CS254185B1 - Sposob výroby mikrodisperzného bydratovanébo oxidu křemičitého - Google Patents

Abstract

Vodné roztoky kremičitanu sodného alebo draselného sa zrážajú a po-lymerizujú prídavkom roztokov amónnych solí anorganických i organických kyselin tak, že celkové množstvo vzniknutého hydratovaného oxidu křemičitého ku množstve posobiacej amónnej soli představuje poměr rovný alebo menší ako- 2, pričom sol' pSsobí samostatné alebo za spolupósobenia .anorganických kyselin pri pH 6 až 7, potom sa suspenzia oddělí od materských roztokov, premyje a vysuší; Mikrodisperzný hydratovaný oxid křemičitý má použitie v priemysle papiera, ako plnidlo do polymérov, ako pomocná látka v kozmetike, lekárstve i priemysle detergentov.

Description

Vynález sa týká spósobu výroby mikrodlsperzného hydratovaného oxidu křemičitého.

Mikrodisperzný oxid křemičitý sa připravuje róznymi spósobmi. Najmenšie, submikrometrové částice oxidu křemičitého sa pripravujú spalováním silánov alebo' vysokoteplotnou hydrolýzou tetrachlórsilánu (Aerosil, Cab-o-sil, biele sadze). Tieto postupy vyžadujú poměrně drahé východiskové suroviny a sú technicky, připadne i energeticky a ekologicky náročné, čo sa prejavuje vo vysokej cene produktov. V mnohých aplikáciách však možno využit materiály s rozmermi častíc až do 50 μπι, ktoré sa dajú připravit využitím sól-gél přechodu [ J. Pitra, J. Štěrba: Chem. Listy 56, 544 (1962)].

Viaceré postupy výroby práškovitého hydratovaného oxidu křemičitého vychádzajú z alkalických kremičitanov a sú založené na ich neutralizácii pomocou kyselin. V jednom z týchto procesov je roztok kremičitanu alkalického kovu vysoldvaný prídavkom elektrolytov. V nasledujúcej etape je získaný precipitát rozložený kyselinami, za vzniku jemného prášku hydratovaného oxidu křemičitého.

V inom procese roztok kremičitanu alkalického kovu reaguje s kyselinou solnou v přítomnosti pufrov. Podlá postupu firmy Degussa sa roztok kremičitanu alkalického kovu zráža kyselinami za přítomnosti elektrolytu alkalických solí silných kyselin, ako napr. chloridu sodného [G. Brit. pat. číslo 710 015],

V inom postupe firmy Degussa sa súčasne, ale oddelene pridávajú zriedené roztoky kremičitanu alkalického kovu a kyseliny do zriedenéhoi roztoku kremičitanu alkalického kovu a po vyzrážaní hydratovaného oxidu křemičitého sa zmes okyslí na pH 2,5 [Gr. Brit. pat. č. 1 043 282],

Iné postupy využívajú na zrážanie oxidu křemičitého z roztokov kremičitanov alkalických kovov kyslo reaguje plyny, akými sú napr. oxid siřičitý, oxid sírový alebo oxid uhličitý [Gr. Brit. pat. č. 1 122 558 a číslo 1 122 559],

Mikročasticový oxid křemičitý možno tiež připravit záhrevom křemičitého sólu nad teplotu 60 °G a jeho zmiešaním s roztokom kremičitanu alkalického kovu, ktorý bol čiastočne zneutralizovaný minerálnou kyselinou na' pH 8 až 10,7 [US pat. č. 2 601 235]. Na druhej straně, pri príprave jemného oxidu křemičitého je všeobecne možno vychádzať z vačších častíc, ktoré sa melú a drvia.

Technológia přípravy mikročástic sól-gél přechodem je poměrně zložitá a tým trpí jej reprodukovatelnost. Postupy drvenia a mletia sú zase velmi náročné na spotřebu energie a výstielky drviaceho a mlecieho zariadenia. Často je potřebné získaný materiál ešte triediť a odstraňovat hrubšie podiely.

