ES2910701T3 - Nuevo procedimiento para la preparación de silicato y nuevo procedimiento para la preparación de sílice precipitada - Google Patents

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Abstract

Un procedimiento para la preparación de un silicato alcalino S2, que comprende la etapa de: hacer reaccionar ceniza de cáscara de arroz con al menos un precursor de silicato P1 para obtener un silicato alcalino S2 que tiene una relación molar SiO2/M2O MR2, en donde el al menos un precursor de silicato P1 es: un silicato alcalino S1 que tiene una relación molar SiO2/M2O MR1, tal que MR2 > MR1 y que se prepara por ataque directo de arena con un hidróxido alcalino; o una mezcla de arena con al menos un hidróxido de metal alcalino.

Description

DESCRIPCIÓN
Nuevo procedimiento para la preparación de silicato y nuevo procedimiento para la preparación de sílice precipitada
Campo técnico
La presente invención se refiere a un nuevo procedimiento para la preparación de silicato a partir de cenizas de cáscara de arroz y a un procedimiento para la preparación de sílice precipitada a partir de este silicato.
Antecedentes de la Técnica
Es conocido que los silicatos, en particular los silicatos de sodio, se obtienen por tratamiento en caliente de arena de cuarzo natural con bases fuertes, tales como hidróxido de sodio o hidróxido de potasio. Por ejemplo, el silicato de sodio se puede obtener por ataque directo de arena con hidróxido de sodio de acuerdo con la reacción
n SiÜ2 + 2 NaOH ■ nSiÜ2 , Na2Ü H2O.
Es conocido emplear estos silicatos, en particular los silicatos de sodio, como materia prima para la preparación de sílice precipitada.
Los silicatos también se pueden obtener a partir de cenizas de cáscara de arroz. La cáscara de arroz se considera un desecho industrial en los molinos arroceros.
La industria de molienda de arroz genera grandes cantidades de residuos de cáscara de arroz, que representan aproximadamente el 2 2 % en peso del peso total del arroz cosechado.
La cáscara de arroz se utiliza a menudo como combustible en los molinos arroceros para generar vapor de agua para el proceso de sancochado. Al quemarse, aproximadamente el 20 % del peso de la cáscara de arroz se convierte en ceniza, lo que se conoce como ceniza de cáscara de arroz. La ceniza de cáscara de arroz contiene, a su vez, alrededor de 80 % - 90 % en peso de sílice amorfa con una cristalinidad muy baja, en que la fase cristalina principal es típicamente cristobalita, además de impurezas de carbono y diversos metales en cantidades traza, tales como magnesio, potasio, hierro, aluminio, calcio.
Se han descrito varios usos para la sílice amorfa obtenida a partir de cenizas de cáscara de arroz.
La preparación de sílice precipitada a partir de ceniza de cáscara de arroz se describe en los documentos WO 01/74712 y WO 2004/073600 que describen procedimientos para preparar sílice precipitada mediante la adición de un ácido a una solución de silicato obtenida mediante digestión cáustica de ceniza de biomasa. El documento WO0544727A1 describe un procedimiento para preparar hidrogel de sílice, que comprende la combustión de cáscara de arroz para dar ceniza de arroz, la disolución de la ceniza de cáscara de arroz en hidróxido de sodio acuoso para producir silicato de sodio, seguido de la adición de ácido sulfúrico concentrado. De manera similar, el documento JP2003171114A describe un procedimiento para preparar gel de sílice a partir de granzas de granos que comprende la combustión de las granzas, el tratamiento de las cenizas con una base fuerte, seguido de la adición de un ácido, p. ej., ácido clorhídrico.
El documento US 5.833.940 describe la preparación de un silicato soluble formado por la disolución en una solución alcalina de sílice biogenética, p. e., ceniza de cáscara de arroz.
El procedimiento para producir sílice precipitada a partir de arena comprende típicamente una etapa en la que la arena se disuelve con una base fuerte, tal como hidróxido de sodio o hidróxido de potasio, para obtener un silicato. Esta etapa se lleva a cabo generalmente en presencia de un exceso de la base fuerte. En la reacción de precipitación subsiguiente, se forma sílice mediante la adición de una cantidad proporcional de agente acidificante, p. ej., ácido sulfúrico, a la solución de silicato. Por lo tanto, es importante reducir la cantidad de base utilizada durante la preparación de silicato, ya que, en consecuencia, esto reducirá la cantidad de agente acidificante a utilizar en la preparación de sílice precipitada.
