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Verfahren zur erstellung von Wasserglaslösungen
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine WeiterbildUng des Verfahrens
gemäß Patentanmeldung P 35 00 649.8, die ein Verfahren zur Herstellung von Wasserglaslösungen
von handelsüblicher Zusammensetzung und Dichte unter Umsetzung von Quarzsand mit
wäßriger Natron- oder Kalilauge bei erhöhtem Druck und erhöhten Temperaturen in
einem Autoklaven betrifft, das sich gegenüber bekannten Verfahren dieser Art dadurch
auszeichnet, daß man im Autoklaven Quarzsand und wäßrige Alkalilauge in einem solchen
Verhältnis miteinander umsetzt, daß ein Reaktionsprodukt gebildet wird, das unter
den Umsetzungsbedingungen flüssig ist, unter Normalbedingung jedoch fest, und daß
man das im Autoklaven gebildete heiße, flüssige Reaktionsprodukt in mindestens eine
unmittelbar am Autoklaven angeordnete stark gerührte Wasservorlage einströmen läßt,
die die zur Verdünnung des Reaktionsprodukt zu einer bei I;iormalbedingungen flüssigen
Wasserglaslösung der gewünschten Dichte erforderliche Wassermenge enthält.
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Bei einem derartigen Verfahren werden vorzugsweise feingemahlener
Quarzsand und 50%ige Natronlauge in einem Gewichtsverhältnis von etwa 2: 1,ggf.
unter Zusatz von weiterem Wasser, im Autoklaven bei erhöhten Drücken und Temperaturen
bis zum Abschluß der Reaktion umgesetzt.
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Dieses Verfahren ermöglicht eine energiesparende Erbeugung von Wasserglas
in relativ einfachen Apparaturen sowie eine vorteilhafte Energieausnutzung.
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Der zur Bereitung des Reaktionsgemisches verwendete Glas- oder Quarzsand
ist bei diesem Verfahren vorzugsweise ein möglichst feingemahlener derartiger Sand.
In der älteren Anmeldung wird dieser Quarzsand zur Bereitung der Reaktionsmischung
mit etwa der doppelten
Menge einer 50%igen Natronlauge versetzt.
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Die getrennte Vermahlung des Glas- oder Quarzsandes vor der Bereitung
des Reaktionsgemisches ist dabei jedoch mit einem zusätzlichen Energieverbrauch
verbunden.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Wasser
glasherstellung, insbesondere gemäß Patentanmeldung P 35 00 649.8, so weiterzubilden,
daß der für die Bereitung der Wasserglaslösungen erforderliche Energieverbrauch
weiter gesenkt werden kann und die Ausnutzung der Kapazität der Autoklaven erhöht
werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, wie es in den Patentansprüchen
beschrieben ist.
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Weitere Merkmale und vorteilhafte Ausführungsformen sowie Vorteile
des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
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Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß sich der Energieverbrauch
der Herstellung von Wasserglaslösungen beträchtlich vermindern läßt, wenn man die
dem Autoklaven zuzuführende Reaktionsmischung nicht dadurch erzeugt, daß man den
verwendeten Sand trocken feinstvermahlt und anschließend erst mit der Natronlauge
in den gewünschten Proportionen versetzt, sondern wenn man statt dessen die Vermahlung
des Sandes bereits in Gegenwart der 50%igen Natronlauge, ggf. unter Zusatz einiger
weniger Prozent Wasser, um die Fließeigenschaften zu erhalten, vornimmt.
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Das Vermahlen des Sandes in Gegenwart der 50%igen Natronlauge erfolgt
erfindungsgemäß in Kugelmühlen innerhalb von 3 bis 48 Stunden, vorzugsweise innerhalb
von 24 Stunden.
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Da Mahlkörper aus Porzellan von der konzentrierten Natronlauge angegriffen
werden, werden gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise anstelle von Porzellankugeln
weiße Silikatsteine der gleichen Größenordnung und Masse verwendet, wie sie für
Porzellankugeln in derartigen Kugelmühlen üblich sind. Bevorzugt wird eine Mischung
aus weißen Silikatsteinen mit Durchmessern von 60 mm, 50 mm, 40 mm und 30 mm.
