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ES2361265T3 - SILICATE PREPARATION IN AN OVEN OF SUBMERGED BURNERS IN REDUCING MEDIA. - Google Patents

SILICATE PREPARATION IN AN OVEN OF SUBMERGED BURNERS IN REDUCING MEDIA. Download PDF

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ES2361265T3
ES2361265T3 ES04816194T ES04816194T ES2361265T3 ES 2361265 T3 ES2361265 T3 ES 2361265T3 ES 04816194 T ES04816194 T ES 04816194T ES 04816194 T ES04816194 T ES 04816194T ES 2361265 T3 ES2361265 T3 ES 2361265T3
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Spain
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silicate
reactor
fuel
sulfate
submerged
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ES04816194T
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Spanish (es)
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Rémi Saint-Gobain Recherche JACQUES
Pierre Saint-Gobain Glass France JEANVOINE
Biagio Saint-Gobain Recherche PALMIERI
Mélanie Saint-Gobain Recherche RATTIER
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Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Original Assignee
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
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Abstract

Procedimiento de preparación de silicato de un elemento elegido entre alcalinos, alcalinotérreos o tierras raras, que comprende una reacción entre sílice y un sulfato de dicho elemento en un reactor dotado de al menos un quemador sumergido en una mesa en fusión, estando alimentado dicho quemador sumergido por un gas que comprende oxígeno, siendo introducido en el reactor un exceso de combustible reductor con respecto al oxígeno consumido eficazmente.Method of preparing silicate of an element chosen from alkaline, alkaline earth or rare earth, comprising a reaction between silica and a sulfate of said element in a reactor provided with at least one burner submerged in a melting table, said submerged burner being fed by a gas comprising oxygen, an excess of reducing fuel being introduced into the reactor with respect to the oxygen consumed effectively.

Description

Preparación de silicato en un horno de quemadores sumergidos en medio reductor.Preparation of silicate in an oven burners submerged in reducing medium.

La invención se refiere a un procedimiento de preparación de silicato, como silicato sódico, que se puede utilizar para fabricar vidrio o sílice en forma de partículas (sílice precipitada).The invention relates to a method of silicate preparation, such as sodium silicate, which can be used to make glass or silica in the form of particles (silica precipitate).

En el contexto de la presente invención, se entiende por "materias primas" todos los materiales, materiales vitrificables, minerales naturales o productos sintetizados, materiales resultantes del reciclaje de tipo de vidrio pulverizado, etc., que pueden entrar en la composición que llega a alimentar un horno de vidrio. Se entiende por "vidrio" cualquier material de matriz vítrea, vitrocerámica o cerámica, cuya sílice es el componente principal. El término "fabricación" comprende la etapa de fusión indispensable de las materias primas y eventualmente todas las etapas ulteriores/complementarias que tratan de afinar/acondicionar el vidrio en fusión con vistas a su puesta en forma definitiva, en particular en forma de vidrio plano (acristalamientos), vidrio cóncavo, (frascos, botellas), vidrio en forma de lana mineral (vidrio o roca) utilizada por sus propiedades de aislamiento térmico o fónico o incluso eventualmente vidrio en forma de hilos llamados textiles utilizados en refuerzo.In the context of the present invention, "raw materials" means all materials, materials vitrifiable, natural minerals or synthesized products, materials resulting from the recycling of powdered glass type, etc., which may enter the composition that comes to feed a glass oven "Glass" means any material of vitreous, ceramic or ceramic matrix, whose silica is the main component The term "manufacturing" includes the indispensable fusion stage of raw materials and eventually all subsequent / complementary stages that try to fine-tune / condition the melting glass with a view to putting it into definitive form, particularly in the form of flat glass (glazing), concave glass, (bottles, bottles), glass in form of mineral wool (glass or rock) used for its properties of thermal or sound insulation or even glass in form of threads called textiles used in reinforcement.

La invención se interesa muy en particular por las materias primas necesarias para fabricar los vidrios que tienen una proporción significativa de alcalinos, en particular de sodio, por ejemplo los vidrios de tipo silico-sodo-cálcico utilizados para fabricar vidrio plano. La materia prima utilizada actualmente con más frecuencia para aportar sodio o potasio es carbonato sódico Na_{2}CO_{3} o carbonato potásico K_{2}CO_{3}, elección que no está desprovista de inconvenientes. En efecto, por una parte ese compuesto no aporta más que sodio como elemento constitutivo del vidrio, descomponiéndose toda la parte carbonada en forma de desprendimientos de CO_{2} durante la fusión. Por otra parte, se trata de una materia prima onerosa en comparación con otras, porque es un producto de síntesis obtenido por el procedimiento Solvay a partir de cloruro sódico y caliza, procedimiento que impone un cierto número de etapas de fabricación y que consume mucha energía.The invention is particularly interested in the raw materials necessary to manufacture the glasses that have a significant proportion of alkalines, in particular sodium, for example type glasses silico-sodo-calcium used to manufacture flat glass. The raw material currently used with more often to provide sodium or potassium is sodium carbonate Na 2 CO 3 or potassium carbonate K 2 CO 3, choice that It is not devoid of inconveniences. Indeed, on the one hand that compound does not contribute more than sodium as constitutive element of glass, decomposing the entire carbonated part in the form of CO2 evolution during fusion. On the other hand, it it is an expensive raw material compared to others, because it is a synthesis product obtained by the Solvay procedure a starting from sodium chloride and limestone, a procedure that imposes a certain number of manufacturing stages and it consumes a lot Energy.

Esta es la razón por la cual se ha propuesto utilizar como fuente de sodio, no un carbonato, sino un silicato, eventualmente en forma de un silicato mixto de alcalinos (Na) y de alcalinotérreos (Ca) que se prepara previamente. La utilización de ese tipo de producto intermedio tiene la ventaja de aportar conjuntamente varios constituyentes del vidrio, suprimir la fase de descarbonatación, y reducir las emisiones de CO_{2} del horno de fusión. Permite también acelerar la fusión de las materias primas en su conjunto y favorecer su homogeneización durante la fusión, como se indica, por ejemplo, en las patentes FR 1211098 y FR 1469109. Sin embargo, esta vía plantea el problema de la fabricación de ese silicato.This is the reason why it has been proposed use as a source of sodium, not a carbonate, but a silicate, possibly in the form of a mixed alkali metal silicate (Na) and of alkaline earth (Ca) that is prepared previously. The use of This type of intermediate product has the advantage of providing jointly several constituents of glass, suppress the phase of decarbonation, and reduce CO2 emissions from the furnace fusion. It also allows accelerating the merger of raw materials in as a whole and favor its homogenization during the merger, as it is indicated, for example, in patents FR 1211098 and FR 1469109. Without However, this route poses the problem of manufacturing that silicate.

