DE2229895A1

DE2229895A1 - Verfahren zur Herstellung eines komplexen, salzsäurelöslichen Alkali/Aluminiumsilikat-Materials und dessen Verwendung zur Entfernung von Feststoffen aus wässrigen Dispersionen

Info

Publication number: DE2229895A1
Application number: DE19722229895
Authority: DE
Inventors: Fred Norwich Norfolk Smith (Großbritannien)
Original assignee: LORD MAYOR OF CITY OF NORW
Current assignee: LORD MAYOR OF CITY OF NORW
Priority date: 1971-06-24
Filing date: 1972-06-19
Publication date: 1972-12-28
Also published as: FR2143474B1; NL7208631A; DE2229903A1; US3881704A; CA961850A; FR2143474A1; US3963640A; IT958481B; CH569508A5; NL7208630A; CH555295A; IT965843B; ES404189A1; ES404188A1; DE2229895C3; FR2143475A1; GB1399598A; BE785003A; BE785004A; FR2143475B1

Description

Dr. "R. Το-.'ϊκ'ππ-'lor Pr. T.. Tinetfner

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The Lord Mayor, Aldermen and Citizens of the

City of Norwich,
City Hall, Norwich, Norfolk, Großbritannien

Verfahren zur Herstellung eines komplexen, salzsäurelöslichen Alkali/Aluminium-silikat-Materials und dessen Verwendung zur Entfernung von Peststoffen aus wäßrigen Dispersionen

Die vorliegende Erfindung betrifft Materialien, die entweder für sich allein oder in Kombination mit anderen Materialien zur Förderung der Abtrennung von suspendierten Partikeln aus einem wäßrigen Medium verwendet werden können. Derartige Mittel werden gemeinhin als Koaguliermittel (coagulants) bzw. Koagulations-Hilfsstoffe bezeichnet.

Es ist bereits bekannt, ein Material, das für gewöhnlich als "aktiviertes Siliciumdioxyd" bezeichnet wird, als Koagulations-Hilfsstoff zu verwenden. Das "aktivierte Siliciumdioxyd" ist in Säure im wesentlichen vollständig unlöslich, und es wird im allgemeinen in situ in der

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Weise hergestellt, daß man das p„ einer Natriumsilikatlösung herabsetzt, beispielsweise dtirch Zusatz von Chlor oder Schwefelsäure zu ihr, und daß man das Gemisch eine gewisse Zeit lang altern läßt, wobei diese Zeit von der Konzentration abhängt. Obwohl das Natriumsilikat verhältnismäßig wohlfeil ist, ist doch die Vorrichtung, die zum Mischen und Altern benötigt wird, ziemlich kostspielig, und es liegt ein nicht unerhebliches RMko darin, daß das System geliert und Si]3ciumdioxyd ausgefällt wird, falls man den AlterungsVorgang zu lange ablaufen läßt. Es ist aiJLCh bereits vorgeschlagen worden, das Natriumsilikat dadurch zu aktivieren, daß man sein p„ durch Zusatz von Aluminiumsulfat zu seiner Lösung herabsetzt, doch auch hierbei scheint ein ähnlicher Reaktionsmechanismus abzulaufen. So wird das Produkt nach dem Vermischen gealtert und ist einer Gelierung und einer Ausfällung leicht zugänglich, falls die Alterung vor dem Gebrauch zu lange fortgeführt wird, und das Produkt enthält noch Siliciumdioxyd und ist zumindest im wesentlichen vollständig unlöslich in Salzsäure.

Ein Beispiel eines derartigen Prozesses ist in der USA-Patentschrift 2 510 009 beschrieben. Ein weiterer Prozeß ist in stärker detaillierter Form in der britischen Patentschrift 827 5°"6 beschrieben. Bei diesem werden verdünnte wäßrige Lösungen von Aluminiumsulfat und Natriumsilikat unter intensivem Verrühren miteinander vermischt und das Gemisch wird gealtert, um ein Sol zu bilden. Es ist festgestellt worden, daß das fertige Produkt aktiviertes Siliciumdioxyd ist und eine geeignete Menge - als SiOp bestimmt - von 0,8 bis 1,2 $ enthält. Es ist vielter festgestellt worden, daß das p„ des Pro-

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duktes zwischen 5*5 und 8,5 liegen muß, wobei die den besten Erfolg gewährleistenden Werte offenbar zwischen p_u 7 und 8 liegen.

Nach der Lehre der vorliegenden Erfindung wird ein neues komplexes polymeres Alkali/Aluminium-silikat-Material hergestellt, das in Salzsäure vollständig löslich ist.

Das neue Material wird in der Weise hergestellt, daß man eine wäßrige Lösung eines AlkaliSilikats und eine wäßrige Lösung eines Aluminiumsalzes mit Hilfe eines starke Scherkräfte zur Einwirkung bringenden Mischvorganges in oolchen Mengenverhältnissen und unter solchen Bedingungen miteinander vermischt, daß ein komplexes, polymeres Alkali/Aluminium-silikat-Material im wesentlichen unmittelbar nach dem Inkontaktbringen der Lösungen gebildet und zu einer stabilen Dispersion in Wasser gemacht wird.

