DE1667620B2 - Verfahren zur gelenkten Herstellung von Natriumaluminiumsilikaten mit vorbestimmten chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften - Google Patents
Verfahren zur gelenkten Herstellung von Natriumaluminiumsilikaten mit vorbestimmten chemischen und/oder physikalischen EigenschaftenInfo
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Description
d) zur Senkung des SiO8 ΑΙ,/Ο,-Verhältnisses im belschichtverfahren. Die bei den konventionellen Her-Fällungsprodukt
die Fälluagstemperatur er- stcllungsverfahren anfallenden Zeol.the sind fur eine
höht, den Alkaligehalt in don Ausgangslösun- 35 solche Verwendung aber ungeeignet, weil Teilchen von
gen erhöht, die FäHungsdauer verlängert und/ ^em8er als. 10 Λ£ s'ch dur,fh ^ΓΑ""8 ?tromender
oder die Konzentration der Ausgangslösungen Gase nicht o in W.rbelsch.chten überfuhren lassen. Um
ernönt in den Größenbereich von 20 μ und mehr zu kommen,
e) zur Erhöhung der Korngröße den Alkali- mu£>
man daher Molekularsiebpulver gemeinsam mit
gehalt und vorzugsweise die Konzentration 4° Bindemitteln zu größeren Teilchen agglomerieren. Es
der Fällungslösungen erhöht, die Fällungs- leuchtet ein daß es e.n wesentlicher Vorte.l ware, wenn
dauer verlängert und/oder vor allem aber bei dl? unmittelbare Herstellung so großer Pnmarteilchen
der gewählten Kombination von Verfahrens- Selanf· daß diese unmittelbar z. B. im Wirbelschichtbedingungen
den Temperaturbereich der maxi- verfahren eingesetzt werden konnten.
malen Korngröße bestimmt und die Fällungs- « Die Aufgabenstellung der Erfindung war die Ent-
temperatur in Richtung auf diesen Maximal- ^u klun8 elner nacharbeitbaren Lehre, mit der die
wert hin verändert und/oder £teufTg der chfmischen und/oder physikalischen
f) zur Herstellung von Fällungsprodukten mit Beschaffenheit und damit die gezielte Herstellung von
im wesentlichen porenfreier körniger Struktur Natnumalumimums.hkaten mit vorausbesUmmbarei
bei Fällung;stemperatuiren oberhalb des Wertes 5° chemischer Zusammensetzung und/oder vorausbe·
für die maximalei Korngröße arbeitet, während stimmbaren physikalischen Eigenschaften des Kornzur
Herstellung mehr gelartiger Fällungspro- aufbaus möglich wird. Die Entwicklung dieser neuer
dukte mit poröser Struktur bei Temperaturen technischen Lehre beruht auf der überraschenden Fest·
unterhalb des Korngrößenmaximums gefällt fte.Ilunf:.daß « In dem weiten Rahmen an Möglichwjrtj
55 keiten fur die Variation der Fallungsbedingungen be
der Umsetzung von Natriumaluminatlösungen unc ______ Natriumsilikatlösungen ein verhältnismäßig eng um·
grenztes und recht beschränktes Gebiet gibt, innerhall
dessen eine vorausbestimmbare Steuerung der ge·
Von besonderer Bedeutung für die Eigenschaften 60 nannten Eigenschaften der Fällungsprodukte möglicl
uind damit die Anwendbarkeit von Aluminiumsilikat- wird. Erfindungsgemäß ist es möglich, Natriumalumi
verbindungen sind deren chemische Zusammensetzung niumsilikate mit vorausbestimmbaren Werten de!
UMd ihre physikalische Beschaffenheit, insbesondere SiO2/Al2O3-Verhältnisses zwischen den Grenzen voi
die Kornstruktur Herstellungsverfahren, die eine etwa 1,7 und 3,6 herzustellen, wobei mittlere Korn
sichere Steuerung dieser Eigenschaften ermöglichen, 65 größen der Fällungsprodukte zwischen etwa 0,05 unc
sind daher wünschenswert. 50 μ einstellbar sind. Innerhalb dieses Bereiches ist e;
Im Stand der Technik ist die Herstellung von be- möglich, auch die Gesamtbeschaffenheit des Korn
stimmten Ausfällungsprodukten vorgeschlagen worden, aufbaues, insbesondere die Korndichte bzw. Porositä
3 τ 4
der Körner zu variieren. So ist es nach dem Verfahren den Alkaligehalt in den Ausgangslösungen erhöht,
der Erfindung möglich, beispiekv-ise zwei Produkte die Fällungsdauer verlängert und/oder die Konmit
chemisch identischer Zusammensetzung aber sehr zentration der Ausgangslösungen erhöht,
verscbiedenem Koraaufbau herzustellen. Ebenso ge- ej zur Erhöhung der Korngröße den Alkaligehalt
fangt es, Produkte gleichartigen Kornaufbaues mit ver- 5 und vorzugsweise die Konzentration der Fällungsscbiedeoarüger
chemischer Zusammensetzung zu syn- lösungen erhöht, die Fällungsdauer verlängert und/
thetisieren. Nach dem Verfahren der Erfindung können oder vor allem aber bei der gewählten Kombiinsbesondere
unter gleichzeitiger Variation von Korn- nation von Verfahrensbedingungen den Tempegröße
und chemischer Zusammensetzung, einmal mehr raturbereich der maximalen Korngröße bestimmt
gelarüge hochporose Produkte hergestellt werden, bei io und die Fällungstemperatur in Richtung auf
denen das Verhältnis von Oberfläche zu dem Schutt- diesen Maximalwert hin verändert und/oder
S^l^^^eiSt ι di Äh "? Ο zur Herstellung von Fallungsprodukten mit im
"*6 wesentlichen porenfreier körniger Struktur bei
Fäilungstemperaturen oberhalb des Wertes für
? 15 die maximale Korngröße arbeitet, während zur
Si^Z wS ?" 8J*?"""1*1 Herstellung mehr gelartiger Fällungsprodukte mit
fn / ν ^° ei Th ^ ^11' Poröser Stniktur bei Temperaturen unterhalb des
ZfZl ι* Tr cliemisier lu- Korngrößenmaximums gefällt wird,
gegenüber physikalischer Kornbe-
schaffenheit gegeben ist, vielmshr die Variation einer so Das neue Verfahren beruht auf den folgenden Er-
bestimmten Verfahrensbedingung gleichzeitig eine kenntnissen über Ausgangsmaterial, Fällungsbedin-
Variation in der chemischen Zusammensetzung und in gungen und Eigenschaften der Verfahrensprodukte im
der physikalischen Beschaffenheit bedingt, so kann Hinblick auf eine steuerbare technische Lehre im an-
diese Bindung doch im Rahmen der Erfindung sehr gegebenen Sinne:
weitgehend dadurch aufgelöst werden, daß die Gesetz- as
mäßigkeiten für die Variation nicht nur einer Ver- Ausgangsmaterial
fahrensbedingung, sondern aller einschlägigen Verfahrensbedingungen ermittelt worden sind. Es gelingt Das Ausgangsmaterial für die erfindungsgemäße
damit, durch Abstimmung der vei schiedenen Ver- Fällungsreaktion sind wäßrige Natriumaluminatlösunfahrensbedingungen
aufeinander sehr weitgehend die 3° gen und wäßrige Natriumsilikatlösungen. Von sehr erVariation
der chemischen Zusammensetzung von der heblicher Bedeutung ist zunächst der jeweilige Alkali-Variation
der physikalischen Beschaffenheit zu lösen, gehall, d. h. das Verhältnis von NagO/AI2O3 bzw.
so daß eine zwangsweise Verknüpfung dieser Elemente Na2O/SiO2 in den wäßrigen Ausgangslösungen sowie
im Fällungsprodukt nur beschränkt, und zwar vor die Verdünnung bzw. der Wassergehalt dieser Ausallen
Dingen nur in den Grenzbereichen des elin- 35 gangslösungen.
dungsgemäßen Verfahrens, auftritt. Auf diese Verhältnisse wird noch im einzelnen eingegangen werden. 1. Der Alkaligehalt
Gegenstand der Erfindung ist dementsprechend ein
Verfahren zur gelenkten Herstellung von Natrium- Für die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ist
aluminiumsilikat-Fällungsprodukten mit einem vorbe- 4° von entscheidender Bedeutung, wie sich der in der
stimmten SiO8/Al2O3-Verhältnis im Bereich von etwa Fällungsmischung schließlich vorliegende Gesamt-
1,7 bis 3,6 und/oder mit einer vorbestimmten Korn- alkaligehalt auf die Ausgangslösungen Natriumsilikat
größe im Bereich von etwa 0,05 bis 50 μ durch Um- und Natriumaluminat verteilt. Von ganz besonderer
Setzung von wäßrigen Natriumaluminat- und Na- Bedeutung ist die Wahl des Alkaligehalts in der Natriumsilikatlösungen,
wobei man die Natriumalumi- 45 triumsilikatlösung. Es hat sich gezeigt, daß das Gebiet
natlösung vorlegt und die Natriumsilikatlösung zu- der gezielten Steuerbarkeit im erfindungsgemäßen
fließen läßt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man Verfahren dann am besten erreicht werden kann, wenn
χ- ηι«κ· ■» «** ic-Λ/i u. jv, · Wasserglaslösungen mit Na„O/SiO2-Werten unterhalb
a) eine 015 bis 3,5 Mol SiO2/l enthaltende Natrium- 0 5 verwendet werden. Einen besonders starken Einfluß
sihkatlosung mit einem Na2O/SiO2-Verhältnis 50 hat der Alkaligehalt der eingesetzten Silikatlösung auf
unterhalb 0,5 einsetzt, die steuerbarkeit der chemischen Zusammensetzung.
