KR0143991B1 - 규산나트륨의 제조방법 - Google Patents

규산나트륨의 제조방법

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KR0143991B1 KR1019900016931A KR900016931A KR0143991B1 KR 0143991 B1 KR0143991 B1 KR 0143991B1 KR 1019900016931 A KR1019900016931 A KR 1019900016931A KR 900016931 A KR900016931 A KR 900016931A KR 0143991 B1 KR0143991 B1 KR 0143991B1
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Abstract

본 발명은
a) 석영 모래와 수산화나트륨 용액을 180 내지 240℃의 온도 및 10 내지 30bar의 압력하에서 SiO2/Na2O 몰비(2.0 내지 2.8):1로 반응시켜 물유리 용액을 수득하고,
b) 물유리 용액을 분무-건조 영역에서 200 내지 300℃의 고온 공기로 10 내지 25초의 체류 시간 동안 처리하여, 방출 기체가 분무-건조 영역을 벗어나는 90 내지 130℃의 온도에서 수분 함량 (700℃에서 점화로 손실된 양으로 결정)이 15 내지 23중량%이고 부피 밀도가 300g/ℓ 이상인 분쇄된 무정형 나트륨 실리케이트를 형성하고,
c) b)에 따라 분쇄된 나트륨 실리케이트를 고체를 이동시키는 장치가 설비된 비스듬히 배열된 회전 건조기(외부벽 온도가 60℃ 미만이 되도록 단열시킨다)로 도입시킨 후250 내지 500℃의 온도에서 1 내지 60분 동안 역류의 연도 기체로 처리하며,
d) 회전 건조기로부터 나온 무정형 나트륨 실리케이트를 기계식 제분기를 이용하여 0.1 내지 12mm의 입자 크기로 분쇄시킴을 특징으로 하는, 20중량% 이상의 고체를 함유하는 물유리 용액으로부터 수분 함량이 0.3 내지 6중량%, 바람직하게는 0.5 내지 2중량%이고 SiO2/Na2O몰비가 (1.9 내지 2.8):1인 무정형 나트륨 실리케이트의 제조방법에 관한 것이다.

Description

규산나트륨의 제조방법
본 발명은 고체를 20중량% 이상 함유하는 물유리 용액으로부터 물 함량이 0.3 내지 6중량%, 바람직하게는 0.5 내지 2중량%이며 Si)2/Na2O 몰 비가 (1.9 내지 2.8):1인 무정형 규산나트륨을 제조하는 방법에 관한 것이다.
미합중국 특허 제3,471,253호로부터, 42중량% 수산화나트륨 용액 및 모래(실리카)를 약 2:1읠 중량비로 교반되는 오토클레이브에 도입시키고 혼합물을 210℃ 및 16bar에서 오토클레이브 속에서 3시간 동안 정치시켜 물유리 용액을 수득하는 방법이 공지되어 있다. 오토클레이브 내용물을 85℃로 냉각시킨 후, 꺼내어 과량의 모래와 다른 불순물을 여과제거한 고온의 규산나트륨 용액은 고형분이 57.5%이고 SiO2/Na2O 비는 1.64:1이다.
층 구조를 갖고 SiO2/Na2O 몰 비가 (1.9 내지 3.5):1인 결정성 규산나트륨은 독일연방공화국 공개특허공보 제3,718,350호에 따라 고형분이 20 내지 65중량%인 물유리 용액을 분무 건조영역에서 처리하여 물 함유 무정형 규산나트륨을 형성시키고, 방출 기체를 온도가 140℃ 이상인 분무 건조영역 밖으로 배출시킴으로써 제조한다. 물 함유 무정형 규산나트륨을 점화영역으로부터 이미 배출된 결정형 규산나트륨을 기계적으로 분쇄함으로써 수득된 10중량% 이상의 재순환 물질의 존재하에 500 내지 800℃에서 1 내지 60분 동안 점화영역 안에서 열처리한다.
위에서 마지막에 언급한 방법은 분무 건조에서 수득된 물질이 부피 밀도가 100 내지 250g/ℓ로 낮으므로 큰 용적을 갖게 되고, 다량의 분진이 발생되므로 이롭지 못하다. 또한, 열처리 과정 동안 재순환 물질을 사용하는 것은 장비의 비용을 상당히 증가시키고, 물질의 처리량이 많아지므로, 보다 큰 치수의 회전 튜브가 필요하게 된다.
