PL121809B1 - Method of sodium silicate manufacture - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania krze¬ mianu sodowego z kwarcu poprzez reakcje z wodorotlen¬ kiem sodu w srodowisku wodnym pod cisnieniem.Istniejacesposobyprzemyslowego wytwarzaniakrzemianu sodowego zawieraja przewaznie: prazenie mieszaniny piasku i weglanusodowego do temperatury powyzej 1100°C, solubilizacje tak otrzymanego krzemianu sodowego w auto¬ klawie pod umiarkowanym cisnieniem, to znaczy od 0,2 do 0,5 MPa oraz filtracje. Sposób taki jest kosztowny, gdyz prazenie wymaga zuzycia paliwa, to znaczy oleju opa¬ lowego lub wegla. Z drugiej zas strony uklad prazenia wymaga ciaglej konserwacji ze wzgledu na mozliwosc korozji materialów ogniotrwalych przez weglan sodowy.Opracowane zostaly rózne sposoby majace na celu usu¬ niecie prazenia mieszaniny piasku i weglanu sodowego oraz bezposredniego przeprowadzania solubilizacji krze¬ mionki za pomoca autoklawowania z wodorotlenkiem sodu, co zostalo opisane w Chemical Engineering 1962, luty 2, str. 76—78 i w patencie Stanów Zjednoczonych Ameryki Pln. nr 2 881049.W celu kontrolowania i unijcania korozji urzadzen a szczególnie autoklawów, solubilizacje przeprowadza sie pp4 umiarkowanym cisnieniem, to znaczy od 0,3 do 0,6 MPa. Jednakze wynikajace z powodu tych cisnien niskie temperatury wymagaja doboru odpowiedniego piasku, jego rozdrobnienia albo poddania go wstepnej obróbce, pplegajacej na prazeniu oraz nastepujacemu po tym har¬ towaniu w wodzie.Wszystkie te sposoby okazaly sie równie uciazliwe jajc 10 15 20 25 30 prazenie mieszaniny kwarcu i weglanu sodowego przy sto¬ sowaniu na skale przemyslowa.Sposób wedlug wynalazku dotyczacy wytwarzania krzer mianu sodowego z kwarcu lub z piasku za pomoca auto^ klawowania z wodorotlenkiem sodu, nie wykazuje nicr dogodnosci sposobów wyzej wymienionych.Sposób wedlug wynalazku polega na tym, ze kwarc z piasku solubilizuje sie w autoklawie w temperaturze od 225 do 245 °C, pod cisnieniem 2,7 do 3,2 MPa, w roztworze wodorotlenku sodu i weglanu sodu.Warunki autoklawowania sa takie, ze mozna przeprowa¬ dzic solubilizacje piasku nie poddanego obróbce wstepnej niezaleznie od rodzaju i struktur} fizycznej piasku z wyjat? kiem jedynie wymiaru ziaren, który powinien byc nizszy od 1 mm co ewentualnie wymaga rozdrabniania.Problemy korozji wywolanej stosowaniem wodorotlenku sodu zostaly rozwiazane poprzez uzycie roztworu wodoro¬ tlenku sodu obciazonego weglanem sodowym, oraz przez wstepne ogFzewanie roztworu wodorotlenkiem sodu w odpowiednio dos-tosowanych wymiennikach niklowych, w których nie ma obawy scierania ich przez kwarc oraz poprzez przeprowadzanie ciaglej solubilizacji kwarcu za pomoca autoklawowania.Uzyty autoklaw lub autoklawy nie wymagaja wiec po¬ wlekania od wewnatrz niklem w celu unikniecia korozji wywolanej wodorotlenkiem sodu. Sa one ze zwyklej stajj, co pozwala na znaczne zmniejszenie inwestycji fabrycznych oraz kosztów konserwacji.Sposób wedlug wynalazku umozliwia otrzymanie roz¬ tworu krzemiaEu sodowego po koszcie znacznie mniejszym 121 809I 121809 te niz w znanych sposobach. Poza tym roztwór ten zawiera mniej niz 30—40 mg Fe/l,a wiec moze byc uzyty zwlaszcza do wytwarzania bardzo bialych zeolitów. Rózne etapy sposobu przedstawione sa na zalaczonym rysunku. 