Praktisch wird das Verfahren im allgemeinen so durchgeführt, daß die Bildung des Polymerisates und die Bildung der stabilen Dispersion des Polymerisates in Wasser im y.'eseiitiicjien gleichzeitig erfolgen.

Das Verfahren wird für gewöhnlich so durchgeführt, daß man eine wäßrige Lösung eines Alkalisilikats und eine wä^rirfc Lösung des Äluminiumealzes in ein Gefäß ein- :_;peißl, in v-elchem das Vermischen unter Einwirkung starker Scherkräfte stattfindet. Es ist unerläßlich, daß .•/äli]'end des Vermischens eine merkliche Menge Wasser an-.vG;;end ist, und daher werden eine wäßrige Lösung des Alkalisilikats, eine wäßrige Lösung des Alurniniumsalzes und eine weitere Wassermenge separat eingespeist und

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unter Einwirkung starker Scherkräfte in dem Mischgefäß miteinander vermischt.

Um zu gewährleisten, daß das gewünschte Produkt erhalten wird und daß die Bildung und die daran anschließende Dispergierung des komplexen Materials wie gewünscht im wesentlichen sofort danach eintritt - und dies steht im Gegensatz zu der langsam erfolgenden Bildung des aktiven Siliciumdioxyds bei den zum Stand der Technik gehörigen Prozessen - ist es nicht allein erforderlich, daß die Vermischung unter Einwirkung starker Scherkräfte erfolgt, sondern auch, daß das Silikat und das Aluminiumsalz in zweckentsprechenden, geeigneten Mengen bei einem geeigneten p_H miteinander vermischt werden und daß die übrigen Verfahrensbedingungen, wie die Verdünnung und die Temperatur und die Dauer der Einwirkung der starken Scherkräfte, in zweckentsprechender Weise gewählt werden. In der Praxis kann man unter der Voraussetzung, daß die Mengenverhältnisse zweckentsprechend gewählt worden sind, feststellen, daß praktisch jede beliebige konventionelle Kombination technisch befriedigende Ergebnisse .liefert, und es bedarf nur sehr weniger routinemäßiger Vorversuche, um die geeigneten zufriedenstellenden Bedingungen zu ermitteln. Das Verfahren wird normalerweise bei der Temperatur der umgebenden Atmosphäre durchgeführt.

In der Praxis hat es sich erwiesen, daß man zu einem adäquaten Beweisanzeichen für geeignete Mengenverhältnisse bereits dadurch gelangen kann, daß man im praktischen Betrieb allein das ρ_Η des Gemisches beobachtet.

Der Silikatanteil im Produkt, als SiOp bestimmt, be- · läuft sich vorzugsweise auf 0,5 bis 5*0 Gewichtsprozent,

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und es wurde festgestellt, daß bei solchen Mengenanteilen das PjT vorzugsweise zwischen 3 und 7,5 liegt.

Wie weiter gefunden wurde, ist es empfehlenswert, eine gewisse Abhängigkeit zwischen Silikatgehalt und p„ zu beachten, und zwar dergestalt, daß bei niedrigeren Silikatgehalten die niedrigeren p^-Werte eingehalten werden und bei höheren Silikatgehalten die höheren powerte angewendet werden. In Tabelle I sind geeignete p_H-Wertbereiche, und in Tabelle II bevorzugte ρττ-Wertbereiche bei verschiedenen Silikatgehalten zusammengestellt. Selbstverständlich können die Werte für solche Siliciumdioxyd-Konzentrationen, die in der Tabelle nicht im einzelnenangeführt sind, durch Interpolieren ermittelt werden.

Tabelle I

% Silikat (als SiO₂)	Ρττ-Bereich
0,5	3 bis 4,2
1,0	3 bis 4,3
1,5	3,2 bis 4,5
2,0	3,4 bis 4,6
5,0	3,7 bis 4,9
4,0	: 4,3 bis 5,4
5,0	5,5 bis 7,5

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Tabelle II

% Silikat (als SiO₂)	optimales pu
0,5	3,6
ι, ο	3,7
1,5	3,8
2,0	4,0
3,0	4,3
4,0	4,9
5,0	6,5

Aus den Tabellen kann hergeleitet werden, daß bei SiOp-V/erten von 0,8 und 1,2 % die Ρττ-Werte bei der Erfindung stets unter 4,5 sein sollen, wohingegen in der britischen Patentschrift 827 586 für diese Konzentrationen festgestellt wird, daß die p„-Werte zwischen 5,5 und 8,5, vorzugsweise zwischen 7 und 8, liegen sollen und - wie Figur 2 ausweist - liegt das p™ tatsächlich bei 9,5· Werden die Mengen an Aluminiumsulfat und Natriumsilikat so eingestellt, daß derartig hohe p„-Werte bei diesen Siliciumdiaxyd-Konzentrationen erhalten werden, dann gelangt man zu technisch nicht befriedigenden Ergebnissen.

