DE2132428A1

DE2132428A1 - Verfahren zur Herstellung von pigmentartigem Siliciumoxid

Info

Publication number: DE2132428A1
Application number: DE19712132428
Authority: DE
Inventors: Driscoll Richard Edward
Original assignee: Cities Service Co
Current assignee: Cities Service Co
Priority date: 1970-07-01
Filing date: 1971-06-30
Publication date: 1972-01-05
Also published as: FR2098144A5; US3661519A; SE376924B; NL7109018A; GB1331373A; BE769290A; JPS521399B1

Description

PATENTANWÄLTE 9 1 ^ ? Λ 9

Dlpl.-friQ. EID E N EI E R Dip!.-Chem. Dr. R U F F Dipl.-lng. J. B EIE R

7 STUTTGART 1 Neckarstraße 5O Telefon 22 7O51

29· Juni 1971 R/Fi Anmelder: Cities Service Company 60 Wall Street
New York, New York
USA

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Verfahren zur Herstellung von pigmentartigen Siliciumoxid

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von amorphem Pigment-Siliciumdioxid, das durch Hydrolyse von Siliciumtelrafluorid bei erhöhten Temperaturen, a»Bc oberhalb ca- 59S⁰C (1100⁰P₀) erzeugt wird. Die am weitesten verbreitete Technik zur Erzielung der Hydrolyse besteht in Flammenverfahren, bei denen ein strÖmungsfähiger Brennstoff in Gegenwart von Siliciumtetrafluorid mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Gas verbrannt wird, wobei das Reaktionswasser durch Verbrennung des Brennstoffs oder von einer auswärtigen Quelle zugeführt wird^ Die

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sich ergebenden Siliciumoxide haben im allgemeinen eine Partikelgröße im Bereich von ca. 5 bis 50 Millimikron und eine Oberflächenausdehnung im Bereich von ca. 75 bis 200 Quadratmeter pro Gramm. Nach seiner Bildung wird das Siliciumoxid durch Filtration von gasförmigen Reaktionsprodukten, z.B. Fluorwasserstoff, Wasserdampf und CO₂ abgetrennt und als trockenes Pulver geringer Dichte gewonnen. Solche Siliciumoxide können unter anderem als Verstärkungsmittel für Silikon-Kautschuk, als Verdickungsmittel für Harze und Fette und als Antiklumpmittel verwendet werden.

Im US-Patent 2 631 083 ist offenbart, daß die Hydrolyse des Siliciumtetrafluorids bei 816°C (1500°F.) bis zu einem 80%-igen Abschluß kommt, wohingegen Temperaturen oberhalb 982°C (1800°F.) notwendig sind, um eine im wesentlichen vollständige Hydrolyse, z.B. oberhalb 90% zu erreichen. Aus der obigen Offenbarung geht aber nicht hervor, daß untragbar lange Reaktionszeiten erforderlich sind, um einen Umwandlungsgrad von mehr als 50% zu erreichen, wenn die Reaktionstemperatur unterhalb ca. 87O°C (1600⁰F/) liegt. Folglich wurde in der Fachwelt die Entwicklung auf dem Gebiet von Flammenverfahren vorangetrieben, bei denen die Flamme eine "große Intensität" oder allgemeiner gesagt, eine Temperatur von wenigstens 980°C (1800⁰F.) und normalerweise oberhalb 1O93°C (2000⁰F.) hat. So wurden Betriebstechniken entwickelt, die eine im wesentlichen vollständige Verbrennung des Brennstoffs in der Flamme in der kürzest möglichen Zeit bewirken, da dies eine schnelle und überaus wirksame Umwandlung von Siliciumtetrafluorid zu Siliciumoxid sicherstellt.