Un primer modo de síntesis se ha descrito en el documento WO 0046161: se trata de convertir un haluro, por ejemplo NaCl, y sílice en silicato a alta temperatura, siendo suministrada la aportación térmica mediante quemadores sumergidos. Se conocía ya la combustión por quemadores sumergidos, por ejemplo en los documentos US 3627504, US3260587 o US4539034, para garantizar la fusión de materiales vitrificables para fabricar vidrio. Utilizar esta tecnología en el contexto diferente de la síntesis de silicatos, por tanto antes que la fabricación propiamente dicha del vidrio, aporta en efecto muchas ventajas: ese modo de combustión provoca en el seno de los materiales durante la reacción fuertes turbulencias, fuertes movimientos de convección alrededor de las llamas o chorros de gas de los quemadores sumergidos, lo que favorece una mezcla muy eficaz de los reactivos. Además, los quemadores sumergidos aportan directamente el calor donde es necesario, en la masa de los productos en curso de reacción. Este es también un modo de combustión respetuoso del medio ambiente. La conversión directa de NaCl y de sílice realizada de esta manera es, por tanto, muy atractiva por varias razones. Sin embargo, resulta que esta conversión directa era difícil de utilizar a gran escala.A first mode of synthesis has been described in the WO 0046161: it is about converting a halide, for example NaCl, and silicate silicate at high temperature, being supplied the thermal contribution by submerged burners. It was already known combustion by submerged burners, for example in US 3627504, US3260587 or US4539034, to guarantee the fusion of vitrifiable materials to make glass. Use this technology in the different context of the synthesis of silicates, therefore before the actual manufacture of the glass, in fact, brings many advantages: this mode of combustion causes strong materials during the reaction turbulence, strong convection movements around the flames or jets of gas from submerged burners, which It favors a very effective mixture of reagents. In addition, the submerged burners directly provide heat where it is necessary, in the mass of the products in reaction. This is also an environmentally friendly combustion mode. The Direct conversion of NaCl and silica performed in this way is, Therefore, very attractive for several reasons. However, it turns out that this direct conversion was difficult to use at great scale.

El documento WO 03031357 enseña la fabricación de silicato en dos etapas distintas, haciendo intervenir la reacción global un haluro (como NaCl) y sílice para producir un silicato, pasando esta reacción global por la fabricación de un sulfato. Ese documento enseña que el azufre o carbón puede servir como combustible sólido.WO 03031357 teaches manufacturing silicate in two different stages, causing the reaction to intervene global a halide (such as NaCl) and silica to produce a silicate, passing this global reaction by the manufacture of a sulfate. That document teaches that sulfur or coal can serve as solid fuel.

La invención tiene por objetivo en primer lugar la puesta a punto de un procedimiento de fabricación de silicato particularmente productivo y fácil de utilizar a escala industrial. Accesoriamente, ese nuevo tipo de fabricación puede también ser respetuoso con el medio ambiente en la medida en que todos los productos de reacción implicados pueden ser valorados o reciclados.The invention aims firstly the development of a silicate manufacturing process particularly productive and easy to use on an industrial scale. In addition, this new type of manufacturing can also be environmentally friendly to the extent that all reaction products involved can be valued or recycled

Se entiende por "quemadores sumergidos" quemadores configurados de manera que las "llamas" que generan o los gases de combustión salidos de esas llamas se desarrollan en el reactor donde se realiza la conversión, en el seno mismo de la masa de los materiales en curso de transformación (masa de reacción). Generalmente se encuentran dispuestos de manera que están a ras o sobrepasan ligeramente las paredes laterales o el fondo del reactor utilizado.It is understood by "submerged burners" burners configured so that the "flames" they generate or the flue gases from these flames develop in the reactor where the conversion takes place, within the same mass of materials in the process of transformation (mass of reaction). They are generally arranged so that they are flush or slightly exceed the side walls or the bottom of the reactor used.

La invención tiene por objetivo en primer lugar un procedimiento de fabricación de compuestos a base de silicato(s)
de alcalinos, tales como Na, K, y/o alcalinotérreos, tales como Ca, Mg, y/o tierras raras tales como Ce, eventualmente en forma de silicatos mixtos que asocian al menos dos de esos elementos. Ese procedimiento hace intervenir una reacción de conversión de dichos sulfatos con sílice en los correspondientes silicatos, siendo proporcionado el aporte térmico necesario para esta conversión, al menos en parte, por una reacción de combustión que utiliza uno o una pluralidad de quemador(es) sumergido(s). En el horno de quemadores sumergidos se proporciona energía térmica suficiente para formar el silicato y que éste permanezca líquido y de viscosidad suficientemente débil para fluir suficientemente rápido fuera del horno. El interés de los quemadores sumergidos es proporcionar las calorías necesarias directamente en la masa de reacción líquida, provocando además este aporte una mezcla eficaz de los diferentes materiales en el horno debido a turbulencias provocadas por los gases que los remueven. De acuerdo con la invención, es preferible aportar lo esencial de energía para los quemadores sumergidos, pero no se excluye tampoco aportar una parte de ella por otro medio tal como resistencias eléctricas, aunque la coexistencia de resistencias eléctricas y de quemadores sumergidos no se recomiende (corrosión de las resistencias). Generalmente conviene un aporte calórico comprendido entre 500 y 2500 KWh por tonelada de silicato producido.
The invention firstly aims at a process for manufacturing silicate-based compounds (s)
of alkalines, such as Na, K, and / or alkaline earth metals, such as Ca, Mg, and / or rare earths such as Ce, possibly in the form of mixed silicates that associate at least two of those elements. This process involves a conversion reaction of said sulfates with silica in the corresponding silicates, the thermal contribution necessary for this conversion being provided, at least in part, by a combustion reaction using one or a plurality of submerged burner (s) (s) In the furnace of submerged burners sufficient thermal energy is provided to form the silicate and that it remains liquid and of a sufficiently weak viscosity to flow fast enough out of the oven. The interest of submerged burners is to provide the necessary calories directly in the liquid reaction mass, also causing this to provide an effective mixture of the different materials in the oven due to turbulence caused by the gases that remove them. According to the invention, it is preferable to provide the essential energy for submerged burners, but it is also not excluded to provide a part of it by other means such as electrical resistors, although the coexistence of electrical resistances and submerged burners is not recommended ( resistance corrosion). Generally a caloric intake between 500 and 2500 KWh per ton of silicate produced is appropriate.

