DD276671A1

DD276671A1 - Verfahren zur herstellung von natriumsilikatloesungen aus reisschalenaschen

Info

Publication number: DD276671A1
Application number: DD32154888A
Authority: DD
Inventors: Marion Eisenbruch; Ida Keil; Manfred Gutmann
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1988-11-08
Filing date: 1988-11-08
Publication date: 1990-03-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Natriumsilikatloesungen aus Reisschalenaschen, die als Wasserglas fuer die Gewinnung von Alumosilikaten des Zeolithtyps und von Kieselgelen, als Bindemittel und in der Keramikindustrie Anwendung findet. Die Reisschalenaschen werden hydrothermal mit Natronlauge bei Temperatruen von 50 bis 150C unter Einwirkung von Scherkraeften bei Reaktionszeiten von 5 bis 100 Minuten umgesetzt.

Description

vermeiden, wird unter Einwirkung von Scherkräften in wäßriger Lösung von Ätznatron aufsuspendiert. Die Alkalikonzentration der wäßrigen Lösung muß, damit technisch vertretbare Reaktionszeiten von 5 bis maximal 100 Minuten realisiert werden können, 100 bis 200g/l Na₂O, günstiger über 150g/l Na₂O betragen. Bei Temperaturen von 50 bis 150⁰C, vorzugsweise 90 bis 120^cC, reagiert der Silikatanteil der Asche mit dem Alkali und geht als Natriumsilikat in Lösung.

Bei kontinuierlicher Prozeßführung in einer Ruhrwerkskaskade wird die Alkalilauge in Wärmetauschern auf Reaktionstemporatur erhitzt, und im ersten Rührbehälter der Kaskade kontinuierlich unter Rühren mit Reisschalenaschen versetzt. Das die Kaskade verlassende Reaktionsgemisch wird einer Fest-Flüssig-Trennung unterzogen, vorzugsweise durch Fliehkraftabscheider, Filterpressen oder Drehtrommelfilter.

Die erhaltene wasserklare Silikatlösung, die bei einem einmaligen Durchsatz bis zu 200g/l SiO₂ enthält, wird wieder als Einsatzlauge eingesetzt, bis in der resultierenden Alkalisilikatlösung ein Na₂O/SiO₂-Verhältnis, welches zwischen 0,2 und 0,4 liegt, erhalten wird.

Eine Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit wird erziolt durch

- eine mechanische Aktivierung, z. B. bei Aufmahlung der Aschen. Gleichzeitig werden iJabei die durch den thermischen Prozeß der Verbrennung der Reisschalen entstandenen Sinteraggregate zerstört. Die Aktivierung erfolgt günstigerweise in Desintegratoren.

- Erhöhung der Temperatur auf über 100⁰C. Die dann in wenigen Minuten ablaufende Reaktion erhöht den Durchsatz und eröffnet die Möglichkeit des Einsatzes von Durchfluß- bzw. Rohrreaktoren.

Die Verwertung des Abproduktes Reisschalenasche bringt ökonomische Vorteile dahingehend, daß ein Einsatzmaterial Verwendung findet, welches sonst verhaldet werden muß. Damit werden Verladungskosten eingespart, die sich kostengünstig auf das Verfahren auswirken. Die entsprechend der ablaufenden Reaktion erhaltene hochreine Wasserglaslösung erschließt Möglichkeiten für hochwertigu Einsatzgebiete.

Ausführungsbeispiele Beispiel 1

I.Stufe: 500g Reisschalenasche mit 91,3% SiO₂ werden in 21 wäßrigor Lösung von Ätznatron, welche 150g/l Na₂O enthält und auf 95⁰C erhitzt wurde, auf suspendiert. Das Reaktionsgemisch wird 90 min bei der Reaktionstemperatur intensiv gerührt und anschließend wird eine Fest-Flüssig-Trennung über eine Fritte durchgeführt.

Die erhaltene Silikatlösung enthält 195g/l SiO₂

2. Stufe: 500g Reisschalenasche (Zusammensetzung siehe Stufe 1) werden in 21 der nach der 1. Stufe erhaltenen auf 95 C erwärmten Silikatlösung aufsuspendiert und bei dieser Temperatur 90min intensiv gerührt. Die nach Abtrennung des Feststoffes erhaltene Alkalisilikatlösung enthält 380g/l SiO₂ mit einem Na₂0/Si0₂-Molverhältniss von 0,38 und ist als Wasserglaslösung einsetzbar.

Beispiel 2

500g Reisschalenaoche (Zusammensetzung siehe Beispiel 1) werden in einer Schwingmühle aktiviert und mit 21 einer wäßrignn Lösung von Ätznatron, welche 150g/l Na₂O enthält und auf 95^CC erwärmt wurde, eingetragen und bei dieser Temperatur über 20 min intensiv gerührt. Die Alkalisilikatlösung enthält nach Abtrennung des Feststoffes 198g/l SiO₂. Die erhaltene Silikatlösung wird wieder in einer 2. otnfo mit 500g aktivierter Reisschalenasche versetzt und bei 95⁰C wird nach 20 min eine Wasserglaslösung mit einer Konzentration von 390g/l SiO₂ und einem Na₂0/Si0₂Molverhältnis von 0,37 erhalten.

