DE2857424C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Calciumsilicat
oder eines zusammengesetzten Calciumsilicat/Gips-
Produkts durch allmähliche Zugabe eines wasserlöslichen Alkalisilicats
der Konstitutionsformel R₂O · SiO₂, worin R für
Natrium oder Kalium steht und l eine Zahl von 1,55 bis 6,5
ist, oder dessen wäßriger Lösung zu einer wäßrigen Suspension
von Gips und hydrothermale Umsetzung des erhaltenen Gemisches
unter erhöhtem Druck, wobei das Molverhältnis Gips/Alkalimetallsilicat
1,0 bis 1,5 beträgt und wobei die Menge an Wasser
die 100fache Gewichtsmenge des erhaltenen Calciumsilicats
nicht übersteigt. Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung
des so hergestellten Calciumsilicats bzw. zusammengesetzten
Calciumsilicat/Gips-Produkts als Träger für ein Adsorbens.
Calciumsilicat wird in großem Ausmaß für Baumaterialien,
Füllstoffe und dergleichen verwendet. Bekanntlich schließt
es hinsichtlich der Kristallform Xonotolit, Tobermorit, Gyrolit
etc. ein.
In der US-PS 29 66 441 wird ein hydratisiertes Calciumsilicat
mit niedriger Löslichkeit beschrieben, welches ein Gemisch
aus einer hydratisierten Calciumsilicatverbindung mit
niedriger Löslichkeit 2 CaO · 3 SiO₂ · 1-2,5 H₂O und wasserhaltigem
Siliciumdioxid darstellt, das von der Umsetzung einer wäßrigen
Aufschlämmung von Kalk mit einem kieselsäurehaltigen Material
mit einem Molverhältnis CaO/SiO₂ im Bereich von 0,05
bis 0,7 CaO zu 1 SiO₂ bei vorgewählter Temperatur und über
eine vorgewählte Zeitspanne resultiert. Das Calciumsilicat
dieser US-Patentschrift wird in der Weise hergestellt, daß
man die genannte wäßrige Aufschlämmung von Kalk und ein im
wesentlichen wasserunlösliches kieselsäurehaltiges Material
über eine vorgewählte Zeitspanne auf eine vorgewählte Temperatur
erhitzt. Die spezifische Schüttdichte und die Ölabsorptionsfähigkeit
dieses Produkts sind jedoch nicht zufriedenstellend.
Aus der US-PS 36 60 021 ist ein Verfahren zur Herstellung
eines Calciumsilicatprodukts durch Umsetzung einer Natriumsilicatlösung
mit einem Molverhältnis Na₂O/SiO₂ von 1 : 3,3
mit einer Gipsaufschlämmung bei Raumtemperatur bis 90°C bekannt.
Auch bei dem dadurch hergestellten Produkt sind die
spezifische Schüttdichte und die Ölabsorptionsfähigkeit
nicht zufriedenstellend.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die oben
beschriebenen Nachteile zu überwinden und ein Calciumsilicat
oder ein zusammengesetztes Calciumsilicat/Gips-Produkt
mit hoher spezifischer Schüttdichte und hoher Ölabsorptionsfähigkeit
zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung bei einem Verfahren
der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß man das genannte
Gemisch auf eine Temperatur von 150 bis 250°C erhitzt.
Als Erhitzungstemperatur wird eine Temperatur von 170 bis
210°C bevorzugt.
Je nach den Verhältnissen der Ausgangsmaterialien, den
Reaktionsbedingungen etc. kann das Calciumsilicat oder das
zusammengesetzte Calciumsilicat/Gips-Produkt in Form einer
Zusammenstellung von rosenblätterartigen Flocken erhalten
werden.
Es ist wichtig, daß das wasserlösliche Alkalisilikat oder
seine wäßrige Lösung zu der Gipssuspension gegeben wird und
daß die Zugabe so langsam wie möglich durchgeführt wird.
