DK151220B - Fremgangsmaade til kontinuert, industriel fremstilling af en natriumsilikatoploesning - Google Patents

Description

151220

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til kontinuert, industriel fremstilling af en natriumsilikat-opløsning ved indføring i en autoklav af sand, natriumhydroxid og vand og opløsning af kvartsen ved en tempera-5 tur på 225-245 °C og et tryk på 27-32 bar.

De hidtil kendte fremgangsmåder til industriel fremstilling af natriumsilikat omfatter i almindelighed en cal-cinering af blandingen af vand og natriumcarbonat ved mere end 1100 °C, en solubilisering af der herved op-10 nåede natriumsilikat i autoklaver ved middelhøje tryk på 2-5 bar og en filtrering. En sådan fremgangsmåde er kostbar, eftersom der ved calcineringen forbruges brændselsolie eller kul. På den anden side kræver cal-cineringsanlægget store omkostninger til vedligeholdelse 15 på grund af muligheden af angreb på de ildfaste materi aler gennem natriumcarbonatet.

Derudover har man foreslået forskellige fremgangsmåder, som skulle overflødiggøre denne calcinering af blandingen af sand og natriumcarbonat, og ved hvilke man 20 opnår en direkte solubilisering af siliciumdioxidet ved behandling med natriumhydroxid i autoklaver. En sådan fremgangsmåde er især beskrevet i "Chemical Engineering" fra 02-02-1962, side 76-78, og i US patent-skrift nr. 2 881 049.

25 For at bekæmpe og undgå korrosionen af apparatmaterialet, især i autoklaverne, gennemføres solubiliseringen ved middelhøje tryk på 3-6 bar. De lavere temperaturer, der er et resultat af disse tryk, nødvendiggør dog, at arten af det anvendte sand udvælges, og at sandet males 30 eller underkastes en forbehandling, der i almindelighed består af en calcinering med derpå følgende afskrækning i vand. Denne fremgangsmåde viser sig derved at være lige så kostbar som calcineringen af blandingen af kvarts 2 151220 og natriumcarbonat, som er den eneste i praksis anvendte industrielle fremgangsmåde.

I ovennævnte US patentskrift nr. 2 881 049 er ganske vist beskrevet en fremgangsmåde til opløsning af kvarts 5 med en vandig alkalimetalhydroxidopløsning i autoklaver ved forhøjet temperatur og forhøjet tryk, men indsatsen af kvarts foregår nødvendigvis i en defineret og fint fordelt tilstand. Jo finere kvartsen er, desto bedre egner den sig til fremgangsmåden. For at bringe kvart-10 sen på fint fordelt form er en forbehandling af rå materialet påkrævet, ligesom det er tilfældet ved fremgangsmåden ved lavere tryk og lavere temperatur. Ydermere skal, på grund af faren for korrosion gennem den alkaliske opløsning og afslidning gennem kvartspartik-15 lerne; hele anlægget, i hvilket man gennemfører frem gangsmåden ifølge US patentskrift nr. 2 881 049, være modstandsdygtigt over for disse fænomener og dermed nødvendigvis være kostbart.

Man har endvidere i tysk offentliggørelsesskrift nr.

20 2 118 661 omtalt en fremgangsmåde og et anlæg til frem stilling af alkalisilikater ud fra formalet kvarts-sand og alkalilud, hvorved der blot er anført, at blandingen ved behandling af kvartsmel med natronlud under lavt tryk og ved en temperatur på 160 °C kan overføres 25 til vandglas. I den til dette formål anvendte reaktor opnår man et overtryk derigennem, at man anvender et hydrostatisk tryk af udgangsmaterialet gennem en 7 m høj søjle. Af den tilhørende tegning og krav 2 fremgår, at varmen fra den borttagne alkalisilikat overføres i 30 modstrøm på den tilførte blanding af kvartsmel og alkalilud.

