EP0502083A1 - Method for producing alkali metal silicates - Google Patents

Method for producing alkali metal silicates

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Publication number
EP0502083A1
EP0502083A1 EP91900249A EP91900249A EP0502083A1 EP 0502083 A1 EP0502083 A1 EP 0502083A1 EP 91900249 A EP91900249 A EP 91900249A EP 91900249 A EP91900249 A EP 91900249A EP 0502083 A1 EP0502083 A1 EP 0502083A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sio
alkali metal
sodium
hydroxide solution
crystalline
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP91900249A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Johannes W. Hachgenei
Rudolf Novotny
Peter Christophliemk
Hans Dolhaine
Jürgen Föll
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Henkel AG and Co KGaA
Original Assignee
Henkel AG and Co KGaA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Henkel AG and Co KGaA filed Critical Henkel AG and Co KGaA
Publication of EP0502083A1 publication Critical patent/EP0502083A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/20Silicates
    • C01B33/32Alkali metal silicates

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of alkali metal silicates from crystalline SiO 2 -containing material and aqueous alkali metal hydroxide solution at elevated temperature and normal pressure.
  • Alkali metal silicates e.g. Water glasses are produced in large quantities and used in many areas both in solution and as a solid. These include detergents and cleaning agents, adhesives, paints, ore flotation and water treatment. They also serve as raw materials for the production of zeolites and silicas, sols and gels (Büchner et al. "Industrial Inorganic Chemistry", Verlag Chemie, 1984, p. 333).
  • Water glass solutions are customarily characterized by two physical sizes. On the one hand by the molar ratio Si ⁇ 2 / M2 ⁇ , called module below, and the solids content, i.e. the proportion by weight of SiO 2 and M2O in the solution, where M stands for Na or K. Both factors influence the viscosity of the alkali metal silicate solution.
  • the maximum solubility of an alkali metal silicate with a specific module can be determined from tables and diagrams. In general, higher solids contents in the solution can be achieved at higher alkali contents, ie a lower modulus.
  • Water glasses up to a module of 4.3 are obtained via melting processes. Such melting processes have been known for the past century; only the implementation of is common today Quartz sand with soda at temperatures around 1500 ° C (Winnacker-Küchler, "Chemical Technology", C. Hanser Verlag, 4th edition (1983), Volume 3, "Inorganic Technology II", page 58 ff). Only a small part of the alkali metal silicates represented in this way is sold as solid glass. The main amount is then dissolved in water. In the case of glasses with a modulus> 2.0, the reaction rate at the reflux temperature of the solution is unsatisfactory, so that pressure digestion at 4-6 bar and 150 ° C. is preferred.
  • alkali-rich water glasses can also be produced hydrothermally from quartz sand and concentrated aqueous sodium hydroxide solution. Because of the low reactivity of the quartz sand, elevated temperatures and increased pressure are necessary for this. Technically, two processes are used: nickel-plated rotating pressure solvents at temperatures from 200 to 220 ° C and tube reactors at temperatures from 250 to 260 ° C (Winnacker-kuchler, op. Cit., Page 61 f).
  • Finely distributed, amorphous silicas dissolve exothermically in alkalis.
  • particularly pure alkali metal silicate solutions are sometimes obtained by reacting pyrogenic or precipitated silica with alkali alkali. Apart from special cases, this procedure is too expensive.
  • Amorphous silica is also obtained as a by-product or waste in various technical processes. Several processes for the use of such silicas have been described.
  • middle-modular sodium silicate solutions can be obtained from the waste silica of the AIF3 and HF production.
  • dust from the production of ferrosilicon contains approx. 90% by weight of highly reactive SiO2, which is mixed with 8.1% sodium hydroxide solution at temperatures around 90 ° C to form a water glass Solution with a high module can be implemented.
  • Na2Si ⁇ 2 solid, crystalline, anhydrous sodium polysilicate
  • This sodium silicate of the gross composition Na2Si ⁇ 3 contains infinite chains of SiOj tetrahedra which are linked by bridges to the sodium atoms.
  • Such chain silicates are referred to in mineralogy as “inosilicates” and in chemistry as “polysilicates”.
  • the term "metasilicate” is also widespread but incorrect. In the following, the term “sodium polysilicate” is used exclusively.
  • anhydrous sodium polysilicate is produced by an annealing reaction of quartz sand and soda in a rotary kiln at approx. 950 ° C (Büchner et al. "Industrial inorganic chemistry", Verlag Chemie, 1984, p. 333). The reaction time is about 45 minutes. At an even higher temperature, but then shorter reaction times, the polysilicate can also be obtained by melting sand and soda (Ullmann's Encyklopadie der Technische Chemie, Verlag Chemie, 1982, Vol. 21, p. 412).
  • US Pat. No. 3,532,458 describes the hydrothermal production of sodium polysilicate starting from quartz sand. For a complete reaction of the quartz sand with an aqueous sodium hydroxide solution, temperatures of approximately 200 ° C. at elevated pressure are necessary.
  • DE-AS 1567 572 proposes to produce anhydrous, crystalline alkali metal silicates, preferably sodium polysilicate, by using finely divided, solid alkali metal silicate which is heated to a temperature of above 130 ° C.
  • Spraying an aqueous alkali metal silicate solution produces a film, and by means of an additional hot gas stream causes the water to evaporate, the coating and drying step being repeated until the size of the crystalline anhydrous alkali metal silicate particles has increased to the desired extent.
  • part of the largely anhydrous alkali metal silicate is returned to the continuous process as a starting component.
  • NL-OS 7802697 it is also known to produce sodium silicate solutions by passing sand with sodium hydroxide solution at elevated pressure and a temperature of at least 200 ° C. through a pipe which can be used for the continuous digestion of bauxite and, for example, from the DE-OS 21 06 198 and DE-0S 25 14 339 is known.
  • the manufacture of metasilicate products is preferably carried out at a temperature of 200 to 240 ° C; For the production of products with a higher ratio of SiO 2 : Na 2 (), temperatures of 240 to 280 ° C are preferably used.
  • the pressure in the tube is preferably in the range between 10,000 and 20,000 kPa. According to the method described in this laid-open publication, however, only solutions and no solid products are produced.
  • DE-OS 31 24 893 describes a process for the production of water-free sodium polysilicate by treating quartz sand and / or quartz powder with concentrated aqueous sodium hydroxide solution under pressure at a temperature in the range from 200 to 400 ° C.
  • R0 75620 (Chemical Abstracts 100: 24023u) describes a process for the production of crystalline sodium polysilicate with a module of 1: 1 from waste containing silicon dioxide from the production of fertilizers. This process is characterized in that the solution containing sodium polysilicate must first be filtered in order to remove impurities before the Filtrate is concentrated. The crystallization then takes place when the solution is cooled to a temperature of 10 to 15 ° C.
  • SU-434060 (Chemical Abstracts 82: 45938w) describes a process for the production of sodium polysilicate from volcanic ash.
  • JP-73/16438 (Chemical Abstracts 80: 17050r) describes a process for the production of solutions containing sodium polysilicate from flue gas residues.
  • the object was achieved according to the invention by a process for the production of alkali metal silicates from crystalline material containing SiO 2 and aqueous alkali metal hydroxide solution at elevated temperature and normal pressure, characterized in that cristobalite and / or tempered quartz sand were used as the crystalline material containing SiO 2 uses and this material with aqueous, 20 to 50 wt .-% sodium or potassium hydroxide solution at temperatures in the range of 100 to 150 ° C and under normal pressure, the molar ratio of Si ⁇ 2 to Na2 ⁇ or K2O in the reaction mixture is in the range from 2: 1 to 1: 7.
  • tridymite optionally together with amorphous silicon dioxide, can also be used for the process according to the invention, which likewise has a higher reactivity because of its structure, which is more open than that of quartz. Tempered quartz sands behave similarly, i.e.
  • Quartz sands which have been annealed above 1000 ° C, preferably at 1300 to 1600 ° C, with the addition of catalytic amounts of alkali and which are composed of cristobalite, tridymite and optionally amorphous silicon dioxide.
  • quartz sand By tempering quartz sand, as described in the unpublished German patent application P 3938 730.5, reactive SiO 2 phases are obtained which are composed, inter alia, of cristobalite, tridymite and amorphous SiO 2.
  • the subject of this patent application is a process for the production of reactive silicon dioxide phases, which is characterized in that quartz sand is mixed with an alkali metal compound or its aqueous solution, the alkali metal compound being selected from the group of compounds which are used in Heating into the corresponding alkali metal oxides, that the molar ratio of SiO 2 to alkali metal oxide is between 1: 0.0025 and 1: 0.1 and that this mixture is heated to a temperature between 1100 ° C. and 1700 ° C.
  • the tempered quartz sands are obtained from slightly contaminated starting compounds, ie quartz sands as are also used for the production of water glass in the melting process. This has the advantage that no additional residues occur during the working up, that is to say, if appropriate, the filtration of the alkali metal silicate solutions, and therefore an already mature technology can be used. This is in contrast to the problematic processing of the alkali metal silicate solutions, which are obtained from waste silicas and have already been discussed.
  • the aqueous sodium or potassium hydroxide solutions used for digestion have a concentration of 20 to 50% by weight, for NaOH in particular a concentration of 40 to 50% by weight, in particular 50% by weight of sodium hydroxide, which corresponds to the technically available product corresponds.
  • concentration of the potassium hydroxide solution is preferably 40 to 50% by weight, in particular 47 to 50% by weight.
  • the tempered quartz sands are reacted with aqueous sodium hydroxide or potassium hydroxide at the boiling point of the respective alkali or the resulting alkali metal silicate solution or suspension (cf. Examples, Table 1).
  • the boiling temperature is between 150 and 100 ° C and is not constant since the salinity changes during the course of the reaction.
  • cristobalite was used as the SiO 2 source.
  • the particle size was generally 0.1 to 0.8 mm.
  • the process according to the invention can be carried out batchwise or continuously and is suitable depending on the process from the SiO 2 / alkali metal oxide module used to produce alkali metal silicate suspensions or solutions.
  • suspensions of sodium polysilicate result in the module range SiO 2: Na 2 O of 1.2: 1 to 1: 2, preferably 1: 1; ie the sodium polysilicate is obtained as a solid, crystalline phase.
  • SiO 2: Na 2 O of 2: 1 amorphous sodium silicates are formed, which are also obtained in solid form, ie as a suspension.