b) dabei eine Natriumaluminatlösung vorlegt, die Schon bei Werten des Na2O/SiO2-Verhältnisses übei
ein Na2CVAI2O3-Verhältnis unter 8 bei einem etwa 0,4 wird die Steuerbarkeit stark eingeengt, so daC
Al-Gehalt von 0,05 bis 2,5 Mo1 A12OS/1 aufweist, es zur Erreichung des Gebietes der freien Variation ir
c) mit einer Mindestzugabezeit für die sich aus dem 55 der chemischen Zusammensetzung wünschenswert ist
gewünschten SiO2/AI2O3-Verhältnis ergebende mit noch niedrigeren Alkaligehalten in der Ausgangs
äquivalente Menge der Natriumsilikatlösung von silikatlösung zu arbeiten. Besonders geeignet sind da
etwa 30 Minuten, vorteilhaft 1 bis 5 Stunden, bei Werte des Na2O/SiO2-Verhältnisses von etwa 0,2i
arbeitet, bis 0,35. Der untere Wert dieses Bereiches entsprich
, , _ , . . , , . , , . 6o etwa der Stabilitätsgrenze der eingesetzten Wasserglas
wahrend der Zugabe intensiv durchmischt und dabei lösune
die gewünschten chemischen und/oder physikalischen Der Alkaligehalt in der eingesetzten Natriumalu
Eigenschaften der Fälkingsprodukte durch Wahl der minatlösung beeinflußt die Steuerungsmöglichkeitei
Fällungstemperatur im Bereich von 0 bis 1000C unter bezüg|ich chemischer Zusammensetzung und physi
Abstimmung mit den anderen Verfahrenswriablen 6s kalischem Kornaufbau ungleich weniger. Gleichwoh
derart bestimmt, daß man gi,t auch hier die Gesetzmäßigkeit, daß die größt
d) zur Senkung des SiO2/Al2O3-Verhiltnisses im Freiheit in dem Mechanismus der Eigenschaftssteue
Fällungsprodukt die Fällungstemperatur erhöht, rung bei niedrigen Werten des Alkaligehaltes gegebei
16 67 <
ist. Es wird dementsprechend mit Werten für das Die Fällungsbedingungen
Na20/Alap3-Verhältnis unterhalb von 8 gearbeitet. Die Fällungsbedingungen bei der Umsetzung der
Für die praktische Verfahrensdurchführung mit großer Natriumaluminatlösung mit der Natriumsilikatlösung
Variabilität der Produkteigenschaften hat sich das müssen innerhalb bestimmt definierter Grenzen geArbeiten
mit Werten des Naa0/Al203-Verhältnisses 5 halten werden, um überhaupt das Gebiet der Steuervön
etwa 1,3 bis 4,0 besonders bewährt. Die untere barkeit der Produkteigenschaften zu erreichen. Das
Grenze ergibt sich wiederum aus der Stabilität der ein- Arbeiten außerhalb dieser Grenzwerte führt zu uneingesetzten
Natriumaluminatlösung. Bis zum genannten heitlichen und nicht gezielt beeinflußbaren Fällungsoberen
Wert des Alkaligehaltes von 4,0 ist noch eine produkten. Durch Variation der Verfahrensbedingunbrauchbare
Variabilität der Produkteigenschaften über io gen innerhalb des erfindungsgemäß begrenzten Beden
größeren Teil der genannten Bereiche gegeben. reichs kann ein gezielter Einfluß auf die Produkteigen-Eine
Kombination der unteren Grenzwerte im Al- schäften genommen werden. Für die Variation der
kaligehalt von Silikat- und Aluminatlösung ergibt die Eigenschaften kommt dabei insbesondere der Fälweitreichendste
Steuerbarkeit von chemischer Zusam- lungstemperatur die überragende Bedeutung zu. Sie
mensetzung und Kornbeschaffenheit. Eine Steigerung 15 bestimmt in erster Linie die Eigenschaften des Fälder
Alkaligehalte in Richtung auf die oberen Grenz- lungsproduktes, und zwar sowohl in chemischer als
werte bewirkt eine zunehmende Einschränkung der auch in physikalischer Hinsicht. Die Wirkungen der
Variabilität, wobei diese Steigerung des Alkaligehaltes Temperaturvariation lassen sich jedoch verstärken oder
in der Silikatlösiing sich schneller auswirkt als in der auch aufheben durch eine Variation der anderen Ver-Aluminatlösung.
Die Steuerbarkeit der chemischen ao fahrensbedingungen bzw. in der Zusammensetzung
Zusammensetzung ist generell an einen engeren Be- des Ausgangsmaterials. Erfindungswesentlich ist also
reich gebunden als die Steuerbarkeit der Kornbe- nicht nur die Wahl bestimmter Parameter, sondern
schaffenheit. Wichtig ist vor allen Dingen, daß nicht auch die Abstimmung der Parameter aufeinander. Die
die Gesamtmenge des Alkalis im Fällungsgemisch für hier zu diskutierenden Verfahrensbedingungen sind
das zu erwartende Ergebnis von Bedeutung ist, sondern 25 die Fällungsrichtung, die Fällungsdauer und die damit
daß es vor allen Dingen darauf ankommt, in welchem eng verbundene Intensität der Vermischung sowie die
Verhältnis die Gesamtalkalimenge auf die Ausgangs- Fällungstemperatur,
lösungen aufgeteilt ist. 3 Die Fallungsrichtung
2. Die Verdünnung bzw. der Wassergehalt 3O Es wurde feslgesteUt, daß es für das erfindungs-
der Ausgangslösungen gemäße Ziel nicht gleichgültig ist, ob man die Silikat-
Von erheblichem Einfluß, wenn auch nicht so lösung vorlegt und die Aluminatlösung einträgt oder
schwerwiegender Bedeutung wie der Alkaligehalt, ist umgekehrt die Aluminatlösung vorlegt und die Silikatdie
Verdünnung der eingesetzten Natriumaluminat- lösung einträgt. Im ersten Fall entstehen je nach den
bzw. Natriumsilikatlösungen. Auch hier gilt die auge- 35 Fällungsbedingungen der Temperatur, der Zugabegemeine
Gesetzmäßigkeit, daß bestimmte Grenzwerte schwindigkeit, der Konzentration und der Rührinteneinzuhalten
sind, um das Gebiet der Variabilität der sität amorphe hochdisperse Silikate, deren molares
Eigenschaften der Fällungsprodukte zu erreichen. Verhältnis SiO1ZAl1O8 in unkontrollierbarer Weise
Dementsprechend wird mit Natriumsilikatlösungen über einen weiten Bereich schwankt,
gearbeitet, die 0,15 bis 3,5 Mol SiO2/l enthalten. Bevor- 40 Trägt man hingegen die Silikatlösung in eine vorgezugt
werden Silikatlösungen verwendet, deren Kiesel- legte Aluminatlauge ein, so werden Produkte erhalten,
Säuregehalt im Bereich von 0,25 bis 2,00 Mol SiOJl deren chemische Zusammensetzung in einem exakt
liegt. Die Konzentration der Aluminatlösungen liegt definierbaren Abhängigkeitsverhältnis zu den Verin
den Grenzen von 0,05 bis 2,5 Mol Al2O81, wobei Suchsbedingungen steht. Es ist möglich, ein Silikat
zweckmäßigerweise mit Konzentrationen von 0,15 bis 45 mit einem ganz bestimmten SiO1/Al2O8-Verhältnis in
1,3 Mol Al2O1Jl gearbeitet wird. reproduzierbarer Weise herzustellen. Von entscheiden-
Im erfindungsgemäßen Verfahren können mit Vor- der Bedeutung ist, daß bei der Einhaltung dieser
teil technische Aluminatlaugen aus der Tonerdepro- Fallungsrichtung die chemische Zusammensetzung des
duktion eingesetzt werden. Es wird dabei dann zweck- AusfäUungsproduktes praktisch anabhängig von dem
mäßigerweise mit einer Rückführung der alkalihaltigen 50 jeweiligen Molverhältnis von Silikat zu Aluminat im
Flüssigphase nach Abtrennung der Fällungsprodukte Reakiionsgemisch ist. Es entstehen also damit über
in die Tonerdefabrikation gearbeitet. Dieser Kreislauf den gesamten Zeitraum der Ausfällung praktisch einder
Flüssigphase zwischen Tonerdeproduktion und heulich zusammengesetzte Fällungsprodukte.
Ausfällung von Natriumaluminiumsilikat bedingt, daß Es ist aber nicht nur die chemische Zusammen-
auf eine möglichst weitgehende Abscheidung der 55 setzung, die im Sinne der Erfindung entscheidend
Kieselsäure bei der Natriumaluminiumsilikatfällung durch die Fällungsrichtung beeinflußt wird, auch die
geachtet wird. Die Anwendung eines Überschusses von Steuerbarkeit der physikalischen Kornbeschaffenheit
Sj Silikatlösung über die eingesetzte Aluminatlösung entsteht erst durch die Wahl der bestimmten Fällungs-
\ unter Berücksichtigung des Verhältnisses von SiO1/ richtung. Während die bei der umgekehrten FSlI-
AI1O1 im Fällungsprodukt ist infolgedessen hier nicht 60 methode entstehenden Produkte in der Regel amorphe
! zweckmäßig. Die Rückführung der Flüssigphase nach hochdisperse Silikate sind, gelingt es mit der erfin-
Abtrennung des Fällungsprodukts hat den Vorteil, dungsgemäßen Fäliungsrichtung in wiederholbarer
Ϊ daß der erhebliche Alkaligehalt dieser Flüssigphase Weise, ganz bestimmte Komstnikturen und gieich-
j nicht verlorengeht, sondern in der Tonerdeproduktion zeitig damit ganz bestimmte Korngrößen einzustellen.
wieder wirksam eingesetzt werden kann. Geeignet sind 6s
beispielsweise die im Rahmen des Bayer-Verfahrens *■ uie raiiungsaauer
ί anfallenden Aluminatlaugen, die als »Dorrlauge« bzw. Für das Erreichen des Gebietes, in dem die Produktais
»ausgerührtc Lauge« bekannt sind. eigenschaften steuerbar sind, ist es im erfindungsge-
to 8
mäßen Verfahren notwendig, eine Mindestdauer für raschenderweise gezeigt, daß bei Einhaltung der bisher
die Zugabe der Silikatlösung zur Aluminatlösung zu geschilderten sonstigen Variablen im Ausgangsmaterial
wählen. Die untere Grenze für die Dauer der Fällungs- und in den Verfahrensbedingungen die Veränderung
reaktion liegt bei 30 Minuten. In der Praxis wird be- der Temperatur schwerwiegende und ganz bestimmten
vorzugt mit einer Fällungsdauer von wenigstens 5 Gesetzmäßigkeiten unterliegende Veränderungen in
1 Stunde gearbeitet. Die Fällung kann auf mehrere den Produkteigenschaften nach sich zieht. Dieses gilt
Stunden ausgedehnt werden, wodurch sich wiederum sowohl in bezug auf die chemische Zusammensetzung
eine bestimmte Auswirkung in der Steuerung der der Produkte als auch in bezug auf die physikalische
Produkteigenschaften ergibt, so daß also beispielsweise Beschaffenheit der Natriumaluminiumsilikatfällung.