I tysk fremlæggelsesskrift nr. 1 080 085 omtales endvidere en fremgangsmåde til fremstilling af vandfrit, 3 151220 krystallinsk natriummetasilicat.

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde som angivet i krav l's indledning, og denne fremgangsmåde er ejendommelig ved det i krav l's kendetegnende del 5 anførte. Betingelserne for autoklavbehandlingen lægges på en sådan måde, at man kan gennemføre solubiliseringen med et i forvejen ikke forbehandlet sand uden indflydelse af arten og den fysiske struktur af det pågældende sand.

En undtagelse udgør dog sandets kornstørrelse, som må 10 ligge under 1 mm, således at eventuelt en neddeling eller formaling er påkrævet.

Problemerne med hensyn til korrosionen af natriumhydroxid er løst derved, at man anvender en med natriumcarbonat belastet natriumhydroxidopløsning, at man forvarmer 15 natriumhydroxidopløsningen i en egnet varmeveksler be stående af nikkel, hvorved der således ikke består en fare for nedslidning gennem kvartsen, og at man foretager solubiliseringen af kvartsen kontinuerligt gennem autoklavbehandlingen.

20 Den anvendte autoklav henholdsvis de anvendte auto klaver er således ikke nødvendigvis beklædt indvendigt med nikkel for at løse korrosionsproblemerne fremkaldt af natriumhydroxid. De består af almindeligt stål, hvilket fører til væsentligt formindskede anlægs- og vedligeholdelses-25 omkostninger.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen muliggør fremstilling af en natriumsilikatopløsning med omkostninger, der klart ligger under omkostningerne ved den hidtil kendte fremgangsmåde. Derudover indeholder denne opløsning 30 mindre end 30-40 mg Fe/1. Den kan således især anvendes til fremstilling af meget hvide zeolitter.

4 151220

De forskellige trin ved fremgangsmåden er skematisk vist på vedlagte fig. 1.

1. Udgangsmaterialerne består af kvartssand, som passerer gennem en sigte på 1 mm, og en teknisk natrium- 5 hydroxidopløsning, som fortyndes til en koncentration på 180-230 g NaOH/1. Til denne natriumhydroxidopløsning sættes 15-20 g NagCO^/l, for at opnå oplukningsopløsningen L 1.

2. Ι/ed A bringes kvartsen i suspension gennem sammenblan- 10 ding med en sådan fraktion af natronluden L 1, at ind holdet af tør substans i den derved opnåede suspension L 3 gør det muligt at pumpe den under tryk ind i autoklaven C. Kvartsandelen vælges således, at vægtforholdet mellem det totalt indførte Si02/Na0H befinder sig 15 i området fra 1,7 til 2,6.

3. Ued B opvarmes resten af natronluden L 1 i røreller pladevarmeveksleren af nikkel til en temperatur på 250-280 °C. Denne indirekte opvarmning foregår kontinuerligt ved hjælp af dampen V 1, der opnås fra de 20 i det følgende beskrevne reduktionsventiler, og ved hjælp af yderligere tilført suppleringsdamp V 2.

Eftersom den opvarmede lud ikke indeholder noget kvarts, foregår der ingen afslidning af metal i varmeveksleren.

Den til 250-280 °C opvarmede oplukningslud L 2 trykkes 25 kontinuert ind i autoklaven C.

4. I denne autoklav C gennemføres solubiliseringen af kvartsen kontinuert. Oplukningsluden L 2 og kvarts-suspensionen L 3 tilføres kontinuert. Denne tilførsel af lud og af suspension sker under tryk. Temperaturen 30 i autoklaven henholdsvis i autoklaverne er på 225- 245 °C, trykket er på 27-32 bar og opholdstiden er på 20-35 minutter. Under disse betingelser finder der en 5 151220 hurtig solubilisering af kvartsen sted uafhængigt af kvartsens oprindelse.

