PT93012A - Processo para a preparacao a quente de solucoes aquosas de silicato de sodio com uma elevada proporcao molar de sio/indice 2 : na/indice 2 o - Google Patents

Description

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A presente invenção refere-se a um processo para a preparação a quente de soluções aquosas de silicato de s£ dio com uma elevada proporção molar de S1O2 ; ITagO» por meid> da reacção de um dióxido de silicio cristalino com soluções aquosas de hidróxido de sódio.

Uma visão geral sobre a preparação das soluções aquosas de silicato de sódio I dada pela monografias de Win nacker e Kíichler, em "Ohemische 'lechnologie", volume 3, Anoi? ganische Technologie II, 4ã. edição, 198$, páginas 54—63 e ΙμΊΙ-manns Encyklopãdie der Thchnischen Ghemie, volume 21, 4£. e<JLi ção, 1982, páginas 409-412.

Dos silicatos de metais alcalinos, conhecidos pela designação de "vidro solúvel", encontram aplicação, para finalidades técnicas, entre outros, as soluções de silicato de sódio - em geral denominadas "vidro solúvel de sódio".

Cs vidros solúveis de sódio deste tipo possuem predominante mente um teor de substânGias sólidas compreendido entre cer ca de 30 e 4Q& em peso, assim como uma proporção molar de dióxido de silicio para óxido do sódio compreendida no intervalo entre 3Λ a 3,5 : 1. A preparação de vidros solúveis de sódio em escala técnica decorre geralmente por meio da fusão conjunta de areia de quartzo e soda em fornos abertos para isso destinados, a temperaturas no intervalo entre 140íj) e 1500°0. A fusão endurecida pelo arrefecimento, 0 vidro só lido, e em seguida, numa outra fase do processo, com aplica ção de pressão e de temperaturas elevadas, dissolvido em ágiia e a solução obtida - consoante a exigência de qualidade - I eventualmente filtrada.

Sste processo de fusão a alta temperatura, é no eh tanto, tanto exigente de muito aparelhagem, quanto também dispendioso tendo em vista as necessárias quantidades de ene, gia, e, além disso, conduz a emissões não consideráveis, como poeira, óxidos de azoto e óxidos de enxofre.

Além deste processo de fusão a alta temperatura, usado principalmente na técnica, conhecera-se ainda processos iiidrotérmicos para a preparação de soluções aquosas de sili cato de sódio, que estão descritos numa série de pedidos de patente.

Estes processos partem, por um lado, de dióxido de silício amorfo, essencialmente, portanto, de poeiras voláteis e, naturalmente, das ocorrentes modificações amorfas do dióxido de silieio.

Os produtos do processo obtidos desta forma têm somente uma qualidade reduzida por causa das usuais impurezas pelas poeiras voláteis e dos compostos de dióxido de si licio naturais e amorfos, que são empregados como substâncias de iniciação e podem, portanto, ser empregados apenas limitadamente como produtos técnicos. A patente alema DE-AS 28 26 4$2 refere-se a um pro cesso para a preparação de soluções de vidro solúvel por me:, da reacção de poeiras voláteis, que ocorrem na obtenção das ligas de silieio, ou de ferro-silicio, com soluções aquosas de hidróxidos de metais alcalinos, a temperatura elevadas e subsequente filtração das soluções obtidas, o qual é carac-terizado pelo facto de se tratar a poeira volátil com uma solução de hidróxido de um metal alcalino, aquosa, a 6-1% em peso, a temperaturas entre 120°0 e 19C°0 e numa pressão de 2,9-18,6 bares, em autoclave, em que a proporção em peso da solução de hidróxido de metal alcalino para a poeira volátil sólida ê de 2:1 atl 5:1· Os produtos do processo possuem uma proporção molar de SiOp : NagO de 2,2 a 4-:1. As po eiras voláteis empregadas como substâncias de iniciação pos suem um teor de silieio de 89-9% em peso, e que, segundo os exemplos de realização fica sempre em 90}o em peso; o res tante I constituído por impurezas. A patente alemã DSi-QS 26 09 831 refere-se a um prè

cesso para a preparação das poeiras voláteis de resíduos con tendo dióxido de silício e provenientes da produção do metal silicio e ligas de metal silicio para originarem ácidos sa-licílicos ou silicatos, o qual processo e caracterizado pelo facto de serem combinados as seguintes fases processuais I e III:- I - Dissolução das poeiras voláteis nas soluções de hidróxi do de metal alcalino, sob formação de soluções de sili-cato alcalino; í II - purificação das soluções de sillcato alcalino dos com-I ponentes orgânicos por meio de tratamento com carvão i activo e/ou agentes de oxidação e separação do resíduo não desintegrável da solução; III - Peacção das soluções de silicato alcalino com ácidos orgânicos ou inorgânicos e/ou respectivos sais visando uma posterior purificação.