Das Aluminiumsalz besteht normalerweise aus dem Sulfat. Es braucht kein reines Aluminiumsulfat zu sein, und es reicht aus, wenn man das im Handel erhältliche Material technischer Qualität benutzt, das häufig Schwefelsäure als Verunreinigung enthält, wenngleich natürlich auch

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neutrales Aluminiumsulfat verwendet werden kann. Natürlich ist es jedoch erwünscht, daß das Material nicht zu stark mit Säure verunreinigt ist. Das Aluminiumsulfat wird normalerweise als wäßrige Lösung von etwa 8 % Salzgehalt oder in fester Form erhalten, und für seine Anwendung wird es normalerweise zu einer Lösung von 99*8 g bis 199 g pro Liter (1-2 lbs per gallon) mit einem ρ_Η von etwa 2,1 verdünnt oder gelöst, doch kann man selbstverständlich auch Lösungen mit anderen p_H-Werten benutzen. Andere Aluminiumsalze, z.B. Alaune, können anstelle von Aluminiumsulfat verwendet werden. Auch Aluminiumnitrat kann Anwendung finden.

Die Volumenmenge Wasser, die in den Mischer als Beschickung eingespeist wird, ist normalerweise sehr groß im Vergleich zur Menge des Natriumsilikats und Aluminiumsulfats. So ist das Wasservolumen normalerweise z.B. wenigstens 20 mal so groß wie das Volumen des Natriumsilikats, als konzentrierte wäßrige Lösung gemessen, und es macht für gewöhnlich mindestens das 40-fache des Volumens dieser Silikatlösung aus. Ist die vorhandene Wassermenge unzureichend, so ist das Produkt stärker konzentriert, als es erwünscht ist. Dieser Umstand kann die Handhabung des Produktes erschweren und kann auch die Einstellung der Dosierung des Produktes, sei es als Koaguliermittel oder Koagulations-Hilfsstoff, schwieriger gestalten. Ist hingegen zu viel Wasser vorhanden, so ist das Produkt derart stark verdünnt, daß große Volumenmengen von ihm als Koaguliermittel bzw. Koagulations-Hilfsstoff zugegeben werden müssen. Im allgemeinen macht die Volumenmenge des Wassers nicht mehr.als das 100-fache Volumen der beschriebenen konzentrierten Natriumsilikatlösung aus, und normalerweise beträgt es nicht mehr als das 60-fache öder höchstens das 80-fache

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des Volumens der beschriebenen Natriumsilikatlösung. Für gewöhnlich wird die Hauptmenge zumindest des Wassers in das Mischgefäß in einem Strom eingespeist, der von den Strömen des Natriumsilikats und des Aluminiumsulfats getrennt fließt.

Das Silikat besteht für gewöhnlich aus Natriumsilikat und wird zu Beginn normalerweise als eine konzentrierte wäßrige Lösung erhalten, die ein sehr hohes p„_ß z.B. ein solches von 12 bis 13, aufweist. Das SiO :Na₂O-Verhältnis beträgt im Mittel vorzugsweise 2,5 bis 3*65, beispielsweise 3*30, als Gewichtsverhältnis ausgedrückt.

Die bei dem Verfahren verwendete Wassermenge ist für gewöhnlich εο groß, daß bei Abwesenheit des Aluminiumsulfats oder eines anderen Salzes das p_H der verdünnten Lösung des Natriumsilikats unter 11,6, am besten unter 11,3 liegt. Das p_H sollte jedoch nicht unter 10 liegen, und vorzugsweise liegt es zwischen 10,8 und 11,3· Natürlich hängt die Wasserrnenge, die zugesetzt werden muß, um diese Werte einzustellen, zum Teil vom p„ der Wasserbe-Schickung ab. Zu den anderen Silikaten, die anstelle von Natriumsilikat verwendet werden können, gehört das Kaliumsilikat.

Es ist wesentlich, daß die Lösungen äußerst intensiv miteinander vermischt werden, und zwar unter Einwirkung starker Scherkräfte, um so einerseits eine innige Durchmischung und den gewünschten Reaktionsablauf sicherzustellen, und andererseits die Bildung einer stabilen Dispersion des Produktes zu gewährleisten. Diese Dispersion kann als eine kolloidale Dispersion oder Emulsion angesehen werden.

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Die Mischkammer kann einfach aus einem zylindrischen Gefäß bestehen, und die starken Scherkräfte können in einfacher Weise dadurch erzeugt werden, daß man einen oder mehrere Rührflügel in dem Gefäß rotieren läßt. Es bietet keinerlei Schwierigkeit festzustellen, ob die zur Einwirkung gebrachten Scherkräfte bei jedem bestimmten Prozeß stark genug sind, da sich dies aus einer einfachen Analyse des Produktes ergibt. Ist das Produkt in Salzsäure löslich und stellt es eine stabile, polymere Emulsion oder Dispersion dar, so sind die Scherkräfte stark genug. Stellt das Produkt keine stabile polymere Emulsion oder Dispersion dar, so sind die Scherkräfte nicht stark genug, und jegliche Unlöslichkeit des Produktes in Salzsäure ist ein Anzeichen dafür, daß es Siliciumdioxyd enthält.