Beispiel 3

500g Reisschalenasche (Zusammensetzung siehe Beispiel 1) werden mit 21 wäßriger Lösung von Ätznatron, in welcher ein Na₂O Geholt von 110g/l realisiert ist, vermischt. Die Suspension wird in einen Autoklaven gefüllt, unter Rührung auf 150 C aufgeheizt und 15min bei Reaktionstemperatur unter Rührung belassen. Nach Abkühlung auf 70 bis 80 C wird die Suspension aus dem Autoklav entnommen und einer Fest-Flüssig-Trennung unterzogen. Die resultierende Alkalisilikatlösung enthält 378g/l SiO₂ und besitzt ein Na₂0/Si0₂-Molverhältr.is von 0,28.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Natriumsilikatlösungen aus Reisschalenaschen, welche als Wasserglas zur Herstellung von Alumosilikaten des Zeolithtyps und Kieselgelen, als Bindemittel und in der Keramikindustrie Verwendung finden, gekennzeichnet dadurch, daß sie aus Reisschalenaschen durch Umsetzung dieser mit wäßrigen Lösungen aus Ätznatron, die 100 bis 200g/l Na₂O enthalten, bei Temperaturen von 50 bis 15O⁰C, vorzugsweise 90 bis 120⁰C, unter Einwirkung von Scherkräften bei Reaktionszeiten von 5 bis 100min gewonnen werden und die Natriumsilikatlösungen bei Kreislaufführung ein Na₂O/SiO₂-Vorhältnis von 0,2 bis 0,4:1 aufweisen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Erhöhung der Reinheit der Wasserglaslösung durch eine Klassierung die kohligen Bestandteile der Reisschalenaschen entfernt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Reisschalenaschen zur Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit einer mechanischen Aktivierung rnterzogen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Verringerung der Reaktionszeit die Umsetzung bei Temperaturen > 100⁰C in Autoklaven erfolgt.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Dio Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Natriumsilikatlösungen aus Reisschalenaschen, welche als Was sorglas Rohstoff für eine Vielzahl von Produkten, wie für die Gewinnung von Alumosilikaten des Zeolithtyps und von Kieselgcle.i. als Bindemittel und in der Keramikindustrie Anwendung finden.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Natriumsilikatlösungen, bekannt als Wasserglas, werden hergestellt durch Verschmelzen von Quarzsand mit Soda bei Temperaturen von 1200 bis 1400 C und anschließender Wasserdampfbehandlung oder Pulverisierung dor Schmelze und Behandlung mit Wasser (Ulmann Encyclopädie der technischen Chemie Band 1811967], S. 733ff). Die Wasserglasherstellung auf diosem Wege ist ein sehr energieintensiver Prozeß, der an die zu verwendenden Werkstoffe· hohe Anforderungen stellt. Besonders nachteilig sind die hohen Reaktionstemperaturen und die Durchführung der Reaktion in Druckbehältern. Es kann weiterhin nicht verhindert werden, daß Verunreinigungen der Asche mit in du Reaktion eingehen, so daß das erhaltene Wasserglas unrein ist. Bei der Verbrennung von Reisschalen zur Energieerzeugung fallen Aschen an, die fast ausschließlich aus SiO; bestehen. Im US-Patent 4319911 wird die Herstellung eines festen Sorbenten aus solchen Reisschalenaschen durch Vermischen mit einem Metallhydroxid und nachfolgender thermischer Behandlung beschrieben. Dieses wild jedoch nur als Adsorptionsmittel verwendot und läßt sich nicht wio eine Wasserglaslösung für eine Vielzahl von Synthesen einsetzen. Reisschalenaschen werden auch als Ausgang^material zur Herstellung von Kieselgurerzeugnissen, wie Isoliersteine und zur Herstellung von Zement und anderen Baustoffen eingesetzt (Cement and Concrete Research Vo116,1986, S.67 bis 73).

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, aus Aschen von Reisschalen Natriumsilikatlösungen herzustellen, die als Wasserglas Verwendung findon. Damit sollen einerseits Verhaldungskoston eingespart und andererseits ein hochwertiges Produkt gewonnen werden, das für die Gewinnung von Alumosilikaten des Zeolithtyps, von Kieselgelon, als Bindemittel und in der Keramikindustrie oinsetzbar ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Dor Erfindung liegt dio Aufgabo zugrunde, aus Roisschalon, die iois zu übor 90% aus SiO; bestehen, eino Natriumsilikatlösung herzustellen. Zum Einsatz golangen Aschon, dio bei dor Verbrennung von Heisschalen, z. B. zur Energieerzeugung, anfallen. Es wurdon üborraschendorwoiso gofundon, daß dioso Aschon mit wäßrigen Lösungon von Alkalimetallhydroxiden boi ontiprochondon Bodingungon löslicho Vorbindungon oingohon.
Dio Moisschalonaschen sotznn sich zusammen aus:

90-97ToSiO;

2-5% Kohlenstoff

1-5% CuO
etwa 0,5% Fo^O₁

Dur Silikutanteil bostoht zu über 95% aus amorphom SiO; und Cristobalit, in Spuron tritt auch Quarz auf. Dio Ascho, aus dor zuvor durch Klnssiorung die kohligon Bustandtoilo ontfornt werdon, um oino Vor lärluin;· dos Endproduktes zu