Uvedené nedostatky do značnej miery odstraňuje spósob podlá tohto vynálezu, ktorého podstata spočívá v tom, že sa vodné roztoky kremičitanu sodného alebo draselného, s koncentráciou 3 až '35 % hmot. oxidu křemičitého v roztoku kremičitanu sodného alebo draselného, zrážajú a polymerizujú pósobenim roztokov amonných solí anorganických aleho organických kyselin, vyhřátých zo skupiny, zahrňujúcej:

chlorid amónny, síran amónny, uhličitan amónny, octan amónny, mravčan amónny, dusičnan amónny, ktorým sa pósobí vo formě ich vodných roztokov s východiskovou koncentráciou 5 až 40 % hmot., pričom celkové hmotnostně množstvo vznikajúceho hydratovaného oxidu křemičitého, přidávaného vo formě roztoku kremičitanu sodného alebo draselného ku celkovému hmotnostnému množstvu pósobiacej prítomnej soli představuje poměr rovný alebo· menší ako 2, pričom amónna sol' pósobí samotná alebo za spolupósobenia anorganických alebo organických kyselin, vybratých zo skupiny, akými sú:

kyselina sírová, kyselina chlorovodíková, kyselina dusičná, kyselina octová, kyselina mravčia, ktoré sa pridajú na dosiahnutie pH 6 až 7, potom sa vzniknutá suspenzia hydratovaného oxidu křemičitého/ oddělí od materských roztokov a po dokonalom premytí vodou sa vysuší. Pri diskontinuálnom procese sa roztok kremičitanu sodného aleboi draselného přidává k roztoku amónnej soli. Pri kontinuálnom procese sa komponenty pridávajú a miešajú v kontinuálnem reaktore.

Fyzikálně parametre a rozměry častíc vznikajúceho hydratovaného oxidu křemičitého sú funkciou podmienok vedenia procesu polymerizácie, najmá koncentrácie východiskových zložiek.

Výhodou tohto spósobu výroby je, že podmienky přípravy sa dajú modifikovat tak, aby vznikali diskrétně mikročástice, ktoré si uchovajú svoje rozměry počas celého výrobného procesu, takže priamo v reakčnej zmesi vzniká disperzný hydratovaný oxid křemičitý, ktorý po premytí a odstránení vodnej fázy možno bez dalších podstatných úprav, ako je mletie, drvenie a triedenie, použit v praxi. Pri vysokých východiskových koncentráciách roztokov zložiek vznikajú hutné, v suchom stave tvrdé a ťažko rozpadavé agregáty; pri středných koncentráciách, ktoré sú najvhodnejšie, vzniká jemná suspenzia.

Ďalšie znižovanie koncentrácie má za ná254185 sledok tvorbu voluminóznejších precipitátov, ktoré majú charakter typických gólových textur. Ďalšou výhodou je, že produkt je tvořený jemnodisperzným hydratovaným oxidom křemičitým, pričom l'ahko rozpadává zlepence, ktoré vznikajú pri sušení, dajú sa rozotrieť jemným tlakom. Tvorba zlepencov je u vačšiny aplikácii v praxi želateíná, nakolko pri spracovaní vzniká menej nežiadúceho prachového úletu.

Příklad 1

Doi 500 1 kotlá sa předloží 180 litrov 10 % hmot. vodného roztoku síranu amónneho a za intenzívneho· miešania sa přidá tenkým prúdom roztok celkove 100 litrov kremičitanu sodného (vodného skla] s měrnou hmotnosťou 1,375 g. cm^-3. Po připuštění všetkého kremičitanu sodného sa reakciou vzniknutá kaša prevedie na filter, kde sa zbaví materskej kvapaliny. Potom sa filtračný koláč premýva vodou do odstránenia zvyškov solí. Nakoniec sa filtračný koláč vysuší pri teplote 120 °C. Výsledný práškový disperzný materiál, ktorého výťažok je 32 kg, má sypnú hmotnosť 0,36 kg. dm³ a rozměry častíc 2 až 45 /tm.

