DE1948443B2 - Verfahren zur Herstellung hochdisperser, homogener aus Siliciumdioxid und RuB bestehender oder diese enthaltender Mischungen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung hochdisperser, homogener aus Siliciumdioxid und RuB bestehender oder diese enthaltender MischungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung hochdisperser Aktiv-Ruß, aktive Kieselsäure und
gegebenenfalls Metalloxid enthaltender Mischungen, wobei zur Herstellung der aktiven Kieselsäure das
Lichtbogenverfahren verwendet wird.
Hochdisperse Stoffe, unter welchen sowohl anorganische
weiße Füllstoffe bzw. Pigmentstoffe, z. B. Titandioxid, Aluminiumoxid und Siliziumdioxid als
auch schwarze Füllstoffe (Ruß) zu verstehen sind, haben eine weite Anwendung in vielen Bereichen der
chemischen Technik gefunden, insbesondere als verstärkende Füllstoffe in Kautschuk und in synthetischen
Elastomeren. Die weitaus wichtigsten hochdispersen Füllstoffe sind das Siliciumdioxid (aktive
Kieselsäure) und der Ruß (Aktiv-Ruß). Die verstärkenden Eigenschaften dieser Stoffe treten meistens
erst dann in Erscheinung, wenn dieselben in hochdisperser Verteilung vorliegen, worunter man im allgemeinen
Stoffverteilungen versteht, welche spezifische Oberflächen nach BET oberhalb ca. 50 m2/g besitzen.
Kieselsäure wird nach bekannten Verfahren hauptsächlich auf nassem Wege durch Fällung mittels Säuren
aus Alkalisilikatlösungen gewonnen. In neuerer Zeit sind als weitere Prozesse zur Herstellung von
hochdisperser Kieselsäure die Flammenhydrolyse von Siliciumtetrachlorid und die Oxydation von gasförmigem
Siliciummonoxid bekanntgeworden. Ruß wird großtechnisch überwiegend durch thermische Spaltung
bzw. unvollständige Verbrennung von Kohlenstoffverbindungen gewonnen.
Die Anwendungsgebiete von Aktivruß sind vorwiegend durch seine hydrophoben, organophilen Eigenschaften,
diejenigen der aktiven Kieselsäure durch ihre hydrophilen Eigenschaften bedingt. Da es jedoch
Anwendungsgebiete gibt, in denen sowohl die Eigenschaften von Aktiv-Ruß als auch die von aktiver Kieselsäure
wünschenswert sind, hat man schon seit längerer Zeit versucht, beide Stoffe zusammen einzusetzen.
Für ein solches Vorhaben ist es erforderlich, daß beide Stoffe in guter Vermischung vorliegen, damit
die gewünschten Effekte zur Erzielung gleichmäßiger Eigenschaften im gesamten Bereich der Einmischung
ίο gleichmäßig zur Wirkung kommen.
Mischungen, die aus Siliciumdioxid und Ruß durch mechanisches Mischen, sei es vor der Einarbeitung
oder bei der Einarbeitung in das Endprodukt nach bekannten Verfahren hergestellt werden, sind jedoch
nur in begrenztem Maße homogen. Man erhält auf diese Weise im allgemeinen nur ein Gemisch von Sekundäragglomeraten
aus Siliciumdioxid und Ruß. Es hat deshalb nicht an Bemühungen gefehlt, zu verbesserten
Produkten zu gelangen, indem nach einem be-
-Ό kannten Verfahren (US-Patentschrift 2156591) die
Herstellung kohlenstoffhaltiger Kieselsäure durch Pyrolyse von einem Gemisch aus Teer und Kieselgur
in Abwesenheit von Luft vorgeschlagen wird. Weiterhin ist ein Verfahren zur Herstellung von Metalloxid/
>·> Ruß-Mischungen bekannt (US-Patentschrift
3094428), nach welchem durch Zersetzen von Metallverbindungen und ungesättigten Kohlenwasserstoffen,
insbesondere von Acetylen oder von Benzol, in sauerstoffhaltiger, reduzierender Flamme Metall-
SO oxid-Ruß-Mischungen mit einem Ruß-Anteil bis zu
50% gewonnen werden. Ein anderes bekanntes Verfahren (US-Patentschrift 2632713) sieht vor, verbrennbare
Verbindungen des Siliciums, Bors oder Germaniums in die Flamme eines speziellen Ruß-
Γ) brenners einzubringen. Als brennbare Verbindungen
werden insbesondere Orthoester, wasserstoffhaltige oder metallorganische Verbindungen vorgeschlagen.