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Flamraenverfahren zur Herstellung von Siliciumoxid aus Siliciumtetrafluorid wurden allerdings durch Schmelzen oder Sintern der Mikro-Partikel gestört, ein Vorgang, der bei Temperaturen von ca. 870⁰C (1600⁰P.) und mehr und manchmal bei Temperaturen von nur ca. 79O°C (145O°F_a) zu beobachten ist« Temperaturen oberhalb des Schmelz-Sinterpunkts können zu einer bedeutenden Oberflächenverringerung des Siliciumoxids führen, wenn die Partikel nicht schnell genug abgeschreckt werden. Ein ernsteres Problem ist die Bildung von Ablagerungen an den Wänden der Hydrolysekammer, doho die heißen Siliciumoxidpartikel bleiben an der Wand und aneinander haften und bilden schnell Krusten, die die Misch- und Fließstruktur der Reaktionsmittel ändern und möglicherweise die Kammer verstopfen, wenn sie nicht ziemlich häuf ig herausgeputzt werden. Der Reinigungsvorgang erfordert aber nicht nur eine Arbeitsunterbrechung des Verfahrens, sondern es geht auch ein beträchtlicher Anteil des Siliciumprodukts an diese Ablagerungen verloren, die wertlos sind, da sie durch Pulverisieren oder Mahlen nicht in nutzbares Pigment-Siliciumoxid rückgewandelt werden können.

Es bestand daher weiterhin das Bedürfnis nach einem Flammenverfahren, bei dem die Umwandlung von Siliciumtetrafluorid zu Siliciumoxid mit hohen Wirkungsgraden durchgeführt wird, und gleichzeitig mit Hydrolysetemperaturen gearbeitet wird, die unterhalb des Sinter-Schmelzpunktes des herzustellenden Siliciumoxids liegen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Flammeηverfahren zu schaffen, bei dem durch Hydrolyse von Siliciumtetra-

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fluorid bei Temperaturen, die ein Sintern und Schmelzen des Siliciumoxide verhindern, hohe Siliciumoxiderträge erzielt werden_o

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung.

Erfindungsgemäß wird eine Mischung aus Sauerstoff, einem P Kohlenwasserstoff-Brenngas und Siliciumtetrafluorid verbrannt, wobei die Sauerstoffmenge in der Mischung nicht ausreicht, eine im wesentlichen vollständige Verbrennung des Brennstoffs zu erreichen. Das Siliciumtetrafluorid wird in der sich beim Verbrennen der Mischung ergebenden Flamme mit unvollständiger Verbrennung im wesentlichen hydrolysiert. Danach wird der Flamme weiterer Sauerstoff zugesetzt, um die darin verbliebenen brennbaren Brennstoffbestandteile, z.B. Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Aldehyde usw. zu verbrennen«

Zusätzlich zu Sauerstoff, Brennstoff und Siliciumtetrafluorid kann die Hydrolyse-Reaktionsmischung von außen " zugeführten Wasserdampf und Inertgase, wie z.B. Stickstoff und Fluorwasserstoff enthalten. Auf jeden Fall können die Bestandteile der Mischung anteilmäßig so verteilt sein, daß bei im wesentlichen vollständiger Verbrennung des Brennstoffs, die Flammentemperaturen ca. 87O°C (ca. 1600⁰F.) nicht überschreiten.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist die weitgehende Hydrolyse des Siliciumtetrafluorids in einer Flammen-

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zone, in der die Verbrennung des Kohlenwasserstoff-Brennstoffs im wesentlichen unvollständig ist, da diese Stufe notwendig ist, um hohe Siliciumoxiderträge bei relativ niedriger Hydrolysetemperatur zu erreichen. Auch wenn man sich nicht durch Theorie binden will, so wird doch angenommen, daß in der Flamme freigesetzte freie Radikale, insbesondere Hydroxyl, mit dem Siliciumtetrafluorid äußerst reaktiv sind, und so erreichen, was man nur bei den höheren Temperaturen, die man für ausreichende Dissoziation braucht, mit Wasser erreichen kann. Durch die Erfindung ist es daher möglich, die Hydrolyse von Siliciumtetrafluorid bei Temperaturen im Bereich von ca. 650 bis 87O°C (ca, 1200 bis 1600°P.) durchzuführen und gleichzeitig einen Umwandlungsgrad von 90% und mehr zu erreichen * Die Hydrolysetemperaturen können mit Vorteil im Bereich von ca. 650 bis ca. 76O°C (1200 bis 1400°F.) gehalten werden, um einen erhöhten Sicherheitsspielraum gegen Schmelzen und Sintern des Siliciumoxids zu haben»

