JP2922290B2 - ＳｉＯ▲下２▼：Ｋ▲下２▼Ｏの高モル比を有する珪酸カリウム溶液の水熱製造方法 - Google Patents
ＳｉＯ▲下２▼：Ｋ▲下２▼Ｏの高モル比を有する珪酸カリウム溶液の水熱製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は結晶性SiO2を水酸化カリウム水溶液と反応さ
せてSiO2：K2Oの高モル比を有する珪酸カリウム溶液の
水熱製造方法に関する。
せてSiO2：K2Oの高モル比を有する珪酸カリウム溶液の
水熱製造方法に関する。
珪酸カリウム水溶液の一般的製造方法については、ウ
インナッケルおよびクッフラー（Winnacker ＆Kuchle
r）によるケミッシェ・テクノロジー（Chemische Techn
ologie）第３巻、アンオルガニッシュ・テヒノロジーII
（Anorganische TechnologieII）第４版（1983）、54〜
63頁、ウルマンズ・エンサイクロペディ・デル・テヒニ
ッシェン・ヘミィ（Ullmanns Encyklopdie der techn
ischen Chemie）21巻，第４版,1982,409〜412頁の文献
に見出すことができる。
インナッケルおよびクッフラー（Winnacker ＆Kuchle
r）によるケミッシェ・テクノロジー（Chemische Techn
ologie）第３巻、アンオルガニッシュ・テヒノロジーII
（Anorganische TechnologieII）第４版（1983）、54〜
63頁、ウルマンズ・エンサイクロペディ・デル・テヒニ
ッシェン・ヘミィ（Ullmanns Encyklopdie der techn
ischen Chemie）21巻，第４版,1982,409〜412頁の文献
に見出すことができる。
「水ガラス」として知られるアルカリ金属珪酸塩の中
で珪酸カリウム溶液（一般にカリウム水ガラスとして知
られている）が特に工業的用途に使用されている。カリ
ウム水ガラスは、卓越して、約28〜55重量％の固形分含
量とSiO2：K2Oのモル比2.0〜4.2:1を有する。カリウム
水ガラスの工業的製造は、一般に石英砂とカリウムを適
当な炉で1400〜1500℃で行なわれる。冷却して固形化し
た溶融物（solid glass）を別の工程操作により、加圧
下、高温で水に溶解させる。得られた溶液は要求される
品質に応じて適宜濾過する。
で珪酸カリウム溶液（一般にカリウム水ガラスとして知
られている）が特に工業的用途に使用されている。カリ
ウム水ガラスは、卓越して、約28〜55重量％の固形分含
量とSiO2：K2Oのモル比2.0〜4.2:1を有する。カリウム
水ガラスの工業的製造は、一般に石英砂とカリウムを適
当な炉で1400〜1500℃で行なわれる。冷却して固形化し
た溶融物（solid glass）を別の工程操作により、加圧
下、高温で水に溶解させる。得られた溶液は要求される
品質に応じて適宜濾過する。
しかし、この高温融解法は装置並びにエネルギー消費
共に経費がかさみ、加えて、無視できない多量のダス
ト、窒素酸化物や硫黄酸化物を放出する。
共に経費がかさみ、加えて、無視できない多量のダス
ト、窒素酸化物や硫黄酸化物を放出する。
工業的規模で最も広く使用されているこの高温融解法
以外に、多くの特許出願に見られる珪酸カリウム水溶液
の水熱製造方法が存在する。
以外に、多くの特許出願に見られる珪酸カリウム水溶液
の水熱製造方法が存在する。
これらの製法は、非晶質SiO2、即ち、本質的にはフラ
イダストや天然の非晶質SiO2の変性物を用いて行なう。
イダストや天然の非晶質SiO2の変性物を用いて行なう。
これらの方法で得られる最終生成物は、出発原料のフ
ライダストや天然の非晶質SiO2化合物に含まれる特有の
不純物に起因して低い品質のもので、それ故に、工業的
に限られた範囲でのみ使用されている。
ライダストや天然の非晶質SiO2化合物に含まれる特有の
不純物に起因して低い品質のもので、それ故に、工業的
に限られた範囲でのみ使用されている。
DE−AS28 26 432には、フライダストを６〜15重量％
のアルカリ金属水酸化物水溶液によりオートクレーブで
2.9〜18.6バールの圧力下、120〜190℃の温度で、アル
