WO1995019934A1 - Production of crystalline sodium disilicates - Google Patents

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WO1995019934A1
WO1995019934A1 PCT/EP1995/000088 EP9500088W WO9519934A1 WO 1995019934 A1 WO1995019934 A1 WO 1995019934A1 EP 9500088 W EP9500088 W EP 9500088W WO 9519934 A1 WO9519934 A1 WO 9519934A1
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WO
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water glass
water
amorphous
sodium
crystalline
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PCT/EP1995/000088
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German (de)
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Inventor
Gerald Schreiber
Wolfgang Breuer
Lothar Pioch
Beatrix Kottwitz
Original Assignee
Henkel Kommanditgesellschaft Auf Aktien
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/20Silicates
    • C01B33/36Silicates having base-exchange properties but not having molecular sieve properties
    • C01B33/38Layered base-exchange silicates, e.g. clays, micas or alkali metal silicates of kenyaite or magadiite type

Definitions

  • the invention describes a process for the production of crystalline sodium disilicates, which consist of the ⁇ and / or delta modification and which have the crystallographic ⁇ modification only to a minor extent, from melted and crushed amorphous sodium water glass.
  • the products can be used as builder substances and as anti-corrosion agents in washing and cleaning agents.
  • Figure 2 of this work shows in the left half that after the annealing of previously melted water glass at 500 ° C there is little ⁇ phase along with a lot of gamma phase, while at 550 ° C approximately equal proportions of ⁇ and ß phase, at 600 ° C about 1/3 as much ⁇ - and ß-phase and above 650 ° C in the excess ⁇ -phase.
  • a material which mainly consists of the ⁇ modification and contains small amounts of a delta modification.
  • the delta modification is characterized by its X-ray diffraction diagram in DE-A-34 17649.
  • the X-ray diffraction diagrams of the ⁇ , ⁇ and gamma modifications are also given. They are also included in the JCPDS file familiar to the crystallographer.
  • the X-ray characterization can also be found in EP-B-164514, which also gives the numbers of the corresponding entries in the JCPDS file.
  • DE-A-3417849 does not explicitly set itself the task of producing the delta modification of the layered disilicate, but is limited from the above-mentioned literature reference in glass technology. Report that the delta modification could not be obtained by the process there.
  • a manufacturing process is claimed in which an aqueous solution of an amorphous sodium silicate with a modulus between 1.9 and 3.5 with the addition of 0.01 to 30 parts by weight of the to be produced! dehydrated crystalline sodium silicate and the dehydrated reaction mixture at a temperature between 450 ° C and the melting point until the sodium silicate has crystallized.
  • EP-A-293640 the production of the delta modification is aimed for, but in the main claim a process for the production of crystalline sodium silicates with a layer structure and a module of 1.9 to 3.5 is more generally claimed.
  • the process is characterized in that a) a water glass solution having a solids content of 20 to 65% by weight is spray-dried such that the exhaust gas from the spray drying has a temperature of at least 140 ° C.
  • amorphous sodium silicate is first dissolved in water and then converted into a water-containing, powdery form by evaporation of the water, for example by spray drying, which is then tempered.
  • WO91 / 08171 describes a process for the hydrothermal production of crystalline sodium disilicate, in which an aqueous silicate solution is heated at a temperature of at least 235 ° C. under autogenous pressure in a pressure vessel, the crystalline layer-like sodium disilicate precipitating.
  • the ⁇ modification is obtained.
  • a product is obtained by tempering a previously melted and ground sodium disilicate, that is to say not dissolved in water, which product consists primarily of the ⁇ -modification or at least contains high proportions of this modification.
  • EP-B-164514 states that the ⁇ and delta modifications are particularly suitable for water softening.
  • EP-A-548599 has the task of better controlling the temperature control during the tempering of previously spray-dried product, "so that the risk of producing undesired ⁇ -Na 2 Si 2 O 5 is minimized".
  • the ß or delta modification which are therefore preferred for use as builders in detergents and cleaning agents, it was previously necessary to go through an energy-intensive dissolving and drying process, or crystallization times of 120 hours to take.
  • the object of the invention is to provide a process which can be carried out within a few minutes to hours for the production of crystalline sodium disilicate products which have less than 40% of the ⁇ -modification, and which avoids the energy-intensive dissolving and drying step directly Grinding or by crushing the melt crushed amorphous melting glass.
  • the invention is based on the surprising finding that when such a starting product is tempered in a water-containing atmosphere, crystalline disilicates with a layer structure are obtained which have only minor amounts of ⁇ -modification.
  • the invention accordingly describes a process for the preparation of crystalline sodium disilicates which have less than 40% of the ⁇ -modification, characterized in that molten amorphous sodium water glass which has been comminuted by grinding or by splitting the melt in a water-containing atmosphere a water vapor partial pressure between 0.012 and 1 bar for a period of 5 minutes to 4 hours at a temperature between 500 and 740 ° C.
  • crystalline sodium disilicate means products which have the X-ray diagrams typical of crystalline sodium disilicates with a layer structure, as are given, for example, in the literature cited at the beginning. In practice it is possible that these products do not have the exact composition Na 2 Si 2 O 5 , but instead deviate from this strictly stoichiometric composition. In particular, it is possible for some of the sodium ions to be replaced by hydrogen ions, so that the products have a lower analytical sodium content or an increased silicon content. Accordingly, the analytical ratio SiO 2 : Na 2 O of the crystalline sodium disilicates obtained by the process according to the invention can be approximately in the range between 1.9: 1 and 2.3: 1.
  • FIG. 1 An X-ray diffraction diagram of a crystal powder obtained by this method, taken with Cu-K ⁇ radiation, is shown in the figure.
  • the figure shows the assignment of the individual reflections to the different phases of Na 2 Si 2 O 5 .
  • the diagram can essentially be interpreted as a superimposition of the diagrams of the ß and delta modifications. It contains no reflexes from the gamma modification.
  • the ratio of the peak height is used as a measure of the content of ⁇ -modification Reflexes taken to the most intense reflex of the diagram.
  • This most intense reflex occurs at a 2 ⁇ value of 22.4 ° and is created by superimposing a strong reflex of the ß and the delta modification with d values of 3.96 and 3.97 A.
  • the diagram in the figure shows a height ratio of 0.06. Accordingly, the ⁇ -modification content of 6% is attributed to the crystal mixture.
  • the water content of the water-containing atmosphere is adjusted so that the water vapor partial pressure is between 0.012 and 1 bar, preferably between 0.02 and 0.70 bar.
  • This can be done, for example, by keeping the tempered material in contact with a gas stream, for example an air stream, which has the corresponding water content during the tempering process.
  • This water content can be adjusted, for example, by saturating the gas stream with water vapor by passing it through water of the appropriate temperature.
  • the relationship between the saturation pressure of water and the water temperature is known, for example from Ullmanns Encyklopadie der Technische Chemie, 4th edition 1983, volume 24, page 170.
  • the enrichment of the carrier gas with water vapor can be made more effective by increasing the exchange area.
  • the water-containing gas stream can also be prepared by mixing pure water vapor obtained with the boiling of water with the carrier gas, for example with air.
  • a dry product is used and the mixture is tempered under a nitrogen atmosphere which has been saturated with water vapor at room temperature, a product mixture of mainly ⁇ and delta modification is obtained with crystallization times between 15 and 60 minutes at 600 ° C, which has an X-ray content ⁇ -modification between 30 and 35%. If, for example, the water vapor partial pressure is increased to 0.3 bar by saturating the gas stream passed through the furnace with water vapor at 70 ° C, the content of ⁇ modification in the product decreases to values between 15 and 25% under the same tempering conditions.
  • the starting product is moistened with a water glass solution with a module SiO 2: Na 2 O between 1.8 and 2.4 such that the water content of the mixture thus obtained is between 3 and 30% by weight, preferably between 5 and 25% by weight , the tempering of this mixture in a water-containing atmosphere results in a lower content of ⁇ -modification ( ⁇ 10%) and improved builder properties.
