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Verfahren zur Herstellung von flüssigem Wasserglas Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Herstellung von flüssigem Wasserglas aus Siliziumdioxyd
in amorpher Form und Alkalihydroxyd.
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Gewöhnlich wird flüssiges Wasserglas durch Zusammenschmelzen von
kristallinisches Siliziumdioxyd, gewöhnlich in der Form von Quarzsand, mit Alkalikarbonat,
- hydroxyd oder - oxyd hergestellt, wodurch eine Glasschmelze entsteht, die nach
Abkühlung und Brechen durch Autoklavierung in Wasser aufgelöst wird.
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Wenn auch weniger gebraucht, ist es jedoch auch bekannt, flüssiges
Wasserglas durch Auflösung unter Erwärmung und Überdruck von amorphes Kieseldioxyd
in einer wässerigen Alkalihydroxydlösung herzustellen.
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Bei beiden bekannten Verfahren ist also Autoklavierung unter Druck
mit dazu gehörenden relativ hohen Herstellungskosten erforderlich.
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Ziel der Erfindung ist, ein Verfahren anzugeben, wodurch es möglich
ist, flüssiges Wasserglas mit zum technischen Gebrauch genügender Reinheit durch
einen im Vergleich mit den bekannten Heistellungsverfahren billigeren und einfacheren
Prozess herzustellen.
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Erfindungsgemäss ist diese Aufgabe gelöst, wenn wie im kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 verfahren wird.
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Dieses Verfahren unterscheidet sich von den bekannten teils dadurch,
dass es bei Atmosphärendruck und dabei bei einer wesentlich
niedrigeren
Temperatur durchgeführt werden kann, als es bei den bekannten Verfahren möglich
ist, teils dadurch, dass das als eine Voraussetzung für die Durchführbarkeit nötige
Ausgangsmaterial ein Produkt darstellt das in allzu grossen, bisher unverwertbaren
Mengen bei der Reinigung, vorzugsweise in Filtern, der Abgase der Ferro-Legierungsindustrien
und anderen mit Siliziumöfen arbeitenden Industrien entsteht, weshalb es zu wesentlich
billigeren Preisen als der Sand oder anderes Mineralprodukt geliefert werden kann,
das bisher benutzt wurde.
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Das erfindungsgemässe Verfahren macht somit auch eine teilweise Lösung
des Problems aus, eine praktische Anwendung der grossen Mengen von Siliziumstaub
zu erzielen, die jedes Jahr abgeschieden werden.
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Siliziumstaub kann z.B. die nachstehende Zusammensetzung in Gewichts-%
aufweisen: Si°2 94 - 98 SiC : 0,2 - 0,7 % Fe203 3 0,05 - 0,15 % TiO2 : 0,01 - 0,02
% A1203 : 0,1 - 0,3 % MgO : 0,2 - 0,8 % CaO : 0,1 - 0,3 % Na20 : 0,3 - 0,5 % K20
: 0,2 - 0,6 % Mn : 0,003 - 0,01 % Cu : 0,002 - 0,005 % Zn : 0,005 - 0,01 % Ni :
0,001 - 0,002 % S : 0,1 - 0,3 % C : 0,2 - 1,0 % P : 0,03 - 0,06 % Aus dieser recht
typischer Zusammensetzung von Siliziumstaub geht hervor, dass nach dem erfindungsgemEssen
Verfahren hergestelltes Wasserglas einige Unreinheiten enthalten wird. Diese können
jedoch auf
dieselbe Weise wie die bei herkAmnlicher Herstellung
von Wasserglas vorkommenden Unreinheiten, die auf die Verwendung von Sand von Meeresufern,
erhöhtem Meeresboden, Kiesgruben und ähnlichen Sandablagerungen mit vielen Unreinheiten
zurückzuführen sind, durch Filtrierung der hergestellten Wasserglas lösung durch
ein Druckfilter entfernt werden, falls eine derartige Reinigung erwünscht sein sollte.
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Ueberraschend hat es sich indessen herausgestellt, dass die im nach
dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Wasserglas vorkommenden Unreinheiten
bei vielen Anwendungszwecken des Wasserglases, somit bei dessen Anwendung zur Herstellung
von feuer-und säurefesten Bindemitteln, z.B. solche, die zur Herstellung von feuerfesten
Isolierplatten, feuerfestem Mörtel und feuerfesten Ziegelsteinen benutzt werden,
wesentliche Vorteile mit sich führen, die nicht bei der Verwendung von Wasserglas
hergestellt auf herkömmliche Weise, unabhängig ob gereinigt oder nicht, erzielt
werden, indem es sich herausgestellt hat, dass aus ungereinigtem, nach dem erfindungsgemässen
Verfahren erzeugtem Wasserglas hergestelltes Bindemittel grössere Stärke und besonders
wesentlich grössere Wasserbeständigkeit besitzen, als es früher möglich zu erzielen
war, was vermutlich auf die im Wasserglas enthaltenen Unreinheiten zurückzuführen
ist.
