DE3027849C2 - Verfahren zur kontinuierlichen großtechnischen Herstellung einer Natriumsilikatlösung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen großtechnischen Herstellung von Natriumsilikatlösung durch Einbringen von Sand, Natriumhydroxid und Wasser in einen Autoklaven und Auflösen des Quarzes bei einer Temperatur von 225 bis 245° C und einem Druck von 27 bis 32 bar.

Die bekannten Verfahren zur großtechnischen Herstellung von Natriumsilikat umrissen im allgemeinen eine Calcinierung des Gemisches von Sand und Natriumcarbonat bei mehr als 1100° C, v.>ne Löslichmachung des hierbei erhaltenen Natriumsilikats im Autoklaven bei mäßigem Druck von 2 bis 5 bar und eine Filtration. Ein solches Verfahren ist kostspielig, da durch die Calcinierung Heizöl oder Kohle als Brennstoff verbraucht wird. Andererseits erfordert die Calcinierungsanb.ge hohe Instandhaltungskosten aufgrund der Möglichkeit des Angriffs des feuerfesten Materials durch das Natriumcarbonat.

Ferner wurden verschiedene Verfahren vorgeschlagen, die diese Calcinierung des Gemisches von Sand und Natriumcarbonat überflüssig machen sollen und bei denen eine direkte Löslichmachung des Siliciumdioxids durch Behandlung im Autoklaven mit Natriumhydroxid erfolgt. Ein solches Verfahren wird insbesondere in Chemical-Engineering vom 2.2.1962, Seite 76—78, und in der US-PS 28 81 049 vorgeschlagen.

Urn die Korrosion des Werkstoffs, insbesondere der Autoklaven zu bekämpfen und zu vermeiden, wird die Löslichmachung bei mäßigen Drucken von 3 bis 6 bar durchgeführt Die niedrigen Temperaturen, die sich aus diesen Drücken ergeben, erfordern jedoch, daß die Art des Sandes ausgewählt und der Sand gemahlen oder einer Vorbehandlung, die im allgemeinen aus einer Calcinierung mit anschließendem Abschrecken in Wasser besteht, unterworfen wird. Diese Verfahren erwiesen sich somit als ebenso kostspielig wie die Calcinierung des Gemisches von Quarz und Natriumcarbonat, das einzige in der Praxis angewandte großtechnische Verfahren.

In der US-PS 28 81 049 ist wohl ein Verfahren zur Auflösung von Quarz mit einer wäßrigen Alkalimetallhydraoxidlösung im Autoklaven bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck beschrieben, jedoch ist der Einsatz von Quarz in einem definierten, fein verteilten Zustand erforderlich. Je feiner der Quarz ist desto besser ist er für das Verfahren geeignet Um den Quarz in eine fein verteilte Form zu bringen, ist wie im Falle der Verfahren bei niedrigem Druck und niedriger Temperatur, eine Vorbehandlung des Rohmaterials erforderlich. Weiterhin muß wegen der Gefahr der Korrosion durch die alkalische Lösung und des Abriebs durch Quarzpartikel die ganze Anlage, in der das Verfahren naort US-PS 28 81 049 durchgeführt wird, resistent gegen diese Erscheinungen und damit zwangsläufig kostspielig sein.

Aufgabe der Erfindung ist die Herstellung von Natriumsilikat aus Quarz oder Sand durch Behandlung im Autoklaven mit Natriumhydroxid nach einem Verfah^ren. das nicht die Nachteile der bekannten Verfahren aufweist die die Verwendung von gegenüber Natriumhydroxid korrosionsbeständigen Materialien, wie rostfreiem Stahl oder mit Nickel oder anderen beständigen Metallen ausgekleidete Anlagen, verlangen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren nach dem Patentanspruch 1. Die Bedingungen der Autokiavenbehandlung werden so gewählt, daß die Löslichmachung mit einem nicht vorbehandelten Sand ohne Einfluß der Art und der physikalischen Struktur des Sandes vorgenommen werden kann. Eine Ausnahme bildet die Korngröße des Sandes, die unter 1 mm liegen muß, so daß gegebenenfalls eine Zerkleinerung oder Mahlung