  • the crystalline material containing SiO 2 is reacted with aqueous sodium hydroxide solution, the molar ratio of SiO 2 to Na 2 O in the reaction mixture being in the range from 1.2: 1 to 1: 2, preferably of 1: 1.
  • the crystalline SiO 2 -containing material is reacted with aqueous sodium hydroxide solution, the molar ratio of SiO 2 to Na 2 O in the reaction mixture being 2: 1.
  • Table 2 shows the times depending on the module used and the concentration of the alkali metal hydroxide reproduced, which were necessary for the complete dissolution of the SiO 2 used.
  • the process is advantageously carried out at the boiling point of the aqueous alkali metal hydroxide solution or the resulting solution Alkali metal silicate solution or suspension performed.
  • Lower temperatures slow down the reaction. Higher temperatures would increase the reaction rate, but they require increased pressure and therefore pressure vessels, which make such a process less economical.
  • normal pressure in connection with the method according to the invention, this is understood to mean the usual ambient pressure of approximately 1 bar. In other words, this means that in the sense of the present invention, work is carried out without increased pressure.
  • the sodium silicate suspensions obtained can be diluted by adding water until the solubility of the alkali metal silicates is below.
  • the process according to the invention for the production of sodium polysilicates is demonstrated by means of further examples (Table 4).
  • the process is carried out in the temperature range from 100 ° to 150 ° C. at normal pressure.
  • the process according to the invention can be carried out in an open reaction vessel, since the high salt content of the reaction mixture causes the boiling point of the aqueous reaction mixture to shift towards higher temperatures.
  • a sodium polysil cat in the reaction of cristobalite with aqueous 50% by weight sodium hydroxide solution in a molecular ratio of SiÜ2 'Na2 ⁇ of 1: 1 at an initial temperature of about 150 ° C and at normal pressure (1 bar) after a reaction time of 2 hours a sodium polysil cat can be obtained which contains water-insoluble residues of only 0.015% by weight.
  • cristobalite or tempered quartz sand, ie cristobalite, trydimite and amorphous silicon dioxide was reacted with the stated amounts of aqueous alkali to carry out the process. The reactions were carried out in a glass flask at normal pressure.
  • the temperature is still 70 to 130 ° C, preferably 90 to 110 ° C, warm Filter the suspension through a suction filter. A concentration or cooling of the reaction solution to initiate or improve the crystallization is not necessary in the process according to the invention.
  • the filtrate (mother liquor) obtained during the filtration is preferably returned to the process after concentration.
  • the sodium polysilicate remaining as a filter residue is usually still crushed warm (at 70 to 90 ° C) and then dried under reduced pressure (1333 Pa to 26664 Pa) under elevated temperature (100 to 150 ° C) to anhydrous sodium polysilicate .
  • the drying time can be between 5 and 15 hours.
  • the “anhydrous sodium polysilicate” obtained with the process according to the invention is understood to mean a sodium polysilicate which contains on average not more than 5% by weight and preferably less than 3.5% by weight of water. The water content was determined by determining the loss on ignition when heated to 1000 ° C. Only crystalline anhydrous sodium polysilicate can be seen in X-ray diffraction diagrams (comparison with JCPDS file No. 16-818). The suspensions of amorphous sodium silicate obtained with a module SiO 2 • Na 2 O of 2: 1 can also be worked up in the same way.
  • Example 25 the reaction suspension was heated to the boiling point at atmospheric pressure. The boiling point decreased with the course of the reaction since the sodium hydroxide reacted.
  • Example 27 the suspension was kept at a temperature of 100 ° C. This temperature is not sufficient for a complete reaction within 2 hours.
  • Example 28 shows that a tempered quartz sand consisting of cristobalite, tridymite and amorphous silicon dioxide has the same reactivity as cristobalite.
  • the aqueous alkali metal hydroxide solution (for example 50% by weight of NaOH, technical or 47% by weight of KOH, technical or solutions correspondingly diluted with water) was introduced and heated to boiling. The weighed amount of cristobalite was then added. The Siedetempe ⁇ temperature took mi 't the course of the reaction, since the Al used kalimetall liquor etallsilicat to the alkali (eg sodium silicate) react. The reaction time was 30 to 350 minutes, preferably 30 to 210 minutes.
  • Table 1 The batch ratios for the individual experiments 1 to 24 (1 to 21 with NaOH; 22 to 24 with KOH) are shown in Table 1.
  • Table 2 shows the reaction parameters of these experiments.
  • Table 3 contains values for corresponding comparative examples in which quartz or quartz powder was used as the SiO 2 source instead of cristobalite.
  • Quartz flour 1: 1 50 360 0.62 62
  • A Three-necked flask with paddle stirrer, thermometer and reflux cooler, patio heater.
  • B Analog A, but heatable with an oil bath.
  • Experiments 25 to 27 relate to reactions with cristobalite
  • experiment 28 relates to the reaction of tempered quartz sand (1400 ° C., 5% by weight * NaOH addition), consisting of cristobalite, tridymite, amorphous silicon dioxide and small amounts of sodium silicate.
  • the loss on ignition was determined in all cases after the crushing and drying of the filter residue.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract

Selon un procédé de production de silicates de métaux alcalins à partir d'un matériau cristallin contenant du SiO2 et d'une solution aqueuse d'un hydroxyde de métal alcalin à une température élevée et sous une pression normale, on utilise comme matériau cristallin contenant du SiO2 de la cristobalite et/ou du sable silicieux durci par trempe et on fait réagir ce matériau dans une solution aqueuse de 20 à 50 % en poids d'hydroxyde de sodium ou de potassium, le rapport molaire entre le SiO2 et le Na2O ou le K2O dans le mélange de réaction étant compris entre 2:1 et 1:7.According to a process for producing alkali metal silicates from a crystalline material containing SiO2 and an aqueous solution of an alkali metal hydroxide at an elevated temperature and under normal pressure, as the crystalline material containing SiO2 of cristobalite and / or silica sand hardened by quenching and this material is reacted in an aqueous solution of 20 to 50% by weight of sodium or potassium hydroxide, the molar ratio between SiO2 and Na2O or K2O in the reaction mixture being between 2: 1 and 1: 7.

Description

Verfahren zur Herstellung von Al alimetansilicaten Process for the preparation of Al alimetansilicaten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Alkali- metallsilicaten aus kristallinem Siθ2-haltigem Material und wä߬ riger Alkalimetallhydroxid-Lösung bei erhöhter Temperatur und Nor¬ maldruck.The invention relates to a process for the production of alkali metal silicates from crystalline SiO 2 -containing material and aqueous alkali metal hydroxide solution at elevated temperature and normal pressure.
Alkalimetallsilicate, z.B. Wassergläser, werden in großen Mengen hergestellt und sowohl in Lösung als auch als Feststoff in vielen Bereichen eingesetzt. Dazu gehören Wasch- und Reinigungsmittel, Klebstoffe, Anstrichfarben, die Erzflotation und die Wasserbehand¬ lung. Sie dienen auch als Rohstoffe für die Herstellung von Zeo- lithen sowie Kieselsäuren, -solen und -gelen (Büchner et al. "In¬ dustrielle Anorganische Chemie", Verlag Chemie, 1984, S. 333).Alkali metal silicates, e.g. Water glasses are produced in large quantities and used in many areas both in solution and as a solid. These include detergents and cleaning agents, adhesives, paints, ore flotation and water treatment. They also serve as raw materials for the production of zeolites and silicas, sols and gels (Büchner et al. "Industrial Inorganic Chemistry", Verlag Chemie, 1984, p. 333).
Wasserglas-Lösungen werden gebräuchlicherweise durch zwei physika¬ lische Größen charakterisiert. Zum einen durch das Molverhältnis Siθ2/M2θ, im folgenden Modul genannt, und den Feststoffgehalt, d.h. den Gewichtsanteil SiÖ2 und M2O in der Lösung, wobei M für Na oder K steht. Beide Faktoren haben Einfluß auf die Viskosität der Al- kal metallsilicat-Lösung.Water glass solutions are customarily characterized by two physical sizes. On the one hand by the molar ratio Siθ2 / M2θ, called module below, and the solids content, i.e. the proportion by weight of SiO 2 and M2O in the solution, where M stands for Na or K. Both factors influence the viscosity of the alkali metal silicate solution.
Aus Tabellen und Diagrammen läßt sich die maximale Löslichkeit ei¬ nes Alkalimetallsilicates mit einem bestimmten Modul ermitteln. Generell lassen sich bei höheren Alkali-Gehalten, d.h. einem nied¬ rigeren Modul, höhere Feststoffgehalte in der Lösung erzielen. Wassergläser bis zu einem Modul von 4,3 werden über Schmelzprozesse erhalten. Solche Schmelzprozesse sind schon seit dem letzten Jahr¬ hundert bekannt; heute gängig ist nur noch die Umsetzung von Quarzsand mit Soda bei Temperaturen um 1500 °C (Winnacker-Küchler, " Chemische Technologie", C. Hanser Verlag, 4. Auflage (1983), Band 3, "Anorganische Technologie II", Seite 58 ff). Nur ein geringer Teil der so dargestellten Alkalimetallsilicate wird als Festglas verkauft. Die Hauptmenge wird anschließend in Wasser gelöst. Bei Gläsern mit einem Modul > 2,0 ist die Reaktionsgeschwindigkeit bei Rückflußtemperatur der Lösung nicht befriedigend, so daß ein Druck¬ aufschluß bei 4-6 bar und 150 °C vorgezogen wird.The maximum solubility of an alkali metal silicate with a specific module can be determined from tables and diagrams. In general, higher solids contents in the solution can be achieved at higher alkali contents, ie a lower modulus. Water glasses up to a module of 4.3 are obtained via melting processes. Such melting processes have been known for the past century; only the implementation of is common today Quartz sand with soda at temperatures around 1500 ° C (Winnacker-Küchler, "Chemical Technology", C. Hanser Verlag, 4th edition (1983), Volume 3, "Inorganic Technology II", page 58 ff). Only a small part of the alkali metal silicates represented in this way is sold as solid glass. The main amount is then dissolved in water. In the case of glasses with a modulus> 2.0, the reaction rate at the reflux temperature of the solution is unsatisfactory, so that pressure digestion at 4-6 bar and 150 ° C. is preferred.