Die erhaltenen Mischungen enthalten maximal 10% an Oxiden des Siliciums, Bors oder Germaniunis.
4(i Diese Verfahren weisen jedoch mehrere Nachteile
auf: Es fallen inaktive Mischungen - d. h. Mischungen mit zu großen Partikeln - an, das Mischungsverhältnis
von Ruß und Metalloxid ist sehr begrenzt, die eingeführten Metallverbindungen sind an korrosiv wir-
4-, kende Elemente, wie z. B. Chlor, gebunden oder die
eingesetzten Verbindungen sind kostspielig oder gefährlich in der Handhabung. Die bei diesen Prozessen
entstehenden Abgase haben keinen oder nur einen sehr geringen Heizwert.
v) Wünschenswert wäre ein Herstellungsverfahren für
Siliciumdioxid-Ruß-Mischungen, bei welchem sowohl die Siliciumdioxid-Primärteilchen als auch die Ruß-Primärteilchen
gleichzeitig entstehen und sich im Augenblick ihrer Bildung sofort innig miteinander ver-
Y, mischen, wobei jedoch die zuvor erwähnten Nachteile
nicht mehr in Erscheinung treten.
Der Erfindung lag die Aufgabenstellung zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung hochdisperser, im wesentlichen
aus Aktiv-Ruß und aktiver Kieselsäure be-
bo stehender, homogener Mischungen durch pyrolytische
Umsetzung von Metalloxiden und/oder Siliciumoxiden und Kohlenstoffverbindungen in der Gasphase
anzugeben, mittels welchem als Verstärkerfüllstoffe für Kautschuke und Elastomere geeignete Produkte
h·) mit besonders vorteilhaften Eigenschaften erhalten
werden.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung hochdisperser Aktiv-Ruß, aktive Kiesel-
säure und gegebenenfalls Metalloxid enthaltender Mischungen, wobei zur Herstellung der aktiven Kieselsäure
das Lichtbogenverfahren verwendet wird, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man mittels
eines Lichtbogens aus einem Gemisch aus Quarz und *>
Silicium bzw. Koks, welches gegebenenfalls ein oder mehrere Metalloxide enthält, einen 2000 bis 2500° C
heißen Siliciummonoxid enthaltenden Gasstrom erzeugt, in diesen Gasstrom ein gasförmiges Oxidationsmittel
und gleichzeitig mit dem gasförmigen i<> Oxidationsmittel oder in Stromrichtur.g kurz danach
einen Ruß bildenden Stoff einführt, und die erhaltene pulverförmige Mischung von den Reaktionsgasen abtrennt.
Überraschenderweise lassen sich auf diese Weise ι ">
hochdisperse, homogene, Siliciumdioxid und Ruß sowie gegebenenfalls Silicium, Siliciummonoxid und Siliciumcarbid
enthaltende Mischungen erhalten, wobei die Mischung der Mischungskomponenien im Entstehungszustand
im Primärteilchenbereich erfolgt und -'« somit die bestmögliche Kombination der Eigenschaften
beider Mischungspartner erreicht wird.
Gasförmiges Siliciummonoxid ist ein chemisch sehr reaktionsfähiger Stoff, welcher bekanntlich durch
oxydierend wirkende Stoffe, wie z. B. Luft oder Was- y<
serdampf, leicht zu Siliciumdioxid und durch reduzierend wirkende Stoffe, wie z. B. Kohlenwa^ ^erstoffe,
leicht zu Siliciumcarbid umgesetzt werden kann. Überraschenderweise lassen sich nun praktisch
gleichzeitig die Oxydation des Siliciummonoxids zu w Siliciumdioxid und die Spaltung von kohlenstoffhaltigen
Verbindungen zu Ruß vornehmen, ohne daß eine wesentliche Beeinflussung beider Reaktionen stattfindet.