Denne kontinuert .gennemførte hurtige solubilisering gør det muligt i autoklaven at opnå en stationær opløs-5 ning, som indeholder mere end 160 g/1 solubiliseret

Si02* og som kun har en svag korroderende virkning på det anvendte almindelige stål, eftersom natriumhydroxi-det er neutraliseret af det solubiliserede siliciumdi-oxid. Temperaturen i autoklaven opretholdes ved ind-10 blæsning af damp V 3. Ved udgangen fra autoklaven C

er mere end 95% af den anvendte· kvarts blevet solubiliseret.

5. Den fra autoklaven kommende suspension L 4, som består af natriumsilikat, som indeholder det ikke-15 omsatte kvarts afkøles og afspændes til normalt tryk i en række reduktionsventiler D. Den fra afspændingssystemet kommende damp V 1 bliver genanvendt i B til for-opvarmningen af natronluden.

Silikatopløsningen L 5 fortyndes eventuelt for at und-20 gå krystallisationen af silikatet Na2,Si02> den dekanteres og filtreres. Det afsatte faste stof føres delvis tilbage til A. Den således opnåede natriumsilikat-lud er karakteriseret gennem en siliciumdioxidkoncen-tration på 320-370 g/1 S1O2J en koncentration på 160-25 200 g/1 NaOH og et jernindhold lavere end 40 mg/1 Fe.

Denne opløsning egner sig særdeles godt til fremstillingen af natriumsilicoaluminat, især af zeolitter.

Det følgende eksempel belyser opfindelsen.

EKSEMPEL

30 Man fremstiller en opløsning af natriumhydroxid og natriumcarbonat ud fra 428 kg natronlud, som indehol- 6 151220 der 193 kg NaOH, og hvortil man sætter 8 kg Na CO^ og 570 kg vand. Den således opnåede opløsning L 1 har et rumfang på 0,83 m5 og indeholder 193 kg NaOH, 8 kg

Na2C03 og 805 kg H20.

5 En del af denne opløsning, nemlig 0,21 m^, anvendes ved A for at bringe 343 kg sand, som indeholder 341 kg Si02, i suspensionen. Den derved opnåede suspension L 3 har et rumfang på 0,34 rn . Den indføres i autoklaven C. Samtidigt opvarmer man resten af opløsningen L 1 ved B til 20 273 °C, hvorpå den indføres i autoklaven. Suspensionen har i autoklaven en ved 240 °C reguleret temperatur, der meget hurtigt opnås. Trykket er på 27 bar. Opholdstiden ved denne temperatur og under dette tryk udgør 25 minutter.

15 Efter afslutningen af denne reaktion under tryk afkøles suspensionen ved afspænding, derpå fortyndes den med 0,22 vand, hvorpå den dekanteres og filtreres. Det frafiltrerede faste stof har en totalvægt på 15 kg. Det indeholder 13 kg Si02· 1

Den filtrerede væske har et rumfang på 1,03 m^. Den indeholder 191 kg NaOH, 7,5 kg Na2C03, 328 kg Si02 og 32 g Fe.

Claims (2)

151220 Patentkrav :

1. Fremgangsmåde til kontinuert, industriel fremstilling af en natriumsilicatopløsning ved indføring i en autoklav af sand, natriumhydroxid og vand og opløsning af 5 kvartsen ved en temperatur på 225-245 °C og et tryk på 27-32 bar, kendetegnet ved, at man til opløsning af kvartsen anvender en opløsning af natriumhydroxid og natriumcarbonat, af hvilken man før tilførselen til autoklaven anvender en vis del til frem-10 stilling af en pumpelig suspension af kvartsen, og ved, at man for-opvarmer den resterende del til en temperatur mellem 250 °C og 280 °C.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at man til for-opvarmningen af natriumhydroxid- 15 og natriumcarbonatopløsningen anvender den ved afspænding af den ved fremgangsmåden opnåede natriumsilicatopløsning dannede damp.