DE1792361A1 - Verfahren zur Herstellung von glasigem Boroxid - Google Patents

Description

betreffend

Verfahren zur Herstellung von glasigem Boroxid« Zusatz zu DP 1 2M-9 237

Das Hauptpatent betrifft ein Verfahren zur Herstellung von glasigem Boroxid aus Alkali- oder Erdalkaliborat und Schwefelsäure und ist dadurch gekennzeichnet, daß man das körnige Gemisch der Ausgangssubstanzen bei einer Temperatur von 750 bis 1090° C aber auch höher schmilzt, wobei sich 2 Schichten bilden, die eine der beiden Schichten in geschmotenem Zustand von der anderen abtrennt und die das Boroxid enthaltende, normalerweise obere, Schicht abkühlt. Als Borat verwendet man ein Natriumborat, insbesondere Natriumtetraborat-Pentahydrat. Es werden nahezu äquimolare Mengen an Natriumborat und konzentrierter Schwefelsäure mit besonderem Vorteil verwendet und dieses '

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Gemisch auf eine Temperatur von etwa 800 bis 900 C erhitzt. Man kann die boroxidenthaltende Schicht nach Trennen von der anderen Schicht zur Entfernung gasförmiger Verunreinigungen noch weiter erhitzen.

Es zeigte sich nun, daß besondere Vorteile erhalten werden können, wenn man anstelle der nach dem Hauptpatent angewandten Schwefelsäure im Ausgangsprodukt von Natriumbisulfat ausgeht und dieses im Gemisch mit dem Borat auf eine Temperatur über 750 oder 800° G erhitzt, bevorzugte Arbeitstemperaturen sind 900 bis 1100° C. Die beiden Ausgangsmaterialien sollen in einem Molverhältnis von zumindest etwa 2:1 vorliegen. Wird als Ausgangsmaterial Natriumtetraborat angewandt, so soll das Molverhältnis von Natriumhydrogensulfat und Natriumtetraborat etwa 2:1 bis 3:1 betragen.

In der Industrie wird ein Boroxid gefordert, welches einen hohen Anteil an B^O,, und keinen oder einen geringen Anteil von Oxiden der Alkalien oder Erdalkalien aufweist. Derartiges Boroxid dient für Versatzmassen zur Herstellung von Glas, Email, Legierungen und als Flußmittel sowie auch als Katalysator für organische Reaktionen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält man nun in der Schmelze 2 Schichten, die Boroxid bzw. Sulfate der Alkali- oder Erdalkalimetalle, welche als

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Borate eingeführt wurden, enthalten. Im allgemeinen liegt auch hier Boroxid als obere Schicht vor.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich besonders dadurch aus, daß die Ausgangsmaterialien leicht verfügbar und besonders billig sind. Das erhaltene Boroxid weist einen hohen Gehalt an B₂Oo, nämlich von zumindest etwa 90 %, auf und ist besonders geeignet bei allen Anwendungsgebieten, wo hoher BgO^-Gehalt einerseits und geringer Anteil an Alkali- oder Erdalkalioxid andererseits gewünscht wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren fallen aus der 2. Schicht wertvolle Nebenprodukte in Form von Alkali- bzw. Erdalkalisalζen an.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird Natriumhydrogensulfat mit einem oder mehreren Metallboraten gemischt, vorzugsweise bei einem Molverhältnis Sulfat:Borat von zumindest etwa 2:1. Ein Verhältnis 2:1 bis 3:1 ist besonders bevorzugt, da dieses bei Anwendung von Natriumtetraborat die beste Ausbeute an Boroxid liefert. Man kann jedoch mit diesem Molverhältnis bis etwa 6:1 gehen, insbesondere wenn Calciumborat, also der natürliche Colemanit 2CaO.3B₂O.,.5H₂O als Ausgangsmaterial angewandt wird.

Für den erfindungsgemäßen Zweck kann man Alkali- und/oder Erdalkaliborate anwenden z.B. Natriumtetra-

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borat Na₂B^O₇₁ Kaliumtetraborat, Natriurapentaborat, sowie deren kristallwasserhaltige Produkte, borathaltige Minerale wie Colemanit, Ulexit NaCaB_c0_Q.8H₉O und Gemische von gereinigten oder ungereinigten Boraten. Aus wirtschaftlichen Gründen - insbesondere auch hinsichtlich der leichten Verfügbarkeit - bevorzugt man als Borat das Natriumtetraborat und dessen kristall-™ wasserhaltige Produkte, wie das Pentahydrat oder Decahydrat, also Borax,

