DE4107230C2 - Verfahren zur Herstellung von Natriumsilikaten - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von NatriumsilikatenInfo
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- C01B33/38—Layered base-exchange silicates, e.g. clays, micas or alkali metal silicates of kenyaite or magadiite type
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
von kristallinen Natriumsilikaten mit Schichtstruktur,
einem Molverhältnis von SiO2 zu Na2O von (1,9 bis
2,1) : 1 und einem Wassergehalt von weniger als 0,3 Gewichts-%
aus einer durch Umsetzung von Sand mit Natronlauge
im Molverhältnis SiO2 : Na2O von (2,0 bis 2,3) : 1 gewonnenen
Wasserglaslösung mit mindestens 20 Gewichts-% Feststoff,
Sprühtrocknen der Wasserglaslösung mit Heißluft von
200 bis 300°C unter Bildung eines pulverförmigen, amorphen
Natriumsilikates mit einem Wassergehalt (ermittelt als
Glühverlust bei 700°C) von 15 bis 23 Gewichts-%, Behandeln
des in einem geneigt angeordneten Drehrohrofen eingebrachten
pulverförmigen, amorphen, wasserhaltigen Natriumsilikates
im Gegenstrom mit Rauchgas mit Temperaturen von mehr
als 500 bis 850°C unter Bildung des kristallinen Natriumsilikates,
Zerkleinern des aus dem Drehrohrofen austretenden
Natriumsilikates auf Korngrößen von 0,1 bis 12 mm und
anschließendes Mahlen auf Korngrößen von 2 bis 400 µm.
Aus der DE-OS 37 18 350 ist ein Verfahren zur Herstellung
von kristallinen Schichtsilikaten mit einem Molverhältnis
SiO₂/Na₂O von (1,9 bis 3,5) : 1 aus Wasserglaslösungen mit
mindestens 20% Feststoff bekannt. Dazu werden zunächst die
Wasserglaslösungen in einem Sprühturm unter Bildung von
pulverförmigem amorphem Natriumsilikat mit bis zu 20 Gewichts-%
Glühverlust behandelt. Das sprühgetrocknete amorphe
Natriumsilikat wird in einem direkt befeuerten Drehrohrofen
mit bewegter Feststoffschicht in Gegenwart von 10
bis 50 Gewichts-% Rückgut bei Temperaturen von 500 bis
800°C unter Bildung von kristallinem Natriumsilikat getempert,
wobei das Rückgut jeweils durch mechanische Zerkleinerung
eines Teiles des aus dem Drehrohrofen ausgetragenen
kristallinen Natriumsilikates gewonnen worden ist.
Beim Verfahren zur Herstellung von kristallinen Natriumsilikaten
mit einem Molverhältnis SiO₂/Na₂O von (1,9 bis 3,5)
: 1 nach der DE-OS 34 17 649 versetzt man wasserhaltiges
amorphes Natriumsilikat mit einem Molverhältnis SiO₂/Na₂O
von (1,7 bis 3,75) : 1 mit bis zu 30 Gewichtsteilen kristallinem
Natriumsilikat als Impfkristallen, entwässert die
Reaktionsmischung durch Erhitzen auf Temperaturen von 150
bis 400°C unter Bildung eines wasserfreien Silikatschaumes,
der vorteilhafterweise gemahlen wird, bevor die entwässerte
Reaktionsmischung so lange bei Temperaturen
zwischen 450°C und ihrem Schmelzpunkt gehalten wird, bis
das Natriumsilikat kristallisiert ist.
Aus der DE-OS 24 20 297 ist bekannt, aus feinteiligem,
sprühgetrocknetem Natriumsilikat mit einem Wassergehalt von
13 bis 25 Gewichts-% ein Erzeugnis mit höherer Schüttdichte
dadurch herzustellen, daß man auf das Natriumsilikat einen
solchen mechanischen Druck ausübt, daß die Teilchen aneinander
haften. Anschließend zerkleinert man das verdichtete
Erzeugnis, um es in mehrere Teilchengrößenbereiche aufzuteilen.