カリ金属水酸化物溶液と固形フライダストの重量比を2:
1〜5:1として処理することを特徴とするシリコンまたは
鉄シリコン合金製造時に得られるフライダストをアルカ
リ金属水酸化物水溶液と高温で反応させ、反応液を濾過
する水ガラス溶液の製造法が記述されている。特にこの
プロセスで得られたカリウム水ガラスのSiO2：K2Oモル
比は、3.76:1である。出発物質としての上記フライダス
トは89〜98重量％のシリコンを含有は（実施例では常に
シリコン含有率90重量％）、残りは不純物である。DE−
OS26 09 831には、下記Ｉ〜III工程を併用することを特
徴とする金属珪素とシリコン合金からシリカまたは珪酸
塩の製造により得られるSiO2を含有する環境汚染廃棄物
フライダストの処理法につき記述されている。
のアルカリ金属水酸化物水溶液によりオートクレーブで
2.9〜18.6バールの圧力下、120〜190℃の温度で、アル
カリ金属水酸化物溶液と固形フライダストの重量比を2:
1〜5:1として処理することを特徴とするシリコンまたは
鉄シリコン合金製造時に得られるフライダストをアルカ
リ金属水酸化物水溶液と高温で反応させ、反応液を濾過
する水ガラス溶液の製造法が記述されている。特にこの
プロセスで得られたカリウム水ガラスのSiO2：K2Oモル
比は、3.76:1である。出発物質としての上記フライダス
トは89〜98重量％のシリコンを含有は（実施例では常に
シリコン含有率90重量％）、残りは不純物である。DE−
OS26 09 831には、下記Ｉ〜III工程を併用することを特
徴とする金属珪素とシリコン合金からシリカまたは珪酸
塩の製造により得られるSiO2を含有する環境汚染廃棄物
フライダストの処理法につき記述されている。
I.上記フライダストをアルカリ水酸化物水溶液に溶解
し、アルカリ珪酸塩溶液を調製する。
し、アルカリ珪酸塩溶液を調製する。
II.上記アルカリ珪酸塩溶液を活性炭および／または酸
化剤で処理し、有機物を除き精製し、不蒸解物を溶液か
ら除去する。
化剤で処理し、有機物を除き精製し、不蒸解物を溶液か
ら除去する。
III.無機酸あるいは有機酸および／またはそれらの塩で
該アルカリ珪酸塩溶液を処理し、更に精製してアルカリ
珪酸塩溶液を得る。
該アルカリ珪酸塩溶液を処理し、更に精製してアルカリ
珪酸塩溶液を得る。
この様にして得られたアルカリ珪酸塩溶液は通常3.3
〜5.0:1のSiO2：K2Oモル比を有する。
〜5.0:1のSiO2：K2Oモル比を有する。
DE−OS26 19 604には、珪酸融解炉を使用するフェロ
アロイ工業や他の工業から派生する廃ガスから得られる
フライアッシュ様の非晶質のSiO2ダストとアルカリ水酸
化物と水を一定の重量比で混合し、得られた混合物を75
〜100℃、撹拌下に加熱して生成した液を冷却すること
を特徴とする非晶質SiO2とアルカリ水酸化物からの液状
水ガラスの製造方法が記述されている。この水ガラス製
造方法の出発物質として使用される該SiO2ダストは通常
94〜98重量％のSiO2を含有し、残りは不純物である。得
られるカリウム水ガラスのSiO2対K2Oモル比は3.58:1で
ある。
アロイ工業や他の工業から派生する廃ガスから得られる
フライアッシュ様の非晶質のSiO2ダストとアルカリ水酸
化物と水を一定の重量比で混合し、得られた混合物を75
〜100℃、撹拌下に加熱して生成した液を冷却すること
を特徴とする非晶質SiO2とアルカリ水酸化物からの液状
水ガラスの製造方法が記述されている。この水ガラス製
造方法の出発物質として使用される該SiO2ダストは通常
94〜98重量％のSiO2を含有し、残りは不純物である。得
られるカリウム水ガラスのSiO2対K2Oモル比は3.58:1で
ある。
上記文献からも見られるように、特許文献記載の非晶
質SiO2より得られる水ガラスは、その後の精製を必要と
する質の低い目的物を与えるにすぎない。
質SiO2より得られる水ガラスは、その後の精製を必要と
する質の低い目的物を与えるにすぎない。
以下の先行技術は、結晶性SiO2、即ち砂および苛性カ
リウムからの珪酸カリウム溶液の水熱製造方法に関する
が、これらの製造方法は、SiO2：K2Oのモル比が2.75:1
までの技術水準製法によってのみ行なわれたものであ
る。
リウムからの珪酸カリウム溶液の水熱製造方法に関する