KagO

As soluções de silicato alcalino obtidas desta ma neira possuem em geral uma proporção molar de SiO^ no intervalo entre 3,3 até 5,0 ; 1. i A patente D1-0S 26 19 604 refere-se a um processo para a preparação de vidro solúvel líquido a partir de diô-xido de silício e hidróxido alcalino, o qual I caracteriza-do pelo facto de a poeira de dióxido de silicio sob a forma de cinza volátil, a qual foi separada dos gases de escapame. to nas indústrias de ligas em ferro e outras indústrias que trabalham com fornos de silicio, hidróxido de um metal alca lino e água são misturados numa determinada proporção em pe so e, em seguida, sob agitação sao aquecidos até uma temperatura no intervalo entre 75 e 100°G, após o que o líquido obtido e arrefecido. As poeiras de dióxido de silicio utili zadas como substância de iniciação para a citada preparação do vidro solúvel possuem, geralmente, um teor de dióxido de silicio entre 94 e 98% em peso; o restante é formado por im

I

purezas. 1 patente DE-AS 23 28 5^2 refere-se a um processo para a preparação de silieatos de metais alcalinos por meio do tratamento da perlita com uma solução de um metal alcali no e tratamento hidrotlrmico da polpa obtida em autoelave com subsequente filtração, processo esse que e caracteriza-do pelo facto de, para o tratamento da perlita emprega-se uma solução de um metal alcalino com uma concentração entre 40 e 140 g/1 de Ba^O, numa tal quantidade que a proporção da fase líquida para a fase sólida I de 0,7 a 1,5 ί 1. Bo caso da perlita, trata-se de uma rocha estéril, do tipo de vidro, essencialmente amorfa, de origem vulcânica, que ê cofts tituída, principalmente por (em percentagem em peso); dióxi do de silicio 73, óxido de alumínio 15 e demais óxidos 8.

Como mostram as realizações anteriores, os vidros solúveis descritos na literatura de patentes e obtidos de dió xido de silicio amorfo produzem sempre sómente produtos pro-cessuais com propriedades inferiores, que devem ser submetidos a uma purificação suplementar. 0 estado da técnica descrito a seguir refere-se a processos para a preparação hidrotérmica de soluções de si-licato de sódio a partir de dióxido de silicio cristalino, portanto areia, e lixívia de soda, que, consoante os proces sos do estado da técnica, em todo o caso apenas podem ser reagidos para uma proporção molar SiC^ : Ba^O inferior a 2,89 * 1. A patente alemã DE-OS 30 02 857 refere-se a um prj> cesso para a preparação hidrotérmica de soluções de silica-to de sódio com uma proporção molar entre SiOg i KãgO entre 1,03-2,88 ; 1, por meio da reacção de areia com uma solução aquosa de hidróxido de sódio sob pressão e a temperaturas elevadas, assim como com uma filtração subsequente, processó