Offenbar verbindet sich das gasförmige Siliciummonoxid bevorzugt, d. h. schneller, mit angebote- π
nem Sauerstoff als mit angebotenen, kohlenstoffhaltigen Verbindungen. Oder mit anderen Worten:
Sauerstoff verbindet sich offenbar bevorzugt mit Siliciummonoxid zu Siliciumdioxid als mit Kohlenwasserstoffen
zu Kohlenmonoxid. w
Anhand der schematischen Skizzen werdender Reaktionsablauf
des Verfahrens sowie für dieses geeignete Vorrichtungen näher erläutert. Es bedeuten
Fig. 1 Reaktionsablauf des Verfahrens, und
Fig. 2 bis 4 Mischkammern zur Einspeisung der 4-,
Reaktions- bzw. Mischungskomponenten.
Für die Durchführung des Verfahrens kann beispielsweise die in Fig. 1 dargestellte Anordnung benutzt
werden. Einem elektrothermischen Ofen l,z. B. einem Lichtbogenofen, wird über eine Zugabevor- ,0
richtung 101 kontinuierlich ein stöchiometrisches Gemisch aus Quarz (SiO2) und Koks (oder aus Quarz
und Silicium) zugeführt. Das bei der hohen Temperatur sich bildende, gasförmige Siliciummonoxid verläßt
- gegebenenfalls zusammen mit Kohlenmonoxid - ,-, den Ofen 1 durch eine Austrittsöffnung 2. Oberhalb
der Gasaustrittsöffnung 2 ist eine Gasmischvorrichtung 3 angebracht, welche zwei mit nach innen gerichteten
Bohrungen versehene und übereinander angeordnete Kammern 2', 3' besitzt, aus denen Gase b<
> und Flüssigkeiten in den siliciummonoxidhaltigen Gasstrahl eingeführt werden können.
So kann z. B. durch eine Leitung 102 das zur Oxydation des Siliciummonoxids und gegebenenfalls
des Kohlenmonoxids erforderliche Mittel, beispiels- „■-,
weise Luft, zugeführt werden. Über eine Leitung 103 kann die zu Ruß zu spaltende Verbindung eingespeist
werden, so daß die Spaltung unmittelbar in der Oxydationszone und auch darüber im Raum 4, welcher
zweckmäßigerweise mit einer Wärmeisolation versehen ist, stattfinden kann.
Das im Gasstrom suspendierte Reaktionsprodukt gelangt über eine Leitung 105 in einen Wärmetauscher
5 und anschließend in einen Abscheider 6, aus welchem es über eine Zellenschleuse 7 in ein Vorratsgefäß 8 gefördert wird. Die vom Feststoff befreiten
Gase werden über eine Leitung 106 von einem Ventilator 9 angesaugt und über eine Leitung 107 aus dem
Prozeß herausgeführt. Im Falle einer Kreislaufführung können die Gase über eine Leitung 104 in die
Gasmischvorrichtung 3 eingeführt werden. Überschußgas wird unter Betätigung von Ventilen 10 und
11 über die Leitung 107 abgeführt.
Die Fig. 2 bis 4 zeigen geeignete Ausführungsformen der Gasmischvorrichtung 3. Den Unterteil dieser
Vorrichtung, in welche der siliciummonoxidhaitige Gasstrahl von unten her kommend eintritt, besteht
aus einer von einem Kühlmittel — z. B. Wasser oder öl - durchflossenen Kammer 1 und zwei darüber befindlichen
Kammern 2 und 3. Das zur Oxydation des Siliciummonoxids benötigte Mittel - z. B. Luft,
Sauerstoff, Wasser - tritt durch einen Stutzen 102 in die Kammer 2 ein und verläßt diese aus in Form eines
Lochkranzes ausgeführten Bohrungen 4. Die Bohrungen können so ausgeführt sein, daß das aus ihnen
austretende Oxydationsmittel senkrecht oder unter einem geneigten Anstellwinkel in den heißen Siliciummonoxid-Gasstrahl
eindringt.
Größe und Anzahl der Bohrungen müssen der einzuspeisenden Menge des Oxydationsmittels und dem
freien Querschnitt der Gasmischvorrichtung so angepaßt sein, daß das Oxydationsmittel bis in die Mitte
des SiO-Gasstrahles eindringen kann.