Zur Bildung der Hydrolyse-Reaktionsmischung läßt sich jeder geeignete strömungsfähige Kohlenwasserstoff-Brennstoff verwenden, aber normalerweise können vorteilhafterweise gasförmige Kohlenwasserstoffe verwendet werden. z_oB. Methan, Äthan, Propan, Butan oder Mischungen hiervon. Da in der Praxis der Erfindung auch Wasserstoff verwendet werden kann, ist verständlich, daß unter dem Begriff "Kohlenwasserstoff-Brenngas" hier Wasserstoff wie auch Mischungen von Wasserstoff mit anderen Kohlenwasserstoff-Brennstoffen zu verstehen isto Der Hydrolyse-Reaktionsmischung kann Sauerstoff als im wesentlichen reiner Sauerstoff, Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder jedes andere geeignete

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freien Sauerstoff enthaltende Gas zugeführt werden«

Wie schon erwähnt, ist die Flamme, in der die Hydrolyse stattfindet, gekennzeichnet durch eine erste Zone, in der der Brennstoff- und Sauerstoffanteil so ausfällt, daß die Verbrennung des Brennstoffs im wesentlichen unvollständig ist, und eine zweite Zone, in der eine weitere Mischung und Verbrennung mit Sauerstoff stattfindet» Der Sauerstoff-zu-Brennstoff~Anteil, der in der ersten Zone für die unvollständige Verbrennung des Brennstoffs herrschen kann, ist beträchtlichen Schwankungen unterworfen, aber der Brennstoff sollte in dem Maß im Überschuß sein, daß die stöchiometrische Fraktion JP wenigstens ca. 1,3 beträgt. Hierbei ist:

(V.F.G.)

Φ ~ Volumenprozent des Brenngases in tatsächlicher Mischung ' ~ Stochiometrisches Brenngas, Volumenprozent (S.F.G.)

Die stöchiometrische Fraktion ψ kann besonders vorteilhaft im Bereich von ca» 1,5 bis ca. 1,8 liegen*

Nach teilweiser Verbrennung des Brennstoffs und weitgehender Hydrolyse des Siliciumtetrafluorids in der unvollständigen Brennflamme wird der Flamme eine solche Sauerstoffmenge zugesetzt, die ausreicht, eine im wesentlichen vollständige Verbrennung von darin verbliebenen unverbrannten Brennstoffbestandteilen zu bewirken« Wo es bevorzugt und praktisch ist, kann überschüssiger Sauerstoff zugegeben werden» Demgemäß stehen die Gesamtmengen an Brennstoff und Sauerstoff, die der ganzen Flamme zugeführt werden, im allgemeinen in einem solchen Verhältnis zueinander, daß <f> 1,0 oder weniger, d.h. stöchiometrisch oder mager an Brennstoff ist.

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Während es wünschenswert ist, die Hydrolysetemperaturen unterhalb ca. 870°C (1600°F.) zu halten, ist jedoch die Brennstoffmenge, die für die Hydrolyse einer gegebenen Siliciumtetrafluoridmenge verbrannt wird, beträchtlichen Schwankungen unterworfen, da mehr oder weniger Wärme notwendig sein kann, um verschiedene Mengen Wasserdampf und Inertgase aufzuheizen, die in die Hydrolyse-Reaktionsmischung eingebracht werden können, wobei die tatsächlichen Mengen dieser Bestandteile unter anderem von der Art und Weise abhängen, wie das Siliciumtetrafluorid erzeugt wird, und von der Menge Stickstoff usw. in Mischung mit dem Sauerstoffstrom. Luft läßt sich beispielsweise gut für die Verbrennung des Kohlenwasserstoff-Brennstoffs verwenden, und das Siliciumtetrafluorid kann in Mischung mit Wasserdampf sein, ehe es in die Hydrolysemischung eingeführt wird.

