BR102020016451B1 - Solução estável de silicato de sódio e ferro, processo para preparar a referida solução e seus usos - Google Patents
Solução estável de silicato de sódio e ferro, processo para preparar a referida solução e seus usos Download PDFInfo
- Publication number
- BR102020016451B1 BR102020016451B1 BR102020016451-1A BR102020016451A BR102020016451B1 BR 102020016451 B1 BR102020016451 B1 BR 102020016451B1 BR 102020016451 A BR102020016451 A BR 102020016451A BR 102020016451 B1 BR102020016451 B1 BR 102020016451B1
- Authority
- BR
- Brazil
- Prior art keywords
- solution
- iron
- sodium
- silicate
- iron silicate
- Prior art date
Links
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 99
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 92
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 49
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 title claims description 13
- 239000011734 sodium Substances 0.000 title claims description 13
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 title claims description 13
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 60
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 42
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 29
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 27
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims abstract description 21
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 claims abstract description 20
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N Na2O Inorganic materials [O-2].[Na+].[Na+] KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000010335 hydrothermal treatment Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 29
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 7
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 3
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 claims description 3
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 2
- -1 of 0.1% to 1.0% Substances 0.000 claims description 2
- OOIOHEBTXPTBBE-UHFFFAOYSA-N [Na].[Fe] Chemical compound [Na].[Fe] OOIOHEBTXPTBBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 11
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 58
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 description 27
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 description 27
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 8
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 8
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 7
- 239000000693 micelle Substances 0.000 description 6
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 6
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 4
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 229910002026 crystalline silica Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 description 2
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 description 2
- 230000029087 digestion Effects 0.000 description 2
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 2
- 150000002506 iron compounds Chemical class 0.000 description 2
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000003225 biodiesel Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000005188 flotation Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- WHOPEPSOPUIRQQ-UHFFFAOYSA-N oxoaluminum Chemical compound O1[Al]O[Al]1 WHOPEPSOPUIRQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005453 pelletization Methods 0.000 description 1
- 239000010451 perlite Substances 0.000 description 1
- 235000019362 perlite Nutrition 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 238000013112 stability test Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/20—Silicates
- C01B33/32—Alkali metal silicates
- C01B33/325—After-treatment, e.g. purification or stabilisation of solutions, granulation; Dissolution; Obtaining solid silicate, e.g. from a solution by spray-drying, flashing off water or adding a coagulant
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C1/00—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
- B22C1/16—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents
- B22C1/18—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of inorganic agents
- B22C1/186—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of inorganic agents contaming ammonium or metal silicates, silica sols
- B22C1/188—Alkali metal silicates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/113—Silicon oxides; Hydrates thereof
- C01B33/12—Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
- C01B33/14—Colloidal silica, e.g. dispersions, gels, sols
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/113—Silicon oxides; Hydrates thereof
- C01B33/12—Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
- C01B33/18—Preparation of finely divided silica neither in sol nor in gel form; After-treatment thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/16—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/20—Silicates
- C01B33/32—Alkali metal silicates
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
- Detergent Compositions (AREA)
Abstract
solução estável de silicato de sódio e ferro, processo para preparar a referida solução e seus usos. a presente invenção se refere a uma solução estável de silicato de sódio e ferro que possui uma relação em peso de sio2 para na2o de 1,5 a 2,5 e uma porcentagem total de sólidos, expressa pela soma de sio2 e na2o, de 20% a 55%. a referida solução possui ainda um teor de ferro solúvel, expresso por fe, de 0,1% a 7%, e um teor de água de 38% a 79,9%. a presente invenção também se refere ao processo de preparação da referida solução estável de silicato de sódio e ferro, compreende as etapas de: (a) fornecer um material silicioso contendo ferro; (b) submeter o referido material silicioso contendo ferro a um tratamento hidrotérmico com soda cáustica sob alta temperatura e pressão controlada; e (c) filtrar a referida solução reagida para separar a porção reagida do tratamento hidrotérmico da porção não reagida. adicionalmente, a presente invenção se refere aos usos da referida solução estável de silicato de sódio e ferro.
Description
[0001] A invenção divulgada e reivindicada refere-se a uma solução estável de silicato de sódio e ferro. A estabilidade a longo prazo da solução é alcançada através da introdução de ferro solúvel no silicato por meio da extração de sílica de fontes contendo algum ferro em sua composição. A presente invenção também se refere ao processo de preparação da referida solução estável de silicato de sódio e ferro, bem como aos seus usos e aplicações.
