WO1991015429A1 - Process for producing swellable laminated silicates - Google Patents

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WO1991015429A1
WO1991015429A1 PCT/EP1991/000586 EP9100586W WO9115429A1 WO 1991015429 A1 WO1991015429 A1 WO 1991015429A1 EP 9100586 W EP9100586 W EP 9100586W WO 9115429 A1 WO9115429 A1 WO 9115429A1
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Hans Dolhaine
Heinz Müller
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Stephan Von Tapavicza
Willi WÜST
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Abstract

The invention relates to a simplified process for producing swellable smectite-type laminated silicates by hydrothermal pressure treatment of mixtures and/or coprecipitates of the laminated silicate-forming components in the presence of excess water and free bases. The new process is characterized in that a reaction mixture containing excess base in the form of ammonia is introduced into the hydrothermal reaction step, and in that during processing of the reaction raw product, the aqueous-basic reaction medium is at least partially separated from the laminated silicate formed, if so desired.

Description

Verfahren zur Herstellung von quellfähigen Schichtsilikaten. Process for the production of swellable layered silicates.
Die Erfindung betrifft ein vereinfachtes Syntheseverfahren zur Herstellung wasserquellbarer Smectit-Tone und beschreibt ins¬ besondere eine Möglichkeit in einfacher Weise der Schwierigkeiten Herr zu werden, die bei der Herstellung hochquellfähiger Hecto- rite, Saponite und/oder Saponit-Hectorit-Hybride auftreten.The invention relates to a simplified synthesis process for the production of water-swellable smectite clays and describes in particular a possibility in a simple manner to master the difficulties which arise in the production of highly swellable hectorites, saponites and / or saponite-hectorite hybrids.
Die Synthese von Schichtsilikaten, insbesondere von Hectoriten, ist in der Literatur vielfach beschrieben worden (H. Strese und U. Hoffmann, Z. Anorg. Allg. Chem. 247 (1941) 65 - 95; W. I. Grandquist und S. S. Pollack in "Clays and Clay Minerals" Natl. Acad. Sei., Natl. Res. Council Publ. 8 (1960) 150 - 169; DE-AS 1 667 502). Eine jüngere Literaturstelle beschäftigt sich aus¬ führlich mit den heute vorliegenden Erkenntnissen zur Struktur, Genese und Herstellung von Hectorit, vgl. hierzu Karl-Heinz Bergk et al. Chem. Techn. 41. Jg., Heft 6, 245 - 251.The synthesis of phyllosilicates, especially hectorites, has been widely described in the literature (H. Strese and U. Hoffmann, Z. Anorg. Allg. Chem. 247 (1941) 65-95; WI Grandquist and SS Pollack in "Clays and Clay Minerals "Natl. Acad. Sei., Natl. Res. Council Publ. 8 (1960) 150-169; DE-AS 1 667 502). A recent literature entry deals in detail with the knowledge available today on the structure, genesis and production of hectorite, cf. Karl-Heinz Bergk et al. Chem. Techn. 41 vol., Issue 6, 245-251.
Hoch quellfähige Schichtsilikate des Typs Smectit (insbesondere Hectorite, Saponite und/oder Saponit-Hectorit-Hybride) finden breite Anwendung z. B. in den Bereichen Kosmetik, Lacke, Far¬ ben, Abwasseraufbereitung und Spülflüssigkeiten. Bei fast allen Anwendungen nutzt man das ausgeprägte Quellvermögen der Ver¬ treter dieser Verbindungsklasse in Wasser aus. Dem Einsatz natürlich vorkommender Materialien der hier betroffenen Art steht oft deren eingeschränkte Reinheit entgegen, so daß der Synthese entsprechender Materialien mit vorbestimmbaren Stoffeigenschaften hohe Bedeutung zukommt. Für die Praxis ist in diesem Zusammen¬ hang die Hydrothermal-Synthese bei hohen Temperaturen von überragender Bedeutung . Einzelheiten zur Synthese finden sich insbesondere in der zuletzt genannten Literaturstelle Karl-Heinz Bergk et al . , vgl . hier insbesondere die Fließschemen aus den Bildern 3 und 4 auf der Seite 247 a.a . O .Highly swellable layered silicates of the smectite type (in particular hectorite, saponite and / or saponite-hectorite hybrids) are widely used, for. B. in the fields of cosmetics, paints, paints, wastewater treatment and rinsing liquids. In almost all applications, the pronounced swelling capacity of the representatives of this class of compounds in water is used. The use of naturally occurring materials of the type concerned here often stands in the way of their limited purity, so that the synthesis of corresponding materials with predeterminable material properties is of great importance. In practice, hydrothermal synthesis at high temperatures of of paramount importance. Details of the synthesis can be found in particular in the last-mentioned literature reference Karl-Heinz Bergk et al. , see . here in particular the flow diagrams from Figures 3 and 4 on page 247 aa. O.
