KR20010013702A - 저농도 폴리알루미노실리케이트 마이크로겔의 개선된 제조방법 - Google Patents

저농도 폴리알루미노실리케이트 마이크로겔의 개선된 제조방법 Download PDF

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메리 이. 보울러
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Abstract

본 발명은 실리케이트와 알루미네이트를 4,000 이상의 레이놀드수를 생성시키는 속도로 혼합하는 단계, 혼합물을 숙성시키는 단계 및 실리카 농도를 1.0 중량% 이하로 희석하는 단계를 포함하는, 수용성 실리케이트 및 알칼리 금속 알루미네이트로부터 저농도 폴리알루미노실리케이트 마이크로겔을 제조하는 개선된 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명의 방법은 마이크로겔의 제조 동안 실리카 침착을 감소시킨다.

Description

저농도 폴리알루미노실리케이트 마이크로겔의 개선된 제조 방법{Improved Method for Preparing Low-Concentration Polyaluminosilicate Microgels}
관련 미국 특허 출원
본 출원은 미국 특허 제5,279,807호의 분할 출원인 동 제5,312,595호의 일부 계속 출원으로서 1993년 12월 16일 출원되고 포기된 미국 특허 출원 제08/166,679호의 일부 계속 출원으로서 1994년 11월 28일 출원된 동 제08/345,890호의 일부 계속 출원으로서 1995년 10월 25일 출원된 동 제08/548,224호의 일부 계속 출원이다.
본 발명은 저농도 폴리실리케이트 마이크로겔, 즉 가장 통상적인 형태 중에 Na2O 1 중량부 내지 SiO23.3 중량부를 갖는 알칼리 금속 실리케이트 또는 폴리실리케이트, 예를 들어 나트륨 폴리실리케이트의 부분적 겔화에 의하여 형성된 일반적으로 약 1.0 중량% 미만의 활성 실리카 농도를 갖는 수용액의 개선된 제조 방법 및 장치에 관한 것이다. 시판되는 콜로이드성 실리카와는 반대로 "활성" 실리카로서 언급되는 마이크로겔은 약 1,000 m2/g 이상의 표면적을 갖는 직경 1 내지 2 nm의 연결된 실리카 입자의 용액을 포함한다. 입자들은 제조되는 동안, 즉, 부분적인 겔화 동안에 함께 연결되어 3 차원 네트워크 및 사슬로 정렬된 응집체를 형성한다. 폴리실리케이트 마이크로겔은 산화 알루미늄을 그들의 구조 내에 도입시킴으로서 추가로 개질시킬 수 있다. 이러한 알루미나 개질된 폴리실리케이트는 폴리알루미노실리케이트 마이크로겔로 분류되고, 폴리실리케이트 마이크로겔의 기본 제조 방법을 변형시킴으로써 손쉽게 제조할 수 있다. 본 발명의 중요한 측면은 마이크로겔이 사용될 때까지 적절한 기간 내에, 즉, 약 15분 이하의 기간 내에 고형화의 위험 없이 가공 장치 내에 바람직하지 않은 실리카 침착물을 최소로 형성시키면서 마이크로겔을 제조할 수 있는 능력에 관한 것이다. 이와 관련하여, 폴리실리케이트 마이크로겔에 알루미나를 도입하는 것이 마이크로겔의 형성 속도를 증가시킨다는 점에서 유익하다고 밝혀졌다. 본 발명에 따라 제조된 폴리실리케이트 마이크로겔은 제지 공정에 있어서 배수 및 수용 보조제로서 수용성 양이온성 중합체와 조합될 때 특히 유용하다. pH 5 미만의 낮은 pH 값에서, 이들 생성물은 폴리실릭산 마이크로겔로서 보다 적절하게 언급된다. pH 값이 증가함에 따라, 이들 생성물은 폴리실릭산과 폴리실리케이트 마이크로겔의 혼합물을 함유할 수 있고, 그 비율은 pH에 따라 결정된다. 편의상, 이들 생성물을 이하에서는 폴리실리케이트 마이크로겔로서 언급한다.
＜발명의 요약＞
본 발명은 a) 수용성 실리케이트 용액을 포함하는 제1 스트림 및 pKa 값이 6 미만인 강산을 포함하는 제2 스트림을, 스트림들이 30°이상의 각도로 수렴하는 혼합 대역에, 약 4,000 이상의 레이놀드수를 생성시키기에 충분한 속도로, 생성되는 실리케이트/산 혼합물이 1.0 내지 6.0 중량%의 실리카 농도 및 2 내지 10.5의 pH를 갖도록 동시에 도입하는 단계,
b) 실리케이트/산 혼합물을 목적하는 정도의 부분적인 겔화(즉, 마이크로겔의 형성)를 달성하기에 충분한 시간 동안, 일반적으로 10초 이상 약 15분 이하의 시간 동안 숙성시키는 단계,
c) 숙성된 혼합물을 약 2.0 중량% 이하의 실리카 농도까지 희석하여 겔화를 안정화시키는 단계
를 포함하는, 저농도 폴리실리케이트 마이크로겔의 개선된 연속 제조 방법 및 장치에 관한 것이다. 폴리알루미노폴리실리케이트 마이크로겔을 제조하기 위하여, 우선 수용성 알루미늄염을 산 스트림에 가한 후, 이를 실리케이트 스트림과 혼합한다. 별법으로, 폴리알루미노실리케이트는 알칼리 금속 알루미네이트를 일반적으로 생성 pH가 8보다 높은, 가장 일반적으로는 10보다 높은 실리케이트 스트림과 직접 혼합함으로써 제조할 수 있다.