が、これらの製造方法は、SiO2：K2Oのモル比が2.75:1
までの技術水準製法によってのみ行なわれたものであ
る。
DE−OS33 13 814には、珪酸カリウム塩の澄明液の製
造方法が記載されている。その方法では、水酸化カリウ
ム水溶液を機械的な撹拌を行なわず垂直な反応管中に作
られたSiO2床を通過させ、SiO2と水酸化カリウムの水溶
液を下方に送り込むことを特徴とする平均粒子径0.1〜2
mmの結晶性SiO2の蒸解によりSiO2：K2Oのモル比約2.75:
1の珪酸カリウム塩の澄明液を得ている。
造方法が記載されている。その方法では、水酸化カリウ
ム水溶液を機械的な撹拌を行なわず垂直な反応管中に作
られたSiO2床を通過させ、SiO2と水酸化カリウムの水溶
液を下方に送り込むことを特徴とする平均粒子径0.1〜2
mmの結晶性SiO2の蒸解によりSiO2：K2Oのモル比約2.75:
1の珪酸カリウム塩の澄明液を得ている。
ベルギー特許649,739には、最終生成物を反応器底部
近くにある濾過エレメントにより過剰量のシリカ含有物
質および／または不溶の汚濁物から分離し、濾過工程は
反応時とほとんど同じ温度、圧力のもとで有利に行なわ
れることを特徴とする苛性カリウム水溶液中、高温加圧
下にシリカ含有物を溶解することにより、澄明な珪酸カ
リウム塩溶液を得る製造法と装置についての記載があ
る。珪酸カリウム水溶液もこのようにして得られること
が記載されている。
近くにある濾過エレメントにより過剰量のシリカ含有物
質および／または不溶の汚濁物から分離し、濾過工程は
反応時とほとんど同じ温度、圧力のもとで有利に行なわ
れることを特徴とする苛性カリウム水溶液中、高温加圧
下にシリカ含有物を溶解することにより、澄明な珪酸カ
リウム塩溶液を得る製造法と装置についての記載があ
る。珪酸カリウム水溶液もこのようにして得られること
が記載されている。
砂と水酸化カリウムから、カリウム水ガラスを製造す
るこの種の水熱製造方法は、ウインナッケル、クッフラ
ーの上記引用文献にも紹介されている。しかし、同文献
（61〜62頁）には、比較的多量の貧溶性（KHSiO2O5）x
が分解工程中に形成され、その後の加熱によっても溶解
することができないので、カリウム水ガラスを水熱プロ
セスにより製造することはできないと記載されている。
るこの種の水熱製造方法は、ウインナッケル、クッフラ
ーの上記引用文献にも紹介されている。しかし、同文献
（61〜62頁）には、比較的多量の貧溶性（KHSiO2O5）x
が分解工程中に形成され、その後の加熱によっても溶解
することができないので、カリウム水ガラスを水熱プロ
セスにより製造することはできないと記載されている。
それ故、上記引用文献によれば、水熱法によって砂、
即ち結晶性SiO2と水酸化カリウムとから比較的高いSiO2
／K2Oモル比を有する珪酸カリウム溶液を製造すること
はできないという考えがあった。
即ち結晶性SiO2と水酸化カリウムとから比較的高いSiO2
／K2Oモル比を有する珪酸カリウム溶液を製造すること
はできないという考えがあった。
対照的に、本発明の課題は、結晶性SiO2と水酸化カリ
ウム水溶液との反応で、SiO2／K2Oモル比が2.75:1以上
である珪酸カリウム溶液の水熱製造方法を提供すること
である。
ウム水溶液との反応で、SiO2／K2Oモル比が2.75:1以上
である珪酸カリウム溶液の水熱製造方法を提供すること
である。
本発明の課題は、特別に状態調節した石英を用いて特
殊な反応条件下に水酸化カリウム溶液を反応させること
により解決される。
殊な反応条件下に水酸化カリウム溶液を反応させること
により解決される。
即ち、本発明は、1100℃以上融点までの温度領域で状
態調節された石英を結晶性SiO2として使用し、10〜40重
量％の濃度の水酸化カリウム水溶液と反応させ、反応は
圧力釜中で150〜300℃の温度及び同温度に対応する飽和
水蒸気圧条件下に行うことを特徴とする、結晶性SiO2を
水酸化カリウム水溶液に反応させることからなるSiO2モ
ル比の高い珪酸カリウム溶液の水熱製造方法に関する。
態調節された石英を結晶性SiO2として使用し、10〜40重
量％の濃度の水酸化カリウム水溶液と反応させ、反応は
圧力釜中で150〜300℃の温度及び同温度に対応する飽和