Niedermolekulare (Modul < 2,7), alkalireichere Wassergläser lassen sich auch aus Quarzsand und konzentrierter wäßriger Natrium¬ hydroxid-Lösung hydrothermal herstellen. Wegen der niedrigen Reak¬ tivität des Quarzsandes sind dazu erhöhte Temperaturen und erhöhter Druck notwendig. Technisch werden zwei Verfahren eingesetzt: Nickel-plattierte rotierende Drucklöser bei Temperaturen von 200 bis 220°C und Röhrenreaktoren bei Temperaturen von 250 bis 260 °C (Winnacker-Küchler, a.a.O., Seite 61 f).Low molecular weight (module <2.7), alkali-rich water glasses can also be produced hydrothermally from quartz sand and concentrated aqueous sodium hydroxide solution. Because of the low reactivity of the quartz sand, elevated temperatures and increased pressure are necessary for this. Technically, two processes are used: nickel-plated rotating pressure solvents at temperatures from 200 to 220 ° C and tube reactors at temperatures from 250 to 260 ° C (Winnacker-Küchler, op. Cit., Page 61 f).
Fein verteilte, amorphe Kieselsäuren lösen sich exotherm in Laugen. So werden gelegentlich besonders reine Alkalimetallsilicat-Lösungen durch Reaktion von pyrogener oder gefällter Kieselsäure mit Alkali- Lauge erhalten. Von Sonderfällen abgesehen ist dieses Verfahren zu teuer.Finely distributed, amorphous silicas dissolve exothermically in alkalis. For example, particularly pure alkali metal silicate solutions are sometimes obtained by reacting pyrogenic or precipitated silica with alkali alkali. Apart from special cases, this procedure is too expensive.
Amorphe Kieselsäure fällt auch bei verschiedenen technischen Pro¬ zessen als Nebenprodukt oder Abfall an. Mehrere Verfahren zum Ein¬ satz solcher Kieselsäuren sind beschrieben.Amorphous silica is also obtained as a by-product or waste in various technical processes. Several processes for the use of such silicas have been described.
Nach Przem. Chem. 67(8) (1988) 384-6 (Chemical Abstracts 109_:213144f) können aus der Abfall-Kieselsäure der AIF3 und HF-Her¬ stellung mittelmodulare Natrium-Silicat-Lösungen gewonnen werden. Staub aus der Herstellung von Ferrosilicium enthält nach JP-76 17519 (Chemical Abstracts, 86:19 116q) ca. 90 Gew.-% hoch reaktives SiO2, das mit 8,1 %iger Natronlauge bei Temperaturen um 90 °C zu einer Wasserglas-Lösung mit einem hohen Modul umgesetzt werden kann.According to Przem. Chem. 67 (8) (1988) 384-6 (Chemical Abstracts 109_: 213144f), middle-modular sodium silicate solutions can be obtained from the waste silica of the AIF3 and HF production. According to JP-76 17519 (Chemical Abstracts, 86:19 116q), dust from the production of ferrosilicon contains approx. 90% by weight of highly reactive SiO2, which is mixed with 8.1% sodium hydroxide solution at temperatures around 90 ° C to form a water glass Solution with a high module can be implemented.
Als weiteres Alkalimetallsilicat besitzt festes, kristallines wasserfreies Natrium-Polysilicat (Na2Siθ2)oo technische Bedeutung als Builder-Komponente in Wasch- und Reinigungsmitteln. Dieses Natriumsilicat der Brutto-Zusam ensetzung Na2Siθ3 enthält unend¬ liche Ketten von SiOj-Tetraedern, die über Brücken zu den Natri¬ um-Atomen verknüpft sind. Solche Kettensilicate werden in der Mi¬ neralogie als "Inosilicate", in der Chemie als "Polysilicate" be¬ zeichnet. Verbreitet, jedoch falsch ist auch die Bezeichnung "Meta- silicat". Nachfolgend wird ausschließlich die Bezeichnung "Na¬ trium-Polysilicat" verwendet.As a further alkali metal silicate, solid, crystalline, anhydrous sodium polysilicate (Na2Siθ2) oo has technical importance as a builder component in washing and cleaning agents. This sodium silicate of the gross composition Na2Siθ3 contains infinite chains of SiOj tetrahedra which are linked by bridges to the sodium atoms. Such chain silicates are referred to in mineralogy as "inosilicates" and in chemistry as "polysilicates". The term "metasilicate" is also widespread but incorrect. In the following, the term "sodium polysilicate" is used exclusively.
Im großen industriellen Maßstab wird wasserfreies Natrium-Poly¬ silicat durch eine Temperreaktion von Quarzsand und Soda im Dreh¬ rohrofen bei ca. 950 °C hergestellt (Büchner et al. "Industrielle Anorganische Chemie", Verlag Chemie, 1984, S. 333). Die Reaktions¬ zeit, beträgt dafür ca. 45 min. Bei noch höherer Temperatur, dann aber kürzeren Reaktionszeiten kann das Polysilicat auch durch Schmelzen von Sand und Soda erhalten werden (Ullmann's Encyklopädie der technischen Chemie, Verlag Chemie, 1982, Bd. 21, S. 412).On a large industrial scale, anhydrous sodium polysilicate is produced by an annealing reaction of quartz sand and soda in a rotary kiln at approx. 950 ° C (Büchner et al. "Industrial inorganic chemistry", Verlag Chemie, 1984, p. 333). The reaction time is about 45 minutes. At an even higher temperature, but then shorter reaction times, the polysilicate can also be obtained by melting sand and soda (Ullmann's Encyklopadie der Technische Chemie, Verlag Chemie, 1982, Vol. 21, p. 412).
Ferner wird in der US-PS 3,532,458 die hydrothermale Herstellung von Natrium-Polysilicat, ausgehend von Quarzsand, beschrieben. Für eine vollständige Reaktion des Quarzsandes mit wäßriger Natrium¬ hydroxidlösung sind hierbei Temperaturen von ca. 200 °C bei erhöh¬ tem Druck notwendig. DE-AS 1567 572 schlägt vor, wasserfreie, kristalline Alkalimetall- silicate, vorzugsweise Natrium-Polysilicat, dadurch herzustellen, daß man auf feinverteiltem, festem Alkalimetallsilikat, welches auf eine Temperatur von über 130 °C erhitzt ist und dauernd in Bewegung gehalten wird, durch Aufsprühen einer wäßrigen Alkali etallsilicat- lösung einen Film erzeugt, und durch einen zusätzlichen heißen Gas¬ strom die Verdampfung des Wassers bewirkt, wobei der Überzugs- und Trocknungsschritt solange wiederholt wird, bis die Größe der kri¬ stallinen wasserfreien Alkalimetallsilicatteilchen in gewünschtem Maße angestiegen ist. Im allgemeinen führt man hierbei einen Teil des anfallenden weitgehend wasserfreien Alkalimetallsilicates dem kontinuierlichen Prozeß als Ausgangskomponente wieder zu.Furthermore, US Pat. No. 3,532,458 describes the hydrothermal production of sodium polysilicate starting from quartz sand. For a complete reaction of the quartz sand with an aqueous sodium hydroxide solution, temperatures of approximately 200 ° C. at elevated pressure are necessary. DE-AS 1567 572 proposes to produce anhydrous, crystalline alkali metal silicates, preferably sodium polysilicate, by using finely divided, solid alkali metal silicate which is heated to a temperature of above 130 ° C. and is kept in constant motion Spraying an aqueous alkali metal silicate solution produces a film, and by means of an additional hot gas stream causes the water to evaporate, the coating and drying step being repeated until the size of the crystalline anhydrous alkali metal silicate particles has increased to the desired extent. In general, part of the largely anhydrous alkali metal silicate is returned to the continuous process as a starting component.
Die Nachteile dieses zuletzt genannten Verfahrens sind, daß man in dem ständig in Bewegung gehaltenen Natrium-Polysilicat eine große Anzahl von Natrium-Polysilicatkörnchen als Impfgrundlage braucht und daß somit ein sehr großer Anteil des gewonnenen Sprühgranulates wieder gemahlen und zurückgeführt werden muß, so daß letzten Endes die Ausbeute dieser Verfahren gering ist.The disadvantages of this last-mentioned method are that a large number of sodium polysilicate grains are required as the inoculation basis in the sodium polysilicate which is kept in constant motion and that therefore a very large proportion of the spray granules obtained must be ground again and returned, so that ultimately the yield of these processes is low.
Aus der DE-PS 968 034 ist es ferner bekannt, festes, kristallwas- serhaltiges Natrium-Polysilicat dadurch herzustellen, daß man fein- verteilte Kieselsäure, wie Quarzsand oder Quarzmehl, und wäßrige Natronlauge in einem Verhältnis, wie es dem Verhältnis Alkalime- talloxid : SiÜ2 in dem herzustellenden Produkt etwa entspricht, homogen mischt, das Gemisch kontinuierlich in ein Reaktioπsrohr gegen den in diesem herrschenden Druck einfördert und es bei Tem¬ peraturen oberhalb etwa 175 °C und bei erhöhtem Druck mit der Ma߬ gabe durch das Reaktionsrohr führt, daß eine gleichmäßige Vertei¬ lung der Kieselsäure in dem Gemisch durch Regulierung der linearen Strömungsgeschwindigkeit gewährleistet ist. Anschließend läßt man das heiße Reaktionsprodukt aus dem Reaktionsrohr durch ein Entspannungsventil austreten, wobei der ursprünglich höhere Was¬ sergehalt des gebildeten Reaktionsprodukts infolge der bei der Ent¬ spannung eintretenden Wasserverdampfung auf den gewünschten Was¬ sergehalt des Endproduktes herabgesetzt wird. In dieser Weise ist es möglich, Natrium-Polysilicat-Hydrate mit weniger als 9 Mol KristalIwaser herzustellen.From DE-PS 968 034 it is also known to produce solid sodium polysilicate containing water of crystallization by finely divided silica, such as quartz sand or quartz powder, and aqueous sodium hydroxide solution in a ratio such as the ratio of alkali metal oxide: SiÜ2 in the product to be produced roughly corresponds to, mixes homogeneously, continuously feeds the mixture into a reaction tube against the pressure prevailing in it, and it leads through the reaction tube at temperatures above about 175 ° C. and at elevated pressure with the proviso that a uniform distribution of the silica in the mixture is ensured by regulating the linear flow rate. The hot reaction product from the reaction tube is then let through Relief valve exit, the originally higher water content of the reaction product formed being reduced to the desired water content of the end product as a result of the water evaporation occurring during the relaxation. In this way it is possible to produce sodium polysilicate hydrates with less than 9 moles of crystal water.