Aus der nichtvorveröffentlichten DE-OS 40 31 848 ist ein
Verfahren zur Herstellung von kristallinen Natriumsilikaten
mit Schichtstruktur aus einer Wasserglaslösung bekannt.
Dabei behandelt man die durch Umsetzung von Quarzsand mit
Natronlauge im Molverhältnis SiO₂ zu Na₂O von (2,0 bis 2,3)
: 1 gewonnene Wasserglaslösung in einer Sprühtrocknungszone
mit Heißluft von 200 bis 300°C unter Bildung eines pulverförmigen,
amorphen Natriumsilikates mit einem Wassergehalt
(ermittelt als Glühverlust bei 700°C) von 15 bis 23 Gewichts-%.
Dieses amorphe Natriumsilikat bringt man in einen
geneigt angeordneten Drehrohrofen ein und behandelt es
darin mit Rauchgas bei Temperaturen von mehr als 500 bis
850°C unter Bildung von kristallinem Natriumsilikat. Das
aus dem Drehrohrofen austretende Natriumsilikat zerkleinert
man auf Korngrößen von 0,1 bis 12 mm und mahlt es schließlich
auf Korngrößen von 2 bis 400 µm.
Nachteilig ist bei dem Verfahren nach der DE-OS 37 18 350,
daß zur Verhinderung der Bildung von Agglomeraten mit
Durchmessern im cm-Bereich beträchtliche Mengen mechanisch
zerkleinerten kristallinen Natriumsilikates als Rückgut im
Kreislauf geführt werden müssen, wodurch die Ausbeute an
kristallinem Natriumsilikat je Zeiteinheit verringet wird.
Beim Verfahren nach der DE-OS 40 31 848 ist von Nachteil,
daß das sprühgetrocknete, amorphe Natriumsilikat wegen
seiner Hohlkugelstruktur bei seinem Einbringen in den Drehrohrofen
einen extrem leichten Staub bildet, wodurch neben
einer hohen Belastung des Abgasfilters der Drehrohrofen
überfüllt und wegen des dadurch behinderten Stofftransports
im Drehrohrofen seine Kapazität erniedrigt wird.
Die genannten Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch
überwunden, daß man ohne Verwendung von Rückgut das sprühgetrocknete,
pulverförmige, amorphe Natriumsilikat vor
seinem Einbringen in den Drehrohrofen auf Korngrößen von 1
bis 50 µm aufmahlt. Dabei kann die Aufmahlung mit Hilfe jeden
Mühlentyps erfolgen, der in der Lage ist, die geforderte
Kornfeinheit bereitzustellen.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren weist das aus dem Dreh
rohrofen abströmende Abgas nur einen geringen Staubgehalt
auf.
Beim Verfahren gemäß der Erfindung ist im Drehrohrofen ein
höherer Füllgrad möglich, wodurch die Kapazität des Dreh
rohrofens erhöht wird.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren klebt an der Innenwandung
des Drehrohrofens praktisch kein Material an, was eine Ver
besserung der Qualität des aus dem Drehrohrofen austreten
den Natriumsilikates mit sich bringt.
Das in den folgenden Beispielen angegebene Kalkbindever
mögen der erhaltenen Natriumsilikate mit Schichtstruktur
wurde nach folgender Vorschrift ermittelt:
1 l destilliertes Wasser wurde mit CaCl2-Lösung (ent sprechend 300 mg CaO) versetzt, wodurch ein Wasser mit 30°d erhalten wurde.
1 l destilliertes Wasser wurde mit CaCl2-Lösung (ent sprechend 300 mg CaO) versetzt, wodurch ein Wasser mit 30°d erhalten wurde.