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wendet man Natriumhydrogensulfat und wasserhaltiges Natriumtetraborat wie das Pentahydrat in einem Molverhältnis von etwa 2:1 bis 3i1 an· Die Produkte werden bei etwa Raumtemperatur gemischt. Hiefür eignet sich z.B. eine Kugelmühle. Die Reaktionsfe partner sollen sehr gut und homogen gemischt sein. Um die Mischung zu erleichtern kann man während des Mischens eine geringe Wassermenge zusetzen. \

Das Gemisch wird dann in einen Ofen aufgegeben, z.B₀ in einen gasbeheizten, worin die bei einer Temperatur von zumindest etwa 800° C, vorzugsweise etwa bis 1100 C, geschmolzen wird. Es trennen sich 2 Schichten, wobei in der einen Boroxid und in der anderen die Sulfate vorliegen. Im allgemeinen ist die Boroxidschicht

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die obere. Die "beiden Schichten werden nach ihrer Bildung so bald als möglich getrennt, im allgemeinen etwa 1 bis 2 h nach Aufgabe der Ausgangsmaterialien in den Ofen. Man kann das Material auch längere Zeit in geschmolzenem Zustand zusammenlassen, jedoch zeigte sich, daß mit zunehmender Berührungszeit der beiden Schichten der Anteil an Alkali in dem Boroxid zunimmt.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in den verschiedensten Öfen vorgenommen werden, z.B. in einem solchen, der sich kontinuierlich betreiben läßt und einen Überlauf für die obere Schicht aufweist» Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verbleibt nach Trennung der beiden Schichten die Boroxidschicht noch längere Zeit bei oder über der Reaktionstemperatur im Ofen, nämlich bis etwa 1 bis 2 h oder auch mehr. Dadurch sollen gasförmige Verunreinigungen entfernt werden. Die Aufarbeitung des Boroxids und der Nebenprodukte geschieht im Sinne des Hauptpatents.

Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene glasige Boroxid enthält im allgemeinen etwa über 90 % B₂Oo. Wenn man als Ausgangsmaterial Natriumtetraborat anwandte, so liegt dieser Anteil im allgemeinen bei etwa 95 %.

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Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich in einfacher Weise kontinuierlich betreiben.

Die Erfindung wird an folgenden Beispielen erläutert;

•Beispiel 1

,4 g Natriumtetraborat-Pentahydrat und 135»6 g Natriumhydrpgensulfat wurden in einer Kugelmühle etwa 7 h innig gemischt. Eine Probe von 100 g wurde nun in einem Platintiegel 20 min bei 1000° C eingeschmolzen, die obere Schicht abgezogen und abgekühlt. Das glasige Produkt enthielt 90,4 % B₂O₃ und 6,8 % Na₂O.

Beispiel 2

164,4 g Natriumtetraborat-Pentahydrat und 157,2 g Natriumhydrogensulfat wurden in einer Kugelmühle gemischt, 100 g in einem Platintiegel bei 1000° C in 20 min eingeschmolzen, die Schichten getrennt und in dem glasigen Produkt ein Gehalt von 93,9 % B₂O., und 4,7 ^ Na₂O festgestellt.

Beispiel 3 . '

l64,4 g Natriumtetraborat-Pentahydrat und 189,3 g Natriumhydrogenaulfat wurden in einer Kugelmühle ge-

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mischt, 100 g des Gemischs in einem Platintiegel bei 1000° C in 20 min eingeschmolzen, abgekühlt und die Schichten getrennt. Die Analyse ergab für die obere Schicht 95,Ji B₂O₃ und 3 %

Patentansprüche

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Claims (4)

Pate ntansprtiche

1. Verfahren zur Herstellung von glasigem Boroxid aus Alkali- oder Erdalkaliborat und Schwefelsäure durch Schmelzen des körnigen Gemische bei einer Temperatur über 750° C, Trennen der beiden Schichten und Gewinnung des Boroxids aus der einen, normalerweise der oberen Schicht, nach Patent 1 2^9 237, dadurch g e k e η η zeich η e t , daß man als Beaktionskomponente anstelle Schwefelsäure Natriumhydrogensulfat anwendet.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet , daß man ein Mol verhältnis von Natriumhydrogensulfat und Metallborat von zumindest 2:1 anwendet.

3· Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet , daß man Natriumhydrogensulfat und Natriumborat in einem Molverhältnis bis etwa 3:1 anwendet ·

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß man das Ausgangsgemisch bei einer Temperatur von etwa 900 bis 1100° C einschmilzt.

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