im Bereich von 1 bis 5 Stunden gefällt werden kann. 10 Von dieser Tatsache der starken Temperaturabhängig-Diese
Zeiträume für die Fällungsdauer beziehen sich keit der Eigenschaften des Fälluagsproduktes beim
dabei auf den Zusatz einer solchen Menge der Silikat- Einhalten der sonstigen Variablen macht die Erfindung
lösung, daß entsprechend der vorgelegten Aluminat- Gebrauch, und zwar derart, daß vor allen Dingen
menge die Silikatmenge zugesetzt ist, die sich aus der durch Bestimmung der Fällungstemperatur die Steue-Zusammensetzung
des Fällungsprodukts, d. h. aus 15 rung der Produkteigenschaften bewirkt wird,
dem SiOjj/Al2O3-Verhältnis als Äquivalentbetrag er- Der Temperaturbereich für das neue Verfahren ist gibt. Unter dem Begriff der Fällungsdauer wird dabei der Bereich der Flüssigphase des Wassers unter Nordie Zeit vom Beginn der Fällung bis zu deren Ende, maldruck, d. h. der Bereich von 0 bis 1000C. Besonvorzugsweise unter Einhaltung einer etwa gleich- ders bevorzugt ist ein Temperaturbereich von etwa mäßigen Zugabegeschwindigkeit der Silikatlösung ver- 20 Raumtemperatur bis an die Siedegrenze des Wassers standen. Diese Definition der Fällungsdauer ist damit unter Normalbedingungen. Zur Einstellung ganz beunabhängig von der Größe der Ansatzmenge. Die stimmter typischer Eigenschaftskombinationen in den starke Unterschreitung der angegebenen unteren Fällungsprodukten kann es zweckmäßig sein, im ge-Grenzwerte, beispielsweise die Zugabe der äquivalen- nannten Temperaturbereich Unterbereiche auszuwähten Menge der Silikatlösung im Zeitraum von 1,5 Mi- 15 len, die zu charakteristischen Eigenschaften führen, nuten, schaltet die Einflußnahme im Sinne der Erfin- Es lassen sich hier insbesondere drei Bereiche defidung auf die Eigenschaften der Verfahrensprodukte nieren, die aneinander anschließen und sich dabei aus. Es zeigt sich, daß hier eine weitere wichtige Ab- — in Abhängigkeit von der Veränderung der anderen weichung von Jer allgemeinen Handhabung des Stan- Verfahrensvariablen — teilweise überlappen. Der des der Technik liegt, der keine besondere Bedeutung 30 unterste Temperaturbereich erfaßt das Gebiet bis etwa in der Fällungsdauer für die Produkteigenschaften ge- 45° C, also beispielsweise den Bereich von Zimmersehen hat und in der Regel mit dem raschen Zusam- temperatur bis etwa 400C. Eine solche Ausfällung in menschütten der beiden Ausgangslösungen beispiels- der Kälte oder bei nur schwach erhöhten Temperaturen weise in der Form arbeitet, daß beim absalzweisen führt zu einem hochporösen, mehr gclartigen Typ des Arbeiten eine Lösung vorgelegt und die andere in 35 Fällungsproduktes, der sich durch eine besonders einem Guß hinzugegeben wird oder kontinuierlich große Oberfläche auszeichnet. Nach oben schließt sich zwei Ströme der umzusetzenden Lösungen im geeigne- der zweite Temperaturbereich an, in dem in der Regel ten Mischungsverhältnis in ein Umsetzungsgefäß ein- das Korngrößenmaximum zu finden ist. Zwar kann fließen. Dieses Zusammengeben der beiden Reaktions- dieses Korngrößenmaximum durch Variation anderer komponenten in einem Guß ist dabei geradezu als vor- 40 Bedingungen wiederum stark in seiner Lage in der teilhaft angesehen worden, weil hierdurch die ver- Temperaturskala verschoben werden, gleichwohl ist in meintlichen Nachteile ausgeschaltet werden sollten, der Regel bei mittleren Verfahrensbedingungen das die sich aus der Verschiebung des molaren Verhält- Korngrößenmaximum im Temperaturbereich von etwa nisses von Aluminat zu Silikat beim langsamen Ein- 40 bis etwa 75°C zu finden. An das Korngrößenmaxilaufenlassen ergeben. 45 mum schließt sich dann in Richtung höherer Tempe-
dem SiOjj/Al2O3-Verhältnis als Äquivalentbetrag er- Der Temperaturbereich für das neue Verfahren ist gibt. Unter dem Begriff der Fällungsdauer wird dabei der Bereich der Flüssigphase des Wassers unter Nordie Zeit vom Beginn der Fällung bis zu deren Ende, maldruck, d. h. der Bereich von 0 bis 1000C. Besonvorzugsweise unter Einhaltung einer etwa gleich- ders bevorzugt ist ein Temperaturbereich von etwa mäßigen Zugabegeschwindigkeit der Silikatlösung ver- 20 Raumtemperatur bis an die Siedegrenze des Wassers standen. Diese Definition der Fällungsdauer ist damit unter Normalbedingungen. Zur Einstellung ganz beunabhängig von der Größe der Ansatzmenge. Die stimmter typischer Eigenschaftskombinationen in den starke Unterschreitung der angegebenen unteren Fällungsprodukten kann es zweckmäßig sein, im ge-Grenzwerte, beispielsweise die Zugabe der äquivalen- nannten Temperaturbereich Unterbereiche auszuwähten Menge der Silikatlösung im Zeitraum von 1,5 Mi- 15 len, die zu charakteristischen Eigenschaften führen, nuten, schaltet die Einflußnahme im Sinne der Erfin- Es lassen sich hier insbesondere drei Bereiche defidung auf die Eigenschaften der Verfahrensprodukte nieren, die aneinander anschließen und sich dabei aus. Es zeigt sich, daß hier eine weitere wichtige Ab- — in Abhängigkeit von der Veränderung der anderen weichung von Jer allgemeinen Handhabung des Stan- Verfahrensvariablen — teilweise überlappen. Der des der Technik liegt, der keine besondere Bedeutung 30 unterste Temperaturbereich erfaßt das Gebiet bis etwa in der Fällungsdauer für die Produkteigenschaften ge- 45° C, also beispielsweise den Bereich von Zimmersehen hat und in der Regel mit dem raschen Zusam- temperatur bis etwa 400C. Eine solche Ausfällung in menschütten der beiden Ausgangslösungen beispiels- der Kälte oder bei nur schwach erhöhten Temperaturen weise in der Form arbeitet, daß beim absalzweisen führt zu einem hochporösen, mehr gclartigen Typ des Arbeiten eine Lösung vorgelegt und die andere in 35 Fällungsproduktes, der sich durch eine besonders einem Guß hinzugegeben wird oder kontinuierlich große Oberfläche auszeichnet. Nach oben schließt sich zwei Ströme der umzusetzenden Lösungen im geeigne- der zweite Temperaturbereich an, in dem in der Regel ten Mischungsverhältnis in ein Umsetzungsgefäß ein- das Korngrößenmaximum zu finden ist. Zwar kann fließen. Dieses Zusammengeben der beiden Reaktions- dieses Korngrößenmaximum durch Variation anderer komponenten in einem Guß ist dabei geradezu als vor- 40 Bedingungen wiederum stark in seiner Lage in der teilhaft angesehen worden, weil hierdurch die ver- Temperaturskala verschoben werden, gleichwohl ist in meintlichen Nachteile ausgeschaltet werden sollten, der Regel bei mittleren Verfahrensbedingungen das die sich aus der Verschiebung des molaren Verhält- Korngrößenmaximum im Temperaturbereich von etwa nisses von Aluminat zu Silikat beim langsamen Ein- 40 bis etwa 75°C zu finden. An das Korngrößenmaxilaufenlassen ergeben. 45 mum schließt sich dann in Richtung höherer Tempe-
. raturen der Bereich an, der zur Ausfällung eines dich-
5. Intensität der Vermischung ten<
körnigeni im wesentlichen porenfreien Fällungs-
Eng mit der Fällungsdauer ist die Intensität der Ver- Produktes führt. Dieser Bereich von etwa 50 bis etwa
mischung bei der Zugabe von Silikat zu Aluminat ver- 95"C hat dementsprechend eine besondere Bedeutung
bunden. Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, diese 50 für die mit der Erfindung gegebenen Möglichkeiten,
Vermischung so intensiv durchzuführen, daß auch wobei der höhere Temperaturbereich, z. B. der Bereich
örtlich keine nennenswerten Verschiebungen der Kon- von etwa 70 bis 950C, zur Fällung besonders fein·
zentrationsverhältnisse eintreten. Wenn man es durch teiliger Produkte geeignet ist.
unzureichende Vermischung zu örtlichen Konzen- __...... , ,
trationsverschiebungen kommen läßt, dann liegen ver- 55 7 ?'%) Tu Ü"J AnPassun^
ständlicherweise unterschiedliche Fällungsbedingungen der Verfahrensbedingungen
innerhalb des Reaktionsgemisches vor, so daß dann in Wenn auch der Fällungstemperatur die größte Be
der Regel Verschiebungen in den Produkteigenschaften deutung für die Steuerung der Produkteigenschaftei
auftreten. zukommt, so kann doch durch eine Variation dei
Die Vermischung der Reaktionslösungen kann in 60 folgenden Veränderlichen zusätzlich Einfluß auf di<
konventioneller Weise 7. B. mit einem intensiven Eigenschaften der Fällungsprodukte genommen wer
Rührwerk erfolgen, das eine Leistung von einigen den:
tausend Umdrehungen in der Minute aufweist. Der Alkaligehalt gemäß Ziffer 1, die Verdünnuni
gemäß Ziffer 2, die Fällungsdauer gemäß Ziffer 4 am
6. Die Fallungsicmperatur 6& dk damj, vcrbandenc Mischungsintensität gemäl
Die für die Steuerung und Variation der gewünsch- Ziffer 5.
ten Produkteigensc'naftcn wesentliche Verfahrens- Eine linflußnahme auf das Verfahrensergebnis ts
variable ist die Fällungstcmperatur. Fs hat sich über- dabei nur so lange gewährleistet, als diese Variable
τ ίο
innerhalb der angegebenen Grenzen verändert werden. fläche. Klar wird das insbesondere am Vergleich der
Das neue Verfahren gibt dabei die Möglichkeil, diese Verhältniszahlen von Oberfläche zu jeweiligem Schüttanderen
Variablen mit der wichtigsten Bedingung, gewicht.