본 발명에 따라, 고형분이 20중량% 이상인 물유리 용액으로부터 층 구조를 갖는 무정형 규산나트륨을 제조하는데 있어서,
a) 석영 모래와 수산화나트륨 용액을 180 내지 240℃의 온도 및 10 내지 30bar의 압력하에서 (2.0 내지 2.8):1의 SiO2/Na2O 몰 비로 반응시켜 물유리 용액을 수득하고,
b) 물유리 용액을 분무-건조 영역에서 200 내지 300℃의 고온 공기로 10 내지 25초의 체류시간 동안 처리하여, 분무 건조 영역을 벗어나는 90 내지 130℃의 방출 기체 온도에서 물 함량(700℃에서 점화로 손실된 양으로 결정)이 15 내지 23중량%이고 부피 밀도가 300g/ℓ 이상인 분쇄된 무정형 규산나트륨을 형성시키고,
c) b)에 따르는 분쇄된 규산나트륨을 고체를 이동시키는 장치가 설비되어 있는 비스듬히 배열된 회전 건조기(외벽 온도가 60℃ 미만이 되도록 단열되어 있다)로 도입시킨 후, 250 내지 500℃의 온도에서 1 내지 60분 동안 역류의 연도 기체로 처리하며,
d) 회전 건조기로부터 배출되는 무정형 규산나트륨을 기계식 제분기를 이용하여 0.1 내지 12mm의 입자 크기로 분쇄시키는 방법에 의해 위의 단점이 극복된다.
또한, 필요한 경우
aa) 분쇄된 규산나트륨을 분쇄기를 사용하여 2 내지 400㎛의 크기로 미분시키고,
bb) 0.5 내지 60m/sec의 원주속도로 작동하는 기계식 분쇄기를 사용하며,
cc) 공기 분사 분쇄기를 사용하고,
dd) 세라믹으로 라이닝된 볼 분쇄기를 사용하며,
ee) 세라믹으로 라이닝된 진동 분쇄기를 사용하고,
ff) 회전 건조기의 중앙부와 물 함량이 15 내지 23중량%인 분쇄된 무정형 규산나트륨이 도입되는 말단부에서 방출기체를 추출하고, 건조 분진 여과기를 이용하여 방출 기체를 정제하고, 건조 분진 여과기로부터 나온 규산나트륨을 회전 건조기로 도입될 분쇄된 무정형 규산나트륨과 준연속적으로 혼합하며,
gg) 미분된 규산나트륨을 롤 콤팩터(roll compactor)에 공급하고, 롤 콤팩터를 사용하여 미분 규산나트륨을 롤 폭(cm)당 20 내지 40KN의 롤 압착력으로 압축시켜 압분체를 생성시키고,
hh) 압분체를 스크린을 통해 압력을 가하여 예비 분쇄시킨 후 가공하여 부피 밀도가 700 내지 1000g/ℓ인 과립을 생성시킴으로써 본 발명에 따르는 방법을 더욱 개선시킬 수 있다.
규산나트륨은 연수제(water-softening agent)로서 사용될 수 있다.
본 발명에 따르는 방법에서, 물유리 용액 분무시 온도가 낮고 체류시간이 짧기 때문에 용이하게 취급할 수 있는 높은 부피 밀도의 규산나트륨이 수득된다.
회전 건조기의 우수한 단열성 때문에 벽을 통한 열 전달이 매우 낮으므로, 본 발명에 따르는 방법에서 규산나트륨의 점착 성향은 방해받는다.
본 발명에 따르는 방법에서, 분쇄 도구에서 철이 마멸되는 것을 방지하기 위해 저속 기계식 분쇄기(예를 들면, 디스크 분쇄기, 비이터 분쇄기, 햄머 분쇄기 또는 롤 분쇄기)를 사용하는 것이 필요하다.
본 발명에 따르는 방법에서, 매우 미세한 생성물을 수득하기 위해 직경이 6 내지 10㎛인 세라믹으로 라이닝된 볼 분쇄기 또는 진동 분쇄기 또는 공기 분사 분쇄기를 사용하는 경우, 금속 마멸로 인한 규산나트륨의 오염이 없다.
