PROCESS FOR CONTINOUSLY PRODUCING SODIUM METASILICATE

Abstract: 1. A process for the manufacture of finely powdered sodium-metasilicate by heating a well mixed mixture of quartz sand and aqueous sodium hydroxide solution up to temperatures of about 300 degrees C, wherein a) the mixture has a molar ratio of NaOH/SiO2 of from 2.0 to 4.0, b) the mixture is spread on a support in such a thin layer that formation of a crust on the surface of the layer is avoided, c) the support is moved continuously through an oven which has been heated to a temperature of from 350 to 600 degrees C and d) the dwelling time of the support in the oven is adjusted such that the support leaves the oven when the temperature in the reaction mixture has risen to 230 to 360 degrees C.

Description: Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Natriumme tasilikat Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von wasserfreiem Natriummetasilikat aus Quarzsand und Natriumhydroxid. Aus der dänischen Patentschrift 50 046 ist ein diskontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Natriummetasilikat bekannt, bei dem Quarzsand und handels übliche Natronlauge bei Temperaturen von 200 bis 300 C umgesetzt werden. Bein Erhitzen in einer Drehtrommel oder einem Rührwerk bildet sich eine teigartige Maste, die vlumren bildet und bei höheren Temperaturen von selbst in ein weisses Metasilikatpulver grosser Feinheit zerfällt. Das anfallende Natriummetasilikat ist teilweise hydratisiert und enthält in Abhängigkeit vom angewandten Molverhältnis (x = NaO3/SiO2) mehr oder weniger grosse Mengen an Natriumhydroxid. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass es nur diskontinuierlich durchgeführt werden kann und daher nur eine geringe Raum-ZeitAusbeute möglich ist. Ferner finden sich häufig im anfallenden T*,Ctasilikat-Pulver rner- ünschte engen eines wasserfreien "glasigen Silikats. Es hat sich gezeigt, dass dieser Anteil besonders hoch ist, wenn der Überschuss an eingesetzter Natronlauge niedrig ist und die Verweilzeit in Rührkessel oder der Drehtrommel langer ist. in diesen Apparaten kann das Reaktionsgemisch auch nicht intensiv durchgemischt werden, so dass nach abgelaufener Reaktion die Zeit abgewartet werden muss, bis das Reakdionsprodukt von selbst zerfällt. Das Reaktionsprodukt bleibt daher längere Zeit bei hohen Temperaturen. Die Anwendbarkeit des Rührkessel-Verfahrens ist dadurch eingeschränkt, dass der verwendbare Überschuss an Natriumhydroxid maximal 20 ffi beträgt. Höhere mDerschüsse würden beim Durchlaufen der plastischen Phase Schwierigkeiten beim Rühren hervorrufen. Es bestand daher die Aufgabe, ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Natriummetasilikat zu finden, das die oben gezeigten Nachteile nicht aufweist. Dieses Verfahren sollte einfach arbeiten, ohne manuelle Eingriffe ablaufen und hohe Raum-Zeit-Ausbeuten aufweisen. Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von feinpulvrigem Natriummetasilikat durch Erhitzen einer innigen Mischung aus Quarzsand und wässriger Natronlauge auf Temperaturen von ca. 3000ru gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die eingesetzte Mischung ein Molverhältnis NaOH/SiO2 von 2,0 bis 4,0 aufweist, man diese Mischung in dünner Schicht auf einer Unterlage ausbreitet, man die Unterlage kontinuierlich durch einen Ofen wandern lässt, der auf Temperaturen von 350-6000C erhitzt wird und man die Verweilzeit der Unterlage im Ofen so bemisst, dass sie den Ofen wieder verlässt, wenn die Temperatur im Reaktionsgemisch auf 250-360 C ange stieg ist. Besonders günstig sind Molverhältsnisse NaOH/SiO2 von 2 2,2 bis 2,5, insbesondere 2,35 bis 2,45. Es hat sich gezeigt, da° bei diesen Molverhältnissen im Reaktionsgemisch besonders wenig unlösliche Bestandteile auftreten. Die Mischung der Komponenten WaOH und SiO2 kann nach mehreren Verfahren erfolgen. Beispielsweise kann man sie kontinuierliwh in einem Apparat mit Knetwerkzeugen oder in einem schnelllaufenden Intensivmischer vermengen. Die optimale Vermischung der beiden Komponenten