Es ist von besonderer Wichtigkeit, daß das Vermischen ausschließlich unter Einwirkung starker Scherkräfte durchgeführt wird, und die Vorrichtung sollte so konstruiert sein, daß im wesentlichen kein allmähliches Durchmischen der Lösungen stattfindet, ehe sie den hohen Scherkräften ausgesetzt werden,Dies kann in angemessener Weise dadurch sichergestellt werden, daß man die Vorrichtungselemente zum Durehmischen unter Einwirkung starker Scherkräfte nahe bei den Einlaßöffnungen anordnet, z.B. nahe am Boden der Mischkammer, wenn sieh die Einlaßöffnungen am Gefäßboden befinden. So werden z.B. die Vorrichtungselemente zur Erzeugung der starken Scherkräfte für gewöhnlich so nahe am Gefäßboden angeordnet, wie es praktisch mög-Lieh, beispielsweise 0,5 bis -5 mm oberhalb der Einlaßöffnungen» Im praktischen Betrieb wurde festgestellt, daß bei bestimmten Appnx-atekonstruktlonen, deren man

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sich bediente, das Vermischen ohne Scherkrafteinwirkung leicht stattfindet, wenn die Vorrichtungselemente zum Durchmischen unter starker Scherkrafteinwirkung weiter als etwa 6 mm von den Einlaßöffnungen entfernt angeordnet sind. Dieser Abstand hängt natürlich bis zu einem gewissen Grad von der Trennweite der Einlaßöffnungen ab.

Das Vermischen unter Einwirkung starker Scherkräfte wird im allgemeinen mit Hilfe von Rotorflügeln, die mit hoher Geschwindigkeit rotieren, durchgeführt. ¹Ss ist notwendig, daß eine angemessen starke Scherkraft nahe am Eintrittspunkt der Einlaßöffnungen in diu Kammer zur Einwirkung gebracht wird und daher ist es natürlich zweckmäßig, daß die Einlaßöffnungen nicht axial sondern in einem gewissen Abstand längs der Radien der Kammer angeordnet sind. Vorteilhafterweise sind die Einlaßöffnungen im wesentlichen gleichmäßig am Boden in einem Abstand von 1/2 bis 7/8 der' Radiuslänge von der Karnmerachse entfernt angeordnet.

Die Rotorflügel sollen sich vorzugsweise von der Achse bis mindestens zu den Einlaßöffnungen erstrecken, und meist igt es empfehlenswert, daß sie noch etwas weiter reichen. So können die Rotorflügel beispielsweise einen Durchmesser von nicht unter 2/3 des Kammerdurchmessers aufweisen,

Die Rolorflügel sollen mit einer Drehgeschwindigkeit von mindestens 500* vorzugsweise 1 000 Umdrehungen pro Minute für jede 2,5 cm Karnmerdurchmesser rotieren, üo können die Flügel in einer 10 cm-Kammer beispielsweise mit ei.no· Drehgeschwindigkeit /on 4 000 Umdrehungen pr<.· Minute roi.ier'eii. Ein geeigneter Göüchwindij'.keitsbereicti Jie^;i.. in einer derartigen Kammer bei 2 000 bis 6 000 Umdrehungen pro Minute,

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Im praktischen Betrieb wurde festgestellt, daß sehr hohe Rotationsgeschwindigkeiten unerwünscht sein können oder unmöglich zu erreichen sind. Es kann z.B. Kavitation eintreten, doch ist es möglich, die Gefahr einer solchen unerwünschten Erscheinung durch entsprechende Konstruktion der Flügel herabzusetzen. Es ist auch unpraktisch, eine Vorrichtung zu konstruieren, in welcher die Schaufeln mit extrem hoher Geschwindigkeit rotieren müssen, doch bewirkt dies keine Beschränkung der Erfindung, da es in der Praxis keinen Vorteil bedeutet, in einer Kammer zu arbeiten, deren Durchmesser beispielsweise mehr als 20 cm beträgt, und für gewöhnlich sind kleinere Durchmesser, z.B. solche von 5 bis 15 cm, angemessen, und geeignete Rotationsgeschwindigkeiten für Kammern dieser Dimensionen sind leicht zu erreichen.

Wenn man auch eine adäquate Scherkraft durch Verwendung von Rotorflügeln zur Einwirkung bringen kann, so kann die Scherkraft auch mittels einer am Boden des Gefäßes nahe bei den Einlaßöffnungen angeordneten Emulgier-Einheit erzeugt werden. Zu einer solchen Emulgier-Einheit gehört ein stationäres Vorrxchtungselement, und die Einheit ist so zu konstruieren, daß das durch die Einlaßöffnungen eintretende Material vermischt wird, während es durch einen engen Spalt in der Einheit gedrückt wird. In konventioneller Weise besteht die Einheit aus den oben beschriebenen Rotorflügeln und ferner Statorflügeln. Es ist für gewöhnlich empfehlenswert, in einer derartigen Vorrichtung die Rotorflügel sich weiter - als es oben angegeben ist - längs des Durchmessers erstrecken zu lassen, und tatsächlich können entweder die Rotorflügel oder die Statorflügel oder beide Flügel eine Länge aufweisen, die im wesentlichen

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dem Gesamtdurchmesser der Kammer entspricht. Die Statoroder Rotor-Flügel, für gewöhnlich die Statorflügel, können in im wesentlichen senkrechter Stellung oder in einer
Stellung eingebaut sein, die einen kleinen Winkel· gegen die Senkrechte bildet, während die anderen Flügel in
einem kleinen Winkel gegen die Horizontale eingebaut
sein können. Der geringe Spalt zwischen ihnen kann beispielsweise 0,8 bis 6 mm groß sein.