Die zu spaltende Verbindung wird über einen Stutzen 103 der Kammer 3 zugeführt und tritt aus dieser
über Bohrungen 5 aus. In Fig. 2 ist der Kranz der Bohrungen 5 so angelegt, daß die Spaltung der rußbildenden
Verbindung unmittelbar über der Zone der Siüciummonoxid-Oxydation stattfindet, was hohe
Spaltgeschwindigkeit bedeutet. In Fig. 3 liegen die Austrittslöcher für die zu spaltende Verbindung in der
oberen Begrenzungsplatte der Gasmischvorrichtung, wodurch die Spaltung einen größeren Reaktionsraum
erfordert, wobei jedoch der Anteil der Verbrennung der zu spaltenden Verbindung geringer bleibt. In
Fig. 4 werden das Oxydationsmittel (aus Kammer 2 über einen Kranz von Düsen 6) und die zu spaltende,
kohlenstoffhaltige Verbindung (über Kammer 3) zusammen durch einen Kranz von öffnungen 5 zugeführt.
Die Spaltung der rußbildenden Verbindungen wird durch die bei der Oxydation des gasförmigen Siliciummonoxids
und gegebenenfalls des Kohlenmonoxids mit Sauerstoff, welcher auch in Form von Luft, Wasserdampf
oder Kohlendioxid zur Anwendung gelangen kann, auftretende, hohe Reaktionswärme bewirkt.
Einen weiteren Teil an Wärme trägt der Wärmeinhalt des mit über 2000° C austretenden Siliciummonoxids
und gegebenenfalls Kohlenmonoxids bei. Da die Spaltungsreaktion direkt in der Gasphase
durchgeführt wird, verläuft sie mit bestem thermischem Wirkungsgrad und stellt die wirkungsvollste
Ausnutzung der bei der SiO2-Gewinnung über Siliciummonoxid
freiwerdenden"Wärme dar. Da diese Oxydationswärme üblicherweise durch Einblasen von
Luftüberschuß - um durch Abschrecken am Ort der
SiO2-Entstehungein möglichst feinteiliges Produkt zu
erhalten - auf ein ökonomisch wenig interessantes Temperaturniveau vernichtet wild, bedeutet die Anwendung
des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß man den in die Kieselsäure eingemischen Ruß zum
Rohstoffpreis erhält.
Die Menge des Oxydationsmittels wird so bemessen, daß einerseits eine möglichst weitgehende
Oxydation des Siliciummonoxids zum Siliciumdioxid erfolgt, andererseits eine Verbrennung der zugeführten
zu spaltenden Verbindung gering gehalten wird. Als zweckmäßig haben sich Oxydationsmittelmengen
erwiesen, welche knapp unter oder über dem stöchiometrischen Bedarf liegen. Es wurden jedoch auch
noch brauchbare Ergebnisse mit drei- bis fünffachem Überschuß erzielt.
Das Mischungsverhältnis SiO2 zu Ruß läßt sich in
einem weiten Spielraum dem vorgesehenen Verwendungszweck anpassen. Es hängt vom Typ und der
Menge der eingespeisten, zu spaltenden Verbindung ab. Die gemäß der Erfindung hergestellten Mischungen
sind je nach Menge der zugesetzten, thermisch zu Ruß spaltbaren Verbindung von grauer bis tiefschwarzer
Farbe und haben spezifische Oberflächengrößen von 50 bis 200 mVg. Sie haben ein homogenes
Aussehen und zeigen im elektronenmikroskopischen Bild (Vergrößerung 50000:1) Partikelabmessungen
zwischen 5 bis 300 Millimikron. Die elektronenmikroskopischen Vergrößerungen zeigen, daß Kieselsäure
und Ruß im Primärteilchenbereich in homogener, statistischer Verteilung vorliegen.
Als Ruß bildende Stoffe können in einer bevorzugten Ausführungsform Kohlenwasserstoffe eingesetzt
werden. Darunter werden niedere bis mittlere Aliphaten und Olefine, Acetylen, aromatische Verbindungen,
Anthracenole, Destillationsrückstände sowie Mischungen der genannten Stoffe verstanden.
Die Spaltung führt je nach Art des verwendeten Stoffes und der Versuchsbedingungen zu unterschiedlichen
Rußausbeuten. Bei der Spaltung können mehr oder weniger große Mengen an Olefinen anfallen. In
solchen Fällen kann es nützlich sein, das vom Feststoff befreite Abgas im Kreislauf in den Prozeß zurückzuführen
oder die Olefine aus dem Abgas zu isolieren und erneut in den Prozeß einzusetzen.