  • the solids content of the water glass solution used for moistening is preferably above 10% by weight, in particular between 20 and 55% by weight.
  • a melting glass as the amorphous starting product, the modulus of which is already close to the desired value of 2.
  • melting glasses with a module between 1.9 and 2.1 are suitable.
  • silica-richer melting glasses can also be used in the process if, instead of using a water glass solution, the solution is preferably moistened with 50% by weight sodium hydroxide solution and the amount of sodium hydroxide solution is measured so that the moist tempering mixture has a SiO 2 : Na 2 O ratio between 1.1 9 and 2.1. If, for example, a melting glass with module 2.45 is assumed, this can be brought to a module of 2 before tempering if 100 g of melting glass are moistened with 17.2 g of 50% sodium hydroxide solution.
  • melting glass with module 3.3, which is brought to a module of 2 before tempering by moistening 100 g of the melting glass with 40 g of 50% sodium hydroxide solution. In this way, melting glass can be used up to a module of about 3.8.
  • An advantageous alternative to this is to use an amorphous sodium water glass with a module between 2.1 and 3.8, in particular one with a module of 2.45 or 3.3, and for setting an overall module in the range of 2 with a corresponding amount of one Mix amorphous or crystalline soda water glass with a modulus between 1 and 1.5.
  • metasilicate hydrates of the composition Na 2 SiO 3 .nH 2 O can be used for this, for example in the form of the pentahydrates or the nonahydrates.
  • the solidification of the solidified melt of the amorphous water glass is preferably carried out by grinding.
  • the common grinding units are suitable for this. For example, grinding the lumpy water glass with a robust, slow-running Beater mill, for example a hammer mill. The further fine grinding can be carried out with the aid of a vibratory mill, a ball mill or an air jet mill. If the method is to be used in the embodiment in which the ground amorphous water glass is moistened with a water glass solution or with sodium hydroxide solution, this moistening can already take place during the grinding process. In order to avoid contamination of the product with metal abrasion, it is advisable to use mills and grinding media that have a ceramic, in particular a silicate-ceramic lining. Before the tempering process is carried out, the regrind should preferably have a maximum particle size of less than 1.0 mm, which can be ensured by a suitable classification, for example screening. Of course, oversize will be returned to the grinding process.
  • a water glass powder or granulate can be used, which was obtained directly by dividing and cooling the melt.
  • the liquid melt can be pressed through nozzles with, preferably, a maximum diameter of 1 mm and the solidified water glass threads can preferably be broken to a length of ⁇ 1 mm, for example by means of a suitable grinding unit, a pan mill or a roller mill.
  • the nozzle diameter is limited at the bottom by the viscosity of the water glass melt used.
  • a cooling medium for example an air or water vapor stream, is advantageously used to cool the molten threads.
  • the product is preferably ground and classified so that the maximum particle size is between 0.01 and 0.5 mm.
  • the actual annealing process can be carried out with a stationary or a moving product. Accordingly, the tempering can take place, for example, in a fixed bed, but also in a rotating rotary kiln or in a fluidized bed.
  • the annealing process described provides crystalline sodium disilicate with a layer structure, which is suitable as a builder for detergents and cleaning agents.
  • the process already shows the desired success without the addition of seed crystals.
  • the required annealing time can optionally be reduced by adding seed crystals of crystalline sodium disilicate, which have less than 10% of the ⁇ -modification, to the amorphous water glass before or during the annealing in quantities of 0.01 to 30% by weight of the amorphous water glass admits.
  • amorphous sodium water glass with a module SiO 2 : Na 2 O 2.05, which was obtained by melting quartz sand with soda, was ground in a cross-beat mill and the sieved fraction with a particle size ⁇ 0.2 mm was used.
  • the powder obtained was examined for comparative experiment 1 without tempering.
  • the powder was moistened with 15% by weight of water and annealed at 600 ° C. for 15, 30 or 60 minutes.
  • the commercially available product Na-SKS-6 from Hoechst which mainly consists of the delta phase, was investigated without further processing.
  • the annealing was carried out in such a way that the powders with a filling height of about 3 cm were placed in porcelain crucibles and heated to 600 ° C. for the times indicated in the table Simon Müller ovens were provided.
  • the water vapor atmosphere in the ovens was adjusted by a stream of nitrogen at a rate of 60 l / h. was blown into the oven, which was previously bubbled with water of different temperatures. The corresponding water vapor partial pressure of this nitrogen flow is entered in the tables.
  • the ground amorphous water glass was filled dry into the crucible.
  • the powder was moistened with a water glass solution WG I before tempering under a water vapor atmosphere, in Examples 9 to 13 with a water glass solution WG II.
  • the total water content of the mixture was between 5 and 20% by weight.
  • the water glass solution WG II had a total solids content of 47.0% by weight and a modulus of 2.48, which was also adjusted to 2 by adding sodium hydroxide solution.
  • Table 2 contains further examples for the practice of the method according to the invention, it now being assumed that a ground amorphous melting glass with a higher modulus and the total modulus was adjusted to 2.0 by moistening with the calculated amount of 50% strength by weight sodium hydroxide solution.
  • Table 3 contains examples in which powdered amorphous soda water glass with a modulus of 2.45 or 3.3 before tempering was mixed with a quantity of sodium metasilicate of the hydrate stage indicated in Table 3 such that the modulus of the total mixture was 2.0 under a steam atmosphere.
  • 100 g of ground sodium water glass with module 2.45 were mixed with 45.7 g of sodium metasilicate pentahydrate or with 61.1 g of sodium metasilicate nonahydrate.
  • the heat treatment was then carried out under the conditions given in Table 3.
  • the annealing products consisted of over 80% crystalline sodium disilicate in the delta form.
  • the solution behavior in water and the calcium binding capacity (CaBV) were measured in mg CaO / g active substance.
  • the relative solubility was determined by measuring the electrical conductivity of the solution relative to the commercial product Na-SKS-6 from Hoechst. For this purpose, 0.5 g of substance was stirred into 1,000 ml of water at room temperature and the electrical conductivity measured as a function of time. The value obtained for Na-SKS-6 after 10 minutes was set as 100% relative solubility and the other conductivity values related to it. The table shows the relative solubilities after one and after 3 minutes.
  • the calcium binding capacity in mg CaO / g active substance entered in the table was calculated from this.
  • the products according to the invention had bulk densities of 870 +/- 50 g / l, which, if desired, can be increased further by suitable measures, for example compacting.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract

A process for the production of crystalline sodium disilicates exhibiting the α modification to the extent of less than 40 %, in which molten amorphous sodium silicate reduced by milling or dividing the melt is malleableised in a water-containing atmosphere for a period of 5 minutes to 4 hours at a temperature of between 500 and 740 °C.

Description

HERSTELLUNG VON KRISTALLINEN NATRIUMDISILICATEN  PRODUCTION OF CRYSTALLINE SODIUM DISILICATES
Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung kristalliner Natriumdisilicate, die aus der ß- und/oder delta-Modifikation bestehen und nur im untergeordneten Maße die kristallographische α-Modifikation aufweisen, aus erschmolzenem und zerkleinertem amorphem Natronwasserglas. Die Produkte können als Buildersubstanzen und als Korrosionsschutzmittel in Wasch- und Reinigungsmitteln eingesetzt werden. The invention describes a process for the production of crystalline sodium disilicates, which consist of the β and / or delta modification and which have the crystallographic α modification only to a minor extent, from melted and crushed amorphous sodium water glass. The products can be used as builder substances and as anti-corrosion agents in washing and cleaning agents.