Ein großtechnisch bedeutungsvolles Anwendungsgebiet hoch quell¬ fähiger synthetischer Schichtsilikate der hier betroffenen Art ist . deren Verwendung als Mittel zum Viskositätsaufbau in wäßrigen Bohrspül- und Bohrlochbehandlungsmitteln bei der Exploration und Erschließung von Lagerstätten von beispielsweise Erdöl und Erdgas , aber auch beim Ceothermiebohren , beim Wasserbohren , bei der Durchführung geowissenschaftlicher Bohrungen und bei Bohrungen im Bergbaubereich . Aus der einschlägigen Literatur ist hier insbesondere die EP-A 260 538 zu nennen . Geschildert wird hier die Verwendung von ausgewählten synthetischen quellfähigen Schichtsilikaten des Hectorit- und/oder Saponit-Typs für solche wasserbasierten Bohrspülsysteme. Die zuletzt genannte Literatur¬ stelle beschreibt in ihrem Beispiel 1 ein typisches Verfahren zur Herstellung der dort zu verwendenden synthetischen Schicht¬ silikate vom Hectorit-Typ. Aus Magnesiumsulfat, Natronlauge, Natriumsilikatlösung und Lithiumcarbonat wird eine wäßrige Su¬ spension hergestellt, die dann etwa 4 Stunden bei 180 C im Rührautoklaven zur Umsetzung gebracht wird . Das entstandene Produkt muß dann von der Mutterlauge abfiltriert und der dabei gewonnene Filterkuchen mit entionisiertem Wasser gewaschen werden , bevor die Trocknung des Materials erfolgt. Diese ent¬ scheidenden Schritte des Filtrierens eines primär gebildeten Hectorit-Slurries mit nachfolgendem Waschen der abgetrennten Feststoffphase sind auch integrale Bestandteile der in den Fließbildern 3 und 4 aus der zitierten Literaturstelle Karl-Heinz Bergk et al . a.a.O. Seite 247 gezeigten Verfahren. Notwendig ist dieses Filtrieren und Waschen zur Abtrennung von Fremdbestand¬ teilen , die über die eingesetzten Reaktanten und/oder Reakti¬ onshilfsmittel in das Reaktionsrohgemisch eingeschleppt worden sind. I n der Regel handelt es sich hierbei um wasserlösliche Salze wie Natriumsulfat, Natriumcarbonat oder Natriumchlorid sowie um den im Rahmen der Hydrothermalsynthese eingesetzten Überschuß an freiem Alkali .A large-scale application area of high swellable synthetic layered silicates of the type concerned here is. the use thereof as a viscosity-building agent in aqueous drilling mud and borehole treatment agents in the exploration and development of deposits of, for example, petroleum and natural gas, but also in Ceothermal drilling, water drilling, in the execution of geoscientific drilling and in drilling in the mining sector. From the relevant literature, EP-A 260 538 should be mentioned here in particular. The use of selected synthetic swellable sheet silicates of the hectorite and / or saponite type for such water-based drilling fluid systems is described here. The last-mentioned literature reference describes in Example 1 a typical process for the production of the synthetic layer silicates of the hectorite type to be used there. An aqueous suspension is prepared from magnesium sulfate, sodium hydroxide solution, sodium silicate solution and lithium carbonate and is then reacted for about 4 hours at 180 ° C. in a stirred autoclave. The resulting product must then be filtered off from the mother liquor and the filter cake thus obtained must be washed with deionized water before the material is dried. These decisive steps of filtering a primarily formed hectorite slurry with subsequent washing of the separated solid phase are also integral components of the flow diagrams 3 and 4 from the cited literature reference Karl-Heinz Bergk et al. op. page 247 method shown. This filtering and washing is necessary to remove foreign constituents which have been introduced into the crude reaction mixture via the reactants and / or reaction auxiliaries used are. As a rule, these are water-soluble salts such as sodium sulfate, sodium carbonate or sodium chloride and the excess of free alkali used in the hydrothermal synthesis.