Die bei der Spaltung der rußbildenden Verbindung entstehenden gasförmigen Produkte, wie Wasserstoff,
Methan, Olefine, verleihen zusammen mit dem dem elektrischen Lichtbogenofen entströmenden Kohlenmonoxid
einen hohen Wert, welcher im einfachsten Verwertungsfall als Heizwert genutzt werden kann.
So wurde z. B. bei der Verwendung von Ligroin als rußbildende Verbindung und Luft als Oxydationsmittel
für das Siliciummonoxid ein Abgas mit 18 Vol.-% H,, 15 Vol.-% CO, 7 Vol.-% CH4 und 4 Vol.-% C2H4
erhalten.
Neben Siliciumdioxid und Ruß können die Reaktionsprodukte auch noch Anteile an nicht umgesetztem
Siliciummonoxid, welches entweder als festes SiO oder in Form der Disproportionierungsprodukte Si
und SiO2 auftreten kann sowie solche von Siliciumcarbid
enthalten. Diese Nebenprodukte liegen ebenso wie die Hauptprodukte Siliciumdioxid und Ruß in
hochdisperser Form und feinster Verteilung vor. Nachteilige Einflüsse der Beimengungen waren nicht
zu beobachten.
Es ist ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß dem SiOj/Ruß-Gemisch noch weitere, für
eine Verwendung in Gummimischungen erwünschte Stoffe in feinverteilter Form zugesetzt werden können.
Hierzu zählen Stoffe, weiche unter den Bedingungen der SiO-Gas-Erzeugung in die Gasphase
• überführt und aus dieser bei der Oxydation und Abkühlung in hochdisperser Form niedergeschlagen
werden können. Zu diesen Stoffen zählt neben z. B. Aluminiumoxid und Magnesiumoxid das Zinkoxid,
welches wichtiger Bestandteil vieler Gummimischun-
Hi gen ist. Es ist hierbei nur notwendig, dem Quarz/
Koks-Einsatzgemisch eine entsprechende Menge an Zinkoxid zuzusetzen.
Zur Erzielung einer höheren Rußausbeute und zur Variation der Eigenschaften des SiO,/Ruß-Gemi-
> sches kann es nützlich sein, das aus dem Lichtbogenofen austretende Siliciummonoxid mit einem anderen
Gas, wie z. B. Stickstoff, Wasserstoff oder einem Edelgas zu verdünnen. Die Einführung dieser Gase
erfolgt zweckmäßigerweise durch Bohrungen in den
2(i Graphitelektroden oder durch besondere, durch den
Deckel des Lichtbogenofens geführte Rohre aus Graphit oder Siliciumcarbid.
j) In einem elektrischen Lichtbogenofen wurde ein
Gemisch aus Quarzsand und Koksgries im Gewichtsverhältnis 5:1 umgesetzt und stündlich 3,8 kg gasförmiges
Siliciummonoxid und 2,4 kg Kohlenmonoxid erzeugt. Durch eine Gasmischvorrichtung gemäß
in Fig. 3 wurden in den mit einer Temperatur zwischen
2000 und 2500° C austretenden Gasstrahl stündlich über Kammer 2 12 Nm3 Luft sowie über Kammer 3
7,4 Nm' Propylen eingeführt. Aus dem Abscheider wurde ein tief schwarz gefärbtes Produkt abgezogen,
π welches eine spezifische Oberfläche von 69 nr/'g und
ein Schüttgewicht von 27 g/l aufwies. Die chemische Analyse ergab einen Gehalt von 55 Gew.% SiO,, 31
Gew.% Ruß und 11 Gew.% Sie. Der benzollöshche
Anteil betrug 2 Gew.-%.
Elektronenmikroskopische Aufnahmen (Vergrößerung 50000:1) zeigen runde Primärteilchen von
SiO2 mit Abmessungen zwischen ca. 5 und 300 Millimikron
sowie unregelmäßig begrenzte, z. T. blättchenförmige
Ruß-Primärteilchen mit Abmessungen 3 zwischen ca. 5 und 100 Millimikron in gleichmäßiger
Verteilung.
In gleicher Anordnung und gleicher Weise wie in -,o Beispiel 1 wurden 7,6 Nm3 Luft/h und 7,0 Nm3 Äthylen/h
in den heißen SiO/CO-Gasstrahl eingespeist. Das erhaltene Produkt hatte eine spezifische Oberfläche
von 52 nr/g, ein Schüttgewicht von 27 g/l und eine Zusammensetzung von 52 Gew.-% SiO2, 25
Gew.% Ruß und 18 Gew.% SiC. Der benzollösliche Anteil betrug 8,3 Gew.%.