1. Surowcami sa: piasek kwarcowy przechodzacy przez sito o wymiarze oczek 1 mm oraz przemyslowy roztwór wodorotlenku sodu, rozcienczony do stezenia od 180 do 230 g NaOH/1. Do tego roztworu wodorotlenku sodu wprowadza sie Na2C02 w ilosci od 15 do 20 g/l celem otrzymania cieczy trawiacej Li. 2. W autoklawie A z kwarcu sporzadza sie zawiesine poprzez zmieszanie z czescia lugu sodowego Li, tak azeby zawartosc suchej substancji w otrzymanej zawiesinie La ^r^iimtgfrm&lfrpompowaniejejpod cisnieniemdoautoklawu C.! MJ(lzWkwarcu-jeitiki, ze stosunek wagowy Si02 do ogólnej | uzytej ilosci NaOHanajduje sie w zakresie 1,7—2,6. * r.^Resate lugu,sadowego Li ogrzewa sie w autoklawie » do temperatury ^50—280°C w niklowych wymiennikach "rui^ow^KTulfJrtytowych. To posrednie podgrzewanie od¬ bywa sie w sposób ciagly para Vi odzyskiwana z zaworów redukcyjnych D oraz uzupelniona czesciowo para V2.Podgrzewana ciecz nie zawiera kwarcu a wiec nie powoduje scierania metalu w wymiennikach. Ta podgrzana do tem¬ peratury 250—280°C ciecz trawiaca L2 jest wtryskiwana ciagle do autoklawu C. 4. W autoklawie C przeprowadza sie ciagla solubilizacje kwarcu. Ciecz trawiaca L2oraz zawiesine kwarcu L3 wpro¬ wadza sie sposobem ciaglym. Ciecz i zawiesina wtryskiwane sa pod cisnieniem. Temperatura w autoklawie lub w auto¬ klawach wynosi od 225 °C do 245°C, cisnienie od 2,7 do 3,2 MPa, a czas przebywania od 20 do 35 minut. W takich warunkach solubilizacja kwarcu jest szybka, niezaleznie od tegojakie jest jego pochodzenie. Ta szybka solubilizacja przeprowadzana w sposób ciagly pozwala na uzyskanie w autoklawie stacjonarnego roztworu, zawierajacego ponad 160 g/l solubilizowanego Si02, malo agresywnego wzgle¬ dem uzytej stali zwyczajnej, gdyz wodorotlenek sodu jest Zobojetniony solubilizowana krzemionka. Temperature w autoklawach utrzymuje sie przez doprowadzenie pary Va.Po wyjsciu z autoklawu C zostaje solubilizowane ponad* 95 % ladunku kwarcu. 5. Opuszczajaca autoklawy zawiesine L4, stanowiaca krzemian sodowy zawierajacy nieprzereagowany kwarc, chlodzi sie i cisnienie jej doprowadza sie do cisnienia atmosferycznego w szeregu zaworów redukcyjnych D.Pare zuzyta Vi wykorzystuje sie ponownie w autoklawie B do wstepnego podgrzewania roztworu wodorotlenku sodu.Roztwór krzemianów L5 ewentualnie rozciencza sie celem unikniecia krystalizacji krzemianu NaO.Si02 dekantuje oraz saczy. Oddzielone cialo stale czesciowo zawraca sie do obiegu w autoklawie A. Otrzymany roztwór krzemianu sodowego charakteryzuje sie stezeniem krzemionki wyno¬ szacym od 320 do 370 g/l Si02, stezeniem od 160 do 200 g/l NaOH oraz zawartoscia zelaza ponizej 40 mg/Fe.Roztwór ten nadaje sie doskonale do wytwarzania glino- krzemianu sodowego, a w szczególnosci zeolitu.Przyklady objasniaja wynalazek.Przyklad I. Roztwór wodorotlenku sodu i weglanu sporzadza sie z 428 kg lugu sodowego, zawierajacego 193 kg NaOH, do którego dodaje sie 8 kg Na2COj oraz 570 kg wody.Otrzymany roztwór Li maobjetosc 0,83 m3 i zawiera: 193 kg NaOH, 8 kg NaiCOj, 805 kg HaO. Czesc tego roz¬ tworu, majaca objetosc 0,21 m* uzywa sie w autoklawie A do sporzadzenia zawiesiny z ladunku 343 kg piasku, za¬ wierajacego 341 kg Si02. Uzyskana zawiesina L3 ma objetosc 0,34 m3. Wtryskuje sie ja do autoklasu C. Reszte roztworu Li podgrzewa sie równoczesnie w autoklawie B dotemperatury275 °C, a nastepnie wtryskujedoautoklawuC. 