Wenn bei diesen Bedingungen das Molverhältnis Gips/Alkalimetallsilicat
etwa 1 beträgt, dann wird hauptsächlich petalumartiges
Calciumsilicat gebildet. Wenn das Molverhältnis
1,1 bis 1,5 beträgt, dann wird hauptsächlich ein petalumartiges
zusammengesetztes Calciumsilicat/Gips-Produkt erhalten.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Alkalimetallsilicat
verwendet, das durch die folgende Konstitutionsformel
R₂O · l SiO₂
angegeben wird, worin R für Natrium oder Kalium steht und l
eine Zahl von 1,55 bis 6,5 ist. Die Mengen von Gips und des
Alkalimetallsilicats werden so bemessen, daß das Molverhältnis
Gips/Alkalimetallsilicat im Bereich von 1,0 bis 1,5
liegt.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird
zunächst Gips in Wasser gegeben, und das Gemisch wird gut zu
einer Aufschlämmung verrührt. Die Konzentration des Gipses
in der Aufschlämmung ist vorzugsweise niedrig. Wenn sie jedoch
zu niedrig ist und Wasser in einer Menge von mehr als
der 100fachen Gewichtsmenge des am Schluß erhaltenen Calciumsilicats
zugesetzt wird, dann kann das resultierende Calciumsilicat
die petalumartige Struktur nicht annehmen. Ein
wasserlösliches Alkalimetallsilicat, wie Natriumsilicat oder
Kaliumsilicat, oder seine wäßrige Lösung wird allmählich zu
der Aufschlämmung im allgemeinen unter Atmosphärendruck gegeben,
um eine Aufschlämmung zu bilden. Die für die Zugabe
benötigte Zeit sollte so lang wie möglich sein. Diese Zeitspanne
wird von der Teilchengröße und der Kristallform des
Gipses nicht definitiv begrenzt. Im allgemeinen beträgt sie
mindestens 10 Minuten. Der Gips sollte über einen Zeitraum
zugegeben werden, der so lang wie möglich ist.
Wenn die Zeitspanne der Zugabe des Alkalimetallsilicats zu
kurz ist, dann ist es schwierig, ein petalumartiges Calciumsilicat
oder ein zusammengesetztes petalumartiges Calciumsilicat/
Gips-Produkt mit hohem spezifischen Schüttvolumen zu
erhalten, und das Produkt neigt dazu, zu einer Masse zu werden.
Die Reihenfolge der Zugabe der Ausgangsmaterialien bei der obigen
Ausführungsform ist ebenfalls von Wichtigkeit. Wenn die
Reihenfolge umgekehrt wird, dann ist es schwierig, ein petalumartiges
Calciumsilicat zu bilden. In anderen Worten, wenn
die Gipsaufschlämmung zu dem Alkalimetallsilicat oder zu dessen
wäßriger Lösung gegeben wird, dann nimmt der größte Teil
der resultierenden Calciumsilicatkristalle keine petalumartige
Form an, sondern neigt dazu, selbst dann, wenn die Zugabegeschwindigkeit
sehr gering ist, eine Masse zu werden.
Das resultierende Gemisch aus Gipsaufschlämmung und dem Alkalimetallsilicat
wird sodann bei 150 bis 250°C unter erhöhtem
Druck in einem Autoklaven oder dergleichen umgesetzt, um das
gewünschte Calciumsilicat oder das zusammengesetzte Calciumsilicat/
Gips-Produkt zu liefern.
Wenn es gewünscht wird, Calciumsilicat
zu erhalten, dann wird das Molverhältnis Gips/Alkalimetallsilicat
auf etwa 1 eingestellt. Wenn ein zusammengesetztes
Calciumsilicat/Gips-Produkt gewünscht wird, dann wird das
Molverhältnis auf ein solches im Bereich von 1,1 bis 1,5 eingestellt.