본 발명에 따르는 방법에서, 분진이 특히 회전 건조기에 규산나트륨을 충전시키는 동안 방출되고 무정형의 물 함유 규산 나트륨이 충전되는 부분에서 기체 속도가 감소되기 때문에, 회전 튜브의 중앙부와 충전 말단부에서 분진 함유 방출 기체를 동시에 추출함으로써, 방출 기체에 함유된 분진을 상당히 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따르는 방법을 사용하여, 압축에 의해 물속에서 매우 빠르게 붕해되는 내마멸성의 과립화된 생성물을 수득한다.
실시예 2 및 3에 기술된 잔류 경도는 다음 과정에 의해 결정된다. :
규산나트륨 2,5g을 18° 독일 경도의 수돗물(1ℓ당 Ca 85mg 및 Mg 15mg 함유) 1000ml에 현탁시킨다. 현탁액을 약 500rpm의 자기 교반기를 이용하여 60℃에서 30분 동안 교반한다. 빙수 속에서 20℃까지 급냉시킨 후, 현탁액을 막여과기(공극 나비: 0.45㎛)를 통해 여과시킨다. 맑은 여액중의 칼슘 및 마그네슘 함량을 원자 흡광법으로 측정한다.
[실시예1(본 기술분야의 기술 수준에 따르는 예)]
고온 공기 분무탑(방출 기체 온도: 145℃)에서, 고형분이 45%인 물유리 용액으로부터 700℃에서의 점화시 손실량이 19%이고 부피 밀도가 200g/ℓ인 무정형 이규산 나트륨을 제조한다.
앞서의 배치에서 수득한 생성물을 250㎛ 미만으로 분쇄하여 수득한 재순환 물질 15kg/h 및 물 함량(700℃에서의 점화시의 손실량으로 결정)이 18중량%인 무정형 이규산나트륨 60kg/h을 계량 나사를 통해 직접 점화된 회전 건조기(길이: 5m; 직경: 7cm; 경사각: 1.2°)로 불꽃의 반대편 말단부에서 충전시키고, 불꽃쪽으로부터 결정성 생성물을 배출시킨다. 회전 건조기에서 가장 뜨거운 곳의 온도는 740℃이다.
회전 건조기의 벽에 점착되는 물질은 형성되지 않으며; 배출된 이규산나트륨은 대부분 분쇄된다.
[실시예 2 (본 발명에 따르는 예)]
모래(SiO299중량%; 입자크기: 90%0.5mm) 및 50중량% 수산화나트륨 용액을 2.15:1읠 SiO2/Na2O 몰 비로 교반기 장치가 설치되어 있는 니켈 라이닝된 실린더형 오토클레이브에 충전시킨다. 오토 클레이브를 교반하면서, 혼합물에 증기(16bar)를 주입시켜 200℃로 가열하고 이 온도에서 60분 동안 유지시킨다. 이어서, 오토클레이브의 내용물을 플래쉬 용기를 통해 탱크로 흘려 보내고, 여과 보조제로서 펄라이트(perlite) 0.3중량%를 가한 후, 90℃에서 디스크 압력 여과기를 통해 여과하여 불용성 물질을 분리 제거한다. 여액으로서, SiO2/Na2O 몰 비가 2.04:1인 맑은 물 유리 용약을 수득한다. 물로 희석하여 고형분이 50%로 되도록 조절한다.
물유리 용액을 디스크 분쇄기가 설치되어 있고 기체 점화된 연소실을 통해 가열된 고온 공기 분무탑에 분무시키고 생성물을 침전시키기 위해 공기압 세정 호스 여과기에 연결시키며, 연소실은 탑에 도입되는 고온 기체가 260℃의 온도로 되도록 조절한다. 물유리 용액의 분무속도는 분무탑으로부터 배출되는 규산염/기체 혼합물의 온도가 105℃로 되도록 조절한다. 체류시간은 분무탑의 용적 및 분무탑을 통한 기체 처리량으로부터 계산한 결과 16초였다. 호스 여과기에 침전된 무정형 이규산나트륨은 낮은 분진 성향에서, 부피 밀도는 480g/ℓ이고, 철 함량이 0.01중량%이며, SiO2/Na2O 비는 2.04:1이고, 수분 함량(700℃에서 점화시의 손실량으로 측정)은 19.4%이며, 평균 입자 직경은 52㎛이다.