nämlich der FällungSitemperatur, gleichläufig oder Die Ermittlung der Oberfläche erfolgt dabei in
auch gegenläufig zu verändern. Gleichläufig bzw. 5 üblicher Weise, z. B. durch Stickstoffadsorption nach
gegenläufig ist dabei im Sinne des angestrebten Effektes der BET-Methode.
bei den Fällungsprodukten verstanden. Man kann also Der Übergang von der porigen Struktur zu der
z. B. zwei oder auch mehr Verfahrensvariable in dem dichten geschlossenen Struktur ist temperaturabhängig
Sinne abändern und aufeinander abstimmen, daß eine und fließend, allerdings ist diese Phase des Überganges
bestimmte Eigenschaft im Fällungsprodukt, beispiels- io in der Regel auf einen verhältnismäßig kleinen Temweise
also die Korngröße, maximal ausgebildet wird. peraturbereich beschränkt. Von entscheidender Bedeu-Man
kann umgekehrt iiber auch unerwünschte Neben- tung ist hierbei jeweils die Lage des KorngrÖßeneffektc!
bei den Eigenschaften der Verfahrensprodukte maximums. Bei Temperaturen unterhalb des Korndadurch
zumindest mindern oder gar ganz beseitigen, größenmaximums gefällte Produkte sind gelartig
daß man eine zweite oder mehrere andere Verfahrens- 15 porös, die oberhalb des Korngrößenmaximums gefällvariable
in gegenläufiger Richtung abändert. Auf diese ten Produkte sind körnig dicht geschlossen. Die Um-Weise
gelingt es, eine verhältnismäßig große Unab- Wandlung des porösen in den nichtporösen Zustand
hängigkeit von chemischer Zusammensetzung und setzt in der Regel schon kurz vor dem Erreichen des
physikalischer Beschaifenheit oder auch bestimmter Korngrößenmaximums ein. Wenn man unter den gephysikalischer
Eigenschaften der Fällungsprodukte 20 nannten mittleren Verfahrensbedingungen arbeitet, bei
einzustellen. Man kann also damit bestimmte Eigen- denen die Temperatur des Korngiößenmaximums im
Schaftskombinationen bei den Produkten erhalten, die Bereich von etwa 40 bis 750C liegt, dann kann man
mit der Variation nur einer Verfahrensbedingung, z. B. also sagen, daß bei Zimmertemperatur und nur
der Verfahrenstemperatur, alleine, nicht zu erhalten schwach erhöhten Temperaturen die porösen Kornwäre.
25 strukturen entstehen, während bei über 500C gefällten
tv n .ι»- ι. *♦ „ Produkten die körnigen, dicht geschlossenen Fällungs-
Die Produkteigenschaften prQdukte ^^^ ^ ejne $erschiebung des Kom.
Hier ist zu trennen zwischen der chemischen Zu- größenmaximums, beispielsweise durch extreme Versammensetzung
und der physikalischen Kornbe- dünnung der Ausgangslösungen, können hier allerschaff
enheit. 30 dings Veränderungen erzielt werden. In der Regel gilt
Die Änderung in der chemischen Zusammensetzung aber dann auch hier die Angabe, daß bei Tempe-
ist die Änderung des Verhältnisses, von SiO2/Al2O3. Das raturen unterhalb des Korngrößenmaximums die
Verfahren der Erfindung ermöglicht die Variation poröse Struktur und bei Temperaturen oberhalb des
innerhalb des Bereiches von etwa 1,7 bis 3,6 für diesen Korngrößenmaximums die geschlossene Struktur vor-
Wert. Es wird mit diesem Bereich nicht nur ein erheb- 35 herrschen.
licher Teil der wichtigen Verhältniswerte für die Mole- Das Schüttgewicht wird durch Korngröße und
kularsiebe erfaßt, es wird darüber hinaus ein wichtiger Porenstruktur bestimmt. Wegen der unterschiedlichen
Bereich für andere Materialien geschaffen. Wesentlich Dichte der erfindungsgemäß herstellbaren Fällungsist dabei weiterhin, daß durch die Eigenart des neuen produkte ist es durchaus möglich, zwei verschiedene
Verfahrens die Fällungsprodukte nicht etwa ein Ge- 40 Produkte herzustellen, die zwar gleiche Korngröße,
misch verschiedenartigster Zusammensetzungen dar- aber doch ein unterschiedliches Schüttgewicht bestellen,
das nur in seinem Mittelwert einem jeweiligen sitzen. Das eine ist dann das mehr poröse Material das
bestimmten Verhältnis von SiOJAI2O3 entspricht, andere das dichte geschlossene Material,
sondern daß die erfincungsgemäßen Fällungsprodukte Diese physikalischen Eigenschaften können wiederin sehr enger Schwankungsbreite dem Mittelwert aus 45 um weitgehend in Produkten unterschiedlicher chemieiner Fällung entsprechen. setter Zusammensetzungen eingestellt werden, wo-
sondern daß die erfincungsgemäßen Fällungsprodukte Diese physikalischen Eigenschaften können wiederin sehr enger Schwankungsbreite dem Mittelwert aus 45 um weitgehend in Produkten unterschiedlicher chemieiner Fällung entsprechen. setter Zusammensetzungen eingestellt werden, wo-
Der Kornaufbau oder die physikalische Korn- durch sich eine breite Variationsmöglichkeit für die
beschaffenheit läßt sich in verschiedene Eigenschaften neuen Verfahrensprodukte ergibt,
unterteilen.
unterteilen.
Zunächst ist hier de Korngröße zu nennen. Durch 5° Die Variation der Eigenschaften im Produkt
Anpassung der Verfahrensbedingungen gelingt es hier, A Die Variation
den Bereich von etwa 0,05 bis 50 μ zu erfassen. Wichtig in der chemischen Zusammensetzung
ist das vor allen Dingen sowohl fur die sehr kleinen
ist das vor allen Dingen sowohl fur die sehr kleinen
Teilchen, also beispielsweise die Teilchen unter 0,5, Wie bereits angegeben, ist das Verhältnis von SiO8/
vorzugsweise unter 0,1 μ; wichtig und ein Überschuß 55 Al2O8 im Fällungsprodukt unabhängig von dem Verüber
die bisherigen Möglichkeiten ist weiterhin aber hältnis des Aiuminatgehaltes zum Silikatgehalt in den
auch die Schaffung von Materialien oberhalb 10 μ, Ausgangslösungen. Der sich jeweils einstellende Wert
beispielsweise in der Größenordnung von 20 bis 30 μ. für dieses Verhältnis wird vielmehr bestimmt durch
Hier werden bisher rur sehr viel umständlicher oder die Verfahrenstemperatur, durch den Alkaligehalt in
gar nicht gleichwertig erhältliche Ergebnisse geschaffen. 6» den Ausgangslösungen, durch die Fällungsdaaer, und
Neben der Korngröße sind es insbesondere die damit in Verbindung durch die Rührintensität, sowie
Porenstruktur und die hier gegebenen Variations- schließlich durch die Verdünnung,
möglichkeiten. die für das neue Verfahren bestimmend Es gelten hierbei die folgenden allgemeinen Regeln:
sind. Es können hier zwei grundsätzliche Typen unter- Die Erhöhung der Fälldngstemperatur führt zu einer
schieden werden. Das eine Material ist hochporös mit 65 Erniedrigung des SiO,-Gehahes im Fällungsprodukt,
einer großen »inneren Oberfläche«, das andere Material umgekehrt bringt die Senkung der Fällungstemperatur
zeigt einen geschlossenen dichten Kornaufbau und be- den Anstieg des Verhältnisses von SiOj'AljOj. Diese
sitzt dementsprechend eine sehr viel geringere Ober- Regelmäßigkeit läßt sich erkennen, wenn man alle
11 <Γ 12
sonstigen Verfahrensvariablen konstant hält und nur bis zum Erreichen eines Maximums fort und fällt dann
die Verfahrenstemperatur verändert. Das Entspre- mit weiter ansteigenden Temperaturen mehr oder
chende gilt für die Darstellung der Gesetzmäßigkeiten weniger rasch wieder nach unten ab. Es handelt sich
der anderen Fällungsparameter. hier um das bereits mehrfach erwähnte Korngrößen-
An der nächsten Stelle der Wichtigkeit steht hier der 5 maximum bzw. die dazu gehörige Temperatur oder
Alkaligehalt, wobei schon vorher ausgeführt wurde, den entsprechenden Temperaturbereich. Die Ausbildaß
es weniger auf den Gesamtalkaligehalt ankommt dung dieses temperaturabhängigen Korngrößenmaxials
vielmehr auf die Verteilung des Alkalis auf die Aus- mums und die Ermittlung der jeweiligen Temperatur
gangslösungen, die durch das Na2O/SiO2-Verhältnis bzw. des entsprechenden Temperaturbereiches ist für
bzw. das Na2O/AlaO3-Verhältnis gekennzeichnet ist. 10 das erfindungsgemäße Arbeiten nicht nur deswegen so
Allgemein gilt hier die Regel, daß ein steigender Alkali- besonders wichtig, weil es hier gelingt, besonders große
gehalt zu fallenden Werten des SiCV Al2O3-Verhält- Primat teilchen herzustellen, sondern insbesondere desnisses
im Fällprodukt führt. Besonders bedeutungsvoll wegen, weil sich die Fällungsprodukte rechts und links
ist der Alkaligehalt der eingesetzten Silikatlösung. vom Korngrößenmaximum, d. h. bei höheren und bei
Während sich die chemische Zusammensetzung bei 15 niederen Temperaturen, grundsätzlich in ihrer Struktur
Variation des Na2O/Al2O3-Verhältnisses in der vorge- unterscheiden, vgl. dazu das Vorhergesagte. Bei der
legten Aluminatlauge bis in hohe Werte hinein noch Steuerung der Produkteigenschaften im Sinne der
stets reproduzieren läßt — wenn auch diese Möglich- Erfindung wird also stets durch Fällungsvorversuche
keit mit steigendem Alkaligehalt mehr und mehr ein- die Lage des Korngrößenmaximums und der dazugegeschränkt
wird —, so wird die Steuerbarkeit der ao hörige Temperaturbereich zu ermitteln sein. Von bechemischen
Zusammensetzung durch Erhöhen des sonderer Bedeutung ist dabei, daß die labormäßige
Na2O/SiO2-Verhältnisses in dem zufließenden Silikat Fällung sich nicht anders als die großtechnische Fälrasch