La combustión por los quemadores sumergidos necesita un aporte de oxígeno, sea en forma de oxígeno puro o en forma de una mezcla de oxígeno y de al menos otro gas, como es el caso del aire. Este oxígeno se destina a reaccionar con el combustible para proporcionar el calor necesario. Según la naturaleza del combustible y la manera de introducirlo, el combustible puede reaccionar más o menos rápidamente con el oxígeno. Así, si el combustible es un gas (un hidrocarburo como metano, propano o butano o un gas sulfurado como H_{2}S) que alimenta directamente al quemador sumergido ya alimentado de oxígeno, la combustión es rápida y se considera que es completa (por supuesto conviene aquí que el combustible y el oxígeno lleguen al mismo punto del quemador sumergido, por ejemplo por una célula de premezcla). Eso significa que si el quemador sumergido está alimentado de oxígeno y de gas combustible de manera estequiométrica, todo el gas combustible y todo el oxígeno reaccionan a la vez. Si por el contrario el oxígeno está en exceso con respecto a esta estequiometría, se escapará oxígeno por los humos, lo que es mensurable. Si está en exceso gas combustible con respecto a esta estequiometría, ese combustible tendrá también tendencia a escaparse, pero habrá un riesgo de postcombustión más o menos explosiva y ese escenario no se recomienda.Combustion by submerged burners you need an oxygen supply, either in the form of pure oxygen or in form of a mixture of oxygen and at least one other gas, as is the air case. This oxygen is intended to react with the fuel to provide the necessary heat. According to nature of the fuel and how to introduce it, the Fuel can react more or less quickly with oxygen. Thus, if the fuel is a gas (a hydrocarbon such as methane, propane or butane or a sulfurized gas such as H2S) that feeds directly to the submerged burner already fed with oxygen, the combustion is fast and is considered to be complete (of course it is convenient here that the fuel and oxygen reach the same point of the submerged burner, for example by a premix cell). That means that if the submerged burner is powered by oxygen and fuel gas stoichiometrically, all gas Fuel and all oxygen react at once. Yes for him on the contrary the oxygen is in excess with respect to this stoichiometry, oxygen will escape from the fumes, which is measurable. If you are excess fuel gas with respect to this stoichiometry, that fuel will also have a tendency to escape, but there will be a risk of post-combustion more or less explosive and that scenario is not recommended.

También se puede introducir combustible sólido como por ejemplo azufre sólido o carbono sólido (carbón). En ese caso el combustible sólido se introduce generalmente en la cuba de reacción como material vitrificable, es decir, independientemente de los quemadores sumergidos, pero sin embargo lo más cerca posible de dichos quemadores si se desea que reaccione eficazmente con el oxígeno que pasa por dichos quemadores. Sin embargo, incluso si se introduce ese combustible sólido muy cerca de los quemadores sumergidos es difícil tener un rendimiento de combustión perfecto, lo que significa que el oxígeno puede generalmente atravesar la masa de reacción sin reaccionar completamente con el combustible y encontrarse en los humos (cantidad mensurable), y ello incluso si el combustible estaba en estequiometría o incluso en exceso con respecto al oxígeno.Solid fuel can also be introduced such as solid sulfur or solid carbon (carbon). In that In case the solid fuel is generally introduced into the tank reaction as vitrifiable material, that is, regardless of submerged burners, but nevertheless as close as possible to said burners if desired to react effectively with the oxygen that passes through these burners. However, even if it introduce that solid fuel very close to the burners submerged it is difficult to have perfect combustion performance, which means that oxygen can generally pass through the mass reaction without fully reacting with the fuel and found in the fumes (measurable amount), and even if the fuel was in stoichiometry or even in excess with Regarding oxygen.

De acuerdo con la invención, se introduce un exceso de combustible (o de reductor) con respecto al oxígeno consumido eficazmente (y no con respecto al oxígeno introducido solamente). En efecto, la parte solicitante ha descubierto que si el medio de reacción está con exceso de combustible, la reacción de formación del silicato se activaba y podía incluso realizarse a temperatura más baja que en ausencia de este exceso, lo que también quiere decir que la reacción de formación del silicato se activa a temperaturas más bajas que en ausencia de este exceso. Parece que el combustible en exceso, no consumido por el oxígeno de los quemadores sumergidos, de hecho juega en ese caso un papel directo en la reacción de formación del silicato, un papel de tipo reductor. Sin que la presente explicación pueda tener un efecto limitativo, puede que al menos una de las reacciones siguientes se ponga entonces en juego:According to the invention, a excess fuel (or reducer) with respect to oxygen effectively consumed (and not with respect to the oxygen introduced only). Indeed, the requesting party has discovered that if the reaction medium is with excess fuel, the reaction of silicate formation was activated and could even be performed at lower temperature than in the absence of this excess, which also it means that the silicate formation reaction is activated at lower temperatures than in the absence of this excess. It seems that the excess fuel, not consumed by the oxygen of the burners submerged, in fact plays in that case a direct role in the silicate formation reaction, a reducing type paper. Without that the present explanation may have a limiting effect, may that at least one of the following reactions is then put in game:

1one

interviniendo la reacción (1) en presencia de combustible de carbono o que genera carbono como carbón, carbón de coque, un material plástico que contiene carbono (un polímero como poli(etileno), poli(propileno) u otro), interviniendo la reacción (2) en presencia de combustible que contiene o genera azufre. También se puede utilizar un combustible que contiene a la vez carbono y azufre, como por ejemplo caucho vulcanizado (como neumáticos de vehículos automóviles).the reaction intervening (1) in presence of carbon fuel or that generates carbon as coal, coke coal, a carbon-containing plastic material (a polymer such as poly (ethylene), poly (propylene) or other), the reaction (2) intervening in the presence of fuel that Contains or generates sulfur. You can also use a fuel which contains both carbon and sulfur, such as rubber vulcanized (as vehicle tires cars).

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Por tanto, de acuerdo con la invención se puede estar particularmente en uno de los casos siguientes:Therefore, according to the invention it is possible to be particularly in one of the following cases:

a) to)
quemadores sumergidos alimentados de oxígeno (lo que incluye el aire) y de gas combustible, estando el gas combustible en cantidad insuficiente con respecto al oxígeno y siendo consumido completamente por el oxígeno, añadiéndose por otra parte en la masa de reacción un combustible sólido o líquido que reacciona parcialmente con el oxígeno, pero estando presente en cantidad suficientemente importante para no ser consumido completamente por el oxígeno y para jugar un papel reductor en el sentido de la invención para favorecer la formación del silicato, pudiendo eventualmente escaparse oxígeno con los humos;submerged oxygen-fed burners (which includes air) and combustible gas, the combustible gas being in insufficient amount with respect to oxygen and being consumed completely by oxygen, adding on the other hand in the mass reaction a solid or liquid fuel that reacts partially with oxygen, but being present in quantity important enough not to be completely consumed by oxygen and to play a reducing role in the sense of invention to favor the formation of silicate, being able to eventually escaping oxygen with the fumes;

b) b)
quemadores sumergidos alimentados de oxígeno (lo que incluye el aire) y de gas combustible, estando el gas combustible en la estequiometría con respecto al oxígeno, reaccionando el oxígeno y el gas combustible completamente a la vez, añadiéndose por otra parte un combustible sólido o líquido o gaseoso (como H_{2}S) en la masa de reacción y jugando un papel reductor en el sentido de la invención para favorecer la formación del silicato;submerged oxygen-fed burners (which includes air) and combustible gas, the combustible gas being in stoichiometry with respect to oxygen, reacting oxygen and fuel gas completely at once, adding for another part a solid or liquid or gaseous fuel (such as H2S) in the reaction mass and playing a reducing role in the sense of invention to favor the formation of silicate;