Descripción de la Invención
Un primer objetivo de la presente invención es proporcionar un procedimiento nuevo para la preparación de silicatos que tengan una alta relación molar SiO2/MxO que se pueda utilizar como materia prima para la preparación de sílice precipitada.
Un objetivo adicional de la presente invención consiste en proporcionar un procedimiento para preparar silicato con una relación molar SiO2/MxO incrementada sin incrementar la cantidad de base utilizada. El procedimiento de la invención permite preparar un silicato con una alta relación molar SiO2/MxO utilizando una cantidad global de base reducida con respecto a la técnica anterior.
Un primer objeto de la invención es un procedimiento para la preparación de un silicato S2, que comprende la etapa de: hacer reaccionar ceniza de cáscara de arroz con al menos un precursor de silicato P1 para obtener un silicato S2 que tiene una relación molar SiO2/MxO MR2 , en el que el precursor P1 es:
• ya sea un silicato S1 que tenga una relación molar SiO2/MxO MR1 tal que MR2 > MR1 y que se prepare por ataque directo de arena con un hidróxido alcalino,
• o una mezcla de arena con al menos un hidróxido de metal alcalino.
En la presente memoria descriptiva, la expresión "ceniza de cáscara de arroz" se utiliza para referirse a un material con contenido en SiO2 obtenido al quemar cáscara de arroz, y que contiene sílice en un estado amorfo, carbono sin quemar y minerales. La expresión "sílice en un estado amorfo" se utiliza en esta memoria para indicar tanto sílice amorfa como sílice que tiene un bajo grado de cristalinidad que se encuentra típicamente en la fase de cristobalita. El término "silicato" se utiliza en esta memoria para referirse a un compuesto seleccionado del grupo que consiste en los silicatos de metales alcalinos. Los silicatos se pueden definir habitualmente de acuerdo con su relación molar SiO2/MxO (MR), es decir, de acuerdo con el número de moléculas de sílice asociadas a una molécula de óxido metálico. En la expresión relación molar SiO2/MxO, M es un metal seleccionado del grupo que consiste en los metales alcalinos y x es 2. Para evitar dudas, los metales alcalinos corresponden a los elementos del grupo 1 de acuerdo con la nomenclatura IUPAC.
El silicato se selecciona ventajosamente del grupo que consiste en silicato de sodio y potasio. Por consiguiente, M se selecciona de Na y K.
El silicato puede estar en cualquier forma conocida, tal como metasilicato o disilicato.
La expresión "precursor de silicato" se utiliza en esta memoria para indicar un compuesto o una mezcla de compuestos que son un silicato o que permiten obtener un silicato.
El término "arena" se utiliza en esta memoria para referirse a arena de cuarzo natural. El término "arena" y la expresión "arena de cuarzo" pueden utilizarse indistintamente.
En una primera realización del procedimiento de la invención, el al menos un precursor de silicato P1 es un silicato S1 que tiene una relación molar SiO2/MxO MR1 tal que MR2 > MR1 y que se prepara por ataque directo de arena con un hidróxido alcalino.
El silicato S1 puede estar en cualquier forma conocida, tal como metasilicatos, disilicatos. El silicato S1 es un silicato de metal alcalino, especialmente silicato de sodio o potasio.
El silicato S1 se puede obtener del tratamiento en caliente de arena de cuarzo. El silicato S1 se prepara por ataque directo de arena con un hidróxido alcalino, especialmente hidróxido de sodio o hidróxido de potasio, de acuerdo con la reacción:
n SiO2 + 2 MOH ^ n SO 2 , M2O H2O
en donde M es Na o K.
El silicato S1 puede contener arena residual. El contenido de arena residual puede estar entre el 2 y el 8 % en peso. En general, el silicato S1 utilizado en el procedimiento de acuerdo con la invención tiene una relación molar SiO2/MxO MR1 de al menos 1,80, en particular de al menos 2,00, preferiblemente de al menos 2,40. La relación molar MR1 es generalmente de a lo sumo 2,70.
Cuando el silicato S1 es silicato de sodio, MR1 es típicamente de 2,00 a 2,70, en particular de 2,40 a 2,70.
Cuando el silicato S1 es silicato de potasio, MR1 es típicamente de 1,80 a 2,50, en particular de 1,90 a 2,20.