esse que ê caracterizado pelo facto de se reagir a solução aquosa de hidróxido de sódio com uma concentração entre 10 e 50?» em peso, com um excesso de areia de ate 500%, em rela ção às proporções molares de SiO^ í Nap0 na preparação inicial, nas temperaturas no intervalo entre 150 e 250°0 e nas pressões, correspondentes a estas temperaturas, de vapor d'água saturado, e se empregar o excesso de areia nao reagi do, total ou pareialmente como meio de filtração para a obt da solução de silicato de sódio. De acordo com os exemplos de realização da mencionada patente publicada obtém-se, em todo o caso, uma proporção molar máxima de BiOg s Iap0 de 1,68 ; 1, A patente alemã DE-OS 54- 21 158 refere-se a um pro cesso para a preparação hidrotêrmica de soluções de silieatp de sódio coai uma proporção molar de SiOg ’ N&gC entre 1,96 até 2,17 por meio de reacção da areia em excesso com uma so luçao aquosa de hidróxido de sódio, o qual processo é earac terizado pelo facto de se reagir uma mistura reaccional que contêm um excesso de areia e uma solução de hidróxido de só dio aquosa e previamente aquecida com o calor do processo, num reactor de pressão fechado, cilíndrico e rotativo, até se alcançar uma determinada proporção molar de BiOg í Ha^O, e, em seguida, se filtrar pela aplicação de um excesso de areia e, eventualmente, um agente auxiliar de filtração suplementar. los exemplos de realização são reveladas soluções aquosas de silicato de sódio com uma proj>orção molar de 8i0;,í : Ha20 até 2,27 5 1· Á patente alemã DE-OS 33 13 814- refere-se a um pro cesso para a preparação de uma solução clara de um silicato de sódio, cuja proporção molar dióxido de silieio : óxido do sódio é no máximo igual a 2,58 : 1, através da decomposição do dióxido de silício cristalino com uma granulometria média entre 0,1 e 2 mm, no qual uma solução aquosa de hidróxido do

sódio percorre um'leito de dióxido de silicio, que ê formado num reactor tubular vertical sem movimento mecânico e que ê alimentado, de cima para "baixo, com dióxido de silicio e com a solução aquosa do hidróxido de sódio. â patente "belga 649 739 refere-se a ura processo e a um aparelho para a preparação de soluções límipidas de si licato de sódio por meio da dissolução de um material conteiji do ácido silícico a alta temperatura e sob pressão em solução aquosa de soda cáustica, o qual processo I caracteriza-do pelo facto de o produto ser separado, por meio de elementos de filtração, do material em excesso contendo ácido silício e/ou das substâncias impuras insolúveis, sendo os referidos elementos de filtração instalados próximo do fundo do reactor, de forma que a citada filtração decorre vanta^josamente sob condições de temperatura e de pressão, que são muito seiji lhantes às condições reaccionais. Desta maneira, são obtidas soluções aquosas de silicato de sódio que possuem uma propor ção molar de SiOg : NagO de 2,5 : 1. lais processos hidrotêrmicos para a preparação de vidros solúveis de sódio a partir de areia e de uma solução sódica são também resumidamente mencionados nas monografias já citadas acima da Winnaeker, Ktichler em Ullmann. Na obra de Winnacker e Ittchler afirma-se (páginas 61 e 62) que, no entanto, com o processo hidrotêrmico nas temperaturas usualmente aplicadas, apenas pode ser alcançado um vidro solúvel de sódio com uma proporção SiGg/Na^G inferior a 2,7· A este respeito, Ullmann menciona que, desta maneira, podem ser obljd. das apenas soluções de silicato de sódio nas proporções molares SiOg/NagO ate 2,5 ; 1 (página 412, coluna da esquerda^

Devido à literatura acima referida subsistia, portan to, um preconceito directo a respeito da obtenção de soluço* de silicato de sódio com maior proporção molar de ΒΐΟ^/Νδη,Ο no processo hidrotêrmico a partir de areia, ou seja, a par- 8 -

tir de 3xC>2 cristalino e lixívia sódica.

Por consequência, a presente invenção tem o objec tivo de proporcionar um processo para a preparação a quente de soluções aquosas de silicato de sódio, mediante a reacção de um dióxido de silicio cristalino com solução aquosa de h:.· dróxido de sódio, pelo qual as soluções de silicato de sódio são obtidas em proporções molares de superiores a 2,9 : 1. C objectivo da invenção e alcançado pelo emprego de um quartzo temperado especial, que, em condições reaccio nais especiais, e reagido com soluções de hidróxido de sóàip. A presente invenção refere-se, portanto, a um pro cesso par-a a preparação hidrotérmica de soluções de silicato de sódio com elevada proporção molar de SiO^ : lía^O, por reacção de um dióxido de silício com uma solução aquosa de hidróxido de sódio, o qual e caracterizado pelo facto de se empregar, como dióxido de silício cristalino, um quartzo te; perado a temperaturas entre mais de 1100°0 e o ponto de fusão da sílica, e se fazer reagir o mencionado quartzo tempe rado com uma solução aquosa de hidróxido de sódio numa concentração entre 10 e 50% em peso, a temperaturas entre 150 e 5C0°0 e às pressões de vapor de água saturado corresponde tes a estas temperaturas, mm reactor sob pressão.