5 W autoklawie zawiesina ma temperature regulowana do 240°C, przy czym doprowadzenie do tej temperatury nastepuje bardzo szybko zas cisnienie wynosi 2,7 MPa.Czas przebywania w tej temperaturze i pod takim cisnie¬ niem wynosi 25 minut. Po zakonczeniu reakcji pod lisriie- 10 niem zawiesine chlodzi sie przez rozprezenie, po czym rozciencza za pomoca 0,22 m3 wody, a nastepnie dekantuje i saczy. Oddzielone cialo stale ma ciezar calkowity li kg.Zawiera ono 13 kg Si02. Przesaczona ciecz ma objttosc 1,03 m3. Zawiera ona: 191 kg NaOH, 7,5 kg Na2fc03, 15 328 kg Si02, 32 g Fe.Przyklad II. Sposób postepowania jest taki sani jak w przykladzie I. Przygotowuje sie roztwór Li mfejacy objetosc 0,8 m3 i zawierajacy 168 kg NaOH, 12 kg NaiCOs.Frakcje tego roztworu o objetosci 0,21 m3 stosuje sie do 20 przeprowadzenia w zawiesine wsad 314 kg piasku (312 kg Si02). Reakcja przebiega jak w przykladzie I. Zawiesina w autoklawie ma temperature 225°C. Czas przebywania w tej temperaturze wynosi 20 minut. Pod koniec feakcji, po rozcienczeniu filtratu, oddzielone cialo stale ml ciezar 25 calkowity 31 kg. Przesaczona ciecz ma objetosc 0,88 m3.Zawiera ona: 166 kg NaOH, 283 kg Si02 i 8 g F«.Przyklad HI. Sporzadza sie 1 m3 roztworu Li zawierajacego 210 kg NaOH, 18 kg Na2C03. Wiad piasku wynosi 526 kg, to jest 522 kg Si02 w 0,21 m3 Li. Zawiesine doprowadza sie dó autoklawu o temperaturze 230°C, czas przebywania wynosi 35 minut. Pod koniec reakcji, po rozcienczeniu filtratu, oddzielone cialo stale ma ciezar 118 kg, a przesaczona ciecz ma objetosc 1,26 m3. Zawiera ona: 207 kg NaOH, 408 kg SiOi i 25 g F#.Przyklad IV. Sporzadza sie roztwór Li o objetosci 0,7 m3, który zawiera 127 kg NaOH i 11 kg Na2COa.Wsad piasku wynosi 276 kg, to jest 274 kg Si02 w*0,21 m3 Li.Zawiesine doprowadza sie do temperatury 245 °C i utrzy- 40 muje sie 30 minut w tej temperaturze. Pod koniec reakcji, po rozcienczeniu i przefiltrowaniu, oddzielone cialo stale maciezar 42 kg, a przefiltrowana ciecz ma objetosc 0,73 m3.Zawiera ona 125 kg NaOH, 234 kg Si02 i 31 g Fe.Przyklad V. Roztwór Li o objetosci 0 85 m3 za- 45 Wiera 195 kg NaOH i 13 kg NajCOj. Wsad piasku wynosi 508 kg, to jest 506 kg SiOi w 0 21 m3 Li. Zawiesine prze¬ trzymuje sie 35 minut w autoklawie o temperaturze 245°C.Pod koniec reakcji po rozcienczeniu i przefiltrowaniu, oddzielone cialo stale ma ciezar 119 kg, a ciecz tna objetosc 50 12 m\ Zawiera ona: 192 kg NaOH i 389 kg Si02.Zastrzezenia patentowe 55 1. Sposób ciaglego wytwarzania roztworu krzemianu sodowego, znamienny tym, ze kwarc z piasku solubilizuje sie w autoklawie w temperaturze od 225 do 245 °C pod cis¬ nieniem od 2,7 do 3,2 MPa w roztworze wodorotlenku 60 sodu i weglanu sodu. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosuje sie kwarc z nieobrobionych wstepnie piasków. 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze roztwór wodorotlenku sodowego podgrzewa sie przed wprowa- 65 dzeniem do niego ladunku kwarcu. 30 35121 809 NaOH SiO- L1 L1 L1 B V 2 L2 L3 V1 J L V3 LA L5 PL PL PL

Claims (3)

1.Zastrzezenia patentowe 55 1. Sposób ciaglego wytwarzania roztworu krzemianu sodowego, znamienny tym, ze kwarc z piasku solubilizuje sie w autoklawie w temperaturze od 225 do 245 °C pod cis¬ nieniem od 2,7 do 3,2 MPa w roztworze wodorotlenku 60 sodu i weglanu sodu.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosuje sie kwarc z nieobrobionych wstepnie piasków.

3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze roztwór wodorotlenku sodowego podgrzewa sie przed wprowa- 65 dzeniem do niego ladunku kwarcu. 30 35121 809 NaOH SiO- L1 L1 L1 B V 2 L2 L3 V1 J L V3 LA L5 PL PL PL