Von Willgallis und Range, Glastechn. Ber. 37 (4), S. 194-200 (1964) wurde das Kristallisationsverhalten von zuvor geschmolzenem oder ungeschmolzenem amorphem Natriumdisilicat bei Temperung untersucht. Dabei wurden die oc, ß und gamma-Phase erhalten und durch ihre Röntgenbeugungsdiagramme charakterisiert. Bei der Temperung von zuvor geschmolzenem amorphem Natriumdisilicat im Temperaturbereich zwischen 500 und 820 °C für 120 Stunden wurden Produkte erhalten, die einen mit der Temper-Temperatur zunehmenden Gehalt an α-Phase aufwiesen. Die Abbildung 2 dieser Arbeit zeigt in der linken Hälfte, daß nach dem Tempern von zuvor geschmolzenem Wasserglas bei 500°C wenig α-Phase neben viel gamma-Phase vorliegt, während bei 550 °C etwa gleiche Anteile α- und ß-Phase, bei 600 °C etwa 1/3 soviel α- wie ß-Phase und oberhalb 650 °C im Oberschuß α-Phase entstehen. By Willgallis and Range, glass techn. Ber. 37 (4), pp. 194-200 (1964), the crystallization behavior of previously melted or unmelted amorphous sodium disilicate was investigated under heat treatment. The oc, ß and gamma phases were obtained and characterized by their X-ray diffraction diagrams. During the tempering of previously melted amorphous sodium disilicate in the temperature range between 500 and 820 ° C. for 120 hours, products were obtained which had an α-phase content which increased with the tempering temperature. Figure 2 of this work shows in the left half that after the annealing of previously melted water glass at 500 ° C there is little α phase along with a lot of gamma phase, while at 550 ° C approximately equal proportions of α and ß phase, at 600 ° C about 1/3 as much α- and ß-phase and above 650 ° C in the excess α-phase.
Dieser Befund deckt sich mit den Ergebnissen des Verfahrens nach DE-A-4000705. Das Dokument gibt an: Zur Herstellung von kristallinen Natriumsilicaten mit Schichtstruktur der Formel Na2SixO2x+1, wobei x zwischen 2 und 3 liegt, schmilzt man zunächst Sand und Soda in einem Molverhältnis ("Modul") SiO2/Na2O von 2 bis 3,5 bei Temperaturen von 1.200 bis 1.400 °C auf. Das nach dem Erkalten der Schmelze anfallende stückige Wasserglas mahlt man auf Korngrößen von weniger als 2 mm auf, bevor man es in einer langgestreckten Reaktionszone unter mechanischer Umwälzung 10 bis 120 Minuten bei Temperaturen von 600 bis 800 °C behandelt. Schließlich mahlt man das die Reaktionszone verlassende Material auf eine Kornfeinheit von weniger als 1 mm auf. Gemäß den Ausführungsbeispielen hierzu erhält man im Falle der Disilicate ein Material, das überwiegend aus der α-Modifikation besteht und geringe Anteile einer deltaModifikation enthält. Die delta-Modifikation ist durch ihr Röntgenbeugungsdiagramm in der DE-A-34 17649 charakterisiert. Die Röntgenbeugungsdiagramme der α-, ß- und gamma-Modifikationen sind ebenfalls angegeben. Sie sind auch in der dem Kristal lographen geläufigen JCPDS-Datei enthalten. Die röntgenographische Charakterisierung kann auch der EP-B-164514 entnommen werden, die weiterhin die Nummern der entsprechenden Einträge der JCPDS-Datei angibt. This finding coincides with the results of the process according to DE-A-4000705. The document states: For the production of crystalline sodium silicates with a layer structure of the formula Na 2 Si x O 2x + 1 , where x is between 2 and 3, sand and soda are first melted in a molar ratio (“modulus”) of SiO 2 / Na 2 O from 2 to 3.5 at temperatures from 1,200 to 1,400 ° C. The lumpy water glass obtained after the melt has cooled is ground to particle sizes of less than 2 mm before being treated in an elongated reaction zone with mechanical circulation at temperatures of 600 to 800 ° C. for 10 to 120 minutes. Finally, the material leaving the reaction zone is ground to a fineness of less than 1 mm. According to the exemplary embodiments in this case, in the case of the disilicate, a material is obtained which mainly consists of the α modification and contains small amounts of a delta modification. The delta modification is characterized by its X-ray diffraction diagram in DE-A-34 17649. The X-ray diffraction diagrams of the α, β and gamma modifications are also given. They are also included in the JCPDS file familiar to the crystallographer. The X-ray characterization can also be found in EP-B-164514, which also gives the numbers of the corresponding entries in the JCPDS file.
Die DE-A-3417849 stellt sich nicht explizit die Aufgabe, die delta-Modifikation des schichtförmigen Disilicats herzustellen, grenzt sich jedoch von der oben genannten Literaturstelle in den Glastechn. Berichten dadurch ab, daß nach dem dortigen Verfahren die delta-Modifikation nicht erhalten werden könne. Es wird ein Herstellverfahren beansprucht, bei dem man eine wäßrige Lösung eines amorphen Natriumsilicats mit einem Modul zwischen 1,9 und 3,5 unter Zusatz von 0,01 bis 30 Gew.-Teilen des herzustellenden! kristallinen Natriumsilicats entwässert und die entwässerte Realctionsmischung solange bei einer Temperatur zwischen 450 °C und dem Schmelzpunkt hält, bis das Natriumsilicat kristallisiert ist. DE-A-3417849 does not explicitly set itself the task of producing the delta modification of the layered disilicate, but is limited from the above-mentioned literature reference in glass technology. Report that the delta modification could not be obtained by the process there. A manufacturing process is claimed in which an aqueous solution of an amorphous sodium silicate with a modulus between 1.9 and 3.5 with the addition of 0.01 to 30 parts by weight of the to be produced! dehydrated crystalline sodium silicate and the dehydrated reaction mixture at a temperature between 450 ° C and the melting point until the sodium silicate has crystallized.
In der EP-A-293640 wird laut Aufgabenstellung die Herstellung der delta-Modifikation angestrebt, im Hauptanspruch wird jedoch allgemeiner ein Verfahren zur Herstellung von kristallinen Natriumsilicaten mit Schichtstruktur und einem Modul von 1,9 bis 3,5 beansprucht. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man a) eine Wasserglaslösung mit einem Feststoffgehalt von 20 bis 65 Gew.-% derart sprühtrocknet, daß das Abgas der Sprühtrocknung eine Temperatur von mindestens 140 °C aufweist, In EP-A-293640 the production of the delta modification is aimed for, but in the main claim a process for the production of crystalline sodium silicates with a layer structure and a module of 1.9 to 3.5 is more generally claimed. The process is characterized in that a) a water glass solution having a solids content of 20 to 65% by weight is spray-dried such that the exhaust gas from the spray drying has a temperature of at least 140 ° C.
b) das sprühgetrocknete Produkt in einer bewegten Feststoffschicht bei Temperaturen von 500 bis 800 °C für eine Dauer von 1 bis 60 Minuten in Gegenwart von mindestens 10 Gew.-% eines Rückgutes tempert. b) the spray-dried product in a moving solid layer at temperatures of 500 to 800 ° C for a period of 1 to 60 minutes in the presence of at least 10 wt .-% of a return material.