水蒸気圧条件下に行うことを特徴とする、結晶性SiO2を
水酸化カリウム水溶液に反応させることからなるSiO2モ
ル比の高い珪酸カリウム溶液の水熱製造方法に関する。
本発明の製造方法は、単に１工程のみである故、工業
的製法には容易に適用でき、高いエネルギー消費と大き
な汚染を伴う従来の製法、即ち、後の溶解工程も含む高
温融解法より安価である。
的製法には容易に適用でき、高いエネルギー消費と大き
な汚染を伴う従来の製法、即ち、後の溶解工程も含む高
温融解法より安価である。
本発明の方法は、本発明に従って状態調節を行なった
石英を使用することにより、この処理を行なわない石英
をSiO2成分として使用した場合に不可能であったSiO2：
K2Oモル比が2.75:1以上の工業的に重要な珪酸カリウム
溶液を得ることが可能となり、公知の水熱製造方法に比
べ有利である。
石英を使用することにより、この処理を行なわない石英
をSiO2成分として使用した場合に不可能であったSiO2：
K2Oモル比が2.75:1以上の工業的に重要な珪酸カリウム
溶液を得ることが可能となり、公知の水熱製造方法に比
べ有利である。
更に驚くべきことに、SiO2：K2Oのモル比2.75:1以上
を有する珪酸カリウム水溶液が本発明の方法で状態調節
された石英、より好ましくはクリストバライトから上記
条件下での水熱合成により、短時間の反応においても１
工程で直接製造できることが見出された。
を有する珪酸カリウム水溶液が本発明の方法で状態調節
された石英、より好ましくはクリストバライトから上記
条件下での水熱合成により、短時間の反応においても１
工程で直接製造できることが見出された。
本発明の製造法を適用すれば、使用する反応成分の高
い転化率が短時間の反応でさえ得ることが可能である。
易溶性の結晶性SiO2変性物の使用は高いSiO2／K2Oモル
比を有する珪酸カリウム溶液を最小エネルギーで時間当
たり高い収量で得ることができる。
い転化率が短時間の反応でさえ得ることが可能である。
易溶性の結晶性SiO2変性物の使用は高いSiO2／K2Oモル
比を有する珪酸カリウム溶液を最小エネルギーで時間当
たり高い収量で得ることができる。
得られた珪酸カリウム溶液のSiO2：K2Oモル比は、好
ましくは2.75〜4.2:1、より好ましくは2.8〜4.2:1、最
も好ましくは3.1〜4.0:1である。
ましくは2.75〜4.2:1、より好ましくは2.8〜4.2:1、最
も好ましくは3.1〜4.0:1である。
本発明の好ましい態様では、触媒量のアルカリを添加
して1200〜1700℃において状態調節した石英を結晶性Si
O2として使用し、同条件で大部分クリストバライトに転
化した後、状態調節された、石英を15〜30重量％、好ま
しくは15〜25重量％の濃度の水酸化カリウム水溶液と反
応させる。反応は、密閉圧力釜中、200〜230℃の温度域
でその温度に相当する飽和水蒸気圧の下で行ない、珪酸
カリウム水溶液を得る。
して1200〜1700℃において状態調節した石英を結晶性Si
O2として使用し、同条件で大部分クリストバライトに転
化した後、状態調節された、石英を15〜30重量％、好ま
しくは15〜25重量％の濃度の水酸化カリウム水溶液と反
応させる。反応は、密閉圧力釜中、200〜230℃の温度域
でその温度に相当する飽和水蒸気圧の下で行ない、珪酸
カリウム水溶液を得る。
石英と同じく、クリストバライトはSiO2の一結晶変性
物である。これは、石英砂を触媒（アルカリ化合物）の
存在下約1500℃で連続的に処理する石英の焼成により得
られる、ほとんど完全な合成的産物である。クリストバ
ライトについての十分な報告は、ウルマンズ・エンサイ
クロペディ・デア・テヒニシェン・ヘミー21巻、第４
版、1982年、439〜442頁に見出すことができる。
物である。これは、石英砂を触媒（アルカリ化合物）の
存在下約1500℃で連続的に処理する石英の焼成により得
られる、ほとんど完全な合成的産物である。クリストバ
ライトについての十分な報告は、ウルマンズ・エンサイ
クロペディ・デア・テヒニシェン・ヘミー21巻、第４
版、1982年、439〜442頁に見出すことができる。
それ故に、本発明においては、石英を触媒量のアルカ
リの存在下、1300〜1600℃の温度域で状態調節し、多く