Bei der Erfindung kann die Siliciumtetrafluoridkonzentration in der Reaktionsmischung zu dem Zweck verändert werden, um die Oberflächenausdehnung des herzustellenden Siliciumoxids zu regulieren, was Gegenstand einer anderen Erfindung ist, die in einer Anmeldung der Anmelderin vom gleichen Tag (entspricht US-Patentanmeldung vom 1. Juli 1970, Serial No. 51632) beschrieben ist. In dem darin beschriebenen Verfahren wird die Siliciumtetrafluoridkonzentration in der Hydrolysemischung auf einen ausgewählten Wert festgesetzt, der direkt proportional zu der gewünschten Oberflächenausdehnung des Siliciumoxidprodukts ist, d.h. die Oberflächenausdehnung des Siliciumoxids wird größer mit steigender Siliciumtetrafluoridkonzentration in der Hydrolysemischung und umgekehrt· Demgemäß können die die Reaktionsmischung bildenden Be-

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standteile anteilmäßig so verteilt sein, daß ein vorbestimmtes Massenverhältnis von Flammen-Reaktionsmitteln und Verdünnungsmitteln zu Siliciumtetrafluorid geschaffen wird, das im Bereich von ca. 10 bis ca» 110 liegt,und hierdurch die Bildung von Siliciumoxiden mit einer Partikelgröße von ca. 5 bis ca. 15 Millimikron und einerbesonders erwünschten Oberflächenausdehnung (B.EeT.} im Bereich von

ca. 200 bis ca» 500m /g ermöglicht wird. Flammen-Reaktionsmittel sind der Kohlenwasserstoff-Brennstoff und Sauerstoff, während Verdünnungsmittel unter anderem Wasserdampf, Fluorwasserstoff und Stickstoff sind, wobei dieser als Luft eingeführt werden kann, mit der auch Sauerstoff für die Verbrennung des Brennstoffs zugeführt wird. Das Siliciumtetrafluorid kann vorteilhafterweise gemischt mit einer vorbestimmten Menge eines Verdünnungsdampfes in die Hydrolysezone eingeführt werden, wodurch die SiliciumtetrafIuoridkonzentration in der Mischung reguliert werden kann, während die Zufuhrrate der dazugehörigen Reaktionsmittel konstant bleibt. Für diesen Zweck geeignete Verdünnungsmittel sind unter anderem Wasserdampf, Fluorwasserstoff, Inertgase und Mischungen hiervon. Wenn man Luft als Sauerstoffzufuhr für die Flamme verwendet, kann der Gehalt an Siliciumtetrafluorid und Verdünnungsdampf in der Mischung so verteilt sein, daß dort eine spezifische Molfraktion an Siliciumtetrafluorid im Bereich von ca. 0,02 bis ca. 0,14 geschaffen wird. Demgemäß kann eine spezifische Siliciumtetraf luoridkonzentration in der Reaktionsmischung hergestellt werden, wodurch das Siliciumprodukt eine besonders erwünschte Oberflächenausdehnung erhält.

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Die Hydrolyse des Siliciumtetrafluorids in Übereinstimmung mit der Erfindung führt zur Bildung eines in den Flammengasen und im Fluorwasserstoff suspendierten Aerosols des Siliciumoxide ο Das Siliciumoxid wird dann auf bekannte Weise aus diesen Gasen abgetrennt und gewonnen, das Aerosol wird z.B. nach dem Abkühlen in einen Beutelfilter geführt, worin das Siliciumoxid bei einer Temperatur von ca. 230 bis 2€0°C (450 bis 500°F.) abgetrennt wird·

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine horizontale Ansicht im Schnitt eines in der Praxis der Erfindung anwendbaren Hydrolyse-Reaktors; und

Fig. 2 eine graphische Darstellung des Siliciumoxid-

ertrags gegen φ der Flamme mit unvollständiger Verbrennung beim Hydrolysieren von Siliciumtetrafluorid nach einer Ausführungsform der Erfindung·

In Fig. 1 ist eine Hydrolysekammer 1 von einer Metallwand 2 mit verjüngten Einlaß- und Auslaßenden, jeweils 3 und 4, umgeben. Ein Brenner zur Bildung der unvollständigen Brennflamme ist mit 5 bezeichnet. Der Brenner umfaßt ein Gehäuse 6 mit einem«etwas vergrößerten Auslaßende, das einen feuerfesten Flammen-Stabilisierring 7 enthält. Ein Gemisch aus Luft und Kohlenwasserstoff-Brenngas wird dem Brennergehäuse 6 durch Leitung 8 zugeführt, während ein Gemisch aus Siliciuntetrafluorld und Wasserdampf axial durch Leitung 9 eingeführt wird. Das erhaltene Gemisch aus Luft, Brennstoff, Siliciumtetrafluorid und Wasserdampf wird am Auslaßende des Brenners gezündet und