Den beiden letztgenannten Offenlegungsschriften ist gemeinsam, daß zur Herstellung der kristallinen Silicate mit SchichtStruktur zunächst amorphes Natriumsilicat in Wasser aufgelöst und anschließend durch Verdampfen des Wassers, beispielsweise durch Sprühtrocknung, in eine wasserhaltige, pulverige Form überführt wird, die man anschließend tempert. Alternativ hierzu beschreibt W091/08171 ein Verfahren zur hydrothermalen Herstellung von kristallinem Natriumdisilicat, bei dem eine wäßrige Silicatlösung bei einer Temperatur von mindestens 235 °C unter autogenem Druck in einem Druckbehälter erhitzt wird, wobei das kristalline schichtförraige Natriumdisilicat ausfällt. Hierbei wird die ß-Modifikation erhalten. Demnach wird durch Tempern eines zuvor geschmolzenen und gemahlenen, also nicht in Wasser gelösten Natriumdisilicats ein Produkt erhalten, das vornehmlich aus der α-Modifikation besteht oder zumindest hohe Anteile dieser Modifikation enthält. Die EP-B-164514 stellt jedoch fest, daß sich zur Wasserenthärtung insbesondere die ß- und delta-Modifikationen eignen. Dementsprechend stellt sich die EP-A-548599 die Aufgabe, die Temperaturführung während des Temperns von zuvor sprühgetrocknetem Produkt besser zu steuern, "so daß die Gefahr der Herstellung von unerwünschtem α-Na2Si2O5 minimiert wird". Um die ß- oder delta-Modifikation zu erhalten, die demnach für den Einsatz als Builder in Wasch- und Reinigungsmittel vorgezogen werden, war es bisher also notwendig, über einen energieaufwendigen Lösungs- und Trocknungsprozeß zu gehen, oder Kristall isierzeiten von 120 Stunden in Kauf zu nehmen. The two last-mentioned published publications have in common that for the production of the crystalline silicates with a layer structure, amorphous sodium silicate is first dissolved in water and then converted into a water-containing, powdery form by evaporation of the water, for example by spray drying, which is then tempered. Alternatively, WO91 / 08171 describes a process for the hydrothermal production of crystalline sodium disilicate, in which an aqueous silicate solution is heated at a temperature of at least 235 ° C. under autogenous pressure in a pressure vessel, the crystalline layer-like sodium disilicate precipitating. Here, the β modification is obtained. Accordingly, a product is obtained by tempering a previously melted and ground sodium disilicate, that is to say not dissolved in water, which product consists primarily of the α-modification or at least contains high proportions of this modification. However, EP-B-164514 states that the β and delta modifications are particularly suitable for water softening. Accordingly, EP-A-548599 has the task of better controlling the temperature control during the tempering of previously spray-dried product, "so that the risk of producing undesired α-Na 2 Si 2 O 5 is minimized". In order to obtain the ß or delta modification, which are therefore preferred for use as builders in detergents and cleaning agents, it was previously necessary to go through an energy-intensive dissolving and drying process, or crystallization times of 120 hours to take.
Die Erfindung stellt sich demgegenüber die Aufgabe, ein innerhalb weniger Minuten bis Stunden durchführbares Verfahren zur Herstellung kristalliner Natriumdisilicate, die zu weniger als 40 % die α-Modifikation aufweisen, zur Verfügung zu stellen, das unter Vermeidung des energieaufwendigen Auflösungs- und Trocknungsschrittes direkt von durch Mahlen oder durch Zerteilen der Schmelze zerkleinertem amorphem Schmelzglas ausgeht. Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß beim Tempern eines solchen Ausgangsprodukts in einer wasserhaltigen Atmosphäre kristalline Disilicate mit Schichtstruktur erhalten werden, die nur untergeordnete Anteile an α-Modifikation aufweisen. In contrast, the object of the invention is to provide a process which can be carried out within a few minutes to hours for the production of crystalline sodium disilicate products which have less than 40% of the α-modification, and which avoids the energy-intensive dissolving and drying step directly Grinding or by crushing the melt crushed amorphous melting glass. The invention is based on the surprising finding that when such a starting product is tempered in a water-containing atmosphere, crystalline disilicates with a layer structure are obtained which have only minor amounts of α-modification.
Die Erfindung beschreibt demnach ein Verfahren zur Herstellung kristalliner Natriumdisilicate, die zu weniger als 40% die α-Modifikation aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß erschmolzenes und durch Mahlen oder durch Zerteilen der Schmelze zerkleinertes amorphes Natronwasserglas in einer wasserhaltigen Atmosphäre mit einem Wasserdampf-Partialdruck zwischen 0,012 und 1 bar für einen Zeitraum von 5 Minuten bis 4 Stunden bei einer Temperatur zwischen 500 und 740 °C getempert wird. The invention accordingly describes a process for the preparation of crystalline sodium disilicates which have less than 40% of the α-modification, characterized in that molten amorphous sodium water glass which has been comminuted by grinding or by splitting the melt in a water-containing atmosphere a water vapor partial pressure between 0.012 and 1 bar for a period of 5 minutes to 4 hours at a temperature between 500 and 740 ° C.
Wenn im Sinne dieser Erfindung von kristallinen Natriumdisilicaten die Rede ist, so sind damit solche Produkte gemeint, die die für kristalline Natriumdisilicate mit Schichtstruktur typischen Röntgendiagramme aufweisen, wie sie beispielsweise in der eingangs zitierten Literatur wiedergegeben werden. In der Praxis ist es möglich, daß diese Produkte nicht exakt die Zusammensetzung Na2Si2O5 aufweisen, sondern von dieser streng stöchiometrisehen Zusammensetzung abweichen. Insbesondere ist es möglich, daß ein Teil der Natriumionen durch Wasserstoffionen ersetzt ist, so daß die Produkte einen geringeren analytischen Natriumgehalt bzw. einen erhöhten Siliciumgehalt aufweisen. Demnach kann das analytische Verhältnis SiO2:Na2O der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen kristallinen Natriumdisilikate etwa im Bereich zwischen 1,9:1 und 2,3:1 liegen. If the term "crystalline sodium disilicate" is used in the context of this invention, it means products which have the X-ray diagrams typical of crystalline sodium disilicates with a layer structure, as are given, for example, in the literature cited at the beginning. In practice it is possible that these products do not have the exact composition Na 2 Si 2 O 5 , but instead deviate from this strictly stoichiometric composition. In particular, it is possible for some of the sodium ions to be replaced by hydrogen ions, so that the products have a lower analytical sodium content or an increased silicon content. Accordingly, the analytical ratio SiO 2 : Na 2 O of the crystalline sodium disilicates obtained by the process according to the invention can be approximately in the range between 1.9: 1 and 2.3: 1.
Ein Röntgenbeugungsdiagramm eines nach diesem Verfahren erhaltenen Kristallpulvers, aufgenommen mit Cu-Kα-Strahlung, ist in der Abbildung wiedergegeben. Die Abbildung enthält die Zuordnung der einzelnen Reflexe zu den verschiedenen Phasen von Na2Si2O5. Das Diagramm läßt sich im wesentlichen als eine Überlagerung der Diagramme der ß- und der delta-Modifikation interpretieren. Es enthält keine Reflexe der gamma-Modifikation. Als Hinweis für den Gehalt an α-Modifikation kann ein Reflex bei 2 θ = 27,1 ° (entsprechend einem d-Wert von 3,29 Å) herangezogen werden, da dies ein starker Reflex der α-Modifikation darstellt und im Gegensatz zu anderen starken Reflexen der α-Phase nicht mit Reflexen der ß- und/oder delta-Modifikation überlappt. Im Sinne dieser Beschreibung wird als Maß für den Gehalt an α-Modifikation das Verhältnis der Peakhöhe dieses Reflexes zu dem intensivsten Reflex des Diagramms genommen. Dieser intensivste Reflex tritt bei einem 2 Θ-Wert von 22,4 ° auf und entsteht durch eine Überlagerung von jeweils einem starken Reflex der ß- und der delta-Modifikation mit d-Werten von 3,96 und 3,97 A. Für das Diagramm der Abbildung ermittelt man ein Höhenverhältnis von 0,06. Entsprechend wird der Kristallmischung ein Gehalt an α-Modifikation von 6% zugeschrieben. An X-ray diffraction diagram of a crystal powder obtained by this method, taken with Cu-K α radiation, is shown in the figure. The figure shows the assignment of the individual reflections to the different phases of Na 2 Si 2 O 5 . The diagram can essentially be interpreted as a superimposition of the diagrams of the ß and delta modifications. It contains no reflexes from the gamma modification. A reflection at 2 θ = 27.1 ° (corresponding to a d-value of 3.29 Å) can be used as an indication of the α-modification content, since this represents a strong reflection of the α-modification and unlike others strong reflections of the α phase do not overlap with reflections of the β and / or delta modification. In the sense of this description, the ratio of the peak height is used as a measure of the content of α-modification Reflexes taken to the most intense reflex of the diagram. This most intense reflex occurs at a 2 Θ value of 22.4 ° and is created by superimposing a strong reflex of the ß and the delta modification with d values of 3.96 and 3.97 A. The diagram in the figure shows a height ratio of 0.06. Accordingly, the α-modification content of 6% is attributed to the crystal mixture.
