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Verfahren zur Herstellung von Metalloxyde, Kieselsäure und Alkali
enthaltenden, insbesondere als Basenaustauscher dienendef Gelen Bei der Herstellung
von Basenaustauschern, die insbesondere Tonerde, Kieselsäure und Alkali enthalten,
durch Vermischen von Lösungen, die diese in irgendeiner Form, z. B.. das Metall
als Anion oder alsKation, enthalten, war man bisher gezwungen, von verhältnismäßig
verdünnten Lösungen auszugehen, um zu verhindern, daß die Gelbildung zu rasch eintrat,
weil dadurch ein gleichmäßiges Endprodukt nicht erhalten werden konnte. Bei Verwendung
konzentrierter Lösungen zeigte sich die Bildung von Klumpen, deren. Zerteilung Schwierigkeiten
machte und die überdies ungleichmäßig zusammengesetzt waren, da sie bereits vor
vollkommener Mischung der Reaktionslösungen entstanden. Auf - die Verdünnung
der Lösungen mußte besonders dann sehr großer Wert gelegt werden" wenn die Vermischung
der Reaktionslösungen vor Eintritt der Gelbildung beabsichtigt war. Infolge der
Verwendung verdünnter Lösungen wurden große Apparate für die technische Herstellung
von Gelen benötigt, und es entstanden sehr große Mengen Mutterlaugen, die entweder
mechanisch abgetrennt oder, falls ein erstarrendes Gel gebildet wurde, durch Verdunsten
beseitigt werden mußten.
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Diese Schwierigkeiten lassen sich vermeiden, und die Nachteile der
Verwendung von konzentrierten Lösungen treten nicht ein, wenn man so verfährt, daß
man die Lösungenzuerst in Konzentrationen anwendet, die ein gutes Durchrühreii des
entstehenden Gels gestatten, und man, nachdem dag Gel gleichmäßig fein verteilt
ist, zu diesen Gelsuspensionen wiederum Reaktionslösungen gibt, die nunmehr sehr
viel konzentrierter sein können, ohne daß die eben geschilderten Nachteile eilltreten.
Diese Zugabe von konzentrierteren Lösungen, gegebenenfalls von Lösungen steigender
Konzentration, kann so oft erfolgen, bis das Fassungsvermögen des Gefäßes, in dem
die Umsetzung stattfindet, ausgenutzt ist. Daß man so mit erheblich konzentrierteren
Lösungen arbeiten kann, liegt darin begründet, daß die konzentrierteren Lösungen
durch die bei der ersten Umsetzung entstandene Mutterlauge verdünnt werden, so daß
trotz Anwendung konzentrierterer Zusatzlösungen die Reaktion selbst in einer solchen
Verdünnung stattfindet, daß die oben geschilderten Schwierigkeiten nicht eintreten.
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Diese Maßnahmen lassen sich auf sämtliche Verfahren zur Herstellung
von Basenaustauschern auf nassem Wege anwenden. Z. B. lassen sie sich verwenden
für die Herstellungvon Basenaustauschern unter Verwendung von Lösungen von Aluminiumsulfat
und
Alkalisilicat, z. B. Wasserglas, oder für die Herstellung von
Basenaustauschern durch Vermischen von Lösungen von Natriumalunlinat mit Lösungen
von Natriumsilicat, ferner für die Herstellung von Basenaustau# schern, die man
durch beliebige Mischung von Lösungen von Alkalisilicat, Aluminiumsul-fat und Natriumaltuninat
erhält, und sc#Iießlich auch für solche Verfahren, bei denen verschieden konzentrierte
Lösungen von Natriumaluminat mit Natriumsilicat vermischt werden.
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Zur Ausführung des Verfahrens kann man z. B. folgendermaßen verfahren:
Beispiel i Man vermischt 85o1 einer Lösung von Natriumsilicat von annähernd io'B#,
die im Liter 22, g Na, 0 und 67,5 9 S i 0, enthält,
mit 15 14 1 einer Lösung von Aluminiumsulfat von etwa 7' B#,
mit 15,8 g A1203 und 33,8 9
S 03 im Liter, und mit
268 1 einer Lösung von Natrinmaluminat von etwa 6'B#, mit 29 g Al, 0,
und 19, 7 g Na2 0 im Liter.
