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Degussa Aktiengesellschaft
6000 Frankfurt am Main 1

Verfahren zur Hydrophobierung von pyrogen hergestelltem Siliciumdioxid

1. Verfahren zur Hydrophobierung von aus Siliciumhalogenverbindungen wie z.B. Siliciumchlorid, pyrogen hergestelltem Siliciumdioxid mittels Organohalogensilanen im Wirbelbett, dadurch gekennzeichnet, daß man direkt nach der Abtrennung des-Halogenwasserstoffes im Anschluß an die pyrogene Herstellung das gegebenenfalls noch Reaktionsabgase mitsichführende Siliciumdioxid mit Inertgas, vorzugsweise Stickstoff vermischt, mittels einer Abscheidevorrichtung, beispielsweise eines Zyklons, das Siliciumdioxid von den mitgeführten Gasen befreit, diese Gase in die Kühlstrecke der Herstellvorrichtung einführt, das von den Gasen befreite Siliciumdioxid zuerst mit dem Örganohalogensilan und Inertgas, vorzugsweise Stickstoff vermischt, anschliessend mit Wasserdampf und Inertgas, vorzugsweise Stickstoff vermischt, anschliessend die Hydrophobierungsreaktion in bekannter Weise in einem Wirbelbettreaktor durchführt, und die Abgase der Hydrophobierungsreaktion in die Abscheidevorrichtung, beispielsweise den Zyklon zurückführt.

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Verfahren zur Hydrophobierung von pyrogen hergestelltem Siliciumdioxid

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hydrophobierung von pyrogen hergestelltem Silicumdioxid, vorzugsweise in direktem Verbund mit dem Herstellverfahren des pyrogenen Siliciumdioxides aus einer Siliciumhalogenverbindung.

Es ist gemäß DE-PS 11 63 784 bekannt, pyrogen hergestelltes Siliciumdioxid mit Diirethyldichlorsilan im Wirbelbett zu hydrophobieren.

Die einzelnen Komponenten werden gemäß dem Verfahrenschema dieser Druckschrift derart miteinander vermischt, daß man Wasserdampf im Gemisch mit Stickstoff mit dem pyrogen hergestellten Siliciumdioxid vermischt. Anschliessend wird diesem feuchten Siliciumdioxid ein Gasgemisch, bestehend aus Dimethyldichlcrsilan und Stickstoff zugeführt. Die eigentliche Hydrophobierungsreaktion erfolgt nachfolgend in einem Wirbelbettreak-

Diese Verfahrensweise weist den Nachteil auf, daß auf Grund des Feuchtigkeitsgehaltes des pyrogen hergestellten Siliciumdioxides die Rohrleitungen der Hydrophobierungsverrichtung zugesetzt werden.

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Weiterhin entstehen hohe Ausbeuteverluste und unerwünschte Nebenprodukte durch die teilweise Reaktion des Organohalogensilans mit dem Wasserdampf auf dem pyrogen hergestellten Siliciumdioxid bevor die Hydrophobierungsreaktion unter kontrollierten Bedingungen in dem Wirbelbett-Reaktor durchgeführt werden kann.
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Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens gemäß DE-PS 11 63 784 ergibt sich aus der spezifischen Zusammensetzung des Abgases der Hydrophobierungsreaktion. Es besteht aus hydrophobiertem pyrogen hergestelltem Siliciumdioxid, überschüssigem Organohalogensilan, Chlorwasserstoff, wenn beispielsweise als Organohalogensilan Dimethyldichlorsilan umgesetzt wird, Stickstoff und Wasserdampf.

Durch die in der Zeichnung der DE-PS 11 63 784 beschriebene Abgasrückführung wird hydrophobes Siliciumdioxid in die Chlorwasserstoff-Absorptionsvorrichtung geleitet. Dadurch tritt eine unerwünschte Schaumbildung auf.

Durch Polymerisationsreaktionen des Organohalogensilans werden die Abgasleitungen zugesetzt. Es treten dadurch Störungen in der Anlage, wie Druckverlust und Brände, auf.

Bei dem Versuch, dieses Abgas mittels Wasserwäsche in einem Kühlturm aufzuarbeiten, tritt eine starke Schaumbildung in dem Abwasser auf. Dieser Schaum wird in dem Kühlturm umgewälzt, wobei es durch die hydrophobe pyrogen hergestellte Siliciumdioxid zur Bildung von "trockenem Wasser" kommt.

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Ein Abfiltrieren dieses Schaumes ist nicht möglich, weil die Filter zu schnell zugesetzt werden.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Hydrophobierung von aus Siliciumhalogenverbindungen, wie z.B. Siliciurcchlorid pyrogen hergestelltem Siliciumdioxid mittels Organohalogensilan im Wirbelbett, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man direkt nach der Abtrennung des Halogenwasserstoffes im Anschluß an die pyrogene Herstellung das, gegebenenfalls noch Reaktionsabgase mit sich führende, Siliciumdioxid mit Inertgas, vorzugsweise Stickstoff vermischt, mittels einer Abscheidevorrichtung, beispielsweise eines Zyklons, das Siliciumdioxid von den mitgeführten Gasen befreit, diese Gase in die Kühlstrecke der Herstellvorrichtung einführt, das von den Gasen befreite Siliciumdioxid zuerst mit dem Organohalogensilan und Inertgas, vorzugsweise Stickstoff vermischt, anschliessend mit Wasserdampf und Inertgas, vorzugsweise Stickstoff vermischt, anschliessend die Hydrophobierungsreaktion in bekannter Weise in einem Wirbelbettreaktor durchführt, und die Abgase der Hydrophobierungsreaktion in die Abscheidevorrichtung, beispielsweise den Zyklon zurückführt.