최적의 결과를 위하여, 두 개의 스트림이 혼합 대역으로 도입됨에 따라, 수용성 실리케이트 출발 용액의 실리카 농도를 2 내지 10 중량%의 실리카로 하고, 강산(예를 들어, 황산)의 농도를 1 내지 20 중량% 산으로 한다. 혼합 대역 중의 바람직한 조건은 레이놀드수가 6,000 보다 크고, 실리카 농도가 1.5 내지 3.5 중량%이고, pH가 7 내지 10인 것이다. 가장 바람직한 조건은 레이놀드수가 6,000 보다 크고, 실리카 농도가 2 중량%이며, pH가 9인 것이다. 알루미나 개질된 마이크로겔의 제조는 가용성 알루미늄염을 산스트림에 약 1.0 중량% 내지 알루미늄염의 용해도 한계 이하의 양으로 가함으로써 가장 잘 수행된다. 알루미늄염을 산 스트림에 첨가하여 제조된 가장 유용한 폴리알루미노실리케이트 마이크로겔은 1:1,500 내지 1:25, 바람직하게는 1:1,250 내지 1:50의 Al2O3/SiO2몰비에서 제조된 것들이다. 알칼리 금속 알루미네이트를 실리케이트와 직접 반응시켜 제조한 폴리알루미노실리케이트는 약 1:4 이하의 Al2O3/SiO2몰비를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 (a) 수용성 실리케이트 용액을 수용하기 위한 제1 저장기,
(b) pKa 값이 6 미만인 강산을 수용하기 위한 제2 저장기,
(c) 상기 제1 저장기와 연통된 제1 유입구, 상기 제1 유입구와 30。 이상의 각도로 배열되어 있으며 상기 제2 저장기와 연통된 제2 유입구 및 배출구를 포함하는 혼합 장치,
(d) 실리케이트 용액의 스트림을 상기 제1 저장기로부터 상기 제1 유입구로 펌핑하기 위하여 상기 제1 저장기와 상기 혼합 장치 사이에 위치한 제1 펌핑 수단, 및 상기 용액이 펌핑되는 동안 혼합 장치로부터 배출구 내의 실리카 농도를 1 내지 6 중량%가 되도록 상기 실리케이트 용액의 농도를 조절하기 위한 제1 조절 수단,
(e) 스트림들이 수렴하는 영역에서 상기 혼합 장치 내에 4,000 이상의 레이놀드수를 생성시켜 상기 실리케이트 및 상기 산이 완전하게 혼합되기에 충분한 상기 제1 펌핑 수단의 속도에 비례한 속도로 산 스트림을 상기 제2 저장기로부터 상기 제2 유입구로 펌핑하기 위한, 상기 제2 저장기와 상기 혼합 장치 사이에 위치하는 제2 펌핑 수단,
(f) 상기 배출구 내에 위치하고 상기 산의 상기 혼합 장치로의 유속에 반응하여 실리케이트/산 혼합물의 pH를 2 내지 10.5로 조절하기 위한 혼합물 조절 수단,
(g) 수용 탱크,
(h) 상기 혼합 장치의 배출구와 상기 수용 탱크와 연통하여 그 사이에서 상기 혼합물을 이송하기 위한 연장된 이송 루프, 및
(i) 수용 탱크 중의 실리케이트/산 혼합물을 1.0 중량% 이하의 실리카 농도로 희석하기 위한 희석 수단,
(j) 수용성 알루미늄염을 수용하기 위한 제4 저장기;
(k) 알루미늄염을 산 스트림 내에 도입하기 위한 제4 펌핑 수단, 및
(l) 알루미늄염 유동에 반응하고 실리카 조절 밸브에 평행하게 연통되어 있으며, 제4 펌핑 장치와 알루미늄염을 산 스트림 내에 도입하는 지점 사이에 위치한 조절 밸브를 포함한다.
다른 실시태양에서, 폴리알루미노실리케이트는 저장기 (b) 중의 강산을 나트륨 알루미네이트로 대체하여 알루미네이트를 실리케이트와 직적 반응시키고 알루미네이트를 혼합 장치 (c)에 펌핑하기 위해 제2 펌핑 수단 (e)를 사용하여 제조할 수 있다. 또한, 상기 방법을 사용하여 폴리알루미노실리케이트를 제조할 경우, pH 조절 장치 (f)를 제거할 수 있고, 실리케이트 및 알루미네이트 유동은 부피 유동 속도에 의해 조절될 수 있고, 이에 의해 폴리알루미노실리케이트 마이크로겔 내로 도입되는 알루미네이트의 농도를 조절할 수 있다.
다른 실시 태양에 있어서, 본 발명의 장치는 NaOH 저장기 및 제조 시스템을 40 내지 60 ℃로 가열된 따뜻한 NaOH로 주기적으로 플러싱하여 실리카 침착물을 용해시키고 제거할 수 있는 수단을 포함한다.
본 발명의 추가의 실시 태양에 있어서, 교반된 가스 스트림, 예를 들어, 공기 또는 질소 또는 다른 불활성 가스의 스트림을 혼합 연통부에 또는 그 근처에 위치한 추가의 유입구를 사용하여 상기 설명한 혼합 장치에 도입할 수 있다. 가스 교반은 느린 실리케이트 유속을 사용가능하게 하는 동시에, 혼합 대역 중에 필요한 난류 및 레이놀드수를 유지시킨다는 중요한 산업적 잇점을 제공한다.
본 발명의 추가의 실시 태양에 있어서, 수용성 실리케이트 용액과 알루미네이트 또는 산과의 혼합, 또는 수용성 실리케이트 용액과 알루미늄염 및 산과의 혼합은 환식 혼합 장치 중에서 수행될 수 있다. 이 장치는 보다 큰 파이프 또는 튜브의 내부로 뻗어나온 후 배출되는 내부 파이프 또는 튜브일 수 있다. 내부 파이프 배출 지점은 통상적으로, 필수적이지는 않지만, 외부 파이프 내에 동심원 상으로 위치한다. 혼합되는 두가지 유체 중 하나가 내부 파이프에 공급된다. 제2 유체는 외부 파이프로 공급되어 내부 파이프의 외부 주위로 유동한다. 두가지 유체의 혼합은 제1 유체가 내부 파이프에서 방출되어 보다 큰 외부 파이프 중의 제2 유체와 합해지는 지점에서 일어난다. 통상적으로, 산 및 알루미늄염 용액은 미리 혼합되어 파이프 중 하나에 공급된다.
두가지 액체를 혼합하기 위하여, 수용성 실리케이트 용액 및 산 또는 알칼리 금속 알루미네이트는, 두가지 스트림이 합해질 때 혼합 대역 중에서 4,000 보다 큰 레이놀드수를 생성시키기에 충분한 속도로 내부 또는 외부 파이프로 공급될 수 있다. 또한, 임의로는 교반된 가스 스트림을 이용하여 두가지 스트림의 혼합을 도울 수 있다.
본 발명의 추가의 실시 태양으로서, 산 및 수용성 실리케이트 용액의 혼합은 기계적 수단을 장착하여 필요한 난류를 생성시킴으로써, 4,000 보다 큰 레이놀드수에서 두 가지 스트림의 혼합이 완성되는 용기 내에서 달성된다. 임의로는, 용기에는 배플을 장착할 수 있다. 산 또는 알칼리 금속 알루미네이트 및 수용성 실리케이트 용액은 용기에 동시에 공급될 수 있으나, 반드시 동시에 공급할 필요는 없다.
폴리알루미노실리케이트 마이크로겔을 제조하기 위하여, 농축된 알루미늄염, 바람직하게는 황산 알루미늄의 용액은 추가의 저장기로부터 펌핑되어, 희석된 산 과 실리케이트 스트림이 혼합되고 반응하는 지점 앞의 지점에서 희석된 산 스트림에 혼합된다. 산 스트림에 알루미늄염을 가하거나 알루미늄을 직접 사용함으로써, 마이크로겔의 형성 속도가 증가되고 마이크로겔 구조 전체를 통하여 도입된 알루미늄 잔기를 갖는 폴리알루미노실리케이트 마이크로겔이 형성된다.
