PT95665A - Processo para a preparacao de silicatos de sodio - Google Patents

Description

Descrição referente à patente de invenção de HOECHST AKTIENGESELLS-CHAFT, alemã, industrial e comercial, com sede em D-6230 Frankfurt am Main 80, República Federal Alemã, (inventores: Dr. Gunther Schim-mel, Dr. Michael Kotzian, Dr. Her-bert Panter e Dr. Alexander Tapper, residentes na República Federal da Alemanha), para "PROCESSO PARA PREPARAÇÃO DE SILICATOS DE SÓDIO".

Descrição A presente invenção refere-se a um processo para preparação de silicatos de sódio cristalinos, com estrutura estratificada, uma proporção molar de SiC>2 para ^£0 de (1,9 a 2,1 : 1 e um teor de água inferior a 0,3% em peso, a partir de uma solução de silicato de sódio com pelo menos 20% em peso de componente sólida. A partir da US-PS 3 471 253 é conhecido um processo para preparação de solução de silicato de sódio em que se introduz num autoclave de agitação solução de hidróxido de sódio a 42% em peso e areia (dióxido de silício) numa proporção em peso de aprox. 2 : 1 e se deixa permanecer aí durante 3 horas a 210°C e 16 bar. A solução quente de silicato de sódio retirada após arrefecimento do conteúdo do autoclave a 85°C contém, após filtração da areia excedente e de outras impurezas, 57,5% de componente sólida e apresenta uma proporção de SiC^ para de 1,64 : 1.

Silicatos de sódio anidros e cristalinos com estrutura estratificada e uma proporção molar de SÍO2 para Na20 de (1,9 a 3,5) : 1 obtêm-se de acordo com a DE-OS 37 18 350, tratando 1

soluções de silicato de sódio com um teor de componente sólida de 20-65% em peso numa zona de secagem por vaporização, de modo a obter um silicato de sódio amorfo, hidratado, tendo os vapores que saem da zona de secagem por vaporização uma temperatura de pelo menos 140°C. O silicato de sódio amorfo, hidratado, é temperado numa zona de incineração a 500-800°C, durante 1 a 60 minutos, na presença de pelo menos 10% em peso de composto de reserva, obtido através de trituração mecânica de silicato de sódio cristalino previamente recolhido da zona de incineração.

Uma desvantagem deste último processo é que o material obtido na secagem por vaporização ocupa um grande volume devido ao seu reduzido peso a granel de 100-250 g/1, e forma uma grande poeira. Para além disso, a utilização de composto de reserva durante a temperagem requer o uso de mais aparelhagem e exige, devido ao maior volume de material tratado, um tubo rotativo de maiores dimensões. Por fim obtém-se devido à utilização do composto de reserva numa proporção molar de SiC>2 para Na20 de 2 : 1, um maior teor da modificação de silicato de sódio de alta temperatura (of-Na2SÍ20,-), sendo no entanto desejada não a modificação de alta temperatura, mas sim a £-modificação devido às suas melhores propriedades como "builder".

De acordo com a presente invenção, as desvantagens referidas da preparação de silicatos de sódio cristalinos com estrutura estratificada, a partir de uma solução de silicato de sódio com pelo menos 20% em peso de componente sólida, são ultrapassadas a) obtendo a solução de silicato de sódio através de transformação de areia siliciosa com solução de hidróxido de sódio na proporção molar de Si02 para Na20 de (2,0 a 2,3) : 1, a temperaturas de 180 a 240°C e uma pressão de 10-30 bar; b) tratando a solução de silicato de sódio numa zona de secagem por vaporização com ar quente de 200-300°C, durante um período de permanência de 10-25 segundos e a uma temperatura dos vapores que se libertam da zona de liofilização de 90-130°C, de modo a obter um silicato de sódio amorfo, em pó, , com um teor de água (determinado como perca por incineração 2