Aus der NL-OS 7802697 ist es ferner bekannt, Natriumsilicatlösun- gen herzustellen, indem man Sand mit Natronlauge bei erhöhtem Druck und einer Temperatur von wenigstens 200 °C durch ein Rohr führt, welches zum kontinuierlichen Aufschluß von Bauxit Verwendung finden kann und z.B. aus der DE-OS 21 06 198 sowie DE-0S 25 14 339 bekannt ist. Zur Herstellung von Metasilicatprodukten arbeitet man vorzugs¬ weise bei einer Temperatur von 200 bis 240 °C; für die Herstellung von Produkten mit einem höheren Verhältnis von Siθ2 : Na2() verwen¬ det man vorzugsweise Temperaturen von 240 bis 280 °C. Der Druck im Rohr liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 10000 und 20000 kPa. Gemäß dem in dieser Offenlegungsschrift beschriebenen Verfahren werden jedoch nur Lösungen und keine festen Produkte hergestellt.From NL-OS 7802697 it is also known to produce sodium silicate solutions by passing sand with sodium hydroxide solution at elevated pressure and a temperature of at least 200 ° C. through a pipe which can be used for the continuous digestion of bauxite and, for example, from the DE-OS 21 06 198 and DE-0S 25 14 339 is known. The manufacture of metasilicate products is preferably carried out at a temperature of 200 to 240 ° C; For the production of products with a higher ratio of SiO 2 : Na 2 (), temperatures of 240 to 280 ° C are preferably used. The pressure in the tube is preferably in the range between 10,000 and 20,000 kPa. According to the method described in this laid-open publication, however, only solutions and no solid products are produced.
DE-OS 31 24 893 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von was¬ serfreiem Natrium-Polysilicat durch Behandlung von Quarzsand und/oder Quarzmehl mit konzentrierter wäßriger Natronlauge unter Druck bei einer Temperatur im Bereich von 200 bis 400 °C.DE-OS 31 24 893 describes a process for the production of water-free sodium polysilicate by treating quartz sand and / or quartz powder with concentrated aqueous sodium hydroxide solution under pressure at a temperature in the range from 200 to 400 ° C.
R0 75620 (Chemical Abstracts 100: 24023u) beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von kristallinem Natrium-Polysilicat mit einem Mo¬ dul von 1 : 1 aus Siliciumdioxid enthaltenden Abfällen aus der Düngemittelherstellung. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeich¬ net, daß die Natrium-Polysilicat enthaltende Lösung zunächst fil¬ triert werden muß, um Verunreinigungen zu entfernen, bevor das Filtrat aufkonzentriert wird. Anschließend erfolgt die Kristalli¬ sation beim Abkühlen der Lösung auf eine Temperatur von 10 bis 15 °C.R0 75620 (Chemical Abstracts 100: 24023u) describes a process for the production of crystalline sodium polysilicate with a module of 1: 1 from waste containing silicon dioxide from the production of fertilizers. This process is characterized in that the solution containing sodium polysilicate must first be filtered in order to remove impurities before the Filtrate is concentrated. The crystallization then takes place when the solution is cooled to a temperature of 10 to 15 ° C.
SU-434060 (Chemical Abstracts 82: 45938w) beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Natrium-Polysilicat aus Vulkanasche.SU-434060 (Chemical Abstracts 82: 45938w) describes a process for the production of sodium polysilicate from volcanic ash.
JP-73/16438 (Chemical Abstracts 80: 17050r) beschreibt ein Verfah¬ ren zur Herstellung von Natrium-Polysilicat enthaltenden Lösungen aus Rauchgasrückständen.JP-73/16438 (Chemical Abstracts 80: 17050r) describes a process for the production of solutions containing sodium polysilicate from flue gas residues.
Diese drei letztgenannten Verfahren besitzen jedoch den Nachteil, daß die eingesetzten Siθ2~Quellen verunreinigt sind und die Ab¬ trennung der Verunreinigungen erhebliche Schwierigkeiten bereitet, so daß sich diese Verfahren bisher nicht durchsetzen konnten (Winnacker-Küchler, a.a.O., Seite 61).However, these three last-mentioned processes have the disadvantage that the SiO 2 sources used are contaminated and the separation of the contaminants presents considerable difficulties, so that these processes have so far not been able to establish themselves (Winnacker-Küchler, op. Cit., Page 61).
Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ver¬ fahren zur Herstellung von Alkalimetallsilicat-Lösungen und -Sus¬ pensionen zu entwickeln, welches unter Verwendung von kristallinem Siθ2-Material bei Normaldruck und Anwendung relativ niedriger Tem¬ peraturen bei kurzen Reaktionszeiten durchführbar ist.In contrast, it is an object of the present invention to develop a process for the preparation of alkali metal silicate solutions and suspensions which can be carried out using crystalline SiO 2 material at normal pressure and using relatively low temperatures with short reaction times.
Die Aufgabe wurde erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Alkalimetallsilicaten aus kristallinem Siθ2-halti- gem Material und wäßriger Alkalimetallhydroxid-Lösung bei erhöhter Temperatur und Normaldruck, dadurch gekennzeichnet, daß man als kristallines Siθ2~haltiges Material Cristobalit und/oder getemper¬ ten Quarzsand einsetzt und dieses Material mit wäßriger, 20 bis 50 Gew.-%iger Natrium- oder Kaliumhydroxidlösung bei Temperaturen im Bereich von 100 bis 150 °C und unter Normaldruck umsetzt, wobei das molare Verhältnis von SiÖ2 zu Na2θ oder K2O im Reaktionsgemisch im Bereich von 2 : 1 bis 1 : 7 liegt.The object was achieved according to the invention by a process for the production of alkali metal silicates from crystalline material containing SiO 2 and aqueous alkali metal hydroxide solution at elevated temperature and normal pressure, characterized in that cristobalite and / or tempered quartz sand were used as the crystalline material containing SiO 2 uses and this material with aqueous, 20 to 50 wt .-% sodium or potassium hydroxide solution at temperatures in the range of 100 to 150 ° C and under normal pressure, the molar ratio of SiÖ2 to Na2θ or K2O in the reaction mixture is in the range from 2: 1 to 1: 7.
Verglichen mit Quarz besitzt Cristobalit (oder Tridymit) wegen seiner offeneren Struktur (Dichte von Quarz = 2,65 g/cπ.3, Cristo- balit/Tridymit = 2,3 g/cπ.3) eine höhere Reaktivität. Neben Cristo¬ balit kann für das erfindungsgemäße Verfahren auch Tridymit, gege¬ benenfalls zusammen mit amorphem Siliciumdioxid, eingesetzt werden, der ebenfalls wegen seiner im Vergleich zu Quarz offeneren Struktur eine höhere Reaktivität zeigt. Ähnlich verhalten sich auch getem¬ perte Quarzsande, d.h. Quarzsande, die oberhalb von 1000 °C, vor¬ zugsweise bei 1300 bis 1600 °C, unter Zusatz von katalytischen Men¬ gen Alkali getempert wurden und sich aus Cristobalit, Tridymit und gegebenenfalls amorphem Siliciumdioxid zusammensetzen. Durch Tem¬ pern von Quarzsand erhält man, wie in der unveröffentlichten deut¬ schen Patentanmeldung P 3938 730.5 beschrieben, reaktive Siθ2~Pha- sen, die sich unter anderem aus Cristobalit, Tridymit und amorphem SiÜ2 zusammensetzen. Gegenstand dieser Patentanmeldung ist ein Ver¬ fahren zur Herstellung von reaktiven Siliciumdioxid-Phasen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man Quarzsand mit einer Alkalime- tallverbindung oder deren wäßriger Lösung vermischt, wobei die Alka- limetallverbindung aus der Gruppe von Verbindungen ausgewählt wird, die beim Erhitzen in die entsprechenden Alkalimetalloxide übergehen, daß das Molverhältnis von SiÖ2 zu Alkalimetalloxid zwischen 1 : 0,0025 und 1 : 0,1 beträgt und daß man dieses Gemisch auf eine Tem¬ peratur zwischen 1100 °C und 1700 °C erhitzt.Compared to quartz, cristobalite (or tridymite) has a higher reactivity because of its more open structure (density of quartz = 2.65 g / cπ.3, cristobalite / tridymite = 2.3 g / cπ.3). In addition to cristobalite, tridymite, optionally together with amorphous silicon dioxide, can also be used for the process according to the invention, which likewise has a higher reactivity because of its structure, which is more open than that of quartz. Tempered quartz sands behave similarly, i.e. Quartz sands which have been annealed above 1000 ° C, preferably at 1300 to 1600 ° C, with the addition of catalytic amounts of alkali and which are composed of cristobalite, tridymite and optionally amorphous silicon dioxide. By tempering quartz sand, as described in the unpublished German patent application P 3938 730.5, reactive SiO 2 phases are obtained which are composed, inter alia, of cristobalite, tridymite and amorphous SiO 2. The subject of this patent application is a process for the production of reactive silicon dioxide phases, which is characterized in that quartz sand is mixed with an alkali metal compound or its aqueous solution, the alkali metal compound being selected from the group of compounds which are used in Heating into the corresponding alkali metal oxides, that the molar ratio of SiO 2 to alkali metal oxide is between 1: 0.0025 and 1: 0.1 and that this mixture is heated to a temperature between 1100 ° C. and 1700 ° C.
Im Zusammenhang mit der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah¬ rens wird ausdrücklich auf die Offenbarung dieser Patentanmeldung Bezug genommen. Die getemperten Quarzsande werden aus wenig verunreinigten Aus¬ gangsverbindungen gewonnen, d.h. Quarzsanden, wie sie auch zur Was¬ serglasherstellung im Schmelzprozeß Verwendung finden. Dies bietet den Vorteil, daß beim Aufarbeiten, d.h. gegebenenfalls dem Fil¬ trieren der Alkalimetallsilicat-Lösungen, keine zusätzlichen Rück¬ stände anfallen und somit eine bereits ausgereifte Technik einge¬ setzt werden kann. Dies steht im Gegensatz zu der bereits bespro¬ chenen problematischen Aufarbeitung der Alkalimetallsilicatlösun- gen, die aus Abfall-Kieselsäuren gewonnen werden.In connection with the implementation of the method according to the invention, reference is expressly made to the disclosure of this patent application. The tempered quartz sands are obtained from slightly contaminated starting compounds, ie quartz sands as are also used for the production of water glass in the melting process. This has the advantage that no additional residues occur during the working up, that is to say, if appropriate, the filtration of the alkali metal silicate solutions, and therefore an already mature technology can be used. This is in contrast to the problematic processing of the alkali metal silicate solutions, which are obtained from waste silicas and have already been discussed.
