Способ получения топкодисперсной кремниевой кислоты

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К ПАТЕНТУ

Союз Советских

Социалистичесиих

Республи»

Зависимый от патента ¹

М. Кл. С 01Ь 33/12

Заявлено 18.VI.1970 (№ 1443914/23-26) с присоединением заявки ¹ 1452317/23-26

Приоритет 01 VI I.1969, № Р1933291,3 и № Р1933292.4, ФРГ

Опубликовано 11.1Ч.1972. Бюллетень № 13

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 660973 661 68 (088.8) Дата опубликования описания 8.V1.1972

Авторы изобретения

Иностранцы

Альфред Иллиген (Австрия) >;,; и Вальтер Нойгебауер 4,,,,"„ . 1 (Федеративная Республика Германии) Иностранная фирма

«Дегусса» (Федеративная Республика Германии) Заявитель

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКОДИСПЕРСНОЙ

КРЕМНИЕВОЙ КИСЛОТЫ

Известен способ получения тонкодисперсной кремниевой кислоты путем электротермического восстановления двуокиси кремния в присутствии восстановителя, например углерода, с последующим окислением полученной газообразной смеси, содер>кащей окись кремния и окись углерода, охлаждением и отделением от газов конечного продукта.

Однако получаемая, кремниевая кислота не обладает сильными загущающим и тиксотртхпным свойствами.

С целью устранеиня указанного недостатка предлагается кварц или вещества, содержащие двуокись кремния, восстанавливать,злектротермически в присутствии воостановителя, например кокса, кремния, магния, алюминия, карбида кремния.

Восстановление ведут в дуговой электропечи при температуре вьвше 1500 С. На полученную газовую смесь, содержащую окись крегмния, при температуре выше 1500 С действуют,водяным паром.

Соотношение воды и окиси, кремния (в моль) 5 — 50: 1; время реа кции — от 0,001 до

0,1 сек. Полученная после охлаждения тонкодисперсная кремниевая ки лота (промежуточный продукт) обладает высокими восстановительными свойствами, которые увеличиваются при взаимодействии водяного пара и окиси кремния в присутствии водорода. Качество промежуточного и конечного продуктов поBIILIJBIoT путем пропус кания в электричес кую дугу (до взаимодействия окиси .кремния ,с водяным паром) газов, например водорода, азота, окиси углерода, инертных газов, а такl0 >ке газовой смеси, содержащей, например водород, и окись углерода. Газы, разбавляющие окись |кремния, вводят в объемном отношении

1 — 4: 1. Продукты взаимодействия окиси кремния и воды охлаждают до 300 — 400 С с

lS газом или смесью газов, таких как (азот, водород, окись у глерода, инертные газы). Полученный промежуточный продукт обладает ярко,выраженными восстановительными свойствами и при обработке его .водой при,ком20 натной температуре выделяет водород, что не позволяет использовать его в качестве наполнителя.

Для получения тонкодисперсного продукта с сильными загущающим и ти ксотропным

25 свойствами промежуточный продукт подвергают термообрабопке при температуре 100—

1000 С (предпочтительно 200 — 700 С) в аппа3

335823 рате с кипящим слоем при продувании через аппарат воздуха или аара.

Пример 1. В электродуговой печи из с.аеси кварцевого песка и нефтяного кокса (соотношение 5: 1), получают 3,8 кг/час газообразной окиси кремния и 2,4 кг/час окиси утлерода. При 1500 — 2500 С выходящую из печи газовую смесь обрабатывают 40 м водяного пара, а затем обрабатывают 90 м азота.

Из циклона отбирают рыхлый хлопьевидный белый продукт, содержащий 16,8% по весу кремнемура вьиной кислоты (HSiOOH), насыпной вес 24 г/л; удельная поверхность, измеренная по сорбции азота, 171 м /л.

Пример 2. Опыт ведут по примеру 1, но подают 10 м водяного пара и 122 м азота.

Получают белый продукт с 10 вес. % кремнемуравьиной кислоты и удельной поверхностью 159 м /г.

Пример 3. Опыт ведут аналогично примеру 1, но подавая в газовый поток, выходящий из электродуговой печи и содержащий

3,8,кг/час окиси -кремния и 2,4 кг/час оки си углерода,,через нижнюю;камеру 40 мз/час, а через верхнюю — 96 мз/час водяного inapa. Получают белый продукт, содержащий 10,9 вес. % кремнемуравьиной кислоты, насыпной вес

29 г/л, удельная поверхность 161 м /г.