Dieser scheinbar einfache Schritt der Abtrennung der gelöste Salze enthaltenden wäßrigen Phase und das nachfolgende Waschen des synthetischen Smectit-Tons bringen für das praktische Ver¬ fahren beträchtliche Schwierigkeiten. Sofort verständlich wird das aus folgendem: Das gebildete hoch quellfähige Schichtsilikat hält wenigstens Anteile der wäßrigen Reaktionsphase hartnäckig fest, und fordert besondere Intensität für die nachfolgende Reinigung durch eine Wasserwäsche. Die Wirtschaftlichkeit des Gesamtver¬ fahrens wird durch die hier genannten Aufarbeitungsschritte über Gebühr belastet. Hier setzt die Aufgabe der Erfindung an .This apparently simple step of separating off the aqueous phase containing dissolved salts and then washing the synthetic smectite clay poses considerable difficulties for the practical process. This is immediately understandable from the following: The highly swellable layered silicate stubbornly holds onto at least parts of the aqueous reaction phase and requires special intensity for the subsequent cleaning with a water wash. The economy of the overall process is unduly burdened by the processing steps mentioned here. This is where the object of the invention begins.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, das an sich be¬ kannte Verfahren zur Herstellung synthetischer und insbesondere hoch quellfähiger Smectit-Tone derart auszugestalten , daß eine Reinigung des Reaktionsrohproduktes durch Filtration und nach¬ folgende Wäsche nicht mehr die bisher bekannten Schwierigkeiten bereitet. Die Erfindung will es in einer besonderen Ausführungs¬ form ermöglichen , hochreine Smectit-Tone vorgegebener Struktur und Quellfähigkeit durch einfaches Auftrocknen des in der hy¬ drothermalen Umsetzung primär anfallenden Reaktionsrohproduktes zugänglich zu machen , ohne daß eine intensive Wäsche des Reak¬ tionsrohproduktes nötig wäre.The invention has set itself the task of designing the known process for the production of synthetic and, in particular, highly swellable smectite clays in such a way that cleaning the crude reaction product by filtration and subsequent washing no longer poses the previously known difficulties. In a special embodiment, the invention aims to make it possible to obtain high-purity smectite clays of a given structure and swellability by simply drying up the reaction crude product which is primarily obtained in the hydrothermal reaction, without intensive washing of the reaction raw product being necessary.
Zur technischen Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung zwei Hauptelemente vor: Die Ausbildung des basischen Milieus für die hydrothermale Umsetzung wird durch den Einsatz einer ausge¬ wählten flüchtigen Base gewährleistet. I n einer bevorzugten Ausführungsform soll weiterhin das Reaktantengemisch für die hydrothermale Schichtsilikat-bildende Reaktion frei oder praktisch frei von solchen Bestandtei len sein , die im Rahmen der Umsetzung nicht-flüchtige Reaktionsbeiprodukte , insbesondere entsprechende Salze, bi lden .To achieve this object technically, the invention provides two main elements: the formation of the basic environment for the hydrothermal conversion is ensured by the use of a selected volatile base. In a preferred embodiment, the reactant mixture for the hydrothermal layered silicate-forming reaction should also be free or practical be free from those constituents that form non-volatile reaction by-products, in particular corresponding salts, during the implementation.
Gegenstand der Erfindung ist dementsprechend ein Verfahren zur Herstellung von quellfähigen Schichtsilikaten vom Smectit-Typ durch hydrothermale Druckbehandlung von Gemischen und/oder Copräzipitaten der Schichtsilikat-bildenden Komponenten in Gegenwart eines Oberschusses an Wasser und freier Basen. Das neue Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man in die hy¬ drothermale Reaktionsstufe eine Reaktionsmischung einbringt, deren Basenüberschuß mittels Ammoniak ausgebildet ist. Bei der Aufbereitung des Reaktionsrohprodukts wird gewünschtenfalls das wäßrig-basische Reaktionsmedium wenigstens anteilig vom ge¬ bildeten Schichtsilikat abgetrennt.The invention accordingly relates to a process for the production of swellable layered silicates of the smectite type by hydrothermal pressure treatment of mixtures and / or coprecipitates of the layered silicate-forming components in the presence of an excess of water and free bases. The new process is characterized in that a reaction mixture is introduced into the hydrothermal reaction stage, the base excess of which is formed by means of ammonia. When processing the crude reaction product, if desired, the aqueous-basic reaction medium is at least partially separated from the layered silicate formed.