Die zum Aufschluß eingesetzten wäßrigen Natrium- oder Kalium¬ hydroxidlösungen besitzen eine Konzentration von 20 bis 50 Gew.-%, für NaOH insbesondere eine Konzentration von 40 bis 50 Gew.-%, ins¬ besondere von 50 Gew.-% Natriumhydroxid, was dem technisch verfüg¬ baren Produkt entspricht. Die Konzentration der Kaliumhydroxid-Lö¬ sung beträgt vorzugsweise 40 bis 50 Gew.-%, inbesondere 47 bis 50 Gew.-%.The aqueous sodium or potassium hydroxide solutions used for digestion have a concentration of 20 to 50% by weight, for NaOH in particular a concentration of 40 to 50% by weight, in particular 50% by weight of sodium hydroxide, which corresponds to the technically available product corresponds. The concentration of the potassium hydroxide solution is preferably 40 to 50% by weight, in particular 47 to 50% by weight.
Die getemperten Quarzsande werden mit wäßrigem Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid bei der Siedetemperatur der jeweiligen Lauge bzw. der entstehenden Alkali etallsilicat-Lösung oder -Suspension zur Reaktion gebracht (vgl. Beispiele, Tabelle 1). Die Siedetemperatur beträgt dabei, je nach Salzgehalt der Lösung, zwischen 150 und 100 °C und ist, da sich der Salzgehalt während des Reaktionsverlaufs ändert, nicht konstant.The tempered quartz sands are reacted with aqueous sodium hydroxide or potassium hydroxide at the boiling point of the respective alkali or the resulting alkali metal silicate solution or suspension (cf. Examples, Table 1). Depending on the salinity of the solution, the boiling temperature is between 150 and 100 ° C and is not constant since the salinity changes during the course of the reaction.
Beispielhaft für den getemperten Quarzsand fand Cristobalit als Siθ2-Quelle Einsatz. Die Teilchengröße betrug im allgemeinen 0,1 bis 0,8 mm.As an example of the tempered quartz sand, cristobalite was used as the SiO 2 source. The particle size was generally 0.1 to 0.8 mm.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich sowohl diskontinuierlich als auch kontinuierlich durchführen und eignet sich in Abhängigkeit vom eingesetzten Siθ2/Alkalimetalloxid-Modul zur Herstellung von Alkalimetallsilicat-Suspensionen oder -Lösungen. Mit Natrium¬ hydroxid resultieren im Modulbereich Siθ2 : Na2Ö von 1,2 : 1 bis 1 : 2, vorzugsweise von 1 : 1, Suspensionen von Natriumpolysilicat; d.h. das Natriumpolysilicat fällt als feste, kristalline Phase an. Bei einem Modul Siθ2 : Na2θ von 2 : 1 bilden sich amorphe Natrium- silicate, die gleichfalls in fester Form, d.h. als Suspension, an¬ fallen. In Modulbereichen Siθ2 : Na2θ von 1 : >2, d.h. von 1 : >2 bis 1 : 7, hingegen werden mit Natriumhydroxid lösliche, alkali¬ reiche Natriumsilicate, d.h. wäßrige Natronwasserglaslösungen, er¬ halten.The process according to the invention can be carried out batchwise or continuously and is suitable depending on the process from the SiO 2 / alkali metal oxide module used to produce alkali metal silicate suspensions or solutions. With sodium hydroxide, suspensions of sodium polysilicate result in the module range SiO 2: Na 2 O of 1.2: 1 to 1: 2, preferably 1: 1; ie the sodium polysilicate is obtained as a solid, crystalline phase. With a module SiO 2: Na 2 O of 2: 1, amorphous sodium silicates are formed, which are also obtained in solid form, ie as a suspension. In module ranges SiO 2: Na 2 O of 1:> 2, ie from 1:> 2 to 1: 7, on the other hand, soluble, alkali-rich sodium silicates, ie aqueous sodium silicate solutions, are obtained with sodium hydroxide.
Mit Kaliumhydroxid resultieren bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens über den gesamten Modulbereich Siθ2 : K2O von 2 : 1 bis 1 : 7 ausschließlich lösliche alkalireiche Kaliu silicate, d.h. wäßrige Kaliwasserglaslösungen.With potassium hydroxide, when the process according to the invention is carried out over the entire module range SiO 2: K 2O from 2: 1 to 1: 7, only soluble alkali-rich potassium silicates result, i.e. aqueous potassium water glass solutions.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, daß man das kristalline Siθ2~haltige Material mit wäßriger Natriumhydroxidlö- sung umsetzt, wobei das molare Verhältnis von Siθ2 zu Na2θ im Re¬ aktionsgemisch im Bereich von 1,2 : 1 bis 1 : 2, vorzugsweise von 1 : 1, liegt.For the purposes of the present invention, it is preferred that the crystalline material containing SiO 2 is reacted with aqueous sodium hydroxide solution, the molar ratio of SiO 2 to Na 2 O in the reaction mixture being in the range from 1.2: 1 to 1: 2, preferably of 1: 1.
Weiterhin ist es erfindungsgemäß bevorzugt, daß man das kristalline Siθ2~haltige Material mit wäßriger Natriumhydroxidlösung umsetzt, wobei das molare Verhältnis von SiÖ2 zu Na2θ im Reaktionsgemisch 2 : 1 beträgt.It is also preferred according to the invention that the crystalline SiO 2 -containing material is reacted with aqueous sodium hydroxide solution, the molar ratio of SiO 2 to Na 2 O in the reaction mixture being 2: 1.
In Tabelle 2 (vgl. Beispiele) sind in Abhängigkeit vom Einsatz-Mo¬ dul und von der Konzentration des Alkalimetallhydroxids die Zeiten wiedergegeben, die zur vollständigen Auflösung des eingesetzten Siθ2 notwendig waren.Table 2 (see examples) shows the times depending on the module used and the concentration of the alkali metal hydroxide reproduced, which were necessary for the complete dissolution of the SiO 2 used.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß sich - gemäß einer be¬ vorzugten Ausführungsform der Erfindung - getemperter Quarzsand auch bei einem Siθ2/Na2θ-Verhältnis von 2 : 1 noch drucklos inner¬ halb von drei Stunden vollständig in 50 %iger Natronlauge löst. Mit einem Feststoffgehalt von 65 % ist die Löslichkeit des gebildeten Alkalimetallsilicats deutlich überschritten, und man erhält gegen Ende der Reaktion eine zähe Masse, die kaum noch rührbar ist. Mit anderen Worten heißt dies, daß sich das eingesetzte Siθ2 ohne Druckanwendung zu Natriu s licat umsetzen läßt, das in Wasser ohne weiteres löslich ist.Surprisingly, it has now been found that - according to a preferred embodiment of the invention - tempered quartz sand dissolves completely in 50% sodium hydroxide solution within three hours even at an SiO 2 / Na 2 O ratio of 2: 1. With a solids content of 65%, the solubility of the alkali metal silicate formed is clearly exceeded, and towards the end of the reaction a viscous mass is obtained which can hardly be stirred. In other words, this means that the SiO 2 used can be converted to sodium licat without pressure, which is readily soluble in water.
Aus den Beispielen (Tabelle 2) ist klar ersichtlich, daß bei der Verringerung des zu erzielenden Moduls (also weniger Siθ2 bezogen auf Na2θ) die Zeit bis zur vollständigen Lösung des Siθ2 abnimmt. Andererseits nimmt die Lösegeschwindigkeit mit abnehmender Konzen¬ tration des Alkalimetallhydroxids auch ab.From the examples (Table 2) it is clearly evident that when the modulus to be achieved is reduced (that is, less SiO 2 based on Na 2 O), the time until the SiO 2 is completely dissolved decreases. On the other hand, the rate of dissolution also decreases with decreasing concentration of the alkali metal hydroxide.
Der besondere Vorteil dieses Verfahrens wird beim Vergleich der Werte aus Tabelle 3 (Vergleichsbeispiele) deutlich. Man erkennt, daß sich unbehandelter Quarzsand wesentlich langsamer in Natron¬ lauge löst. Bei einem Modul von 1 : 1 hingegen sind getemperte Quarzsande innerhalb von 2 Stunden vollständig in siedender 50 % iger Natronlauge gelöst. Quarzsand ist dagegen nach 6,5 Stunden nur zu 43 % gelöst, Quarzmehl mit einer größeren Oberfläche ist nach 6 Stunden auch nur zu 62 % abreagiert.The particular advantage of this method becomes clear when comparing the values from Table 3 (comparative examples). It can be seen that untreated quartz sand dissolves in sodium hydroxide solution much more slowly. With a module of 1: 1, however, tempered quartz sands are completely dissolved in boiling 50% sodium hydroxide solution within 2 hours. In contrast, quartz sand is only 43% dissolved after 6.5 hours, quartz powder with a larger surface is only 62% reacted after 6 hours.
Das Verfahren wird zur Erzielung einer möglichst hohen Reaktions¬ geschwindigkeit vorteilhaft bei der Siedetemperatur der wäßrigen Alkalimetallhydroxid-Lösung bzw. der entstehenden Alkalimetallsilicat-Lösung oder -Suspension durchgeführt. Nied¬ rigere Temperaturen verlangsamen die Reaktion. Höhere Temperaturen würden zwar die Reaktionsgeschwindigkeit erhöhen, setzen jedoch erhöhten Druck und somit Druckbehältnisse voraus, die solch einen Prozeß weniger wirtschaftlich gestalten. Wenn im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren von Normaldruck die Rede ist, so wird hierunter der übliche Umgebungsdruck von ca. 1 bar verstanden. Anders ausgedrückt bedeutet dies, daß im Sinne der vorliegenden Erfindung ohne erhöhten Druck gearbeitet wird.To achieve the highest possible reaction rate, the process is advantageously carried out at the boiling point of the aqueous alkali metal hydroxide solution or the resulting solution Alkali metal silicate solution or suspension performed. Lower temperatures slow down the reaction. Higher temperatures would increase the reaction rate, but they require increased pressure and therefore pressure vessels, which make such a process less economical. When reference is made to normal pressure in connection with the method according to the invention, this is understood to mean the usual ambient pressure of approximately 1 bar. In other words, this means that in the sense of the present invention, work is carried out without increased pressure.