De acuerdo con esta primera realización, la reacción entre la ceniza de cáscara de arroz y el al menos un silicato S1 comprende las siguientes etapas:
(i) hacer reaccionar ceniza de cáscara de arroz con al menos un silicato S1 en un medio acuoso con el fin de obtener una mezcla líquida que comprende silicato y subproductos sólidos,
(ii) separar dichos subproductos sólidos de la mezcla líquida para obtener una solución de silicato S2.
La reacción entre la ceniza de cáscara de arroz y el silicato S1 se lleva a cabo en ausencia de cualquier base. Para evitar dudas en la presente memoria descriptiva, el término "base" no incluye silicatos de metales alcalinos.
El procedimiento comprende típicamente una etapa adicional, llevada a cabo antes de la etapa (i), en la que se forma una mezcla que comprende ceniza de cáscara de arroz, el al menos un silicato S1 y agua.
Generalmente, el al menos un silicato S1 está en forma de una solución en agua. Cuando el silicato S1 está en forma de una solución en agua, opcionalmente se puede añadir agua adicional a la mezcla de reacción.
Convenientemente, el procedimiento de acuerdo con la primera realización puede comprender las siguientes etapas:
(i-3) proporcionar una solución de al menos un silicato S1 en un medio acuoso;
(i-2 ) proporcionar ceniza de cáscara de arroz;
(i-1 ) mezclar dicha solución y dicha ceniza de cáscara de arroz para formar una mezcla;
(i) hacer reaccionar ceniza de cáscara de arroz con al menos un silicato S1 en el medio acuoso con el fin de obtener una mezcla líquida que comprende silicato y subproductos sólidos,
(ii) separar dichos subproductos sólidos de la mezcla líquida para obtener una solución de silicato S2. Preferiblemente, la cantidad de ceniza de cáscara de arroz en la mezcla en la etapa (i) es al menos 10 % en peso, preferiblemente al menos 20 % en peso del peso total de silicato S1 (calculado como peso seco) y ceniza de cáscara de arroz. La cantidad de ceniza de cáscara de arroz en la mezcla está generalmente entre 10 y 40 % en peso. La etapa (i) de acuerdo con la invención se lleva a cabo generalmente en reactores agitados a temperatura y presión controladas. La etapa (i) también se puede llevar a cabo en un autoclave.
La reacción en la etapa (i) se lleva a cabo generalmente a una temperatura constante de entre 130 y 250 °C, en particular entre 160 y 220 °C, preferiblemente entre 165 y 210 °C.
La presión de la reacción está generalmente entre 3 y 25 bares, en particular entre 6 y 20 bares, preferiblemente entre 7 y 20 bares.
El tiempo de la etapa de reacción (i) puede variar y puede oscilar entre 30 minutos y 5 horas, en particular entre 2 y 4 horas. Se ha encontrado que un tiempo de 3 horas es adecuado para la etapa de reacción (i).
En el procedimiento de acuerdo con esta primera realización, al concluir la etapa (i) se obtiene una mezcla líquida que comprende silicato S2, que tiene una relación molar SiO2/MxO MR2 tal como MR2 > MR1 y subproductos sólidos . Los subproductos sólidos comprenden típicamente carbono presente en las cenizas de cáscara de arroz, sílice residual y otros materiales insolubles originalmente presentes en las cenizas de cáscara de arroz.
Silicato S2 se disuelve en el medio acuoso.
En la etapa (ii) de esta primera realización, los subproductos sólidos se separan de la mezcla líquida obtenida al final de la etapa (i) (separación líquido/sólido). Dicha etapa de separación se lleva a cabo con el fin de eliminar las impurezas y, en particular, el carbono presente en las cenizas de cáscara de arroz.
La etapa de separación (ii) del procedimiento de acuerdo con la invención comprende habitualmente una filtración. La filtración se lleva a cabo de acuerdo con cualquier método adecuado, por ejemplo, utilizando un filtro prensa, un filtro de cinta o un filtro de vacío. También es posible utilizar un lecho de carbono para eliminar, por ejemplo, aluminio, potasio o hierro presentes en las cenizas de cáscara de arroz.
Preferiblemente, esta filtración se realiza con un filtro de vacío.
El silicato S2 obtenido al final de la etapa (ii) del procedimiento se caracteriza por una relación molar SiO2/MxO MR2 que es mayor que la relación molar SiO2/MxO MR1 del silicato S1.