Bei der Temperung stellt man den Wassergehalt der wasserhaltigen Atmosphäre so ein, daß der Wasserdampf-Partialdruck zwischen 0,012 und 1 bar, vorzugsweise zwischen 0,02 und 0,70 bar liegt. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß man das Tempergut während des Tempervorganges mit einem Gasstrom, beispielsweise einem Luftstrom, in Kontakt hält, der den entsprechenden Wassergehalt aufweist. Dieser Wassergehalt kann beispielsweise dadurch eingestellt werden, daß man den Gasstrom mit Wasserdampf sättigt, indem man ihn durch Wasser entsprechender Temperatur leitet. Der Zusammenhang zwischen dem Sättigungsdruck von Wasser und der Wassertemperatur ist bekannt, beispielsweise aus Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage 1983, Band 24, Seite 170. Die Anreicherung des Trägergases mit Wasserdampf kann durch Vergrößern der Austauschfläche effektiver gestaltet werden. Dies kann beispielsweise in gegebenenfalls mit Füllkörpern gefüllten Rieselkammern erfolgen, in die Wasser entsprechender Temperatur eingesprüht wird. Selbstverständlich kann der wasserhaltige Gasstrom auch dadurch zubereitet werden, daß man beim Sieden von Wasser erhaltenen reinen Wasserdampf mit dem Trägergas, beispielsweise mit Luft, vermischt. During the tempering, the water content of the water-containing atmosphere is adjusted so that the water vapor partial pressure is between 0.012 and 1 bar, preferably between 0.02 and 0.70 bar. This can be done, for example, by keeping the tempered material in contact with a gas stream, for example an air stream, which has the corresponding water content during the tempering process. This water content can be adjusted, for example, by saturating the gas stream with water vapor by passing it through water of the appropriate temperature. The relationship between the saturation pressure of water and the water temperature is known, for example from Ullmanns Encyklopadie der Technische Chemie, 4th edition 1983, volume 24, page 170. The enrichment of the carrier gas with water vapor can be made more effective by increasing the exchange area. This can take place, for example, in trickle chambers which may be filled with packing material and into which water of the appropriate temperature is sprayed. Of course, the water-containing gas stream can also be prepared by mixing pure water vapor obtained with the boiling of water with the carrier gas, for example with air.
Im Sinne der Erfindung ist es wesentlich, daß sich der Wassergehalt der Atmosphäre während des gesamten Temperprozesses in den angegebenen Grenzen bewegt. Wie Vergleichsversuche zeigen, ist es nämlich nicht ausreichend, das Ausgangsprodukt vor dem Tempern lediglich mit Wasser anzufeuchten. Wenn das Produkt während des Temperns trocknet und sich der Wasserdampf verflüchtigt, werden keine ausreichenden Buildereigenschaften ausgebildet. Allerdings würde es dem Gedanken der vorliegenden Erfindung entsprechen, das Tempern eines feuchten Produkts in einem geschlossenen Behälter vorzunehmen, so daß das verdampfende Wasser nicht entweichen kann. Wegen der schwierigeren Druck- und Temperaturführung für die Temperung unter Wasserdampf-Atmosphäre bei ca. 600 °C ist diese Vorgehensweise jedoch weniger bevorzugt. In the sense of the invention it is essential that the water content of the atmosphere is within the specified limits during the entire tempering process. As comparative experiments show, it is not sufficient to simply start with the starting product moisten with water. If the product dries during annealing and the water vapor evaporates, sufficient builder properties are not developed. However, it would be in the spirit of the present invention to anneal a moist product in a closed container so that the evaporating water cannot escape. However, this procedure is less preferred because of the more difficult pressure and temperature control for tempering under a steam atmosphere at approx. 600 ° C.
Setzt man ein trockenes Produkt ein und tempert unter einer Stickstoffatmosphäre, die mit Wasserdampf von Raumtemperatur gesättigt wurde, so erhält man bei Kristallisationszeiten zwischen 15 und 60 Minuten bei 600 °C ein Produktgemisch aus vornehmlich ß- und delta-Modifikation, das einen röntgenographisehen Gehalt an α-Modifikation zwischen 30 und 35 % aufweist. Erhöht man den Wasserdampf-Partialdruck beispielsweise auf 0,3 bar, indem man den durch den Ofen geleiteten Gasstrom mit Wasserdampf bei 70 °C sättigt, so verringert sich unter gleichen Temperbedingungen der Gehalt an αModifikation im Produkt auf Werte zwischen 15 und 25 %. If a dry product is used and the mixture is tempered under a nitrogen atmosphere which has been saturated with water vapor at room temperature, a product mixture of mainly β and delta modification is obtained with crystallization times between 15 and 60 minutes at 600 ° C, which has an X-ray content α-modification between 30 and 35%. If, for example, the water vapor partial pressure is increased to 0.3 bar by saturating the gas stream passed through the furnace with water vapor at 70 ° C, the content of α modification in the product decreases to values between 15 and 25% under the same tempering conditions.
Feuchtet man das Ausgangsprodukt mit einer Wasserglaslösung mit einem Modul Siθ2:Na2θ zwischen 1,8 und 2,4 derart an, daß der Wassergehalt der so erhaltenen Mischung zwischen 3 und 30 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 5 und 25 Gew.-% beträgt, so stellen sich bei der Temperung dieses Gemisches in einer wasserhaltigen Atmosphäre ein geringerer Gehalt an α-Modifikation (<10%) und verbesserte Buildereigenschaften ein. Vorzugsweise liegt der Feststoffgehalt der zum Anfeuchten verwendeten Wasserglaslösung oberhalb 10 Gew.-%, insbesondere zwischen 20 und 55 Gew.-%. Zur Erzielung einer hohen Ausbeute an kristallinen Natriumdisilikaten ist es vorteilhaft, als amorphes Ausgangsprodukt ein Schmelzglas zu nehmen, dessen Modul bereits nahe an dem gewünschten Wert von 2 liegt. Beispielsweise sind Schmelzgläser mit einem Modul zwischen 1,9 und 2,1 geeignet. In dem Verfahren lassen sich jedoch auch Kieselsäure-reichere Schmelzgläser einsetzen, wenn man anstelle mit Wasserglaslösung mit vorzugsweise 50 gew.-%iger Natronlauge anfeuchtet und die Natronlaugenmenge so bemißt, daß die feuchte Tempermischung ein SiO2:Na2O-Verhältnis zwischen 1,9 und 2,1 aufweist. Geht man beispielsweise von einem Schmelzglas mit Modul 2,45 aus, so läßt sich dieses vor dem Tempern auf einen Modul von 2 bringen, wenn man 100 g Schmelzglas mit 17,2 g 50 %iger Natronlauge befeuchtet. Entsprechend läßt sich auch ein Schmelzglas mit Modul 3,3 einsetzen, das man vor dem Tempern dadurch auf einen Modul von 2 bringt, daß man 100 g des Schmelzglases mit 40 g 50 %iger Natronlauge befeuchtet. Auf diese Weise kann Schmelzglas bis zu einem Modul von etwa 3,8 eingesetzt werden. If the starting product is moistened with a water glass solution with a module SiO 2: Na 2 O between 1.8 and 2.4 such that the water content of the mixture thus obtained is between 3 and 30% by weight, preferably between 5 and 25% by weight , the tempering of this mixture in a water-containing atmosphere results in a lower content of α-modification (<10%) and improved builder properties. The solids content of the water glass solution used for moistening is preferably above 10% by weight, in particular between 20 and 55% by weight. In order to achieve a high yield of crystalline sodium disilicate, it is advantageous to use a melting glass as the amorphous starting product, the modulus of which is already close to the desired value of 2. For example, melting glasses with a module between 1.9 and 2.1 are suitable. However, silica-richer melting glasses can also be used in the process if, instead of using a water glass solution, the solution is preferably moistened with 50% by weight sodium hydroxide solution and the amount of sodium hydroxide solution is measured so that the moist tempering mixture has a SiO 2 : Na 2 O ratio between 1.1 9 and 2.1. If, for example, a melting glass with module 2.45 is assumed, this can be brought to a module of 2 before tempering if 100 g of melting glass are moistened with 17.2 g of 50% sodium hydroxide solution. Correspondingly, it is also possible to use a melting glass with module 3.3, which is brought to a module of 2 before tempering by moistening 100 g of the melting glass with 40 g of 50% sodium hydroxide solution. In this way, melting glass can be used up to a module of about 3.8.