をクリストバライトに転化して結晶性SiO2として使用す
るのが好ましい。その上、本発明の製造法では、新たに
状態調節されたいまだ暖かいクリストバライト原料を使
用できるのも一の利点である。
リの存在下、1300〜1600℃の温度域で状態調節し、多く
をクリストバライトに転化して結晶性SiO2として使用す
るのが好ましい。その上、本発明の製造法では、新たに
状態調節されたいまだ暖かいクリストバライト原料を使
用できるのも一の利点である。
本発明の別の好ましい態様では、反応器で珪酸カリウ
ム溶液中の望ましいSiO2：K2Oモル比に基づいて、100モ
ル％まで、好ましくは２〜30モル％の状態調節された石
英の過剰量を使用して反応を行なう。一般に、状態調節
された石英を100モル％より過剰量で用いてさえも行え
るが、工業的規模では概して不適である。
ム溶液中の望ましいSiO2：K2Oモル比に基づいて、100モ
ル％まで、好ましくは２〜30モル％の状態調節された石
英の過剰量を使用して反応を行なう。一般に、状態調節
された石英を100モル％より過剰量で用いてさえも行え
るが、工業的規模では概して不適である。
一般に、反応器はナトリウム水ガラスの水熱合成に普
通使用されているものであれば、全て本発明の製造法に
適用され、例えば、回転溶解液、定置溶解槽、撹拌装置
付反応器、ジュットループ反応器、チューブ反応器が含
まれ、特に加圧下に固−液反応に適した反応器である。
この様は反応器については、例えばDE−OS30 02 857、D
E−OS34 21 158、DE−AS28 26 432、BE−PS649 739、DE
−OS33 13 814、DE−PS968 034に詳細な記載がある。
通使用されているものであれば、全て本発明の製造法に
適用され、例えば、回転溶解液、定置溶解槽、撹拌装置
付反応器、ジュットループ反応器、チューブ反応器が含
まれ、特に加圧下に固−液反応に適した反応器である。
この様は反応器については、例えばDE−OS30 02 857、D
E−OS34 21 158、DE−AS28 26 432、BE−PS649 739、DE
−OS33 13 814、DE−PS968 034に詳細な記載がある。
本発明により製造される珪酸カリウム溶液（カリウム
水ガラス溶液）は、当業者に知られた関係文献記載のす
べての一般的用途に、例えば、接着剤、塗料の結合剤、
鋳物用助剤、触媒用担体、熔融電極物質、洗剤成分、耐
火性物質として使用することができる。
水ガラス溶液）は、当業者に知られた関係文献記載のす
べての一般的用途に、例えば、接着剤、塗料の結合剤、
鋳物用助剤、触媒用担体、熔融電極物質、洗剤成分、耐
火性物質として使用することができる。
以下の実施例により本発明を説明する。本実施例は実験
室並びに工業的規模で行なったものである。アルカリ触
媒の存在下、1300〜1600℃で状態調節して得たクリスト
バライトを実施例において状態調節石英として使用し
た。
室並びに工業的規模で行なったものである。アルカリ触
媒の存在下、1300〜1600℃で状態調節して得たクリスト
バライトを実施例において状態調節石英として使用し
た。
実験室テストには、熱交換媒体により反応温度まで外
部から加熱できる撹拌器付オートクレーブを使用した。
結果を表に示す。
部から加熱できる撹拌器付オートクレーブを使用した。
結果を表に示す。
工業的規模の試験用反応器としては、約24m3の空容積
を持った水平に装着された、ニッケル被覆の円筒形のス
チール製加圧釜を使用した。
を持った水平に装着された、ニッケル被覆の円筒形のス
チール製加圧釜を使用した。
上記加圧釜は水平シャフトの周りを6rpmの速度で回転
する。加熱は、シャフト及び取り付けられたチューブの
開口部を経て、反応器内へ直接効率的に分配される20バ
ールの水蒸気圧によりシャフトの開口部と効率的に反応
器に導くように装着された配管を通して行った。
する。加熱は、シャフト及び取り付けられたチューブの
開口部を経て、反応器内へ直接効率的に分配される20バ
ールの水蒸気圧によりシャフトの開口部と効率的に反応
器に導くように装着された配管を通して行った。
実施例で使用した結晶性SiO2、即ち、状態調節した石
英より得たクリストバライトは99.0重量％以上のSiO2を
含んでいた。
英より得たクリストバライトは99.0重量％以上のSiO2を