Es wurde wie in Beispiel 2 verfahren, wobei jedoch to die stündliche Luftmenge 26 Nm3 und die stündliche
Äthylenmenge 6 Nm3 betrugen. Das erhaltene, schwarze Produkt hatte eine spezifische Oberfläche
von 174 m2/g, einen SiO2-Gehalt von 71 Gew.- % und
einen Rußgehalt von 24 Gew.-%.
b5 Beispiel 4
In einen Gasstrahl aus Siliciummonoxid und Kohlenmonoxid mit einer Temperatur von ca. 2000 bis
2500° C wurde aus einer Gasmischvorrichtung gemäß Fig. 3 Sauerstoff und Anthracenöl eingespeist. Es
wurde ein tiefschwarzes Produkt mit einer spezifischen Oberfläche von 114 m2/g und der Zusammensetzung
48 Gew.-%SiO2,48 Gew.-% Ruß, 2 Gew.-%
SiC und 1 Gew.-% Si erhalten.
In einen elektrischen Lichtbogenofen wurden kontinuierlich 8,5 kg eines Gemisches aus Quarzsplit und
gebrochenem Silicium im Gewichtsverhältnis 2,1:1 eingeführt. In den aus dem Ofen austretenden Siliciummonoxid-Gasstrahl
wurden aus einer Gasmischvorrichtung gemäß Fig. 2 durch Kammer 2 stündlich Q Nm3 Luft und durch Kammer 3 mit entsprechend
kleinen Bohrungen stündlich 14 1 Petroläther (flüssig)
eingespeist. Das erhaltene Produkt hatte eine spezifische Oberfläche von 74 m2/g, ein Schüttgewicht von
29 g/l und enthielt 74 Gew.-% SiO2 und 20 Gew.-%
Ruß. Elektronenmikroskopische Aufnahmen zeigten eine homogene Verteilung von SiO2 und Ruß im Primärteilchenbereich.
In einem elektrischen Lichtbogenofen wurde ein Gasstrahl mit ca. 3,7 kg gasförmigem Siliciummonoxid
und 2,4 kg Kohlenmonoxid pro Stunde erzeugt. Durch eine Mischvorrichtung gemäß Fig. 2 wurden
durch Kammer 2 5 Nm1 Luft/h und durch Kammer 3 7 1 Ligroin (Siedebereich 90-100° C), das vorher verdampft
wurde, eingeführt. Das erhaltene, schwarze Produkt hatte eine spezifische Oberfläche von 93 m:/g
und ein Schüttgewicht von 29 g/l. Die chemische Zusammensetzung lautete auf 54 Gew.-% SiO2, 21
Gew.-% Ruß, 4 Gew.-% Si und 1 Gew.-% SiC. Das
Abgas hatte folgende Zusammensetzung: 18 Vol.-% H2, 15 Vol.-% CO, 7 Vol.-% CH4, 4 Vol.-% C2H4,
3 Vol.-% CO2, 40 Vol.-% N2, Rest andere kohlenstoffhaltige Gase.
Im elektrischen Lichtbogenofen wurde ein Gasstrom von 3,8 kg Siliciummonoxid und 2,4 kg Kohlenmonoxid
erzeugt. Es kam eine Gasmischvorrichtung gemäß Fig. 2 zum Einsatz. Aus der unteren
Kammer 2 strömten aus 60 Öffnungen, welche mit einem Winkel von 45° gegen den SiO/CO-Gasstrahl
geneigt waren, 5 Nm1 Luft/h und aus der Kammer 3 aus ebenfalls 60 Bohrungen 8,5 Nm3 Äthylen/h unter
einem Neigungswinkel von 60° in den SiO-haltigen Gasstrom. Es wurde ein dunkelgraues Gemisch aus
23 Gew.-% SiO,, 20 Gew.-% Ruß, 17 Gew.-% SiO
und 41 Gew.-% SiC mit einer spezifischen Oberfläche von 92 m2/g erhalten.