c) C)
quemadores sumergidos alimentados de oxígeno (lo que incluye el aire) sin gas combustible, añadiéndose por otra parte en la masa de reacción un combustible sólido o líquido que reacciona con el menos una parte del oxígeno, pero estando presente en cantidad suficientemente importante para jugar también un papel reductor en el sentido de la invención para favorecer la formación del silicato, escapándose generalmente una parte del oxígeno con los humos;submerged oxygen-fed burners (which includes air) without combustible gas, being added on the other hand in the reaction mass a solid or liquid fuel that reacts with at least part of the oxygen, but being present in amount important enough to also play a role reducer in the sense of the invention to favor the formation silicate, generally escaping part of the oxygen with the smoke

d) d)
quemadores sumergidos alimentados de oxígeno (lo que incluye el aire) y de gas combustible H_{2}S, estando el gas combustible en exceso con respecto al oxígeno y jugando un papel reductor con respecto al sulfato favoreciendo la formación del silicato.submerged oxygen-fed burners (which includes air) and fuel gas H 2 S, the gas being excess fuel with respect to oxygen and playing a role reducer with respect to sulfate favoring the formation of silicate.

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Se ve que en todos esos escenarios se tiene un exceso de combustible en la masa de reacción con respecto al oxígeno que reacciona eficazmente. Se puede evaluar fácilmente el oxígeno que reacciona eficazmente midiendo el oxígeno que se escapa en los humos. Por tanto, el profesional puede por pruebas de rutina, conociendo las cantidades de oxígeno que no reaccionan, evaluar las cantidades necesarias de combustible a introducir para estar en exceso de combustible en el sentido de la invención.It is seen that in all these scenarios there is a excess fuel in the reaction mass with respect to oxygen It reacts effectively. You can easily evaluate oxygen that reacts effectively by measuring the oxygen that escapes in the smoke Therefore, the professional can by routine tests, knowing the amounts of oxygen that do not react, evaluate the necessary quantities of fuel to be introduced to be in excess fuel in the sense of the invention.

Señalamos que los materiales llamados "combustibles" o "reductores" son realmente los mismos y pueden jugar esos dos papeles. Siendo jugado el papel de combustible por reacción con oxígeno, y siendo jugado el papel de reductor en la reacción de fabricación del silicato. El exceso de combustible en el sentido de la invención permite a este material combustible tener un papel reductor más importante.We point out that the materials called "fuels" or "reducers" are really the same and You can play those two roles. Being played the role of fuel by reaction with oxygen, and the role of reducer being played in the silicate manufacturing reaction. Excess fuel in the sense of the invention allows this combustible material to have a most important reducing paper.

Así, la invención tiene por objetivo en primer lugar un procedimiento de preparación de silicato de un elemento elegido entre alcalinos, alcalinotérreos o tierras raras, que comprende una reacción entre sílice y un sulfato de dicho elemento en un reactor dotado de al menos un quemador sumergido en una masa en fusión, dicho quemador sumergido estando alimentado por un gas que comprende oxígeno, y siendo introducido en el reactor un exceso de combustible reductor con respecto al oxígeno consumido eficazmente.Thus, the invention aims at first place a silicate preparation process of an element chosen among alkaline, alkaline earth or rare earths, which comprises a reaction between silica and a sulfate of said element in a reactor equipped with at least one burner submerged in a mass in fusion, said submerged burner being fed by a gas comprising oxygen, and an excess being introduced into the reactor of reducing fuel with respect to the oxygen consumed effectively.

El exceso de combustible en el sentido de la presente invención juega un papel reductor gracias al carbono o azufre que contiene y que se combina con sulfato sódico. Para cada combustible es posible definir un equivalente de carbono o un equivalente de azufre correspondiente a la masa de carbono o de azufre puro que en realidad aporta el combustible en calidad de reductor. En efecto, a título de ejemplo, un polímero hidrocarbonado presenta una masa más importante que el carbono que contiene y que juega efectivamente un papel reductor. El exceso de combustible en el sentido de la presente invención representa preferiblemente 0,1 a 2 moles y de manera aún preferida 0,3 a 1 moles de equivalente de carbono o azufre por mol de sulfato. Por tanto el exceso de combustible reductor puede ser una fuente sólida o líquida de carbono o fuente de azufre o a la vez fuente de carbono y de azufre. Citamos como combustible sólido o líquido que aporta azufre y/o carbono los materiales siguientes: cauchos vulcanizados, neumáticos, madera, cartón, papel, harinas animales, arena contaminada por petróleo (siendo a la vez este último material fuente de combustible/reductor y de sílice), fuel. El combustible que puede estar en exceso puede ser también una fuente gaseosa de azufre como H_{2}S.Excess fuel in the direction of The present invention plays a reducing role thanks to carbon or sulfur that contains and that is combined with sodium sulfate. For each fuel it is possible to define a carbon equivalent or a sulfur equivalent corresponding to the mass of carbon or of pure sulfur that actually provides fuel as reducer. Indeed, by way of example, a hydrocarbon polymer it has a more important mass than the carbon it contains and that It effectively plays a reducing role. Excess fuel in the meaning of the present invention preferably represents 0.1 to 2 moles and still preferably 0.3 to 1 moles of equivalent of carbon or sulfur per mole of sulfate. Therefore the excess of reducing fuel can be a solid or liquid source of carbon or source of sulfur or at the same time source of carbon and sulfur. We cite as solid or liquid fuel that provides sulfur and / or Carbon the following materials: vulcanized rubbers, tires, wood, cardboard, paper, animal flours, sand contaminated by oil (being at the same time this last source material of fuel / reducer and silica), fuel. The fuel that can being in excess can also be a gaseous source of sulfur as H2_S.

Se utiliza una relación molar sílice/sulfato correspondiente al silicato que se desea obtener. Ese silicato puede estar representado por la fórmula M_{x}O_{y}.n(SiO_{2}) en la que M representa un metal alcalino o alcalinotérreo o una tierra rara, x e y representan números positivos enteros o no enteros y n representa un número positivo entero o no entero. M_{x}O_{y} puede ser en particular Na_{2}O, K_{2}O, CeO_{2}. En general, n (relación molar SiO_{2}/M_{x}O_{y}) está comprendido entre 1 y 4 y más particularmente entre 1, 3 y 4, sobre todo cuando M representa un metal alcalino o alcalinotérreo. Para el caso en que M es Na, n está más particularmente comprendido entre 1,5 y 3,8. Para el caso en que M es una tierra rara como Ce, n puede generalmente ser superior a 5 y generalmente inferior a 1000.A silica / sulfate molar ratio corresponding to the silicate to be obtained is used. That silicate may be represented by the formula M_ {O} {y} .n (SiO2) in which M represents an alkali metal or alkaline earth metal or a rare earth, x e y represent whole or non-integer positive numbers and n represents a positive integer or non-integer. M_ {x} O_ {y} may in particular be Na 2 O, K 2 O, CeO 2. In general, n (SiO2 / M_ {x} O_ {molar ratio) is between 1 and 4 and more particularly between 1, 3 and 4, especially when M represents an alkali or alkaline earth metal. In the case where M is Na, n is more particularly between 1.5 and 3.8. For the case where M is a rare earth like Ce, n can generally be greater than 5 and generally less than 1000.