En una segunda realización del procedimiento de la invención, el al menos un silicato precursor P1 es una mezcla de arena con al menos un hidróxido de metal alcalino.
El al menos un hidróxido de metal alcalino utilizado en esta segunda realización es típicamente un hidróxido alcalino. Preferiblemente, el al menos un hidróxido de metal alcalino es hidróxido de sodio o hidróxido de potasio, más preferiblemente es hidróxido de sodio. La arena es arena de cuarzo natural.
De acuerdo con esta segunda realización, el procedimiento de la invención comprende las siguientes etapas: hacer reaccionar ceniza de cáscara de arroz y al menos un hidróxido de metal alcalino en un medio acuoso para obtener una mezcla líquida que comprende silicato S2 y subproductos sólidos,
(ii’) separar dichos subproductos sólidos de la mezcla líquida para obtener una solución que contenga silicato S2.
El procedimiento comprende típicamente una etapa adicional, llevada a cabo antes de la etapa (i’), en la que se forma una mezcla que comprende ceniza de cáscara de arroz, arena, el al menos un hidróxido de metal alcalino y agua. Convenientemente, el procedimiento de acuerdo con la segunda realización puede comprender las siguientes etapas:
(i’-4) proporcionar arena;
(i’-3) proporcionar ceniza de cáscara de arroz;
(i’-2 ) proporcionar al menos un hidróxido de metal alcalino en forma de una solución en agua;
(i’-1 ) mezclar dicha arena, dicha ceniza de cáscara de arroz y dicho hidróxido de metal alcalino para formar una mezcla acuosa;
hacer reaccionar ceniza de cáscara de arroz y el al menos un hidróxido de metal alcalino en el medio acuoso para obtener una mezcla líquida que comprende silicato S2 y subproductos sólidos,
(ii’) separar dichos subproductos sólidos de la mezcla líquida para obtener una solución que contenga silicato S2.
Preferiblemente, la cantidad de ceniza de cáscara de arroz en la mezcla líquida es al menos 40 % en peso, en particular 50 % en peso del peso total de arena y ceniza de cáscara de arroz. La cantidad de ceniza de cáscara de arroz en la mezcla líquida no excede típicamente del 80 % en peso del peso total de arena y ceniza de cáscara de arroz.
La etapa (i’) de acuerdo con la invención se lleva a cabo generalmente en reactores agitados a temperatura y presión controladas. La etapa (i’) también se puede llevar a cabo en un autoclave.
La reacción en la etapa (i’) se lleva a cabo generalmente a una temperatura constante de entre 130 y 250 °C, en particular entre 160 y 240 °C, preferiblemente entre 180 y 235 °C, por ejemplo, entre 190 y 230 °C.
La presión de la reacción está generalmente entre 3 y 40 bares, en particular entre 6 y 25 bares, preferiblemente entre 18 y 25 bares.
El tiempo de la etapa de reacción (i’) puede variar y puede oscilar entre 30 minutos y 5 horas, en particular entre 2 y 4 horas. Se ha encontrado que un tiempo de 3 horas es adecuado para la etapa de reacción (i’).
En el procedimiento de acuerdo con esta segunda realización, al concluir la etapa
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se obtiene una mezcla líquida que comprende silicato S2 y subproductos sólidos.
Los subproductos sólidos comprenden típicamente carbono amorfo presente en las cenizas de cáscara de arroz, sílice residual, arena residual y otros materiales insolubles originalmente presentes en las cenizas de cáscara de arroz. Silicato S2 se disuelve en el medio acuoso.
En la etapa (ii’) de esta segunda realización, los subproductos sólidos se separan de la mezcla líquida obtenida al final de la etapa (i’) (separación líquido/sólido). Dicha etapa de separación se lleva a cabo con el fin de eliminar en particular el carbono presente en las cenizas de cáscara de arroz y la arena residual.
La separación se puede llevar a cabo utilizando el método arriba descrito para la primera realización.
Puede ser deseable después de la etapa de separación en la primera y en la segunda realizaciones del procedimiento de la invención secar la solución de silicato S2 para obtener silicato S2 en forma cristalina. El secado puede llevarse a cabo utilizando cualquier medio conocido. Preferiblemente, la operación de secado se lleva a cabo por atomización. Para este fin, se puede utilizar cualquier tipo de atomizador adecuado, en particular un atomizador rotatorio, de boquilla, de presión de líquido o de dos fluidos.