含んでいた。
本発明の方法に必要な水酸化カリウム水溶液（苛性カ
リウム）は、苛性カリウム貯蔵槽上のベンチュリーノズ
ルを通して最初のバッチからの蒸気で約103℃に加熱し
た。
リウム）は、苛性カリウム貯蔵槽上のベンチュリーノズ
ルを通して最初のバッチからの蒸気で約103℃に加熱し
た。
クリストバライトと苛性カリウムの量は計量器により
秤量した。まず原料を反応器に入れ、密閉して撹拌し
た。反応混合物は直接水蒸気を導入して約215℃の反応
温度にまで加熱し、同温度に維持した。30〜120分間、
同温度で反応を行った後、撹拌を止め、反応混合物をフ
ランジ付パイプを通してブロー釜に自生圧で移送した。
次いで、反応混合物を、サイクロン分離器で約105℃の
温度を維持する蒸気と水ガラス溶液に分離した。上記蒸
気はジェット装置に導かれ、ベンチュリーノズル内の次
のバッチとして移送された混合アルカリ液を約103℃の
該アルカリ液の沸点まで予熱するために使用された。約
100℃の温度を有する上記水ガラス溶液は、固形物の粗
分離を行う沈澱用装置か、溶液の清澄度がより強く要求
される場合にはフィルターによる濾過のいずれかによっ
て後処理した。
秤量した。まず原料を反応器に入れ、密閉して撹拌し
た。反応混合物は直接水蒸気を導入して約215℃の反応
温度にまで加熱し、同温度に維持した。30〜120分間、
同温度で反応を行った後、撹拌を止め、反応混合物をフ
ランジ付パイプを通してブロー釜に自生圧で移送した。
次いで、反応混合物を、サイクロン分離器で約105℃の
温度を維持する蒸気と水ガラス溶液に分離した。上記蒸
気はジェット装置に導かれ、ベンチュリーノズル内の次
のバッチとして移送された混合アルカリ液を約103℃の
該アルカリ液の沸点まで予熱するために使用された。約
100℃の温度を有する上記水ガラス溶液は、固形物の粗
分離を行う沈澱用装置か、溶液の清澄度がより強く要求
される場合にはフィルターによる濾過のいずれかによっ
て後処理した。
生成した珪酸カリウム溶液について、その含有SiO2、
K2Oの分析を行なった。
K2Oの分析を行なった。
工業的規模の試験用の反応条件として実施例１の条件
を選択した。バッチ容量は22,000kgであった。生成した
約40％のカリウム水ガラス溶液は、SiO2：K2Oモル比3.7
5:1を有し、実験室規模での試験結果と実質的に一致し
た。
を選択した。バッチ容量は22,000kgであった。生成した
約40％のカリウム水ガラス溶液は、SiO2：K2Oモル比3.7
5:1を有し、実験室規模での試験結果と実質的に一致し
た。
一つの特別な実施例では、クリストバライト／水酸化
カリウム溶液を使用する水熱製造方法は、SiO2：K2Oの
高モル比においてさえも、その反応条件（215℃/20バー
ル）下で、珪酸カリウム溶液は上記製造法に適した十分
な粘度を有しているため、反応器内での比較的高い固形
物濃度でも行なうことができる。
カリウム溶液を使用する水熱製造方法は、SiO2：K2Oの
高モル比においてさえも、その反応条件（215℃/20バー
ル）下で、珪酸カリウム溶液は上記製造法に適した十分
な粘度を有しているため、反応器内での比較的高い固形
物濃度でも行なうことができる。
上記反応の終結時、水を以下のいずれかの方法で添加
するのが望ましい。
するのが望ましい。
−加圧下に直接反応器内に、あるいは −吹込工程中、吹込ラインを通して受器へ。この操作
により吹込ラインから受器に送られた珪酸カリウム溶液
は、沈澱あるいは濾過での精製工程の前段階で、約100
℃の温度で十分な低粘度の流体稠度を有する程度に十分
に薄められる。
により吹込ラインから受器に送られた珪酸カリウム溶液
は、沈澱あるいは濾過での精製工程の前段階で、約100
℃の温度で十分な低粘度の流体稠度を有する程度に十分
に薄められる。
実施例１ 実施例１は、比較的低い濃度のストックアルカリ液に
関して好ましいバッチを提示する。クリストバライト
は、生成する珪酸カリウム溶液中のSiO2：K2Oモル比3.9
6:1に基づく化学量論量で使用した。
関して好ましいバッチを提示する。クリストバライト
は、生成する珪酸カリウム溶液中のSiO2：K2Oモル比3.9
6:1に基づく化学量論量で使用した。
実施例２ 水酸化カリウム濃度が反応速度並びに生成SiO2：K2O