Anhand der chemischen Reaktionsgleichung würde der Fachmann
nicht annehmen, daß, wenn das Molverhältnis mehr als 1 ist,
der Überschuß an Gips an der Reaktion teilnehmen würde. Überraschenderweise
wurde nun gefunden, daß der überschüssige
Gips nicht mehr als Verunreinigung in dem resultierenden Calciumsilicat
vorliegt, sondern daß er in dem Calciumsilicat
mikrogemischt ist, wodurch ein zusammengesetztes Calciumsilicat/
Gips-Produkt gebildet wird, wobei das Calciumsilicat und
der Gips selbst im Elektronenmikroskop mit einer 10 000fachen
Vergrößerung nicht unterschieden werden können. Das resultierende
zusammengesetzte Produkt hat ein sehr hohes spezifisches
Schüttvolumen und eine große Ölabsorptionsfähigkeit. Der Mechanismus
dieser Erscheinung ist nicht klar. Aus der Tatsache,
daß, wenn zunächst Calciumsilicat synthetisiert wird, und sodann
der Gips zugesetzt wird und das Gemisch hydrothermisch
in einem Autoklaven behandelt wird, ein derartiges zusammengesetztes
Produkt nicht erhalten werden kann, wird angenommen,
daß der Gips in der einen oder der anderen Weise am Kristallwachstum
des Calicumsilicats teilnimmt. Wenn andererseits das
obengenannte Molverhältnis Calciumsilicat/Gips über 1,6 hinausgeht,
dann kann im resultierenden Produkt bei Betrachtung mit
einem Mikroskop der Gips von dem Calciumsilicat unterschieden
werden.
Das zusammengesetzte Calciumsilicat/Gips-Produkt zeigt gleichermaßen
ein überlegenes Verhalten wie das obengenannte petalumartige
Calciumsilicat mit hohem spezifischen Schüttvolumen,
wenn es als adsorbierender Träger, Mattierungsmittel oder Filtrationshilfsmittel
verwendet wird.
Die Erfindung wird in den Beispielen erläutert. Die verschiedenen
Meßwerte dieser Beispiele wurden nach den folgenden Methoden
bestimmt:
Calciumsilicat wird in einem Mörser zu einer solchen Größe vermahlen,
daß 80% durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite
von 75 µm hindurchgehen. Das spezifische Schüttvolumen des
pulverisierten Calciumsilicats wird nach Absatz 6.9 der JIS-
Norm K 6220 bestimmt.
Calciumsilicat wird in einem Mörser zu einer solchen Größe
pulverisiert, daß 80% durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite
von 75 µm hindurchgehen. Die Ölabsorptionsfähigkeit
des pulverisierten Calciumsilicats wird nach Absatz 19
der JIS-Norm K 6220 bestimmt.
Ein Lösungsmittel wird hergestellt, indem α-Chlornaphthalin
mit Cyclohexan vermischt wird. Mit diesem Lösungsmittel wird
der Brechungsindex des Calciumsilicats nach einer Tauchmethode
gemessen. Die Tauchmethode wird gemäß der Literaturstelle
von Toshio Sudo "Clay Mineralogy" (Veröffentlichung
in japanischer Sprache), Seiten 100 bis 103 (1974), durchgeführt.
Calciumsilicat wird unter Verwendung einer ultrafeinen Pulverisierungseinrichtung
pulverisiert und klassiert, um ein
Pulver zu bilden, das einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser
(Stoke-Durchmesser) von 4 µm, gemessen durch
Sedimentationsgleichgewicht, hat. Das Pulver (1 g) wird in
einem Anstrich (100 ml) dispergiert und die Dispersion wird
zu einer Dicke von 75 µm auf eine Glasplatte aufgeschichtet.
Der 60°-Spiegeloberflächenglanz des Überzugs wird nach
der JIS-Norm K 5400 gemessen.
Die Röntgenbeugung von Calciumsilicat wird unter Verwendung
von CuKα bestimmt.
4,56 g Calciumsulfat-hemihydrat vom β-Typ (alles mit einer
Größe von weniger als 150 µm) wurden in 98 cm³ Wasser gegeben
und das Gemisch wurde 20 min lang gerührt. Unter Rühren
dieser Aufschlämmung wurden 100 cm³ einer wäßrigen Lösung von
Natriumsilicat (SiO₂/Na₂O-Molverhältnis = 2,6) mit 0,3144
Mol/l mit einer Geschwindigkeit von 5 cm³/min im Verlauf
von 20 min bei 25°C unter Atmosphärendruck zugesetzt. Das CaSO₄/
Na₂O · n SiO₂-Beschickungsmolverhältnis betrug zu diesem Zeitpunkt
1,00. Die resultierende Aufschlämmung wurde in einen
Autoklaven gebracht und darin verschlossen 5 h lang bei 200°C
umgesetzt. Das Reaktionsgemisch wurde filtriert, zweimal mit
100 cm³ entionisiertem Wasser gewaschen und 8 h lang bei
100°C getrocknet. Die Ausbeute des getrockneten Produkts betrug
7,35 g. Das resultierende Produkt hatte ein spezifisches
Schüttvolumen von 21 cm³/g und eine Ölabsorptionsfähigkeit
von 6,3 cm³/g. Die Röntgenbeugungsanalyse des Produkts zeigte,
daß es ein Muster von Calciumsilicat vom Gyrolittyp hatte.
