NO129293B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for fremstilling av ioniské litiumsilikat-oppløsninger.

Foreliggende oppfinnelse angår en ny og mer økonomisk fremgangsmåte for fremstilling av vandige litiumsilikatoppløsninger ved en direkte reaksjon mellom silisiummetall og en litiumhydroksyd-opplø sning.

Skjønt litium er et alkalimetall, så er det velkjent at det har kjemiske egenskaper som er meget forskjellige fra de andre alkalimetaller såsom natrium og kalium. Disse forskjeller skyldes i alt vesentlig at litiumatomet har langt mindre radius og følgelig større ladningstetthet, noe som resulterer i at man får sterkt hydratiserte litiumioner i vandige oppløsninger.. De hydratiserte litiumioner er i virkeligheten langt større enn natrium- eller kaliumioner i samme oppløsning.

En reaksjon mellom sillsiumdioksyd og dealkaliserte silikatoppløsninger er helt annerledes og langt vanskeligere når man anvender litiumhydroksyd i stedet for natrium- eller kalium-hydroksyd. Det er f.eks. praktisk talt umulig å fremstille en brukbar kommersiell litiumsilikatoppløsning fra ethvert forhold SiOgZLi^O fra vanlige litiumsilikatglass. En slik fremgangsmåte

er helt vanlig og standard for natrium og kalium. På den annen side, så vil silisiumdioksyd utfelt fra en silisiumdioksydgel ved å tilsette NaOH eller KOH, ikke la seg redispergere, mens silisiumdioksyd utfelt ved å tilsette litiumhydroksyd, gradvis lar seg redispergere og danne brukbare litiumsilikatoppløsninger. Det er således innlysende at en reaksjon mellom litiumoksyd og silisium-derivater i vandige oppløsninger ikke kan forutsies på grunnlag av reaksjonen med andre alkalimetalloksyder.

Skjønt det i mange år har vært kjent at knust silisium-metall vil reagere i oppløsninger med natriumhydroksyd for fremstilling av natriumsilikater, så er denne fremgangsmåte av liten eller ingen kommersiell verdi, ikke bare på grunn av de høye omkostninger, men fordi det er meget vanskelig å oppnå klare og velformede oppløs-ninger.

I de senere år er det utviklet en rekke fremgangsmåter for

å fremstille litiumsilikatoppløsninger. I den beste av disse har man anvendt en reaksjon mellom litiumhydroksyd og en silisiumdioksydsol eller -gel. Disse fremgangsmåter er relativt kostbare, dels på grunn av råstoffet og dels på grunn av det tidsrom som kreves for at man skal få en begynnende reaksjon og en redispersjon, en klargjøring og en konsentrasjon.

Man har nå undersøkt reaksjonen mellom silisiummetall og litiumhydroksyd, og man har relativt overraskende funnet at i stedet for å få de vanlige problemer med utfelling og klargjøring, så om-satte det pulveriserte silisium seg meget lett med litiumhydroksyd-oppløsningen og dannet en meget brukbar litiumsilikatoppløsning som kunne fradekanteres det ureagerte silisium og andre urenheter.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det således tilveie-

bragt en fremgangsmåte for fremstilling av ioniske litiumsilikat-oppløsninger med et forhold mellom Si02 og Li20 på 0,5-25> og denne fremgangsmåte er kjennetegnet ved at man tilsetter findelt metallisk silisium til en vandig litiumhydroksydoppløsning inneholdende et overskudd av litiumhydroksyd utover det som er nødvendig for å omsette

silisium-metalletj opprettholder overskuddet av litiumhydroksyd under reaksjonen og til et forutbestemt forhold mellom Si02 og Li,-,0 er oppnådd, og samtidig med tilsetningen av silisium-

metallet holder reaksjonstemperaturen på 38-60°C.

Det er foretrukket å anvende et rent silisiummetall, men man kan også anvende mer urene legeringer, inneholdende f.eks.

92% eller endog ned til 15% silisium. Dette resulterer bare i at man må utskille større mengder residuum. Det er imidlertid foretrukket å anvende en legering som inneholder minst 90% Si, og vanligvis vil man anvende legeringer inneholdende minst 9Q% silisium. Skjønt relativt store klumper silisium vil la seg omsette og oppløse i oppløsningen, så kan silisium lett knuses, og man foretrekker å anvende en pulverisert eller knust legering med enhver partikkelstørrelse under 80 mesh, fortrinnsvis 200 mesh.

Ved reaksjonen kan hele den beregnede mengde litiumhydroksyd tilsettes på en gang eller helst porsjonsvis under selve reaksjonen. Reaksjonskaret kan avkjøles med en kjølekappet eller ved hjelp av en kjølespiral nedsatt i oppløsningen, for derved å tillate en raskere tilsetning av silisiumet og en raskere fremstilling av den forønskede oppløsning. Under passende justeringer kan fremgangs-måten utføres kontinuerlig.

