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Procédé de préparation de solutions stables et silicate alca- lin, avec un rapport moléculaire élevé de l'acide silicique à l'alcali..
Les solutions stables de silicate alcalin ayant un rapport moléculaire élevé de l'acide silicique à l'alcali sont actuellement très recherchées pour les applications techniques les plus diverses, par exemple pour les mortiers résistant aux acides,;
Dans beaucoup de modes d'emploi sdes solutions de silicate alcalin., c'est l'acide silicique qui est le seul constituant efficace et l'alcali n'est qu'un poids mort qui entraine beaucoup d' ennuis, en exerçant par
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exemple une forte action .alcaline sur les matières colorantes et les produits chimiques, en produisant des altérations de sels alcalins, etc* La possibilité de réduire dans les solutions de silicate alcalin la teneur en alcali au profit de l'acide silicique constitue donc un progrès technique important*
II est vrai qu' on a déjà fait dériver théoriquement la formule de silicate alcalin du commerce (verre soluble) de la formule du silicate alcalin,
en le considérant comme un silicate alcalin ayant absorbé de la silice.' On ne dis- posait toutefois jusqu'à présent d'aucun procédé technique- ment utilisable pour augmenter,. au-delà .de ce qui est réali- sé dans la composition du verre soluble, le rapport de l'aci- de silicique à l'alcali dans les solutions de silicate alca- lin- C' est ainsi par exemple que la fusion de verres riches en acide silicique exige des températures particulièrement élevées et implique par conséquent une consommation excessive du charbon et de matériaux des fours ; les masses fondues ainsi préparées ne peuvent en outre être mises en solution que très difficilement, c' est à dire avec une grande dépense d'énergie.
Suivant le procédé de la présente invention, la fabrication de solutions de silicate alcalin avec un rapport moléculaire élevé de l'acide silicique à l'alcali est au contraire possible avec une dépense d'énergie extrêmement minime.: Cette invention est basée sur ce fait qui a été établi par des essais de la société titulaire du présent brevet et qu'il était impossible de prévoir, que l'acide silicique colloïdal, se dissout à chaud, dans des solutions de silicate alcaline Le chauffage sous pression dans des autoclaves, ainsi qu'une bonne agitation,
sont favorables à la dissolution.=
On peut se procurer l'acide silicique colloïdal à employer par l'une des nombreuses méthodes de préparation
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connues.' L'acide silicique peut être fabriqué partir de silicates ou de solutions de silicates ( par exemple a partir de silicates naturels dé cpmposabl es ou de solutions de sili- cates alcalins) par décomposition, par exemple au moyen d'acides et élimination, par lavage, des sels produits, ou bien par décomposition d'autres composés de silicium, par exemple à partir du fluorure de silicium par transformation au moyen d'eau et lavage.. On peut employer des sels d'acide silicique ayant une teneur en eau de 90% et plus ou bien partir d'acide silicique colloïdal sec, par exemple de ce qu'on appelle le gel de silice.
Bien qu'il soit déjà connu qu'une solution forte- ment diluée de soude caustique est capable de dissoudre de l'acide silicique en quantité considérable par rapport à l'alcali, il est pourtant nouveau que l'acide silicique colloïdal se dissout facilement et complètement même encore dans les solutions de silicate alcalin concentrées du com- merce et fournit une solution stable*'
Il est possible, suivant le présent procédé, de porter à n'importe quelle valeur élevée, dans des limites très écartées (suivant les proportions employées, pouvant être calculées en vue de l'obtention du( produit désiré),le rapport de l'acide silicique à l'alcali * Les solutions de .
silicate alcalin obtenues sont parfaitement claires et lim- pides comme l'eau, lorsqu'on a employé une solution purede solicate alcalin et de l'acide silicique pur et ne doivent donc pas être encore clarifiées ni filtrées.'
EXEMPLE 1 PQur la préparation de l'acide silicique colloïdal on verse prudemment :avec agitation, flans deux litres d'acide chlorhydrique à 10%, 2 litres d'une solution de Terre solu- ble que l'on a obtenue en mélangeant à 1 litre .d'eau 1 litre de la solution du commerce de silicate de sodium à 38 degrés (verre souble à 38 ) .