Eine vorteilhafte Alternative hierzu besteht darin, ein amorphes Natronwasserglas mit einem Modul zwischen 2,1 und 3,8, insbesondere solches mit einem Modul von 2,45 oder 3,3 einzusetzen und zur Einstellung eines Gesamtmoduls im Bereich von 2 mit einer entsprechenden Menge eines amorphen oder kristallinen Natronwasserglases mit einem Modul zwischen 1 und 1,5 zu vermischen. Insbesondere lassen sich hierfür Metasilicat-Hydrate der Zusammensetzung Na2SiO3•nH2O verwenden, beispielsweise in Form der Pentahydrate oder der Nonahydrate. An advantageous alternative to this is to use an amorphous sodium water glass with a module between 2.1 and 3.8, in particular one with a module of 2.45 or 3.3, and for setting an overall module in the range of 2 with a corresponding amount of one Mix amorphous or crystalline soda water glass with a modulus between 1 and 1.5. In particular, metasilicate hydrates of the composition Na 2 SiO 3 .nH 2 O can be used for this, for example in the form of the pentahydrates or the nonahydrates.
Das erforderliche Zerkleinern der erstarrten Schmelze des amorphen Wasserglases erfolgt vorzugsweise durch Mahlung. Hierfür sind die gängigen Mahlaggregate geeignet. Beispielsweise kann die Aufmahlung des stückigen Wasserglases mit einer robusten, langsam laufenden Schlägermühle, beispielsweise einer Hammermühle erfolgen. Die weitere Feinmahlung kann mit Hilfe einer Schwingmühle, einer Kugelmühle oder einer Luftstrahlmühle durchgeführt werden. Soll das Verfahren in der Durchführungsform zum Einsatz kommen, daß man das gemahlene amorphe Wasserglas mit einer Wasserglaslösung oder mit Natronlauge anfeuchtet, so kann dieses Anfeuchten bereits während des MahlVorganges erfolgen. Um eine Verunreinigung des Produktes mit Metallabrieb zu vermeiden, ist es empfehlenswert, Mühlen und Mahlkörper einzusetzen, die eine keramische, insbesondere eine silikatkeramische Auskleidung tragen. Das Mahlgut soll vor Durchführung des Temperprozesses vorzugsweise eine maximale Teilchengröße unter 1,0 mm aufweisen, was durch eine geeignete Klassierung, beispielsweise eine Siebung, gewährleistet werden kann. Selbstverständlich wird man Überkorn wieder in den Mahlprozeß zurückführen. The solidification of the solidified melt of the amorphous water glass is preferably carried out by grinding. The common grinding units are suitable for this. For example, grinding the lumpy water glass with a robust, slow-running Beater mill, for example a hammer mill. The further fine grinding can be carried out with the aid of a vibratory mill, a ball mill or an air jet mill. If the method is to be used in the embodiment in which the ground amorphous water glass is moistened with a water glass solution or with sodium hydroxide solution, this moistening can already take place during the grinding process. In order to avoid contamination of the product with metal abrasion, it is advisable to use mills and grinding media that have a ceramic, in particular a silicate-ceramic lining. Before the tempering process is carried out, the regrind should preferably have a maximum particle size of less than 1.0 mm, which can be ensured by a suitable classification, for example screening. Of course, oversize will be returned to the grinding process.
Alternativ läßt sich ein Wasserglaspulver bzw. -granulat einsetzen, das direkt durch Zerteilen und Abkühlen der Schmelze erhalten wurde. Beispielsweise kann man die flüssige Schmelze durch Düsen mit, vorzugsweise, einem maximalen Druchmesser von 1 mm pressen und die erstarrten Wasserglasfäden vorzugsweise auf eine Länge < 1 mm brechen, beispielsweise durch ein geeignetes Mahlaggregat, einen Kollergang oder einen Walzenstuhl. Nach unten ist der Düsendurchmesser durch die Viskosität der eingesetzten Wasserglasschmelze begrenzt. Zum Abkühlen der schmelzflüssigen Fäden verwendet man vorteilhafterweise ein Kühlmedium, beispielsweise einen Luft- oder Wasserdampfstrom. Alternatively, a water glass powder or granulate can be used, which was obtained directly by dividing and cooling the melt. For example, the liquid melt can be pressed through nozzles with, preferably, a maximum diameter of 1 mm and the solidified water glass threads can preferably be broken to a length of <1 mm, for example by means of a suitable grinding unit, a pan mill or a roller mill. The nozzle diameter is limited at the bottom by the viscosity of the water glass melt used. A cooling medium, for example an air or water vapor stream, is advantageously used to cool the molten threads.
Für den späteren Einsatz in Wasch- und Reinigungsmitteln mahlt und klassiert man das Produkt vor dem Tempern vorzugsweise so, daß die maximale Teilchengröße zwischen 0,01 und 0,5 mm liegt. Der eigentliche Temperprozeß kann mit einem ruhenden oder einem bewegten Produkt durchgeführt werden. Demnach kann das Tempern beispielsweise in einem Festbett, aber auch in einem rotierenden Drehrohrofen oder in einem Fließbett erfolgen. For later use in detergents and cleaning agents, the product is preferably ground and classified so that the maximum particle size is between 0.01 and 0.5 mm. The actual annealing process can be carried out with a stationary or a moving product. Accordingly, the tempering can take place, for example, in a fixed bed, but also in a rotating rotary kiln or in a fluidized bed.
Das beschriebene Temperverfahren liefert kristallines Natriumdisilicat mit Schichtstruktur, das sich als Builder für Wasch- und Reinigungsmittel eignet. Das Verfahren zeigt bereits ohne Zusatz von Impfkristallen den gewünschten Erfolg. Die erforderlich Temperzeit kann gegebenenfalls jedoch dadurch herabgesetzt werden, daß man dem amorphen Wasserglas vor oder während dem Tempern Impfkristalle von kristallinem Natriumdisilicat, die zu weniger als 10 % die α-Modifikation aufweisen, in Mengen von 0,01 bis 30 Gew.-% bezüglich des amorphen Wasserglases zugibt. The annealing process described provides crystalline sodium disilicate with a layer structure, which is suitable as a builder for detergents and cleaning agents. The process already shows the desired success without the addition of seed crystals. However, the required annealing time can optionally be reduced by adding seed crystals of crystalline sodium disilicate, which have less than 10% of the α-modification, to the amorphous water glass before or during the annealing in quantities of 0.01 to 30% by weight of the amorphous water glass admits.
