KR830001165B1 - 규산소오다의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용없음.

Description

규산소오다의 제조방법

첨부의 도표는 본 방법을 설명하는 예시도표 임.

본 발명은 가압상태의 가성소오다 수용액으로 석영질 규사를 용해처리함으로서 규산소오다 수용액을 제조하는 방법에 관한 것이다.

규산소오다를 제조하는 종래의 공업적방법을 설명하면 규사와 탄산소오다의 혼합물을 1,100℃ 이상으로 가열용융하여 규산소오다형의 유리를 만들고, 얻은 규산소오다형의 유리를 압력 2-5 바아르의 오오토클레이브 속에서 과열된 물로 용해한 다음에 여과하여 이른바 물유리형 내지 용액형의 규산소오다를 공업적으로 제조하였던 것이다.

이와 같은 방식의 물유리 제조방법은 고온도를 사용하는 가열용융처리가 긴요하므로, 석유 또는 석탄을 다량으로 소비하기 때문에 이에 기인되는 원가부담이 적지 않았던 것이다. 뿐만 아니라 가열용융처리에서는 용융상태의 탄산소오다가 내화물을 침식하여 이에 대한 대응책은 용융노의 개축 뿐이므로 용융노의 개축이 생산원가를 더 높게 하였던 것이다.

그러므로 규사와 탄산소오다의 혼합물을 고온도로 가열하여 용융처리함이 없이 가성소오다로 규사를 오오토클레이브 속에서 직접 용해하는 방법으로 규산소오다수 용액을 얻기 위하여 특히 북미합중국 특허 제 2,881,049 및 "Chemical Engineering" February 1962. 2. Pages 76-78에서는 여러가지의 방법이 발표되었고 또 발달 되고 있는 것이다.

그러나 위에서 말한 종래의 오오토클레이브식 규산소오다수용액 제조방법에서는 특히 용해 과정에서 오오토클레이브가 가성소오다 수용액에 의하여 침식되는 폐단을 배제함이 긴요 사항인 바 이와 같은 폐단을 배제하기 위하여는 침식이 없는 정도의 온도와 압력을 사용하여야 하므로 그 압력을 3-6바아르로 하고서 용해과정을 수행하는 것으로 발표되었다. 그러나 이와 같이 압력이 저압이라 함은 용해온도가 또한 저온화됨이 당연하므로 이와같은 반응온도의 저온에 기인되는 반응진행의 저온저압화를 배제하고 용해 반응의 진행을 향상하기 위하여 종래의 방법에서는 규사의 종류선택과 규사를 미분말로 되게 분쇄하거나 또는 규사를 고온도로 가열 처리한 직후에 수중급냉하는 등의 번거로운 과정인 긴요불가결의 조건으로 되는 점에 폐단이 있었다.

상술한 바와 같이 이들 종래의 오오토클레이브식 규사용해에 의한 규산소오다 용액의 제조방법에 소요되는 생산 원가는 석영질규사와 탄산소오다로 되는 혼합물을 가열용융처리하는 종래의 용융노식 물유리제조법의 생산원가와 등등하다는 사실이 입증되었는 바 그러나 위에서 말한 오오토클레이브식 물유리제조방법만이 규사를 가성소오다 수용액으로 압력하에서 용해 처리하여 물유리를 제조함에 관하여 공업적으로실제화된 유일한 오오토클레이브식 물유리 제조방법인 것이다.

출원인의 회사에서는 가성소오다용액과 규사 또는 석영질체와를 오오토클레이브식 용해법으로 용해처리 하여 규산소오다 수용액 (물유리)을 제조함에 있어서, 전술한 종래의 오오토클레이브식 물유리 제조법이 내포하는 상술의 폐단이 배제되는 제조방법을 개발하게 되었다.

본 발명의 가성소오다에 의한 오오토클레이브식 규사용해에 의한 규산소오다 수용액의 제조방법은 규사의 종류와 물리적 구조와 전처리과정의 여하에 영합됨이 없으며, 다만 규사의 과립크기만을 1mm 이하로 하는 조건은 필요하므로 이로 인하여 분쇄과정만을 사용할 수도 있으나, 반드시 분쇄하는 것은 아니라는 조건하에서 규사를 가성소오다 수용액으로 용해하는 오오토클레이브식 물유리 제조법이다.