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brennt als Flamme 10. Sekundärluft für die Verbrennung der Brennstoffbestandteile, die nach der Verbrennung der brennstoffreichen Hydrolysemischung in der Flamme verbleiben, wird durch Leitung 12 tangential in ein Brenner-Gehäuse 11 eingeführt. JSo bildet sich ein Silicium-Aerosol in Kammer 1 durch Hydrolyse des Siliciumtetrafluorids. Das Aerosol wird durch Leitung 13 aus der Kammer entfernt und durch die Leitung zu Kühl- und Sammeleinheiten für die Gewinnung des Siliciumoxids geführt. Die Metallwand 2 der Hydrolysekammer ist mit einem Kühlmantel 14 versehen, in den durch Leitung 15 Kühlluft eingeführt und aus dem die Kühlluft durch Leitung 16 entfernt wird.

Im Betrieb wird ein brennstoffreiches Luft-Brenngas-Gemisch, d.ho mit einem<Pvon wenigstens ca· 1,3, mit konstanter Geschwindigkeit durch Leitung 8 in den Brenner eingeführt. Gleichzeitig wird eine Mischung aus Siliciumtetrafluorid und Wasserdampf dem Brenner durch Leitung zugeführt. Vorteilhafterweise kann das Siliciumtetrafluorid und das Wasser in der Mischung anteilmäßig so vorhanden sein, daß eine bestimmte Siliciumtetrafluorid-Molfraktion im Bereich von ca. 0,02 bis 0,15 zur Steuerung der Siliciumoxid-Oberflächenausdehnung geschaffen wird. Es wird eine Brennstoff-Zufuhrrate gewählt, bei der die Temperatur in der
(1600⁰F.) steigt.

Temperatur in der Hydrolyeeflamme nicht über ca. 870°C

Die brennstoffreiche Hydrolyse-Reaktionsmischung brennt als relativ kühle längliche Flamme entlang der Mittellinie der Hydrolysekammer. Da jedoch die Sekundärluft in einer

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Weise eingeführt wird, daß sie die Flamme eher umgibt als sich schnell und kräftig mit ihr mischt, findet die im wesentlichen vollständige Hydrolyse des Siliciumtetrafluorids in einer Fl ammenzone statt, in der die Verbrennung des Brennstoffs im
wesentlichen unvollständig ist. Folglich wird unverbrannter Brennstoff in dieser Zone einem thermischen Crackvprgang und/oder nur teilweiser Reaktion mit Sauerstoff unterworfen, wodurch freie Radikale gebildet werden, die lange genug weiterbestehen, um eine Reaktion in einer Weise uzu bewirken, die in einer heißen, schnellen Flamme nicht
existiert, wodurch hohe Siliciumoxiderträge bei ungewöhnlich niederen Temperaturen erzielt werden. Die Temperatur in der Flammenzone, in der die unvollständige Verbrennung und die weitgehende Hydrolyse stattfindet, kann beispielsweise im Bereich von nur ca. 650 bis 76O°C (1200 bis 1400°F.) liegen, wohingegen die Temperatur auf 87O°C (16OO°F·)
ansteigen kann in der Zone, in der die Verbrennung des
Brennstoffs durch Zugabe von Sauerstoff abgeschlossen
wird.

Mischungen aus Siliciumtetrafluorid und Wasserdampf zur
Einführung in die Hydrolyse-Reaktionsmischung können auf
jede geeignete Weise hergestellt werden. Solche Mischungen sind im Bereich unmittelbar oberhalb des Taupunkts bis
ca. 315°C (600°F.) stabil. Die Mischung kann beispielsweise durch Verdampfung von Siliciumfluorwasserstoff hergestellt werden, aber es ist vorteilhafter, wenn man nach den in den US-Patenten 3 233 969 oder 3 273 963 beschriebenen Verfahren arbeitet. Es versteht sich natürlich, daß im wesentlichen trockenes Siliciumtetrafluorid auch in
der Erfindung verwendet werden kann und beispielsweise
durch Umsetzen von Fluorwasserstoff mit Siliciumoxid in

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einem Bad eines mehrwertigen Alkohols hergestellt werden kann. Ein solches Verfahren ist im US-Patent 2 891 872 beschrieben.