본 발명의 방법 및 장치는 안정한 폴리실리케이트 및 폴리알루미노실리케이트 마이크로겔의 제조를 가능케 하여 약 15-16분 이하, 통상적으로는 30 내지 90 초의 편리한 시간 구성 내에서 고형화의 위험없이 처리 장치 내에 바람직하지 않은 실리카 침착의 형성을 최소화시키면서 실리카 침착을 감소시킬 수 있다. 조작 온도는 일반적으로 0 내지 50℃이다.
또한, 제조 장치 내의 실리카 침착은 장치의 모든 내부 표면을 코팅하고 필수적인 이동 부분 및 수단의 기능을 저해할 수 있기 때문에 바람직하지 않다. 예를 들어, 실리카 침착은 밸브가 더이상 기능할 수 없는 지점에 축적되어 파이프 및 배관을 통한 유체 유동을 제한할 수 있다. 실라카 침착은 pH 감지 전극에 대하여도 바람직하지 않은데, 실리카 마이크로겔 제조를 위한 공정 pH, 임계 품질 조절 파라미터의 모니터링을 방해한다.
＜도면의 간단한 설명＞
도 1은 NaOH 저장기 및 주기적으로 제조 시스템을 플러싱하기 위한 수단을 포함하는 방법의 개략도이다.
도 2는 연속적인 마이크로겔 제조를 제공하는 이중 라인 폴리실리케이트 마이크로겔 제조 시스템의 개략도이다.
도 3은 알루미늄염 저장기 및 상기 염을 희석 산 스트림에 도입하기 위한 수단을 포함하는 폴리알루미노실리케이트 마이크로겔을 제조하기 위한 본 발명의 방법의 개략도이다.
도 4는 연속적인 마이크로겔 제조용 이중 라인 폴리알루미노실리케이트 마이크로겔 생산 시스템의 개략도이다.
활성 실리카는 매우 작은 1-2 nm 직경의 입자를 포함하는 특정 형태의 미립자 실리카이고, 이는 사슬 또는 네트웨크 중에서 함께 결합되어 "마이크로겔"로 공지된 3차원 구조를 형성한다. 활성 실리카 미립자, 즉, 마이크로겔의 표면적은 약 1,000 m2/g 이상이다. 폴리실리케이트 마이크로겔의 일반적인 제조 방법은 미국 특허 제4,954,220호에 기술되어 있고, 이 문헌에 교시된 사항은 본 명세서에 참고로 포함되어 있다. 이 문헌에 기술되어 있는 방법 중에서, 무기산 또는 유기산, 즉 pKa 값이 6 미만인 강산을 사용한 알칼리 금속 실리케이트 희석 수용액의 산성화는 본 발명이 특히 적용될 수 있는 방법이다. 본 발명은 처리 장치 내에 바람직하지 않은 실리카 침착물을 형성시키지 않고, 매우 적절한 숙성 시간, 일반적으로 15분 미만, 바람직하게는 10 내지 90초 동안 의도된 소비 위치에서 저농도 폴리실리케이트 및 폴리알루미노실리케이트 마이크로겔의 신뢰성있는 연속 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 방법은 스트림이 일반적으로 서로에 대해 30。 이상의 각도로, 두가지 스트림들이 수렴하는 영역에서 4,000 이상, 바람직하게는 약 6,000 이상의 레이놀드수를 생성시키기에 충분한 속도로 수렴하도록 수용성 실리케이트 용액의 스트림 및 pKa 값이 6 미만인 강산 스트림을 알루미늄염과 함께 또는 별법으로 실리케이트 용액을 알칼리 금속 알루미네이트와 혼합하여 혼합 대역 또는 혼합 연통부에 동시에 도입함으로써 수행된다. 레이놀드수는 공학에서 튜브 또는 파이프 내의 액체 유동 조건을 기술하기 위해 사용되는 무차원수이다. 2,000 미만의 레이놀드수는 층류(열악한 혼합 환경)를 나타내고, 4,000 이상의 수는 난류(우수한 혼합 환경)를 나타낸다. 일반적으로, 레이놀드수가 클수록 우수한 혼합이 이루어진다. 파이프 또는 튜브 내의 유동에 대한 레이놀드수(Re)는 하기의 식으로 결정된다.
상기 식에서,
Q는 유속(ft3/s)이고,
d는 밀도(lb/ft3)이고,
D는 파이프 직경(ft)이고,
u는 점도(lb/ft·s)이다.
임펠러 교반 용기에 대한 레이놀드수는 하기의 식으로 결정된다.
상기 식에서,
D는 임펠러 직경(cm)이고,
N은 회전 속도(회전수/s)이고,
p는 유체 밀도(g/cm3)이고,
u는 점도(g/s·cm)이다.
수렴된 실리케이트 용액 및 산/알루미늄 염 스트림의 농도는 상기와 같이 제조된 생성 실리케이트/산 혼합물이 1 내지 6 중량%의 실리카 농도 및 2 내지 10.5의 pH를 갖도록 조절된다. 실리케이트 용액과 알칼리 금속 알루미네이트의 혼합은 일반적으로 pH＞8, 가장 바람직하게는 pH＞10에서 수행된다. 가장 바람직하게는, 실리카 농도는 1.5 내지 3.5 중량%이고, pH는 7 내지 10이다. 가장 바람직한 조작 조건은 레이놀드수 6,000 초과, 실리카 농도 2 중량% 및 pH 9인 것이다.
숙성은 일반적으로 실리케이트/산 혼합물을 연장된 이송 루프를 통하여 최종 생성물 수용 탱크까지 통과시킴으로써 10 내지 약 90초 동안 수행되고, 수용 탱크에서 혼합물은 즉시 희석된 후, 2.0 중량% 이하, 바람직하게는 1.0 중량% 이하의 활성 실리카 농도로 유지된다. 숙성 동안 표면적이 큰 활성 실리카 입자의 3차원 응집체 네트워크 및 사슬을 생성시키는 부분적인 겔화가 달성된다. 실리케이트 /산 또는 실리케이트/알루미네이트 혼합물을 낮은 농도로 희석하여 겔화 공정을 중지시키고 후속 소비를 위하여 마이크로겔을 안정화시킨다.
도면을 참조하여 본 발명의 방법 및 이 방법을 수행하기 위한 장치에 대하여 보다 자세히 기술할 것이며, 이 중 도 1은 폴리실리케이트 마이크로겔을 제조하기 위한 가장 간단한 형태의 공정의 개략도이다. 본 명세서에 기술한 크기, 용량 및 속도는 주로 필요로 하는 폴리실리케이트 마이크로겔 또는 폴리알루미노실리케이트의 양 및 예상되는 소비 속도에 따라 광범위하게 다양할 수 있다. 도면을 참조하여 기술한 크기 및 용량은 일반적으로 마이크로겔의 소비 속도가 약 10 내지 4,000 lbs/hr인 제지 공정에 있어 배수 및 수용 보조제로서 연속적인 소비 기준에 따라 폴리실리케이트 또는 폴리알루미노실리케이트 마이크로겔을 제조, 즉 생성시키기 위한 시스템에 관한 것이다.