a 700°C) de 15-23% era peso e um peso a granel superior a 300 g/1; c) introduzindo o silicato de sódio hidratado, amorfo e em pó num forno tubular rotativo, colocado em posição inclinada e equipado com um sistema de agitação de matérias sólidas, e aí dentro se tratar com gás de combustão em fluxo contrário, a temperaturas superiores a 500-850°C durante 1 a 60 minutos, de modo a obter silicato de sódio cristalino, estando o forno tubular rotativo isolado de tal forma que a temperatura da sua parede exterior seja inferior a 60°C; d) triturando o silicato de sódio cristalino que vai saindo do forno tubular rotativo com o auxílio de um sistema mecânico, de modo a obter uma dimensão do grão de 0,1 a 12 mm. O processo a que se refere a presente invenção pode ainda ser, se desejado, complementado das seguintes formas: aa) se moer o silicato de sódio triturado com o auxílio de um moinho, de modo a obter uma dimensão do grão de 2 a 400 jum; bb) se utilizar um moinho mecânico com uma velocidade circunfe-rencial de 0,5 a 60 m/s; cc) se utilizar um moinho de jacto de ar; dd) se utilizar um moinho a bolas com revestimento cerâmico; ee) se utilizar um moinho de oscilação com revestimento cerâmico ; ff) se aspirarem os vapores que saem da parte intermédia do forno tubular rotativo e do seu topo destinado à introdução do silicato de sódio amorfo, em pó, e se purificarem com o auxílio de filtro de despoeiramento a seco, sendo o silicato de sódio retirado do filtro de despoeiramento a seco misturado quase continuamente com o silicato de sódio hidratado, amorfo e em pó destinado a ser introduzido no forno tubular rotativo; gg) se introduzir o silicato de sódio cristalino triturado num compactador de cilindros, no qual é prensado em pedaços compactos com uma pressão dos cilindros de 20-40 kN/cm de 3

largura dos cilindros; hh) se transformarem os pedaços compactos, após trituração, num granulado com um peso a granel de 700-1000 g/1, através de compressão através de tamizes.

Os silicatos de sódio cristalinos são adequados como substâncias de enchimento reforçadoras no cautchu natural e de síntese. Para além disso, comportam-se como resinas de permuta iónica e podem, portanto, ser utilizados como sequestrantes.

Através do processo a que se refere a presente invenção obtém-se graças à baixa temperatura utilizada, e ao curto período de permanência durante a vaporização da solução de sili-cato de sódio, um silicato de sódio facilmente manuseável com um elevado peso a granel.

Graças à reduzida transferência de calor através das paredes do forno tubular rotativo em consequência do seu bom isolamento, o processo a que se refere a presente invenção contraria a tendência para aglomeração do silicato de sódio.

No processo a que se refere a presente invenção é necessária a utilização de um moinho mecânico lento (por exemplo, moinho de discos, moinho de batedor, moinho de pilões ou moinho de cilindros), a fim de evitar a raspagem de ferro dos instrumentos de moagem.

Se no processo a que se refere a presente invenção for utilizado um moinho a bolas ou um moinho de oscilação com revestimento cerâmico ou um moinho de jacto de ar para produtos muito pequenos, i.e., com diâmetros de 6 a 10 /um, não se verifica igualmente qualquer contaminação do silicato de sódio devido à raspagem de metal.

No processo a que se refere a presente invenção obtém--se através da aspiração simultânea dos vapores com poeiras na zona intermédia do tubo rotativo e na zona do topo de introdução do material, uma redução significativa da sobrecarga de poeiras nos vapores eliminados, pois as poeiras são libertas em primeiro lugar quando da introdução do silicato de sódio no forno tubular | rotativo, e porque é diminuída a velocidade dos gases na zona 4

de introdução do silicato de sódio amorfo, hidratado.

Com o processo a que se refere a presente invenção obtém-se, através da compactação, um granulado resistente à fricção, que se decompõe muito rapidamente em água.