In einer wichtigen Ausführungsform wird dabei mit wenigstens überwiegend oxidische und/oder hydroxidische Reaktanten ent¬ haltenden Reaktionsmischungen als Ausgangsmaterial für die hydrothermale Umsetzung gearbeitet. Diese Einsatzgemische sind von nicht-flüchtigen Fremdbestandteilen im wesentlichen frei und enthalten als flüchtige Mischungskomponenten das für die Hy¬ drothermalsynthese benötigte Wasser sowie Ammoniak zur Ein¬ stellung des basischen Reaktionsmilieus.In an important embodiment, reaction mixtures containing at least predominantly oxidic and / or hydroxide reactants are used as the starting material for the hydrothermal reaction. These feed mixtures are essentially free of non-volatile foreign constituents and contain, as volatile mixture components, the water required for hydrothermal synthesis and ammonia for setting the basic reaction medium.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat insbesondere Bedeutung für die Herstellung von synthetischen quellfähigen Schichtsilikaten , wie sie in der EP-A 260 538 beschrieben sind und dementspre¬ chend gekennzeichnet sind durch die nachfolgende allgemeine Formel ( 1 )The process according to the invention is of particular importance for the production of synthetic swellable layered silicates as described in EP-A 260 538 and are accordingly characterized by the following general formula (1)
MgO . aMA . bAI2O3 . cSi02 . nH20 ( I )MgO. aMA. bAI 2 O 3 . cSi0 2 . nH 2 0 (I)
in der bedeuten M = Na und/oder Li bei einem Na/Li-Verhältnis gleich oder größer 1in the mean M = Na and / or Li with a Na / Li ratio equal to or greater than 1
A = F~, OH~ und/oder 1 /2 O sowie a , b, c und n Zahlen sind gemäß a = 0 , 1 bis 0 , 6 b = 0 bis 0 ,3 c = 1 ,2 bis 1 ,7 n = 0 bis 3 , 0.A = F ~ , OH ~ and / or 1/2 O as well as a, b, c and n numbers are according to a = 0, 1 to 0, 6 b = 0 to 0, 3 c = 1, 2 to 1, 7 n = 0 to 3.0.
Im Ansatz für die Hydrothermalsynthese werden in der zuvor geschilderten bevorzugten Ausführungsform die Magnesium , Aluminium und Silicium enthaltenden Reaktanten als oxidische und/oder hydroxidische Reaktionskomponenten eingebracht. Gleiches gilt für Natrium und gegebenenfalls Lithium, soweit hier nicht das Fluoridion eingeführt werden muß. In an sich bekannter Weise können gemischte Verbindungen , wie Natriumsilikat und/- oder Natriumaluminat, in den Reaktionsansatz gegeben werden . Wesentlich ist für die Erfindung , daß auf die Mitverwendung störender Mengen von Fremdbestandteilen verzichtet wird , wie sie beispielsweise beim Einsatz von Magnesiumsalzen - etwa von der Art des Magnesiumsulfats oder des Magnesiumchlorids - in die Re¬ aktionsmischung eingetragen werden und damit die Notwendigkeit zur nachfolgenden Abtrennung und Reinigung des Reaktionsroh¬ produkts fordern .In the approach for hydrothermal synthesis, in the preferred embodiment described above, the reactants containing magnesium, aluminum and silicon are introduced as oxidic and / or hydroxide reaction components. The same applies to sodium and possibly lithium, unless the fluoride ion has to be introduced here. Mixed compounds, such as sodium silicate and / or sodium aluminate, can be added to the reaction mixture in a manner known per se. It is essential for the invention that the use of disruptive amounts of foreign constituents, such as are entered into the reaction mixture, for example when magnesium salts are used - for example of the type of magnesium sulfate or magnesium chloride - and thus the need for subsequent separation and Request cleaning of the raw reaction product.
Nach Abschluß der hydrothermalen Reaktionsphase können die ge¬ bildeten quellfähigen Schichtsilikate durch einfaches Trocknen von Wasser und Ammoniak befreit werden . Diese Trocknung kann bei Normaldruck und/oder bei verringertem Druck durchgeführt wer¬ den und durch Einsatz erhöhter Temperaturen beschleunigt werden. Die über die Dampfphase abgetriebenen Anteile des Reaktionsansatzes können gewünschtenfalls kondensiert und ganz oder teilweise in Kreislaufführung für weitere Reaktionsansätze eingesetzt werden . Die Trocknung des Produktes und/oder das Abtreiben der freien flüchtigen Base kann beispielsweise bei Temperaturen bis zu 300 C, vorzugsweise im Bereich zwischen 50 von etwa 250 C erfolgen , wobei dem Temperaturbereich von etwa 80 bis 180 C besondere Bedeutung zukommen kann .After the hydrothermal reaction phase has ended, the swellable layered silicates formed can be freed from water and ammonia simply by drying. This drying can be carried out at normal pressure and / or at reduced pressure and can be accelerated by using elevated temperatures. The portions of the reaction mixture which are driven off via the vapor phase can, if desired, be condensed and used in whole or in part in circulation for further reaction mixtures. The drying of the product and / or that The free volatile base can be stripped off, for example, at temperatures up to 300 ° C., preferably in the range between 50 and approximately 250 ° C., the temperature range from approximately 80 to 180 ° C. being particularly important.