In den Versuchen 1, 2, 4 bis 7 und 10 (vgl. Beispiele, Tabelle 2) war die Löslichkeit des gebildeten Natriumsilicats überschritten. Bei den Versuchen 1 und 2 mit dem Modul 2 : 1 war der noch warm abgetrennte Feststoff röntgena orph.In experiments 1, 2, 4 to 7 and 10 (cf. examples, table 2) the solubility of the sodium silicate formed was exceeded. In experiments 1 and 2 with the module 2: 1, the solid that was still warm separated was radiopaque orph.
Bei den Reaktionen mit einem Molverhältnis Siθ2/Na2θ von 1,2 : 1 bis 1 : 2, vorzugsweise 1 : 1, bildete sich festes, kristallinesIn the reactions with a molar ratio SiO 2 / Na 2 O of 1.2: 1 to 1: 2, preferably 1: 1, solid, crystalline was formed
Natrium-Polysilicat, Na2Siθ3, das mittels Röntgenbeugungs-Diagra - men charakterisiert wurde (Vergleich zu JCPDS-Datei Nr. 16-818 - Joint Committee for Powder Diffraction Standards). Das Silicat war gut wasserlöslich und hatte nach dem Trocknen unlösliche Anteile von 0,015 bis 0,18 %. Das gleiche kristalline Silicat wurde bei den Reaktionen mit 50 %iger Natronlauge und Einsatzverhältnissen Siθ2/Na2θ von 1 : 1,5 und 1 : 2 erhalten (Versuche 7 und 10).Sodium polysilicate, Na2Siθ3, which was characterized by means of X-ray diffraction diagrams (compared to JCPDS file No. 16-818 - Joint Committee for Powder Diffraction Standards). The silicate was readily water-soluble and, after drying, had an insoluble content of 0.015 to 0.18%. The same crystalline silicate was obtained in the reactions with 50% sodium hydroxide solution and operating conditions SiO 2 / Na 2 O of 1: 1.5 and 1: 2 (experiments 7 and 10).
Die erhaltenen Natriumsilicat-Suspensionen können durch Zugabe von Wasser verdünnt werden, bis die Löslichkeit der Alkalimetallsili- cate unterschritten ist.The sodium silicate suspensions obtained can be diluted by adding water until the solubility of the alkali metal silicates is below.
Bei weiteren Versuchen mit den höheren Alkali-Gehalten, d.h. Modul Siθ2 : Na2θ = 1 : >2, bildeten sich Natriumsilicatlösungen mit ge¬ ringen unlöslichen Anteilen, die von Verunreinigungen der Ausgangsverbindungen herrühren. Die wenig trüben Lösungen können durch Filtration geklärt werden. Auch bei den mit Kaliumhydroxid durchgeführten Versuchen 22 bis 24 (vgl. Beispiele, Tabellen 1 und 2) bildeten sich Lösungen von Kaliumsilicat, die gleichfalls nahezu klar warenf In further experiments with the higher alkali contents, ie module SiO 2: Na 2 O = 1:> 2, sodium silicate solutions with low insoluble fractions were formed, which are caused by impurities in the Originating connections. The less cloudy solutions can be clarified by filtration. Also in experiments 22 to 24 carried out with potassium hydroxide (cf. examples, Tables 1 and 2), solutions of potassium silicate were formed which were also almost clear f
Wie vorstehend beschrieben wurde überraschend gefunden, daß sich die erhöhte Reaktivität der angeführten Verbindungen, d.h. von Cristobalit und/oder getempertem Quarzsand, zur Herstellung von festem, kristallinem Natrium-Polysilicat vorteilhaft nutzen läßt. Des weiteren ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Her¬ stellung von Natrium-Polysilicat nicht notwendig, durch einen der Kristallisation vorgeschalteten Reinigungsschritt das erhaltene Polysilicat zu reinigen.As described above, it has surprisingly been found that the increased reactivity of the compounds mentioned, i.e. of cristobalite and / or tempered quartz sand, can be used advantageously for the production of solid, crystalline sodium polysilicate. Furthermore, in the process according to the invention for the production of sodium polysilicate, it is not necessary to purify the polysilicate obtained by a cleaning step preceding the crystallization.
Die bevorzugte Einsatzmöglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Natriu -Polysilicaten wird anhand von weiteren Beispielen (Tabelle 4) demonstriert. Auch bei dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt die Durchführung des Verfahrens im Temperaturbereich von 100 ° bis 150 °C bei Nor¬ maldruck. In diesem Temperaturbereich läßt sich das erfindungsge¬ mäße Verfahren im offenen Reaktionsgefäß durchführen, da der hohe Salzgehalt des Reaktionsgemisches eine Verschiebung des Siedepunk¬ tes des wäßrigen Reaktionsgemisches zu höheren Temperaturen hin bedingt. So kann beispielsweise bei der Reaktion von Cristobalit mit wäßriger 50 Gew.-%iger Natronlauge im molekularen Verhältnis von SiÜ2 ' Na2θ von 1 : 1 bei einer anfänglichen Temperatur von etwa 150 °C und bei Normaldruck (1 bar) nach einer Reaktionszeit von 2 Stunden ein Natrium-Polysil cat gewonnen werden, welches wasserunlösliche Rückstände von nur noch 0,015 Gew.-% enthält. Wie anhand der Beispiele (Tabelle 4) näher ausgeführt wird, wurde zur Durchführung des Verfahrens Cristobalit oder getemperter Quarzsand, d.h. Cristobalit, Trydimit und amorphes Siliciumdioxid, mit den angegebenen Mengen wäßriger Lauge zur Reaktion gebracht. Die Reaktionen wurden bei Normaldruck in einem Glaskolben durchge¬ führt.The preferred application of the process according to the invention for the production of sodium polysilicates is demonstrated by means of further examples (Table 4). In this preferred embodiment of the present invention, too, the process is carried out in the temperature range from 100 ° to 150 ° C. at normal pressure. In this temperature range, the process according to the invention can be carried out in an open reaction vessel, since the high salt content of the reaction mixture causes the boiling point of the aqueous reaction mixture to shift towards higher temperatures. For example, in the reaction of cristobalite with aqueous 50% by weight sodium hydroxide solution in a molecular ratio of SiÜ2 'Na2θ of 1: 1 at an initial temperature of about 150 ° C and at normal pressure (1 bar) after a reaction time of 2 hours a sodium polysil cat can be obtained which contains water-insoluble residues of only 0.015% by weight. As will be explained in more detail with reference to the examples (Table 4), cristobalite or tempered quartz sand, ie cristobalite, trydimite and amorphous silicon dioxide, was reacted with the stated amounts of aqueous alkali to carry out the process. The reactions were carried out in a glass flask at normal pressure.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nach Beendigung der Reaktion zur Herstellung von festem, kri¬ stallinem Natrium-Polysilicat (Siθ2 : Na2θ-Modul = 1 : 1) die noch 70 bis 130 °C, vorzugsweise 90 bis 110 °C, warme Suspension über eine Nutsche filtriert. Eine Aufkonzentration oder Abkühlung der Reaktionslösuήg zur Einleitung oder Verbesserung der Kristallisa¬ tion ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht notwendig. Das bei der Filtration anfallende Filtrat (Mutterlauge) wird vorzugs¬ weise nach Aufkonzentration in das Verfahren zurückgeführt. Das als Filterrückstand zurückbleibende Natrium-Polysilicat wird in der Regel noch warm (bei 70 bis 90 °C) zerkleinert und anschließend bei vermindertem Druck (1333 Pa bis 26664 Pa) unter erhöhter Temperatur (100 bis 150 °C) zu wasserfreiem Natrium-Polysilicat getrocknet. Die Dauer der Trocknung kann zwischen 5 und 15 h betragen. Unter dem mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen "wasserfreien Natrium-Polysilicat" wird ein Natrium-Polysilicat verstanden, welches durchschnittlich nicht mehr als 5 Gew.-% und vorzugsweise weniger als 3,5 Gew.-% Wasser enthält. Der Wassergehalt wurde durch Bestimmung des Glühverlustes beim Erhitzen auf 1000 °C bestimmt. In Röntgenbeugungsdiagrammen ist nur kristallines wasserfreies Na- triu Polysilicat zu erkennen (Vergleich mit JCPDS-Datei Nr. 16-818). In der gleichen Weise können auch die mit einem Modul Siθ2 • Na2Ü von 2 : 1 erhaltenen Suspensionen von amorphem Natriumsilicat auf¬ gearbeitet werden.According to a further embodiment of the present invention, after the reaction for the production of solid, crystalline sodium polysilicate (SiO 2: Na 2 O module = 1: 1) has ended, the temperature is still 70 to 130 ° C, preferably 90 to 110 ° C, warm Filter the suspension through a suction filter. A concentration or cooling of the reaction solution to initiate or improve the crystallization is not necessary in the process according to the invention. The filtrate (mother liquor) obtained during the filtration is preferably returned to the process after concentration. The sodium polysilicate remaining as a filter residue is usually still crushed warm (at 70 to 90 ° C) and then dried under reduced pressure (1333 Pa to 26664 Pa) under elevated temperature (100 to 150 ° C) to anhydrous sodium polysilicate . The drying time can be between 5 and 15 hours. The “anhydrous sodium polysilicate” obtained with the process according to the invention is understood to mean a sodium polysilicate which contains on average not more than 5% by weight and preferably less than 3.5% by weight of water. The water content was determined by determining the loss on ignition when heated to 1000 ° C. Only crystalline anhydrous sodium polysilicate can be seen in X-ray diffraction diagrams (comparison with JCPDS file No. 16-818). The suspensions of amorphous sodium silicate obtained with a module SiO 2 • Na 2 O of 2: 1 can also be worked up in the same way.
