KR930002231B1 - 열수 물유리의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

열수 물유리의 제조방법
본 발명은 모래, 수산화나트륨 및 물의 반응에 의한 SiO2대 Na2O의 중량비가 1.95 내지 1.6 : 1인 규산나트륨 용액의 열수 제조방법에 관한 것이다. "물유리(waterglass)"로서 공지된 알칼리금속 규산용액중, (통상적으로 소오다 물유리로 공지된)규산나트륨 용액이 기술적 목적으로 가장 광범위하게 사용된다. 소오다 물유리의 고형분 함량은 약 30 내지 40중량%이며 SiO2대 Na2O의 중량비는 3.3 내지 3.4 : 1이다. 소오다 물유리의 공지된 제조방법은 1400 내지 1500℃온도의 회화로에서 CO2의 방출과 함께 규사와 소오다의 용융에 기초한다. 냉각으로 고체화된 용융물(괴상유리라고 칭함.)을 또다른 공정에서 가압하의 승온에서 물중에 용해시켜서 수득된 용액을 임의적으로 여과한다.
상기 용액을 수산화나트륨과 혼합하므로써, 알칼리가 좀더 풍부하고 SiO2대 Na2O의 중량비가 보다 낮은 규산나트륨 용액을 수득할 수 있다. 그러나, SiO2대 Na2O의 중량비가 약 2 : 1인 알칼리가 풍부한 물유리를 수득하기 위해서, 본 발명은 장치와 에너지 소비의 면에서 너무 많은 비용이 들며 높은 에너지와 설비 비용이 든다. 소오다 물유리의 제조를 위한 또다른 공지의 방법은 열수 조건하에서 모래와 수성 수산화나트륨을 침지시키는 것을 포함한다. 이 열수 방법의 원리는 종종 공지되어 왔다(참고 문헌 : DE-PS 2447 79 및 Chemical Engineering 5.76(1962)). 불만족스런 용적/시간 수율 및 고점도 반응용액의 분리 및 여과의 상당한 어려움 때문에 상기 방법으로는 결코 어떤 상업적 의미도 성취되지 않는다. 반응 혼합물의 제조에 수반되는 어려움은 반응기의 염기 근방에 정렬된 여과 요소를 사용하여 실리카-함유 물질 및/또는 불용성 불순물로 부터 반응 생성물을 분리하므로써 피할 수 있다고 BE-PS 64 97 39로 부터 공지되어 있다. 여과 공정은 예비 열수 합성동안 유지시켰던 온도와 압력 조건하에서 수행하되는 것으로 짜여졌다. 전체 반응시간은 약 8 내지 9시간이다. 반응 속도는 30%의 수산화나트륨을 사용할때보다 50%의 수산화나트륨을 사용할때 더 낮아지는 것으로 상기 문헌에 또한 명시되어 있다. EP-PS 0 033 108에 따르면, 물유리는 과량의 모래와 수성 수산화나트륨으로 부터 열수 제조될 수 있다. 불용성 미세성분을 팽창 및 반응 혼합물의 약 100℃로의 냉각 후 반응기 밖으로 분리해낸다.
