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Verfahren zur Herstellung von Kieselsäurelösungen' Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung von Kieselsäurelösungen, aus welchen scheinbar leichte
Kieselsäure ausfällt: Zu diesem Zweck werden kieselsäurehaltige Rückstände aus natürlich
vorkommenden Silicaten verwendet. Diese Silicate werden durch Behandlung mit geeigneten
Mineralsäuren in bekannter Weise zersetzt, wobei der größere Teil der leichter säurelöslichen
Bestandteile, wie z. B. Tonerde, Eisenoxyd, Alkalien und Erdalkalien, in Lösung
geht, während die Kieselsäure im wesentlichen ungelöst bleibt. Die bei dieser Behandlung
sich bildenden Rückstände enthalten einen hohen Prozentsatz von Kieselsäure und
sollen kurz als zersetzte Kieselsäureerden bezeichnet werden. Wenn Titanoxyd vorhanden
ist, enthalten die Rückstände in manchen Fällen auch eine beträchtliche Menge dieses
Oxydes, welches durch die Säure nicht gelöst worden ist.
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Es ist bekannt, derartige kieselsäurehaltige Rückstände mit einer
heißen Lösung von sekundärem Alkalicarbonat (z. B. Nag CO3) oder mehreren Lösungen
nacheinander unter solchen Bedingungen zu behandeln, daß ein Teil derKohlensäure
frei wird und entweichen kann. Die Hauptmenge der Kieselsäure wird gelöst und dann
aus der filtrierten Lösung durch Kühlung dieser Lösung unter Zufügung von saurem
Alkalicarbonat oder Kohlensäure ausgefällt. Die Erfinderin hat gefunden, daß durch
Verwendung von Lösungen von sekundärem Alkalicarbonat in geeigneten Konzentrationen
und in solchen Mengen, daß ein genügend großes Verhältnis von sekundärem Alkalicarbonat
zu Kieselsäure erreicht wird., die Auflösung der zersetzten kieselsauren Erde mit
geringem bzw. ohne Verlust von Kohlensäure möglich ist, und daß darauf beim Abkühlen
der größere Teil der gelösten Kieselsäure ohne Zufügung von saurem Alkalicarbonat
oder Kohlensäure wieder ausfällt. Auf diese Weise wird ein Produkt erzielt, das
in höherem Maße scheinbar leicht ist und bessere Qualität aufweist als das nach
dem als bekannt angegebenen Verfahren erhältliche Produkt.
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Beider praktischen Ausführung dieser Erfindung werden die Rückstände
von der beschriebenen Säurebehandlung der Silicate in gewaschenem oder gewaschenem
und getrocknetem oder gewaschenem, getrocknetem und geglühtem Zustand und vorteilhaft,
nachdem sie,im wesentlichen von Mineralsäure befreit und gepulvert worden sind,
unter Umrühren mit einer heißen Lösung eines sekundären Alkalicarbonats (Pottasche
oder Soda), vorteilhaft aber Natriumcarbonat (oder mehreren Lösungen nacheinander),
behandelt. Dies erfolgt unter atmosphärischem Druck und bei geeignet eingestellter
Temperatur in einer
Stufe oder in mehreren Stufen, wobei ein höheres
Verhältnis von sekundärem Alkalicarbonat zu Kieselsäure benutzt wird als in dem
als bekannt angegebenen Verfahren. Hierdurch erhält man die ganze oder nahezu die
ganze Menge der zersetzten kieselsauren Erde in Lösung, ohne bzw. mit nur geringem
Verlust an Kohlensäure. Außerdem erhält man einen Rückstand aus unlöslichem Titanoxyd,
wenn dieses Oxyd vorhanden ist.
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Die Lösung der Kieselsäure kann beispielsweise leicht bewirkt werden
durch Behandlung bei Atmosphärendruck und Temperaturen nahe dem Siedepunkt, z. B.
zwischen 9o und ioo° C bei Verwendung einer Lösung von sekundärem Natriumkarbonat
mit einem spez: Gewicht von i,2o bis 1,a8 bei 9o° C und unter Einhaltung eines Verhältnisses
von i Mol. Kieselsäure zu 5 Mol. Na2C03. Die ungelösten Rückstände werden durch
bekannte Mittel und unter möglichster Vermeidung von Hitzeverlusten aus der Lösung
entfernt, um die frühzeitige Ausfällung der Kieselsäure zu vermeiden und um darauf
die günstigsten Fällbedingungen für die Kieselsäure durch Überwachung des Kühlens
und Umrührens während des Fällv organges zu erzielen.
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Um ein Produkt von sehr niedrigem spez. Gewicht bei der Abscheidung
der Kieselsäure aus der Lösung zu erhalten, wird mit bekannten Mitteln und unter
zweckmäßigem Umrühren die Abkühlung der Lösung schnell durchgeführt, und zwar besonders
zu Anfang.
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Als Beispiel für die zweckmäßig anzuwendende Kühlgeschwindigkeit sei
angegeben, daß in einem Zeitraum von 15 bis 30 Minuten die Temperatur
von 9o auf etwa 5o° C vermindert werden soll. Durch weiteres Abkühlen der Lösung
auf eine geeignete Temperatur, z. B. auf eine Temperatur, die nur wenig oberhalb
des Punktes liegt, an welchem die Kristallisation des Alkalicarbonats eintritt,
erreicht man die Abtrennung eines großen Teiles der Kieselsäure in einer nicht gelatinösen,
etwas flockigen, leicht filtrierbareri und mehr oder weniger undurchsichtigen Form,
in welcher sie einen kleinen Teil des Alkalis in gebundener oder nicht gebundener
Form zurückhält. Das wasserhaltige, auf diese Weise ausgefällte Produkt behält seine
geringe scheinbare Dichte auch bei weiterer Behandlung und Trocknung bei und geht
erst nach geeigneter Zerkleinerung in ein äußerst leichtes und feines Pulver über.