Příklad 2

Do 200 litrovej nádoby, opatrenej miešadlom, sa předloží 70 1 vody, v ktorej sa rozpustí 7,5 kg chloridu amónneho. Po rozpuštění sa za miešania tenkým prúdom prilieva roztok kremičitanu sodného, připravený z 30 1 vodného skla s měrnou hmotnosťou 1,375 g. cm^-3 a 40 litrov vody tak, aby sa všetok roztok kremičitanu sodného vmiešal do roztoku chloridu amonnelm v priebehu 15 min. Vzniknutá suspenzia hydratovaného oxidu křemičitého sa zbaví materského roztoku filtráciou, filtračný koláč sa zbaví zvyškov solí premývaním vodou, načo sa vysuší a výsušky sa rozotrú. Získaný disperzný hydratovaný oxid křemičitý má rozměry častíc 0,5 až 30 /tm a sypnú hmotnosť 0,29 kg . dm^-3.

Příklad 3

Do· 500 1 nádoby opatrenej miešadlom sa předloží 80 1 vody a přidá sa 28 kg octanu amónneho. Po jeho rozpuštění sa za miešania pripúšťa zriedený roztok kremičitanu sodného, ktorý obsahuje v 1 litri 50 g oxidu křemičitého. Celkový objem přípustného roztoku kremičitanu sodného· je 400 litrov. Potom sa obsah reaktora přečerpá na filter, kde sa zbaví hlavného podielu materského roztoku, premytím sa zbaví zvyškov materských solí, a nakoniec sa filtračný koláč vysuší. Rozměry častíc zisteného disperzného hydratovaného oxidu křemičitého sú 2 až 30 /tm.

Příklad 4

Do 400 1 reaktora sa předloží 100 litrov 20 % hmot. roztoku chloridu amónneho a za miešania sa přidává celkove 220 litrov roztoku, připraveného zmiešaním 20 litrov kremičitanu sodného (vodného skla) s měrnou hmotnosťou 1,375 g . cm³, s 200 1 vody tak, aby sa všetok roztok kremičitanu sodného přidal do reaktora počas 30 min. Vzniknutá suspenzia sa prevedie na filter, premytím vodou sa odstránia zvyšky materských roztokov a filtračný koláč sa vysuší pri teplote 120 °C. Vzniknutý zrnitý materiál má sypnú hmotnosť 320 kg. m³ a rozměry častíc 1 až 45 /tm.

Příklad 5

Do nádoby opatrenej miešadlom sa předloží 300 litrov 15 % hmot. roztoku chloridu amónneho. Potom sa za miešania pripúšťa 200 litrov roztoku kremičitanu sodného (vodného skla) s molovým pomerom oxidu křemičitého ku oxidu sodnému rovným 3,2 a s koncentráciou 140 g oxidu křemičitého v 1 litri roztoku. Súčasne s pripúšťaním kremičitanu sodného sa začne s pripúšťaním 10 % hmot. kyseliny chlorovodíkovej tak, aby pH zmesi sa pohybovalo v rozmedzí 6 až 7 počas celého· pridávania roztoku kremičitanu sodného. Po převedení zmesi na filter a zbavení zvyškov materských roztokov sa filtračný koláč vysuší pri teplote 120 °C. Získá sa práškovitý materiál s rozmerom zrn 1 až 40 /tm.

Přiklad 6

Do nádoby s miešadlom sa předloží 15 litrov· 20 % hmot. vodného roztoku mravčanu amónneho a za miešania sa přidá 2,1 litrov 99 °/o hmot. kyseliny mravčej. Potom sa přidává celkove 30 litrov roztoku kremičitanu sodného, připraveného zmiešaním 14 litrov vodného skla sodného s měrnou hmotnosťou 1,37 g. cm^-3 s 16 1 vody. Po skončení pridávania sa suspenzie, ktorej pH bolo 6,9, sfiltruje a premyje od materských roztokov vodou, načo sa filtračný koláč vysuší. Získá sa okolo 5 kg hydratovaného oxidu křemičitého s rozmerom častíc 2 až 40 /tm.