BEISPIEL

Unter Verwendung eines Hydrolysereaktors im wesentlichen nach Figur 1 wurden acht Versuche bei festgesetzten Bedingungen durchgeführt mit der Ausnahme, daß das Verhältnis von in den Brenner durch Leitung 6 eingeführter Luft zum Brenngas verändert wurde, um ψ -Werte im Bereich von ca. 0,95 bis ca. 1,5 in der unvollständigen Brennflamme zu erlangen. Zur Herstellung der Siliciumtetrafluorid-Mischung, die dem Brenner durch Leitung 9 zugeführt wurde, wurde 30%-iger Fluorwasserstoff mit einer Geschwindigkeit von 13,6kg (30 lbs.) pro Stunde verdampft, und der erhaltene Dampf wurde über ein auf 120°C gehaltenes Kieselsteinbett geleitet zur Herstellung von Siliciumtetrafluorid in Mischung mit Wasserdampf und etwas HF, d.h. die Umwandlung von HF zu Siliciumtetrafluorid hatte einen Wirkungsgrad von 90%. Die Zusammensetzung des erhaltenen Ausgangsstroms, der durch Leitung 9 in den Brenner geführt wurde, ist aus Tabelle I ersichtlich.

	4,78(10,52)	Mol/Std.	Molfraktion
Tabelle I	11,18(24,62)	0,1011	0,0667
(lbs/h) Bestandteil kq/std.	0,41( 0,90)	1,3688	0,9035
SiF₄	0,450	0,0297
H₂O
HF

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Erdgas wurde dem Brenner in Mischung mit verschiedenen Mengen Luft mit einer Geschwindigkeit von 7,08nm (250 SCFH) pro Stunde durch Leitung 8 zugeführt, wobei die Mischung auf ca. 175°C (35O°P.) vorerwärmt war. Ebenfalls auf ca. 175°C vorerwärmte Sekundärluft wurde der Hydrolysekammer durch Leitung 12 mit Geschwindigkeiten zugeleitet, die ein Gesamtverhältnis von Luft zu Brennstoff von 12/1 bewirkten, wobei das theoretische stöchiometrische Verhältnis bei ca* 9»6/1 lag. Bei Jedem Versuch wurde die zugeführte Gesamtmenge Luft zur Hydrolysezone auf 85run (3000 SCFH) pro Stunde gehalten.

Die Zusammensetzung der in den Brenner durch Leitung 8 eingeführten Luft-Brennstoff-Mischungen ist aus Tabelle II ersichtlich. In den Versuchen 3 bis 8 ergaben diese Mischungen eine Flamme mit unvollständiger Verbrennung! in der eine weltgehende Hydrolyse des Siliciumtetrafluorids erfolgte. Die Ertragswerte für jeden Versuch sind auch gezeigt.

	Luft	Tabelle II	Luft	Φ	SiO₂
Versuch	1/Std.	Brennstoff	Brenn		% SiP-
	(SCFH)	l/SW.	stoff	0,93
	73 600	(SCFH)	10,4/1		40,6
1	I2600)	7080		0,93
	73 600	f25O)	10,4/1	1,02	54,3
2	66 520	7080	9,4/1		59,0
3	(2350)	7080		1,16
	65 100		8,1/1		70,6
4	(2030)	7080		1,23
	53 800		7,6/1		74,0
5	(1900)	7080		1,26
	52 420		7,4/1		70,4
6	(1850)	7080		1,49
	43 208		6,1/1		95,0
7	Ί525)	7080		1,51
	42 500		6,0/1		90,0
8	(1500)	7080

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Eine graphische Darstellung des Ertragswerts an Siliciumoxid gegen ψ für diese Versuche ist in Figur 2 gezeigt» Daraus ist ersichtlich, daß Ertragswerte nicht über 50% hinauskamen, wenn φ für das Sauerstoff-Brenngas-Gemisch der unvollständigen Brennflamme weniger als 1,0 betrug· Für Ertragswerte oberhalb 80%, ging fiüber ca» 1,3 hinaus»

Das folgende Beispiel dient der Berechnung von φ , unter Verwendung einer stöchiometrisehen Mischung von Methan in Luft zum Zweck der Erläuterung, wobei 9,56 Volumeneinheiten Luft für die Verbrennung von einer Volumeneinheit Methan erforderlich sind.