Die Hydrophobierungsreaktion kann bei Temperaturen von 400 bis 600⁰C, vorzugsweise von 500 bis 600⁰C durchgeführt werden. Besonders gut entsäuertes hydrophobiertes Siliciumdioxid wird bei Temperaturen von 550 bis 580⁰C erhalten. Als Hydrophobierungsmittel können bekannte Organohalogensilane verwendet werden. Bevorzugterweise werden Organochlorverbindungen, insbesondere Dirnethyldichlorsilan eingesetzt.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemasse Verfahren in einem Verbundsystem mit dem Verfahren zur

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Herstellung des pyrogenen Siliciumdioxides durchgeführt, wobei als Ausgangsstoff Siliciuir.tetrachlorid verwendet werden kann.

In einer Ausführungsform der Erfindung kann man den Durchfluß der Abgasmenge der Hydrophobierungsreaktion mittels automatischer Klappen steuern. Diese Klappen werden vorzugsweise in Form von Drosselklappen verwendet. Dadurch werden Druckstösse ausgeglichen und somit konstante Reaktionsbedingungen und geringere Temperaturschwankungen erzielt.

Das hydrophobierte Siliciumdioxid kann man mittels einer Schleuse, vorzugsweise einer Zellradschleuse, aus dem Fließbett austragen. Hierdurch wird verhindert, daß Sauerstoff in den Hydrophobierungskreislauf gelangt und ein explosives Gemisch mit dem Organohalogensilan bildet.

Das erfindungsgemässe Verfahren weist den Vorteil auf, daß es eine wesentlich längere Standzeit der Anlage ermöglicht, weil weniger Verstopfungen der Leitungen auftreten. Da die Nebenreaktionen zurückgedrängt werden, wird ein wesentlich homogeneres Produkt erhalten.

Das" Abgas der Hydrophobierungsreakticn in das Hydrophobierungsverfahren zurückgeführt wird, wodurch keine Ausbeuteverluste entstehen. Vielmehr wird eine Ausbeutesteigerung von ca. 3 % erzielt. Das einzige Nebenprodukt bei der Verwendung von beispielsweise Siliciumtetrachlorid als Ausgangsstoff für die Herstellung von Siliciumdioxid und Dimethyldichlorsilan als Hydrophobierungsmittel ist allein Chlorwasserstoff.

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Der Aufwand an Organohalogensilan kann reduziert werden, weil das nicht umgesetzte Organohalogensilan zumindest teilweise wieder in das Hydrophobierungsverfahren zurückgeführt wird.

Durch die Vermischung des pyrogen hergestellten Siliciumdioxides mit Inertgas, wie z.B. Stickstoff direkt im Anschluß an das Hersteliverfahren wird die Brandgefahr, die durch das Gemisch aus Organohalogensilan und Restsauerstoff aus dem Herstellungsverfahren des Siliciumdioxides bestand, beseitigt. Auf Grund dieser Maßnahme fallen weniger Reparaturkosten an.

Von besonderem Vorteil ist, daß das hydrophobierte Siliciumdioxid vollständig frei von verfärbenden Bestandteilen ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand der Zeichnung

näher erläutert:
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In dem Brenner 1 werden SiCl₄, Wasserstoff und Luft zu pyrogenem Siliciumdioxid umgesetzt. Die Reaktionsprodukte, die unter anderem auch Restsauerstoff enthalten, werden von dem Brenner 1 in die Koagulationsstrecke 2 und von dort in die Kühlstrecke 3 geführt. Von dort gelangen die Reaktionsprodukte in die Zyklone 4, 5 und 6, wo die Trennung des festen Siliciumdioxides von den gasförmigen Reaktionsprodukten durchgeführt wird. Das gasförmige Reaktionsproduktgemisch, im wesentlichen Chlorwasserstoff, wird aus dem Zyklon 6 zur Weiterverarbeitung abgeleitet.

Das feste pulverförmige Siliciumdioxid wird mit Stickstoff vermischt und von den Zyklonen 4,5 und 6 mittels der Fördervorrichtung (Gebläse) 7 in den Zyklon 8 geführt.

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Dort erfolgt eine erneute Abtrennung des festen Siliciumdioxides von mitgeführten Gasen. Die Gase werden über die Leitung 9 in die Kühlstrecke 3 zurückgeführt.

Das feste Siliciumdioxid wird anschliessend in dem Injektor mit Dimethyldichlorsilan und Stickstoff vermischt und dem Wirbelbettreaktor 11 zugeführt.

Gleichzeitig wird über die separate Leitung 12 ein Gemisch aus Wasserdampf und Stickstoff dem Wirbelbettreaktor 11 zugeführt. Die Hydrophobierungsreaktion wird in dem Wirbelbettreaktor 11 durchgeführt.

Die Reaktionsabgase, bestehend aus hydrophobiertem Siliciumdioxid, Dimethyldichlorsilan, Chlorwasserstoff, Stickstoff und Wasserdampf, werden über die Leitung 13 zurückgeführt und auf der saugseitigen Leitung der Fördervorrichtung 7 eingeführt.

Das hydrophobierte Siliciumdioxid wird aus dem Wirbelbettraktor mittels der Leitung 14 ausgetragen und über die ZeIlradschleuse 15 in den Zwischenbunker geführt.

Zur' Verminderung der Brandgefahr wird dabei über die Leitung Stickstoff in die Austragsleitung 14 eingeführt.

Das einzige Produkt, welches neben hydrophoben Siliciumdioxid anfällt, ist Chlorwasserstoff am Zyklon 6.