도 1에는 희석용 물 저장기 (10), 산 저장기 (12) 및 실리케이트 저장기 (14)가 도시되어 있다. 저장기, 즉 탱크는 편리하게는 폴리에틸렌으로 제조되며, 물 저장기의 용량은 500 갤론이고, 산 저장기의 용량은 100 갤론이며, 실리케이트 저장기의 용량은 300 갤론이다. 도 1에 도시된 다른 용기는 NaOH 플러싱 탱크 (16) 및 최종 생성물 수용 탱크 (18)이다. NaOH 플러싱 탱크는 비부식성 재료, 예를 들어 316 스테인레스 스틸로 제조되고, 20 갤론의 용량을 가지며, 그를 둘러싼 전기 저항 드럼 가열기(콜-팔머(Cole-Palmer), 2,000 와트, 115 볼트)로 가열된다. 최종 생성물 수용 탱크는 1,000 갤론의 용량을 갖고 폴리에틸렌으로 제조된다.
공정의 중요 요소는 산 스트림 및 수용성 실리케이트 스트림이 일반적으로 혼합 대역 내에서 30°이상의 각도로 수렴하는 개별적인 경로를 따라 도입되는 혼합 대역을 한정하는 혼합 연통부 (20)이다. 혼합 "X" 또는 "Y" 연통부는 본 발명을 실시하는데 적합하고, 스테인레스 스틸 관이 장착된 316 규격 스테인레스 스틸 "스웨이지락(Swagelok)" 압축 커플링으로 쉽게 제조할 수 있다. "T" 연통부가 일반적으로 바람직하다.
두가지 스트림이 혼합 대역으로 도입되는, 즉, 펌핑되는 속도를 선택하여 혼합 대역 내에 4,000 이상, 바람직하게는 6,000 이하의 레이놀드수를 생성시키고, 이에 의해 산과 실리케이트를 실질적으로 동시적이고 완전히 혼합시킴으로써 생성된 혼합물이 1.5 내지 3.5 중량%의 실리카 농도 및 7 내지 10의 pH를 갖도록 한다. 수용성 실리케이트의 임의의 시판되는 공급원, 예를 들어 PQ 코포레이션에서 시판하는 "PQ(N)" 나트륨 실리케이트(41 Baume, SiO2:Na2O=3.22:1 중량비, 28.7 중량% SiO2)을 사용할 수 있다. 시판되는 실리케이트는 제조원에 의하여 공급된 통상적으로 24 내지 36 중량%의 농도로서, 사용될 때까지 희석되지 않은 상태로 저장기 (14) 중에 유지된다. 이는 느린 유속 기어 또는 마이크로펌프 (24)[예를 들어, 마이크로펌프 코포레이션(Micropump Corporation), 모델 140, 최대 유속 1.7 gpm]를 사용하여 적절한 배관 (22)(316 SS, 1/4 인치 OD)을 통하여 혼합 연통부 (20)로 공급된다. 비부식성 구조 재료, 예를 들어 316 스테인레스 스틸이 임의의 부식 및 이에 따른 오염의 위험을 방지하는데 바람직하다. 실리케이트 공급 라인은 또한 실리케이트 유동의 양 및 방향을 조절하고 모니터링하기 위해 유동 조절 밸브 (26)[휘티(Whitey), 316 SS, 1/4 인치 니들), 자기 유동 미터 (28)[피셔 포터(Fisher Porter), 316 SS, 1/10 인치 크기] 및 점검 밸브 (86)(휘티, 316 SS, 1/4 인치 직경)을 포함한다. 조작시에, 희석용 물은 실리케이트/산 혼합 연통부 (20)의 상류의 편리한 위치에서 실리케이트 공급 라인 (22)에 도입되어 실리카 농도를 2 내지 10 중량%의 값까지 조정한다. 실리케이트와 물의 완전한 혼합을 보장하기 위하여, 인-라인 고정식 혼합기 (32)[콜-팔머, 316 SS, 1/2 인치 관, 15 요소]를 설치한 후, 점검 밸브 (30)(휘티, 316 SS, 1/2 인치 니들)를 설치한다. 희석용 물을 원심 펌프 (36)[이스턴 펌프(Eastern Pump), 1HP, 최대 유속 54 gpm] 및 로타미터[Brooks, Brass Ball, 최대 3.06 gmp]을 사용하여 라인 (34)(2/1 인치 OD, 316 SS)를 통하여 공급한다. 조절 밸브 (40)(휘티, 316 SS, 1/2 인치 NE 니들) 및 점검 밸브(42)(휘티, 316 SS, 1/2 인치 직경)을 사용하여 유속 및 방향을 조절할 수 있다.
광범위한 산성 물질, 예를 들어, 무기산, 유기산, 산염 및 가스, 이온 교환 수지 및 강산과 약염기의 염이 활성 실리카 제조에 사용하기 위하여 설명되었지만, 가장 간단하고 편리한 산성화 수단은 pKa 값이 6 미만인 강산을 사용하는 것이다. 듀폰 및 다른 제조원에 의하여 제조된 상업적인 등급의 것들이 일반적으로 적절하다. 조작시에, 산 원액은 산 저장기 (12) 중에서 5 내지 100 중량%의 농도로 유지된다. 산은 기어 또는 유사한 마이크로펌프 (44)(예를 들어, 마이크로펌프 모델 040, 1/4 HP, 최대 유속 0.83 gpm)를 사용하여 라인 (46)(316 SS, 1/4 인치 OD) 및 점검 밸브 (88)(휘티, 316 SS, 1/4 인치 직경)을 통하여 연통부 혼합기 (20)에 펌핑된다. 단일 루프 조절기 (90)[무어(Moore), 모델 352 E]를 pH 트랜스미터 (48)[그레이트 레이크 인스트루먼츠(Great Lakes Instruments), 672P3FICON 형] 및 pH 프로브 48A(그레이트 레이크 인스트루먼츠, 6028PO 형)와 조합하여 연통부 혼합기의 배출구에서 측정한 실리케이트/산 혼합물의 pH에 반응하는 자동 유동 조절 밸브 (50)(Reserch Controls, K Trim, 1/4 인치 OD, 316 SS)를 통하여 연통부 혼합기 (20)으로의 산의 유동을 조정한다. 자동 3 방향(three-way) 밸브 (52)(휘티, 316SS, 1/2 인치 직경) 또한 조정 시스템 내에 사용하여 규격을 벗어난(off-spec) 실리케이트/산 혼합물을 배수구로 전환시킬 수 있는 가능성을 허용한다. 물 저장기 (10)으로부터 희석용 물을 라인 (54)(316 SS, 1/2 인치 OD)를 통하여 공급하여 연통부 혼합기 (20)의 상류에서 산 공급물을 1 내지 20 중량%의 소정의 농도까지 희석한다. 고정식 혼합기 (56)(콜-팔머, 316 SS, 1/2 인치 직경, 15 회전)을 희석용 물이 산 공급 라인으로 도입되는 지점의 하류에 설치하여 산의 완전한 혼합 및 희석을 보장한다. 로타미터 58(Brooks, Brass Ball, 최대 1.09 gpm), 조절 밸브 (60)(휘티, 316 SS, 1/2 인치 니들) 및 점검 밸브 (62)(휘티, 316 SS, 1/2 인치 직경)을 사용하여 희석용 물의 유속 및 유동 방향을 조절한다.