Mit dieser Trocknungsstufe kann im erfindungsgemäßen Verfahren nicht nur das Wasser, sondern insbesondere auch die zur Re¬ aktionssteuerung eingesetzte flüchtige basische Verbindung ab¬ getrieben werden . Dieser Verfahrensschritt kann einstufig oder mehrstufig im Sinne eines gemeinsamen Abtreibens von Wasser und flüchtiger Base oder einer stufenweise Abtrennung dieser flüch¬ tigen Reaktionshilfsmittel erfolgen .With this drying stage, not only the water but in particular also the volatile basic compound used for the reaction control can be driven off in the process according to the invention. This process step can be carried out in one or more stages in the sense of a joint removal of water and volatile base or a gradual separation of these volatile reaction aids.
Der Zeitraum für eine solche abschließende Trocknung- und/oder Temperaturbehandlung ergibt sich primär aus dem benötigten Zeitraum für das Abtreiben der flüchtigen Bestandteile. Im all¬ gemeinen wird dieser Zeitraum 1 bis 2 Stunden nicht über¬ schreiten. Die Temperaturbehandlung kann dabei im Bereich von einigen Minuten bis etwa 45 Minuten liegen .The time period for such a final drying and / or temperature treatment results primarily from the time period required for the volatile components to be driven off. In general, this period will not exceed 1 to 2 hours. The temperature treatment can range from a few minutes to about 45 minutes.
Das anfallende feste Reaktionsprodukt wird zweckmäßigerweise zu einem feinen Pulver zermahlen. Hierfür sind alle geeigneten Mahlvorrichtungen , beispielsweise Zahnscheibenmühlen , geeignet.The solid reaction product obtained is expediently ground into a fine powder. All suitable grinding devices, for example toothed disk mills, are suitable for this.
Zur Durchführung der Grundreaktion unter den Bedingungen der hydrothermalen Synthese im einzelnen gelten die umfangreichen Angaben des referierten Standes der Technik. So kann in der bevorzugten Ausführungsform als magnesiumhaltige Verbindung Magnesiumhydroxid oder Magnesiumoxid eingesetzt werden , als siliciumhaltige Verbindung kann insbesondere amorphe Kiesel¬ säure, beispielsweise Fällungskieselsäure, Diatomeenerde, anteilig aber auch Wasserglas mit der Maßgabe eingesetzt werden , daß der damit zugleich eingetragene Gehalt an Natriumhydroxid den stöchiometrisch gewünschten Anteil nicht oder nicht wesentlich überschreitet. Als aluminiumhaltige Verbindung kann Aluminium¬ hydroxid , sogenanntes Aluminiumfeuchthydrat oder Aluminatlauge unter Berücksichtigung der zuvor zum Wasserglas gegebenen Einschränkung eingesetzt werden. Eine geeignete lithiumhaltige Verbindung ist beispielsweise Lithiumhydroxid . Sollen Fluoridionen in das Reaktionsprodukt eingetragen werden , so eignen sich insbesondere entsprechende Anteile von Natrium- und/oder Li- thiumfluorid.In order to carry out the basic reaction under the conditions of the hydrothermal synthesis in detail, the extensive details of the referenced prior art apply. Thus, in the preferred embodiment, magnesium hydroxide or magnesium oxide can be used as the magnesium-containing compound; in particular, amorphous silicic acid, for example precipitated silica, diatomaceous earth, but also water glass can be used as the silicon-containing compound, with the proviso that the sodium hydroxide content which is registered at the same time is the stoichiometric desired proportion not or not significantly exceeds. Aluminum hydroxide, so-called aluminum moist hydrate or aluminate lye can be used as the aluminum-containing compound, taking into account the restriction given previously for water glass. A suitable lithium-containing compound is, for example, lithium hydroxide. If fluoride ions are to be introduced into the reaction product, appropriate proportions of sodium and / or lithium fluoride are particularly suitable.
Die jeweils einzusetzende Menge der flüchtigen Base kann in einem verhältnismäßig weiten Bereich liegen und - bezogen auf das im Reaktionsansatz vorgelegte Magnesiumoxid - beispielsweise im Bereich von 0 , 1 bis 5 Mol der flüchtigen Base pro Mol Magnesium¬ oxid liegen . Es wird dabei in der Regel bevorzugt sein , die Menge dieser basischen Komponente möglichst einzuschränken , so daß bevorzugte Zugabemengen der Base zum Reaktionsansatz für die hydrothermale Umsetzung im Bereich von etwa 0 , 2 bis 2 Mol Ammoniak pro Mol Magnesiumoxid des Reaktionsansatzes liegen .The amount of volatile base to be used in each case can be in a relatively wide range and - based on the magnesium oxide present in the reaction mixture - can be, for example, in the range from 0.1 to 5 mol of the volatile base per mol of magnesium oxide. It will generally be preferred to limit the amount of this basic component as much as possible so that preferred addition amounts of the base to the reaction mixture for the hydrothermal reaction are in the range of about 0.2 to 2 moles of ammonia per mole of magnesium oxide in the reaction mixture.