El silicato S2 obtenido al final de la etapa (ii) o de la etapa (ii’) y a la conclusión de la posible operación de secado tiene una relación molar SiÜ2/MxO MR2.
El silicato S2 tiene típicamente una relación molar MR2 de al menos 2,30 y de a lo sumo 3,80.
Cuando el silicato S2 obtenido al concluir la etapa (ii) y la etapa (ii’) es silicato de sodio, la relación molar MR2 es al menos 2,50, en particular al menos 2,80, típicamente al menos 3,00, preferiblemente al menos 3,20. La relación molar MR2 está generalmente entre 2,50 y 3,80, preferiblemente entre 2,80 y 3,80, más preferiblemente entre 2,80 y 3,70.
Cuando el silicato S2 obtenido al concluir la etapa (ii) y la etapa (ii’) es silicato de potasio, la relación molar MR2 es al menos 2,30, en particular al menos 2,50, preferiblemente al menos 2,80. La relación molar MR2 está generalmente entre 2,30 y 3,80, más preferiblemente entre 2,80 y 3,70.
Por lo tanto, un objeto adicional de la invención es un procedimiento para la preparación de una sílice precipitada de acuerdo con la reivindicación 13.
El silicato es preferiblemente silicato de sodio.
El silicato utilizado en el procedimiento para la preparación de sílice precipitado puede consistir en silicato S2. Alternativamente, el silicato S2 puede representar solo una parte del silicato utilizado para la preparación de sílice precipitada. La otra parte del silicato puede ser, por ejemplo, un silicato de metal alcalino obtenido del tratamiento en caliente de arena.
La elección del agente acidificante se realiza de forma bien conocida en la técnica. Generalmente se hace uso, como agente acidificante, de un ácido inorgánico fuerte, tal como ácido sulfúrico, ácido nítrico o ácido clorhídrico, o también de un ácido orgánico, tal como ácido acético, ácido fórmico o ácido carbónico.
El agente acidificante puede ser diluido o concentrado; su normalidad puede estar entre 0,4 y 36 N, por ejemplo entre 0,6 y 2,5 N.
En particular, en el caso de que el agente acidificante sea ácido sulfúrico, su concentración puede estar entre 40 y 180 g/l, por ejemplo, entre 60 y 130 g/l.
El procedimiento para la preparación de sílice precipitada se puede llevar a cabo de acuerdo con condiciones bien conocidas en la técnica. Se describen ejemplos no limitantes de procedimientos para la preparación de sílice precipitada, por ejemplo, en los documentos EP520862, EP670813, EP670814, Ep917519, WO 95/09127, WO 95/09128, WO 98/54090, WO 03/016215, WO 2009/112458 o WO 2012/010712.
Por lo tanto, la preparación de sílice precipitada por reacción de un silicato, en particular silicato de sodio, con un agente acidificante puede llevarse a cabo de acuerdo con cualquier método de preparación, en particular por adición de un agente acidificante a un material de alimentación de silicato, en particular silicato de sodio, o bien por adición simultánea, total o parcial, de agente acidificante y de silicato, en particular silicato de sodio, a un material de alimentación de agua, o de silicato, o de agente acidificante.
En el procedimiento de acuerdo con la invención, al concluir la etapa de reacción de precipitación entre silicato y agente acidificante, se obtiene una suspensión de sílice precipitada. La sílice precipitada se separa posteriormente (separación líquido/sólido).
La separación llevada a cabo en el procedimiento de preparación de acuerdo con la invención comprende habitualmente una filtración, seguida de una operación de lavado, si es necesario. La filtración se lleva a cabo de acuerdo con cualquier método adecuado, por ejemplo, utilizando un filtro prensa, un filtro de cinta o un filtro de vacío.
La suspensión de sílice así recuperada (torta de filtración) se seca posteriormente.
El secado se puede llevar a cabo de acuerdo con cualquier medio conocido en la técnica.
Preferiblemente, la operación de secado se lleva a cabo por atomización. Para este fin, se puede utilizar cualquier tipo de atomizador adecuado, en particular un atomizador rotatorio, de boquilla, de presión de líquido o de dos fluidos.