Ausführunqsbeispiele Execution examples
Für die Durchführung der Versuche wurde amorphes Natronwasserglas mit einem Modul SiO2:Na2O = 2,05, das durch Zusammenschmelzen von Quarzsand mit Soda gewonnen wurde, in einer Kreuzschlagmühle gemahlen und die abgesiebte Fraktion mit einer Teilchengröße < 0,2 mm verwendet. Das erhaltene Pulver wurde für Vergleichsversuch 1 ohne Temperung untersucht. Für die Vergleichsversuche 2 bis 4 wurde das Pulver mit 15 Gew.-% Wasser angefeuchtet und für 15, 30, bzw. 60 Minuten bei 600 °C getempert. Als Vergleichsprodukt 5 wurde das kommerziell erhältliche Produkte Na-SKS-6 der Firma Hoechst, das vornehmlich aus der delta-Phase besteht, ohne weitere Bearbeitung untersucht. In den Ausführungsbeispielen und den Vergleichsbeispielen erfolgte die Temperung jeweils so, daß die Pulver mit einer Füllhöhe von etwa 3 cm in Porzellantiegel gegeben wurden und diese für die in der Tabelle angegebenen Zeiten in auf 600 °C aufgeheizte Simon-Müller-Öfen gestellt wurden. Die Wasserdampfatmosphäre in den Öfen wurden dadurch eingestellt, daß ein Stickstoffström mit einer Geschwindigkeit von 60 l/Std. in den Ofen geblasen wurde, der vorher durch Wasser von unterschiedlicher Temperatur geperlt war. Der entsprechende Wasserdampf-Partialdruck dieses StickstoffStroms ist in den Tabellen eingetragen. Bei den Beispielen 1 bis 3 wurde das gemahlene amorphe Wasserglas trocken in die Tiegel gefüllt. Bei den Beispielen 4 bis 8 wurde das Pulver vor dem Tempern unter Wasserdampfatmosphäre mit einer Wasserglaslösung WG I, bei den Beispielen 9 bis 13 mit einer Wasserglaslösung WG II angefeuchtet. Dabei betrug der Gesamtwassergehalt der Mischung jeweils zwischen 5 und 20 Gew.-%. Bei der Wasserglaslösung WG I handelte es sich um eine kommerzielle Wasserglaslösung mit einem Gesamtfeststoffgehalt von 28,1 Gew.-% und einem Modul SiO2:Na2O = 3,97, die durch Vermischen mit 50 Gew.-%iger Natronlauge auf ein Modul von 2 eingestellt wurde. Die Wasserglaslösung WG II hatte einen Gesamtfeststoffgehalt von 47,0 Gew.-% und einen Modul von 2,48, der ebenfalls durch Versetzen mit Natronlauge auf 2 eingestellt wurde. To carry out the tests, amorphous sodium water glass with a module SiO 2 : Na 2 O = 2.05, which was obtained by melting quartz sand with soda, was ground in a cross-beat mill and the sieved fraction with a particle size <0.2 mm was used. The powder obtained was examined for comparative experiment 1 without tempering. For comparative experiments 2 to 4, the powder was moistened with 15% by weight of water and annealed at 600 ° C. for 15, 30 or 60 minutes. As a comparative product 5, the commercially available product Na-SKS-6 from Hoechst, which mainly consists of the delta phase, was investigated without further processing. In the exemplary embodiments and the comparative examples, the annealing was carried out in such a way that the powders with a filling height of about 3 cm were placed in porcelain crucibles and heated to 600 ° C. for the times indicated in the table Simon Müller ovens were provided. The water vapor atmosphere in the ovens was adjusted by a stream of nitrogen at a rate of 60 l / h. was blown into the oven, which was previously bubbled with water of different temperatures. The corresponding water vapor partial pressure of this nitrogen flow is entered in the tables. In Examples 1 to 3, the ground amorphous water glass was filled dry into the crucible. In Examples 4 to 8, the powder was moistened with a water glass solution WG I before tempering under a water vapor atmosphere, in Examples 9 to 13 with a water glass solution WG II. The total water content of the mixture was between 5 and 20% by weight. The water glass solution WG I was a commercial water glass solution with a total solids content of 28.1% by weight and a module SiO 2 : Na 2 O = 3.97, which by mixing with 50% by weight sodium hydroxide solution Module of 2 was set. The water glass solution WG II had a total solids content of 47.0% by weight and a modulus of 2.48, which was also adjusted to 2 by adding sodium hydroxide solution.
In der Abbildung ist ein typisches Röntgenbeugungsdiagramm In the picture is a typical X-ray diffraction pattern
(Cu-Ktf-Strahlung) eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Produktes (Beispiel 6) wiedergegeben. Die prominentesten Reflexe sind den Phasen α, ß und delta zugeordnet. (Cu-Ktf radiation) of a product obtained by the process according to the invention (Example 6). The most prominent reflexes are assigned to the phases α, β and delta.
Die Tabelle 2 enthält weitere Beispiele zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei nun von einem gemahlenen amorphen Schmelzglas mit einem höheren Modul ausgegangen wurde und der Gesamtmodul durch Anfeuchten mit der berechneten Menge 50 gew.%iger Natronlauge auf 2,0 eingestellt wurde. Table 2 contains further examples for the practice of the method according to the invention, it now being assumed that a ground amorphous melting glass with a higher modulus and the total modulus was adjusted to 2.0 by moistening with the calculated amount of 50% strength by weight sodium hydroxide solution.
Die Tabelle 3 enthält Beispiele, bei denen pulverisiertes amorphes Natronwasserglas mit einem Modul von 2,45 bzw. 3,3 vor dem Tempern unter Wasserdampfatmosphäre jeweils mit einer solchen Menge von Natriummetasilicat der in der Tabelle 3 angegebenen Hydratstufe vermischt wurde, daß der Modul der Gesamtmischung 2,0 betrug. Zur Moduleinstellung wurden beispielsweise 100 g gemahlenes Natronwasserglas mit Modul 2,45 mit 45,7 g Natriummetasilicat-Pentahydrat bzw. mit 61,1 g Natriummetasilicat-Nonahydrat vermischt. Anschließend wurde unter den in Tabelle 3 angegebenen Bedingungen getempert. Die Temperprodukte bestanden zu über 80 % aus kristallinem Natriumdisilicat der delta-Form. Table 3 contains examples in which powdered amorphous soda water glass with a modulus of 2.45 or 3.3 before tempering was mixed with a quantity of sodium metasilicate of the hydrate stage indicated in Table 3 such that the modulus of the total mixture was 2.0 under a steam atmosphere. To adjust the module, for example, 100 g of ground sodium water glass with module 2.45 were mixed with 45.7 g of sodium metasilicate pentahydrate or with 61.1 g of sodium metasilicate nonahydrate. The heat treatment was then carried out under the conditions given in Table 3. The annealing products consisted of over 80% crystalline sodium disilicate in the delta form.
Zur Charakterisierung der erhaltenen Produkte wurde das Lösungsverhalten in Wasser sowie das Calcium-Bindevermögen (CaBV) in mg CaO/g Aktivsubstanz gemessen. Die Bestimmung der relativen Löslichkeit erfolgte durch Messung der elektrischen Leitfähigkeit der Lösung relativ zu dem kommerziellen Produkt Na-SKS-6 der Firma Hoechst. Hierzu wurden 0,5 g Substanz in 1.000 ml Wasser bei Raumtemperatur eingerührt und die elektrische Leitfähigkeit als Funktion der Zeit gemessen. Der für Na-SKS-6 nach 10 Minuten erhaltene Wert wurde als 100 % relative Löslichkeit gesetzt und die anderen Leitfähigkeitswerte hierauf bezogen. In der Tabelle sind die relativen Löslichkeiten nach einer und nach 3 Minuten angegeben. To characterize the products obtained, the solution behavior in water and the calcium binding capacity (CaBV) were measured in mg CaO / g active substance. The relative solubility was determined by measuring the electrical conductivity of the solution relative to the commercial product Na-SKS-6 from Hoechst. For this purpose, 0.5 g of substance was stirred into 1,000 ml of water at room temperature and the electrical conductivity measured as a function of time. The value obtained for Na-SKS-6 after 10 minutes was set as 100% relative solubility and the other conductivity values related to it. The table shows the relative solubilities after one and after 3 minutes.