En la masa de reacción se encuentran al menos las siguientes fases distintas:In the reaction mass are at least The following distinct phases:

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sílice sólida,silica solid

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sulfato líquido,liquid sulfate,

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silicato líquido,liquid silicate,

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gases procedentes de los quemadores sumergidos y de la reacción de formación del silicato (que pueden contener según el caso SO_{2}, SO_{3}, CO_{2}, H_{2}, H_{2}O, O_{2}, etc).gas from submerged burners and the reaction of formation of the silicate (which may contain according to the case SO2, SO 3, CO 2, H 2, H 2 O, O 2, etc).

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El medio de reacción contiene por tanto numerosas fases distintas y la tecnología de los quemadores sumergidos es particularmente eficaz para mezclarlos vigorosamente y hacer avanzar la reacción.The reaction medium therefore contains numerous different phases and burner technology submerged is particularly effective for mixing them vigorously and Move the reaction forward.

El sulfato líquido y el silicato líquido forman dos fases distintas. Se investigan condiciones de reacción (temperatura, agitación por quemadores sumergidos, tiempo de residencia, exceso de reductor) tales que la fase del sulfato líquido desaparezca antes de la salida del reactor y de todos modos esté en la cantidad más débil posible durante la fabricación. Esta cantidad de sulfato residual está habitualmente expresada en cantidad de SO_{3}. La ausencia de sulfato a la salida del reactor demuestra que éste ha reaccionado bien. En el caso contrario, se observa a simple vista en el silicato final inclusiones indeseables de sulfato. Además, en caliente, puede haber proyecciones de sulfato líquido más o menos explosivo en salida de fabricación. Generalmente se puede remediar este defecto aumentando el exceso de reductor. Por tanto se puede determinar la cantidad mínima de exceso de reductor por la desaparición de la fase sulfato en el silicato final. Es inútil introducir un exceso demasiado grande de reductor porque eso puede conducir a una coloración del silicato final amarilla-marrón visible a simple vista (debida a la formación de iones sulfuro S^{2-}), coloración que puede no ser deseada. Generalmente el exceso de reductor está comprendido entre una y dos veces la cantidad de exceso necesaria para la desaparición de la fase sulfato. Por tanto, se introduce preferiblemente un exceso de combustible en cantidad suficiente para que el silicato no contenga inclusión de sulfato.Liquid sulfate and liquid silicate form Two different phases. Reaction conditions are investigated (temperature, agitation by submerged burners, time of residence, excess reducer) such that the sulfate phase liquid disappear before the reactor exit and anyway be in the weakest amount possible during manufacturing. This amount of residual sulfate is usually expressed in amount of SO_ {3}. The absence of sulfate at the outlet of the reactor It shows that he has reacted well. Otherwise, it observe undesirable inclusions with the naked eye sulfate In addition, hot, there may be sulfate projections more or less explosive liquid in manufacturing outlet. Usually This defect can be remedied by increasing the excess reducer. By both the minimum amount of excess reducer can be determined by the disappearance of the sulfate phase in the final silicate. Is useless to introduce too much excess of reducer because that it can lead to a final silicate coloration yellow-brown visible to the naked eye (due to Sulfide ion formation S 2-), coloration that may not be desired. Generally the excess reducer is between once and twice the amount of excess necessary for the disappearance of the sulfate phase. Therefore, preferably a excess fuel in sufficient quantity so that the silicate does not Contains sulfate inclusion.

Se elige una temperatura suficiente para hacer avanzar la reacción y que se traduce por una viscosidad adaptada del medio de reacción. En efecto, si la viscosidad es demasiado fuerte, la masa de reacción se solidifica y la reacción no avanza. Si la viscosidad es demasiado débil, las proyecciones son demasiado importantes y ello tiende a corroer las paredes y la bóveda y por tanto arrastrar partículas extrañas no deseadas en el producto de fabricación. Además, lo que va a las paredes y la bóveda no está ya disponible para reaccionar con lo que se introduce. De hecho, esos dos extremos conducen los dos a una agitación demasiado débil de los reactivos, lo que disminuye el rendimiento. Una agitación correcta del medio conduce además a una homogeneidad de temperatura en la masa de reacción. Se investiga que la fase silicato presente una viscosidad comprendida entre 50 y 3000 poises y más particularmente entre 100 y 1000 poises a la temperatura del medio de reacción. Generalmente conviene una temperatura comprendida entre 1000 y 1500ºC y más particularmente entre 1200 y 1400ºC.Sufficient temperature is chosen to make advance the reaction and that results in an adapted viscosity of the reaction medium Indeed, if the viscosity is too strong, The reaction mass solidifies and the reaction does not proceed. If the viscosity is too weak, projections are too important and this tends to corrode the walls and the vault and by both drag unwanted foreign particles into the product of manufacturing. Also, what goes to the walls and the vault is no longer available to react with what is introduced. In fact those two extremes lead both to too weak agitation of the reagents, which decreases performance. Proper agitation of the medium also leads to a homogeneity of temperature in the reaction mass It is investigated that the silicate phase has a viscosity between 50 and 3000 poises and more particularly between 100 and 1000 poises at the temperature of the reaction medium. Generally a temperature between 1000 and 1500 ° C and more particularly between 1200 and 1400 ° C.

El silicato final es un sólido translúcido a la temperatura ambiente. Preferiblemente no contiene partículas sin fundir, es decir, partículas de la sílice inicial que no han participado en la reacción. Se puede remediar la presencia de partículas sin fundir aumentando el tiempo de residencia en el reactor.The final silicate is a solid translucent to the room temperature. Preferably it does not contain particles without melt, i.e. initial silica particles that have not participated in the reaction The presence of unmelted particles increasing residence time in the reactor.

Preferiblemente, el reactor de preparación del silicato está seguido por una cuba de refinado. Esta cuba está separada del reactor para evitar los retornos del silicato de la cuba hacia el reactor así como la contaminación de silicato en curso de refinado por el silicato bruto del reactor. Este refinado proporciona las ventajas siguientes:Preferably, the reactor for preparing the silicate is followed by a refining tank. This Cuba is separated from the reactor to avoid silicate returns from the tank to the reactor as well as ongoing silicate contamination of refining by the crude silicate of the reactor. This refined provides the following advantages:

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eliminar las últimas partículas sin fundir (partículas de sílice),remove the last particles without melt (silica particles),

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eliminar el máximo de azufre del silicato final (el azufre liberado en forma de H_{2}S por el silicato final es tóxico y produce olores no deseados)remove maximum sulfur from final silicate (the sulfur released in the form of H2S by the Final silicate is toxic and produces unwanted odors)

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reducir el redox, en la práctica se pretende en salida de cuba un redox (igual a la relación másica FeO/Fe_{2}O_{3} total en el silicato final) inferior a 0,5, incluso inferior a 0,4,reduce redox, in practice it intends to leave a redox in Cuba (equal to the mass ratio Total FeO / Fe 2 O 3 in the final silicate) less than 0.5, even less than 0.4,

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consumir el exceso de reductor que se encuentra aún en el silicato, lo que equivale a mejorar el rendimiento de la reacción de formación del silicato (se consume el reductor que no ha reaccionado con el sulfato en el reactor).consume the excess reducer that is still found in silicate, which is equivalent to improving the yield of the silicate formation reaction (the reducer that has not reacted with sulfate in the reactor).