Volumenprozent Brenngas in tatsächlicher Mischung (V,F>G.) Stöchiometrisches Brenngas, Volumenprozent (S.F.G.)

r * ^S-^P-^G- ^β ΊοΤΒΊΤ - °'⁰⁹⁴⁶

^ν·^ρ·^β· - lofsr- " °'⁰⁹⁴⁶

Wie sich aus diesem Beispiel feststellen läßt, haben Brennstoff mischungen, in denen γ& weniger als 1 beträgt, wenig Brennstoff, während sie viel Brennstoff haben, wenn über 1 hinausgeht.

Bei jedem der vorhergehenden Versuche ging die Temperatur der Hydrolyseflamme nicht über ca» 87O°C il600°F,) hinaus« Die erhaltenen Siliciumoxid-Aerosole wurden in einen Beutelfilter geführt, in dem das Siliciumoxid von den Gasen bei ca. 23O°C (45O°F.) abgetrennt wurde. Jedes der Siliciumoxide wurde geprüft und es wurde eine Partikelgröße von ca» 9

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Millimikron und eine Oberflächenausdehnung von 300m /g

festgestellt· Nach Beendigung der Versuche wurden keine geschmolzenen Zusammenballungen von Siliciumoxid in der HydroIysekammer gefunden.

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Claims

A 13 804 - 16 - Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Pigment-Siliciumoxid durch Hydrolyse von Siliciumtetrafluorid in heißen Fl ammengasen, die durch Verbrennung eines Kohlenwasserstoff· Brennstoffs mit Sauerstoff erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß

a) eine Mischung aus Sauerstoff, einem Kohlenwasserstoff- ^ Brenngas und Siliciumtetrafluorid verbrannt wird, bei der die Sauerstoffmenge in der Mischung für eine vollständige Verbrennung des Brennstoffs nicht ausreicht,

b) das Siliciumtetrafluorid in der unvollständigen Brennflamme im wesentlichen hydrolysiert wird, die aus dem Verbrennen der Mischung erzeugt wird, und

c) der- Flamme danach Sauerstoff zugegeben wird und darin verbliebene brennbare Brennstoffbestandteile verbrannt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammentemperatur ca. 87O°C (1600⁰F.) nicht übersteigt.

3. Verfahren nach Aaspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammentemperaturen im Bereich von ca. 650 bis 76O°C (1200 bis 1400°F.) liegen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Brenngas gegenüber dem Sauerstoff in dem Maß im Überschuß vorliegt, daß die stöchiometrisrhe Fraktion, ψ, wenigstens ca. 1,3 beträgt, wobei

Volumenprozent Brenngas in tatsächlicher Mischung (V.F,G.) Stöchiometrische Menge Brenngas, Volumen-% (S.F.G.)

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5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Brenngas Methan, Xthan, Propan, Butan, Wasserstoff und Mischungen hiervon verwendet werden·

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff für die Verbrennung der Mischung als Gas In Form von im wesentlichen reinem Sauerstoff, Luft und mit Sauerstoff angereicherter Luft zugeführt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Massenverhältnis von Flammenreaktionsmitteln und Verdünnungsmitteln zum Siliciumtetrafluorid, die zur Hydrolysemischung gebildet werden, im Bereich von ca· 10 bis ca. 110 liegt·

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff der Hydrolysemischung in Form von Luft zugeführt wird, während das Siliciumtetrafluorid der Mischung in Mischung mit einem Verdünnungsdampf zugeführt wird·.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Verdünnungsdampf Wasserdampf verwendet wird·

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Molfraktion von Siliciumtetrafluorid in der verdünnten Mischung im Bereich von ca. 0,02 bis ca. 0,14 liegt.

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