연통부 혼합기 (20)에서 배출되는 실리케이트/산 혼합물은 바람직하게는 1.5 내지 3.5 중량%의 SiO2농도 및 7 내지 10의 pH를 갖는다. 가장 바람직하게는, 실리카 농도는 2 중량%로 유지되고, pH는 9로 유지된다. 혼합물은 최종 생성물 수용 탱크 (18)에 연결된 이송 라인 (64)(1-1/2 인치 스케줄 40 PVC 파이브, 길이 75 피트)를 통과한다. 이송 라인의 길이는 이송 시간이 10초 이상,바람직하게는 약 30 내지 90초가 되는 것을 보장하도록 선택되고, 이 동안에 혼합물의 "숙성" 또는 부분적인 겔화가 발생한다. 이송 시간은 매우 느린 유속에서 15-16분으로 길 수 있고, 여전히 만족스러운 결과를 산출할 수 있다. 저장기 (10)으로부터 희석용 물을 라인 (66)(316 SS, 1/2 인치 OD)을 통하여 혼합물에 가한 직 후, 최종 생성물 수용 탱크 (18)에 또는 실리케이트/산 혼합물이 겔화 공정을 안정화 시키는 1.0 중량% 미만의 SiO2농도까지 희석되는 임의의 다른 편리한 위치로 도입한다. 희석용 물은 원심 펌프 (68)[Eastern, 316 SS, 1 HP, 최대 54 gpm]로 공급하고, 유동 조절은 조절 밸브 (70) (휘티, 316 SS, 1/2 인치 니들) 및 로타미터 [Brooks, SS ball, 최대 12.46 gpm]을 사용하여 소정의 속도에서 달성한다. 최종 생성물의 수준이 너무 높아지는 경우 실리케이트/산 혼합물의 유동을 배수구로 전환시키는 자동 3-방향 밸브 (76)(휘티, 316 SS, 1/2 인치 직경)과 함께 조작되는 수준 조절 시스템 (74)[센살(Sensall), 모델 502]을 최종 생성물 수용 탱크 (18)에 설치한다.
일정 기간 연속 조작 후, 제조된 활성 실리카의 양에 따라, 활성 실리카의 생성을 중단하고 혼합 연통부 (20) 및 실리케이트/산 혼합물과 접촉하는 시스템의 하류 부분, 즉 파이프, 밸브, 이송 라인 등을 물 및 따듯한 NaOH로 플러싱하는 것이 바람직할 수 있다. 시스템 플러싱은 예를 들어 pH 측정 구역에서와 같은 설계상의 제한으로 인하여, 필요한 난류 유동 조건을 유지할 수 없는 장치 부분에 축적될 수 있는 임의의 바람직하지 않은 실리카 침착물을 제거한다. 플러싱 공정은 시스템을 실리카 침착이 없는 상태로 유지시키는데 도움이 되며, 먼저 희석 펌프 (68), 산펌프 (44) 및 실리케이트 펌프 (24)을 중지시킴으로써 개시한다. 이어서, 펌프 (36)으로부터 희석용 물을 시스템의 하류 부분을 통하여 약 5분 동안 순환시킨 후, 펌프 (36)을 멈추고, 밸브 (40), (60) 및 (70)을 폐쇄함으로써 희석용 물 저장기를 차단한다. 이어서, 3-방향 자동 밸브 (52) 및 (76), 및 수동 밸브 (78), (80) 및 (82)(모두 휘티, 316 SS, 1/2 인치 OD)를 원심 순환 펌프 (84)(이스턴, 316 SS, 1.5 HP, 최대 15 gpm)와 함께 가동하여 20 중량%의 농도 및 40 내지 60 ℃의 온도로 유지된 NaOH를, 일반적으로 약 20-30분 이하의 시간 동안 시스템의 하류 부분을 통하여 순환시킨다. 이어서, 3-방향 밸브 (80) 및 (82)를 재차 가동하여 NaOH 순환 펌프 (84) 및 플러싱 탱크 (16)을 시스템으로부터 차단하고, 희석용 물을 하류 시스템을 통하여 재차 플러싱하고 배수구로 방출한다. 세정/플러싱 공정을 완료함으로써, 활성 실리카의 제조를 재시작할 수 있다.
도 2를 참조하면, 하나의 라인은 언제나 조작할 수 있는 반면, 다른 라인은 플러싱되거나 준비 상태에 있는 이중 라인 활성 실리카 제조 시스템의 개략도를 나타낸다. 성분 부분들은 도 1에 따라 넘버링하였다. 도 1 또는 2에 따른 통상적인 시스템은 일반적으로 필요한 활성 실리카에 따라 직경 1 인치 이하의 스테인레스 스틸 또는 폴리비닐 클로라이드 관으로 제조될 것이다. 스테인레스 스틸 관을 사용할 때, 다양한 기구, 부속품, 밸브 및 구획의 연통부는 "스웨이지락" 압축 조인트로 편리하게 제조될 수 있다.
도 3은 폴리알루미노실리케이트 마이크로겔 제조에 적합한 도 1의 기본 장치에 대한 변형을 나타내는 개략도이다. 저장기 (100)으로부터, 농축된 알루미늄염, 바람직하게는 황산 알루미늄 용액을 격막 계량 펌프 (102)[펄사트론(Pulsatron)(상표명) 모델 LPR 2-MAPTC1, 유리 충전된 폴리프로필렌, 테플론(Teflon)(상표명) 격막, 최대 유동 12.5 ml/분]를 사용하여 배관(1/4인치 직경 316 스테인레스 스틸)을 통하여 펌핑할 수 있다. 계량 펌프 (102)는 조절기 (90)에 전기적으로 연결시킬 수 있고, 실리케이트 사용과 평행하게 이동시킬 수 있다. 점검 밸브 (104)(휘티, 316SS, 1/4 인치 직경)를 통과시킨 후, 알루미늄염 용액을 (106) 지점에서 316 SS "T" 연통부를 사용하여 희석산 라인으로 도입할 수 있다. 알루미늄염과 희석된 산은 "T" 연통부 (20)에서 폴리알루미노실리케이트 마이크로겔을 제조하기 위한 실리케이트와의 반응이 일어나기 전에 인-라인 혼합기 (56)을 사용하여 완전하게 혼합할 수 있다. 본 발명의 방법에 바람직한 알루미늄염 용액은 황산 알루미늄 용액, 예를 들어, 아메리칸 시아나미드 캄파니(American Cyanamid Company)에서 시판되는 Al2O38.3 중량%를 함유하는 액체 명반 용액 Al2(SO4)3·14H2O이다.