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La cuba de refinado está dotada generalmente de medios de calentamiento, como al menos un quemador sumergido. Ese(esos) quemador(es) tiene(n) una llama más o menos oxidante de acuerdo con el redox pretendido en salida. Esos quemadores pueden estar alimentados de gas combustible y de aire o de oxígeno con un exceso de oxígeno con respecto al gas combustible. En el curso de esta operación de refinado, el silicato bruto se clarea para volverse incluso incoloro y translúcido. La temperatura del silicato en la cuba de refinado está generalmente comprendida entre la misma temperatura que en el reactor y 150ºC por debajo de la temperatura en el reactor, y preferiblemente entre 50ºC por debajo de la temperatura en el reactor y 150ºC por debajo de la temperatura en el reactor.The refining tank is generally equipped with heating means, such as at least one submerged burner. That (those) burner (s) has one more flame or less oxidizing according to the intended redox in output. Those burners can be fueled with fuel gas and air or of oxygen with an excess of oxygen with respect to the combustible gas. In the course of this refining operation, the crude silicate will Clarea to become even colorless and translucent. Temperature of the silicate in the refining tank is generally comprised between the same temperature as in the reactor and 150ºC below the temperature in the reactor, and preferably between 50 ° C per below the temperature in the reactor and 150 ° C below the reactor temperature

La separación entre el reactor de fusión y la cuba de refinado puede ser una garganta o un desagüe o compartimentaciones sobre los lados.The separation between the fusion reactor and the refining tank can be a throat or a drain or compartments on the sides.

La "sílice" se puede llevar al medio de reacción por cualquier compuesto que contiene mayoritariamente sílice (óxido de silicio) SiO_{2}, incluso si puede contener también otros elementos, otros compuestos minoritarios, lo que es muy particularmente el caso cuando se utilizan materiales naturales como la arena.The "silica" can be taken to the medium of reaction for any compound that contains mostly silica (silicon oxide) SiO2, even if it can contain also other elements, other minority compounds, which is very particularly the case when natural materials are used Like the sand

La eficacia de los quemadores a todos los niveles (calidad de mezcla, excelente transferencia térmica) hace que la conversión de acuerdo con la reacción esté muy favorecida, y ello sin que haya necesariamente necesidad de alcanzar temperaturas extremadamente elevadas.The effectiveness of burners at all levels (mix quality, excellent thermal transfer) makes that the conversion according to the reaction is greatly favored, and this without necessarily needing to reach temperatures extremely high

Otra ventaja de los quemadores sumergidos es la siguiente: permiten la introducción de combustibles líquidos/sóli-
dos de la misma manera que las materias primas vitrificables. De hecho, eso conduce a la obtención de redox variados del silicato en fusión en el reactor, pudiendo variar de 0,1 a 0,9 según el tiempo de residencia (un tiempo de residencia más elevado genera un redox más débil). De hecho, conviene que en la entrada del reactor, en el sitio donde las diferentes materias primas se hornean, el redox sea relativamente elevado (entre 0,35 y 0,9) porque ello es favorable a la reacción de descomposición de los sulfatos. Tras la cuba de afinado, el redox está generalmente en el dominio 0,1 a 0,9.
Another advantage of submerged burners is the following: they allow the introduction of liquid / solid fuels
two in the same way as vitrifiable raw materials. In fact, this leads to obtaining varied redox of the melt silicate in the reactor, which can vary from 0.1 to 0.9 depending on the residence time (a higher residence time generates a weaker redox). In fact, it is convenient that at the reactor inlet, at the site where the different raw materials are baked, the redox is relatively high (between 0.35 and 0.9) because this is favorable to the sulfate decomposition reaction. After the tuning tank, the redox is generally in the 0.1 to 0.9 domain.

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El comburente elegido para alimentar el(los) quemador(es) sumergido(s) (reactor y cuba de afinado) puede ser simplemente aire. Sin embargo, preferiblemente se da prioridad a un comburente en forma de aire enriquecido en oxígeno, e incluso en forma de oxígeno sustancialmente solo. Es conveniente una gran concentración de oxígeno por diferentes razones: se disminuye el volumen de los humos de combustión, lo que es favorable bajo el punto de vista energético y evita cualquier riesgo de fluidización excesiva de los materiales en curso de reacción que puede provocar proyecciones sobre las superestructuras, en particular la bóveda del reactor donde se produce la conversión. Además, las "llamas" obtenidas son más cortas, más emisivas, lo que permite una transferencia más rápida de su energía a los materiales en curso de fusión/conversión. Además, llegado el caso, la concentración en óxido de azufre en los humos es mayor, lo que facilita la transformación ulterior en ácido sulfúrico.The oxidizer chosen to feed the submerged burner (s) (reactor and tuning tank) can simply be air. But nevertheless, preference is given to a combustion in the form of air enriched in oxygen, and even in the form of oxygen substantially alone. A large concentration of oxygen for different reasons: the volume of the fumes is reduced of combustion, which is favorable under the energy point of view and avoid any risk of excessive fluidization of materials in the process of reaction that can cause projections on superstructures, in particular the reactor vault where It produces the conversion. In addition, the "flames" obtained are more short, more emissive, allowing faster transfer of its energy to materials in the process of fusion / conversion. Further, where appropriate, the concentration of sulfur oxide in the fumes is major, which facilitates further acid transformation sulfuric.

En lo que respecta a la elección del combustible para el(los) quemador(es), son posibles tres vías, alternativas o acumulativas: se puede elegir un combustible líquido, gaseoso o en forma sólida.Regarding the choice of fuel for the burner (s), three ways are possible, alternatives or cumulative: you can choose a liquid fuel, gas or solid form.

Si está al menos parcialmente en forma sólida, puede alimentar directamente los quemadores sumergidos. Si está en forma líquida, sólida, se le puede llevar cerca de los quemadores sumergidos.If it is at least partially in solid form, Can directly feed submerged burners. Yes it's in liquid form, solid, can be brought near the burners submerged.

Como combustible gaseoso se puede citar gas natural (mayoritariamente metano), propano, hidrógeno, y cualquier otro compuesto hidrocarbonado y/o sulfurado, en particular H_{2}S (ventaja del H_{2}S: ningún vertido de CO_{2} a la atmósfera).Gas can be cited as gas natural (mostly methane), propane, hydrogen, and any another hydrocarbon and / or sulfur compound, in particular H 2 S (advantage of H 2 S: no discharge of CO 2 at atmosphere).