상술함과 같이 가성소오다 수액용에 의하여 오오토클레이브가 침식되는 결점을 본 발명에서는 규사를 용해하는 가성소오다수용액을 탄산소오다가 첨가용 해 된 가성소오다 용액으로 사용함에 의하여 해결하였는 바, 이를 수행함에 있어서는 닉켈제 열교환기 속에서 탄산소오다가 용해된 가성소오다수용액을 예열하여 오오토클레이브에 공급함에 의하여 또 규사가 혼합되고 탄산소오다가 용해된 가성소오다수용액 (이는반응용 혼합액 임)을 오오토클레이브식 용해법으로 4연속식으로 용해처리 함애 의하여 상술한 바와같은 결점을 방지하여 강철제 오오토클레이브가 침식되는 문제점을 해결한 것이다.

그러므로 본 발명에 의하면 사용하는 오오토클레이브 또는 여러개의 강철제 오오토클레이브가 가성소오다에 의하여 침식되는 문제를 해결하기 위하여 종래와 같이 닉켈로 라이닝한 오오토클레이브를 시설하여야 하는 번거로움이 없게 되는 것이다. 그러므로 본 발명에서는 필요한 오오토클레이브를 통상적인 강철로 제조함에 의하여 시설비의 부담과 유지비를 경감하게 되는 것이다.

따라서 본 발명의 방법은 규산소오다수용액을 종래의 어느 방법보다도 대단히 저렴한 값으로 제조하게되는 것이다. 뿐만 아니라 본 발명으로 얻는 규산소오다수용액의 철분함량은 로 계산하여 30-40 mg/ℓ되기 때문에 특히 순백색의 제올라이트를 제조함에 유용성이 크다.

본 발명을 첨부의 도표에 따라 다음에서 설명한다.

가) 원료인 석영질규사를 방목 1mm의 체를 통과시키는 일반 NaOH를 180-230g/ℓ로 함유하는 공업용 가성소오다 수용액을 준비한다. 이 가성소오다 수용액에 Na₂Co₃를 15-20g/ℓ의 비율로 첨가용해 하여, 규사에 대한 용해반응용알칼리성 액체 L1을 만든다.

나) 용해반응용 알칼리성액체 Ll과 규사와를 A부에서 혼합하여 규사가 혼합된 반응용 혼합액 L3를 형성하여 이 반응용 혼합액 L3를 압력펌프의 작동에 의하여 강철제 오오토클레이브 C에로 연속 충입하다.

이때에 반응용 혼합액 L3의 성분비는 SiO₂/NaOH의 분자량비가 1.7-2.6의 범위로 되게 한다.

다) 앞에서 사용한 알칼리성액체 Ll의 잔부를, B부에 설치관 판체형 또는 다관식 닉켈제 열교환기에 충입하고서 250℃-280℃로 간접예열한다. 이 간접예열의 에너지로는 아래에서 말하는 팽창밸브 D에서 방출되는 수증기 Vl을 회수하여 사용하거나 보조가열용 수증기 V2를 보조적으로 사용하거나 하여 연속적으로 가열한다. 이때에 가열되는 반응용 알카리성 액체 Ll은 성영질 규사를 함유하지 않으므로 닉켈제열교환기를 마모 손상함이 없다.

이리하여 250℃-280℃도 에열 (가열)된 반응용알카리성 액체 L2와, 규사가 혼합되고 탄산소오다와 가성소오다가 용해된 반응혼합액 L3와를 오오클레이브 C내에 연속적으로 압입한다.

라) 이와 같이 하므로, 오오토클레이브 C 내에서는 석영질규사의 용해반응이 연속적으로 진행하는 것이다.

규사가 혼합된 반응용 혼합액 L3와, 에열된 반응용 알카리성 액체 L2와는 모두 오오토클레이브 C내에 연속적으로 충입한다. 이들의 반응용 혼합액 L3와 반응용 알카리성액체 L2는 압력을 사용하여 압입식으로 연속충입하는 것이다.

하나의 오오토클레이브 또는 여러개로 되는 오오토클레이브군의 온도는 225° 내지 245℃로 하며 이때의 압력은 27-32 바아르이고, 또 오오클레이브 내에서의 체류시간(반응시간)은 20-32분이다. 이와 같은 조건하에서는 석영질구서의 용해가 규사의 증류 또는 규사의 산출 산태에 관계없이 신속히 또 연속적으로 진행하는 것이다.

이와 같이 오오토클레이브 내에서 규사가 연속적으로 또 신속히 수용액화하여 언제나 SiO₂를 160g/ℓ 이상으로 용해한 규산소오다 수용액을 연속적으로 얻게되는 것이며, 이 용액내이 존재하던 가성소오다는 실리카와 신속히 화합되어서 규산소오다로 되어 가지고 용액화 하였으므로 일반적인 강철제 오오토클레이브에 대한 침식성 유리상태의 가성소오다보다 극히 적은 것이다.