Se no processo a que se refere a presente invenção for utilizada uma solução de silicato de sódio com uma proporção molar de SiC>2 para Na20 de (2,0 a 2,1) : 1, obtém-se após tratamento com gás de combustão no forno tubular rotativo, a temperaturas de 600-800°C, um dissilicato de sódio facilmente cris-talizável, apresentando-se sobretudo na sua modificação &, com estrutura estratificada, que é isento de Si02 e que apresenta a 20°C uma capacidade de ligação de cálcio de 80 mg ca/g. EXEMPLO 1 (de acordo com o actual nível tecnológico) A partir de uma solução de silicato de sódio com um teor de componente sólido de 45% preparou-se, numa torre de vaporização com ar quente (temperatura dos vapores de saída: 145° C), dissilicato de sódio com um teor de água (determinado como perca por incineração a 700°C) de 19% e um peso a granel de 220 g/1.

Através de um sem-fim de dosagem introduziu-se num forno tubular rotativo aquecido directamente (comprimento: 5 m; diâmetro: 78 cm; inclinação: 1,2°), 60 kg/h de dissilicato de sódio amorfo e 15 kg/h de um composto de reserva, obtido através de trituração do produto obtido num lote anterior de modo a atingir uma dimensão do grão inferior a 250 jum, no topo oposto à chama, sendo o produto cristalino recolhido do lado da chama. A temperatura na zona mais quente do forno tubular rotativo era de 740°C.

Nas paredes do forno tubular rotativo não se formaram quaisquer aglomerados; o dissilicato de sódio cristalino assim obtido apresentava-se quase totalmente pulverizado, e tinha uma capacidade de ligação do cálcio de 74 mg Ca/g. . EXEMPLO 2 (de acordo com a presente invenção) 5

Num autoclave cilíndrico, revestido a níquel, equipado com sistema misturador, introduziram-se areia (SiC^ a 99% em peso; dimensão do grão: 90% - 0,5 mm) e solução de hidróxido de sódio a 50% em peso, na proporção molar de SiC^ para Na20 de 2,15 : 1. A mistura foi aquecida a 200°C no autoclave em agitação através da compressão com vapor de água (16 bar), e mantida durante 60 minutos a essa temperatura. Em seguida des-comprimiu-se o conteúdo do autoclave através de um vaso de expansão, para um recipiente, e após adição de 0,3% em peso de Per-lit como adjuvante de filtração, filtrou-se a 90°C através de um filtro de disco de pressão para eliminação das partes insolúveis. Como filtrado obtém-se uma solução límpida de silica-to de sódio com uma proporção molar de SiO^ para ^2() de 2,04 : 1. Através de diluição com água obtém-se um teor de componente sólido de 50%.

Numa torre de vaporização com ar quente equipada com um vaporizador de discos, aquecida através de uma fornalha de gás, e ligada a um filtro de mangueira de limpeza pneumática para escoamento do composto, vaporizar a solução de silicato de sódio, estando a fornalha regulada de tal modo, que o vapor quente que entra na cabeça da torre apresente uma temperatura de 260°C. A quantidade de solução de silicato de sódio a vaporizar foi seleccionada de modo que a temperatura da mistura de silicato e gás saída da torre apresentasse uma temperatura de 105°C. A partir do volume da torre de vaporização e do fluxo de gás através da torre de vaporização calculou-se um período de permanência de 16 segundos. O dissilicato de sódio amorfo evacuado através do filtro de mangueira apresentava um reduzida tendência para formação de poeiras e um peso a granel de 480 g/1, um teor de ferro de 0,01% em peso, uma proporção de SÍO2 para Na2<3 de 2,04 : 1 e uma perca por incineração a 700°C de 19,4%. A dimensão média das suas partículas era de 52 μπι. 0 forno tubular rotativo descrito no exemplo 1 estava isolado com várias camadas de lã mineral e com um revestimento metálico, de forma que para uma temperatura de 730°C no interior do forno tubular rotativo, a temperatura na sua parede exterior fosse no máximo de 54°C. Neste forno tubular rotativo foram 6