[0002] Os processos de beneficiamento de minério de ferro e caulin produzem uma grande quantidade de rejeitos. Esses rejeitos contêm essencialmente minério, areia e água, e representam uma fonte de preocupação para a indústria de mineração, devido ao grande impacto que podem causar ao meio ambiente, caso não receba o tratamento adequado. Consequentemente, é de fundamental relevância que esses rejeitos sejam reutilizados de maneira eficiente para reduzir ao máximo o impacto ambiental. Uma das possibilidades de reaproveitamento eficaz dos rejeitos mencionados é a produção de soluções estáveis de silicato de sódio e ferro, que são objeto do presente pedido de patente.
[0003] As soluções de silicato de sódio são conhecidas na indústria por serem produtos muito versáteis com usos múltiplos. Elas podem ser produzidas como uma solução clara e de baixa turbidez quando uma etapa de filtragem é aplicada. Existem também outras formas de silicato que não são filtradas e, portanto, apresentam alguma turbidez e são apresentadas como uma solução turva. Normalmente, para todos os produtos de silicato, a estabilidade a longo prazo é um problema em potencial. As impurezas na solução de silicato, como cálcio e/ou magnésio, podem atuar como sementes que levam à formação de poli-silicatos e micelas poliméricas. Tais formas de polissilicato são longas cadeias poliméricas que podem precipitar na solução, causando a sedimentação de sólidos ao longo do tempo, enquanto as micelas poliméricas permanecem em suspensão, mas podem causar turbidez incremental. A temperatura de armazenamento do silicato, se acima de 40°C, também pode contribuir para acelerar a formação de poli-silicatos ou micelas poliméricas. Sabe-se na indústria que uma solução clara (filtrada) de silicato de sódio terá uma maior estabilidade de armazenamento em comparação com uma solução turva (não filtrada).
[0004] A turbidez é uma medida da clareza da água e está relacionada à quantidade de matéria em suspensão presente na água. A água limpa corresponde a um valor mais baixo de turbidez, enquanto a água turva ou obscura terá um valor mais alto de turbidez. Por exemplo, os rios podem ter água altamente colorida em determinadas épocas do ano; isso não deve ser confundido com turbidez. A água pode conter uma quantidade significativa de cor parecendo tom marrom e ainda ter uma claridade muito boa ou baixa turbidez, com base nas medições da Unidade de Turbidez Nefelométrica (NTU). NTU é uma unidade de medida bem conhecida no estado da técnica e aceita pela indústria para turbidez, e é determinada por uma medição óptica da capacidade da água de dispersar e absorver luz, em vez de transmiti-la em linha reta.
[0005] As soluções de silicato de sódio podem ser produzidas pela fusão direta de uma fonte de areia com carbonato de sódio em um forno a 1.500°C. O silicato de sódio fundido no forno é resfriado e o vidro formado é posteriormente dissolvido com vapor de água, temperatura/pressão, resultando em uma solução de silicato de sódio. Esta solução pode ser filtrada com o uso de um auxiliar filtrante para produzir um silicato transparente ou ser utilizado sem filtração com alguma turbidez inerente à solução. As relações mássicas típicas de SiO2 para Na2O via rota de processo do forno variam de 1,6 a 3,5.
[0006] As soluções de silicato de sódio também podem ser produzidas via dissolução hidrotérmica de fontes de areia com soda cáustica a temperatura e pressão usando autoclaves estáticos rotativos ou agitados. Esse processo geralmente é realizado com excesso de areia e passa por um processo final de filtração para recuperar e reciclar o excesso de areia, removendo assim, a areia que não reagiu para produzir uma solução clara. Nesse caso, a areia não reagida atua como um meio filtrante.
[0007] Sabe-se, a partir do estado da técnica, que a produção de soluções de silicato de sódio através da reação hidrotérmica da areia e da soda cáustica se limita à fonte de sílica da areia. Normalmente, as fontes de areia, que são principalmente cristalinas, por natureza, permitirão uma janela operacional de relação mássica de SiO2 para Na2O na faixa de 1,5 a 2,5. Com a introdução de fontes de sílica provenientes de areia de cristobalita ou tratada termicamente, a relação mássica para a janela operacional de SiO2 para Na2O pode ser expandida até 3,7.
[0008] A patente US n° 4.770.866 descreve um processo para a produção de soluções claras de silicato de sódio por síntese hidrotérmica com uma relação em peso de SiO2 para Na2O de 1,9 a 2,1, reagindo 5-10% de excesso de areia, com pelo menos 99% em peso de SiO2, com solução de hidróxido de sódio a 25-35% em um reator de pressão cilíndrico rotativo sob temperatura de 200-250°C e pressão de vapor saturado, seguido de filtração para separar o excesso de areia do silicato utilizando perlita como auxiliar de filtração.