Après un repos de 16 heures, la masse
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gélatineuse obtenue est concassée en morceaux de la grosseur d'une noix et lavée parfaitement dans l'eau courante.- Cette matière gélatineuse ost envoyée éventuellement après un broyage préalable, dans un autoclave pourvu d'un agitateur, y est recouverte de 4 kg. de la solution de silicate de sodium à 38 ( rapport moléculaire 3,3 d'acide silicique pour 1 d'alcali) et est chauffée ensuite avec .agitation pendant une heure sous une pression de 4 atm. La solution de silica- te de sodium qui prend naissance à un rapport d'environ 4,5 d'acide silicique pour 1 de sodium, elle a une densité d'environ 252 Bé, mais peut être obtenue aisément aussi Bous une concentration plus élevée moyennant un séchage préalable de l'acide silicique soluble ou une évaporation subséquente.
On a observé en outre que de semblables solutions de silicate peuvent être obtenues aussi directement, à partie du silicate alcalin solide du commerce, en une seule opération ; on chauffe à cet effet sous pression de l'acide solicigue colloïdal avec le silicate alcalin solide,! et avec une addition d'eau 1 Ce procédé présente l'avantage d'évi ter do ohauffor deux fois, avoc ou sans pression, et de raccourcir ainsi considérablement la durée de l'opération; on réalise en outre une économie de vapeur*-:
La solution qui prend naissance peut, après que le chauffage sous pression est terminé, être refiltrée ou clarifiée .autrement ainsi que cela se fait aussi pour les solutions usuelles de silicate alcalin du commerce* Le présent procédé a en outre l'avantage qu'il ne faut pas employer de l'acide silicique d'une pureté absolue mais qu'on peut utiliser n'importe quel acide silicique ne donnant pas une solution claire, sans que pour cela une seconde opération particulière, de clarification soit nécessaire*
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EXEMPLE II
2,4 kgs. de verre soluble acide à l'état solide (rapport SiO2:
Na2O = 3,3 : :1) sont chauffés dans un autoclave avec 0,5 kg. de gel d'acide silicique pur et sec (à 80% de SiO2) et avec 7,1 litres d' eau, pendant deux heures à 140- 1502.- L'opération de dissolution est accélérée par un agita- leur a action énergique.- On obtient après le refroidissement environ 10 kgs. de solution pure de silicate alcalin, à environ 302 Bé et ayant le rapport SiO2:Na29=4,0; 1.
Si on laisse reposer la solution ou si on la filtre avec p ré caution, elle se clarifie pour donner un liquide limpide comme de l'eau et épais à trois.- Comme silicate alcalin soli- de, on peut prendre par exemple le verre en sulfate fait à l'aide de sulfate de soude, ou bien le verre soluble, dit de soude, ou aussi un verre soluble acide de potasser
REVENDICATIONS
12) Procédé de préparation de solutions stables de silicate alcalin , avec un rapport moléculaire de l'acide silicique a 1' alcali, plus élevé que celui présenté par le verre soluble usuel, caractérisé en ce que dans des solu- tions concentrées de silicate alcalin usuelles dans le com- merce ayant une teneur normale en acide silicique, on dis- sout par chauffage et agitation, éventuellement à l'auto- clave,
de l'acide silicique colloïdal tel qu'on l'obtient lors de la décomposition de silicates et d'autres composés de silicium.
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Process for the preparation of stable solutions and alkaline silicate, with a high molecular ratio of silicic acid to alkali.
Stable solutions of alkali silicate having a high molecular ratio of silicic acid to alkali are currently in great demand for the most diverse technical applications, for example for acid-resistant mortars;
In many instructions for use of alkali silicate solutions, silicic acid is the only effective constituent and the alkali is just a dead weight which causes a lot of trouble when exercising.
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example a strong alkaline action on coloring matters and chemicals, producing alterations in alkali salts, etc. * The possibility of reducing the alkali content in alkali silicate solutions in favor of silicic acid therefore constitutes progress important technique *
It is true that the formula for commercial alkali silicate (water glass) has already been theoretically derived from the formula for alkali silicate,
considering it as an alkali silicate having absorbed silica. ' Hitherto, however, no technically usable method of increasing, has been available. beyond what is achieved in the composition of the water glass, the ratio of silicic acid to alkali in solutions of alkali silicate. glasses rich in silicic acid require particularly high temperatures and therefore involve excessive consumption of coal and furnace materials; the molten masses thus prepared can moreover be put into solution only with great difficulty, that is to say with a great expenditure of energy.