soll dafür sorgen, dass mit Sicherheit örtlich kein Überschuss an SiO2 auftritt, der zu einer Verunreinigung des Reaktionsgemisches durch Quarzsand führen würde. Die durch inniges Vermischen hergestellte Suspension von Quarzsand und Natronlauge wird am besten auf das Band eines Durchlaufofens aufgegeben. Man kann aber auch das Gemisch in hintereinander angeordnete Schalen geben, die kontinuierlich durch den Ofen gezogen werden. Bevorzugte Ofentemperaturen liegen bei 400 bis 5SOOC. Es ist ferner vorteilhaft, die eingesetzte Suspension in dünner Schicht auf der Unterlage auszubreiten. Bei grösseren Schichtdicken besteht die Gefahr, dass sich auf der Oberfläche Krusten bilden, die in erhöhtem Masse unlösliche Bestandteile aufweisen. Besonders gute Ergebnisse wurden erzielt mit Schichtdicken unter 3 cm, insbesondere unter 2 cm. Nach unten ist die Schichtdicke nur durch wirtschaftliche Überlegungen begrenzt. Es ist bevorzugt, wenn das Reaktionsgemisch den Ofen wieder verlässt, sobald die Temperatur im Gemisch 3000C erreicht hat. Bei einer Ofentemperatur von 500 C vergehen etwa 30 bis 90 Minuten, je nach Schichtdicke, bis im Produkt eine Temperatur von 300 0C erreicht worden ist. Die Umsetzung lässt sich durch die Rcaktionsgleichung EMI3.1 beschreiben. Nach dem Verfahren der danishen Patentschrift 50046 ist für diese Reaktion eine ständige Bewegung des Reaktionsgemisclles erforderlich. Es ist daher überraschend, dass beim vorliegenden Verfahren ein reines Produkt mit niedrigem Anteil an unlöslichen Bestandteilen erhalten wird. Die Konzentration der eingesetzten Natronlauge liegt vorzugsweise im Bereich von 50 bis 80 Gew.-%. Besonders bevorzugt ist der Bereich von 70 bis 80 Gew.-%. Höhere Konzentrationen an Natronlauge sind ebenfalls möglich, aber erfordern erhöhte Temperaturen beim Vermischen mit Quarzsand. Dies kann zu erhöhter Beanspruchung der Mischapparatur führen. Natronlauge von 70 bis 80 Gew.-% erlaubt jedoch Verarbeitungstemperaturen von unter 1000C. Bei diesen Temperaturen beteht keine Gefahr der Laugenkorrosion gegenüber V4A-Stahl. Andererseits ergibt Natronlauge der angegebenen Konzentration Suspensionen einer so hoher Viskosität, dass während der Umsetzung in der ruhenden Schicht noch keine wesentliche Sedimentation der Quarzpartikel zu beobachten ist. tDerrsscnenderweise lässz sich anslelle eines Gemische Natronlauge/ Quarzsand erfindunasgmass auch ein Gemisch aus festem Natriumhydroxid und Quarzsand einsetzen. Die Verweilzeit der Unterlage wird in diesem Fall vorzugsweise so bessen, dass sie den Ofen wieder verlässt, wenn die Temperatur im Reaktionsgemisch auf 290 - 310 C angestiegen ist. Dabei soll das Natriumhydroxid maglichst in feiner Verteilung, z.B. in schuppenform cder in Form von Prillsr vorliegen. Die Vernischung erfolgt dabei vorzugsweise bei niedrigen Temperaturen, wie z . B. 20 C Die eingesetzte Unterlage soll aus einem Material bestehen, das gegenüber heisser konzentrierter Natronlauge beständig ist. Bewährt haben sich Nicirel und Nickel-Kupfer-Ligierungen. Das bei der Umsetzung anfallende Natriuminetasilikat hat ein Schüttgewicht von ca. 750 kg/m und eine mittlere Korngrösse von ca. 0,25 m. Das Schüttgewicht lässt sich durch PreSigrglomerierung noch erhöhen. Die Erfindung wird durch die folgende Beispiele naher er läutert: Beispiel 1 In einen Horizontal-Schnellmischer mit Pflugscharschaufeln wird Quarzsand mit einer mittleren Korngrösse d50 von 30 m und 70 ziege Natronlauge bei 800 C und einer mittleren Verweilzeit von 15 min innig vermischt. Entsprechend einem Molverhältnis NaOII/Si02 von 2,6 : werden 6 kg/h Quarzsand und 14,9 kg/h 70 %ige Natronlauge in den Mischer gespeist. Die Suspension wird in Schalen von 500 mm 0 mit einer Kragenhöhe von 200 mm bis zu einer Produkthöhe von 2 cm gefüllt und in einen Durchlaufofen gegeben, der auf 5000C erhitzt ist. Der bei der Eindampfung der Natronlauge und der Umsetzung anfallende Wasserdampf wird über eine Entlüftungsöffnung abgezogen. Die Bandgeschwindigkeit des Ofens wird dabei so gewählt, dass nach einer