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Die Lösungen werden während der Vermischung gerührt, und das gebildete
Gel wird bis zum Erhalt einer dünnen Paste kräftig durchgerührt. Unter Rühren werden
nunmehr 4,5 1 einer Natriumsilicatlösung zugegeben von etwa 18,2,' B#, die
im Liter 44 Na20 und 1359 Si02 enthält, darauf 1341 Natriumaluminatlösung
von annähernd 11,5' B8, die im Liter 58 g A12 03 und 39,4 9 Na2
0
enthält, und schließlich:257 1 einer Aluminiumsulfatlösung von annähernd
1:2,8' B#, die im Liter 31,6 g A120, und 67,6 g SO3 enthält (die letztere
Lösung zweckmäßig etwas langsamer), zugegeben und das Verrühren fortgesetzt, bis
die Gelmischung sorgfältig zu einem feinen gleichmäßigen Brei verrührt ist.
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,Die Vorteile dieses Verfahrens ergeben sich nach folgender
Betrachtung.
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Hätte man die gleichen Raummengen an Lösungen verwendet von der gleichen
Konzentration, wie sie für den Stammansatz verwendet worden ist, mit welchen Raummengen
das Fassungsvermögen des Mischgefäßes erschöpft war, so würde eine uni 1/,q geringere
Ausbeute an Endprodukt erhalten worden sein.
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Ist nach Zusatz der Lösungen, wie oben beschrieben, das Fassungsvermögen
des Mischgefäßes noch nicht erschöpft, so können weitere Lösungen derMischungskomponenten
zugesetzt werden, die die gleiche Konzentration haben wie die Lösungen, die an zweiter
Stelle zugesetzt worden sind. Es können aber auch zweckmäßig Lösungen von höherem
Gehalt verwendet werden, da die Mutterlaugenmenge sich erhöht hat und somit auch
diese Lösungen von noch höherer Konzentration einer Verdünnung unterworfen werden,
die eine gute Durchmischung dtr 23 erhaltenen Gele gewährleistet.
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Im obigen Beispiel, das eine Ausführungsform beschreibt, verwendet
man Lösungen von Aluminiumsalzen, in denen das Aluminium sowohl als Kation wie als
Anion gebunden ist. Das. Verfahren läßt sich in gleicher Weise auf Mischungen anwenden
die aus Lösungen hergestellt worden sind, bei denen das Aluminium entweder nur als
Kation oder nur als Anion vorhanden ist. So kann z. B. eine Mischung von Lösungen
von Aluminiumsulfat und Alkalisilicat, die neutrale oder schwach alkalische Reaktionen
zeigen, mit konzentrierteren Lösungen von Alkalisilicat und Aluminiumsulfat versetzt
werden, nachdem die erste Mischung zu einem feinen Brei verrührt worden -ist. Besonders
vorteilhaft scheint das Verfahren bei der Herstellung eines Gels aus einer Alkalisilicat-
und einer Alkalialuminatlösung zu verlaufen. Auch hier kann man, nachdem das Gel
der ersten Mischung zu einem feinen, gleichmäßigen, homogenen Brei verrührt ist,
konzentriertere Lösungen der beiden Stoffe zugeben. Beispiel 2 i2ool einer Lösung
von Wasserglas, die im Liter 2og Na20 und 639 SiO, enthält, werden mit 8oo
1 einer Alutniniumsulfatlösung, die 29 g SO, und 12,5 g
AI,03 enthält, vermischt. Nach kräftigem Rühren während und nach der Vermischung
werden 6ool einer Wasserglaslösung der doppelten Stärke, die also 40 9 Na,
0 und 126 - Si 02 im Liter enthält, und 4001 Aluminiumsulfatlösung
gleichfalls der doppelten Stärke, die also 58 - S 0,3 und 25 g Al2
03 im Liter enthält, untergemischt gleichfalls unter kräftigem Rühren während
und nach dem Mischvorgang. Nunmehr werden nochmals 6oo 1
Wasserglaslösung
und 400 1 Aluminiumsulfat der gleichen doppelten Stärke untergemischt unter
kräftigem Rühren während und nach dem Mischen. An Stelle der zuletzt zugegebenen
Lösungen kann man auch nocir stärkere Lösungen verwenden, z. B. 5oo 1 einer
Wasserglaslösung, die 48 9 Na2 0
und 151 g Si02 im Liter enthält,
und 3001
einer Aluminiumsulfatlösung, die 779 SO,3 und 332 g Al,
03 im Liter enthält.