Der besondere Vorteil des Verfahrens ist aus den Beispielen 25, 26 und 28 zu erkennen, in denen der getemperte Quarzsand drucklos mit Natronlauge direkt zu Natrium-Polysilicat umgesetzt wurde. Auch hier wird das Natrium-Polysilicat in praktisch quantitativer Reak¬ tion erhalten. In den Beispielen 25 und 26 wurde die Reaktionssus¬ pension bis zur Siedetemperatur bei Normaldruck erhitzt. Dabei verringerte sich der Siedepunkt mit dem Verlauf der Reaktion, da das Natriumhydroxid abreagiert. In Beispiel 27 wurde die Suspension bei einer Temperatur von 100 °C gehalten. Diese Temperatur ist für eine vollständige Umsetzung innerhalb von 2 h nicht ausreichend. Beispiel 28 belegt, daß ein aus Cristobalit, Tridymit und amorphem Siliciumdioxid bestehender getemperter Quarzsand die gleiche Reak¬ tivität wie Cristobalit besitzt.The particular advantage of the process can be seen from Examples 25, 26 and 28, in which the tempered quartz sand was converted directly to sodium polysilicate without pressure using sodium hydroxide solution. Here too, the sodium polysilicate is obtained in a practically quantitative reaction. In Examples 25 and 26, the reaction suspension was heated to the boiling point at atmospheric pressure. The boiling point decreased with the course of the reaction since the sodium hydroxide reacted. In Example 27, the suspension was kept at a temperature of 100 ° C. This temperature is not sufficient for a complete reaction within 2 hours. Example 28 shows that a tempered quartz sand consisting of cristobalite, tridymite and amorphous silicon dioxide has the same reactivity as cristobalite.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Alkali- metallsilicaten ist es demnach möglich, drucklos und in Abhängig¬ keit vom gewählten Siθ2/Na2θ-Modul zu Suspensionen von amorphem Natriumsilicat oder kristallinem Natrium-Polysilicat zu gelangen, die anschließend, wenn gewünscht, durch geeignete bekannte Verfah¬ ren entwässert werden können. Auch eröffnet sich hiermit die Mög¬ lichkeit, drucklos, d.h. bei Normaldruck, Lösungen von alkali¬ reicheren Natrium- oder Kaliums licaten herzustellen.With the process according to the invention for the production of alkali metal silicates, it is accordingly possible, without pressure and depending on the selected SiO 2 / Na 2 O module, to obtain suspensions of amorphous sodium silicate or crystalline sodium polysilicate which, if desired, can then be obtained by suitable known ones Process can be dewatered. This also opens up the possibility of unpressurized, i.e. at normal pressure to produce solutions of alkali-rich sodium or potassium licates.
Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie in irgendeiner Weise zu beschränken. BeispieleThe following examples illustrate the invention without restricting it in any way. Examples
Die Versuche wurden in einem 1 1-Glas-Dreihals-Rundkolben, ausge¬ stattet mit einem Rückflußkühler, Fügelrührer und Thermometer, bei Normaldruck durchgeführt. Der Kolben wurde über in einem Heizpilz erhitzt.The experiments were carried out in a 1 liter glass three-necked round-bottom flask equipped with a reflux condenser, paddle stirrer and thermometer at normal pressure. The flask was heated over in a patio heater.
Die wäßrige Alkalimetallhydroxid-Lösung (z.B. 50 Gew.-% NaOH, techn. oder 47 Gew.-% KOH, techn., oder mit Wasser entsprechend verdünnte Lösungen) wurde vorgelegt und zum Sieden erhitzt. Danach wurde die abgewogene Menge Cristobalit zugegeben. Die Siedetempe¬ ratur nahm mi't dem Verlauf der Reaktion ab, da die eingesetzte Al- kalimetall-Lauge zu dem Alkali etallsilicat (z.B. Natriumsilicat) reagierte. Die Reaktionszeit betrug 30 bis 350 Minuten, vorzugs¬ weise 30 bis 210 Minuten.The aqueous alkali metal hydroxide solution (for example 50% by weight of NaOH, technical or 47% by weight of KOH, technical or solutions correspondingly diluted with water) was introduced and heated to boiling. The weighed amount of cristobalite was then added. The Siedetempe¬ temperature took mi 't the course of the reaction, since the Al used kalimetall liquor etallsilicat to the alkali (eg sodium silicate) react. The reaction time was 30 to 350 minutes, preferably 30 to 210 minutes.
Die Ansatzverhältnisse für die einzelnen Versuche 1 bis 24 (1 bis 21 mit NaOH; 22 bis 24 mit KOH) sind in Tabelle 1 wiedergegeben. Tabelle 2 zeigt die Reaktionsparameter dieser Versuche. In Tabelle 3 finden sich Werte für entsprechende Vergleichsbeispiele, bei de¬ nen anstelle von Cristobalit Quarz bzw. Quarzmehl als Siθ2-Quelle eingesetzt wurde. The batch ratios for the individual experiments 1 to 24 (1 to 21 with NaOH; 22 to 24 with KOH) are shown in Table 1. Table 2 shows the reaction parameters of these experiments. Table 3 contains values for corresponding comparative examples in which quartz or quartz powder was used as the SiO 2 source instead of cristobalite.
Tabel le 1 :Table 1 :
Ansatzverhältnisse zur Herstellung von Alkalimetallsilicat-Lösungen und -SuspensionenBatch conditions for the production of alkali metal silicate solutions and suspensions
FORTSETZUNG Tabelle 1 CONTINUED Table 1
Um den Verlauf der Reaktion zu verfolgen wurden regelmäßig Proben der Reaktionsmischung entnommen (ca. 3 ml). Diese Proben wurden mit Wasser auf ca. 50 ml verdünnt und mit einer 0,1 n Salzsäure-Lösung auf den M2θ-Gehalt titriert. Zugabe von festem NaF zu diesen Pro¬ benlösungen ermöglichte die titrimetrische Bestimmung des Gehaltes an gelöstem Siθ2- Mit diesen beiden Meßgrößen läßt sich der Modul der Alkali etallsilicat-Lösung bzw. -Suspension errechnen. Nach Erreichen des angestrebten Moduls, der durch die Wahl der Aus¬ gangskonzentrationen bestimmt war, wurde die Reaktion unterbrochen. Gegen Ende der Reaktion blieb die Siedetemperatur der Reaktionsmi¬ schung ebenfalls konstant.In order to follow the course of the reaction, samples of the reaction mixture were regularly taken (approx. 3 ml). These samples were diluted to about 50 ml with water and titrated to the M2θ content with a 0.1N hydrochloric acid solution. Addition of solid NaF to these sample solutions enabled the titrimetric determination of the content of dissolved SiO 2. With these two measured variables, the module of the alkali metal silicate solution or suspension can be calculated. When the desired module, which was determined by the choice of the starting concentrations, was reached, the reaction was interrupted. Towards the end of the reaction, the boiling temperature of the reaction mixture also remained constant.
In den Versuchen 1, 2, 4 bis 7 und 10 wurde die Reaktionssuspension auf ca. 90 °C herabgekühlt und über eine Nutsche abfiltriert. Das als Filterrückstand zurückbleibende Natrium-Silicat wurde in der Regel noch warm zerkleinert und anschließend bei vermindertem Druck unter erhöhter Temperatur (100 bis 150 °C) getrocknet. Zur Bestim¬ mung der unlöslichen Anteile wurden 10 g des getrockneten Filter¬ rückstandes in 1000 ml bei 60 °C für 5 min gerührt und über einen aschefreien Filter abfiltriert. Dieser Filter wurde verascht und der verbliebene Rückstand ausgewogen. Tabelle 2: In experiments 1, 2, 4 to 7 and 10, the reaction suspension was cooled down to about 90 ° C. and filtered off through a suction filter. The sodium silicate remaining as a filter residue was generally comminuted while still warm and then dried under reduced pressure at elevated temperature (100 to 150 ° C.). To determine the insoluble fractions, 10 g of the dried filter residue were stirred in 1000 ml at 60 ° C. for 5 min and filtered through an ash-free filter. This filter was ashed and the remaining residue was weighed out. Table 2:
Reaktionsparameter zur Herstellung von Alkali-Silicat-Lösungen und -SuspensionenReaction parameters for the production of alkali silicate solutions and suspensions
0000
PORTSETZUNG Tabelle 2 PORTFOLIO Table 2
Temperatur Zeit [°C] [min] Temperature time [° C] [min]
13 1 : 3 50 46 14 40 37 15 30 2913 1: 3 50 46 14 40 37 15 30 29
16 1 : 5 50 43 17 40 35 18 30 2716 1: 5 50 43 17 40 35 18 30 27
SOSO
19 1 : 7 40 34 20 30 26 21 20 17 19 1: 7 40 34 20 30 26 21 20 17
Konz. derConc. The
KOHKOH
[Gew.-%][% By weight]
22 1 : 1 47 51 138-118 330 23 30 36 113-107 (550) bei einem Modul von 0,77 abgebrochen 24 1 : 3 47 47 140-131 165 22 1: 1 47 51 138-118 330 23 30 36 113-107 (550) canceled with a module of 0.77 24 1: 3 47 47 140-131 165
Tabelle 3: VergleichsbeispieleTable 3: Comparative examples
Einsatzmodul Konz. der Natron¬ Reaktions¬ erreichtes Anteil des ge¬ lauge [Gew.-%] zeit [min] Modul lösten Si0 [%]Use module conc. The proportion of sodium hydroxide achieved [% by weight] time [min] module dissolved Si0 [%]
Quarz: 2 : 1 50 380 0,55 28 1 : 1 50 390 0,43 43 1 : 2 50 360 0,31 62 1 : 5 50 210 0,16 80Quartz: 2: 1 50 380 0.55 28 1: 1 50 390 0.43 43 1: 2 50 360 0.31 62 1: 5 50 210 0.16 80
Quarzmehl: 1 : 1 50 360 0,62 62 Quartz flour: 1: 1 50 360 0.62 62
Herstellung von Natrium-PolysilicatManufacture of sodium polysilicate
Reaktionsparameter der einzelnen Beispiele werden in der Tabelle 4 wiedergegeben. Die Reaktionen wurden auf zwei Wegen durchgeführt:Reaction parameters of the individual examples are shown in Table 4. The reactions were carried out in two ways:
A: Dreihalskolben mit Flügelrührer, Thermometer und Rückflußküh¬ ler, Heizpilz. B: Analog A, aber beheizbar über Ölbad.A: Three-necked flask with paddle stirrer, thermometer and reflux cooler, patio heater. B: Analog A, but heatable with an oil bath.
Versuche 25 bis 27 beziehen sich auf Reaktionen mit Cristobalit, Versuch 28 betrifft die Reaktion von getempertem Quarzsand (1400 °C, 5 Gew.-%* NaOH-Zusatz), bestehend aus Cristobalit, Tridymit, amorphem Siliciumdioxid und geringen Natriumsilicatanteilen.Experiments 25 to 27 relate to reactions with cristobalite, experiment 28 relates to the reaction of tempered quartz sand (1400 ° C., 5% by weight * NaOH addition), consisting of cristobalite, tridymite, amorphous silicon dioxide and small amounts of sodium silicate.