stark eingeengt und kann für die praktische Her- lung verhält, so daß die entsprechenden Ermittlungen
stellung schon bei Werten über 0,4 weitgehend aufge- ohne Schwierigkeiten durchgeführt werden können,
hoben sein. as Einen weiteren starken Einfluß auf die Korngröße
Die Fällungsdauer hat eine gewisse, wenn auch eine hat der Alkaligehalt der Ausgangslösungen. Es gilt
vergleichsweise geringe Wirkung auf die chemische hier die allgemeine Regel, daß eine Erhöhung des
Zusammensetzung der Fällungsprodukte derart, daß Alkaligehaltes zu einer Korn vergröberung führt. Mit
mit einer Verlängerung der Fällungsdauer eine Er- steigenden Alkaligehalten verlagern sich dabei die
niedrigung des SiOa/A^Oä-Verhältnisses einhergeht. 30 Korngrößenmaxima in Richtung niedrigerer Fällungs-Auch
die Verdünnung der Ausgangslösungen hat einen temperaturen, was dazu führen kann, daß der abgewissen
Einfluß auf die chemische Zusammensetzung, steigende Ast nach Überschreiten des Korngrößen-
und zwar derart, daß der SiOg-Gehalt des Fällungs- maximums und die damit verbundenen physikalischen
Produktes mit zunehmender Konzentration der Aus- Eigenschaften der dichten Kornstruktur schon bei vergangslösungen
abfällt. 35 hältnismäßig niedrigen Temperaturen erreicht werden
Aus diesen Abhängigkeiten ergibt sich die für die kann. Zur Herstellung besonders großer Primär-Variation
der chemischen Zusammensetzung der teilchen, also beispielsweise solcher mit Durchmessern
Fällungsprodukte wesentliche technische Regel, daß über 10 μ, wird man dementsprechend hohe Alkaliman
zur Senkung des SiO2/Al2O3-Verhältnisses im gehalle wählen und gleichzeitig bei den Temperatur-Fällungsprodukt
innerhalb der angegebenen jeweiligen 40 werten arbeiten, die dem dazugehörigen Korngrößen-Bereiche
für die Verfahrensbedingungen die Fällungs- maximum entsprechen. Will man umgekehrt besonders
temperatur erhöht, den Alkaligehalt in den Fällungs- feinteilige Materialien herstellen, dann wird man den
lösungen erhöht, die Fällungsdauer verlängert und/ Alkaligehalt in den Ausgangslösungen gering halten
oder die Konzentration der Ausgangslösungen erhöht. und bei Temperaturen arbeiten, die nicht in den Be-Es
leuchtet ein, daß man nicht nur eine oder mehrere 45 reich des Korngrößenmaximums fallen. Man wird
dieser Maßnahmen im gleichen Sinne der Veränderung vielmehr Temperaturen wählen, die möglichst weit
einsetzen kann, sondern daß man auch wenigstens vom Korngrößenmaximum entfernt sind. Von besonzwei
dieser Maßnahmen im gegenläufigen Sinne ab- derem Interesse ist für die Herstellung sehr feinteiliger
wandeln kann. Hierdurch gelingt es dann, beispiels- Ausfällungen das Gebiet des absteigenden Kurvenverweise
eine unerwünschte Veränderung der chemischen 5° laufs nach Überschreitung des Korngrößenmaximums.
Zusammensetzung zu verhindern, gleichzeitig aber Man kann hier Korngrößen im Bereich von 30 bis
eine bestimmte Veränderung der physikalischen Korn- 60 ιπμ erreichen.
beschaffenheit hervorzurufen. Die Fäliungsdauer wirkt sich auf die Korngröße der-
. . art aus, daß eine Veriängerui.g der FäBuag zn einer
B. Die Variation 55 Komvergröberung führt. Dieses Ergebnis entspricht
des physikalischen Kormufbaus dcn Erwartungen. Man kana im Rahmen des erfro-
AIs erstes sei hier die Korngröße betrachtet. Die dungsgemäßen Verfahrens auch hiervon Gebrauch
w .chtigsten Veränderlichen für ihre Variation sinJ die machen und wird also beispielsweise bei der Aas-Fällungstemperatur,
der Alkaligehalt in den Aas- fällung von besonders feinen Produkten nicht unnötig
gangslösungen und die Fäliungsdauer. Auch die Ver- 60 lange Fällungszeiten wählen,
dünnunp hat einen gewissen Einfluß. Eine zunehmende Verdünnung der Ausgangslösung
dünnunp hat einen gewissen Einfluß. Eine zunehmende Verdünnung der Ausgangslösung
Eine besonders anerwartete Einwirkung auf die führt zu einer Verschiebung des TeilchengröOeninaxi-
Korngröße hat die Fällungstemperatur. Trägt man die mums zu höheren Temperaturen. Das kanu bei starken
Korngröße gegen die Temperatur in einem Diagramm Verdünnungen daza führen, daß das TeScbeegrööen-
auf, so bildet sich in alter Regel eine unstetige Kurve 65 maximum jenseits der Grenze von 10O0C Be^, so daß
aus, die bei tiefen Temperataren beginnend mit an- über den gesamten Arbeitsbereich aof dem aofsteigen-
stcigender Temperatur zunächst eine Zunahme der den Ast vor dem Teilchengrößenmaxhnam gearbeitet
Korngröße mit sich bringt. Diese Zunahme schreitet werden kann. Neben der Korngröße spielt die schon
Vor Erreichendes | Schütt | Maximums | Nach überschreiten | - Schutt | des |
gewicht | Maximums | gewicht | |||
Fällungs- | BET- | Fällungs | BET- | ||
tempe | (g/l) | Ober- | tempe | (g/l) | Ober- |
ratur | 516 | fläche | ratur | 188 | fläche |
(0C) | 580 | (m'/g) | (5C) | 130 | (ml/g) |
25 | 596 | 155,7 | 70 | 120 | 21,9 |
30 | 620 | 130,0 | 75 | 112 | 33,7 |
40 | 11,1 | 80 | 49,0 | ||
45 | 2,9 | 90 | 43,5 | ||
13 »14
häufig erwähnte Porosität eine wichtige Rolle. Mit variieren. Zur Herstellung von Produkten mit hohem
anderen Worten handelt es sich hier um die Entschei- SiOs-Gehalt (mehr als 2,5 Mol SiO1) müssen niedrige
dung, ob mehr gelartige poröse Fällungsprodukte oder Fällungstemperaturen eingehalten werden. Diese Temfestgeschlossene
Körner erhalten werden sollen. peraturen müssen um so niedriger sein, je mehr man
Die entscheidende Verfahrensvariable ist hier die 5 sich der Grenze von 3,6 Mol SiO4 nähert. Die Moghch-FäUungstemperatur.
Es ist jeweils das Korngrößen- keit zur Variation der Korngröße wird dabei natürlich
maximum unter den gewählten Verfahrensbedingungen mehr und mehr eingeschränkt. Gleichzeitig sind mit
festzustellen. Man hat dann die Wahl, auf dem an- abnehmender Fällungstemperatur die Fällungsprosteigenden
oder dem absteigenden Ast bei Tempe- dukte mehr und mehr porös. Es kann aus diesem
raturen unterhalb des Korngrößenmaximums bzw. io Grunde ein Gebiet erreicht werden, in dem es nicht
darüber zu arbeiten. Die Ausfällung bei niedrigeren mehr möglich ist, porenfreie Silikate mit mehr als 2,8
Temperaturen führt zu den ho';hporösen Fällungspro- bis 3 Mol SiOa je Mol Al2O3 herzustellen. Erst mit
dukten. Das Arbeiten bei Temperaturen oberhalb des steigender Arbeitstemperatur werden die Variations-Korngrößenmaximums
liefert die geschlossenen dich- möglichkeiten hinsichtlich der Korngröße und Porenten
Produkte. Die porösen Produkte haben gegenüber 15 struktur bei gleichbleibender chemischer Zusammenden
geschlossenen Produkten eine sehr viel größere Setzung der Fällungsprodukte wieder zunehmend er-Oberfläche.
Das sei an einem Zahlenbeispiel aufge- weiten. Umgekehrt ist die Herstellung eines porösen
zeigt, in dem Schüttgewichte mit den entspiechenden Silikats mit beispielsweise 1,8MoI SiO3 nicht ohne
spezifischen Oberflächen in Abhängigkeit von der weiteres möglich, da zu seiner Herstellung Tempejeweiligen
Fällungstemperatur zusammengestellt sind: 20 raturen erforderlich sind, welche jenseits des Korngrößenmaximums
liegen. Man kann allerdings durch Variation dei anderen Versuchsparameter hier eine
Abhilfe erreichen.
Im Bereich mittlerer und höherer Fällungstempe-25 raturen und mittlerer bis geringer SiOs-Gehalte besteht
weitgehend Unabhängigkeit zwischen chemischer Zusammensetzung und Korngröße.
Aus den zahlreichen Variationsmöglichkeiten, die das neue Verfahren bietet, seien drei typische Ziel-30
Setzungen genannt, die den Bereich eingrenzen:
1. Die Herstellung besonders feiner
geschlossener Teilchen
geschlossener Teilchen
Trotz wesentlich höherer Schüttgewichte sind die Es wird bei Temperaturen jenseits des Teilchenspezifischen
Oberflächen vor Erreichen des Maximums 35 größenmaximums, und zwar bei möglichst hohen Tembeträchtlich
höher als nach dessen Überschreitung. peraturen, gearbeitet. Gleichzeitig wird vorzugsweise
Das Gebiet der besten Variabilität wird bei niederen der Alkaligehalt in den unteren Bereichen gehalten.
Alkaliwerten sowohl in der Natriumsilikat- als auch in . tJ „ , , , x .,„.„
der Natriumaluminatlösung erreicht. Dieses auch für 2· Die Herstellung besonders grober Teilchen
einen hohen Abscheidungsgrad der Kieselsäure gün- 40 Man arbeitet mit vergleichsweise hohen Alkalistige Arbeiten kann allerdings in anderen Fällen unge- gehalten und dem Temperaturbereich der Teilcheneignet sein, wenn nämlich beispielsweise Molekular- größenmaxima.
Alkaliwerten sowohl in der Natriumsilikat- als auch in . tJ „ , , , x .,„.„
der Natriumaluminatlösung erreicht. Dieses auch für 2· Die Herstellung besonders grober Teilchen
einen hohen Abscheidungsgrad der Kieselsäure gün- 40 Man arbeitet mit vergleichsweise hohen Alkalistige Arbeiten kann allerdings in anderen Fällen unge- gehalten und dem Temperaturbereich der Teilcheneignet sein, wenn nämlich beispielsweise Molekular- größenmaxima.
siebe im »Eintopfverfahren« hergestellt werden sollen. , _.. „ „ . . „ , .