Zur Bestimmung des Calcium-Bindevermögens wurde eine Ca2+-Lösung von 30 °dH mit Natronlauge auf pH 10 eingestellt, eine definierte Menge Probenmaterial zugegeben, für 10 Minuten bei Raumtemperatur gerührt und anschließend über ein Membranfilter der Porenweite 0,45 μm filtriert. Im Filtrat wurde der Restgehalt Ca2+ komplexometrisch bestimmt. Hieraus wurde das in der Tabelle eingetragene Calciumbindevermögen in mg CaO/g Aktivsubstanz errechnet. Die erfindungsgemäßen Produkte wiesen Schüttgewichte von 870 +/- 50 g/l auf, die gewünschtenfalls durch geeignete Maßnahmen, beispielsweise Kompaktierung, weiter erhöht werden können. To determine the calcium binding capacity, a Ca 2+ solution of 30 ° dH was adjusted to pH 10 with sodium hydroxide solution, a defined amount of sample material was added, the mixture was stirred for 10 minutes at room temperature and then filtered through a membrane filter with a pore size of 0.45 μm. The residual Ca 2+ content in the filtrate was determined by complexometry. The calcium binding capacity in mg CaO / g active substance entered in the table was calculated from this. The products according to the invention had bulk densities of 870 +/- 50 g / l, which, if desired, can be increased further by suitable measures, for example compacting.
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Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung kristalliner Natriumdisilicate, die zu weniger als 40 % die α-Modifikation aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß erschmolzenes und durch Mahlen oder durch Zerteilen der Schmelze zerkleinertes amorphes Natronwasserglas in einer wasserhaltigen Atmosphäre mit einem Wasserdampf-Partialdruck zwischen 0,012 und 1 bar für einen Zeitraum von 5 Minuten bis 4 Stunden bei einer Temperatur zwischen 500 und 740 °C getempert wird. 1. A process for the preparation of crystalline sodium disilicates which have less than 40% of the α-modification, characterized in that molten and crushed by grinding or by breaking the melt amorphous sodium water glass in a water-containing atmosphere with a water vapor partial pressure between 0.012 and 1 bar is annealed for a period of 5 minutes to 4 hours at a temperature between 500 and 740 ° C.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassergehalt der Atmosphäre so eingestellt wird, daß der Wasserdampf-Partialdruck zwischen 0,02 und 0,70 bar liegt. 2. The method according to claim 1, characterized in that the water content of the atmosphere is adjusted so that the water vapor partial pressure is between 0.02 and 0.70 bar.
3. Verfahren zur Herstellung kristalliner Disilicate, die zu weniger als 10 % die α-Modifikation aufweisen, nach einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das amorphe Natronwasserglas vor dem Tempern mit einer Wasserglaslösung mit einem Modul SiO2 : Na2O zwischen 1,8 und 2,4 und einem Feststoffgehalt > 10 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 20 und 55 Gew.-%, soweit angefeuchtet wird, daß der Wassergehalt der Mischung zwischen 3 und 30 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 5 und 25 Gew.-% beträgt. 3. A process for the preparation of crystalline disilicates which have less than 10% of the α-modification, according to one or both of claims 1 and 2, characterized in that the amorphous sodium water glass before tempering with a water glass solution with a module SiO 2 : Na 2 O between 1.8 and 2.4 and a solids content> 10% by weight, preferably between 20 and 55% by weight, provided that the mixture is moistened so that the water content of the mixture is between 3 and 30% by weight, preferably between 5 and 25 wt .-% is.
4. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das amorphe Natronwasserglas einen Modul SiO2:Na2O zwischen 2,1 und 3,8 aufweist und vor dem Tempern mit einer solchen Menge Natriumhydroxidlösimg, vorzugsweise mit 50 gew.-%iger Natronlauge angefeuchtet wird, daß die feuchte Tempermischung einen Modul zwischen 1,9 und 2,1 aufweist. 4. The method according to one or both of claims 1 and 2, characterized in that the amorphous sodium water glass has a module SiO 2 : Na 2 O between 2.1 and 3.8 and before annealing with such an amount of sodium hydroxide solution, preferably with 50 % by weight sodium hydroxide solution is moistened so that the moist tempering mixture has a modulus between 1.9 and 2.1.
5. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das amorphe Natronwasserglas einen Modul SiO2:Na2O zwischen 2,1 und 3,8 aufweist und vor dem Tempern mit einer solchen Menge eines amorphen oder kristallinen Natriumsilicats mit einem Modul zwischen 1 und 1,5 vermischt wird, daß der Gesamtmodul der Mischung zwischen 1,9 und 2,1 liegt. 5. The method according to one or both of claims 1 and 2, characterized in that the amorphous sodium water glass has a module SiO 2 : Na 2 O between 2.1 and 3.8 and before annealing with such an amount of an amorphous or crystalline sodium silicate is mixed with a modulus between 1 and 1.5 so that the total modulus of the mixture is between 1.9 and 2.1.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als amorphes oder kristallines Natriumsilicat mit einem Modul zwischen 1 und 1,5 kristallines wasserhaltiges Metasilicat, vorzugsweise Na2SiO3•5H2O und/oder Na2SiO3•9H2O eingesetzt wird. 6. The method according to claim 5, characterized in that used as an amorphous or crystalline sodium silicate with a modulus between 1 and 1.5 crystalline water-containing metasilicate, preferably Na 2 SiO 3 • 5H 2 O and / or Na 2 SiO 3 • 9H 2 O. becomes.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zerkleinern des amorphen Natronwasserglases durch Mahlung einer erstarrten Schmelze erfolgt und das Mahlprodukt vorzugsweise auf eine maximale Teilchengröße unter 1,0 mm, insbesondere auf eine maximale Teilchengröße zwischen 0,01 und 0,5 mm klassiert wird. 7. The method according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the crushing of the amorphous sodium water glass is carried out by grinding a solidified melt and the grinding product preferably to a maximum particle size below 1.0 mm, in particular to a maximum particle size between 0, 01 and 0.5 mm is classified.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zerkleinerte amorphe Natronwasserglas durch Zerteilen und Abkühlen einer Schmelze erhalten wurde, vorzugsweise dadurch, daß man die Schmelze durch Düsen mit einem maximalen Durchmesser von 1 mm preßt und die erstarrten Wasserglasfäden auf eine Länge < 1 mm bricht. 8. The method according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the crushed amorphous sodium water glass was obtained by cutting and cooling a melt, preferably in that the melt is pressed through nozzles with a maximum diameter of 1 mm and the solidified Water glass threads break to a length of <1 mm.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Abkühlung der schmelzflüssigen Wasserglasfäden ein Kühlmedium, vorzugsweise einen Luft- oder Wasserdampfstrom verwendet. 9. The method according to claim 8, characterized in that a cooling medium, preferably an air or water vapor stream is used to cool the molten water glass filaments.
10. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die erstarrte Wasserglasschmelze auf eine maximale Teilchengröße zwischen 0,01 und 0,5 mm einstellt. 10. The method according to one or both of claims 8 and 9, characterized in that the solidified water glass melt is adjusted to a maximum particle size between 0.01 and 0.5 mm.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Tempern in einem Festbett erfolgt. 11. The method according to one or more of claims 1 to 10, characterized in that the annealing takes place in a fixed bed.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Tempern unter Durchmischung des Pulvers, vorzugsweise in einem rotierenden Drehrohrofen oder in einem Fließbett erfolgt. 12. The method according to one or more of claims 1 to 10, characterized in that the annealing is carried out with thorough mixing of the powder, preferably in a rotating rotary kiln or in a fluidized bed.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man dem pulverisierten amorphen Wasserglas vor oder während dem Tempern Impfkristalle von kristallinem Natriumdisilicat, die zu weniger als 10 % die α-Modifikation aufweisen, in Mengen von 0,01 bis 30 Gew.-% bezüglich des amorphen Wasserglases zugibt. 13. The method according to one or more of claims 1 to 12, characterized in that the pulverized amorphous water glass before or during the tempering seed crystals of crystalline sodium disilicate, which have less than 10% of the α-modification, in amounts of 0.01 Adds up to 30 wt .-% based on the amorphous water glass.
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