比に及ぼす効果を、対応する反応時間の実施例１と比較
して調べるため、バッチ中の水酸化カリウム濃度を高め
た。
比に及ぼす効果を、対応する反応時間の実施例１と比較
して調べるため、バッチ中の水酸化カリウム濃度を高め
た。
実施例３〜５ 反応溶液中の比較的高いSiO2：K2Oモル比を得るため
に、クリストバライトを規定の3.96:1の比に基づき実施
例１よりも過剰量（＋５、10、16％）で使用した。
に、クリストバライトを規定の3.96:1の比に基づき実施
例１よりも過剰量（＋５、10、16％）で使用した。
実施例６ 16％のクリストバライト過剰について、反応時間を延
長した。
長した。
実施例７ 石英の状態調節温度が生成珪酸カリウム水溶液の性質
に及ぼす効果について例示する、石英をまず触媒量のア
ルカリ存在下850〜1600℃で状態調節し、水酸化カリウ
ム水溶液と水熱反応させた。比較のため、未処理の石英
を上記同様標準的水熱反応条件下で水酸化カリウム溶液
と反応させてカリウム水ガラスを得た。
に及ぼす効果について例示する、石英をまず触媒量のア
ルカリ存在下850〜1600℃で状態調節し、水酸化カリウ
ム水溶液と水熱反応させた。比較のため、未処理の石英
を上記同様標準的水熱反応条件下で水酸化カリウム溶液
と反応させてカリウム水ガラスを得た。
状態調節された石英と水酸化カリウム溶液の水熱反応
は下記の標準テスト条件で行なった。
は下記の標準テスト条件で行なった。
反応温度 215℃ 反応時間 30分 水酸化カリウム濃度 25重量％ SiO2過剰量 ５％（カリウムガラス用モル比3.
98:1に対して） このように状態調節された石英が苛性カリウム中でカ
リウム水ガラスを生成する反応は、下記に示した出発物
質の量で行い、以下の表に示す転化率及びモル比が得ら
れた。
98:1に対して） このように状態調節された石英が苛性カリウム中でカ
リウム水ガラスを生成する反応は、下記に示した出発物
質の量で行い、以下の表に示す転化率及びモル比が得ら
れた。
苛性カリウム中の状態調節した砂とカリウム水ガラス
の反応モル比SiO2：K2O＝3.98:1（水ガラス） カリウム水ガラス 量 36.02％の状態調節砂 49.00g 31.99％KOH、50％ 43.53g 31.99％水 43.53g 上記結果は石英を1100℃以上、特に1300℃およびそれ
より高温で処理した場合、驚くべきことに結晶性SiO2成
分の高転化が行なわれ、未処理砂使用より高モル比の珪
酸カリウム溶液が得られることを示している。
の反応モル比SiO2：K2O＝3.98:1（水ガラス） カリウム水ガラス 量 36.02％の状態調節砂 49.00g 31.99％KOH、50％ 43.53g 31.99％水 43.53g 上記結果は石英を1100℃以上、特に1300℃およびそれ
より高温で処理した場合、驚くべきことに結晶性SiO2成
分の高転化が行なわれ、未処理砂使用より高モル比の珪
酸カリウム溶液が得られることを示している。
実施例８ 未状態調節の石英に比較し、高温で状態調節されたク
リストバライトの形態の石英がより急速に反応する効果
を図面に示している。図面は、状態調節した石英、即
ち、クリストバライトを、SiO2：K2Oモル比3.98:1を基
にした計算量より５％過剰のSiO2として、25重量％水酸
化カリウム溶液と加圧反応器中215℃で反応時間をそれ
ぞれ15、30、60、120分として反応させた結果を示す。
各例においてSiO2とK2Oのモル比を測定した。これは参
照数字１の曲線で示した。
リストバライトの形態の石英がより急速に反応する効果
を図面に示している。図面は、状態調節した石英、即
ち、クリストバライトを、SiO2：K2Oモル比3.98:1を基
にした計算量より５％過剰のSiO2として、25重量％水酸
化カリウム溶液と加圧反応器中215℃で反応時間をそれ
ぞれ15、30、60、120分として反応させた結果を示す。
各例においてSiO2とK2Oのモル比を測定した。これは参
照数字１の曲線で示した。
比較のため、熱的処理を行なっていない石英、即ち、
砂を上記と同じ条件で反応させ、それぞれ上記の時間で
反応を行った後、モル比を測定するためサンプルを採取
した。これを参照数字２の曲線で示した。
砂を上記と同じ条件で反応させ、それぞれ上記の時間で