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Am zweckmässigsten kann wie im Anspruch 2 angegeben verfahren werden,
wodurch gesichert wird, dass der chemische Umsatz maximal wird.
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Ausserdem kann es vorteilhaft sein, dass wie im Anspruch 3 angegeben
verfahren wird, indem es sich herausgestellt hat, dass Erwärmung zu einer höheren
Temperatur gewöhnlich ohne Bedeutung fUr die Erzielung eines maximalen chemischen
Umsatzes ist, so dass bei Verwendung der genannten Maximaltemperatur der geringst
mögliche Wärmeverbrauch in Verbindung mit
der grösstmöglichen Ausbeute
erzielt wird.
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Ausserdem kann das Verfahren wie im Anspruch 4 angegeben durchgefUhrt
werden, indem es sich herausgestellt hat, dass die angegebene Erwärmungsgeschwindigkeit
auf alle Fälle unter Laboratorienverhältnissen den geringsten Wärmeverbrauch in
Verbindung mit der Erzielung maximaler Ausbeute mitführt.
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Beispiel 1 Herstellung von Kaliwasserglas In einem mit losem Deckel
abschliessbaren Kessel wurden bei Raumtemperatur 35,5 kg Wasser, 7,45 kg flockiges
Ätzkali mit einem Gehalt von 89 % KOH und 13,20 kg Siliziumstaub mit der vorstehend
erwähnten Zusammensetzung gemischt. Die Mischung wurde darauf unter UmrUhren im
Laufe von 30 Minuten gleichmässig auf 90° erwärmt, wonach sie zwecks Abkühlung ohne
Anwendung von KUhlmittel in ein anderes kaltes Gefäss umgegossen wurde.
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Es wurde eine Kaliwasserglaslösung von 350 bis 36° Be und einem molaren
Verhältnis SiO2/K20 von 3,58 erzielt. Die erzielte Mischung ist direkt verwendbar
zu solchen technischen Zwecken, wo bisher Kaliwasserglas verwendet worden ist, und
sogar noch in vielen Fällen mit Vorteil ohne Reinigung.
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Beispiel 2 Herstellung von Natronwasserglas 35,5 kg Wasser, 6,9 kg
flockiges Ätznatron mit einem Gehalt von 97 % NaOH und 17,6 kg Siliziumstaub mit
der vorstehend angegebenen Zusammensetzung wurden unter Umrühren in einem mit losem
Deckel abgeschlossenen Kessel gemischt. In diesem wurde darauf eine exothermische
Reaktion
eingeleitet, die zur Folge hatte, dass die Mischung unter ständigem Umrühren, aber
mit nur geringer Wärmezufuhr von aussen, im Laufe von ca. 1/2 Stunde eine Temperatur
von 850C annahm, welche Temperatur danach gleichbleibend war. Die Mischung wurde
sodann in einen anderen Kessel umgegossen, wo sie ohne äussere KUhlung abgekühlt
wurde.
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Die sich nach der Abkühlung im Kühlbehälter befindliche Flüssigkeit
machte eine wässerige Lösung von Natronwasserglas mit einer Konzentration entsprechend
40°B8 und mit einem molaren Verhältnis SiO2/Na2O von 3,36 aus. Diese Natronwasserglaslösung
hat sich zu allen Verwendungszwecken für auf herkömmliche Weise hergestelltes Natronwasserglas
als wohlgeeignet gezeigt, auch in diesem Falle gewöhnlich ohne dass eine Reinigung
notwendig war, in vielen Fällen sogar noch unterlassen werden sollte.
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Beispiel 3 Herstellung von Doppelwasserglas Eine wässerige Lösung
von Doppelwasserglas wurde dadurch hergestellt, dass 35,5 kg Wasser, 3,7 kg flockiges
Ätzkali mit einem Gehalt von 89 % KOH, 3,5 kg flockiges Atznatron mit einem Gehalt
von 97 % NaOH und 15,5 kg Siliziumstaub mit der vorstehend erwähnten Zusammensetzung
unter UmrUhren in einem bloss mit einem losen Deckel geschlossenen Kessel gemischt
wurden. Es entstand in diesem eine exothermische Reaktion, die indessen eine weitere
Wärmezufuhr von aussen erforderte, um die Mischung im Laufe von ca. 1/2 Stunde bis
zu einer Temperatur von 850C zu bringen. Da diese erzielt worden war, wurde die
Mischung in einen anderen Kessel umgegossen, worin sie durch freiwillige AbkUhlung
ohne äussere KUhlung auf Raumtemperatur abgekühlt wurde.
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Es war dann eine wässerige Lösung von Doppelwasserglas mit einer Konzentration
entsprechend 380 Bd gebildet worden. Es hat sich herausgestellt, dass diese Mischung
zu solchen technischen Zwecken wohlgeeignet war, wo man früher auf herkömmliche
Weise hergestelltes Doppelwasserglas verwendet hat. In den meisten Fällen konnte
das Doppelwasserglas verwendet werden, ohne dass eine Entfernung der sich darin
befindlichen Unreinheiten notwendig, öfters sogar noch unerwünscht war.