erforderlich ist

Die Probleme der Korrosion durch Natriumhydroxid wurden dadurch gelöst daß eine mit Natriumcarbonat beladene Natriumhydroxidlösung verwendet die Natriumhydroxidlösung in geeigneten Wärmeaustauschern aus Nickel, bei denen somit nicht die Gefahr eines Abtriebs durch den Quarz besteht, vorerhitzt und die Löslichmachung des Quarzes kontinuierlich durch Autoklavenbehandlung vorgenommen wird.

Der verwendete Autoklav bzw. die verwendeten Autoklaven sind somit nicht unbedingt innen mit Nickel ausgekleidet, um die Probleme der Korrosion durch Natriumhydroxid zu lösen. Sie bestehen aus gewöhnlichem Stahl und führen zu wesentlichen verringerten Anlage- und Instandhaltungskosten.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht die Herstellung einer Natriumsilikatlösung mit Kosten, die deutlich unter den Kosten der bekannten Verfahren liegen. Außerdem enthält diese Lösung weniger als 30 bis 40 mg Fe/I. Sie kann somit insbesondere für die Herstellung von sehr weißen Zeolithen verwendet werden.
Die verschiedenen Stufen des Verfahrens sind sche-

5u matisch in der Abbildung dargestellt.

1. Die Ausgangsmaterialien bestehen aus Quarzsand, der ein 1 mm-Sieb passiert, und einer technischen Nalriumhydroxidlösung, die auf eine Konzentration von 180 bis 230gNaOH/l verdünnt wurde. Dieser Natriumhydroxidlösung werden 15 bis 2OgNa₂COi/! zugesetzt, um die Aufschlußlösung L 1 zu erhalten.

2. Bei A wird der Quarz durch Mischen mit einer solchen Fraktion der Natronlauge L 1 in Suspension gebracht, daß der Gehalt an Trockenmasse der erhaltenen Suspension L 3 es ermöglicht, sie unter Druck in den Autoklaven Czu pumpen. Der Quarzanteil wird so gewählt, daß das Gewichtsverhältnis von insgesamt eingesetztem Si(VNaOH im Bereich von 1,7 bis 2,6 liegt.

3. Bei S wird der Rest der Natronlauge L 1 in Röhrenoder Plauenwürmeaiistiitischern aus Nickel auf ei-

ne Temperatur von 250 bis 280⁰C erhitzt Dieses indirekte Erhitzen erfolgt kontinuieriich mit Hilfe des Dampfes Vl, der in den nachstehend beschriebenen Druckminderventilen erhalten wird, und mit Hilfe von zusätzlich zugeführtem Ergänzungsdampf VZ Da die erhitzte Lauge keinen Quarz enthält, findet kein Abrieb des Metalls der Wärmeaustauscher statt. Diese auf 250 bis 280⁰C erhitzte Aufschlußlauge L 2 wird kontinuierlich in den Autoklaven Cgedrückt

4. In diesem Autoklaven C wird die Löslichmachung des Quarzes kontinuierlich vorgenommen. Die Aufschiußlauge L 2 und die Quarzsuspension L 3 werden kontinuierlich eingeführt Diese Einführung der Lauge und der Suspension erfolgen unter Druck. Die Temperatur im Autoklaven bzw. in den Autoklaven beträgt 225 bis 245° C, der Druck 27 bis 32 bar und die Verweilzeit 20 bis 35 Minuten. Unter diesen Bedingungen findet eine schnelle Löslichmachung des Quarzes ohne Rücksicht auf seine Herkunft statt

Diese kontinuierlich durchgeführte schneiie i^öslichmachung ermöglicht es, im Autoklaven eine stationäre Lösung zu erhalten, die mehr a!s 160 g/l löslich gemachtes SiO₂ enthält und nur eine geringe korrodierende Wirkung auf den verwendeten gewöhnlichen Stahl hat da das Natriumhydroxid durch das löslich gemachte Siliciumdioxid neutralisiert ist Die Temperatur der Autoklaven wird durch Einblasen von Dampf V3 aufrech; erhalten. Am Austritt der Autoklaven C sind mehr als 95% des eingesetzten Quarzes löslich gemacht.