실시예1에 기술된 회전 건조기를 390℃의 회전건조기 내부 온도에서 외부 표면의 최대 온도가 38℃가 되도록 다수의 광물면층 및 하나의 시트 금속 자켓으로 단열시킨다. 1시간당 무정형 이규산나트륨 60kg을 회전건조기내로 도입시키며, 점착성 물질은 형성되지 않는다. 회전 건조기에서 꺼낸, 물 함량(700℃에서의 점화시의 손실량으로 결정)이 0.7중량%인 무정형 이규산 나트륨(NaSi2O5)을 기계식 분쇄기를 이용하여 입자 크기가 6mm 미만으로 되도록 분쇄하고, 중간 냉각 후에 400min-1에서 디스크 분쇄기 (직경: 30cm)로 평균 입자 직경이 95㎛로 되도록 미분하면 미분된 생성물의 철 함량은 회전건조기내로 도입된 이규산나트륨의 철 함량과 동일한다.
회전 건조기로부터의 방출 기체를 물 함량(700℃에서 점화시의 손실량으로 결정)이 19.4중량%인 무정형 이규산나트륨의 도입된 영역에서 추출하고, 스크러빙 탑에 공급한다. 1시간당 이규산나트륨 3kg이 방출 기체와 함께 배출된다.
이렇게 제조된 이규산나트륨의 잔류 경도는 Ca 2.5mg/ℓ 및 Mg 1mg/ℓ미만이다.
[실시예 3 (본 발명에 따르는 예)]
회전 건조기의 내부온도를 300℃로 하고 외부 표면 온도를 35℃로 하는 것을 제외하고는 실시예 2의 과정을 반복한다. 회전 건조기에서 꺼낸 무정형 이규산나트륨은 물 함량(700℃에서의 점화시의 손실량으로 결정)이 5중량%이다. 이렇게 제조한 이규산나트륨의 잔류 경도는 Ca 3.5mg/ℓ 및 Mg 1.5ml/ℓ이다.
[실시예 4 (본 발명에 따르는 예)]
실시예 2에 따라 수득한 평균 입자 직경이 95㎛인 생성물을 집적 기계식 분류 장치가 설치된 유동층 대향 분사분쇄기를 이용하여 추가로 분쇄한다. 분류기의 설정된 회전속도에 의존하여, 평균 입자 직경 2 내지 15㎛인 마멸되지 않는 이규산나트륨을 수득한다.
[실시예 5 (본 발명에 따르는 예)]
실시예 2에 따라 수득한 생성물을 강옥 볼로 충전된 자기 라이닝(porcelain-lined)된 볼 분쇄기를 이용하여 추가로 분쇄한다. 분쇄시간에 의존하여, 평균 입자 직경이 5 내지 14um인 마멸되지 않은 이규산나트륨을 수득한다.
[실시예 6 (본 발명에 따르는 예)]
실시예 2에 따라 수득한 생성물을 롤 폭(cm)당 30KN의 압축 롤의 압축력을 가진 롤 콤팩터내에서 스크린 제립기 내의 박편을 분쇄하면서 가공하여, 평균 입자 직경이 900㎛이고 부피 밀도가 870g/ℓ이며 높은 내마멸성을 갖고 무진 과립(dust-free granule)을 형성한다.
내마멸성을 결정하기 위해, 과립 50g을 회전하는 볼 분쇄기(길이: 10cm; 직경:11.5cm; 직경 2cm인 8개의 강철 볼)내에서 100min-1의 회전속도로 5분 동안 처리한다.
마멸 시험을 행한 후, 평균 입자 직경은 20% 감소에 해당하는 720㎛이다.
[실시예 7 (본 발명에 따르는 예)]
회전 건조기로부터의 방출 기체를 두 지점, 주로 수분 함량이 19.4%인 무정형 규산나트륨의 도입부, 또한 이 도입부로부터 회전 튜브축 방향으로 2m 떨어진 회전 건조기내의 부분에서 추출하는 것을 제외하고는 실시예 2의 과정을 반복한다. 두 지점의 방출 기체 스트림을 합하고 그 안에 함유된 고체를 내열성 호스여과기를 이용하여 침전시킨다. 침전된 고체를 물 함량이 19.4%인 무정형 이규산나트륨과 함께 이규산나트륨의 손실이 없도록 하기 위해 회전 건조기내로 재도입시킨다. 그 결과, 회전 건조기의 처리량은 70kg/h로 증가함에도 불구하고 회전 건조기 내부에 점착된 물질이 없다.