상기의 상이한 기술적 개념은 시설의 구성뿐만 아니라, 수득되는 용적/시간수율에 깊이 관련되어 있다. BE-PS 64 97 39에 따른 방법에서 4시간의 반응 시간과 반응기내에서의 여과 시간은 동일한 시간이 요구되지만, EP-PS 0 033 108에 따른 방법에서 반응 시간은 120분으로 감소된다. 모래와 수산화나트륨으로부터 SiO2대 Na2O의 중량비가 약 2 : 1인 규산나트륨 용액의 제조를 위한 비용-최적 열수방법에 있어서, EP-PS 0 033 108에 의해 요구되는 반응시간 역시 장시간이다. 또한, 반응 혼합물중 과량의 모래는 여과 및 여과 동안 농도가 증가된 모래 불순물(예. Al2O3, MgO, CaO, TiO2)의 제거 후 미사용 모래의 재사용을 필연적으로 수반한다. 1.9 내지 2.1 : 1의 높은 모듈러스(SiO2: Na2O)를 지닌 규산나트륨 용액은 5 내지 10중량%의 과량의 모래와 수산화나트륨으로 부터 제조될 수 있다고 DE-OS 34 21 158로 부터 공지되어 있다. 여과 공정은 웃여과 보조제의 존재하에서 과량의 모래를 사용하여 침지 여과기중에서 수행한다. 모듈러스가 1.9 내지 2.1 : 1인 규산나트륨 용액을 제조하기 위한 공지의 열수 방법을 공업적으로 이용함에 있어서, 침지 여과기와 같은 정교한 여과유니트(units)를 사용하여야만 하고 또는 과량의 모래를 경사 침지탱크와 같은 공지된 분리기를 사용하여 규산나트륨 용액으로 부터 완전히 분리해낼 수가 없기 때문에 심각한 어려움이 발생한다. 규산나트륨 용액중에 과량의 모래가 현탁된 현탁액은 빠르게 굳어지므로 파이프 봉쇄 및 펄프 파괴가 일어난다. 또한, 물유리가 과량의 모래없이 열수 제조될 수 있음이 EP-PS 0 033 108, 비교예 2b로 부터 공지되어 있다. 이 방법에서, 반응 혼합물중에 사용된 SiO2대 Na2O의 비는 2.02이며 사용된 모래에는 96중량%의 SiO2가 함유된 것으로 여겨진다. 그러나, 반응 온도가 225℃일지라도 모래의 반응을 완결하기 위해서 상기 혼합율과 함께 요구되는 4시간의 반응 시간은 너무 길다.
본 발명의 목적은 수득된 규산나트륨 용액이 모래의 상당히 작은 잔류량을 함유하는, 초기에 언급된 형태의 열수방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 목적은 190 내지 240℃의 온도에서 모래를 혼합물의 중량비가 2 : 1에 해당하는 준화학양론적 량이 되도록 반응시키는 초기에 언급된 형태의 방법으로 성취된다. 특정한 한 태양에 있어서, 상기 방법은 SiO2대 Na2O의 중량비 1.9±0.05 : 1, 반응온도 200 내지 230℃, 상기 온도에 대응하는 포화증기 압력하에서 36.5 내지 47.5중량% 농도의 수산화나트륨을 사용하여 수행하며, 모래를 기준으로 전환율이 99.7% 이상이 될때까지 반응을 계속 수행한다. 과량의 모래를 사용하지 않으므로써, 생성 물유리 용액중에 존재하는 잔류 고형분은 물유리의 후속공정, 예를 들어 제올라이트를 방해하지 않는다는 것이 밝혀졌다. 용액을 여과에 의해 정제할 필요가 없다는 것도 밝혀졌다. 물기준으로 NaOH를 47.5중량% 농도까지 사용하면 반응 시간은 증가하지 않으나. BE-PS 64 97 39에 따르면 50% NaOH를 사용하면 반응 시간이 증가되는 것으로 놀랍게도 밝혀졌다. 특히 유리한 한 태양에 있어서, SiO2대 Na2O의 비가 8 : 4.45±3이 되도록 모래와 수성 수산화나트륨을 혼합하고, 물을 임의적으로 더 첨가하여 수득된 반응 혼합물(SiO2대 Na2O의 몰비는 1.927 내지 1.68 : 1, 바람직하게는 1.8 : 1이며 SiO2: H2O의 최대 몰 농도는 1 : 3이고 Na2O : H2O의 최대 몰 농도는 1 : 6이다)을 오토클레이브중에서 35±5분 동안 215±51℃의 온도로 가열한다. 또 다른 태양에 있어서, 침강 유니트, 특히 경사 침지 탱크가 수득된 용액을 정제하기 위해 사용된다. 반응 혼합물의 물 함량에 관련한 수치는 반응 혼합물의 최대 농도치, 이에 의한 생성된 물유리의 최대 농도치를 나타낸다. SiO2함량이 96±3중량％인 모래가 바람직하게 사용된다. 수성 수산학나트륨중의 Na2O 함량은 50중량％일 수 있다.
본 발명 방법에 의하여 2g/ι 이하의 모래가 함유된 천연 물유리가 수득된다.