Das Verfahren wird für gewöhnlich kontinuierlich durchgeführt, wobei die Ingredienzien in die Kammer kontinuierlich eingespeist werden und das Produkt kontinuierlich aus der Kammer abgeführt wird. Wenn auch das Produkt vor dem Gebrauch gelagert werden kann, da es lagerbeständig ist, so wird es in der Regel doch unmittelbar nach seiner Bildung verwendet, und auf diese Weise wird das Produkt vorzugsweise kontinuierlich gebildet, kontinuierlich aus der Mischkammer abgeführt und kontinuierlich seinem Verwendungsort zugeführt. Ein konventioneller Weg zum kontinuierlichen Abziehen des Produktes aus dem Reaktionsgefäß besteht in dem Abführen vermittels eines Druckwasser-Ejektors, der an der Seite des Reaktionsgefäßes an einem Punkt angeordnet ist, der von dem Eintrittsort der Reaktionskomponenten einen gewissen Abstand aufweist.

Das nach dem erfindungsgemaßen Verfahren erhaltene Produkt ist in Salzsäure löslich und frei von Siliciumdioxyd, und es scheint aus einem Alkali/Aluminium-silikat zu bestehen. Das Produkt stellt offenbar eine neue Verbindung dar, doch da es in kolloidaler Form vorliegt,
ist es schwierig, es genau zu kennzeichnen. Es weist

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offenbar eine hohe negative Oberflächenladung auf, was vermuten läßt, daß die positiv geladenen Aluminiumatome in dem Gitter eingeschlossen sind.

Die erfindungsgemäßen Produkte können für zahlreiche technische Zwecke Anwendung finden. Insbesondere sind sie Jedoeh von technischer Bedeutung als Koaguliermittel oder Koagulatiöns-Hllfsstoffe bei der Entfernung von suspendierten Peststoffen aus den verschiedenartigsten wäßrigen Suspensionen. Sie können beispielsweise bei der Reinigung der Abwässer aus Papierzellstoffabriken verwendet werden, und sie können weiter Anwendung finden zur Reinigung des der kommunalen Wasserversorgung zugeführten Wassers, wobei die ausgeflockten Feststoffe anschließend mittels üblicher Methoden entfernt werden. Für den letztgenannten Anwendungszweck sind die erfindungsgemäßen Materialien von besonders großer Bedeutung.

Wie festgestellt wurde, ist es in dem Fall, in dem das erfindungsgemäße Koaguliermittel als Koaguliermittel in einer wäßrigen Suspension verwendet wird, der bereits ein primäres Koaguliermittel, wie z.B. Aluminiumsulfat, zugesetzt worden ist, ausreichend, wenn 1 bis 2 Teile des Produktes, als SiOp gemessen, pro Million Teile zugegeben werden. Im allgemeinen beträgt die Menge etwa 1/10 der Dosierung des primären Koaguliermittels. Werden beispielsweise 40 Teile Aluminiumsulfat pro Million Teile als primäres Koaguliermittel verwendet, so ist es empfehlenswert, 4 Teile des erfindungsgemäßen Produktes, als SiOp gemessen, pro Million Teile zuzugeben. Das Produkt kann jedoch als das primäre Koaguliermittel verwendet werden, und dann ist kein Zusatz irgendeines Koagulations-Hilfsstoffes erforderlich.

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Ein besonderer Vorteil des Produktes besteht in dem Fall, in dem das Aluminiumsalz aus Aluminiumsulfat besteht, darin, daß es keine gesetzlich vorgeschriebene Beschränkung der Menge des Produktes gibt, die man einem kommunalen Versorgungswasser zusetzt, da die in dem Produkt vorhandenen Atome von Natur aus in dem Versorgungswasser bereits vorhanden sind.

Eine zur Anwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignete Vorrichtung ist in allen Einzelheiten in der schwebenden Patentanmeldung beschrieben. In breitem Sinne besteht sie aus einer Mischkammer, aus Vorrichtungselementen, die eine starke Scherkraft in der Kammer zur Einwirkung bringen, aus wenigstens drei separaten Einlaßöffnungen für Flüssigkeiten und einer Austrittsleitung, die in einem gewissen Abstand von den Einlaßöffnungen angeordnet ist, sowie aus Vorrichtungselementen zum Durchmischen der flüssigkeiten unter der Einwirkung starker Scherkräfte.

Die bei der Erfindung verwendete Vorrichtung ist für gewöhnlich recht klein dimensioniert, wobei die Mischkammer einen Durchmesser von nur wenigen Centimetern aufweist und ein Volumen unter ihrer Austrittsöffnung von 1 Liter oder weniger ausfüllt.