Zu 1 l dieses auf 20°C temperierten Wassers wurden 1 g
des in den Beispielen erhaltenen kristallinen Natriumsi
likates sowie 0 bis 6 ml einer 1-molaren Glykokoll-Lö
sung (erhalten aus 75,1 g Glykokoll und 58,4 g NaCl,
welche mit Wasser zu 1 l gelöst wurden) gegeben, wonach
sich ein pH-Wert von 10,4 einstellte. Die Suspension
wurde 30 Minuten bei 20°C gerührt, währenddessen der pH-
Wert stabil blieb. Schließlich wurde abfiltriert und im
Filtrat das in Lösung verbliebene Calcium komplexome
trisch bestimmt. Durch Differenzbildung mit dem ur
sprünglichen Gehalt wurde das Kalkbindevermögen ermit
telt.
In einen mit Nickel ausgekleideten, zylindrischen Autokla
ven mit Rühreinrichtung wurden Sand (99 Gewichts-% SiO2;
Körnung: 90% <0,5 mm) und 50 gewichts-%ige Natronlauge im
molaren Verhältnis von SiO2 zu Na2O von 2,15 : 1 einge
füllt. Die Mischung wurde bei gerührtem Autoklaven durch
Aufpressen von Wasserdampf (16 bar) auf 200°C erhitzt und
60 Minuten bei dieser Temperatur gehalten. Dann wurde der
Inhalt des Autoklaven über ein Ausdampfgefäß in einen Be
hälter entspannt und nach Zusatz von 0,3 Gewichts-% Perlit
als Filterhilfsmittel bei 90°C zur Abscheidung des Unlösli
chen über ein Scheibendruckfilter filtriert. Als Filtrat
wurde eine klare Wasserglaslösung mit einem molaren Ver
hältnis von SiO2 zu Na2O von 2,04 : 1 erhalten. Durch Ver
dünnen mit Wasser wurde ein Feststoffgehalt von 50% einge
stellt.
In einen mit einem Scheibenzerstäuber ausgerüsteten Heiß
luftsprühturm, welcher über eine gasbefeuerte Brennkammer
beheizt wurde und mit einem pneumatisch abreinigenden
Schlauchfilter zur Produktabscheidung verbunden war, wurde
die Wasserglaslösung versprüht, wobei die Brennkammer so
eingestellt war, daß das am Turmkopf eintretende heiße Gas
eine Temperatur von 260°C aufwies. Die Menge der zu ver
sprühenden Wasserglaslösung wurde so eingestellt, daß die
Temperatur des den Sprühturm verlassenden Silikat-Gas-Ge
misches 105°C betrug. Aus dem Volumen des Sprühturmes und
aus dem Gasdurchsatz durch den Sprühturm wurde die Verweil
zeit zu 16 Sekunden berechnet. Das am Schlauchfilter ab
geschiedene amorphe Natriumdisilikat wies ein Schüttgewicht
von 480 g/l, einen Eisengehalt von 0,01 Gewichts-%, ein
SiO2 : Na2O-Verhältnis von 2,04 : 1 und einen Glühverlust
bei 700°C von 19,4% auf; sein mittlerer Teilchendurchmes
ser betrug 52 µm.
In einen direkt befeuerten Drehrohrofen (Länge: 5 m; Durch
messer: 78 cm; Neigung: 1,2°) wurde an seinem der Flamme
gegenüberliegenden Ende das amorphe Natriumdisilikat aufge
geben, während das kristalline Produkt an der Flammseite
ausgetragen wurde. Dieser Drehrohrofen war mit mehrlagiger
Mineralwolle und einem Blechmantel derart isoliert worden,
daß bei einer Temperatur im Inneren des Drehrohrofens von
730°C an seiner Außenhaut eine Temperatur von maximal 54°C
auftrat. In diesen Drehrohrofen wurden stündlich 60 kg des
amorphen Natriumdisilikates eingetragen. Das den Drehrohr
ofen verlassende kristalline Natriumdisilikat (Na2Si2O5 mit
Schichtstruktur) welches einen Wassergehalt (ermittelt als
Glühverlust bei 700°C) von 0,1 Gewichts-% aufwies, wurde
mit Hilfe eines mechanischen Brechers auf eine Körnung von
weniger als 6 mm zerkleinert und nach einer Zwischenkühlung
auf einer Scheibenmühle (Durchmesser: 30 cm) bei 400 min-1
auf einen mittleren Teilchendurchmesser von 110 µm gemah
len, wobei der Eisengehalt des gemahlenen Produktes mit dem
des amorphen Natriumdisilikates identisch blieb.