Für die Wahl der Verfahrensparameter der hydrothermalen Re¬ aktion gelten ebenfalls die Angaben des Standes der Technik. Die Reaktion wird dementsprechend insbesondere unter dem Eigen¬ druck des Reaktionsgemisches bei Verfahrenstemperatur durch¬ geführt. Als Verfahrenstemperaturen sind insbesondere die Be¬ reiche von etwa 150 bis 300 °C , zweckmäßigerweise von etwa 200 bis 270 °C zu nennen . Die Reaktionszeit liegt im Bereich 1 bis 100 Stunden, vorzugsweise zwischen etwa 1 und 20 Stunden. Üb¬ licherweise ist die Reaktion nach etwa 2 bis 8 Stunden so weit fortgeschritten , daß die Aufarbeitung im Sinne der erfindungs¬ gemäßen Trocknungsbehandlung vorgenommen werden kann .The information given in the prior art also applies to the choice of the process parameters of the hydrothermal reaction. Accordingly, the reaction is carried out in particular under the pressure of the reaction mixture at process temperature. The process temperatures in particular range from about 150 to 300 ° C., expediently from about 200 to 270 ° C. The reaction time is in the range of 1 to 100 hours, preferably between about 1 and 20 hours. After about 2 to 8 hours, the reaction has usually progressed so far that the workup can be carried out in the sense of the drying treatment according to the invention.
Die Feststoffgehalte während der hydrothermalen Reaktionsphase liegen im üblichen Bereich . So kann beispielsweise der Fest¬ stoffgehalt bis zu etwa 40 % (Masseanteile) im wäßrig/basischen Reaktionsgemisch angehoben werden . Bevorzugt wird allerdings bei niedrigeren Feststoffgehalten gearbeitet, der im Bereich bis etwa 15 % (Masseantei le) und insbesondere unterhalb etwa 10 % (Masseanteile) liegt. Im einzelnen vgl . hierzu die Angaben des zitierten druckschriftlichen Standes der Technik, beispielsweise in Karl-Heinz Bergk et al . a.a. O .The solids contents during the hydrothermal reaction phase are in the usual range. For example, the solids content can be up to about 40% (by mass) in aqueous / basic Reaction mixture can be raised. However, preference is given to working at lower solids contents, which are in the range up to approximately 15% (mass fraction) and in particular below approximately 10% (mass fraction). In detail cf. the details of the cited prior art document, for example in Karl-Heinz Bergk et al. ok
Die Erfindung betrifft in weiteren Ausgestaltungen die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten quellfähigen Smectit- Tone sowie deren Einsatz insbesondere im Rahmen von wasser¬ basierten Bohrspülsystemen , wie sie im einzelnen in der EP-A 260 538 beschrieben sind. In further refinements, the invention relates to the swellable smectite clays produced by the process according to the invention and to their use in particular in the context of water-based drilling fluid systems, as described in detail in EP-A 260 538.
B e i s p i e l eB e i s p i e l e
■ Beispiel 1■ Example 1
Zur Durchführung der hydrothermalen Synthese in einem Reakti¬ onsautoklaven werden die im nachfolgenden angegebenen Reak¬ tanten zusammengegeben:To carry out the hydrothermal synthesis in a reaction autoclave, the reactants given below are combined:
21.0 g MgO, 98%ig 2,0 g LiOH, 98 ig21.0 g MgO, 98% 2.0 g LiOH, 98 ig
79.1 g Wasserglas 37/40 (Fa. HENKEL)79.1 g water glass 37/40 (HENKEL)
26,4 g Fällungskieselsäure FK320 (Fa. DEGUSSA) 13,6 g Ammoniaklösung, 25%ig 863,8 g dest. Wasser26.4 g precipitated silica FK320 (DEGUSSA) 13.6 g ammonia solution, 25% 863.8 g dist. water
Das Reaktantengemisch dieses Ansatzes entspricht den nach¬ folgenden Molverhältnissen:The mixture of reactants in this batch corresponds to the following molar ratios:
1 MgO : 1,5 Si02 : 0,08 i20 : 0,2 Na20 : 0,4 NH : 120 H O1 MgO: 1.5 Si0 2 : 0.08 i 2 0: 0.2 Na 2 0: 0.4 NH: 120 HO