introduzidos por hora 60 kg de dissilicato de sódio amorfo, não se formando quaisquer aglomerações. O dissilicato de sódio cristalino que sai do forno tubular rotativo (^28120^ com estrutura estratificada), que apresenta um teor de água (determinado como perca por incineração a 700°C) de 0,1% em peso, foi triturada com o auxílio de um triturador mecânico de modo a obter um grão inferior a 6 mm, e após arrefecimento intermédio moído num moinho de discos (diâmetro: 30 cm) a 400 min” , de modo a obter uma dimensão média das partículas de 110 μιη, mantendo-se idêntico o teor de ferro do produto triturado ao do dissilicato de sódio amorfo. O gás de escape do forno tubular rotativo apenas foi aspirado na zona de introdução do dissilicato de sódio amorfo, e conduzido a uma torre de lavagem. Com o gás de escape foram recolhidos por hora 5 kg de dissilicato de sódio. EXEMPLO 3 (de acordo com a presente invenção) O produto obtido de acordo com o exemplo 2, com um diâmetro médio das partículas de 110 jim, foi triturado mais finamente com o auxílio de um moinho de banda contínua e jacto inverso, com sistema de peneira mecânica incorporado. Em função da velocidade de rotação das peneiras introduzida, obtém-se um dissilicato de sódio isento de fricção, com um diâmetro médio das partículas de 2 a 15 /im, e um teor de água de 0,18% em peso, mantendo-se inalterada a estrutura estratificada. EXEMPLO 4 (de acordo com a presente invenção) O produto obtido de acordo com o exemplo 2 triturado mais finamente com o auxílio de um moinho a bolas revestido com porcelana e cheio com esferas de corúndio. Obtém-se um dissilicato de sódio isento de fricção, com um diâmetro médio das partículas de 5 a 14 jim, consoante o tempo de trituração, mantendo--se inalterada a estrutura estratificada. EXEMPLO 5 (de acordo com a presente invenção) O produto obtido de acordo com o exemplo 2 tratado - 7 -

num compactador de cilindros, com uma pressão dos cilindros de compactação de 30 kN/cm de largura dos cilindros, e com posterior trituração do prensado num granulador de tamizes, de modo a obter um granulado isento de poeira com uma dimensão média das partículas de 750 /im, um peso a granel de 820 g/1 e uma elevada resistência à fricção.

Para determinação da resistência à fricção, tratar 50 g de granulado num moinho de rolamentos (comprimento: 10 cm; diâmetro: 11.5 cm; 8 esferas de aço com 2 cm de diâmetro) durante 5 minutos, e uma velocidade de rotação de 100 min-1.

Após a realização do teste de fricção, o diâmetro mé-jdio das partículas era ainda de 585 jim, o que corresponde a uma diminuição de 22%. EXEMPLO 6 (de acordo com a presente invenção)

Repetiu-se o exemplo 2, com a modificação de que o gás de escape do forno tubular rotativo foi aspirado em dois pontos: para além de ao lado da zona de entrada do dissilicato de sódio amorfo, ainda num ponto do forno tubular rotativo situado a aprox. 2 m da referida zona de entrada do forno tubular rotativo, na direcção do eixo do tubo rotativo. Os fluxos de gás de escape foram reunidos e o composto sólido neles contido foi recuperado com o auxílio de um filtro de mangueira resistente ao calor. O composto sólido recuperado foi novamente introduzido no forno tubular rotativo, em conjunto com o dissilicato de sódio amorfo, pelo que não se perdeu qualquer dissilicato de sódio. Desta forma, aumentou-se a capacidade de transformação do forno tubular rotativo para 70 kg/h, e no entanto não se verificaram quaisquer aglomerações no interior do forno tubular rotativo. EXEMPLO 7 (Exemplo de comparação) O exemplo 2 foi repetido com a modificação de que o gás que entra na cabeça da torre de vaporização com ar quente | apresentava uma temperatura de 330°C. A temperatura da mistura 8