Dffi 0 processo de acordo com a invenção e de mais fácil manipulação técnica devido à sua execução processual nu ma unica fase e, portanto, ó mais económico do que os processos tecnicamente dispendiosos, que exigem grandes quanti dades de energia e que poluem fortemente o meio ambiente, por conseguinte os .processos de fusão a alta temperatura, c a subsequente fase de dissolução.

Ao contrário do processo hidrotérmico do estado da técnica, o processo de acordo com a invenção possui a vanta gem de que, através do emprego do quartzo especialmente tem - 9 -

perado de acordo com a invenção, também se obtêm as soluções tecnicamente importantes de silicato de sódio, com uma propor ção molar entre SiOg : lagO suPerior a 2,9 : 1, o que não ê possível com o emprego de quartzo não temperado como componente de SiOg.

Além disso, descobriu-se surpreendentemente que a partir do quartzo temperado desta maneira, preferivelmente a partix· da cristobalite assim formada, no âmbito de uma síja tese bidrotérmica nas condições anteriormente indicadas, já nos breves períodos de tempo reaccionais, e possível a preparação directa, numa fase, de soluções aquosas de silicato de sódio, que possuem uma proporção molar entre SiOg : 3ía20 superior a 2,9 : 1.

Mesmo nos curtos-períodos de tempo da reacção, po de-se conseguir, com a aplicação do processo consoante a in venção, um elevado grau de reacção dos componentes reaccionais empregados. 0 emprego de uma forma modificada cristalina e facilmente solúvel do dióxido de silício de sódio com uma elevada proporção de dióxido de slício/óxido de só dio, de forma que isto acontece em elevados rendimentos espaço/ tempo com um consumo mínimo de energia.

Preferivelmente, as soluções de silicato de sódio obtidas possuem uma proporção molar entre SiOg · KagO superio a 2,9 atl $,7 : 1, em especial preferivelmente entre 3>0 ats 3,6 : 1, e em especial entre 3>3 a 3»5 i 1·

Oonsoante uma forma preferida de realização da pr|e sente invenção obtém-se a solução aquosa de silicato de sódio, em que, como dióxido de silício cristalino, emprega-se um quartzo temperado sob adição de quantidades catalíticas de metais alcalinos, o qual, nestas condições de temperatura, transforma-se essencialmente em cristobalite, e o quartzo assim temperado ê reagido com uma solução aquosa de bi-

dróxido de sódio numa concentração entre 15 e 30% em peso, preferivelmente entre 20 e 30% em peso, a temperaturas entr$ 200 e 250°0 e às pressões de pressão de água saturado correspondentes às mencionadas temperaturas, num reactor de pr£ são fechado. A cristobalite, tal como 0 quartzo I uma modifica çao dos cristais do dióxxdo de silício, liste I produzido pr^ ticamente exclusivamente de modo sintético, por meio da cal cinação do quartzo, de forma que a areia de quartzo é eonti nuaaente transformada a temperaturas de cerca de 150C°0, sob adição de catalisadores (compostos de metais alcalinos), iim relação a informações mais detalhadas sobre a cristobalite, recomenda-se a consulta de Ullmanns Encjrklopâàie der 'fecnni chen Obemie, volume 21, 46. Mição, 1982, páginas 439-442.

Ho sentido da invenção, prefere-se, portanto, comf> dióxido de silício cristalino, empregar um quartzo temperado a temperaturas entre 1300°0 e 1600°0, sob adição de quan tidades catalíticas de metais alcalinos, que, nas citadas condições, transforma-se essencialmente em cristobalite. Além disso, ê especialmente vantajoso empregar um material de crls tobalite recem-temperado, ainda quente, para 0 processo de acordo com a invenção.