[0009] A patente europeia n° EP0033108B2 descreve um processo para a produção de soluções de silicato de sódio com uma relação em peso de SiO2 para Na2O de 1,0 a 2,8 por reação da areia com solução de hidróxido de sódio a 20-30% em um reator de pressão cilíndrico rotativo sob temperatura de 170-250°C e pressão de vapor saturado. Existe um excesso de areia de até 300% com base nas relações molares de SiO2 para Na2O na mistura filtrada, e a areia não reagida é reciclada de volta ao processo. O excesso de areia atua como meio filtrante.
[0010] A Patente US n° 5.000.933 descreve um processo para a produção de solução aquosa de silicato de sódio por tratamento hidrotérmico em um reator de pressão fechada a uma temperatura entre 150 °C e 300°C e sob pressão de vapor saturado com uma relação em peso de SiO2 para Na2O de 2,9 a 3,7 usando uma fonte de sílica que contenha pelo menos 50% de cristobalita ou produzida por tratamento térmico de areia a uma temperatura de pelo menos 1.100°C, mas abaixo do ponto de fusão da sílica.
[0011] As soluções de silicato de sódio também podem ser produzidas a partir de fontes siliciosas que contêm sílica suficiente para reagir com um alcalino (soda cáustica ou carbonato de sódio). Conforme mencionado anteriormente, uma dessas fontes pode ser um material silicioso contendo ferro, como rejeitos do beneficiamento de caulim ou rejeitos de flotação para beneficiamento do minério de ferro. Esses materiais siliciosos são tipicamente dispostos como uma pasta de água em lagoas de sedimentação e contêm uma quantidade razoável de sílica cristalina que pode ser digerida com um tratamento alcalino.
[0012] A patente US 3.163.518 descreve um processo para liberar sílica de um minério de ferro silicioso, a fim de obter um minério de ferro mais purificado, expondo o minério ao hidróxido de sódio, em uma quantidade entre 1 e 14% em peso e submetendo a mistura a uma temperatura entre 260°C e 400°C e uma pressão entre 7 bar e atmosférica. A solução é tratada hidrotermicamente naquelas condições, mantendo uma atmosfera de vapor sob condições de saturação ou superaquecido, seguido por resfriamento para diminuir a temperatura para posterior separação da solução e do material não reagido.
[0013] Surpreendentemente, verificou-se que uma solução de silicato de sódio, feita de material silicioso contendo ferro, tem estabilidade a longo prazo. A digestão desse material silicioso produz um silicato de sódio e ferro com uma cor vermelho acastanhado, devido à presença de compostos de ferro solúveis e um grau de turbidez. Devido a essas propriedades, não seria de esperar que a solução de silicato de sódio e ferro fosse estável em condições de armazenamento a longo prazo. No entanto, um teste de estabilidade realizado com amostras estáticas mantidas a uma temperatura de 60°C por oito semanas, resultou em uma mudança não apreciável na turvação inicial nem na observação da formação de depósitos sólidos sedimentados. O mesmo estudo de estabilidade realizado em um silicato feito com sílica cristalina a partir de uma fonte de areia purificada com mais de 98% de teor de SiO2 em peso resultou em um aumento considerável da turbidez no mesmo período. O mesmo estudo de estabilidade realizado em um silicato feito com um material silicioso pré-tratado contendo ferro para remover o ferro antes da digestão hidrotérmica também mostrou um aumento razoável da turbidez no mesmo período (vide Tabela 4 a seguir).
[0014] A propriedade de estabilidade a longo prazo do material silicioso que contém ferro pode ser atribuída à presença de compostos de ferro solúveis em solução que impedem a formação de poli-silicatos e micelas poliméricas ao longo do tempo, tornando esse tipo de solução de silicato diferente de qualquer outro tipo de fonte de areia cristalina com baixo teor de ferro. Desta forma, a presença de ferro é um inibidor para a formação de compostos poliméricos a partir de cálcio e magnésio.
[0015] A solução estável de silicato de sódio e ferro, objeto da presente invenção, é preferivelmente obtida a partir de um processo que compreende as seguintes etapas: a. fornecer um material silicioso contendo ferro; b. submeter o referido material silicioso contendo ferro a um tratamento hidrotérmico com soda cáustica sob alta temperatura e pressão controlada; e c. filtrar a referida solução reagida para separar a porção reagida do tratamento hidrotérmico da porção não reagida.