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Die bei der Abkühlung ihrer Lösung in sekundärem A.lkalicarbonat ausgefällte
Kieselsäure wird mit bekannten Mitteln von der Mutterlauge getrennt; in der Mutterlauge
wird aber noch eine geringe Menge Kieselsäure in Lösung zurückgehalten. Andererseits
nimmt die ausgefällte Kieselsäure einen Teil des Alkalis mit sich, und dieser Verlust
der Mutterlauge an Alkali wird durch Zugabe von Alkalicarbonat wieder ausgeglichen.
Die so auf den ursprünglichen Alkaligehalt zurückgeführte Mutterlauge benutzt man
zur Behandlung einer neuen Menge von kieselsäurehaltigem Zersetzungsrückstand.
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Die von der Mutterlauge getrennte Kieselsäure wird ausgewaschen, um
sie soweit wie möglich von dem als Verunreinigung auftretenden Allkali (z. B. Soda)
zu befreien. Das gewaschene Produkt, welches noch eine gewisse Menge von gebundenem
Alkali enthält, kann dann mit einer geeigneten verdünnten Säure behandelt werden,
um die alkalihaltige Kieselsäureverbindung zu zersetzen und den absorbierten Alkalirest
zu beseitigen; die mit Säure behandelte Kieselsäure wird schließlich mit Wasser
gewaschen. Die nasse, praktisch reine wasserhaltige Kieselsäure, welche andere noch
gegebenenfalls bei der Entfernung eines Teiles oder der ganzen Menge des in der
gefällten Kieselsäure vorhandenen Alkalis entstehende Verbindungen enthält, kann
in bekannter Weise soweit wie möglich vom Wasser befreit und, falls gewünscht, getrocknet
werden. Das getrocknete Produkt kann gegebenenfalls mittels eines feinen Siebes
gesichtet werden und bildet ein weißes, weiches Pulver von sehr geringem scheinbarem
spez. Gewicht, so daß etwa 7 oder 8 g der praktisch reinen wasserhaltigen Kieselsäure
ein Volumen von etwa ioo ccm einnehmen. Das scheinbare spez. Gewicht des getrockneten
Produktes läßt sich in einem beträchtlichen Ausmaße nach Wunsch beeinflussen und
verändern, indem man den Grad der Umrührung und die Abkühlungsgeschwindigkeit der
Lösungen regelt insbesondere solange oberhalb von 6o° C gelegene Temperaturen herrschen.
Im allgemeinen führen größere Verzögerungen der Abkühlung im Temperaturbereich oberhalb
etwa 6o° C zu einer scheinbar schwereren Ware. Beispiel Zur Herstellung von kristallwasserhaltiger
Kieselsäure, die nach Trocknung ein geringes spez. Gewicht besitzt, wird als Ausgangsprodukt
der Rückstand benutzt, welcher entsteht, wenn man irgendeines der bei der Herstellung
von Tonerde durch Behandlung mit einer Mineralsäure üblichen natürlichen Silicate
mit Schwefelsäure behandelt; dieser Rückstand enthält etwa 8o °1o Kieselsäure und
wird in gewaschenem, getrocknetem und geglühtem, pulverförmigem Zustand verwendet.
Hierzu fügt man eine Lösung von sekundärem Natriumkarbonat, spez. Gewicht 1,2q.,
in_solchen Mengen, daß das Molekularverhält
nis sich verhält wie
i Teil Kieselsäure zu 5 Teilen Natriumcarbonat. Diese Mischung wird in einem geeigneten
Gefäß unter Umrühren etwa bei Siedetemperatur i bis 2 Stunden lang behandelt. Bei
dieser Behandlung wird etwa 9o % der Kieselsäure extrahiert. Aus dieser ' Lösung
werden die ungelösten Stoffe mit bekannten Mitteln entfernt, solange die Lösung
noch heiß ist, und dann systematisch mit heißen Waschflüssigkeiten bzw. heißem Wasser
ausgewaschen.
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Alsdann wird die Mutterlauge unter geeignetem Umrühren in etwa 2o
Minuten schnell auf 5o° C abgekühlt und dann in etwa i bis i11. Stunden auf 3o°
C heruntergekühlt. Hierbei fällt die Kieselsäure aus. Die ausgefällte Kieselsäure
wird durch Abfiltrieren von der Mutterlauge getrennt und, da sie geringe Mengen
sekundäres Natriumcarbonat enthält, ausgewaschen.
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Anschließend daran kann man mit verdünnter Schwefelsäure behandeln
und wieder mit Wasser waschen, um die letzten Reste des noch enthalitenen gebundenen
Natriums zu entfernen. Die praktisch reine kristallwasserhaltige Kieselsäure kann
nun getrocknet und durch ein feines Sieb gegeben werden.
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Da auch die erste starke Waschflüssigkeit, welche beim Auswaschen
der heißen kieselsäurehaltigen Lösung zwecks Entfernung der ungelösten Stoffe entsteht
geringe Mengen von Kieselsäure enthält, wird auch diese Waschflüssigkeit in der
gleichen Weise behandelt, wie es für die Mutterlauge beschrieben ist.
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Die Waschflüssigkeiten und die von der Kieselsäure befreite Mutterlauge
werden bei der Wiederholung des Verfahrens, also bei Behandlung einer neuen Menge
von kieselsäurehaltigem Rohmaterial, wiederverwendet.