오오토클레이브 C의 가열은 오오토클레이브 가열용 수증기 V3를 사용하여 필요한 온도를 유지하도록 가열하는 것이다. 오오토클레이브 C에서 배출되는 액체에 관하여 검토한 바에 의하면 충입한 식영질규사의 95% 이상이 용해되어서 규산소오다로 변화되었던 것이다.

마) 오오토클레이브 C로부터 배출되는 반응완결의 액체 L4는 반응하지 못한 잔류규사가 혼합된 규산소오다 수용액인 바, 이는 팽창발브 D에서 배출하고 냉각함에 의하여 상압상태의 액체를 얻는다. 그리고 팽창발브 D에서 배출되는 수증기 Vl은 반응용 가성소오다 수용액 L2를 예열함에 사용한다.

규산소오다 수용액 L5는 필요 여하에 따라서는 물을 첨가 회석하여 NaO₂SiO₂의 결정화를 방지하고 기우려 따르기와 여과법으로 잔류규사를 분리하고 여과액을 얻는 바, 이 여과액이 규산소오다 수용액이다

여과에서 분리되는 고체물질은 미반응의 잔류규사가 주성분이므로 A 부에로 되돌려서 순환사용한다. 이리하여 얻는 여과액은 SiO₂의 함량이 320-370 g/ℓ이며, Na₂O의 함량은 NaOH로 계산하여 160-200 g/ℓ이고, 철분함량은 Fe로 계산하며 40 mg/ℓ 이하인 규산 소오다 함유의 수용액이다.

이 규산소오다 수용액은 실리코알루미산소오다 특히 제올라이트 A의 제조에는 가장 합당한 규산소오다 수용액이다.

다음에는 본 발명이 이 실시예만 국한됨이 없는 것으로 하고서 실시예를 예시도표에 따라 기재한다.

[실시예]

NaOH 193kg을 함유하는 가성소오다 수용액 428kg에 Na₂CO₃8kg과 물 570kg을 첨가용해하여 탄산소오다가 용해된 가성소오다수용액인 반응용알칼리성액체 Ll을 만든다. 이리하여 얻는 반응용 알칼리성액체 Ll은 용적이 0.83m³이며 그 성분은 다음과 같다.

NaOH : 193 kg H₂O : 805 kg

Na₂CO₃: 8 kg

이 반응용 알칼리성액체 Ll의 일부 0.21m³에, SiO₂341kg이 함유된 규사 343kg을 A부에서 첨가혼합한다. 이 규사의 SiO₂함량은 99.4%이다. 이리하여 탄산소오다를 용해함유하고서 규사를 혼합한 가성소다 수용액인 반응용 혼합액 L3를 얻는 바, 얻은 반응용 혼합액 L3의 용적은 0.34m³이다. 이 반응용 혼합액 L3를 오오토클레이브 C에로 압력하에서 충입한다.

이와 동시에 위에서 말한 반응용 알칼리성 액체 Ll의 잔부를 B부의 열교환기에서 275℃로 예열한 다음에 오오토클레이브 C예로 압력하에서 충입한다.

오오토클레이브 C 내에서는 앞에서 충입한 액체가 모두 온도 240℃로 급속히 가열되어서 이 온도를 조절 유지하며, 압력은 27바아르로 된다. 이 온도 및 압력으로 유지하는 시간(반응시간)은 25분간이다.

이 압력하에서의 반응 말기에는 반응완결의 액체를 팽창발브 D에서 배출(flash)함에 의하여 냉각하고, 물 0.22m³을 첨가하여 희석한다음 기우려 따르기와 이과법으로 잔류규사와 고형분을 제거한다. 어과잔사로 되는 고체물은 15kg이다. 이 고체물은 SiO₂13kg이 함유된 것이다. 그리고 어과액의 용적은 1.03m³이며, 이 여과액에서 물에 용해된 물질의 성분비는 다음과 같다.

NaOH : 191kg SiO₂: 328kg

Na₂CO₃: 7.5kg Fe : 32kg

위의 성분비에 함유된 NaOH 191kg과 SiO₂328kg으로부터 계산하여, 이 여과액은 Na₂O 2.35 SiO₂가 용해 된 규산소오다수용액 (물유리 )이 다.

Claims (1)

1. 2산화규소를 함유하는 물질과 가성소오다와 탄산소오다와 혼합용액과를 반응대역에 연속적으로 충입하여 온도범위 225° 내지 245℃ 압력범위 27내지 32바아르에서 20내지 35분간 반응시켜서 반응대역으로 부터 규산소오다 수용액을 연속적으로 제조함을 특징으로하는 2산화규소를 함유하는 물질로부터 규산소오다의 연속적 제조방법.

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