Die Reaktionskomponenten können an einem Ende der Kammer eingespeist werden, und der Auslaß kann am anderen Ende angeordnet sein. Die Mischkammer ist vorzugsweise in senkrechter Stellung montiert, und die Reaktionskomponenten werden am Kammerboden eingespeist, und der Auslaß führt von der Kammerseitenwand nahe am Kopf der Kammer weg. Vorzugsweise führt die Austrittsleitung zu einem Druckwaaser-

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Ejektor, da dies einen besonders zweckmäßigen Weg zur. Sicherstellung einer angemessenen Abströmung des Produktes aus der Kammer darstellt. Die Hochdruckwasserzufuhr, die zum Betrieb des Druckwasser-Ejektors benötigt wird, kann aus einem Teil des zugeführten Wassers, das gereinigt werden soll,, bestehen, wenn das Produkt als Koaguliermittel bzw. Koagulations-Hilfsstoff für Wasser verwendet werden soll.

Es ist zu beachten, daß das erfindungsgemäße Verfahren sich von bekannten Verfahren in mehrfacher Hinsicht unterscheidet, und infolgedessen ist das nach der Lehre der Erfindung hergestellte Produkt völlig verschieden von den bislang erhaltenen Produkten.

So ist beispielsweise das intensive Durchmischen unter Einwirkung starker Scherkräfte ein wesentliches Merkmal der Erfindung, und dies kann, wie oben bereits erwähnt, die Anwendung eines Kreiselmischers (impeller) oder Rotors, der mit mehreren Tausend Umdrehungen pro Minute rotiert, erforderlich machen, und es kann sogar die Anwendung irgendeines Gerätes, das man - genaugenommen als Emulgiervorrichtung bezeichnen müsste, einschließen. Die Mischmethoden, wie sie bislang zur Herstellung von aktiviertem Siliciumdioxyd benutzt worden sind, machen in der Praxis selbst in dem Fall, in dem" sie als intensive Mischmethoden beschrieben sind, nur Gebrauch von einem Rührer, bei dem ein Kreiselmischer mit einer Drehgeschwindigkeit von größenordnungsmäßig etwa nur JO Umdrehungen pro Minute rotiert.

Als weiteres Beispiel für die Unterschiedlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens und den zum Stand der Technik

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gehörigen Verfahren 1st anzuführen, daß eine genaue Überwachung der Mengen der Reaktionskomponenten und des Pu vorgesehen ist, und daß ferner das p„ und die Mengenverhältnisse derart eingeregelt werden, daß der bestimmte Silikatgehalt in dem Produkt gewährleistet wird. Die p„-Werte liegen im allgemeinen niedriger als bei den bisher bekannten Verfahren.

Als weiteres Beispiel für die Unterschiedlichkeit deserfindungsgemäßen Verfahrens und der zum Stand der Technik gehörigen Verfahren ist darauf zu verweisen, daß das nach der Lehre der Erfindung erhaltene Produkt im wesentlichen vollständig löslich in Salzsäure ist und gelagert werden kann, ohne daß eine Ausfällung eintritt.

Eine Vorrichtungsform, die zur Durchführung der Erfindung geeignet ist, ist in der beigefügten Zeichnung veranschaulicht, die einen senkrechten Schnitt wiedergibt, während eine andere Vorrichtung in der vorerwähnten schwebenden Patentanmeldung dargestellt ist.

Die hier abgebildete Vorrichtung besteht aus einem Gehäuse 50, in welches eine Mischkammer 4 und ein Motor eingebaut sind. Die Mischkammer 4 besteht aus einem offenen zylindrischen Gefäß, das eine Auslaßöffnung 5 nahe am Kopf der Kammer aufweist, die zu einem (nicht eingezeichneten) Druckwas'ser-Ejektor führt, der mit einer Eintrittsleitung 27 in Verbindung steht, durch welche die Zufuhr von Wasser zum Druckwasser-Ejektor erfolgt, und welche Kammer ferner mit einer Abflußleitung 28 zur Fortleityng des Wassers und des Produktes aus dem Mischgefäß vom Druckwasser-Ejektor ausgerüstet ist.

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Die Kammer ist mit drei separaten Einlaßöffnungen, die rund um den Kammerboden gleichmäßig verteilt angeordnet sind, und ferner mit Rohrleitungen, die zu jeder Einlaßöffnung führen, versehen. Die Kammer kann einen Durchmesser von 10 cm aufweisen, und die Einlaßöffnungen können in einem Winkel von 120 gegeneinander und in einer Entfernung von jeweils J3*5 cm von der Kammerachse entfernt angeordnet sein. Die Natriumsilikatlösung kann dem Kammerboden durch Leitung 17 zugeführt werden, während die Aluitiiniumsulfatlösung dem Kammerboden durch Leitung 23 zugeführt werden kann, und das Wasser schließlich kann dem Kammerboden durch Leitung zugeführt werden, welche in die Kammer an einer Stelle eintritt, die unmittelbar hinter dem Eintrittsort der Rohrleitung 17 liegt und daher in der Zeichnung nicht abgebildet ist. In die Rohrleitungen 12, 17 und 23, die das Wasser, die Natriumsilikatlösung bzw. die Aluminiumsulfatlösung zuführen, sind geeignete Dosierungs- und Kontrollgeräte eingebaut, mit deren Hilfe die Strömungsgeschwindigkeit einer jeden Komponente zweckentsprechend überwacht werden kann.