De acordo com uma outra forma preferencial de:rea lização do processo segundo a invenção, a reacção é realiza da no reactor, de forma que se emprega um excesso de quartzb temperado ate 100% em moles, preferivelmente entre 2 e 3% ejn moles relativamente às proporções molares teóricas desejada entre SiOg, 1 íTagG na-solução de silicato de sódio. De uma forma geral, a reacção pode ser realizada também com excessos superiores a 100% em mol de quartzo temperado; todavia, em geral, isso não é tecnicamente conveniente. Ho sentido d£i invenção, I especialmente preferido realizar a reacção com um excesso de 2 a 5% em mol de quartzo temperado em relação 11 -

Na^O* à desejada proporção de SiOg

Para a realização do processo de acordo com a invenção do processo de acordo com a invenção podem ter aplica ção também, em geral, todos os reactores utilizáveis para a síntese hidrotérmioa do vidro solúvel de sódio. A estes per ! tencem, por exemplo, os dispositivos rotativos para dissolu | ção, as instalações para dissolução estacionárias, os reac-j tores com dispositivos agitadores, os reactores de irradia-: ção, os reactores tubulares e, em princípio, todos os reac-í tores, que são adequados para a reacção de substâncias sóli | das com líquidos, sob pressão. Os reactores deste tipo estão | descritos detalhadamente, por ememplo, nas patentes BE-OS : 30 02 857, BE-OS 54 21 158, DE-AS 28 26 432, BE-PS 649 739, DE-08 33 13 814 e BE-PS 968 034. í

As soluções de silicato de sódio preparadas de ac<p, do com a maneira ensinada pela invenção (soluções de vidro solúvel de sódio) podem ser empregadas para todas as finalidades usuais, que são conhecidas pelo técnico especialista e estão descritas na literatura mencionada, por exemplo para a preparação de cargas (ácidos silícios precipitados), como substâncias adesivas, com ligantes nas tintas, substâncias auxiliares da fundição de metais, agentes veiculares catali sadores, como componentes áe composições de lavagem e de lin peza, assim como componentes de materiais incombustíveis.

Em seguida, a invenção será explicada com mais por menores por meio dos exemplos. Os exemplos decorreram em dimensão laboratorial e em dimensão técnica. Gomo quartzo temperado empregou-se, nos exemplos de realização, uma cristo-balite obtida por têmpera a 1300-1600°G e catálise com metal alcalino.

Para as pesquisas de laboratório empregou-se uma autoclave cilíndrica, que foi aquecida externamente por meio

de um agente veicular de calor ate à temperatura reaccional Os resultados destes exemplos estão reunidos nas Tateias 1 e 2 a seguir.

Gomo reactor para a realização dos ensaios em escala técnica serviu um recipiente de pressão cilíndrico, mo; tado horizontalmente, feito de aço com um revestimento de níquel com uma capacidade para cerca de 24· mj. 0 recipiente de pressão rodava com uma rotação de 6 rpm em torno de um eixo horizontal. O aquecimento foi efectuado com vapor de 2G tares através de uma abertura no eixo e de um. tubo anexa mm do com uma distribuição plena de eficácia direetamente para dentro do recipiente da reacção. 0 SÍO2 cristalino empregado para os exemplos, a cristobalite obtida a partir do quartzo temperado, continha rnais de 99,0-¾ em peso de SiOg. A solução aquosa de hidróxido de sódio necessária para 0 processo (lixívia de soda) foi aquecida por um tubo Yenturi acima do recipiente de recolha da lixívia de soda, com as composiçSes do carregamento prévio, até à temperatura de cerca de 103°0.

As quantidades de substâncias (cristobalite/lixí-via de soda) foram calculadas em dispositivos de pesagem.

As matérias em bruto foram colocadas no reactor, este foi depois fechado e colocado em rotação. Por meio da introdução directa de vapor, a mistura da reacção foi aquecida atl à temperatura reaccional de cerca de 215°0 e deixada nesta ten peratura. Após um tempo de reacção de 30 minutos nesta temperatura, 0 reactor foi parado e a mistura reaccional foi conduzida através de uma tubagem anexada, mediante a sua pré pri-a pressão, para dentro de um recipiente de purga. Desta maneira, a mistura reaccional foi então separada por meio de um separador de ciclone em resíduos e uma solução de vi-

dro solúvel quente a cerca de 1G5°0 foi separada. Os resíduos foi aspirados por um aparelho de radiação térmica e, são usados para o pré-aquecimento da solução de mistura da quantidade $e guinte de aplicação nua tubo de Venturi até ao limite da ten peratura de ebulição de cerca de 103 C. 0 subsequente processamento da solução de vidro sá lúvel aquecida até cerca de 100°0 foi efectuado, ou por meio de um recipiente de sedimentação para a separação grosseira das substâncias sólidas ou - no caso de maiores exigências quanto à clareza da solução - por meio de um filtro.