Пример 4. Опыт ведут:по примеру 3, но применяют электроды:с отверстиями, через которые в электрическую дугу подают б м /час водорода. Получают рыхлый белый продукт с 24,3 вес. %,кремнемуравьиной,кислоты, с насыпным вес. 18 г/л и удельной, поверхностью

214 м /г.

При мер 5. В электродуговую печь непрерывно подают 5,45 кг/час квар цевого песка и

1,09 кг)час кокса. В выходящий из печи газовый поток ic температурой около 1500 — 2500 С, содержащий о кись кремния и окись углерода, подают водяной пар при 120 — 130 С в количестве 60 кг/час.

Газовый поток охлаждают. воздухом (250м ) до 350 †4 С.

Из полученного газового потока в центробежно м ци|клоне отделяют высокодиспер|сный промежуточный продукт, который обрабатывают 10 мин в аппарате с кипящим слоем,при

520 С. В качестве среды для кипящего слоя применяют воздух (б м /час), получают продукт белого цвета с насыпным вес. 15 г/л, удельной поверхностью 219 м /г, рН 4%-ной водной суапензии 6,3. Вязкость в бутандиоле 310 сп на висковесах и 1480 сп на реометре. В ненасыщенном полиэфирном лаке по реометру вязкость составляет 1710 сп.

Снимки:на электронном м пкроскопе показывают наличие сферических компактных ча."тиц размером от 5 до 150 ммк.

Пример 6. Из электродуговой печи, куда подают смесь молотого к варцита и куско.во го кремния в соотношении 2 — 1: 1, |получают газовый поток с 3,8 кг/час окиси кремния, 5

65 в этог пото к подают 220 кг/час водяного пара.

Образующийся в результате реакции inpoдукт, содержащий силан и силанольные группы, отделяют в циклоне из газового пото,ка и получают 5 кг/час продукта, который направляют во вращающуюся трубчатую печь и при температуре 500 С 10 мин пропускают поток воздуха.

Полученная белая двуокись кремния с удельной поверхностью 134 м /г в бутаноле имеет вязкость 285 сп по висковесам и 1130 сп по реометру. Вязкость в ненасыщенном полиэфирном лаке 1420 сп. Насыпной вес 30 г/л.

П р и м е.р 7. В электродуговую,печь 1 час непрерывно подают смесь 5,5 кг |кварцевой крошки и 1,1 кг измельченного нефтяного кокса. Получают газовую смесь, содержащую

4,1 кг/час .о киси кремния и 2,5 кг/час окиси углерода, и ведут реакцию в печи с 50 кг водяного пара. Реакционную смесь охлаждают над реакционной зоной 200 — 240 м воздуха, после чего отделяют в циклоне промежуточный продукт и обрабатывают 1 мин воздухом в кипящем слое при 680 С. Отобранные в;разное время пробы продукта в бутандиоле .имеют вязкость от 235 до 250 сп на виаковесах.

При аналогичных условиях через оввер стия в полых электродах прямо в электрическую дугу, подают 4 м,/час аргона. Горение дуги при этом не ухудшалось, а даже несколько улучшалось за счет образования аргоновой плазмы. Вязкость,продукта, отобранного из кипящего слоя, 270 †2 сп (бутандиол, висковесы).

Предмет изобретения

1. Способ получения тонкодисперсной кремниевой,кислоты путем электротермического восстановления двуокиси кремния, например углеродом, с последующим окислением получаемой газообразной смеси, содержащей окись кремния, охлаждением и отделением от газов конечного 1продукта, отличающийся тем, что, с целью получения кремниевой кислоты, обладающей сильными загущающим и тиксотропным свойствами, окисление газообразной смеси, содержащей окись кремния, осуществляют водой, взятой в мольном соотношении к окиси кремния, равном 5 — 50: 1,,процессы восстановления и последующето окисления ведут при температуре вы ше 1500 С, конечный продукт реакции подвергают термообработке при темперапуре 100 — 1000 С, предпочтительно при температуре 200 — 700 С, в аппарате с кипящим слоем.

2. Способ,по п. 1, отличающийся тем, что газообразную смесь, содержащую окисыкрем:ния, до окисления ее водой раз ба вляют газами, например азотом, водородом, инертными газами или полученной непосредственно в самом .процессе тазовой смесью, содержащей, например водород и окись углерода, взятых в объемном отношении к окиси кремния равном 1 — 4: 1.