur zwischen ca. 75o und 1o9o° C erhitzt. Es bildet sich ein geschmolzenes Reaktionsprodukt, welches sich in 2 Schichten trennt. Diese beiden Schich ten werden getrennt abgezogen, abgekühlt und aus der einen Schicht Boroxyd als glasiges Produkt gewonnen. Es wurde auch bereits vorgeschlagen, dieses Verfahren dadurch zu verbessern, daß die Umsetzungstemperatur auf über 1o9o° C erhöht wird. Diese beiden Verfahrensvorschläge können nun zu einem Verfahren zur Herstellung von glasigem Boroxyd zusammen gefaßt werden, wobei ein Reaktions-Gemisch aus einem Alkalioder Erdalkalimetallborat und Schwefelsäure auf eine Temperatur von zumindest 75o° C erhitet wird. Ea bildet sioh ein geschmolzenes Reaktionsprodukt, welohes sioh in 2 Sohiohten teilt. Die beiden

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Schichten werden getrennt und jeweils gekühlt und aus der einen Schicht wird glasiges Boroxyd gewonnen. . . ·

Bei der Herstellung dieser Reaktions-Gemische aus Schwefelsäure und Natriumtetraborat-Pentahydrat oder einem anderen Borat durchläuft die Masse während des Mischvorgangs häufig einen pastösen Zustand-. Im allgemeinen erstarrt- diese Paste während des Fortschreitens des Verfahrens. Einige Mischer sind jedoch ungeeignet, Pasten zu verarbeiten} andere Mischer können derartige Produkte nur unter größten Schwierigkeiten verarbeiten. Wird eine Paste aus einem derartigen Mischkessel ausgetragen, so kann sie zu großen Klumpen erstarren} man muß diese dann für die Einbringung in den Ofen zur Umwandlung in Boroxyd zerkleinern. Es ist daher oft wünschenswert, die Bildung eines pastösen Materials während der Herstellung von Reaktions-Gemischen aus Boraten und Säure zu vermeiden.

Die Erfindung bringt ein Verfahren zur Herstellung eines Reaktions-Gemischs aus einem Borat und einer Säure für die anschließende bekannte Umsetzung in Boroxyd, wobei kein pastöser Zustand während der Herstellung des Reaktions-Gemischs durchlaufen wird.

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Fach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Borat, insbesondere Uatriumtetraborat-Pentahydrat, bestimmter Korngrößen und zwar < o,149 mm (1oo mesh US sie.ve) für die Herstellung des Eeaktions-G-emisches angewandt. Wird das Tetraborat dieser Korngröße - insbesondere mit- einer Siebanalyse zwischen o,o37 und o,149 mm ' (1oo bis 4oo mesh) - mit einer ungefähr äquimolaren Menge an Schwefelsäure zusammengebracht, so erhält man ein körniges, trocken erscheinendes,freifliessendes Eeaktions-G-emisch, ohne daß ein pastöser Zustand durchlaufen wird. Die Boratkomponente kann einen geringen Anteil einer Korngröße>o, 149 (1oo mesh) enthalten, jedoch für optimale Ergebnisse sollte die Hauptmenge also zumindest ca. 8o $<o,149 mm sein.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden ungefähr äquimolare Mengen von Schwefelsäure und liatriumtetraborat für die Herstellung des Heaktions-Gremischee angewandt. Bevorzugt verwendet man konzentrierte Schwefelsäure mit zumindest ca. 9o $> H₂SO₄₇ üblicher Weise ca. 93 bis 9§ i° HpSO.. Man kann, wenn gewünscht, einen geringen molaren überschuss an Säure, das ist bis ca. 1o Gew.-^, anwenden} manchmal ist ein derartiger Überschuß vorteilhaft. Es wird vorgezogen, die Säure

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auf das. Borat zu sprühen, während dem das Ganze gemischt wird. Es ist auch zweckmäßig, die Reaktionsmasse wenn notwendig zu kühlen, um die Temperatur unter ca. 12o° G zu halten.

Das erhaltene Reaktions-G-emisch von Hatriumtetraborat und Schwefelsäure wird einem Ofen aufgegeben und dort auf erhöhter Temperatur erhitzt, um eine Schmelze, die 'sich in 2 Schichten trennt, zu erhalten. Aus im allgemeinen der oberen Schicht wird dann das Bora oxyd gewonnen. Die untere Schicht ist dann das Alkali- bzw. Erdalkalisulfat. Nach dem Abkühlen erhält man dieses als körniges Produkt.

Die Erfindung wird anhand folgender Beispiele näher erläutert:

Boiapiol 1

In tinom Mischer wurden 12,9o4 kg liatriumtetra-Töorat-Pentahydrat aufgegeben. Das Borat besaß folgen- dV Siebanalyaei -

0090847119t- · ^C0PY

(USS mesh)	mm	o,3	*
5o		o,3	o,3
7o	o,21 -	o,21	o,4
1oo	o,149-	o,149	19,8
Ho	o,1o5-	o,1o5	53,3
2oo	o,o74-	o,o74	76,9
27o	o,o53-	o,o53	86,2
4oo	o,o37-	o,o37	93,5
-4oo		6,5

Auf das körnige Borat wurden 4,819 kg konzentrierte Schwefelsäure (95 $-ig) aufgesprüht und das Ganze ca. 6 min gemischt. Das Gemisch war körnig und freifliessend, ohnt daß es zu einer pastösen Masse kam. Nachdem weitere 14 min gemischt wurde, trug man ein freifMessendes, körniges Material aus·

Wenn nan nach obigen Anweisungen ein Borat von größerer Korngröße und zwar 9o ^ P^ca. o,149 «m (1oo mesh) anwendet, so erhält nan während dtt Mischen« eine pastöse Phase.

Beispiel 2

lach At* AmwtituBft» dti Beispiels 1 wurdem tu 12,9t4 kg Iatri«attt*t»t*at*9titaky*rtt Oiftr 8itt- ualfM 5,194 kf IthwtftXitwrt (95 Jt) ii«tittit. Sit

Säurezugabe erfolgte innerhalb'von ca. 2o min. Es wurde dann noch weitere 5 min gemischt; man erhielt ein freifliessendes, körniges Material. Es zeigte sich keine Pastenbildung während der Herstellung.

Die nach obigen Beispielen hergestellten Gemische wurden einem Ofen aufgegeben, um sie zu Boroxyd und Natriumsulfat nach einem anderen Vorschlag zu überführen.

Patentansprüche

009804/169A

Claims (5)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Boroxyd aus einem Reaktions-G-emisch von Alkali- oder Erdalkalimetairborat und Schwefelsäure und Überführen dieses Gemisch in der Wärme in Boroxyd dadurch gekennz ei chnet, daß
man ein Borat mit dem Hauptteil einer Korngröße *C ca. 149 mm anwendet.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennz ei chne t, daß man als Borat ITatriumtetraborat-Pentahydrat anwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß man einen
Schwefelsäureüberschuß bis ca. 1o >b anwendet.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 dadurch
gekennzei chnet, daß man ein Borat mit zumindest 8o ?ό ^0,149 mm, vorzugsweise
o,o37 bis o,149 mm, anwendet.

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5." Verfahren nach Anspruch .1 tois 4 dadurch g e k e el η zeich η e t, daß man die Säure auf das Borat während des Mischens aufspritzt.

■nn-äR-fU/1.694-