Debe señalarse que la sílice precipitada húmeda no siempre se encuentra en condiciones que hagan posible la atomización, en particular debido a su alta viscosidad. De manera en sí conocida, la sílice precipitada húmeda se somete a continuación a una operación de desintegración, generalmente en presencia de un compuesto de aluminio y opcionalmente en presencia de un agente acidificante, tal como se ha descrito arriba. Esta operación se puede llevar a cabo mecánicamente, haciendo pasar la torta a un molino de tipo coloide o de perlas. La operación de desintegración hace posible, en particular, disminuir la viscosidad de la suspensión a secar posteriormente.
Cuando la operación de secado se lleva a cabo utilizando un atomizador de boquilla, la sílice precipitada entonces obtenida existe habitualmente en forma de perlas sustancialmente esféricas.
A la conclusión de la operación de secado, el producto recuperado puede ser sometido a una fase de molienda. La sílice precipitada que se obtiene existe generalmente en forma de un polvo.
Cuando el secado se lleva a cabo utilizando un atomizador rotatorio, la sílice precipitada entonces obtenida puede existir en forma de un polvo.
Finalmente, la sílice precipitada, seca o molida como se indicó arriba, puede ser sometida opcionalmente a una fase de aglomeración que comprende, por ejemplo, una compresión directa, una granulación en húmedo (es decir, con el uso de un aglutinante, tal como agua, suspensión de sílice, y similares), una extrusión o, preferiblemente, una compactación en seco.
La sílice precipitada obtenida entonces por esta fase de aglomeración existe generalmente en forma de gránulos. El procedimiento para la preparación de una sílice precipitada de acuerdo con la invención hace posible, con respecto a un procedimiento que utiliza únicamente silicato procedente de arena proporcionando la misma cantidad de sílice precipitada, reducir la cantidad de hidróxido de metal alcalino, en particular hidróxido de sodio, y/o la cantidad de agente acidificante, en particular ácido sulfúrico, utilizado en el procedimiento.
Como ventaja adicional, cuando el agente acidificante es ácido sulfúrico, se observa una reducción de la cantidad de sulfato sódico formado como subproducto durante la etapa de precipitación.
La sílice precipitada preparada por el procedimiento de acuerdo con la invención se puede utilizar en muchas aplicaciones.
Puede utilizarse, por ejemplo, como un soporte de catalizador, como absorbente de materiales activos (en particular, un soporte de líquidos, especialmente los que se utilizan en alimentos, tales como vitaminas (vitamina E), cloruro de colina), en polímeros, especialmente composiciones de elastómeros o siliconas, como un potenciador de la viscosidad, texturizante o antiapelmazante, como elemento separador de baterías y como aditivo para pastas dentífricas, hormigón o papel.
Sin embargo, encuentra una aplicación particularmente ventajosa en el refuerzo de polímeros naturales o sintéticos. Las composiciones poliméricas en las que se puede utilizar, especialmente como carga de refuerzo, se basan generalmente en uno o más polímeros o copolímeros, en particular en uno o más elastómeros, que tienen preferiblemente al menos una temperatura de transición vítrea entre -150 °C y 300 °C, por ejemplo, entre -150 °C y 20 °C.
Como posibles polímeros, se puede hacer mención especialmente a los polímeros diénicos, en particular los elastómeros diénicos.
Se puede hacer mención, como ejemplos no limitantes de artículos acabados a base de dichas composiciones poliméricas, a suelas de calzado, neumáticos, revestimientos de suelos, barreras de gas, materiales ignífugos y también a piezas técnicas, tales como rodillos para teleféricos, juntas para electrodomésticos, juntas para tuberías de líquido o gas, juntas de sistemas de frenado, tuberías (flexibles), fundas (especialmente fundas de cables), cables, soportes de motor, cintas transportadoras y correas de transmisión.
Los siguientes ejemplos ilustran la invención sin, sin embargo, limitar el alcance de la misma.
EJEMPLOS
Ejemplo 1
Los siguientes materiales se introdujeron en un reactor tipo Parr equipado con un sistema de agitación y un controlador de la temperatura y presión:
• 283 gramos de agua,
• 387 gramos de arena,
• 402 gramos de ceniza de cáscara de arroz,
• 484 gramos de solución de hidróxido de sodio (al 50 % en peso).
La mezcla líquida se calentó y mantuvo a una temperatura de alrededor de 220 °C a una presión de 23 bares a lo largo de 3 horas.
Al concluir la reacción, la mezcla líquida se filtró en vacío para eliminar los materiales que no habían reaccionado. Se obtuvo una solución de silicato de sodio que exhibía una relación molar SiO2/Na2O igual a 3,50.