As soluções de silicato de soda preparadas foram analisadas relativamente ao seu teor de BiOg e de HâgO.

Como condições reaccionais escolheram-se, em esca la técnica, as condições do exemplo 4* A quantidade da aplicação foi de 24.000 Kg. A solução obtida de vidro solúvel de sódio a cerca de 41% tinha uma proporção molar entre SiOg : i HhgO de 3,4 : 1 e correspondia praticamente ao resultado da experiência em escala laboratorial. líuma forma de realização especial, o processo hi-drotérmico pode decorrer dentro do reactor com a aplicação de uma solução de cristobalite/KOH numa concentração de substâncias sólidas relativamente elevada no reactor, dado que mesmo com uma proporção molar elevada entre SiC>2 © KagO nas condições reaccionais (215°C/20 bares), a solução de sílica to de sódio possui um teor de viscosidade suficiente para o processo. Após a conclusão da reacção, pode então ser adicio nada agua suplementar, - quer sob pressão directamente para dentro do reactor, - quer para a tubagem do tratamento por jacto para um reci piente de alimentação durante a fase de tratamento por jaq to de forma que a solução de silicato de sódio que chega ao recipiente de aliiaentação através da tubagem do trata·

mento por jacto ó diluída de modo suficiente para que, no depósito de alimentação, a temperaturas de cerca de 100°0 a solução de silicato de sódio, antes do processamento sub sequente por meio de sedimentação ou filtração, possui uma consistência escoável, com uma viscosidade suficientemente reduzida,

Exemplo 1 0 exemplo 1 comprova uma aplicação vantajosa tendo em vista uma concentração relativamente reduzida da solu çao de preparação no caso do emprego estequiomltrico da erijjs tobalite, em relação a uma proporção molar a ser alcançada entre SiOg e Ea^O, na solução de silicato de sódio, de 3,46 ! 1.

Ajustou-se uma concentração aumentada de KOH na preparação inicial, em relação ao Exemplo 1, com tempos reaijí cionais similares, a fim de se avaliar a influência da concentração de IC03 sobre a velocidade reaccional e a proporçãij) molar alcançável entre SiO^ ; Ea^O.

Exemplos $ e 4 A fim de se conseguir uma proporção molar mais elo vada entre Si02 : Na20 na solução reaccional, empregou-se uu excesso crescente (+3%/+5%) de cristobalite em relação ao Exemplo 1 e relativamente à proporção teórica entre 3,46 :

Exemplos 5 e 6

No caso de um excesso de cristobalite de 5%, em relação â proporção teórica de Si02 ;: NagO de 3,46 : 1 os tempos reaccionais foram prolongados

Tabela 1: Proporções da preparação inicial Bxemplo Subst. e quant. Lixívia % JfaOH- Proporção molar U2. de aplicação sódica Concentração Oristobalite ; Ha^O Cg) (g) na preparação inicial O Q O O O o ** ψ*· f r» <r O O O O O o w κ\ (\j cy c\i (\i Η Η H r-i H r~i * · *« *· ** ** ·· Ç (Ο Λ tf\ (Λ 4 4 la φ lq φ r* fA K\ ΝΛ K\ K\ K\ <M eo co 4- 4- 4 Ο Φ CU tA LA LA í» í' r» λ <s ^ OJ Η θ' (J\ (J\ (A CD CA 00 00 00 CA (A <A (A <A (A 444444 H Λ! OJ Λ! * 3K * m H OU K\ 4 LA φ i o> 0) d | d d O 1 -P s S4 ti O 1 d d d 1 Γ"{ H © O O ti 1 I | g £j 0 O 0 d I td »d s o> 0 83 I d d 0> s O 0 -P Pi Pi d I O 0 © ti ti P í Pi Pi <0 i •H d d M j d d Φ d d 1 Ό •n> O 1 Φ © ai 1 01 C0 d Φ Q) 3 i I rd d Φ Cd d f a a ou { d d O Ή ; d d 03 | 'i 0 0 <l> 1 > r-i H d •H •H i -P «* -P *» 01 cd d © I H Φ H Φ -P 1 o> 4 © 4 d i ti ** d r» φ IA IA d | #* r* O li 1 os ω SO C>\ Φ a (A d LA •d 2 0 I © r* © ** 0 1 •P 0 -P 0 I •H *d •H id 01 I d 0 H 0» 0 | d d d d P fH rP H 03 0 O O 0 O { -P m •P a> d 5 m m 0 j •H Ctf •H d -P ti d ti d i O O 0 0 O d f 0) ou Φ CU d í d d d d d PÍ 1¾ ti I O 0 © 1 LQ .. d «. d 1 « 03 •H Φ cu Φ A1 03 I O 0 O O d | .* •H * •H 0 1 A 03 i-H 03 0 1 (—1 cu NA [ * * Sf