주기적으로, 폴리알루미노실리케이트 장치를 실리카 침착물이 없도록 상기에 기술한 바와 같이 따뜻한 가성 소다 용액을 사용하여 플러싱할 필요가 있다.
폴리알루미노실리케이트 마이크로겔의 연속 제조를 위한 이중 라인 장치는 도 2의 이중 라인 장치를 적절하게 변형하여 제조할 수 있다는 사실을 이해하여야 한다.
도 4는 실리케이트를 알루미네이트와 혼합함으로써 제조된 폴리알루미노실리케이트 마이크로겔의 생산에 적합한, 도 1의 기본 장치의 변형 장치를 보여주는 개략도이다. 저장기 (12)는 알칼리 금속 알루미네이트 용액, 바람직하게는 나트륨 알루미네이트를 함유한다. 나트륨 알루미네이트 용액은 무수 나트륨 알루미네이트로부터 제조하여 물에 용해시키거나 또는 기용해시켜 안정화시킨 용액으로서 구입할 수 있다. 알루미네이트 용액은 마이크로펌프 (24)를 사용하여 혼합 연통부에 공급된다. 또한, 알루미네이트 공급 라인은 유동 조절 밸브 (50) 및 점검 밸브 (86)을 포함한다. 알루미네이트 유동량을 모니터하기 위한 자기 유동계 (280) (Fisher Porter, 316 SS, 1/10 인치 크기)가 추가될 수 있거나 또는 알루미네이트 유동은 마이크로펌프 (24)의 속도를 변경시켜 조절할 수 있다. 임의로, pH 프로브 (48A) 및 (48B) 및 pH 조절기 (48)은 제거될 수 있다. 조작시에, 희석용 물은 실리케이트/알루미네이트 혼합 연통부 (20)의 상류의 편리한 위치에서 알루미네이트 공급 라인 (46)에 도입된다. 알루미네이트와 물의 완전한 혼합을 보장하기 위하여 인-라인 고정식 혼합기 (56)이 설치된다. 실리케이트 스트림과 혼합시에, 생성 용액은 2 내지 10 중량%의 실리카 농도를 갖는다.
주기적으로, 실리카 침착물이 없도록 상기한 바와 같은 따뜻한 가성 소다 용액으로 폴리알루미노실리케이트 장치를 플러싱할 필요가 있다.
＜실시예 1＞
실리카 침착 감소에 있어 난류의 효과 측정
폴리실리케이트 마이크로겔을 제조하기 위한 실험실용 제조기를 도 1에 나타낸 원리에 따라 제조하였다. 실리케이트 및 황산 공급물은 희석 및 혼합 전에 각각 15 중량%의 실리카 및 20 중량%의 산을 함유하였다. 임계 연통 혼합기는 1/4 인치 OD 316 SS 배관의 6 인치 암을 장착한 1/4 인치, 316 스테인레스 스틸 "스웨이지락" T-압축 장치로 제조하였다. 장치의 내경은 0.409 cm였다. 가스를 혼합 연통부로 도입하는 시험을 하기 위하여 유사한 "스웨이지락" X-압축 커플링과 가스 유입구로서의 제4 X 암을 함께 사용하였다. 1 인치 직경 60 메쉬 스테인레스 스틸 스크린을 포함하는 인-라인 필터를 산/실리케이트 연통부로부터 약 12 인치 거리에 놓아 미립자 실리카를 수거하였다. 실리카 침착을 측정하기 위해 각 시험의 개시시에 스크린을 칭량하고, 각 시험의 종료시에 세척 및 건조시킨 후에 재차 칭량하였다. 모든 시험을 실리케이트 산성화 지점에서 2 중량%의 실리카 및 pH 9의 조건을 유지하도록 수행하고, 각 시험을 1,590 g의 폴리실리케이트 마이크로겔 총량이 얻어질 정도로 충분한 시간 동안 수행하였다. 시험 결과를 표 1에 나타내었다. 액체 유동은 총 액체 유동, 즉 배출구 튜브 중에서 실리케이트/산 혼합물의 유동의 합을 나타낸다. 가스를 도입함으로써 액체 유동 및 난류를 향상시킨 시험의 경우에 있어서, 액체 밀도 및 점도는 현저하게 변하지 않는다는 가정 하에서 레이놀드수는 액체 부분만의 증가된 유속을 기준으로 계산하였다. 이 계산 방법은 액체/가스 혼합물의 레이놀드수를 계산하기 위한 식이 없기 때문에 사용하였다.
레이놀드수의 함수로서의 실리카 침착
시험 번호 레이놀드수 수행시간(분) 액체 유동(mL/분) 가스 유동(mL/분) 실리카 침착(g)
1 1,036 330 250 없음 0.339
2 2,072 165 499 없음 0.135
3 4,144 83 999 없음 0.009
4 6,217 55 1,498 없음 0.007
5 10,362 33 2,497 없음 0.002
6 12,433 27 2,996 없음 0.008
7 12,260 120 694 공기, 2,260 0.008
8 9,064 120 694 공기, 1,490 0.005
9 5,375 120 694 공기, 601 0.004
10 5,375 120 694 N2, 601 0.014
시험 1 및 2의 결과와 시험 3-10의 결과의 비교는 관찰된 바와 같은 실리카 침착의 감소에 있어 난류성 액체 유동(4,000 이상의 레이놀드수)의 유익한 효과를 분명하게 나타낸다. 본 발명의 난류성 유동 조건 하에서, 0.007 g의 평균 실리카 침착은 처리된 실리카 총량의 0.0004 %에 불과하였다. 레이놀드수가 본 발명에서 필요로 하는 최소치 4,000 미만일 때, 바람직하지 않은 실리카 침착은 대략 15 배 증가하였다. 일단 본 발명의 방법에서 필요로 하는 최소 레이놀드수에 도달하면, 레이놀드수의 4,000 이상, 예를 들어, 4,144에서 6,217으로, 10,362 등으로의 증가는 실리카 침착을 추가로 감소시키지 않았다.