Como combustible sólido o líquido se puede citar cualquier compuesto mayoritariamente en forma carbonada y/o hidrocarbonada y/o sulfurada (que incluye azufre y carbono): como en el caso anterior, se puede tratar de subproductos de la industria petrolera (fuel pesado, asfaltos). También se puede tratar de materiales a base de polímero que van a poder reciclarse así (cualquier material llamado plástico, neumático, cauchos vulcanizados...), e incluso arena manchada de hidrocarburo, que también va a suministrar a la vez sílice y combustible, lo que es una manera ingeniosa de tratar el problema de la descontaminación de las playas después de las mareas negras por ejemplo.As solid or liquid fuel can be cited any compound mostly in carbon form and / or hydrocarbon and / or sulfur (which includes sulfur and carbon): as in In the previous case, it can be industry by-products oil (heavy fuel, asphalts). You can also try polymer-based materials that can be recycled like this (any material called plastic, tire, rubbers vulcanized ...), and even stained hydrocarbon sand, which it will also supply both silica and fuel, which is an ingenious way to deal with the problem of decontamination of the beaches after the black tides for example.

De acuerdo con la invención, se pueden utilizar en particular combustibles que contienen azufre como compuestos sulfurados, como neumáticos usados (que pueden contener por ejemplo 0,5 a 4% de azufre) y aún azufre puro. Se encuentran trazas de azufre en todos los polímeros vulcanizados (neumático), se encuentran también en subproductos de la industria petrolera, y la invención permite valorarlos de manera interesante: en efecto, el azufre contenido en el combustible suministrado para realizar la reacción de combustión va a oxidarse. Ahora bien, se pueden transformar esos óxidos de azufre (SO_{2} y/o SO_{3}) en ácido sulfúrico, recuperándolos en los humos y tratándolos de manera apropiada. Se tiene entonces dos opciones (alternativa o acumulativa de hecho, particularmente en función de la cantidad de H_{2}SO_{4} fabricado, que depende estrechamente de la proporción de S elegida en el combustible): o se valora H_{2}SO_{4} como reactivo ampliamente utilizado en la industria química, independientemente del procedimiento de acuerdo con la invención, o se le reutiliza según una variante del procedimiento de la invención. En efecto, de acuerdo con un procedimiento "en bucle", el producto de combustión de la reacción de formación del silicato se utiliza como reactivo para atacar el silicato y desembocar en sílice precipitada. Por tanto la invención se refiere también a un procedimiento de preparación de sílice precipitada que comprende una etapa a) de preparación de un silicato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, estando el reactor dotado de una chimenea, la cual está dotada de un sistema de recuperación de los óxidos de azufre conducentes al ácido sulfúrico, una etapa b) de ataque ácido del silicato producido en a) por el ácido sulfúrico producido en a), conducente a sílice precipitada por una parte y al sulfato de dicho elemento por otra, siendo este último reciclado en a).According to the invention, they can be used in particular fuels containing sulfur as compounds sulfur, such as used tires (which may contain for example 0.5 to 4% sulfur) and still pure sulfur. Traces of sulfur in all vulcanized polymers (pneumatic), it found also in by-products of the oil industry, and the invention makes it possible to value them in an interesting way: in fact, the sulfur contained in the fuel supplied to perform the combustion reaction will oxidize. Now you can transform those sulfur oxides (SO2 and / or SO3) into acid sulfuric, recovering them in the fumes and treating them so appropriate. There are two options (alternative or cumulative) in fact, particularly depending on the amount of H_ {2} SO_ {4} manufactured, which depends closely on the proportion of S chosen in the fuel): or is valued H 2 SO 4 as reagent widely used in industry chemistry, regardless of the procedure according to the invention, or it is reused according to a variant of the process of the invention. Indeed, according to a procedure "in loop ", the combustion product of the formation reaction of the silicate is used as a reagent to attack the silicate and lead to precipitated silica. Therefore the invention relates also to a procedure for preparing precipitated silica that it comprises a step a) of preparing a silicate according to any one of the preceding claims, the reactor equipped with a chimney, which is equipped with a system of recovery of sulfur oxides leading to sulfuric acid, a step b) of acid attack of the silicate produced in a) by the sulfuric acid produced in a), conducive to silica precipitated by one part and sulfate of said element on the other, this being last recycled in a).

Hay otra manera, alternativa o acumulativa con la anterior, para fabricar H_{2}SO_{4} a partir del procedimiento de acuerdo con la invención: la reacción de conversión de sulfato en silicato produce también óxidos de azufre SO_{2} y/o SO_{3}. Por tanto también se pueden recuperar ahí esos óxidos de azufre y someterlos a una reacción de conversión en ácido sulfúrico. Como en el caso anterior, se puede reutilizar este ácido sulfúrico como reactivo frente al silicato y/o valorarlo como reactivo para la industria química.There is another way, alternative or cumulative with the previous one, to manufacture H 2 SO 4 from Process according to the invention: the conversion reaction of silicate sulfate also produces sulfur oxides SO2 and / or SO_ {3}. Therefore, those oxides of sulfur and subject them to a sulfuric acid conversion reaction. As in the previous case, this sulfuric acid can be reused as a reagent against silicate and / or value it as a reagent for chemical industry.

De hecho, si el combustible contiene una cantidad significativa de azufre, las reacciones puestas en juego por la invención pueden producir más, e incluso significativamente más, ácido sulfúrico que lo que es necesario para la reacción de conversión de los haluros en sulfatos, lo que acrecienta el valor del procedimiento de acuerdo con la invención en su conjunto.In fact, if the fuel contains a significant amount of sulfur, the reactions at stake by the invention they can produce more, and even significantly more, sulfuric acid than what is necessary for the reaction of conversion of halides into sulfates, which increases the value of the process according to the invention as a whole.

Una primera salida para los silicatos fabricados de acuerdo con la invención se refiere a la industria del vidrio: pueden sustituir, al menos en parte, a las materias primas tradicionales proveedoras de alcalinos o de tierras raras, muy particularmente en lo que se refiere al sodio, con una sustitución al menos parcial de Na_{2}CO_{3} y arena por silicato. Por tanto se pueden usar en particular los silicatos fabricados de acuerdo con la invención para alimentar un horno de vidrio. Antes de la transformación ulterior, por ejemplo en un horno de vidrio, el silicato se puede transformar en granulados para ser almacenado momentáneamente. El horno de vidrio puede ser de concepción tradicional (por ejemplo, horno de fusión eléctrica por electrodos sumergidos, horno de quemadores aéreos funcionando con regeneradores laterales, horno de bucle, y cualquier tipo de horno conocido en la industria del vidrio incluyendo así los hornos de quemadores sumergidos), eventualmente con una concepción y un modo de funcionamiento ligeramente adaptados a un proceso de fusión sin carbonato o con menos carbonato que para las fusiones estándar.A first outlet for manufactured silicates according to the invention it refers to the glass industry: they can replace, at least in part, the raw materials traditional alkaline or rare earth suppliers, very particularly as regards sodium, with a substitution at least partial Na2CO3 and silica sand. So silicates manufactured in accordance with the invention to feed a glass oven. Before the further processing, for example in a glass oven, the silicate can be transformed into granules to be stored momentarily. The glass oven can be of conception traditional (for example, electrode electric melting furnace submerged, air burner furnace running with regenerators side, loop oven, and any type of oven known in the glass industry thus including burner ovens submerged), eventually with a conception and mode of operation slightly adapted to a fusion process without carbonate or less carbonate than for standard fusions.