In einen Gasstrom aus 3,8 kg Siliciummonoxid und 2,4 kg Kohlenmonoxid mit einer Temperatur zwischen
2000 und 2500° C wurden aus einer Gasmisch-
■) vorrichtung gemäß Fig. 4 aus der Kammer 2 stündlich
1,6 Nm1 Sauerstoff und aus der Kammer 3 stündlich 3,0 Nm' eines handelsüblichen C3/C4-Flaschengases
eingespeist. Man erhielt eine dunkelgraue, hochdisperse Mischung mit 62 Gew.-% SiO2, 13 Gew.-%
i» Ruß, 13 Gew.-% SiO und 13 Gew.-% SiC, welche
eine spezifische Oberfläche von 130 nr/g und ein Schüttgewicht von 37 g/l besaß.
ι) Es wurde nach Beispiel 5 gearbeitet, jedoch wurden
zusätzlich durch Bohrungen in den Elektroden stündlich 6 Nm3 Argon in den Lichtbogenofen eingeleitet.
Das entstandene, hochdisperse Gemisch zeigte eine spezifische Oberfläche von 93 mVg, ein Schüttgewicht
2(i von 28 g/l und eine chemische Zusammensetzung von
67 Gew.-% SiO2,28 Gew.-% Ruß, 2 Gew.-% Si und
3 Gew.-% SiC.
2-, Unter gleichartiger Arbeitsweise wie in Beispiel 9
wurde anstelle von Argon stündlich eine Gasmenge von 5 Nm' Wasserstoff zugeführt. Das abgezogene
Gemisch hatte eine spezifische Oberfläche von 89 nr/g, ein Schüttgewicht von 28 g/l und eine che-
Jd mische Zusammensetzung von 66 Gew.-% SiO2, 28
Gew.-% Ruß, 4 Gew.-% Si und 2 Gew.-% SiC.
Beispiel 11
In einen Gasstrahl von stündlich 3,8 kg Silicium-
In einen Gasstrahl von stündlich 3,8 kg Silicium-
i-ι monoxid und 2,4 kg Kohlenmonoxid wurden mittels
einer Gasmischvorrichtung gemäß Fig. 2 aus Kammer 2 5 Nm' Wasserdampf und aus Kammer 3 5 Nm'
Propylen eingespeist. Es wurde ein Produkt mit 69 Gew.-% SiO2 und 22 Gew.-% Ruß erhalten, welches
-tu eine spezifische Oberfläche von 61 nr/g und ein
Schüttgewicht von 35 g/l hatte. Das Produkt zeigte ein besonders stark ausgeprägtes hydrophobes Verhalten.
4. Beispiel 12
In einem elektrischen Lichtbogenofen wurde stündlich ein Gemisch aus 5,5 kg Quarzsand, 1,1 kg
Petrolkoks und 0,45 kg Zinkoxid in die Gasphase überführt. In den austretenden, heißen Gasstrahl
-,o wurde aus einer Gasmischvorrichtung nach Fig. 3
über Kammer 2 8 Nm3 Luft/h und über Kammer 3 14 1 Petroläther/h eingespeist. Aus dem Abscheider
wurde ein schwarzes Produkt mit 64 Gew.-% SiO2,
26 Gew.-% Ruß und 5,3 Gew.-% ZnO abgezogen.
,-, Die spezifische Oberfläche betrug 73 nr/g.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung hochdisperser Aktiv-Ruß, aktive Kieselsäure und gegebenenfalls
Metalloxid enthaltender Mischungen, wobei zur Herstellung der aktiven Kieselsäure das Lichtbogenverfahren
verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß man mittels eines Lichtbogens aus einem Gemisch aus Quarz und Silicium
bzw. Koks, welches gegebenenfalls ein oder mehrere Metalloxide enthält, einen 2000 bis 2500° C
heißen Siliciummonoxid enthaltenden Gasstrom erzeugt, in diesen Gasstrom ein gasförmiges
Oxidationsmittel und gleichzeitig mit dem gasförmigen Oxidationsmittel oder in Stromrichtung
kurz danach einen Ruß bildenden Stoff einführt, and die erhaltene pulverförmige Mischung von
den Reaktionsgasen abtrennt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Ruß bildenden Stoff
Kohlenwasserstoff einsetzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den heißen Gasstrom
mit Wasserstoff, Stickstoff oder einem Edelgas verdünnt.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Metalloxid
Aluminiumoxid, Magnesiumoxid oder Zinkoxid einsetzt.
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| BGA | New person/name/address of the applicant | ||
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
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