Verweilzeit von 55 min die Schalen mit dem Produkt den Ofen verlassen. Die Produkttemperatur betrug beim Austritt aus dem Ofen 500 C. In den Schalen war inzwischen das umgesetzte feinteilige Metasilikat auf eine Pro ukthöhe von 4 cm angewachsen. Das aus den Schalen entnommene fertige Metasilikat enthielt einen unlöslichen Bestandteil von 0,02 %, das Schüttgewicht betrug 750 kg/m und die mittlere KorngröBe d50 ca. 250 /um. Beispiel 2 Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch mit folgenden abge änderten Parametern: Molverhältnis 2,9 : 1 Natronlauge 16,7 kg/h 70 Xig Quarzsand 6 kg/h Schichthöhe 2 cm Produkttemperatur beim Verlassen des Ofens 300 300 C Verweileit im Ofen 55 min Der unlösliche Rückstand im Produkt beträgt 0,06 % das Schüttgewicht 75C kg/m3 Beispiel 3 Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch mit folgenden geänderten Parametern: Molverhältnis 2,0 : 1 Natronlauge 11,4 kg/h 70 kig Quarzsand 6 kg/h Schichthöhe 2 cm Produkttemperatur beim Verlassen des Ofens 3000C Verweilzeit im Ofen 55 min der unlösliche Rückstand im Produkt beträgt 1,36 ffi { das Schüttgewicht 75Dkg/m3 Beispiel 4 Beispiel 1 wird unter etwas abgeänderten Bedingungen wiederholt: Molverhältnis 2,6 : 1 natronlauge 20,8 kg/h 50 %ig Quarzsand 6 kg/h Schichthöhe 2 cm Produkttemperatur beim Verlassen des Ofens 300 0C Verweilzeit im Ofen 45 min der unlösliche Rückstand im Produkt beträgt 1,76 % das Schüttgewicht 750 kg/m3 Beispiel 5 In einen Lödige-Schnellmischer wird Quarzsand mit einer mittleren Korngrösse d50 von 30 pm und Ätznatron in geprillter Form mit einer mittleren Korngrösse von 2 mm bei 200C und einer mittleren Verweilzeit von 5 min innig vermischt. Entsprechend einem Molverhältnis NaOH/SiO2 von 2.6 : 1 werden 6 kg/h Quarzsand und 10.4 kg/h Ätznatron in den Mischer gespeist. Die Feststoffmischung wird wie in Beispiel 1 in Schalen von 500 mm mit einer Kragenhöhe von 200 mm bis zu einer Produkthöhe von 2 cm gefüllt und in einen Durchlaufofen gegeben. Dieser ist auf 550 C erhitzt. Der bei der Umsetzung anfallende Wasserdampf wird über eine Entlüftungsöffnung abgezogen. Die Band geschwindigkeit des Ofens wird dabei so gewählt, dass nach einer Verweilzeit von 20 min die Schalen mit dem Produkt den Ofen verlassen. Die Produkttemperatur beträgt beim Austritt aus dem Ofen 3050C. In den Schalen ist inzwischen das umgesetzte feinteilige Metasilikat auf eine Produkthöhe von 4 cm angewachsen. Das aus den Schalen entnommene fertige Metasilikat enthält einen unlöslichen Bestandteil von 0.25 % > das Schüttgewicht betrug 770 kg/m3 und die mittlere Kerngrösse d50 ca 250 pm.

Claims: Patentansprüche 7-, Verfahren zur Herstellung von feinpulvrigem Natrium metasilikat durch Erhitzen einer innigen Mischung aus Quarzsand und wässriger Natronlauge auf Temperaturen von ca. 3000C, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung ein Molverhältnis NaOH/SiO2 von 2,0 bis 4,0 aufweist, man die Mischung in dünner Schicht auf einer Unterlage ausbreitet, man die Unterlage kontinuierlich durch einen Ofen wandern lässt, der auf Temperaturen von 350 bis 6000C erhitzt wird und man die Verweilzeit der Unterlage so bemisst, dass sie den Ofen wieder verlässt, wenn die Temperatur im Reaktionsgemisch auf 230 bis 3600C angestiegen ist. 2. Verfahren zur Herstellung von feinpulvrigem Natrium metasilikat aus Quarzsand und Natriumhydroxid dadurch geKennzeicnnet, dass man Quarzsand und festes Natrium hydroxid in Molverhältnissen NaOH/SiO2 von 2.0 bis 4.0 innig vermischt, man die Mischung in dünner Schicht auf einer Unterlage ausbreitet, man die Unterlage kontinuier lich durch einen Ofen wandern lässt, der auf Temperaturen von 350 bis 6000C erhitzt wird und man die Verweilzeit der Unterlage so bemisst, das sie den Ofen wieder verlässt, wenn die Temperatur im Reaktionsgemisch auf 2300 bis 3600C angestiegen ist.

Inventors: MAYER, MANFRED, DR., NOLTNER, GERHARD, WIRTZ, PETER, DR., Nöltner, Gerhard
Applicants: HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1983
Main classification: C01B33
IPC codes: C01B33