[0016] Mais especificamente, o referido processo compreende as seguintes etapas: a. um material silicioso contendo ferro e possuindo uma umidade livre inferior a 10% é introduzido em um tanque de batelada com água e soda cáustica à temperatura ambiente; b. a mistura do tanque de batelada contendo o material silicioso, a água e a soda cáustica é transferida para uma autoclave rotativo ou para um recipiente vertical agitado e a temperatura é aumentada para 120°C a 220°C sob pressão de vapor saturado e a batelada é tratada hidrotermicamente por 3 a 6 horas com pressão ao controle; c. o lote é transferido para um tanque de retenção para aliviar a pressão, resfriado a menos de 90°C e filtrado em um filtro de prensa usando o material não reagido como pré-revestimento.
[0017] O pré-revestimento pode ser lavado posteriormente para recuperar Na2O, que pode ser reciclado de volta ao tanque de tratamento como fonte de soda cáustica, reduzindo assim a quantidade de soda cáustica nova adicionada para o próximo lote.
[0018] Embora possuam alguma cor e turbidez, para aqueles versados na técnica, as soluções de silicatos de sódio e ferro da presente invenção têm muitos usos potenciais. Um dos usos pode ser um agente aglutinante para finos, onde a cor pode não ser um desqualificador. O aglutinante pode ser usado em pelotização, briquetagem ou tecnologias similares.
[0019] Out ro uso do silicato de sódio e ferro pode ser o de produzir sílicas precipitadas, onde a cor pode não ser um desqualificador. Um dos mercados mais importantes para as sílicas precipitadas é o reforço de borracha, amplamente utilizado em pneus verdes.
[0020] Outro uso do silicato de sódio e ferro pode ser na indústria de fundição como ligante para moldes de areia, na indústria cerâmica como agente defloculante, refratários como ligante para argilas e adesivos.
[0021] Out ro uso do silicato de sódio e ferro pode ser o de produzir sílica gel, onde a cor pode não ser um desqualificador. Alguns dos mercados em potencial para esse tipo de sílica gel podem ser no processo de tratamentodo biodiesel e como um agente promotor de fluidez.
[0022] Embora a presente invenção seja descrita com referência a modalidades preferidas, será entendido por aqueles versados na técnica, que várias alterações podem ser feitas e os equivalentes podem ser substituídos por elementos das mesmas.
[0023] As soluções de silicato de sódio e ferro podem ser produzidas através de um tratamento hidrotérmico de material silicioso contendo ferro com soda cáustica em um autoclave rotativo ou estático agitado sob alta temperatura e pressão controlada.
[0024] Em uma modalidade preferida da presente invenção, o material silicioso que contém ferro deve ser separado da água e ter pelo menos 65% de sílica cristalina. Alguma umidade residual pode estar presente no material se ele puder ser manuseado por um sistema de manuseio de sólidos a granel.
[0025] De preferência, o material silicioso contendo ferro deve ser misturado com soda cáustica e água e tratado hidrotermicamente a temperaturas de 120°C a 220°C sob pressão de vapor saturado. A relação em peso de SiO2 para Na2O deve estar entre 1,5 e 2,5 e qualquer material que não tenha reagido, deve ser filtrado para produzir uma solução de silicato de sódio e ferro. A solução deve ter uma porcentagem total de sólidos, expressa pela soma deSiO2 e Na2O, entre 20% e 55%, com um teor de ferro solúvel, expresso em Fe, de 0,1% a 7%, e o balanço de massa sendo água.
[0026] Os padrões de silicato de sódio foram armazenados a 80°C em frascos de polipropileno. A formação de polissilicato foi seguida no tempo medindo a turbidez (NTU) das soluções de silicato após 0, 12, 23 e 40 dias. Após 40 dias, as soluções de silicato foram centrifugadas. O material de polissilicato sólido foi lavado 3 vezes com água desmineralizada e foi subsequentemente filtrado. O material de polissilicato sólido foi seco a 120°C por 15 horas e a quantidade de polissilicato foi pesada. Os resultados do experimento são apresentados na Tabela 1.
[0027] A Tabela 1 mostra o aumento da turbidez conforme medido por NTU ao longo do tempo. Os resultados demonstram que o silicato de sódio padrão não filtrado tem uma turbidez inicial e final mais alta em comparação com o silicato de sódio padrão filtrado. O grau de turbidez está correlacionado ao grau de formação de polissilicato.
[0028] Acima de 40 NTU é possível observar flocos muito finos (polissilicatos). Após 40 dias, os polissilicatos sólidos visíveis foram medidos e expressos. O silicato de sódio não filtrado continha 1,95% de polissilicato. O silicato de sódio filtrado continha 0,61% de polissilicato. Esses resultados mostram que, independentemente do tipo de silicato de sódio e não importando se o silicato de sódio foi filtrado, a turbidez de uma solução de silicato de sódio aumentará significativamente ao longo do tempo.