According to the process of the present invention, the manufacture of alkali silicate solutions with a high molecular ratio of silicic acid to alkali is on the contrary possible with extremely minimal energy expenditure. This invention is based on this fact. which was established by tests of the company holder of the present patent and that it was impossible to predict, that the colloidal silicic acid, dissolves when hot, in solutions of alkaline silicate Heating under pressure in autoclaves, thus a good agitation,
are in favor of dissolution. =
Colloidal silicic acid can be obtained for use by one of the many methods of preparation.
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known. ' Silicic acid can be made from silicates or solutions of silicates (for example from natural decomposable silicates or solutions of alkali silicates) by decomposition, for example by means of acids and removal, by washing. , salts produced, or by decomposition of other silicon compounds, for example from silicon fluoride by transformation with water and washing. Salts of silicic acid having a water content of 90% and more or else from dry colloidal silicic acid, for example from what is called silica gel.
Although it is already known that a strongly dilute solution of caustic soda is capable of dissolving silicic acid in considerable quantity relative to the alkali, it is however new that colloidal silicic acid dissolves easily. and completely even still in concentrated commercial alkali silicate solutions and provides a stable solution * '
It is possible, according to the present process, to bring to any high value, within very wide limits (depending on the proportions employed, which can be calculated with a view to obtaining the (desired product), the ratio of the silicic acid to alkali * Solutions of.
alkali silicate obtained are perfectly clear and limpid like water, when a pure solution of alkali solicate and pure silicic acid has been used and therefore do not need to be further clarified or filtered.
EXAMPLE 1 P On the preparation of colloidal silicic acid, the following are poured with care: with stirring, two liters of 10% hydrochloric acid, 2 liters of a solution of soluble earth obtained by mixing with 1 liter. of water 1 liter of the commercial solution of sodium silicate at 38 degrees (glass at 38).
After a 16 hour rest, the mass
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gelatinous material obtained is crushed into pieces the size of a walnut and washed thoroughly in running water. This gelatinous material ost sent optionally after a preliminary grinding, in an autoclave provided with a stirrer, is covered there with 4 kg. of sodium silicate solution at 38 (molecular ratio 3.3 of silicic acid to 1 of alkali) and is then heated with stirring for one hour under a pressure of 4 atm. The sodium silica solution which arises at a ratio of about 4.5 silicic acid to 1 sodium, has a density of about 252 Bé, but can be easily obtained also at a higher concentration. by pre-drying the soluble silicic acid or by subsequent evaporation.
It was further observed that similar silicate solutions can be obtained also directly, from the solid commercial alkali silicate, in a single operation; for this purpose, colloidal solicigue acid is heated under pressure with the solid alkali silicate ,! and with an addition of water 1 This method has the advantage of avoiding do oheater twice, with or without pressure, and thus considerably shortening the duration of the operation; it also saves steam * -:
The resulting solution can, after the heating under pressure is terminated, be refiltered or otherwise clarified, as is also done with the usual commercial alkali silicate solutions. The present process has the further advantage that it do not use silicic acid of absolute purity, but that any silicic acid that does not give a clear solution can be used, without a second special clarification operation being necessary *
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EXAMPLE II
2.4 kgs. of acid soluble glass in solid state (SiO2 ratio:
Na2O = 3.3:: 1) are heated in an autoclave with 0.5 kg. of pure and dry silicic acid gel (at 80% SiO2) and with 7.1 liters of water, for two hours at 140-1502.- The dissolving operation is accelerated by a vigorous agitator. .- After cooling, about 10 kgs are obtained. of pure alkali silicate solution, at about 302 Bé and having the ratio SiO2: Na29 = 4.0; 1.
If the solution is left to stand or if it is carefully filtered, it clarifies to give a liquid that is limpid like water and three times thick. As a solid alkali silicate, one can take for example sulphate made with sodium sulphate, or soluble glass, known as soda, or also an acid soluble potassium glass
CLAIMS
12) Process for the preparation of stable solutions of alkali silicate, with a molecular ratio of silicic acid to alkali, higher than that presented by the usual water glass, characterized in that in concentrated solutions of alkali silicate customary in the trade having a normal content of silicic acid, it is dissolved by heating and stirring, optionally in an autoclave,
colloidal silicic acid as obtained from the decomposition of silicates and other silicon compounds.