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Wendet man Verfahren zur Herstellung der Gele an, bei denen aus Aluminat-
und Silicatlösungen gebildete Gele mit aus Aluminiumsulfatsilicatlösungen gebildeten
Gelen vermischt werden, so kann so verfahren werden, daß jede der einzelnen Mischungen
gemäß dem Verfahren behandelt wird, daß also zu der ersten Mischunü der Gele konzentriertere
Lösungen
der einzelnen Bestandteile hinzugegeben und dann diesekonzentrierteren Lösungen
miteinander vermisklit werden.
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Man kann aber auch die ersten Mischungen miteinander vermischen und
nunmehr die Lösungen der einzelnen Stoffe in konzentrierterer Form zugeben. Schließlich
ist auch noch die Abänderungsmöglichkeit gegeben, daß man zu einer Mischung, z.
B. der Aluminiumsilicatmischung, nunmehr die Mischungsbestandteile der anderen Mischung,
also der Aluminiumsulfat- und# Wasserglaslö sung, in einer erhöhten Konzentration
gibt und nun im Sinne des oben beschriebenen Verfahrens weiter verfährt: Der Grundgedanke
der Erfindung ist der, daß die Gelfällung 'in mehreren Stufen ausgeführt wird, so
daß die Mutterlaugen der Vorangehenden Gelbildungen zur Verd ünnung der nachfolgend
zugeführten Lösungen dienen, daß also an Mischraum und Zeit gespart wird, da erheblich
größere Mengen von Material in dem gleichen Raum hergestellt werden können und-
konzentriertere Gele erhalten werden.
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Die Erfindung erstreckt sich aber nicht nur ,auf die Herstellung von
Gelen, bei denen als Rohstoffe Natriumsilicat und Natriumaluminat und Alunliniumsulfat
verwendet werden; die Erfindung erstreckt sich vielmehr allgemein auf die Herstellung
von Gelen aus löslichen §ilicaten, alkalischen Lösungen von Metalloxyden und nichtalkalischen'
M#etallsalz'en, Z. B. kann Kaliumsilicat als Kieselsäure- und Alkaliquelle für das
Gel verwendet werden. Ein AlkaliV'anadat, Alkalistanat oder ähnliche Verbindungen
von Metalloxyd und .Alkali können das Aluminat ersetzen, und als Metallsalz kann
z. B. Eisenchlorid oder Eisensulfat angewendet werden. So kann z. B. in dem obigen
Beispiel das Aluminiumstilfat durch die äquivaleiite Menge Ferrisulfat oder Ferrichlorid
ersetzt werden, wobei dann ein Tonerde und Eisenoxyd neben Kieselsäure und Alkali
enthaltendes Gel erhalten wird. Oder es kann Natriumaluminat durch die entsprechende
Menge Natriumstanat ersetzt werden, so daß ein neben Tonerde, Kieselsäure und Alkali
auch Zinnsäure enthaltendes Gel gewonnen wird. Es kann auch z. B. das Aluminiumsulfat
durch Ferrisalze und das Natrinmaluminat durch Natriumstanat ersetzt werden, wobei
dann Zinnsäure, Eisenoxyd, Kieselsäure und Alkali enthaltende Gele gewonnen werden.