Die chemische Analyse zeigte, daß es 24,4% CaO und 66,2% SiO₂
enthielt. Der Glühverlust betrug 9,4%.
Aus diesen Ergebnissen wurde bestätigt, daß das so erhaltene
Calciumsilicat durch die Formel
2 CaO · 3 SiO₂ · 2,06 SiO₂ · 2,39 H₂O
angegeben wird. Eine Elektronenmikrophotographie dieses Produkts mit 10 000facher Vergrößerung wird in Fig. 1 dargestellt. Aus dieser Photographie wurde bestätigt, daß dieses Produkt aus einer Zusammenstellung von petalumartigen Flocken mit einem durchschnittlichen Durchmesser von etwa 2 µm in Längsrichtung und mit einer Dicke von weniger als 0,1 µm bestand.
2 CaO · 3 SiO₂ · 2,06 SiO₂ · 2,39 H₂O
angegeben wird. Eine Elektronenmikrophotographie dieses Produkts mit 10 000facher Vergrößerung wird in Fig. 1 dargestellt. Aus dieser Photographie wurde bestätigt, daß dieses Produkt aus einer Zusammenstellung von petalumartigen Flocken mit einem durchschnittlichen Durchmesser von etwa 2 µm in Längsrichtung und mit einer Dicke von weniger als 0,1 µm bestand.
6,5 g Calciumsulfat-dihydrat (alles mit einer Größe von weniger
als 150 µm) wurden in 98 cm³ Wasser gegeben und das Gemisch
wurde 20 min lang gerührt. Unter Rühren dieser Aufschlämmung
wurden 100 cm³ einer wäßrigen Lösung von Natriumsilicat
(SiO₂/Na₂O-Molverhältnis = 2,6) mit 0,3144 Mol/l im
Verlauf von 16 min und 40 sec bei 25°C unter Atmosphärendruck
zugesetzt. Das CaSO₄/Na₂O · n SiO₂-Beschickungsverhältnis
betrug 1,34. Danach wurde wie im Beispiel 1 verfahren, wodurch
8,2 g eines Pulvers erhalten wurden. Ein Röntgenbeugungsmuster
dieses Pulvers enthielt Peaks von wasserfreiem Gips vom
II-Typ und von Calciumsilicat vom Gyrolittyp. Die chemische
Analyse zeigte, daß das Produkt
(2 CaO · 3 SiO₂ · 2,05 SiO₂ · 2,37 H₂O) (0,20 CaSO₄)
war. Eine Elektronenmikrophotographie mit 10 000facher Vergrößerung ist in Fig. 2 dargestellt. Aus dieser Photographie wurde bestätigt, daß das Produkt aus petalumartigen Flocken mit einem Durchmesser von 2 µm in Längsrichtung und mit einer Dicke von weniger als 0,1 µm bestand.
(2 CaO · 3 SiO₂ · 2,05 SiO₂ · 2,37 H₂O) (0,20 CaSO₄)
war. Eine Elektronenmikrophotographie mit 10 000facher Vergrößerung ist in Fig. 2 dargestellt. Aus dieser Photographie wurde bestätigt, daß das Produkt aus petalumartigen Flocken mit einem Durchmesser von 2 µm in Längsrichtung und mit einer Dicke von weniger als 0,1 µm bestand.
Kristalle von wasserfreiem Gips vom II-Typ wurden nicht unterschieden.
Das Produkt hatte ein spezifisches Schüttvolumen von
19,5 cm³/g und eine Ölabsorptionsfähigkeit von 6,32 cm³/g.
Es wurde wie im Beispiel 1 verfahren, mit der Ausnahme, daß
die Menge von Calciumsulfat-hemihydrat vom β-Typ, das SiO₂/CaO-
Molverhältnis des Natriumsilicats, die Konzentration von Natriumsilicat
und die Redaktionstemperatur und -zeit im Autoklaven
gemäß Tabelle I variiert wurden. Das CaSO₄/Na₂O · n SiO₂-
Beschickungsverhältnis betrug 1,00. Bei allen Versuchen wurde
durch Röntgenbeugung, durch elektronenmikroskopische Untersuchung
und durch chemische Analyse bestätigt, daß das Produkt
aus petalumartigen Calciumsilicat bestand.