Im einzelnen wird dabei wie folgt gearbeitet:The details are as follows:
Magnesiumoxid wurde in ca. 700 g Wasser am Pendraulikrührer aufgeschlämmt, Lithiumhydroxid darin gelöst, und dazu die Mischung aus Wasserglas, ca. 150 g Wasser und Fällungskiesel¬ säure gegeben. Die Suspension wurde nach 5minütigem Nach¬ rühren in den Autoklaven gegeben, in den nach dem Verschließen die Ammoniaklösung zugefügt wurde. Kristallisation: 4 Stunden bei 250 °CMagnesium oxide was slurried in about 700 g of water on a Pendraulik stirrer, lithium hydroxide was dissolved in it, and the mixture of water glass, about 150 g of water and precipitated silica was added. After stirring for 5 minutes, the suspension was added to the autoclave, to which the ammonia solution was added after sealing. Crystallization: 4 hours at 250 ° C
Das so hergestellte Produkt wurde nach Abkühlen sofort im Um- lufttrockenschrank bei 120 C getrocknet und vermählen. Beispiel 2After cooling, the product thus produced was immediately dried in a forced-air drying cabinet at 120 ° C. and ground. Example 2
Gemäß den Angaben, des Beispiels 1 wird eine Reihe Reaktions¬ ansätzen mit den jeweils nachfolgenden Molverhältnissen zu¬ sammengestellt:According to the information of Example 1, a series Reaktions¬ is batches with the respective following molar ratios compiled zu¬:
1 ) Hectorite a) 1 MgO : 1,5 Si02 : 0,08 Li20 : 0,2 Na20 : 0,4 NH3 : 120 H20 b) 1 MgO : 1,5 Si02 : 0,08 Li0 : 0,1 Na20 : 0,6 NH3 : 120 H O c) 1 MgO : 1,5 Si02 : 0,08 Li20 : 0,1 Na20 : 1,2 NH3 : 120 H201) Hectorite a) 1 MgO: 1.5 Si0 2 : 0.08 Li 2 0: 0.2 Na 2 0: 0.4 NH 3 : 120 H 2 0 b) 1 MgO: 1.5 Si0 2 : 0 , 08 Li 0: 0.1 Na 2 0: 0.6 NH 3 : 120 HO c) 1 MgO: 1.5 Si0 2 : 0.08 Li 2 0: 0.1 Na 2 0: 1.2 NH 3 : 120 H 2 0
2) Saponite a) 1 MgO : 1,15 Si02 : 0,03 Al203 : 0,35 Na.,0 : 1,0 NH3 : 120 H202) Saponite a) 1 MgO: 1.15 SiO 2 : 0.03 Al 2 0 3 : 0.35 Na., 0: 1.0 NH 3 : 120 H 2 0
Die jeweils angefallenen Produkte wurden nach den folgenden Hauptkriterien untersucht:The respective products were examined according to the following main criteria:
Röntgenbeugungsanalyse (Kristallinität)X-ray diffraction analysis (crystallinity)
Viskosität der 2,5%igen Suspension in destilliertem Wasser nach 24 StundenViscosity of the 2.5% suspension in distilled water after 24 hours
Modifizierte Sedimentationszahl (Quellvermögen)Modified sedimentation number (swelling capacity)
Zur Bestimmung der modifizierten Sedimentationszahl wird wie folgt vorgegangen:The procedure for determining the modified sedimentation number is as follows:
2 g des Reaktionsprodukts in 94 ml 0,01 molarer wäßriger EDTA- Lδsung werden 8 Minuten gerührt, dann werden 4 ml einer 1 Öligen Natriumchloridlösung zugegeben und 2 Minuten nachge¬ rührt. Das Produkt wird in einen Meßzylinder gegeben. Nach 24 Stunden im Meßzylinder bei Raumtemperatur wird das Volumen¬ verhältnis von Sediment/Gesamtvolumen bestimmt. Die in den jeweiligen Versuchen eingesetzten Arbeitsbedingungen sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben. Grundsätzlich gilt, daß alle hergestellten Produkte in der Röntgenbeugungsanalyse gut ausgeprägte kristalline Beschaffenheit zeigen .2 g of the reaction product in 94 ml of 0.01 molar aqueous EDTA solution are stirred for 8 minutes, then 4 ml of a 1 oily sodium chloride solution are added and the mixture is stirred for 2 minutes. The product is placed in a measuring cylinder. After 24 hours in the measuring cylinder at room temperature, the volume ratio of sediment / total volume is determined. The working conditions used in the respective tests are given in the table below. Basically, all products produced show a well-defined crystalline structure in X-ray diffraction analysis.