Rent generelt kan man fremstille oppløsninger med varierende molforhold silisiumdioksyd til litiumoksyd, med endog ca. 20% eller mer SiC>2 uten ytterligere konsentrasjon eller fordampning. Med fordampning under, regulerte temperaturbetingelser, kan konsentrasjonen heves til ca. J>0% eller mer, avhengig av forholdet, men viskositeten blir da vanligvis for høy for kommersiell anvendelse.

Skjønt det er foretrukket å anvende rask omrøring for å fremme en rask reaksjon på overflaten av silisiumpartiklene, så kan man også sløyfe blandingen i konsentrerte sammensetninger, som til slutt vil la seg omsette og redispergere ved henstand.

Man kan fremstille oppløsninger med et meget vidt område med hensyn til molekylforhold. Disse kan som nevnt variere fra 0,5 opptil 25 Si02:Li20. Rent generelt er det bare behov for forhold på fra ca. 1 til ca. 12 Si02:Li20-molforhold. Ved høyere forhold blir silisiumdioksydet mer kolloidalt av natur, og over ca. 25 vil slike oppløsninger vanligvis være å betrakte som silisiumdioksydsoler stabilisert ved hjelp av alkaliioner.

Det skal på den annen side bemerkes at natriumsilikatopp-løsninger meget lett lar seg fremstille fra natriumhydroksyd og silisium, og da fortrinnsvis ved å anvende temperaturer nær koke-punktet, men det øvre forhold som lar seg oppnå er bare ca. 5 SiC^iNagO. Som det imidlertid er angitt i norsk patentsøknad nr. 1171/70 så kan NaOH anvendes i katalytiske mengder for frem-

stilling av soler med meget høye forhold på endog'500 Si02:Na20.

Litiumsilikatoppløsninger fremstilt ifølge foreliggende oppfinnelse danner meget klare oppløsninger hvis de forsiktig fradekanteres etter henstand i en-viss tid. De kan meget raskere ren-ses og klares ved en sentrifugering eller filtrering, og oppløsningene med lavere forhold kan lettere klares endog med ekvivalente viskosi-teter.

Sett på bakgrunn av ovennevnte norske patentsøknad for fremstilling av silisiumdioksydsoler, var man meget overrasket over å finne at egenskapene for de foreliggende oppløsninger, var de samme som for litiumsilikatoppløsninger fremistilt ved tidligere kjente fremgangsmåter. Man skulle ha ventet et mer hydrofilt produkt.

Eksempel 1.

Man fremstilte en vandig oppløsning inneholdende 500 volumdeler 58 vektdeler litiumhydroksydhydrat (LiOH.H^O). Denne opp-løsning ble rørt kraftig, og et silisiumpulver ( 98% Si) med en partikkelstørrelse på ca. 200 mesh ble tilsatt porsjonsvis i mengder på ca. 5 vektdeler ved intervaller på 5-10 minutter for å unngå at temperaturen gikk over 50°C. Totalt ble 55 vektdeler silisiumpulver tilsatt i løpet av 68 minutter, og temperaturen holdt seg på mellom 38 og 45°C

Den avsluttende oppløsning ble klaret ved sentrifugering og filtrering. Den hadde følgende egenskaper:

Eksempel 2.

Man fremstilte en vandig oppløsning bestående av 500 volumdeler inneholdende 28 vektdeler hydrert litiumhydroksyd, og totalt ble 55 vektdeler 200 mesh silisiumpulver (98% Si) tilsatt ved intervaller på 5-10 minutter. Reaksjonen krever ca. 100 min., og temperaturen holdt seg på mellom 40 og 50°C. Etter klaring av oppløsningen, hadde den følgende egenskaper:

Eksempel 3.

Det ble fremstilt en vandig oppløsning på 500 volumdeler med l^t vektdeler hydratisert litiumhydroksyd. Totalt ble 55 vektdeler 200 mesh silisiumpulver (98? Si) tilsatt ved mellomrom på 5-10 minutter i løpet av en reaksjonstid på 95 minutter, og temperaturen holdt seg på mellom 40 og 50°C. Produktoppløsningen hadde følgende egenskaper:

Claims (2)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av ioniske litiumsilikat-oppløsninger med et forhold mellom Si02 og Li20 på 0,5-25, karakterisert ved at man tilsetter findelt metallisk silisium til en vandig litiumhydroksydoppløsning inneholdende et overskudd av litiumhydroksyd utover det som er nødvendig for å omsette silisium-metallet, opprettholder overskuddet av litiumhydroksyd under reaksjonen og til et forutbestemt forhold mellom Si02 og Li20 er oppnådd, og samtidig med tilsetningen av silisium-metallet holder reaksjonstemperaturen på 38-60°C.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det findelte silisium-metall har en partikkelstørrelse på under 80 mesh, fortrinnsvis 200 mesh.