Es ist bekannt, daß man die Molekularsiebe durch 3· Die »stellung gelartiger Produkte
Kristallisation der amorphen Fällungsprodukte ?n 45 Das Arbeiten bei sehr niedrigen Temperaturen, beialkalischer Lösung erhalten kann. Hierzu müssen be- spielsweise Zimmertemperatur, liefert in der Regel gelstimmte Mindestwerte der Alkalität eingestellt werden. artige Produkte, die als Bindemittel verwendet werden Wird so etwas erfindungsgemäß gewünscht, dann kann können. Die Entstehung des Gels wird unterstützt auch das unter Berücksichtigung der sich daraus ab- durch einen möglichst niedrigen Alkaligehalt,
leitenden Verschiebungen in den Produkteigenschaften 50 In allen Fällen werden die anderen Reaktionserfolgen, variablen im angegebenen Sinne angepaßt, um das an-
Es ist bekannt, daß man die Molekularsiebe durch 3· Die »stellung gelartiger Produkte
Kristallisation der amorphen Fällungsprodukte ?n 45 Das Arbeiten bei sehr niedrigen Temperaturen, beialkalischer Lösung erhalten kann. Hierzu müssen be- spielsweise Zimmertemperatur, liefert in der Regel gelstimmte Mindestwerte der Alkalität eingestellt werden. artige Produkte, die als Bindemittel verwendet werden Wird so etwas erfindungsgemäß gewünscht, dann kann können. Die Entstehung des Gels wird unterstützt auch das unter Berücksichtigung der sich daraus ab- durch einen möglichst niedrigen Alkaligehalt,
leitenden Verschiebungen in den Produkteigenschaften 50 In allen Fällen werden die anderen Reaktionserfolgen, variablen im angegebenen Sinne angepaßt, um das an-
Das technische Handeln im Sinne des erfmdungsge- gestrebte Ziel optimal zu erreichen,
mäßen Verfahrens sieht somit die zweckgerechte Ab- Die erfindungsgemäßen Verfahrensprodukte sind Stimmung der hier aufgeführten Verfahrensvariablen technisch von großem Interesse. So können die hochunter Berücksichtigung der prinzipiellen Abwand- 55 dispersen Silikate mit großer Oberfläche vorzüglich als lungsrichtungen vor, die die jeweilige Veränderung aktive Füllstoffe, z. B. in der Kautschukindustrie, eineiner Verfahrensvariablen mit sich bringt. Das Ergeb- gesetzt werden. Auch in der Papierindustrie und als nis ist die gezielte Herstellung an sich bekannter, aber Zusatz zu Dispersionsfarben ist das Material besonauch neuartiger Produkte nach einem neuen Verfahren, ders geeignet, da es auf Grund seines wesentlich höhedas sich durch eine zuverlässige Reproduzierbarkeit 60 ren AljOs-Gehaltes den handelsüblichen Produkten auszeichnet. hinsichtlich einiger wesentlicher optischer Eigen-
mäßen Verfahrens sieht somit die zweckgerechte Ab- Die erfindungsgemäßen Verfahrensprodukte sind Stimmung der hier aufgeführten Verfahrensvariablen technisch von großem Interesse. So können die hochunter Berücksichtigung der prinzipiellen Abwand- 55 dispersen Silikate mit großer Oberfläche vorzüglich als lungsrichtungen vor, die die jeweilige Veränderung aktive Füllstoffe, z. B. in der Kautschukindustrie, eineiner Verfahrensvariablen mit sich bringt. Das Ergeb- gesetzt werden. Auch in der Papierindustrie und als nis ist die gezielte Herstellung an sich bekannter, aber Zusatz zu Dispersionsfarben ist das Material besonauch neuartiger Produkte nach einem neuen Verfahren, ders geeignet, da es auf Grund seines wesentlich höhedas sich durch eine zuverlässige Reproduzierbarkeit 60 ren AljOs-Gehaltes den handelsüblichen Produkten auszeichnet. hinsichtlich einiger wesentlicher optischer Eigen-
Wenn auch eine weitgehende Unabhängigkeit zwi- schäften, ζ. B. im Deckvermögen, überlegen ist.
sehen chemischer Zusammensetzung und physikali- R . . . .
scher Kornbeschaffenheit, insbesondere Korngröße, Beispiel ι
besteht, so sind doch in den Grenzbereichen bestimmte 65 Dieses Beispiel zeigt die Abhängigkeit der chemi-
Einschränkungen zu berücksichtigen. So ist es z. B. sehen Zusammensetzung, des Schüttgewichts und der
schwierig, die Korngröße im gesamten angegebenen spezifischen Oberfläche der Fällungsprodukte sowohl
Gebiet von 1,7 bis 3,6 Mol SiO2ZMoI Al2O3 beliebig zu von der Fällungstemperatur als auch vom Alkaligehalt
η der Silikatlösung unter Konstanthaltung des Alkaligehaltes
in der AlumLnatlösung.
Zu diesem Zweck werden verschiedene Versuchsreihen mit den nachfolgend näher bezeichneten Ausgangslösungen
durchgeführt. Ais Umsetzungsgefäß dient ein zylindrischer Eisenbehälter mit einem Fassungsvermögen
von 60 Liter, welcher mit einem Turbinenrührwerk variabler Umdrehungszahl ausgestattet
ist. Die Temperatur wird mittels elektrischer Tauchsieder auf den gewünschten Wert eingestellt und während
des Versuchs durch eine Regelvorrichtung auf ±1CC konstant gehalten. Die Fällungslösung (Wasserglas-Lösung)
wird mit der gewünschten Geschwindigkeit in die im Fällungsbehälter vorgelegte Aluminatlösung
in der Weise eingetragen, daß der Flüssigkeitsstrahl stets in das Zentrum des durch Rührwirkung
hervorgerufenen Rührkegels gelenkt wird. Nach beendeter Fällung wird über eine Vakuumnutsche nitriert
und mit Kondensat (destilliertes Wasser) so lange gewaschen, bis das abfließende Filtrat nur noch schwach
alkalisch ist. Der Filtrationsrückstand wird dann in einem Umlufttrockenschrank über Nacht bei HO0C
getrocknet und nach dem Zerkleinern in einer Reibschale und anschließender Siebung durch ein 200-Maschen-Sieb
der chemischen Analyse und der physikalischen Prüfung unterworfen.
Als Aluminatlösung dient bei diesen Versuchsreihen stets eine Lösung, in welcher Natrium und Aluminium,
berechnet als Na2O bzw. Al2O3 in einem molaren Verhältnis
von Na8O : Al2O3 = 1,96:1 vorliegen. Die
Aluminatlösung, von der jeweils 27 Liter vorgelegt werden, hat eine Konzentration an Al2O3 von 64 g/l.
Als Silikatlösung dient für die jeweilige Versuchsreihe eine Lösung, deren Zusammensetzung aus der
folgenden Übersicht hervorgeht, wobei jeweils ebenfalls 27 Liter dieser Lösung eingesetzt werden.
Eingesetzte
Silikatlösung
für Versuchsreihe
Silikatlösung
für Versuchsreihe
Gehalt an Silikat,
ber. als SiO1
(g/l)
ber. als SiO1
(g/l)
Molares Verhältnis
Na,O/SiO,
Na,O/SiO,
75
75
75
75
75
75
75
0,97
0,80
0,63
0,28
0,80
0,63
0,28
Bei allen Versuchsreihen wird mit 3000UpM gerührt
und eine Fällungsdauer von 1 Stunde eingehalten.
Die bei den einzelnen Versuchsreihen anfallenden Produkte werden hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung,
des Schüttgewichts und der spezifischen Oberfläche (bestimmt nach der BET-Methode) analysiert.
Die nachfolgende Tabelle I zeigt die Werte, die man bei der Bestimmung der chemischen Zusammensetzung
der Fällungsprodukte erhält.
Tabelle I
(siehe Fig. 1)
(siehe Fig. 1)
Fällungs- Molares Verhältnis SiOt/AljO, der Fällungsprodukte
tempe- Versuchsreihe
ratur
ratur
(0C) 12 3 4
15 | 2,38 | 2,39 | 2,58 | 3,40 |
25 | 2,02 | 2,16 | 2,16 | 3,16 |
30 | — | — | 2,92 | |
40 | 1,84 | — | 1,88 | 2 70 |
50 | 2,03 | 2,03 | — | 2,40 |
60 | 1,90 | 1,91 | 1,97 | 2,36 |
65 | — | 2,23 | ||
70 | — | 1,90 | 2,03 | 2,10 |
75 | — | — | — | 2,09 |
80 | 1,90 | 1,84 | 1,96 | 2,07 |
90 | 1,72 | 1,78 | 1,96 | 2,08 |
Die vorstehenden Ergebnisse (s. auch F i g. 1) zeigen, daß sowohl mit steigender Fällungstemperatur als
auch mit steigendem Alkaligehalt in der zugegebener Silikatlösung der Kieselsäuregehalt der Fällungsprodukte
abnimmt.
Die nachfolgende Tabelle Ii zeigt die Werte, die be
der Bestimmung des Schuttgewichts in g/l (s. Quer
spalte a) und der Spezifiken Oberfläche nach BET ii
m2/g (s. Querspalte b) erhalten wurden.
(siehe F i g. 2 und 3)
Fällungstemperatur
Schüttgewicht (a) bzw. spezifische Oberfläche (b) der Fällungsprodukte
Versuchsreihe
1 | b | 2 | b | 3 | b | 4 | b |
a | 11,4 | a | 10,8 | a | 51,7 | a | 133 |
430 | 1,3 | 438 | 4,6 | 476 | 1,7 | 328 | 156 |
280 | — | 674 | — | 390 | 566 | 130 | |
15,5 | — | 6,5 | 1,6 | 580 | i:,i | ||
204 | 23,6 | 419 | 30,4 | 535 | 696 | 2,4 | |
140 | — | 172 | — | — | 782 | 2,1 | |
— | 31,6 | — | — | 24,8 | 924 | 0,4 | |
120 | 142 | 176 | 700 | 1,9 | |||
— | 30,9 | 32,4 | 39,3 | 560 | 21,9 | ||
100 | — | 112 | 122 | 188 | 33,7 | ||
— | 26,9 | — | 34,7 | — | 30,3 | 130 | 49.0 |
108 | 23,7 | 108 | 37,4 | 125 | 39,4 | 120 | 43.5 |
99 | 138 | 136 | 112 | ||||
15
25
30
40
50
55
60
65
70
75
80
on
25
30
40
50
55
60
65
70
75
80
on
18
ü£?ir
ta *,
ersichtlich, daß bei der Versuchsreihe 1 (höchster
Alkaligehait in der Silikatlösung) das Maximum des Schüttgewichis außerhalb des untersuchten Temperaturgebiets
hegt
Entsprechend den Maxima der Schuttgewichte treten bei den spezifischen Oberflächen Minima auf
(s. Tabelle II in Verbindung mit F i g. 3).