＜실시예 2＞
장치
상업적 규모의 활성 실리카 마이크로겔 제조 장치를 도 1의 개략적 디자인에 따라 조립하고, 시판되는 페이퍼 밀에 장착하였다. 원료 물질 공급 저장기를 제외한 장치를 각각 대략 6×8 피트로 측정된 두개의 받침대 상의 강철 골격에 견고하게 고정시켰다. 받침대 (1) 상에 시판되는 나트륨 실리케이트 및 황산 공급물 연결용 유입구 및 희석 공정에 사용되는 용수용 유입구를 고정시켰다. 또한, 받침대 (1) 상에 희석 및 유동 조절 수단, 실리케이트/산 혼합 연통부, pH 측정 및 pH 조절기, 수산화나트륨 플러싱 저장기, 필요한 펌프 및 밸브 및 전기 조절기를 고정시켰다. 받침대 (2) 상에 숙성 루프, 최종 생성물 저장기, 수준 조절기 및 필요한 펌프 및 밸브를 고정시켰다. 각 받침대의 전체 높이는 약 7 피트였다. 제조자가 시판하는 공급물의 용기를 실리케이트 및 황산 저장기로서 사용하고, 이들을 받침대 (1) 상의 적절한 유입구에 직접 연결하였다.
장치를 6일 동안 연속적으로 가동하고, 이 동안 0.5 중량%의 활성 실리카를 3 내지 4.8 갤론/분의 속도로 제조하였다. 3 gpm의 제조 속도에서, 사용된 혼합 대역에 대하여 레이놀드수는 4,250으로 계산되었다. 연속 조작한 지 12시간 후에 연통부 혼합기 배출구의 바로 하류에 위치한 pH 프로브 부근에서 약간의 실리카 침착이 발견되었지만, 연통부 혼합기 (20) 내에서는 실리카 침착이 발견되지 않았다. 이러한 상황을 완화시키기 위하여, 30분 미만 동안 물/NaOH/물 순서로 플러싱을 행한 후, 시스템을 통상의 제조 공정으로 순환시켰다. 총 6일에 걸쳐, 장치는 문제 없이 조작되었고, 상이한 기본 중량을 갖는 다양한 페이퍼 제조용 밀에 사용하여 훌륭한 품질의 활성 실리카를 제조하였다.
＜실시예 3＞
폴리알루미노실리케이트 마이크로겔의 제조
상업적인 크기의 폴리알루미노실리케이트 마이크로겔 용액 제조 장치를 도 3에 나타낸 원리에 따라 조립하였다. 원료 물질 공급 저장기를 제외한 장치를 각각 대략 8×8 피트로 측정된 두개의 받침대 상의 강철 골격에 견고하게 고정시켰다. 받침대 (1) 상에 나트륨 실리케이트, 황산, 수산화나트륨 및 제지기 명반의 공급물 연결용 유입구 및 희석 공정에 사용되는 용수용 유입구를 고정시켰다. 또한, 받침대 (1) 상에 각각의 화학 물질을 위해 필요한 펌프 및 최종 폴리알루미노실리케이트 마이크로겔 용액을 수용하기 위한 저장기를 고정시켰다. 받침대 (2) 상에 나트륨 실리케이트, 산 및 희석용 물을 위한 유동 조절 밸브, 실리케이트/산 혼합 연통부, pH 측정 수단 및 pH 조절기, 숙성 루프, 및 수산화나트륨 플러싱 저장기를 고정시켰다. 제지기 명반의 유동은 실리케이트 유동에 비례하는 속도에서 격막 펌프를 사용하여 조절하였다. 제지기 명반을 희석된 산 스트림에 도입한 후, 실리케이트/산 혼합 연통부에 도입하였다. 생성된 폴리알루미노실리케이트 마이크로겔 용액은 대략 1/1250의 Al2O3/SiO2몰비를 가졌다.
장치를 사용하여 20 갤론/분의 속도로 0.5 중량% 폴리알루미노실리케이트 마이크로겔 용액 6,000 갤론을 제조하였다. 혼합 대역에서 레이놀드수는 22,700로 계산되었다. 조작한 지 5시간 후, 단지 미량의 실리카 침착이 pH 전극상에서 발견되었다. 실리카 침착물을 제거하기 위하여, 30분 미만 동안 NaOH 플러싱을 수행한 후, 시스템을 통상적인 제조 공정에 재순환시켰다. 폴리알루미노실리케이트 마이크로겔 용액을 액체 포장용 보드 제조용 페이퍼 밀에 사용하여 우수한 결과를 얻었다.
＜실시예 4＞
폴리알루미노실리케이트 마이크로겔의 제조
상업적인 크기의 폴리알루미노실리케이트 마이크로겔 용액 제조 장치를 도 4에 나타낸 원리에 따라 조립하였다. 원료 물질 공급 저장기를 제외한 장치를 각각 대략 8×8 피트로 측정된 두개의 받침대 상의 강철 골격에 견고하게 고정시켰다. 받침대 (1) 상에 나트륨 실리케이트, 나트륨 알루미네이트의 공급물 연결용 유입구 및 희석 공정에 사용되는 용수용 유입구를 고정시켰다. 또한, 받침대 (1) 상에 각각의 화학 물질을 위해 필요한 펌프 및 최종 폴리알루미노실리케이트 마이크로겔을 수용하기 위한 저장기를 고정시켰다. 받침대 (2) 상에 나트륨 실리케이트 및 희석용 물의 유동 조절 밸브, 실리케이트/알루미네이트 혼합 연통부, 숙성 루프 및 수산화나트륨 플러싱 저장기를 고정시켰다. 나트륨 알루미네이트의 유동을 실리케이트 유동에 비례하는 속도에서 기어 펌프를 사용하여 조절하였다. 나트륨 알루미네이트를 2 중량%의 Al2O3로 희석한 후, 실리케이트/알루미네이트 혼합 연통부에 도입하였다. 생성된 폴리알루미노실리케이트 마이크로겔 용액은 대략 1/10의 Al2O3/SiO2몰비를 가졌다.
장치를 사용하여 2.3 갤론/분의 속도로 1.7 중량% 폴리알루미노실리케이트 마이크로겔 용액 450 갤론을 제조하였다. 혼합 대역에서 레이놀드수는 11,700으로 계산되었다. 혼합 대역에서 발생한 실리카 침착물은 따뜻한 가성 소다 용액에 가용성인 것으로 판명되었다.
생성된 1.7% 폴리알루미노실리케이트 마이크로겔 용액을 희석된 나트륨 실리케이트와 나트륨 알루미네이트 용액을 함께 혼합한 지 1분 및 5분 후에 물로 희석하여 0.5 중량%로 만들어 용액을 안정화시켰다.