[0029] Três fontes siliciosas diferentes foram usadas para realizar um experimento a fim de estabelecer uma relação em peso (SiO2: Na2O) de 2,0 a 2,2 solução de silicato de sódio. Todas as fontes siliciosas foram tratadas hidrotermicamente em autoclave rotativo com 30% de soda cáustica a 200°C e pressão de vapor saturado por 4 horas. Foi utilizado um excesso de 10% da fonte siliciosa e a solução resultante foi filtrada para obter uma solução de silicato livre de impurezas.
[0030] Um material silicioso contendo aproximadamente 92% de SiO2, 3% de Fe, 0,6% de Al2O2 e 4% de H2O como umidade, foi utilizado (Amostra 1).
[0031] O mesmo material silicioso foi primeiro tratado com uma solução a 50% de HCl e lavado. O pré- tratamento teve a intenção de solubilizar e remover o ferro da fonte de areia para obter uma solução de silicato incolor (Amostra 2). Foi utilizada como fonte de controle uma fonte de areia cristalina (Beaujean) com > 98% de SiO2 (Amostra 3).
[0032] Os produtos resultantes produzidos nas amostras 1, 2 e 3 foram analisados e seus constituintes determinados. Os traços de metais não dissolvidos nas fontes de areia e soluções de silicato de sódio são expressos na Tabela 2 abaixo:
[0033] A Tabela 2 mostra que a solução desilicato de sódio de fonte siliciosa não tratada tinha alto teor de ferro solúvel. Com o pré-tratamento com HCl, uma porção significativa do ferro foi lavada, resultando em uma quantidade limitada de ferro na solução de silicato. No entanto, o teor de ferro das soluções produzidas nas Experiências 1 e 2 foi maior que na areia de controle. O nível de cálcio e magnésio, precursores da formação de polissilicato e micelas poliméricas, foi equivalente nas três soluções de silicato. Os níveis de cálcio e magnésio na areia de controle (Beaujean) são considerados de médio a alto como precursores potenciais para a formação de polissilicatos e micelas poliméricas.
[0034] A solução de silicato resultante de cada experimento foi medida quanto à turbidez e cor. Os resultados dessas medições estão expressos na Tabela 3abaixo:
[0035] A Tabela 3 mostra que a solução de silicato de sódio e ferro tinha um tom vermelho-acastanhado distinto. A solução de material silicioso tratado tinha uma cor rosa claro. A areia de controle tinha uma aparência de água.
[0036] A solução de silicato resultante de cada experimento foi armazenada em condições estáticas, a uma temperatura de 60°C, para coletar dados sobre a estabilidade do armazenamento a longo prazo. Os resultados estão expressos na Tabela 4 abaixo:
[0037] A Tabela 4 demonstra que a solução de silicato de sódio obtida a partir de minério de ferro não tratado é estável a uma temperatura de 60°C durante 8 semanas em condições de armazenamento estático, isto é, turbidez antes e depois do teste de estabilidade de armazenamento estático estão na mesma ordem de magnitude. O minério de ferro tratado tem um aumento considerável de turbidez. A solução de controle de silicato de areia teve um aumento significativo de turbidez, indicando instabilidade no armazenamento a longo prazo.
[0038] As experiências acima demonstram que a presença de ferro em uma solução de silicato de sódio fornece estabilidade a longo prazo. Tais soluções de silicato de sódio e ferro podem fornecer uma solução estável em prateleira para as aplicações em que a cor da solução de silicato de sódio não é uma preocupação.
[0039] Embora a descrição acima contenha certas especificidades, elas não devem ser interpretadas como limitações ao escopo da invenção, mas como uma exemplificação de uma modalidade preferida da mesma. Por conseguinte, o escopo da presente invenção deve ser determinado não pelas modalidades ilustradas, mas pelas reivindicações anexas e seus equivalentes legais.
Claims (8)
1. Solução estável de silicato de sódio e ferro caracterizada por possuir uma relação em peso de SiO2 para Na2O de 1,5 a 2,5 e uma porcentagem total de sólidos, expressa pela soma de SiO2 e Na2O, de 20% a 55%, a referida solução possuindo um teor de ferro solúvel, expresso por Fe, de 0,1% a 1,0%, e um teor de água de 38% a 79,9%.