EJEMPLO 2
Los siguientes materiales se introdujeron en un reactor tipo Parr equipado con un sistema de agitación y un controlador de la temperatura y presión:
• 583 gramos de agua,
• 386 gramos de arena,
• 844 gramos de ceniza de cáscara de arroz,
• 479 gramos de solución de hidróxido de sodio (al 50 % en peso).
La mezcla líquida se calentó y mantuvo a una temperatura de alrededor de 207 °C a una presión de 18 bares a lo largo de 3 horas.
Al concluir la reacción, la mezcla líquida se filtró en vacío para eliminar los materiales que no habían reaccionado. Se obtuvo una solución de silicato de sodio que exhibía una relación molar SiO2/Na2O igual a 3,50.
El silicato obtenido en los Ejemplos 1 y 2 puede utilizarse como solución de silicato de partida para la preparación de sílice precipitada. En comparación con los procedimientos para la preparación de sílice precipitada utilizando únicamente silicato procedente de arena proporcionando la misma cantidad de sílice precipitada, se observa lo siguiente cuando los silicatos obtenidos por el procedimiento de acuerdo con la invención se utilizan en procedimientos para la preparación de sílice precipitada:
• un ahorro en el consumo de hidróxido de sodio del 29 %
• un ahorro en el consumo de ácido sulfúrico del 29 %.
EJEMPLO 3
Los siguientes materiales se introdujeron en un reactor tipo Parr equipado con un sistema de agitación y un controlador de la temperatura y presión:
• 1300 gramos de solución de silicato de sodio obtenida de arena, que contiene de silicato 24% (mSiO2 / msolución) y exhibe una relación molar SiO2/Na2O (MR1) igual a 2,50,
• 158 gramos de ceniza de cáscara de arroz.
La mezcla líquida se calentó y se mantuvo a una temperatura de alrededor de 170 °C a una presión de 7 bares durante un periodo de 3 horas.
Al concluir la reacción, la mezcla líquida se filtró en vacío para eliminar los materiales que no habían reaccionado. Se obtuvo una solución de silicato de sodio que exhibía una relación molar SiO2/Na2O (MR2) igual a 3,50.
El procedimiento de la invención permite aumentar significativamente la relación molar SiO2/Na2O del silicato de sodio obtenido a partir de arena de 2,50 a un valor de 3,50 utilizando la misma cantidad de hidróxido de sodio.
Teniendo en cuenta la menor cantidad de hidróxido de sodio y ácido sulfúrico utilizados en el procedimiento de precipitación de sílice, se puede estimar que el aumento de la productividad en términos de sílice precipitada (calculado como cantidad de material de partida por kg de sílice precipitada producida) es, por ejemplo, del 15 % al 40%. También se puede lograr una reducción correspondiente en los costes de producción totales.
EJEMPLO 4
Los siguientes materiales se introdujeron en un reactor de tipo Parr equipado con un sistema de agitación y un controlador de la temperatura y presión:
• 671 g de agua,
• 250 g de arena,
• 81 g de ceniza de cáscara de arroz,
• 430 g de solución de hidróxido de potasio (al 50 % en peso).
La mezcla líquida se calentó y se mantuvo a una temperatura de alrededor de 210 °C a una presión de 18 bares durante un periodo de 3 horas.
Al concluir la reacción, la mezcla líquida se filtró en vacío para eliminar los materiales que no habían reaccionado. Se obtuvo una solución de silicato de potasio que exhibía una relación molar SiO2/K2O igual a 2,30.
EJEMPLO 5
Lo siguiente se introdujo en un reactor de tipo Parr equipado con un sistema de agitación y un controlador de la temperatura y presión:
• 583 g de agua,
• 307 g de arena,
• 242g de ceniza de cáscara de arroz,
• 479 g de solución de hidróxido de potasio (al 50 % en peso).
La mezcla líquida se calentó y se mantuvo a una temperatura de alrededor de 207 °C a una presión de 18 bares durante un periodo de 3 horas.
Al concluir la reacción, la mezcla líquida se filtró en vacío para eliminar los materiales que no habían reaccionado. Se obtuvo una solución de silicato de potasio que exhibía una relación molar S D 2/K2O igual a 3,40.