폴리알루미노실리케이트 마이크로겔 용액의 제지 수용 및 배수 보조제로서의 성능은 35% 표백된 크라프트 경목, 35% 표백된 크라프트 연목 및 30% 침전된 탄산칼슘으로 구성된 종이 퍼니시를 사용하여 5 nm 콜로이드성 실리카와 비교하여 입증되었다. 종이 퍼니시 조도(consistency)는 0.3 중량%이었고, pH는 8.0이었다. 퍼니시를 750 rpm에서 Britt Jar에서 혼합하였다. 양이온성 감자 전분을 퍼니시 고체 함량 1톤당 15 파운드의 투여 속도로 퍼니시에 첨가하였다. 상기와 같이 제조된 폴리알루미노실리케이트를 1 lb/t의 투여 속도로 퍼니시에 첨가하였다. 대조용으로서, 5 nm 콜로이드성 실리카를 2 lb/t의 투여 속도로 퍼니시에 첨가하였다. 첨가 순서 및 시간은 다음과 같다.
시간(초) 단계
0 혼합 시작
15 전분 첨가
30 실리카 첨가
45 혼합 중지, 프리니스 시험기에 이송
화학물질을 퍼니시에 첨가한 후, Canadian Standard Freeness 장치를 사용하여 퍼니시의 프리니스를 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다 (투여 속도는 퍼니시 고체 1톤당 SiO2의 파운드로서 나타냄).
퍼니시의 프리니스
사용된 실리카 투여 속도(lb/t) 프리니스 (ml)
콜로이드성 실리카(입자 크기 5 nm) 2 650
1분 동안 숙성시킨 폴리알루미노실리케이트 마이크로겔 1 640
5분 동안 숙성시킨 폴리알루미노실리케이트 마이크로겔 1 660
상기 데이타로부터 알 수 있는 바와 같이, 종래 기술의 실리카에 의해 요구되는 프리니스 수준을 달성하기 위해 본 발명의 폴리알루미노실리케이트 형태는 실리카의 약 1/2 정도만이 필요하였다.

Claims (5)

  1. a) 수용성 실리케이트 용액을 포함하는 제1 스트림 및 알칼리 금속 알루미네이트를 포함하는 제2 스트림을, 스트림들이 30°이상의 각도로 수렴하는 혼합 대역에, 혼합 대역 중에서 약 4,000 이상의 레이놀드수를 생성시키기에 충분한 속도로, 생성되는 실리케이트/산/염 혼합물이 1 내지 6 중량%의 실리카 농도 및 8보다 큰 pH를 갖도록 동시에 도입하는 단계,
    b) 실리케이트/알루미네이트 혼합물을 목적하는 수준의 부분적인 겔화를 달성하기에는 충분하되 15분을 초과하지 않는 시간 동안 숙성시키는 단계,
    c) 숙성된 혼합물을 2.0 중량% 이하의 실리카 농도까지 희석하는 단계
    를 포함하는, 개개의 사슬 내에 함께 결합되어 3차원 네트워크 구조를 형성하며, 표면적이 약 1,000 m2/g 이상인 직경 1 내지 2 nm의 실리카 입자의 용액을 포함하는 폴리알루미노실리케이트 마이크로겔을 실리카 침착을 감소시키면서 연속 제조하는 방법.
  2. a) 수용성 실리케이트 용액을 포함하는 제1 스트림 및 알칼리 금속 알루미네이트염을 포함하는 제2 스트림을, 하나의 스트림을 환상 혼합 장치의 내부 파이프로부터 외부 파이프를 통해 흐르는 제2 스트림 내로 배출시켜 스트림들을 수렴시키는 환상 혼합 장치에, 혼합 장치의 혼합 대역 중에서 약 4,000 이상의 레이놀드수를 생성시키기에 충분한 속도로, 생성되는 실리케이트/알루미네이트 혼합물이 1 내지 6 중량%의 실리카 농도 및 8 초과의 pH를 갖도록 동시에 도입하는 단계,
    b) 실리케이트/알루미네이트 혼합물을 용액 중에서 유지되는 동안 1차 실리카 입자들이 함께 결합되어 3차원 구조를 형성하기에는 충분하되 15분을 초과하지 않는 시간 동안 숙성시키는 단계,
    c) 숙성된 혼합물을 2.0 중량% 이하의 실리카 농도까지 희석하는 단계
    를 포함하는, 개개의 사슬 내로 함께 결합되어 3차원 네트워크 구조를 형성하며, 표면적이 약 1,000 m2/g 이상인 직경 1 내지 2 nm의 1차 실리카 입자의 용액을 포함하는 폴리알루미노실리케이트 마이크로겔을 실리카 침착을 감소시키면서 연속 제조하는 방법.
  3. (a) 수용성 실리케이트 용액을 수용하기 위한 제1 저장기,
    (b) 알칼리 금속 알루미네이트를 수용하기 위한 제2 저장기,
    (c) 상기 제1 저장기와 연통된 제1 유입구, 상기 제1 유입구와 30。 이상의 각도로 배열되어 있으며 상기 제2 저장기와 연통된 제2 유입구 및 배출구를 포함하는 혼합 장치,
    (d) 실리케이트 용액의 스트림을 상기 제1 저장기로부터 상기 제1 유입구로 펌핑하기 위하여 상기 제1 저장기와 상기 혼합 장치 사이에 위치한 제1 펌핑 수단, 및 상기 용액이 펌핑되는 동안 생성된 실리케이트/알루미네이트 혼합물 내의 실리카 농도를 1 내지 6 중량%가 되도록 조절하기 위한 제1 조절 수단,
    (e) 스트림들이 수렴하는 영역에서 상기 혼합 장치 내에 4,000 이상의 레이놀드수를 생성시켜 상기 실리케이트 및 상기 알루미네이트가 완전하게 혼합되기에 충분한 상기 제1 펌핑 수단의 속도에 비례한 속도로 알칼리 금속 알루미네이트의 스트림을 상기 제2 저장기로부터 펌핑하기 위한, 상기 제2 저장기와 상기 혼합 장치 사이에 위치하는 제2 펌핑 수단,
    (f) 상기 배출구 내에 위치하고 상기 알루미네이트의 상기 혼합 장치로의 유속에 반응하여 알루미네이트 대 실리카의 몰비를 1:4 미만으로 조절하기 위한 혼합물 조절 수단,
    (g) 수용 탱크,
    (h) 상기 혼합 장치의 배출구 및 상기 수용 탱크와 연통하여 그 사이에서 상기 혼합물을 이송하기 위한 연장된 이송 루프 및
    (i) 수용 탱크 중의 실리케이트/알루미네이트 혼합물을 2.0 중량% 이하의 실리카 농도로 희석하기 위한 희석 수단
    을 포함하는, 안정한 수성 폴리알루미노실리케이트 마이크로겔의 연속 제조 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 실리카 농도가 1.0 중량% 이하인 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제1 유입구 및 상기 제2 유입구가 서로에 대하여 90。의 각도로 배열되어 있고, 상기 알칼리 금속 알루미네이트가 나트륨 알루미네이트인 장치.
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