Příklad 7

Do reakčnej nádoby s miešadlom sa předloží 100 litrov 5 % hmot. roztoku mravčanu amónneho, do ktorého sa za miešania pripúšta celkove 100 litrov roztoku kremičitanu draselného, připraveného zmiešaním 20 litrov vodného skla draselného s obsahom 250 g oxidu křemičitého v 1 litri, s 80 litrami vody. Vzniknutá suspenzia sa prevedie na filter, premyje vodou do odstrá254185 nenia materských výluhov a filtračný koláč sa vysuší. Takto sa získá práškovitý materiál ,s rozmerom častíc 2 až 30 μτα. Příklade

Z dvoch zásobných nádrží, z ktorých jedna obsahuje 20 % hmot. vodný roztok dusičnanu amonného a druhá zriedený vodný roztok kremičitanu draselného s obsahom 200 g oxidu křemičitého na 1 liter roztoku kremičitanu draselného, sa do kontinuálneho reaktora pripúšťajú za miešania obidva roztoky súčasne vo· vzájomnom objemovom pomere 1: 1. Vzniknutá suspenzia sa vedie do odstrediviek, kde sa zbaví materských roztokov a filtračný koláč sa vysuší. Získá sa práškovitý materiál s rozmerom častíc 5 až 40 fim. Materské roztoky po zahuštění a kryštalizácii možno využit ako umělé hnojivo obsahujúce dusík a draslík.

Mikrodisperzný hydratovaný oxid křemičitý móže nájsť široké použitie ako plnidlo do polymérov, v priemysle papiera, ako pomocná látka v kozmetike, lekárstve i priemysle detergentov.

Claims (3)

1. Sposob výroby mikrodisperzného· hydratovaného oxidu křemičitého s rozmermi primárných častíc 1 až 50 ,«πι z vodných roztokov alkalických kremičitanov a roztokov amonných solí a kyselin vyznačený tým, že sa vodné roztoky kremičitanu sodného alebo draselného, s koncentráciou 3 až 35 '% hmot. oxidu křemičitého v roztoku kremičitanu sodného alebo draselného, zrážajú a polymerizujú působením roztokov amónnych solí anorganických alebo organických kyselin, vyhřátých zo skupiny, zahrnu júcej:

chlorid amónny, síran amónny, uhličitan amónny, octan amónny, mravčan amónny a dusičnan amónny, ktorými sa působí vo formě ich vodných roztokov s východiskovou koncentráciou 5 až 40 % hmot., pričom celkové hmotnostně množstvo vznikajúceho hydratovaného oxidu křemičitého, přidávaného vo formě roztoku kremičitanu sodného alebo draselného

VYNALEZU ku celkovému hmotnostnému množstvu pósobiacej prítomnej amónnej soli představuje poměr rovný alebo menší ako 2, pričom amónna sol působí alebo samotná alebo' za spolupósobenia anorganických alebo organických kyselin, vyhřátých zo skupiny, zahrnujúcej:

kyselinu sirovu, kyselinu chlorovodíkovú, kyselinu dusičná, kyselinu octovú a kyselinu mravčiu, ktoré sa pridajú na dosiahnutie pH 6 až 7, potom sa vzniknutá suspenzia hydratovaného oxidu křemičitého oddělí od materských roztokov a po dokonalom premytí vodou sa vysuší.

2. Spósob podlá bodu 1 vyznačený tým, že pri diskontinuálnom procese sa roztok kremičitanu sodného alebo draselného přidává k roztoku amónnej soli.

3. Spósob podlá bodu 1 vyznačený tým, že sa komponenty pridávajú a miešajú v kontinuálnom reaktore.