본 발명으로 제조된 물유리에 있어서, 예를 들어 제올라이트의 합성중 후속 용도를 위한 여과는 필요치 않다. 특정 용도를 위해 모래의 사용상 좀더 콘 자유로움이 필요하다면, 물유리의 모래 함량을 경사 침지탱크로 여과하여 0.2g/ι 미만으로 감소시킬 수 있다. 35±5분의 짧은 반응시간 동안 반응온도가 215±5℃로 유지되는 것은 특히 놀랍다.
[실시예]
출발 물질, 모래 및 수산화나트륨(50%)를 저장 용기에서 중량을 측정하여 첨가 유니트로 25m3오토클레이브안에 주입한다. 혼합물은 8400kg 모래(=8000kg SiO2및 400kg몰) 및 11500kg 50% NaOH(=4456kgNa2O)를 함유한다.
상기 혼합물은 1000ℓ물로 희석한다. 따라서 수산화나트륨의 농도는 44.6중량% 이다. 반응 혼합물은 하기 몰 조성을 갖는다.
SiO2: Na2O=1.85 : 1
Na2O : H2O=1 : 6.5
SiO2: H2O=1 : 3.5
상기된 량으로 충전 후, 오토클레이브를 봉하여 15 내지 20분 동안 21바 증기로 반응 온도 약 215℃까지 가열한다.
상기 온도를 약 30분 동안 유지한다. 이어서 반응을 종료한다 : 약 2g/ι의 잔류물과는 별도로, 모래를 규산나트륨으로서 용액에 통과시킨다. 증기의 공급을 차단한 후, 오토클레이브를 디프(dip)파이프를 이용하여 아래 유니트에 연결시킨다. 팽창 밸브를 개방한 후, 오토클레이브의 내용물을 자체 압력하에서 물유리탱크로 옮긴다. 원료 물질의 공급, 오토클레이브의 충전, 가열, 반응 및 엠프팅(emptying)의 순환에 소요되는 전체 시간은 120분이다.
하기 표는 상기한 수산화나트륨 농도에서의 반응 속도를 명시한 시험결과를 나타낸다.
[표 1a]
Figure kpo00001
Figure kpo00002
[표 2]
Figure kpo00003

Claims (5)

  1. 모래를 혼합물의 중량비가 2 : 1에 해당하는 준화학 양론적 량이 되도록 190∼240℃의 온도에서 반응시킴을 특징으로 하는, 모래, 수산화나트튬 및 반응에 의해 SiO2대 Na2O의 중량비가 1.95 내지 1.6 : 1인 규산나트륨 용액의 열수 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 반응을 1.9±0.05 : 1의 SiO2대 Na2O의 중량비, 200∼230℃의 반응온도, 이 온도에 상응하는 포화증기압 및 36.5∼47.5중량%의 수산학나트륨 농도에서 수행하며, 모래를 기준으로 적어도 99.7%의 전환물이 될때까지 수행함을 특징으로 하는 열수 물유리의 제조방법.
  3. 제1 또는 2항에 있어서, 모래를 SiO2대 Na2O의 중량비가 8 : 4.45±0.3이 되도록 수산화나트륨 수용액과 혼합하고, 임의로 물을 더 가한 후, SiO2대 Na2O의 몰비가 1.927 내지 1.68 : 1, 바람직하게는 1.8 : 1이고, SiO2: H2O의 최대 몰 농도가 1 : 3 및 Na2O : H2O의 최대 몰 농도가 1 : 6인 생성 반응 혼합물을 오토클레이브에서 35±5분 동안 215±5℃의 온도로 가열함을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 또는 2항에 있어서, 침강유니트, 더욱 특별하게는 경사 침강 탱크를 수득된 용액의 정제를 위해 사용함을 특징으로 하는 방법.
  5. 제3항에 있어서, 침강유니트, 더욱 특별하게는 경사 침강 탱크를 수득된 용액의 정제를 위해 사용함을 특징으로 하는 방법.
KR1019880011681A 1987-09-09 1988-09-09 열수 물유리의 제조방법 KR930002231B1 (ko)

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