2. Processo para preparar a solução estável de silicato de sódio e ferro, conforme definida na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: a. fornecer um material silicioso contendo ferro; b. submeter o referido material silicioso contendo ferro a um tratamento hidrotérmico com soda cáustica sob alta temperatura e pressão controlada; e c. filtrar a referida solução reagida para separar a porção reagida do tratamento hidrotérmico da porção não reagida.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que: a. o material silicioso possui uma umidade livre inferior a 10% e é introduzido em um tanque de batelada com água e soda cáustica à temperatura ambiente; b. a mistura do tanque de batelada contendo o material silicioso, a água e a soda cáustica é transferida para uma autoclave rotativo ou para um recipiente vertical agitado e a temperatura é aumentada para 120°C a 220°C sob pressão de vapor saturado e a batelada é tratada hidrotermicamente por 3 a 6 horas com pressão ao controle; e c. o lote é transferido para um tanque de retenção para aliviar a pressão, resfriado a menos de 90°C e filtrado em um filtro de prensa usando o material não reagido como pré-revestimento.
4. Processo, de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que o pré-revestimento é lavado posteriormente para recuperar Na2O, que é então reciclado de volta ao tanque de tratamento como fonte de soda cáustica, reduzindo assim a quantidade de soda cáustica nova adicionada ao próximo lote.
5. Uso da solução estável de silicato de sódio e ferro, conforme definida na reivindicação 1, caracterizado por ser como um agente aglutinante para finos.
6. Uso da solução estável de silicato de sódio e ferro, conforme definida na reivindicação 1, caracterizado por ser na fabricação de sílicas precipitadas.
7. Uso da solução estável de silicato de sódio e ferro, conforme definida na reivindicação 1, caracterizado por ser como ligante para moldes de areia, como agente defloculante na indústria cerâmica, ou como ligante para argilas e adesivos.
8. Uso da solução estável de silicato de sódio e ferro, conforme definida na reivindicação 1, caracterizado por ser na fabricação de sílica gel.
Priority Applications (11)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BR102020016451-1A BR102020016451B1 (pt) | 2020-08-12 | 2020-08-12 | Solução estável de silicato de sódio e ferro, processo para preparar a referida solução e seus usos |
| US16/993,661 US11440806B2 (en) | 2020-08-12 | 2020-08-14 | Stable solution of sodium and iron silicate, process for preparing said solution and uses thereof |
| EP21766042.2A EP4196442A1 (en) | 2020-08-12 | 2021-08-11 | Stable solution of sodium and iron silicate, process for preparing said solution and uses thereof |
| JP2023510399A JP2023538550A (ja) | 2020-08-12 | 2021-08-11 | ケイ酸ナトリウムおよびケイ酸鉄の安定溶液、そのような溶液を調製するための方法およびその使用 |
| AU2021326487A AU2021326487A1 (en) | 2020-08-12 | 2021-08-11 | Stable solution of sodium and iron silicate, process for preparing said solution and uses thereof |
| PCT/US2021/045533 WO2022035956A1 (en) | 2020-08-12 | 2021-08-11 | Stable solution of sodium and iron silicate, process for preparing said solution and uses thereof |
| CN202180056191.1A CN116457311B (zh) | 2020-08-12 | 2021-08-11 | 钠和铁硅酸盐的稳定溶液，用于制备所述溶液的方法及其用途 |
| KR1020237008466A KR20230050411A (ko) | 2020-08-12 | 2021-08-11 | 안정한 규산나트륨 및 규산철 용액, 상기 용액의 제조 공정 및 그 용도 |
| CA3188523A CA3188523A1 (en) | 2020-08-12 | 2021-08-11 | Stable solution of sodium and iron silicate, process for preparing said solution and uses thereof |
| MX2023001783A MX2023001783A (es) | 2020-08-12 | 2021-08-11 | Solucion estable de silicato de sodio y hierro, proceso para preparar la solucion y usos de la misma. |
| US17/583,247 US11679986B2 (en) | 2020-08-12 | 2022-01-25 | Stable solution of sodium and iron silicate, process for preparing said solution and uses thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BR102020016451-1A BR102020016451B1 (pt) | 2020-08-12 | 2020-08-12 | Solução estável de silicato de sódio e ferro, processo para preparar a referida solução e seus usos |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BR102020016451A2 BR102020016451A2 (pt) | 2020-10-20 |