Nahe am Kammerboden ist eine Emulgier-Einheit 52 eingebaut. Diese Einheit besteht aus den Statorblättern 53* die an der Kammerwand in einem Winkel von 10° bis 20° gegen die Vertikale befestigt sind. Zwischen den Einlaßöffnungen der Kammer und den fest eingebauten Statorblättern befinden sich die Rotorflügel 5^* von denen jeder eine Länge von 4,7 cm ab Kammerachse aufweist und auf einer rotierbaren Welle 55 sehr nahe, z.B. etwa 1 bis 2 mm, über den Einlaßöffnungen angebracht ist. Die Rotorflügel sind um einen kleinen Winkel, beispiels-

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weise um einen Winkel von 10° bis 20°, gegen die Horizontale geneigt, und sie haben nur einen sehr geringen Abstand von den Statorblättern 5J5. Der Abstand kann z.B. 0,8 bis 6 mm betragen und macht vorzugsweise etwa 1,5 mm aus. Die Rotorflügel können mit einer Drehgeschwindigkeit von z.B..2 000 bis'5 000, am besten von etwa 3 000 Umdrehungen pro Minute rotieren. Die optimale Zahl der Rotorflügel und Statorblätter wird unter Berücksichtigung verschiedener Faktoren ausgewählt, so z.B. der Konzentrationen der Reaktionskomponenten, die durch die Emulgiervorrichtung gedrückt werden. Für gewöhnlich wird man 6 Rotorflügel und 6 Statorblätter vorsehen, doch können sich auch andere Zahlen als technisch brauchbar erweisen, nämlich beispielsweise 3 Rotorflügel und j5 Statorblätter, oder es können die Statorblätter ganz fortgelassen werden.

Es kann vorkommen, daß sich die Vorrichtung, in welcher das erfindungsgemäße Produkt hergestellt und durch welche es transportiert wird, und insbesondere die Mischkammer, mit dem Produkt überzieht, und tritt dies ein, dann kann man die Vorrichtung in einfacher Weise dadurch reinigen, daß man die Vorrichtung kurze Zeit vermittels Hindurchleiten einer Säure,, für gewöhnlich einer Mineralsäure, wie Salzsäure, durch die Apparatur sauer stellt. Es ist nicht erforderlich, die Zufuhr der Reaktionskomponenten zu sperren, da eine ausreichende Säuremenge in die Reaktionskammer leicht zusätzlich zu den anderen Reaktionskomponenten genügend schnell und eine ausreichende Zeit lang, d.h. für gewöhnlich weniger als 1 Minute und höchstens wenige Minuten lang, elngesp;;eist werden kann, um so die erforderliche Reinigung vorzunehmen, ohne daß eine unerwünschte Ausfällung erfolgt. Es ist aus diesem

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Grunde zweckmäßig, die Vorrichtung mit Elementen für die Zufuhr von Säure in die Mischkammer auszurüsten, und in der Zeichnung ist ein derartiges Element in Gestalt einer vierten Einlaßöffnung in der Mitte de^ Kammerbodens bildlich dargestellt, durch welche die Rohrleitung 56 führt, die direkt mit einem geeigneten Säurebehälter über eine zweckentsprechende Dosiervorrichtung verbunden ist. Diese Dosiervorrichtung kann mit einer elektrisch betriebenen Zeituhr in Verbindung stehen, so daß die Reinigung automatisch in vorbestimmten Zeitabständen, z. B. 1 bis 10 mal am Tag, erfolgen kann.

Gemäß einer beispielhaften, typischen Ausführungsform der Erfindung wird konzentrierte Natriumsilikatlösung, deren spezifisches Gewicht 1,393 und deren p_H 12,5 bis 13,0 beträgt, durch die Rohrleitung 17 mit einer Geschwindigkeit von 8l,8 Liter pro Tag (l8 gallons per day) zugeführt, während Aluminiumsulfatlösung, deren Konzentration 99,8 g bis 199 g pro Liter (1-2 lbs per gallon) und deren p_H etwa 2,1 betragen, durch die Rohrleitung 23 mit einer Geschwindigkeit von 227 Liter pro Tag (50 gallons per day) eingespeist wird. Durch die Leitung 12 wird Wasser, dessen Härte 350 Teile pro Million Teile und dessen p™ etwa 7,6 betragen, mit einer Geschwindigkeit von 159 Liter pro Stunde (35 gallons per hour) zugeführt. Die Volumenmenge des Wassers ist so groß, daß das Ptt der kombinierten Flüssigkeiten, die durch die Leitungen 12 und 17'eintreten, in Abwesenheit des Aluminiumsulfats zwischen 10,8 und 11,3 liegen würde. Das P₁T des Produktes, das aus der Mischkammer 4 austritt, beläuft sich auf 3,7. Der Silikatgehalt, als SiO₂ ausgedrückt, beträgt 1,0 %, Der Rührer 7 rotiert mit

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3 000 Umdrehungen pro Minute. Die Mischkammer besitzt eine Kapazität von 1 Liter.