5. Die aus den Autoklaven kommende Suspension L 4, die aus Natriumsilikat besteht, das den nicht umgesetzten Quarz enthält, wird in einer Reihe von Druckminderventilen D auf Normaldruck entspannt und gekühlt. Der austretende Dampf Vl wird in B für die Vorwärmung der Natronlauge wiederverwendet.

Die Silikatlösung L 5 wird gegebenenfalls verdünnt, um Kristallisation des Silikats Na₂O · SiO₂ zu vermeiden, dekantiert und filtriert. Der abgetrennte Feststoff wird teilweise nach /Ϊ zurückgeführt. Die erhaltene Natriumsilikatlauge ist durch eine Siliciumdioxidkonzentration von 320 bis 370 g/l SiO₂, eine Konzentration von 160 bis 200 g/l NaOH und einen Eisengehalt unter 40 mg/1 Fe gekennzeichnet. Diese Lösung eignet sich sehr gut für die Herstellung von Natriumsilicoaluminat, insbesondere von Zeolithen.

240⁰C geregelte Temperatur, die sehr schne'd eingestellt wird. Der Druck beträgt 27 bar. Die Verweilzeit bei dieser Temperatur und unter diesem Druck beträgt 25 Minuten.

Nach Beendigung dieser Reaktion unter Druck wird die Suspension durch Entspannung gekühlt, anschließend mit 0,22 m³ Wasser verdünnt und dann dekantiert und filtriert. Der abfiltrierte Feststoff hat ein Gesamtgewicht von 15 kg. Er enthält 13 kg SiO₂.

Die filtrierte Flüssigkeit hat ein Volumen von 1,03 m^J. Sie enthält 191 kg NaOH, 7,5 kg Na₂CO₃, 328 kg SiO₂ und 32 g Fe.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Beispiel

Eine Lösung von Natriumhydroxid und -carbor.at wird aus 428 kg Natronlauge, die 193 kg NaOH enthält und der 8 kg Na₂CO3 und 570 kg Wasser zugesetzt werden, hergestellt. Die erhaltene Lösung L 1 hat ein Volumen von 0,83 m³ und enthält 193 kg NaOH, 8kgNa₂COjund805kgH2O.

Ein Teil dieser Lösung, nämlich 0,21 m^J, wird bei A verwendet, um 343 kg Sand, der 341 kg SiO₂ enthält, zu suspendieren. Die erhaltene Suspension L 3 hat ein Volumen von 0,34 m^J. Sie wird in den Autoklaven Ceingespritzt. Gleichzeitig wird der Rest der Lösung L 1 bei B auf 275°C erhitzt und d?.nn in den Autoklaven Ceingespritzt. Im Autoklaven hat die Suspension eine bei

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bO

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Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur kontinuierlichen großtechnischen Herstellung einer Natriumsilikaüösung durch Einbringen von Sand, Natriumhydroxid und Wasser in einen Autoklaven und Auflösen des Quarzes bei einer Temperatur von 225 bis 245° C und einem Druck von 27 bis 32 bar, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Auflösung des Quarzes eine Lösung von Natriumhydroxid und -carbonat einsetzt, von der man vor der Zuführung zum Autoklaven einen Teil zur Herstellung einer pumpbaren Suspension des Quarzes verwendet und den restlichen Teil auf eine Temperatur zwischen 250° C und 280⁰C vorerhitzt

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorerhitzung der Natriumhydroxid- und -carbonatlösung der beim Entspannen der gewonnenen Natriumsilikatlösung gebildete Dampf verwendet, wird.