de gás e silicato à saída da torre de vaporização era de 140°C. 0 dissilicato de sódio amorfo depositado no filtro de mangueira apresentava um peso a granel de 250 g/1, uma perca por incinera ção a 700°C de 17,9% em peso e um diâmetro médio das partículas de 60 μτα. Este dissilicato de sódio levantava muitíssimo pó. EXEMPLO 8 (Exemplo de comparação) O exemplo 2 foi repetido com a modificação de se ter preparado uma solução de silicato de sódio com uma proporção molar de SiC^: Na2° 2,15 : 1, que foi vaporizada na torre de vaporização de ar quente de modo a obter um dissilicato de sódio amorfo com uma proporção de SiC^ : Na2<) de 2,15 : 1. A partir deste, obteve-se no forno tubular rotativo a 73CTC um dissilicato de sódio cristalino, que no diagrama de RX apresentava as linhas do composto secundário indesejado cristobalite (Si02), que é responsável por uma capacidade de ligação do cálcio diminuída, e que prejudica as propriedades como "builder". EXEMPLO 9 (Exemplo de comparação) O exemplo 2 foi repetido com a modificação de que o forno tubular rotativo se encontrava apenas isolado por forma que, para uma temperatura no interior do forno tubular rotativo de 710°C, se verificasse na sua parede exterior uma temperatura máxima de 205°C. Assim, formaram-se nas paredes internas do forno tubular rotativo extensas aglomerações, que tiveram de ser frequentemente removidas mecanicamente. Do forno tubular rotativo saiu um produto muito duro, mal cristalizado, que em parte apresentava as dimensões de uma bola de futebol e só dificilmente era triturado pelos trituradores mecânicos. EXEMPLO 10 (Exemplo de comparação) O exemplo 2 foi repetido com a modificação de que o dissilicato de sódio triturado com o auxílio do triturador mecânico foi moído com um moinho de pratos de choque a 10000 min de modo a obter um diâmetro médio das partículas de 98 μπι. O produto assim obtido apresentava uma tonalidade acinzentada e

um teor de ferro de 0,025% em peso. EXEMPLO 11 (Exemplo de comparação) O exemplo 5 foi repetido com a modificação de que a pressão dos cilindros de compactação era de apenas 15 kN/cm de largura dos cilindros. O granulado assim obtido apresentava um diâmetro médio das partículas de 680 μπι e um peso a granel de 790 g/1. Após a realização do teste de fricção, o diâmetro médio das partículas era de apenas 265 pm, o que corresponde a uma diminuição de 61%. O granulado era macio e desagregava-se em parte logo durante o processo de embalagem, em aglomerados mais pequenos. A capacidade de ligação do cálcio apresentada na Tabela seguinte e referente aos silicatos de sódio obtidos nos exemplos, foi calculada de acordo com a seguinte metodologia: A 1 litro de água juntou-se solução de CaCl2 (correspondente a 300 mg de CaO), de modo a obter uma água com 30°d. A 1 litro desta água, temperada a 20 ou a 60°C, juntaram--se 1 g dos silicatos de sódio cristalinos obtidos nos exemplos, bem como 0 a 6 ml de uma solução de glicocol 1-molar (obtida a partir de 75,1 g de glicocol e 58,4 g de NaCl, dissolvidos em água para 1 litro), obtendo-se desta forma um pH de 10,4. Agitar a suspensão durante 30 minutos à temperatura seleccionada (20 ou 60°C), mantendo-se durante esse tempo o pH estável. Por fim filtrou--se, e determinou-se no filtrado o cálcio em solução, por complexometria. Através da diferença relativamente ao teor inicial, calculou-se a capacidade de ligação do cálcio. 10

Claims (2)

1. +tíJutBKiGXXS*,Kr.