| BR102020016451B1 true BR102020016451B1 (pt) | 2021-11-03 |
Family
ID=73038627
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BR102020016451-1A BR102020016451B1 (pt) | 2020-08-12 | 2020-08-12 | Solução estável de silicato de sódio e ferro, processo para preparar a referida solução e seus usos |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US11440806B2 (pt) |
| EP (1) | EP4196442A1 (pt) |
| JP (1) | JP2023538550A (pt) |
| KR (1) | KR20230050411A (pt) |
| CN (1) | CN116457311B (pt) |
| AU (1) | AU2021326487A1 (pt) |
| BR (1) | BR102020016451B1 (pt) |
| CA (1) | CA3188523A1 (pt) |
| MX (1) | MX2023001783A (pt) |
| WO (1) | WO2022035956A1 (pt) |
Family Cites Families (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BE649739A (pt) | ||||
| US3163518A (en) | 1962-09-05 | 1964-12-29 | Ontario Research Foundation | Method of liberating silica from iron ore |
| US3235371A (en) | 1962-09-10 | 1966-02-15 | Control Of Michigan College Of | Agglomerated mineral products and method of making same |
| JPS5155114A (en) * | 1974-11-08 | 1976-05-14 | Nitto Chemical Industry Co Ltd | Doshitsuno anteikaho |
| DK136708C (da) | 1975-05-06 | 1978-05-08 | Skamol Skarrehage Molerverk As | Fremgangsmaade til fremstilling af vandglas i oploest form |
| DE3002857A1 (de) | 1980-01-26 | 1981-07-30 | Henkel KGaA, 4000 Düsseldorf | Verfahren zur hydrothermalen herstellung von natriumsilikatloesungen |
| JPS5727922U (pt) | 1980-07-24 | 1982-02-13 | ||
| JPS5727922A (en) * | 1980-07-25 | 1982-02-15 | Shokubai Kasei Kogyo Kk | Wet manufacture of sodium silicate |
| FR2541667B2 (fr) | 1982-04-16 | 1986-07-04 | Ugine Kuhlmann | Procede de fabrication de solutions de silicate alcalin dans un reacteur statique |
| DE3421158A1 (de) | 1984-06-07 | 1985-12-12 | Henkel KGaA, 4000 Düsseldorf | Verfahren zur hydrothermalen herstellung klarer natriumsilikatloesungen |
| DE3902754A1 (de) * | 1989-01-31 | 1990-08-02 | Henkel Kgaa | Verfahren zur hydrothermalen herstellung von natriumsilikatloesungen |
| CA2009035A1 (en) | 1989-01-31 | 1990-07-31 | Rudolf Novotny | Process for hydrothermal production of sodium silicate solutions |
| DE3938729A1 (de) * | 1989-11-23 | 1991-05-29 | Henkel Kgaa | Verfahren zur hydrothermalen herstellung von natrium-polysilicat |
| GB0514753D0 (en) | 2005-07-19 | 2005-08-24 | Pilkington Plc | Fire resistant glazings |
| US7652087B2 (en) | 2006-02-21 | 2010-01-26 | American Thermal Holdings Company | Protective coating |
| US7622097B2 (en) * | 2007-07-20 | 2009-11-24 | The National Titanium Bioxide Co., Ltd. (CRISTAL) | Process for hydrothermal production of sodium silicate solutions and precipitated silicas |
| US20100187181A1 (en) | 2009-01-29 | 2010-07-29 | Sortwell Edwin T | Method for Dispersing and Aggregating Components of Mineral Slurries |
| CN102424394B (zh) | 2011-09-11 | 2013-06-19 | 北京科技大学 | 一种利用微硅粉湿法制备水玻璃的方法 |
| CN103265044A (zh) * | 2013-05-30 | 2013-08-28 | 福州大学 | 絮凝-磁分离去除水玻璃溶液中杂质铁的方法 |
| CN103910362B (zh) | 2014-04-29 | 2016-01-13 | 深圳市国大长兴科技有限公司 | 利用含硅尾矿矿粉制备硅酸盐水溶液的方法 |
| CN105540601B (zh) * | 2016-01-26 | 2018-02-06 | 三祥新材股份有限公司 | 一种五水偏硅酸钠的生产方法 |
| CN108178264A (zh) | 2018-01-11 | 2018-06-19 | 武汉理工大学 | 一种聚硅酸铝铁与改性膨润土复合絮凝剂 |
| BR102019009592B1 (pt) | 2019-05-10 | 2020-07-28 | Vale S.A | processo de produção de briquetes de minério de ferro compreendendo rejeito de mineração |
| BR102019018080B1 (pt) | 2019-08-30 | 2020-06-16 | Vale S.A. | Processo de obtenção de silicato de sódio em pó a partir de rejeito arenoso oriundo do processo de concentração de minério de ferro |
-
2020
- 2020-08-12 BR BR102020016451-1A patent/BR102020016451B1/pt active IP Right Grant
- 2020-08-14 US US16/993,661 patent/US11440806B2/en active Active
-
2021
- 2021-08-11 EP EP21766042.2A patent/EP4196442A1/en active Pending
- 2021-08-11 KR KR1020237008466A patent/KR20230050411A/ko not_active Application Discontinuation
- 2021-08-11 CN CN202180056191.1A patent/CN116457311B/zh active Active