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Ixemplo 7 A fim de demonstrar a influência da temperatura de têmpera do quartzo so'bre a propriedade de produto das so luções aquosas de silicato de sódio, o quartzo foi primeira mente temperado -por meio da adição de quantidades catalíti-i cas de metais alcalinos a temperaturas entre 850°G e 1600°C e, em seguida, foi reagido de uma forma hidrotêrmica com uma solução de hidróxido de sódio. Para comparação, reagiu-se quartzo não processado, no mesmo ensaio-padrão da reacção hidrotêrmica com solução de hidróxido de sódio para se obter vidro solúvel de sódio.

Para o ensaio-padrao da reacção hidrotêrmica do quar tzo temperado com uma solução de hidróxido de sódio, escolhj) ram-se como condições experimentais 215°0; 50 minutos 20% em peso 5% (em relação à pro

Temperatura de reacção Tempo de reacção

Concentração do hidróxido de sódio Ixcesso de dióxido de silício porção molar de 3,f6 ; 1 no vidro de só dio) A reacção deste quartzo temperado na lixívia de soda para dar um vidro solúvel de sódio foi realizada com as quantidades a seguir indicadas das substâncias de inicia ção e levou às reacções e proporções molares a seguir reve-I ladas na -Tabela.

Reacção de areia temperada na lixívia de sódio para origina:? o vidro de sódio, proporção molar SiO^/KagO = 3>4-6 ,* 1

Quantidades wlriíil li n.wtuic.»!» ι>*<Νι—«ιιιμ·ι mim· i ww 4-9,00 g 35,82 g

Para o vidro Ha

WMIWHMimM.HmiPWIIipW^IHWllIfll 11I HM»! inmiiwini iwunm HIW 55,37 % cLe areia temperada 25,85 % de HaOH, a 5<$

Quantidades 55,72 g

Para o vidro Na 58,78 % de. água % Propor- Propor-

Reacção /fcSiOg %Να^0 ção em •peso ção molar quantidades teóricas: 55,19 10,00 3,52:1 3,63:1 Areia não tratada (Comp.) 58,75 24,20 11,71 2,07:1 2,13:1 850°C areia 4-8,11 20,74 12,25 1,69:1 1,75:1 850°C areia * 4-9,18 21,10 12,20 1,75:1 1,78:1 950°0 areia 4-2,60 18,81 12,55 1,50:1 1,55:1 950°Q areia * 48,00 20,70 12,26 1,69:1 1,74:1 1100°G areia * 57,50 23,82 11,77 2,02:1 2,09:1 1300°G areia * 86,81 52,05 10,4-9 5,05:1 5,15:1 1600°0 areia * 90,30 52,91 10,36 3,18:1 5,28:1 Oristobalite 95,92 55,78 10,22 5,50:1 3,41:1 (* = coai adição de quantidades Catalíticas de metais alcali nos)

Os resultados mostram que um quartao temperado a temperaturas superiores a 1100°0, em especial um quartzo, que foi temperado a temperaturas de 13Q0°G ou mais, causa de forma surpreendente uma reaoção mais elevada do componen te cristalino de S1O2 portanto, uma maior proporção mola: de solução de silicato de sódio, do que a correspondente arfcia não tratada.