反応を行った後、モル比を測定するためサンプルを採取
した。これを参照数字２の曲線で示した。
状態調節した石英を使用する本発明の製造方法におい
ては、15分後でさえ70％以上が転化され、わずか60分の
反応時間後でさえ、実質的に定量的に転化できることが
図面より明瞭に理解できる。
ては、15分後でさえ70％以上が転化され、わずか60分の
反応時間後でさえ、実質的に定量的に転化できることが
図面より明瞭に理解できる。
これに反して、比較の数字２の曲線より、反応15分後
の転化はわずかに約20％で120分の反応後であっても最
大転化率は70％以下にすぎないことが示されている。こ
こで、関連文献によれば、砂（石英）と苛性カリウムの
水熱反応によりSiO2：K2Oモル比が2.75:1の反応生成物
しか得られず、よってこの反応を工業的規模で実施する
ことはできないとされていることを再度指摘する。
の転化はわずかに約20％で120分の反応後であっても最
大転化率は70％以下にすぎないことが示されている。こ
こで、関連文献によれば、砂（石英）と苛性カリウムの
水熱反応によりSiO2：K2Oモル比が2.75:1の反応生成物
しか得られず、よってこの反応を工業的規模で実施する
ことはできないとされていることを再度指摘する。
このことは、石英砂を高温において状態調節すること
により達成される本発明の方法の利点を説明している。
により達成される本発明の方法の利点を説明している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シュルツ、ヨスト ドイツ連邦共和国 ディ―5650 ゾーリ ンゲン １、ヒンテンマイシュヴィンケ ラー・ヴェーク 14番 (56)参考文献 特開 昭53−48874（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−186412（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C01B 33/32
Claims (5)
- 【請求項１】1100℃以上融点までの温度で状態調節した
石英を結晶性SiO2として使用し、状態調節した石英を10
〜40重量％の濃度の水酸化カリウム水溶液と密閉した加
圧反応器中で200〜230℃、その温度に対応する飽和水蒸
気の下で反応させることを特徴とする、結晶性SiO2を水
酸化カリウム水溶液と反応させることからなるSiO2：K2
Oモル比の高い珪酸カリウム溶液の水熱製造方法。 - 【請求項２】SiO2：K2Oモル比が2.75〜4.2:1、好ましく
は2.8〜4.2:1、より好ましくは3.1〜4.0:1である珪酸カ
リウム溶液を得ることを特徴とする請求項１記載の方
法。 - 【請求項３】触媒量のアルカリの存在下、1200〜1700℃
の温度で状態調節して大部分をクリストバライトに転化
した石英を結晶性SiO2として使用し、そのように状態調
節した石英を15〜30重量％、好ましくは15〜25重量％の
濃度の水酸化カリウム水溶液と、密閉した加圧反応器中
で200〜230℃、その温度に対応する飽和水蒸気下に反応
させることを特徴とする請求項１または２記載の方法。 - 【請求項４】触媒量のアルカリの存在下、1300〜1600℃
の温度で状態調節して、そのような条件下にて大部分を
クリストバライトに転化させた石英を結晶性SiO2として
使用することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記
載の方法。 - 【請求項５】珪酸カリウム溶液中のSiO2：K2Oの規定し
たモル比に基づき、状態調節した石英を100モル％ま
で、好ましくは２〜30モル％の過剰量で反応を行うこと
を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
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| CN106675118A (zh) * | 2016-12-14 | 2017-05-17 | 大连洪浰科技有限公司 | 水性无机调和液及其制备方法 |
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