B e i s ρ i e 1 2
Dieses Beispiel zeigt die Abhängigkeit der chemischen Zusammensetzung, des Schöttgewichts und der
spezifischen Oberfläche der Fällungsprodukte sowohl vom der Fällungstemperatur als auch dem Alkaligehalt
der Aluminaüösung unter Konstanthaltung des Alkaligehalts in der Silikatlösung.
Die Durchführung dieser Versuchsreihen erfolgt gemaß
Beispiel 1, aber mit der Abänderung, daß man
^3rES55siss?ssi
27 Liter dieser Losungen eingesetzt weruen.
tzte | Gehalt an Aluminat | Molares |
AtoSaatlösung | ber. als AIjO1 | Verhältnis |
für Versuchsreihe | (g/1) | Na.O/Al.O, |
5 | 67 | 6,32 |
6 | 67 | 4,99 |
15 7 | 67 | 4,32 |
8 | 67 | 3,64 |
9 | 64 | 1,96 |
m | 64 | 1,36 |
Die nachfolgende Tabelle ΠΙ zeigt die erhaltenen
Werte, die bei der Bestimmung der chemischen Zusammensetzung
der Fallungsprodukte erhalten worden sind.
Tabelle | III | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
(siehe F | ig-4) | 3,12 | 3,40 | 3,66 | |||
Fällungs- | 2,30 | 2,42 | 2,56 | 2,80 | 3,16 | — | |
_ | 2,48 | 2,92 | — | ||||
1,82 | 2,00 | 1,97 | 2,18 | 2,70 | 2,83 | ||
1,68 | 1,94 | 1,74 | 2,00 1,97 1,85 |
2,40 | 2,60 | ||
Molares Verhältnis SiOJAl2O3 der Fällungsprodukte | 1,67 | 1,65 | 1,80 | — | 2,36 | 2,37 | |
temperatur Versuchsreihe | __ | 1,75 | 2,23 | ||||
(0C) | 1,78 | 1,67 | 1,78 | 1,88 | 2,10 | 2,26 | |
15 | 1,92 | 2,09 | — | ||||
25 | 1,71 | 1,71 | 1,73 | 1,93 | 2,07 | 2,16 | |
30 | 1,74 | 2,08 | 2,03 | ||||
40 | |||||||
50 ff |
|||||||
Dj 60 |
|||||||
65 | |||||||
70 | |||||||
75 | |||||||
80 | |||||||
90 |
Die vorstehenden Ergebnisse zeigen, daß sowohl Die nachfolgende Tabelle IV zeigt die Werte, die be
mit steigender Fällungstemperatur als auch mit steigen- 45 der Bestimmung des Schüttgewichts in g/l (s. Quer
dem Alkaligehalt in der vorgelegten Aluminatlösung spalte a) und der spezifischen Oberfläche nach BET ii
der Kieselsäuregehalt der Fällungsprodukte abnimmt. ma/g (s. Querspalte b) erhalten worden sind.
(siehe F i g. 5 und 6)
Fällungs | Schüttgewicht (a) | bzw. spezifische Oberfläche <b) der Fällungsprodukte | 9 | b | 10 | b |
temperatur | Versuchsreihe | a | a | |||
5 6 | 7 8 | |||||
(0O | aba | b a b a b | ||||
15 | — | — | — | — | — | — | 302 | 158,8 | 3,9 | 328 | 133 | 374 | 180,9 | 2,04 | — |
25 | 360 | 0,23 | 212 | 2,30 | 492 | 8,52 | 450 | 32,0 | 3,9 | 566 | 156 | — | — | 42,9 | |
30 | — | — | — | _ | 534 | 9,1 | 580 | 130 | — | — | |||||
40 | 620 | 0,28 | 604 | 0,27 | 694 | 0,72 | 600 | 0,1 | 696 | 11,1 | 588 | 95,1 | 92,4 | ||
50 | 558 | 0,26 | 666 | 0,12 | 764 | 0,32 | 726 | 0,4 | 782 | 2,4 | 584 | 40,0 | 75,2 | ||
55 | — | — | — | 690 | 0,2 | 924 | 2,1 | — | |||||||
60 | 716 | 0,18 | 874 | 0,23 | 824 | 690 | 0,2 | 700 | 0,4 | 578 | |||||
65 | — | — | — | — | — | — | 560 | 1,9 | — | ||||||
70 | 798 | 0,21 | 838 | 10,20 | 790 | 0,26 | 716, | 0,03 | 188 | 21,9 | 334 | ||||
75 | — | — | — | — | 318 | 130 | 33,7 | ||||||||
80 | 758 | 0,12 | 844 | 16,50 | 684 | 0,39 | 308 | 120 | 49,0 | 204 | |||||
90 | 700 | 0.22 | — | — | — | — | 168 | 112 | 43,5 | 132 |
Wie aus Tabelle IV in Verbindung mit den F i g. 5 Tabelle V
und 6 hervorgeht, treten ähnlich wie im Beispiel 1
Schüttgewichtsmaxima bzw. Oberflächenminima auf. Von einem gewissen Alkaligehalt an aufwärts (vgl.
Versuchsreihen 7, 6 und 5) sind die Maxima bzw. Minima weniger ausgeprägt, so daß in diesem Falle
die Steuerbarkeit von Schüttgewiciit und spezifischer Oberfläche eingeschränkt ist.
Dieses Beispiel zeigt, daß bei Verwendung einer Silikatlösung mit relativ hohem Alkaligehalt (Na2O/
SiO = O 63) einerseits und einer Aluminatlösung mit
ebenfalls' hohem Alkaligehalt (Na2O/Al2O3 = 3,66)
andererseits die Steuerbarkeit der chemischen Zusammensetzung nahezu aufgehoben ist, während eine
Beeinflussung des Schüttgewichts und ter spezifischen
Oberfläche noch möglich ist. »°
Bei der Durchführung dieses Beispiels arbeitet man gemäß der Verfahrensweise des Beispiels 1 bei verschiedenen
Temperaturen, wobei man bei den einzelnen Versuchen die folgenden Lösungen einsetzt:
25 271 Silikatlösung:
SiO2-Gehalt = 75 g/l,
molares Verhältnis Na2O/SiO2 = 0,63.
Fällungs | Schütt | BET-Oberfläcbe | Molares |
temperatur | gewicht | Verhältnis des | |
Fällungs- | |||
produkts | |||
CO | (g/l) | (mVe) | SiOJAl1O, |
25 | 443 | 0,51 | 2,08 |
40 | 640 | 0,32 | 1,79 |
50 | 594 | 0,86 | 1,73 |
60 | 354 | 4,43 | 1,79 |
70 | 212 | 10,91 | 1,80 |
80 | 162 | 11,45 | 1,73 |
90 | 250 | 3,58 | 1,93 |
Dieses Beispiel zeigt die Abhängigkeit der chemischen Zusammensetzung und des Schüttgewichts der
Fällungsprodukte von der Konzentration der Ausgangslösungen und den Fällungstemperaturen.
Die Verfahrensweise entspricht der im Beispiel 1 beschriebenen. Zur Durchführung der Versuchsreihen
wurden jeweils die folgenden Ausgangslösungen kombiniert, wobei bei allen vier Versuchsreihen das molare
Verhältnis Na2O/SiO2 = 0,28 in der Silikatlösung und
das molare Verhältnis Na2OZAl2O8 = 1,96 in der
Aluminatlösung konstant gehalten wurde.
Aluminatlösung
ΑΙ,Ο,-Gehalt
(g/l)
Silikatlösung
SiOj-Gehalt
(g/D
271 Aluminatlösung: | F und 8) | = 3,66. | 11 12 |
14 32 |
Chemische Zusammensetzung und Schüttgewicht der Fällungsprodukte | Schütt | 12 | Schütt | 13 | Schütt | 16 37 |
14 | Schütt |
Al2O3-GeImIt = 67 g/l, | 13 | 64 | Versuchsreihe | gewicht | Chemische | gewicht | Chemische | gewicht | 75 | Chemische | gewicht | ||
14 | 130 | 11 | Zusammen | Zusammen | 120 | Zusammen | |||||||
Chemische | setzung | setzung | setzung | ||||||||||
molares Verhältnis Na2O/Al2Os = | Zusammen | (g/0 | SiO8/ Al1O1 | (g/l) | εϊΟ,/ΑΙ,Ο, | (g/l) | SiO,/Al1O, | (g/l) | |||||
Tabelle VI | setzung | 178 | 294 | 328 | 394 | ||||||||
(siehe F i g. 't | SiO,/AltO, | 216 | 3,22 | 418 | 3,40 | 566 | 2,50 | 422 | |||||
Fällungs | — | 3,16 | 416 | 3,16 | 580 | 2,61 | — | ||||||
temperatur | 3,29 | — | 3,04 | 2,92 | — | — | 496 | ||||||
2,86 | 288 | _ | 578 | 696 | 2,3b | — | |||||||
— | __ | 2,89 | 2,70 | — | — | 730 | |||||||
— | 362 | 600 | 782 | 2,07 | 696 | ||||||||
2,79 | 410 | 2,58 | 780 | 2,40 | 700 | 1,96 | — | ||||||
472 | 2,32 | 678 | 2,36 | 188 | — | 168 | |||||||
("C) | 2,70 | 526 | 2,22 | 540 | 2,10 | 120 | 1,80 | 142 | |||||
15 | 2,35 | 570 | 2,18 | 102 | 2,07 | 112 | 1,85 | — | |||||
25 | 2,28 | 2,20 | 2,08 | 1,84 | |||||||||
30 | 2,15 | ||||||||||||
35 | 2,23 | ||||||||||||
40 | |||||||||||||
45 | |||||||||||||
50 | |||||||||||||
60 | |||||||||||||
70 | |||||||||||||
80 | |||||||||||||
90 | |||||||||||||
Die Tabelle VI zeigt in Verbindung mit F i g. 7, daß das molare Verhältnis SiO2/Al2O3 der Fällungsprodukte
mit zunehmender Verdünnung im Sinne einer Zunahme des SiO2-Anteils verschoben wird. Dieser
Effekt wirkt sich im Bereich sehr großer Verdünnung nicht mehr merklich aus, so daß die Kurven der Versuchsreihen
11 und
identisch werden.