- 2021-08-11 AU AU2021326487A patent/AU2021326487A1/en active Pending
- 2021-08-11 MX MX2023001783A patent/MX2023001783A/es unknown
- 2021-08-11 JP JP2023510399A patent/JP2023538550A/ja active Pending
- 2021-08-11 WO PCT/US2021/045533 patent/WO2022035956A1/en active Application Filing
- 2021-08-11 CA CA3188523A patent/CA3188523A1/en active Pending
-
2022
- 2022-01-25 US US17/583,247 patent/US11679986B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP4196442A1 (en) | 2023-06-21 |
| KR20230050411A (ko) | 2023-04-14 |
| BR102020016451A2 (pt) | 2020-10-20 |
| US20220048779A1 (en) | 2022-02-17 |
| JP2023538550A (ja) | 2023-09-08 |
| AU2021326487A8 (en) | 2024-07-11 |
| CN116457311A (zh) | 2023-07-18 |
| CA3188523A1 (en) | 2022-02-17 |
| US20220144651A1 (en) | 2022-05-12 |
| US11440806B2 (en) | 2022-09-13 |
| CN116457311B (zh) | 2024-09-06 |
| US11679986B2 (en) | 2023-06-20 |
| AU2021326487A1 (en) | 2023-03-02 |
| MX2023001783A (es) | 2023-06-22 |
| WO2022035956A1 (en) | 2022-02-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Karkhanavala et al. | The polymorphism of cordierite | |
| Atkinson et al. | Crystal nucleation in Fe (III) solutions and hydroxide gels | |
| FI67791C (fi) | Kontinuerligt foerfarande foer framstaellning av zeoli a med konstant och homogen kvalitet | |
| JPS61286215A (ja) | 層状結晶のアルカリ金属珪酸塩の製造方法 | |
| HUT61247A (en) | Process for producing alkali metal silicates | |
| BR102019018080B1 (pt) | Processo de obtenção de silicato de sódio em pó a partir de rejeito arenoso oriundo do processo de concentração de minério de ferro | |
| US3594121A (en) | Dry gel process for preparing zeolite y | |
| WO1996002462A1 (en) | Process for preparation of zeolite 'x' | |
| US4406822A (en) | Method of making zeolites | |
| AU620337B2 (en) | Production of soluble silicates from biogenetic silica | |
| BR102020016451B1 (pt) | Solução estável de silicato de sódio e ferro, processo para preparar a referida solução e seus usos | |
| US4715987A (en) | Method of treating phyllosilicates | |
| US2935377A (en) | Starch-borax settling aid and process of using | |
| JP4194655B2 (ja) | ホウ酸カルシウム及びその製造方法 | |
| US3714366A (en) | Method for the production of mordenite | |
| RU2520434C1 (ru) | Способ очистки немодифицированного бентонита на основе монтмориллонита | |
| US4839060A (en) | Methylated starch compositions and their use as flocculating agents for mineral wastes, such as bauxite residues | |
| DE69128076T2 (de) | Verfahren zur Enteisenung von keramischen Materialien | |
| US3655339A (en) | Production of low-soda alumina | |
| JPS598617A (ja) | アルミノ珪酸塩 | |
| USRE23043E (en) | Manufacture of hydrated | |
| JPS6049134B2 (ja) | リチウム含有高モル比珪酸ソ−ダの製造方法 | |
| Mishra | Production of novel zeolite of type na-p from sodium aluminate liquor/spent liquor/alumina tri-hydrate of Nalco’s alumina refinery, Damanjodi, Orissa, India: A unique material for detergent formulation | |
| Carlson et al. | Hydrothermal preparation of some strontium silicates | |
| Hall | The casting of clay ware—a résumé |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| B03B | Publication of an application: publication anticipated [chapter 3.2 patent gazette] | ||
| B06A | Patent application procedure suspended [chapter 6.1 patent gazette] | ||
| B09A | Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette] | ||
| B16A | Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette] |
Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 12/08/2020, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS. |
|
| B25B | Requested transfer of rights rejected |
Owner name: PQ SILICAS BRAZIL LTDA (BR/SP) Free format text: INDEFERIDO O PEDIDO DE TRANSFERENCIA CONTIDO NA PETICAO 870230115449 DE 29/12/2023,EM VIRTUDE DO PAGAMENTO TER SIDO FEITO NO DIA 02/01/2024. |
|
| B25L | Entry of change of name and/or headquarter and transfer of application, patent and certificate of addition of invention: publication cancelled |
Owner name: PQ SILICAS BRAZIL LTDA (BR/SP) Free format text: ANULADA A PUBLICACAO CODIGO 25.2 NA RPI NO 2791 DE 02/07/2024 POR TER SIDO INDEVIDA. |