Tabelletable
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Saponite :Saponite:
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Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1 . Verfahren zur Herstellung von quellfähigen Schichtsilikaten vom Smectit-Typ durch hydrothermale Druckbehandlung von Gemischen und/oder Copräzipitaten der Schichtsilikat¬ bildenden Komponenten in Gegenwart eines Überschusses an Wasser und freier Basen , dadurch gekennzeichnet, daß man in die hydrothermale Reaktionsstufe eine Reaktionsmischung einbringt, deren Basenüberschuß mittels Ammoniak ausge¬ bildet ist und daß man bei der Aufbereitung des Reak¬ tionsrohprodukts gewünschtenfalls das wäßrig-basische Reaktionsmedium wenigstens anteilig vom gebildeten Schichtsilikat abtrennt.1 . Process for the production of swellable layered silicates of the smectite type by hydrothermal pressure treatment of mixtures and / or coprecipitates of the components forming layered silicate in the presence of an excess of water and free bases, characterized in that a reaction mixture is introduced into the hydrothermal reaction stage, the base excess of which is by means of Ammonia is formed and that, if desired, at least a portion of the aqueous basic reaction medium is separated from the layered silicate formed in the preparation of the crude reaction product.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß man eine wenigstens überwiegend oxidische und/oder hydroxidische Reaktanten enthaltende Reaktionsmischung , die von nicht-flüchtigen Fremdbestandteilen im wesentlichen frei ist, in die hydrothermale Umsetzung einbringt.2. The method according to claim 1, characterized in that a reaction mixture containing at least predominantly oxidic and / or hydroxide reactants, which is essentially free of non-volatile foreign constituents, is introduced into the hydrothermal reaction.
3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2 , dadurch gekennzeich¬ net, daß man beim Vorliegen im wesentlichen flüchtiger Beikomponenten im Reaktionsrohgemisch wenigstens auf eine intensive Wäsche des Reaktionsrohproduktes verzichtet.3. Process according to Claims 1 and 2, characterized in that, in the presence of essentially volatile auxiliary components in the raw reaction mixture, at least one does not wash the raw reaction product intensively.
4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3 , dadurch gekennzeich¬ net, daß man die Schichtsilikate durch Trocknung - vor¬ zugsweise bei Normaldruck und/oder verringerten Drucken - von Wasser und/oder Ammoniak befreit und gegebenenfalls nach einer Zerkleinerung ein feinpulvriges Festprodukt gewinnt, wobei Trocknungstemperaturen bis etwa 300 C, vorzugsweise solche im Bereich von 50 bis 250 C bevorzugt sein können. 4. Process according to Claims 1 to 3, characterized in that the sheet silicates are freed from water and / or ammonia by drying - preferably at normal pressure and / or reduced pressures - and, if appropriate, a finely powdered solid product is obtained after comminution, where Drying temperatures up to about 300 C, preferably those in the range from 50 to 250 C may be preferred.
5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeich¬ net, daß man synthetische quellfähige Schichtsilikate der nachfolgenden allgemeinen Formel (I) herstellt5. Process according to Claims 1 to 4, characterized in that synthetic swellable sheet silicates of the following general formula (I) are prepared
MgO . aMA bAI203 cSiO. nH20 (I)MgO. aMA bAI 2 0 3 cSiO. nH 2 0 (I)
in der bedeutenin the mean
M M == NNaa+ und/oder Li bei einem Na/Li-Verhäitnis gleich oder größer 1MM == NNaa + and / or Li with a Na / Li ratio equal to or greater than 1
A = F~, OH~ und/oder 1/2 O2- sowie a, b, c und n Zahlen sind gemäß a = 0,1 bis 0,6 b = 0 bis 0,3 c = 1,2 bis 1,7 n = 0 bis 3,0.A = F ~ , OH ~ and / or 1/2 O 2- as well as a, b, c and n numbers are according to a = 0.1 to 0.6 b = 0 to 0.3 c = 1.2 to 1 , 7 n = 0 to 3.0.
6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeich¬ net, daß man die hydrothermale Umsetzung beim Eigendruck des Reaktionssystems unter Umsetzungsbedingungen durch¬ führt.6. The method according to claims 1 to 5, characterized gekennzeich¬ net that one carries out the hydrothermal reaction at the autogenous pressure of the reaction system under reaction conditions.
7. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeich¬ net, daß man die hydrothermale Umsetzung bei Temperaturen von etwa 150 bis 300 C, vorzugsweise von etwa 200 bis 270 °C bei Reaktionszeiten zwischen 1 und 20 Stunden, vorzugsweise zwischen 2 und 8 Stunden durchführt.7. The method according to claims 1 to 6, characterized gekennzeich¬ net that the hydrothermal reaction at temperatures of about 150 to 300 C, preferably from about 200 to 270 ° C with reaction times between 1 and 20 hours, preferably between 2 and 8 hours carries out.
8. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 7 dadurch gekennzeich¬ net, daß man Ammoniak in Mengen von 0,1 bis 5 Mol, vor¬ zugsweise in Mengen von 0,2 bis 2 Mol - bezogen jeweils pro Mol Magnesiumoxid des Reaktionsansatzes - einsetzt. 8. Process according to Claims 1 to 7, characterized in that ammonia is used in amounts of 0.1 to 5 moles, preferably in amounts of 0.2 to 2 moles, based in each case on moles of magnesium oxide in the reaction mixture.
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