Exemplo 8 0 efeito da reacção mais rápida do quartzo temperado a altas temperaturas, a cristobalite, em comparação cou

um quartzo não temperado, está documentado na Figura. Esta Figura mostra o resultado da reaeção do quartzo temperado, ou se^a, a cristobalite, ôuntamente com 25% @m peso de uma solução de hidróxido de sódio numa excesso de dióxido de si 9 mm lício a 5%» em relação a uma proporção molar de 3,46 ; 1, : num recipiente pressurizado a 215°C e em períodos reaccionais de 15, 30, 60 e 120 minutos. Neste caso, determinou-se, res pectivamente, a proporção molar de dióxido de silício ; óxi do de sódio. 0 traçado da linha curva tem o numeral de refe rênoia 1.

Para comparação, reagiu-se uni quartzo termicamen-te nãotartado, portanto uma areia, nas condições reaccionais j acima descritas e novamente se retiraram amostras seguindo os períodos reaccionais acima citados, a fim de se determinar a proporção molar. Á respectiva curva está assinalada com o numeral de referência 2.

Da figura resulta claramente que, no processo de preparação de acordo com a invenção, no qual se emprega um quartzo temperado, logo após 15 minutos ocorre uma reaeção de mais de 8C% e a própria reaeção após 30 minutos de tem po reaccional e quase quantitativa.

Por outro lado, na curva de comparação conforme o numeral de referência 2 ocorre, após 15 minutos, apenas uma reaeção de cerca de 40 a 50% e, mesmo após um tempo reaccio nal de 120 minutos atinge-se, no máximo, um grau de apenas 70%, de forma que - em conformidade com os dados da litera- ! tura - também após diversas horas pode ser conseguida sómen 3 f te uma proporção molar maxima de Si02/Na20 de 2,8 : 1.

Isto mostra, áustamente, as vantagens obtidas com a têmpera da areia de quartzo a temperatura elevada conforme o processo proposto pela invenção.

Claims (2)

1. lâ. - processo para a preparação a quente de solu ções aquosas de silicato de sódio com uma elevada proporção molar de SiOg : Nág® P03? me3-° &a reacçao de dióxido de silí cio cristalino com uma solução aquosa de hidróxido de sódio caracterizado pelo facto de se empregar, como dióxido de silício cristalino um quartzo temperado a temperaturas compre endidas no intervalo entre mais de 1100°0 e o ponto de fusão da sílica e se fazer reagir o citado quartzo temperado com uma solução aquosa de hidróxido de sódio com a concentração compreendida no intervalo compreendido entre 10 e 50 peso, a temperaturas dentro do intervalo entre 150 e 300°C e às pressões de vapor de água saturado correspondentes a estas temperaturas, num reactor sob pressão fechado.
2. 2&. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de a solução de silicato de sódio obtida ter uma proporção molar entre SÍO2 · entre 2,5 a 3,7 : 1 preferivelmente entre 3>0 e 3»6 *. 1, com especial preferência entre 3,5 a 3?5 J 1· 5:¾. - Processo de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo facto de se empregar, como dióxido de silício cristalino, um quartzo temperado a temperaturas entre 1200 e 1700°C, com adição de quantidades catalíticas de metais alcalinos, o qual nestas condições se transforma essencialmente em cristobalite, e se fazer reagir 0 quartzo assim temperado com uma solução aquosa de hidróxido de sódià com a concentração compreendida entre 15 e 30% em peso, preferencialmente entre 20 e 30$ em peso, a temperaturas dentro do intervalo de 200 a 350°G e às pressões de vapor de água saturado, correspondentes às referidas temperaturas, num re4c tor sob pressão fechado. 21 - 21 -

   ! 4δ, - Processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 3) caracterizado pelo facto de se empregar, co mo dióxido de silicato cristalino, um quartzo temperado a temperaturas compreendidas dentro do intervalo de 1300 a 1600°0, com adição de quantidades catalíticas de metais alcalinos, o qual nestas condições, se transforma essencialmen te em cristobalite. - Processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo facto de se realizar a reacção com um excesso de quartzo temperado de até 100?» em relação à propor silicato de só- moles, preferivelmente 2 a 30% em moles, em ção molar teórica SiOg : la^O na solução de dio. Lisboa, 30 de Janeiro de 1990 C Agente Oficial da Propriedade Industrial A-*— A. L· iawHMVHa.ss Agente Ofioiil da Prc^riedade Industrial R. Castilho, 201-3. E.-1000 LISBOA Telek 65 13 39 - 65 46 13