   TABELA Capacidade de ligação do cálcio de silicatos de sódio a pH 10,4 (em mg Ca/g de Na2SÍ20j-) Exemplo a 20°C a 60°C 1 74 123 2, 3, 4, 5, 10, 11 82 132 6 84 136 8 75 125 9 77 126 REIVINDICAÇÕES - li - Processo para preparação de silicatos de sódio cristalinos com estrutura estratificada, uma proporção molar de SÍO2 para Na20 de (1,9 a 2,1) : leum teor de água inferior a 0,3% em peso, a partir de uma solução de silicato de sódio com pelo menos 20% em peso de componente sólida, caracteri-zado por a) se obter a solução de silicato de sódio através de transformação de areia siliciosa com solução de hidróxido de sódio na proporção molar de SiC^ para Na2<0 de (2,0 a 2,3) : 1, a temperaturas de 180 a 240°C e uma pressão de 10-30 bar; b) se tratar a solução de silicato de sódio numa zona de secagem por vaporização com ar quente de 200-300°C, durante um período de permanência de 10-25 segundos e a uma temperatura dos vapores que se libertam da zona de secagem por vaporização de 90-130°C, de modo a obter um silicato de sódio amorfo, em pó, com um teor de água (determinado como perca por incinera- 11

   ção a 700°C) de 15-23% em peso e um peso a granel superior a 300 g/1; c) se introduzir o silicato de sódio hidratado, amorfo e em pó num forno tubular rotativo, colocado em posição inclinada e equipado com um sistema de agitação de matérias sólidas, e aí dentro se tratar com gás de combustão em fluxo contrário, a temperaturas superiores a 500-850°C durante 1 a 60 minutos, de modo a obter silicato de sódio cristalino, estando o forno tubular rotativo isolado de tal forma que a temperatura da sua parede exterior seja inferior a 60°C; d) se triturar o silicato de sódio cristalino que vai saindo do forno tubular rotativo com o auxílio de um sistema mecânico, de modo a obter uma dimensão do grão de 0,1 a 12 mm.
2. - 2§ - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por se moer o silicato de sódio triturado com o auxílio de um moinho, de modo a obter uma dimensão do grão de 2 a 400 }im. - 3â - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por se utilizar um moinho mecânico com uma velocidade circunferencial de 0,5 a 60 m/s. - 4B - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por se utilizar um moinho de jacto de ar. - 5â - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por se utilizar um moinho a bolas com revestimento cerâmico. 12 - 6§ - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por se utilizar um moinho de oscilação com revestimento cerâmico. - 7ã - Processo de acordo com pelo menos uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por se aspirarem os vapores que saem da parte intermédia do forno tubular rotativo e do seu topo destinado à introdução do silicato de sódio amorfo, em pó, e se purificarem com o auxílio de filtro de despoeiramento a seco, sendo o silicato de sódio retirado do filtro de despoeiramento a seco misturado quase continuamente com o silicato de sódio hidratado, amorfo e em pó destinado a ser introduzido no forno tubular rotativo. - 8â - Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por se introduzir o silicato de sódio anidro triturado num compactador de cilindros, no qual é prensado em pedaços compactos com uma pressão dos cilindros de 20--40 kN/cm de largura dos cilindros. - 9§ - Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por se transformarem os pedaços compactos, após trituração, num granulado com um peso a granel de 700-1000 g/1, através de compressão através de tamizadores. A requerente reivindica as prioridades dos pedidos alemães apresentados em 25 de Outubro de 1989 e 15 de Fevereiro de 1990, sob os NPs. P 39 35 464.4 e P 40 04 624.9, 13 respectivamente Lisboa, 24 de Outubro de 1990

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