Das Abgas des Drehrohrofens wurde im Eintragsbereich für
das amorphe Natriumsilikat abgesaugt und mit Hilfe eines
Tuchfilters gereinigt. Aus dem Filter wurden stündlich 5 kg
Natriumdisilikat ausgetragen, welches aus Hohlkugeln
(Schüttgewicht: 30 g/l; bis 3 mm Durchmesser) bestand und
in den Eintrag des Drehrohrofens rückgeführt wurde.
Das Kalkbindevermögen des kristallinen Natriumdisilika
tes betrug bei pH 10,4 und 20°C 82 mg Ca/g.
Das nach Beispiel 1 im Heißluftsprühturm hergestellte amor
phe Natriumdisilikat mit einem Schüttgewicht von 480 g/l
wurde mit Hilfe einer schnellaufenden Schlägermühle aufge
mahlen, wobei ein Produkt mit einem mittleren Durchmesser
d50 = 22 µm und einem Schüttgewicht von 650 g/l resultierte.
Vergleicht man das im Heißluftsprühturm erhaltene amor
phe Natriumdisilikat vor und nach seiner Mahlung in der
Schlägermühle unter dem Mikroskop miteinander, so ist
deutlich erkennbar, daß die ursprünglichen Hohlkugeln
zu Bruchstücken von Kugeln zertrümmert worden sind.
In den in Beispiel 1 verwendeten und unter den dort be
schriebenen Bedingungen betriebenen Drehrohrofen wurden
stündlich 120 kg des aufgemahlenen amorphen Natriumdisili
kates eingetragen, wobei sich keinerlei Verklebungen an der
Innenwand des Drehrohrofens ausbildeten.
Am Tuchfilter, mit dessen Hilfe die im Eintragsbereich für
das amorphe Natriumdisilikat abgesaugte Luft entstaubt wur
de, fielen stündlich 2 kg Natriumdisilikat mit einem
Schüttgewicht von 250 g/l an, welches in den Eintrag des
Drehrohrofens rückgeführt wurde.
Das Kalkbindevermögen des aus dem Drehrohrofen ausgetra
genen und zerkleinerten kristallinen Natriumdisilikates be
trug bei pH 10,4 und 20°C 85 mg Ca/g.
Claims (1)
- Verfahren zur Herstellung von kristallinen Natriumsilikaten mit Schichtstruktur, einem Molverhältnis von SiO2 zu Na2O von (1,9 bis 2,1) : 1 und einem Wassergehalt von weniger als 0,3 Gewichts-% aus einer durch Umsetzung von Sand mit Natronlauge im Molverhältnis SiO2 : Na2O von (2,0 bis 2,3) : 1 gewonnenen Wasserglaslösung mit mindestens 20 Gewichts-% Feststoff, Sprühtrocknen der Wasserglaslösung mit Heißluft von 200 bis 300°C unter Bildung eines pulverförmigen, amorphen Natriumsilikates mit einem Wassergehalt (ermittelt als Glühverlust bei 700°C) von 15 bis 23 Gewichts-%, Behandeln des in einem geneigt angeordneten Drehrohrofen eingebrachten pulverförmigen, amorphen, wasserhaltigen Natriumsilikates im Gegenstrom mit Rauchgas mit Temperaturen von mehr als 500 bis 850°C unter Bildung des kristallinen Natriumsilikates; Zerkleinern des aus dem Drehrohrofen austretenden Natriumsilikates auf Korngrößen von 0,1 bis 12 mm und anschließendes Mahlen auf Korngrößen von 2 bis 400 µm, dadurch gekennzeichnet, daß man das sprühgetrocknete, pulverförmige, amorphe Natriumsilikat vor seinem Einbringen in den Drehrohrofen auf Korngrößen von 1 bis 50 µm aufmahlt.
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