EJEMPLO 5
Lo siguiente se introdujo en un reactor de tipo Parr equipado con un sistema de agitación y un controlador de la temperatura y presión:
• 890 g de solución de silicato de potasio que exhibe una relación molar S D 2/K2O igual a 2,15 (28,12 % en peso de SiO2 , 13,51 % en peso de K2O y 58,34 % en peso de agua),
• 126 g de ceniza de cáscara de arroz.
La mezcla líquida se calentó y se mantuvo a una temperatura de alrededor de 170 °C a una presión de 7 bares durante un periodo de 3 horas.
Al concluir la reacción, la mezcla líquida se filtró en vacío para eliminar los materiales que no habían reaccionado y para obtener una solución de silicato de potasio que exhibía una relación molar SiO2/teO igual a 3,40.
El procedimiento de la invención permite aumentar significativamente la relación molar S D 2/K2O del silicato de sodio obtenido a partir de arena de 2,15 a un valor de 3,40 sin la necesidad de añadir una cantidad adicional de hidróxido de potasio.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Un procedimiento para la preparación de un silicato alcalino S2, que comprende la etapa de: hacer reaccionar ceniza de cáscara de arroz con al menos un precursor de silicato P1 para obtener un silicato alcalino S2 que tiene una relación molar S D 2/M2O MR2 , en donde el al menos un precursor de silicato P1 es: un silicato alcalino S1 que tiene una relación molar S D 2/M2O MR1, tal que MR2 > MR1 y que se prepara por ataque directo de arena con un hidróxido alcalino; o una mezcla de arena con al menos un hidróxido de metal alcalino.
    2. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la relación molar MR2 es de al menos 2.30 y a lo sumo de 3.80.
    3. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que el al menos un precursor de silicato P1 es un silicato alcalino S1 que tiene una relación molar S D 2/M2O MR1 tal que MR2 > MR1 y que se prepara por ataque directo de arena con un hidróxido alcalino.
    4. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la relación molar MR1 es de al menos 1.80 y a lo sumo de 2.70.
    5. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 3 y 4, que comprende las etapas de:
    (i) hacer reaccionar ceniza de cáscara de arroz con al menos un silicato alcalino S1 en un medio acuoso con el fin de obtener una mezcla líquida que comprende silicato y subproductos sólidos, y
    (ii) separar dichos subproductos sólidos de la mezcla líquida para obtener una solución de silicato S2.
    6. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, en el que la cantidad de ceniza de cáscara de arroz en la mezcla líquida es de al menos 10 % en peso del peso total de silicato alcalino S1 y ceniza de cáscara de arroz.
    7. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que el al menos un silicato precursor P1 es una mezcla de arena con al menos un hidróxido de metal alcalino.
    8. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, que comprende las etapas de:
    hacer reaccionar ceniza de cáscara de arroz con arena y al menos un hidróxido de metal alcalino en un medio acuoso para obtener una mezcla líquida que comprende silicato S2 y subproductos sólidos, y
    (ii’) separar dichos subproductos sólidos de la mezcla líquida para obtener una solución de silicato S2.
    9. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8 , en el que la cantidad de ceniza de cáscara de arroz en la mezcla líquida es de al menos 30 %, en particular de al menos 50 % en peso del peso total de arena y ceniza de cáscara de arroz.
    10. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en el que el hidróxido de metal se selecciona de hidróxido de sodio e hidróxido de potasio.
    11. El procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 10, en el que la reacción de la ceniza de cáscara de arroz y del al menos un precursor de silicato P1 se realiza en un medio acuoso.
    12. El procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 11, en el que la solución de silicato S2 se seca para obtener un silicato S2.
    13. Un procedimiento para la preparación de sílice precipitada, que comprende las etapas de:
    - hacer reaccionar ceniza de cáscara de arroz con al menos un precursor de silicato P1 para obtener un silicato alcalino S2 que tiene una relación molar S D 2/M2O MR2 , en donde el al menos un precursor de silicato P1 es: un silicato alcalino S1 que tiene una relación molar SiO2/M2O MR1, tal que MR2 > MR1 y que se prepara por ataque directo de arena con un hidróxido alcalino; o una mezcla de arena con al menos un hidróxido de metal alcalino,
    - hacer reaccionar dicho silicato alcalino S2 con al menos un agente acidificante en un medio líquido acuoso para obtener una suspensión de sílice precipitada,
    - separar la sílice precipitada del medio líquido acuoso para proporcionar sílice precipitada húmeda, y
    - secar dicha sílice precipitada húmeda para obtener sílice precipitada.
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