Die Ergebnisse sind in Tabelle I zusammengestellt.
Es wurde wie in Beispiel 2 verfahren, mit der Ausnahme, daß
die Menge von Calciumsulfatdihydrat gemäß Tabelle II variiert
wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle II zusammengestellt.
Durch Beobachtung mit einem Elektronenmikroskop (10 000fache
Vergrößerung) wurde bestätigt, daß die bei den Vergleichsversuchen 3,
4 und 5 erhaltenen Produkte ein Gemisch aus petalumartigen
Flocken und plättchenartigem wasserfreien Gips vom II-Typ waren
und daß die Produkte der Versuche Nr. 1 und 2 nur aus petalumartigen
Flocken bestanden und daß keine Substanz unterschieden
werden konnte, die als Gips erschien.
Die Beispiele 1 und 2 wurden wiederholt, mit der Ausnahme,
daß Kaliumsilicat anstelle von Natriumsilicat verwendet wurde.
Die Ergebnisse der chemischen Analyse, der Röntgenbeugungsanalyse
und der elektronenmikroskopishen Untersuchung der
Produkte waren weitaus die gleichen wie in den Beispielen 1
und 2. Das im Beispiel 1 erhaltene Produkt war ein petalumartiges
Calciumsilicat der Formel
2 CaO · 3 SiO₂ · 2,05 SiO₂ · 2,33 H₂O
mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 2 µm in Längsrichtung. Das im Beispiel 2 erhaltene Produkt war eine petalumartige Substanz, bestehend aus einem zusammengesetzten Calciumsilicat/Gips-Produkt der Formel
2 CaO · 3 SiO₂ · 2,05 SiO₂ · 2,33 H₂O
mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 2 µm in Längsrichtung. Das im Beispiel 2 erhaltene Produkt war eine petalumartige Substanz, bestehend aus einem zusammengesetzten Calciumsilicat/Gips-Produkt der Formel
(2 CaO · 3 SiO₂ · 2,05 SiO₂ · 2,34 H₂O) (0,20 CaSO₄)
1,45 g Calciumsulfat-hemihydrat vom α-Typ (CaSO₄ · 1/2 H₂O) wurden
zu 50 cm³ einer wäßrigen Natriumsilicatlösung (SiO₂/Na₂O-Molverhältnis
= 2,6) mit 0,2 Mol/l gegeben. Es wurde 20 h lang
bei 200°C in einem Autoklaven umgesetzt. Das resultierende
Produkt wurde wie im Beispiel 40 getrocknet. Eine Elektronenmikrophotographie
(10 0000-fache Vergrößerung) des Produkts ist
in Fig. 3 dargestellt. Daraus wird ersichtlich, daß das
Produkt aus einer Masse von Teilchen bestand. Das Produkt war
ziemlich von den erfindungsgemäß hergestellten Calciumsilicaten
der Figuren 1 und 2 verschieden.
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung von Calciumsilicat oder eines
zusammengesetzten Calciumsilicat/Gips-Produkts durch
allmähliche Zugabe eines wasserlöslichen Alkalisilicats der
Konstitutionsformel R₂O · l SiO₂, worin R für Natrium oder Kalium
steht und l eine Zahl von 1,55 bis 6,5 ist, oder dessen
wäßriger Lösung zu einer wäßrigen Suspension von Gips und
hydrothermale Umsetzung des erhaltenen Gemisches unter erhöhtem
Druck, wobei das Molverhältnis Gips/Alkalimetallsilicat
1,0 bis 1,5 beträgt und wobei die Menge an Wasser die
100fache Gewichtsmenge des erhaltenen Calciumsilicats nicht
übersteigt, dadurch gekennzeichnet, daß man
das genannte Gemisch auf eine Temperatur von 150 bis 250°C
erhitzt.
2. Verwendung des nach dem Verfahren nach Anspruch 1
hergestellten Calciumsilicats oder zusammengesetzten Calciumsilicat/
Gips-Produkts als Träger für ein Adsorbens.
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