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Die Verwendung von Silikatsteinen hat den Vorteil, daß der unvermeidliche
Abrieb dieser Steine nicht dazu führt, daß Fremdsubstanzen in die Reaktionsmischung
eingeführt werden, sondern daß dieser Abrieb direkt im Reaktionsgemisch verwertet
wird. Infolge des Abriebs und. des Schwundes durch Reaktion der weizen Silikatsteine
mit der Natronlauge müssen die großen Steine in regelmäßigen Abständen ersetzt werden.
Die Erfahrung hat gezeigt, daß diese Steine in der Regel monatlich ersetzt werden
müssen. Während des Mahlbetriebs ist es ferner zu empfehlen, den Zustand der Mahlkörper
ständig zu kontrollieren, um sicherzustellen, daß wenigstens in etwa die richtigen
Größen- und Mengenproportionen eingehalten werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, daß es bei einer
Vermahlung des Sandes in Gegenwart von 50%iger Natronlauge bereits zu einer starken
Reaktion kommt, so daß auf kaltem Wege Natriumsilikat (Na2SiO3) und andere Silikate
wie hydrolisierbare Zwischenprodukte und kondensierte Silikate (Halbsilikate, Metasilikate)
gebildet werden Daneben liegt in der Mischung weiterhin ungelöstes SiO2 vor. Vorzugsweise
erfolgt die Vermahlung bereits mit den Proportionen von Quarzsand und Natronlauge,
die bei der anschließendeb Umsetzung im Autoklaven,z. B. gemäß der älteren Patentanmeldung>
eingehalten werden sollen. Es ist jedoch ohne weiteres auch möglich, abweichende
Proportionen zu wählen und das Gemisch entsprechend vor der Einführung
in
den Autoklaven zu ergänzen.
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Die Vermahlung erfolgt vorzugsweise bis zu einer unfühlbaren Feinheit
des vermahlenen Sandes, d.h. bis zu einer Feinheit von etwa 16 000 Maschen. Durch
die Umsetzung sinkt der N3OH~khalt im Gemisch.
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Bei einer Vermahlung bis zur erforderlichen Feiiteit sinkt dabei der
NaNF-halt etwa auf 15 bis 20%. Der NaOH-Gialt kann daher als Maß für das Fortschreiten
des Vermens dienen und entsprechend übercht werden.
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Da bereits die Hälfte der Natronlauge außerhalb des Autoklaven umgesetzt
wird, ergibt es sich, daß die Wärmereaktionszeit im Autoklaven um 50 bis 70% gegenüber
einem Verfahren, bei dem trocken vermahlener Sand verwendet wird, abgekürzt werden
kann.
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Diese Möglichkeit, die Reaktionszeit im Autoklaven um etwa die Hälfte
zu vermindern, ist von großer wirtschaftlicher und praktischer Bedeutung. Durch
die Verminderung der Reaktionszeit im Autoklaven ergibt sich direkt auch eine Verminderung
des Brennstoffsverbrauchs um die Hälfte, und außerdem kann die kostenaufwendige
Kapazität des Autoklaven um 50% besser ausgenutzt werden. Daraus ergeben sich große
wirtschaftliche Vorteile im Hinblick auf die Wartung, Amortisation und Verzinsung
dieses teuersten apparativen Bestandteils der Wasserglasherstellung. Die Einsparungen
können bis zu 50% betragen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung von Wasserglaslösungen
im Autoklaven bis zu einem Gewichtsverhältnis der älteren Anmeldung, wobei das erfindungsgemäße
Verfahren sich jedoch auch auf die Herstellung von weniger konzentrierten "Wasserglaslösungen"
mit Dichten bis zu 700 Be im Verhältnis von 1 : 3,6 bis 1 : 2 besonders vorteilhaft
auswirkt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bietet somit die Möglichkeit, eine
Wasserglasherstellung auf hydrothermischem Wege auch dann vorteilhaft und energiesparend
durchzuführen, wenn man die drastischen Bedingungen, die gemäß der älteren Patentanmeldung
möglich sind, vermeiden möchte, ohne gleichzeitig einen wesentlich höheren Energieverbrauch
in Kauf nehmen zu müssen.
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Im weiteren Sinne betrifft die vorliegende Erfindung somit auch eine
generelle Verbesserung der bekannten Verfahren zur Wasserglasherstellung auf hydrothermischem
Wege, indem die erfindungsgemäße Bereitung des Reaktionsgemisches die Reaktionszeiten
im Autoklaven verkürzt und damit den Ernergieverbrauch senkt.