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Verfahren zur Herstellung von als Füllstoff geeignetem Calciumsilicat
und einer ebensolchen Kieselsäure sowie von einer Ätzalkalilauge aus Alkalisilicaten
In der zweiten Hälfte des vorigen Jahrhunderts hat man sich um die technische Durchführung
des Verfahrens bemüht, aus Wasserglas durch Umsetzung mit Calciumhydroxyd Kali-
oder Natronlauge herzustellen. Zu einem technisch brauchbaren Verfahren ist man
jedoch bei diesen Versuchen offenbar nicht gekommen.
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Bei der Nachprüfung des Verfahrens wurde festgestellt, daß sich die
bei der Umsetzung entstehende Alkalilauge von dem gebildeten Calciumsilicat um so
schwerer abtrennen läßt, je kleiner das Molverhältnis Alkalioxyd zu S'02 ist. Während
es also bei Verwendung von z. B. Wasserglas mit einem Molverhältnis Nag O : Si 02
wie i :3,3 oder 1 :2,2 für die Umsetzung mit Calciumhydroxyd nicht annähernd gelingt,
mit technisch zulässigen Wassermengen das gebildete Natriumhydroxyd aus dem Calciumsilicat
herauszulösen, kann man bei Verwendung von Alkalisilicaten, die der Zusammensetzung
der Metasilicate nahestehen, die Auswaschung unter Gewinnung der Lauge in gut verwertbaren
Konzentrationen bequem durchführen. Will man daher Wasserglas beliebiger Zusammensetzung
verarbeiten, wird erfindungsgemäß derart verfahren, daB zunächst durch Zusatz von
Alkalilauge das Wasserglas auf die ungefähre Zusammensetzung des Metasilicates gebracht
und dann die Umsetzung mit feinteiligem Calciumhydroxyd bei gewöhnlicher oder einer
höheren, den Kochpunkt jedoch wesentlich unterschreitenden
Temperatur
vorgenommen wird. Da man die zur Einstellung auf Metasilicat benötigte Lauge im
Kreislauf verwendet und das aus dem Wasserglas jeweils frei werdende Ätzalkali zur
freien Verfügung gewinnt, ist das Verfahren sehr wirtschaftlich. Die Umsetzung verläuft
so vollständig, daß die entstehende Lauge völlig frei von Kieselsäure ist.
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Da sie außerdem praktisch kein Chlorid oder andere Verunreinigungen
enthält, ist sie für viele technische und wissenschaftliche Zwecke besonders wertvoll.
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Das von der Alkalilauge befreite.Calciumsilicat stellt getrocknet
einen ausgezeichneten reinweißen Füllstoff dar, dessen Dispersität einerseits von
den Versuchsbedingungen, andererseits von der Beschaffenheit des zu seiner Herstellung
verwendeten Calciumhydroxyds abhängt. Durch Verwendung geeigneter Kalke kann man
also hochdisperse Calciumsilicate erhalten.
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Bekanntlich ist das durch Löschen von Ätzkalk erhaltene Calciumhydroxyd
je nach Herkunft des Kalkes in seiner Feinheit außerordentlich verschieden. Zur
Beurteilung der Eignung des Ätzkalkes für das vorliegende Verfahren wird die Absetzgeschwindigkeit
des daraus hergestellten gelöschten Kalkes benutzt. Man verfährt folgendermaßen:
ioo g Ätzkalk werden mit der dreifachen Gewichtsmenge Wasser gelöscht. Den entstandenen
Brei füllt man im Standzylinder von 33 cm Höhe der Teilung mit Wasser auf 11 auf,
schüttelt gründlich durch und beobachtet nun die Absetzgeschwindigkeit bzw. den
Punkt des Absetzens nach 48 Stunden. Kalke mit einer Absetzhöhe von über 400 ccm
nach 48 Stunden geben Calciumsilicate von einer Dispersität, wie sie im allgemeinen
für Füllstoffe erwünscht ist.
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Aus dem gewaschenen Calciumsilicat erhält man durch Säuren, die wasserlösliche
Calciumsalze bilden, Kieselsäure, die nach Maßgabe der Regeln der Topochemie in
einer Dispersität anfällt, die von der Feinheit des Calciumsilicats abhängt. Diese
Kieselsäure eignet sich vorzüglich z. B. als Füllstoff für die verschiedensten Zwecke,
etwa in der Gummiindustrie.
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Für einige Zwecke in der Gummiindustrie ist es zweckmäßig, ein Calciumsilicat
mit Calciumcarbonat gemischt zu verwenden. Schlämmt man das nach.der Erfindung erhaltene
Calciummonosilicat in Wasser auf, so läßt sich in an sich bekannter Weise durch
Einleiten von Kohlendioxyd ein leicht auswaschbares und leicht filtrierbares sowie
nach dein Trocknen feines und sehr leichtes Produkt - eine Mischung von Calciumsilicat,
Kieselsäure und Calciumcarbonat - erzielen. Anwendungsbeispiel 5=48 1 Natriummetasilicatlösung
3,65 normal werden mit der äquivalenten Menge Kalkbrei mäßiger Dicke (Absetzhöhe
des gelöschten Kalkes nach obiger Vorschrift nach 48 Stunden 450 ccm) vermischt:
Die Temperatur der Mischung beträgt 35°. Nach 2 Stunden ist der Gehalt an Kieselsäure
im Filtrat kleiner als 0,02 ya, d. h. der Umsatz ist praktisch vollständig.
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Die abgeschleuderte Natronlauge enthält 1,o6 g Na O H im 1. Das Silicat
wird mit heißem Wasser gewaschen und entweder' getrocknet oder mit Wasser im Rührwerk
aufgeschlämmt und mit der äquivalenten Menge Salzsäure in Kieselsäure übergeführt,
die nach dem Waschen und Trocknen ein hochdisperses Pulver darstellt.
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Es ist bereits bekannt, Alkalicarbonat durch Umsetzung von Alkalisilicat
mit Calciumcarbonat in der Weise herzustellen, daß Alkalimetasilicat in konzentrierter
Lösung bei Siedetemperatur mit Calciumcarbonat behandelt und dann die Reaktionsmasse
zwecks Gewinnung des Alkalicarbonates mit warmem Wasser ausgelaugt wird.
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Es ist aber weder bei Siedehitze noch bei gewöhnlicher Temperatur
möglich, mittels Calciumcarbonat ein alkali- und calciumcarbonatfreies Calciumsilicat
und daraus eine feindisperse Kieselsäure herzustellen.
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Beim Umsetzen von Alkalisilicaten mit Calciumhydrat, das bekanntlich
ganz anders reagiert wie Calciumcarbonat, entstehen bei Siedehitze sich schlecht
absetzende und abfiltrierbare Niederschläge von Calciumsilicat; ferner schließt
das bei Siedehitze gefällte Calciumsilicat große Mengen Natriumhydroxyd und Natriumsilicat
ein; außerdem sind die bei Siedehitze entstehenden Niederschläge im Gegensatz zu
den bei normaler Temperatur gewonnenen. Calciumsilicaten grob dispers und nicht
feinteilig, sondern krümelig.
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Als Füllstoffe eignen sich diese bei Siedehitze gefällten Silicate
nicht, weil sie vollkommen inaktiv sind. Die aus diesen bei Siedehitze gefällten
Silicaten hergestellten Kieselsäuren eignen sich ebenfalls nicht als Füllstoff,
was nach den topochemischen Gesetzen verständlich ist.