Die Bestimmung des Glühverlustes erfolgte in allen Fällen nach der Zerkleinerung und Trocknung des Filterrückstandes. The loss on ignition was determined in all cases after the crushing and drying of the filter residue.
unlöslich ) insoluble)
25 A 307 0,18 26 A 287 0,015 27 B 285 25,0 28 B 273 0,3825 A 307 0.18 26 A 287 0.015 27 B 285 25.0 28 B 273 0.38
rr
- ) Glühverlust bei 1000 °C ermittelt. r-) Loss on ignition at 1000 ° C determined. r
2) Unlösliche Anteile (10 g Probe in 1000 ml Wasser, 5 min 60 °C). n.b. = nicht bestimmt, da die Reaktion in diesen Beispielen nicht vollständig abgelaufen ist. 2) Insoluble components (10 g sample in 1000 ml water, 5 min 60 ° C). n.b. = not determined, since the reaction in these examples has not been completed.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Verfahren zur Herstellung von Alkalimetallsilicaten aus kri¬ stallinem Siθ2-haltigem Material und wäßriger Alkali etallhydroxid-Lösung bei erhöhter Temperatur und Normal¬ druck, dadurch gekennzeichnet, daß man als kristallines Siθ2-haltiges Material Cristobalit und/oder getemperten Quarzsand einsetzt und dieses Material mit wäßriger, 20 bis 50 Gew.-%iger Natrium- oder Kaliumhydroxidlösung bei Temperaturen im Bereich von 100 bis 150 °C und unter Normaldruck umsetzt, wobei das molare Verhältnis von Siθ2 zu Na2θ oder K2O im Reaktionsgemisch im Bereich von 2 : 1 bis 1 : 7 liegt.1. A process for the preparation of alkali metal silicates from crystalline SiO 2 -containing material and aqueous alkali metal hydroxide solution at elevated temperature and normal pressure, characterized in that cristobalite and / or tempered quartz sand is used as the crystalline SiO 2 -containing material and this material with aqueous, 20 to 50 wt .-% sodium or potassium hydroxide solution at temperatures in the range from 100 to 150 ° C and under normal pressure, the molar ratio of SiO 2 to Na 2 O or K 2 O in the reaction mixture in the range from 2: 1 to 1 : 7 lies.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als getemperten Quarzsand Cristobalit, Tridymit, oder deren Gemische, gegebenenfalls zusammen mit amorphem Siliciumdioxid, einsetzt.2. The method according to claim 1, characterized in that cristobalite, tridymite, or mixtures thereof, optionally together with amorphous silicon dioxide, are used as the tempered quartz sand.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die wäßrige Natrium- oder Kaliumhydroxidlösung eine Konzentration von 40 bis 50 Gew.-% aufweist.3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized gekenn¬ characterized in that the aqueous sodium or potassium hydroxide solution has a concentration of 40 to 50 wt .-%.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß man das kristalline Siθ2~haltige Material mit wä߬ riger Natriumhydroxidlösung umsetzt, wobei das molare Verhältnis von Siθ2 zu Na2θ im Reaktionsgemisch im Bereich von 1,2 : 1 bis 1 : 2, vorzugsweise von 1 : 1, liegt. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized gekenn¬ characterized in that the crystalline SiO 2 ~ containing material is reacted with aqueous sodium hydroxide solution, the molar ratio of SiO 2 to Na 2 O in the reaction mixture in the range from 1.2: 1 to 1: 2, preferably 1: 1.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß man das kristalline Siθ2-haltige Material mit wä߬ riger Natriumhydroxidlösung umsetzt, wobei das molare Verhältnis von Siθ2 zu Na2θ im Reaktionsgemisch 2 : 1 beträgt.5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized gekenn¬ characterized in that the crystalline SiO 2 -containing material is reacted with aqueous sodium hydroxide solution, the molar ratio of SiO 2 to Na 2 O in the reaction mixture being 2: 1.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß man die erhaltenen Suspensionen von festem, kristal¬ linem Natrium-Polysilicat oder festem, amorphem Natriumsilicat bei einer Temperatur von 70 bis 130 °C, vorzugsweise 90 bis 110 °C, filtriert und gegebenenfalls die anfallende Mutterlauge aufkonzen¬ triert und in das Verfahren zurückführt. 6. The method according to any one of claims 4 or 5, characterized gekenn¬ characterized in that the suspensions obtained of solid, crystalline sodium polysilicate or solid, amorphous sodium silicate at a temperature of 70 to 130 ° C, preferably 90 to 110 ° C, filtered and, if appropriate, the mother liquor obtained is concentrated and returned to the process.
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YU (1) YU220590A (en)
ZA (1) ZA909392B (en)

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6139619A (en) * 1996-02-29 2000-10-31 Borden Chemical, Inc. Binders for cores and molds
ATE305909T1 (en) 1996-06-25 2005-10-15 Hexion Specialty Chemicals Inc BINDER FOR MOLDS AND CORE
KR100280376B1 (en) * 1998-08-14 2001-02-01 김충섭 Method for preparing crystalline layered sodium disilicate
DE19836869A1 (en) * 1998-08-14 2000-02-24 Mattig & Lindner Gmbh Starting material, for glasses, glass products and glass-like or glass-containing materials, is produced by heat treating a mixture of alkali metal hydroxides, alkaline earth metal oxides and hydroxides, quartz or silica powder and water
EP1105450A1 (en) 1998-08-17 2001-06-13 The Procter & Gamble Company Multifunctional detergent materials
CN1298678C (en) * 2003-04-14 2007-02-07 滨州师范专科学校 Soluble silicon potassium fertilizer
US20080178908A1 (en) * 2003-12-02 2008-07-31 Silicon Chemistry, Inc. Solutions of silicon metal and methods of making and using same
US7293568B2 (en) * 2003-12-02 2007-11-13 Silicon Chemistry, Inc. Aqueous solutions of silicon metal and methods of making and using same
US8734750B2 (en) 2007-07-20 2014-05-27 The National Titanium Dioxide Co. Ltd. (Cristal) Sodium silicate solutions
US7622097B2 (en) * 2007-07-20 2009-11-24 The National Titanium Bioxide Co., Ltd. (CRISTAL) Process for hydrothermal production of sodium silicate solutions and precipitated silicas
US8512664B1 (en) 2007-07-20 2013-08-20 The National Titanium Dioxide Co. Ltd. (Cristal) Sodium silicate solutions
US20100275666A1 (en) * 2009-04-29 2010-11-04 Matichenkov Vladimir V Silicon-Containing Mixture
CN101658898B (en) * 2009-09-16 2011-07-13 沈阳汇亚通铸造材料有限责任公司 Preparation method of casting water glass
CN102424394B (en) * 2011-09-11 2013-06-19 北京科技大学 Process for preparing water glass from silicon micropowder by using wet method
CN102621141B (en) * 2012-04-17 2013-12-25 昊诚光电(太仓)有限公司 Method for detecting alkali liquor used in solar cell production process
AP2015008831A0 (en) * 2013-05-06 2015-10-31 Massachusetts Inst Technology Alkali metal ion source with moderate rate of ion relaease and methods of forming
CN103754890A (en) * 2013-12-17 2014-04-30 柳州东风化工股份有限公司 Preparation method for anhydrous sodium metasilicate
CN106675118A (en) * 2016-12-14 2017-05-17 大连洪浰科技有限公司 Water-based inorganic mixing liquid and preparation method thereof
CN110357672A (en) * 2018-08-08 2019-10-22 友达晶材股份有限公司 Aqueous silicate solution, fertilizer and preparation method and for make aqueous silicate solution or fertilizer through carbonized powder
CN110862283A (en) * 2018-08-08 2020-03-06 友达晶材股份有限公司 Fertilizer and method for producing fertilizer containing silicate aqueous solution
CA3149171A1 (en) 2019-08-29 2021-03-04 Gregory Kenneth BEDFORD Ultra-white silica-based filler
CN111533132B (en) * 2020-04-30 2023-03-10 洛阳市奇航化工有限公司 Quartz sand processing device of sodium silicate continuous production device
BR102020016451B1 (en) * 2020-08-12 2021-11-03 Pq Silicas Brazil Ltda STABLE SODIUM AND IRON SILICATE SOLUTION PROCESS TO PREPARE SUCH SOLUTION AND ITS USES
CN113753906A (en) * 2021-09-16 2021-12-07 中国建设基础设施有限公司 Wet grinding preparation method of water glass excitant for geopolymer
CN116730349A (en) * 2023-08-14 2023-09-12 东营一鸣新材料有限公司 Preparation method of high-modulus solid sodium silicate

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL31348A0 (en) * 1968-01-04 1969-02-27 Columbian Carbon Process for producing alkali metal silicates
US4022704A (en) * 1971-06-21 1977-05-10 Stauffer Chemical Company Production of spray dried, high bulk density hydrous sodium silicate mixtures
DE3121919A1 (en) * 1980-06-24 1982-04-29 Steirische Magnesit-Industrie AG, 1130 Wien HYDROTHERMAL DIRECT SYNTHESIS OF ALKALISILICATES
DE3421158A1 (en) * 1984-06-07 1985-12-12 Henkel KGaA, 4000 Düsseldorf METHOD FOR THE HYDROTHERMAL PRODUCTION OF CLEAR SODIUM SILICATE SOLUTIONS
DE3902753A1 (en) * 1989-01-31 1990-08-02 Henkel Kgaa METHOD FOR THE HYDROTHERMAL PRODUCTION OF POTASSIUM SILICATE SOLUTIONS WITH HIGH SI0 (DOWN ARROW) 2 (DOWN ARROW): K (DOWN ARROW) 2 (DOWN ARROW) 0-MOLE RATIO
US5000933A (en) * 1989-01-31 1991-03-19 Henkel Kommanditgesellschaft Auf Aktien Process for hydrothermal production of sodium silicate solutions

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO9108169A1 *

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HU9201697D0 (en) 1992-09-28
TR24637A (en) 1992-01-01
FI922320A (en) 1992-05-21
FI922320A0 (en) 1992-05-21
ZA909392B (en) 1991-09-25
KR920703447A (en) 1992-12-17
US5215732A (en) 1993-06-01
AR242543A1 (en) 1993-04-30
DE3938729A1 (en) 1991-05-29
YU220590A (en) 1993-10-20
BR9007867A (en) 1992-08-25
CA2069477A1 (en) 1991-05-24
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HUT61247A (en) 1992-12-28
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