Ferner zeigt die
identisch werden.
Ferner zeigt die
12 innerhalb der Fehlergrenze Tabelle VI in Verbindung mit F i g. 8, daß das Maximum des Schüttgewichts mit ansteigender
Verdünnung der Ausgangslösungen zu höheren Temperaturen verschoben wird.
Dieses Beispiel zeigt den Einfluß der Fällungsdauer auf die Schüttgewichte der Fällungsprodukte im Temperaturbereich
zwischen 25 und SO0C.
Man arbeitet wie im Beispiel 1 beschrieben, aber mit
der Abänderung, daß in den einzelnen Versuchsreihen stets die gleichen Silikat- und Aluminatlöbimgen
eingesetzt werden.
Tabelle VIII
(siehe F i g. 10)
(siehe F i g. 10)
Rührung
(UpM)
(UpM)
Schüttgewicht
(g/l)
BET-Oberfläche Fällungsprodukt Molverhältnis
500 | 196 | 30,1 | 2,28 |
900 | 616 | 1,2 | 2,36 |
1200 | 680 | 0,6 | 2,40 |
1700 | 732 | 0,48 | 2,31 |
3000 | 782 | — | 2,41 |
Silikatlösung:
SiOjfGehalt = 75 g/l,
molares Verhältnis Na2OZSiO8 = 0,28.
Aluminatlösung:
Al2O3-Gehalt = 64 g/l,
molares Verhältnis Na2O/AIjO3 = 1,96. Aus der vorstehenden Tabelle VIII in Verbindung
mit F i g. 10 erkennt man, daß die Rührintensität be-Die folgende Tabelle VII zeigt die erhaltenen Werte. 15 sonders im Bereich unterhalb etwa 1500UpM einen
erheblichen Einfluß auf das Schüttgewicht bzw. die
T h Il VTT spezifische Oberfläche der Fällungsprodukte ausübt.
a Die chemische Zusammensetzung dagegen ist von der
(siehe Fig. 9) Rührintensität weitgehend unabhängig.
B e i s ρ i e 1 7
Dieses Beispiel zeigt den unterschiedlichen Einfluß der Fällungsrichtung auf die chemische Zusammensetzung
der Fällungsprodukte.
Man arbeitet nach der im Beispiel 1 beschriebenen Verfahrensweise. Die Fällungsdauer beträgt jeweils
5 Stunden, die Fällungstemperatur jeweils 700C und die Rührintensität jeweils 3000 UpM.
Bei beiden Versuchen werden je 27 1 der gleichen Ausgangslösungen eingesetzt.
Eingesetzte Aluminatlösung:
Al2O3-Gehalt = 27 g/l,
molares Verhältnis Na2O/Al2O8 = 1,96.
Al2O3-Gehalt = 27 g/l,
molares Verhältnis Na2O/Al2O8 = 1,96.
Eingesetzte Silikatlösung:
SiO,-Gehalt = 51 g/l,
molares Verhältnis Na2O/SiO2 = 0,28.
SiO,-Gehalt = 51 g/l,
molares Verhältnis Na2O/SiO2 = 0,28.
Zur Analyse wurden während der Ausfällung Proben entnommen.
a) Zugabe von Aluminatlösung zu vorgelegter Silikatlösung
Fällungs temperatur |
Versuchsreihe 15 16 |
17 | 18 | 19 |
Fällungsdauer 1,5' V.h |
V8 h | lh | 5h | |
Schüttgewichte | ||||
(0C) | (g/l) | |||
25 50 80 |
154 304 134 454 200 190 |
340 562 116 |
426 782 120 |
582 844 134 |
Die vorstehende Tabelle VII zeigt in Verbindung mit F i g. 9, daß mit steigender Fällungsdauer die Schüttgewichtsmaxima
der Fällungsprodukte zu höheren Werten verschoben werden.
Dieses Beispiel zeigt insbesondere den Einfluß der Rührintensität auf das Schüttgewicht des Fällungsproduktes. Außerdem zeigt dieses Beispiel den Einfluß
der Rührintensität auf die chemische Zusammensetzung und die spezifische Oberfläche der Fällungsprodukte.
Man arbeitet wie im Beispiel 1 beschrieben, aber mit der Abänderung, daß in den einzelnen Versuchsreihen
stets die gleichen Silikat- und Aluminatlösungen eingesetzt werden.
Silikatlösung:
SiOfGehalt = 75 g/l,
molares Verhältnis Na2OSiOj = 0,28.
Tabelle IX | Pro Mol SiO1 | Ausfällung |
45 Fällungsprodukt | zugegebene Menge an | in% |
SiO./Al8O, | Al1O, in Mol | |
Al1OJSiO1 | ||
0,062 | 20 | |
50 4,99 | 0,12 | 40 |
4,19 | 0,19 | 60 |
3,60 | 0,25 | 80 |
3,38 | 0.31 | 100 |
V35 | ||
Aluminatlösung:
AljOj-Gehalt = 64 g/l,
molares Verhältnis
molares Verhältnis
b) Zugabe von Silikatlösung zu vorgelegter Aluminatlösung
1,96.
Fällungsprodukt
SiO,/Al1O*
SiO,/Al1O*
Pro Mol Al1O1
zugegebene Menge an SiO, in MoI
Ausfällung
Die Reaktionsdauer beträgt wie im Beispiel 1 stets 1 Stunde. Die FällungstemperatUT wird bei allen Versuchen
bei 500C gehalten. Die Rührintensität wird
variiert.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle VIII zusammengefaßt.
1,8 i | 0,64 | 20 |
1,85 | 1.28 | 40 |
1,77 | 1.93 | 60 |
1,76 | 2,57 | 80 |
1,86 | 3,21 | 100 |
Aus den Tabellen IX und X geht deutlich hervor, daß die chemische Zusammensetzung der Fällungsprodukte bei Zugabe der Silikatlösung im Verlaufe der
Ausfällung praktisch konstant bleibt, während im umgekehrten Fall, d. h. bei Zugabe der Aluminatlösung
zur Silikatlösung Fällungsprodukte erhalten werden,
die zu Beginn der Fällung ein relativ hohes SiC Verhältnis und gegen Ende der Fällung eii
niedriges SiOjj/Al2O3-Verhältnis aufweisen,
folgt, daß man chemisch einheitliche Fällungs] nur dann erhält, wenn man die Aluminatlös
legt und die Silikatlösung zugibt.
Hierzu 10 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Ks ohne dabei jedoch «ine wiederholbare Anweisung zuPatentanspruch: geben, auf welche Weise sowohl die chemischen alsauch die physikalischen Eigenschaften des Fällungs-Verfahren zur gelenkten Herstellung von Na- produktes zu steuern sind So wird es beispielsweise bis triumaluminiumsilikat - Fällungsprodukten mit 5 heute als gegeben hingenommen, daß bei -der Ausejoem vorbestimmten SiOi/AljO.,-Verhältnis iia fällung von Natriumaluminiumsilikaten aus Aluminate Bereich von etwa 1,7 bis 3,6 und/oder mit einer laugen Fällungsprodukte einer Teilchengröße von etwa vorbestimmten Korngröße im Bereich von etwa 1 bis 10 μ mit vorzugsweise einer mittleren Teilchen-0j05 bis 50 μ durch Umsetzung voü wäßrigen Na- größe im Bereich von 2 bis 5 μ entstehen. Die Technik triumaluminat- und Natriumsilikatlösungen, wobei io benötigt aber nicht nur Natriumaluminiumsilikate man die Natriiimaluminatlösung vorlegt und die dieser Größe, sowohl wesentlich kleinere als auch Natriuinsilikatlösung zufließen läßt, dadurch wesentlich größere Primärteilchen wären außerordentgekennzeichnet, daß man lieh erwünscht. Unter dem Begriff des Primärteilchensa) eine 0,15 bis 3,5 Mol SiOJl enthaltende Na- werdfn ^ die ^ß^^^f^ άϊ™\ £m triumsüikaUösuW mit unem Na8O/SiOrVer- *5 ^rodaea des ausgefällten Gutes durch einfachesZerhältnis unterhalb 0 5 einsetzt drücken oder Zerreiben erhalten werden. Um zub) SeTeine NaSumi^Ssung vorlegt, die "*«*- Teilchengrößen zu kommen, ist vorgeein N^O/AlA-Verhältnis unter 8 bei einem fblf&a ™aca> . Pnmar eilchen von knstaUinem Al-Gehalt von 0,05 bis 2,5 Mol Al2Oa/l auf- Zeohthpulver mit einer Teilchengröße ,«Bereich von weist * s/ ao 1 bis 10 μ einer intensiven Vermahlung in der Kugel-c) mit e^ncr Mindestzugabezeit für die sich aus mühle u zu unterwerfen. Auf diese Weise soll es möglich dem gewünschten SiO2/Al2O3-Verhältnis er- *e;n- *>1S au/ mitt!fre Teilchengroßen .m Bereich von gebende äquivalente Menge der Natrium- J;« ^ ^ * ™ k™men^ W.e mühsam e,n solches silikatlösur,g von etwa 30 Minuten, vorteilhaft Verfahren .st geht daraas hervor, daß schon zur Ver-1 bis 5 Stunden, arbeitet, as mah!ung auf den Te.lchendurchmesser vor. etwa 0,3 μeine litägige Behandlung in einer Kugelmühle notwährend der Zugabe intensiv durchmischt und da- wendig ist. Auf der anderen Seite wäre aber auch der bei die gewünschten chemischen und/oder physi- Zugang zu gröberen Natriumaluminiumsilikatteilchen kaiischen Eigenschaften der Fällungsprodukte als etwa 10 μ äußerst wünschenswert. Die Molekulardurch Wahl der Fällungstetnperatur im Bereich von 30 siebe haben in der heutigen chemischen Technik eine bis 100 C unter Abstimmung mit den anderen besondere Bedeutung in Verfahren, die in einem soge-Verfahrensvariablen derart bestimmt, daß man nannten Fließbett arbeiten, beispielsweise also im Wir-
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