[실시예 8 (비교실시예)]
고온 공기 분무탑의 정상부로 도입하는 기체의 온도를 330℃로 하는 것을 제외하고는 실기예 2의 과정을 반복한다. 분무탑을 나온 규산염/기체 혼합물의 온도는 140℃이다. 호스 여과기에 침전된 이규산나트륨의 부피 밀도는 250g/ℓ이고, 물 함량(700℃에서 점화로 인한 손실량으로 결정)은 17.9중량%이며, 평균 입자 직경은 60㎛이다. 이규산나트륨은 분진이 심하게 난다.
[실시예 9 (비교실시예)]
회전 건조기 내부 온도가 490℃, 외부 표면의 최대 온도가 150℃가 되도록 회전 건조기를 단열시키는 것을 제외하고는 실시예 2의 과정을 반복한다. 그 결과, 회전 건조기 내벽에 큰 점착 물질이 형성되며, 이는 종종 기계적으로 제거해야 한다. 회전 건조기로부터 매우 단단하고 결정성이 불량한 생성물이 배출되는데, 이 생성물 중의 일부는 축구공 크기이며 기계식 제분기로 분쇄시키기가 매우 어렵다.
[실시예 10 (비교실시예)]
실시예 2의 과정을 반복하되 기계식 제분기로 분쇄한 이규산나트륨을 10,000min-1의 디스크 분쇄기를 사용하여 평균 입자 직경이 83㎛로 되도록 미분한다. 미분된 생성물은 담회색이고 철 함량은 0.02중량%이다.

Claims (5)

  1. a) 석영 모래와 수산화나트륨 용액을 180 내지 240℃의 온도 및 10 내지 30bar의 압력하에서 (2.0 내지 2.8):1의 SiO2/Na2O 몰 비로 반응시켜 물유리 용액을 수득하고,
    b) 물유리 용액을 분무 건조영역에서 200 내지 300℃의 고온 공기로 10내지 25초의 체류시간 동안 처리하여, 분무 건조 영역을 벗어나는 90 내지 130℃의 방출 기체 온도에서 물 함량(700℃에서의 점화로 손실된 양으로 결정)이 15 내지 23중량%이고 부피 밀도가 300g/ℓ 이상인 분쇄된 무정형 규산나트륨을 형성시키고,
    c) b)에 따르는 분쇄된 규산나트륨을 고체를 이동시키는 장치가 설치되어 있는 비스듬히 배열된 회전 건조기(외벽 온도가 60℃ 미만이 되도록 단열되어 있다)로 도입시킨 후, 250 내지 500℃의 온도에서 1 내지 60분 동안 역류 연도 기체로 처리하며,
    d) 회전 건조기로버터 배출되는 무정형 규산나트륨을 기계식 제분기를 이용하여 0.1 내지 12mm의 입자 크기로 분쇄시킴을 특징으로 하여, 20중량% 이상의 고체를 함유하눈 물유리 용액으로부터 물 함량이 0.3 내지 6중량%이고 SiO2/Na2O 몰 비가 (1.9 내지 2.8):1인 무정형 규산나트륨을 제조하는 방법
  2. 제1항에 있어서, 분쇄된 규산나트륨을 분쇄기를 이용하여 2 내지 400㎛의 입자 크기로 미세분쇄시키는 방법
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 회전 건조기의 중앙부와 물 함량이 15 내지 23중량%인 분쇄된 무정형 규산나트륨이 도입되는 말단부에서 방출 기체를 추출하고, 건조 분진 여과기를 이용하여 정제하며, 건조 분진 여과기로부터 배출된 규산나트륨을 회전 건조기 속으로 도입될 분쇄된 무정형의 물함유 규산나트륨과 준연속적으로 혼합시킴을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 미분된 규산나트륨을 롤 컴팩터에 공급하여 롤 폭(cm)당 20내지 40KN의 롤 압축력으로 압축시켜 압분체를 생성시킴을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 압분체를 강제로 스크린을 통과시켜예비 분쇄시킨 후, 가공하여 부피 밀도가 700 내지 1,000g/ℓ인 과립을 생성시킴을 특징으로 하는 방법.
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