Alle 6 Stunden werden ^00 ^ccm konzentrierte Salzsäure durch die Leitung 42 in das zugeführte Wasser 27 Sekunden lang eingespeist. Dem Druckwasser-Ejektor wird Wasser durch die Leitung 27 mit einer Geschwindigkeit von 227^ Litern pro Stunde (500 gallons per hour) zugeführt.

Das Produkt wird vom Austrittsort 38 abgeführt und in einer Menge von 4 Teilen pro Million Teile, als Natriumsilikat berechnet, eindosiert in Wasser, das für die kommunale Wasserversorgung bestimmt ist und bereits mit 40 Teilen Aluminiumsulfat pro Million Teile versetzt worden ist. Nach der Sedimentation und der Filtration war das erhaltene Wasser nach entsprechender Weiterbehandlung, z.B. durch Chlorieren, als kommunales Leitungswasser geeignet.

Gleichermaßen erfolgreiche Ergebnisse werden erhalten, wenn das Produkt entweder in einem senkrechten Sciiammdecken-System' oder in einem horizontalen Sedimentations-System verwendet wird.

Durch Anwendung des erfindungsgemäßen'Verfahrens und der beschriebenen Vorrichtung ist es möglich, erhöhte Durchsätze zu erzielen und bzw. oder die Kosten der Behandlung mit den chemischen Mitteln herabzusetzen im Vergleich zu den Kosten der bekannten Verfahren, die aktiviertes Siliciumdioxyd benutzen. Außerdem ist die Vorrichtung viel kleiner dimensioniert als die bisher benötigten Vorrichtungen.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung von in Salzsäure vollständig löslichen, komplexen Alkali/Aluminium-silikat-Materialien, dadurch gekennzeichnet, daß man eine wäßrige Lösung eines Alkalisilikats mit einer wäßrigen Lösung eines Aluminiumsalzes unter Einwirkung starker Scherkräfte in solchen Mengenverhältnissen und unter solchen Bedingungen vermischt, daß ein komplexes, polymeres Alkali/Aluminium-silikat-Material unmittelbar nach dem Inkontaktbringen der Lösungen gebildet und zu einer stabilen Dispersion in Wasser gemacht wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Alkalisilikats und des Aluminiumsalzes so gewählt werden, daß die Silikatmenge, als SiO₂ ausgedrückt, 0,5 bis 5 % beträgt und das p_H des Produktes sich auf 3 bis 7,5 beläuft.
j5· Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Silikatgehalt und der p_H-Wert auf die Werte abgestimmt sind, die in der Tabelle I der Beschreibung zusammengestellt sind.
4. Verfahren gemäß Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß der Silikatgehalt und der p^-Wert auf die Werte abgestimmt sind, die in der Tabelle II der Beschreibung zusammengestellt sind.
5. Verfahren gemäß jedem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Menge des Wassers so be messen wird, daß das p„ der Lösung des ursprünglichen Alkaliüilikats in Wasser in Abwesenheit deü Aluminium salzes sich auf 10,8 bis 11,6 belaufen würde.

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6. Verfahren gemäß jedem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkalisilikat aus Natriumsilikat und das Aluminiumsalz aus Aluminiumsulfat bestehen.
7. Verfahren gemäß jedem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser, das Natriumsilikat und das Aluminiumsulfat in separaten Strömen in das Gefäß, in welchem die Durchmischung stattfindet, eingespeist werden.
8. Verfahren gemäß jedem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Vermischen unter der Einwirkung starker Scherkräfte in der Weise durchgeführt wird, daß man die Silikatlösung und die Aluminiumsalzlösung sowie das Wasser durch getrennte Einlaßöffnungen, die am Boden einer zylindrischen Kammer rundherum angeordnet sind, separat einspeist, wobei Rotorflügel, die nahe am Kammerboden und in kurzem Abstand über den Einlaßöffnungen angeordnet sind, mit einer Geschwindigkeit von mindestens 1 000 Umdrehungen pro Minute rotieren.
9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kammer Statorblätter in kurzem Abstand über den Rotorflügeln eingebaut sind.
10. Verfahren gemäß Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet, daß die Statorblätter in einem Winkel von 10° bis gegen die Vertikale und die Rotorflügel In einem Winkel von 10° bis 20° gegen die Horizontale eingebaut

und der Abstand zwischen ihnen 0,8 bis 6 nun beträgt.

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11. Verfahren gemäß jedem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mischkammer abgelagerte Ausscheidungen mit Hilfe des in bestimmten Zeitabständen vorgenommenen Hindurchleitens von Säure durch die Kammer entfernt werden.
12. In Salzsäure lösliche Produkte, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach einem Verfahren, wie es in jedem der vorangehenden Ansprüche beansprucht wird, hergestellt worden sind.
15. Arbeitsverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß ein Produkt gemäß Anspruch I5 als Koaguliermittel oder Koagulations-Hilfsstoff zur Entfernung von Feststoffen aus einer wäßrigen Suspension verwendet wird.
14. Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Produkt gemäß Anspruch I5 in einer Menge von 1 bis 4 Teilen pro Million Teile, als SiO₂ berechnet, einem für die kommunale Wasserversorgung bestimmten Wasser zugesetzt wird und die ausgeflockten Feststoffe danacn entfernt werden.

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