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Se ha de señalar que algunos silicatos aparte del silicato sódico son también muy interesantes de fabricar de acuerdo con la invención. Por tanto, la invención permite fabricar silicato potásico a partir de K_{2}SO_{4}, lo que es, al menos económicamente, muy conveniente como materia prima portadora de Si y de K para fabricar vidrios llamados "alcalinos mixtos", es decir, que contienen a la vez Na y K. Esos vidrios se utilizan particularmente para fabricar pantallas táctiles, vidrios de pantalla de televisión, vidrios para pantalla de plasma de visualización ("Plasma Display Panel" en inglés).It should be noted that some silicates apart of sodium silicate are also very interesting to manufacture from according to the invention. Therefore, the invention allows manufacturing potassium silicate from K 2 SO 4, which is at least economically, very convenient as a raw material carrying Si and of K to make glasses called "mixed alkalis", is that is, they contain both Na and K. Those glasses are used particularly for manufacturing touch screens, glass TV screen, plasma screen glasses visualization ("Plasma Display Panel" in English).

Igualmente la invención permite fabricar de manera más económica vidrios especiales que contienen aditivos particulares como tierras raras, por ejemplo cerio: la presencia de óxido de cerio que confiere propiedades anti-U.V. a los vidrios, y las tierras raras de ese tipo entran también en la composición de vidrios especiales de alto módulo elástico para disco duro. La invención permite así tener una materia prima portadora de Si y de Ce, silicato de cerio, de un coste moderado.Likewise, the invention allows manufacturing of most economical way special glasses containing additives individuals such as rare earths, for example cerium: the presence of cerium oxide that confers anti-U.V properties. to the glasses, and the rare earths of that type also enter the composition of special glasses with high elastic module for disc Lasted. The invention thus allows to have a carrier raw material of Si and Ce, cerium silicate, of a moderate cost.

Una segunda salida para los silicatos fabricados de acuerdo con la invención (aparte de ser utilizados como materias primas para horno de vidrio), más particularmente silicato de sosa, se refiere a la industria de los detergentes; el silicato de sosa que entra frecuentemente en la composición de las lejías/detergentes.A second outlet for manufactured silicates according to the invention (apart from being used as materials glass oven premiums), more particularly soda silicate, refers to the detergent industry; soda silicate which frequently enters into the composition of bleach / detergents.

Una tercera salida para los silicatos formados de acuerdo con la invención se refiere a la preparación de silicatos particulares, designados comúnmente con la expresión "sílices precipitadas" que entran por ejemplo en la composición de los hormigones o como carga en cauchos, en particular neumáticos para vehículos, o en productos alimentarios. En efecto se puede realizar un ataque ácido de los silicatos formados de acuerdo con la invención, convenientemente por ácido sulfúrico, de manera que se haga precipitar sílice en forma de partículas que tienen una granulometría particular: la dimensión pretendida de las partículas es generalmente nanométrica (0,5 a 300 nm y más en particular 1 a 100 nm por ejemplo).A third outlet for silicates formed according to the invention refers to the preparation of silicates individuals, commonly designated by the expression "silicas precipitates "that enter, for example, the composition of concrete or as cargo in rubbers, in particular tires for vehicles, or food products. In fact it can be done an acid attack of silicates formed according to the invention, conveniently by sulfuric acid, so that precipitate silica in the form of particles that have a particular granulometry: the intended particle size it is generally nanometric (0.5 to 300 nm and more particularly 1 to 100 nm for example).

Para utilizar la reacción de conversión de los sulfatos en silicatos se puede usar, como se describe en la patente WO-00/46161, un reactor dotado de quemador(es) sumergido(s) y de al menos un medio de introducción de la sílice y/o de los sulfatos bajo el nivel de los materiales en fusión, particularmente en forma de una o varias cargadoras de tornillo sin fin. Lo mismo sucede, preferiblemente, para los combustibles sólidos o líquidos eventualmente utilizados, como los compuestos carbonados y/o hidrocarbonados y/o sulfurados (que incluyen azufre sólido y carbono sólido) mencionados anteriormente. Se puede así introducir directamente en el seno de la masa de los productos en curso de fusión/reacción al menos los de los reactivos de partida susceptibles de vaporizarse antes de tener el tiempo de reaccionar.To use the conversion reaction of silicate sulfates can be used, as described in the patent WO-00/46161, a reactor equipped with submerged burner (s) and at least one means of introduction of silica and / or sulfates below the level of fusion materials, particularly in the form of one or more worm loaders. The same happens, preferably, for solid or liquid fuels, if used, such as carbon and / or hydrocarbon and / or sulfur compounds (which include solid sulfur and solid carbon) mentioned previously. It can thus be introduced directly into the mass of products in the process of melting / reacting at least those of the starting reagents capable of vaporizing before having The time to react.

El procedimiento de acuerdo con la invención comprende por tanto muchas ventajas, entre ellas:The process according to the invention It therefore includes many advantages, including:

\ding{226}\ ding {226}
una disminución de las emisiones de CO_{2} en los hornos de vidrio que sustituyen todo o parte del carbonato sódico por silicato sódico, un menor consumo energético de esos hornos porque se reducen o se suprimen las reacciones de descarbonatación,a decrease in CO2 emissions in glass furnaces that replace all or part of sodium carbonate by sodium silicate, lower consumption energy of these furnaces because they reduce or suppress the decarbonation reactions,

\ding{226}\ ding {226}
una posibilidad de hacer girar el procedimiento en bucle, con reutilización del subproducto H_{2}SO_{4} fabricado,a possibility of doing rotate the procedure in loop, with by-product reuse H 2 SO 4 manufactured,

\ding{226}\ ding {226}
una posibilidad de valorizar como combustible derivados sulfurados.a possibility to value as fuel sulfur derivatives.

La figura 1 representa un dispositivo de fabricación de silicato que comprende un reactor seguido por una cuba de refinado.Figure 1 represents a device of silicate manufacturing comprising a reactor followed by a Cuba of refining.

La figura 2 es un esquema de una variante preferida del procedimiento de acuerdo con la invención, que funciona en bucle y conduce a una sílice precipitada.Figure 2 is a schematic of a variant Preferred method according to the invention, which It works in a loop and leads to a precipitated silica.

La figura 1 representa un reactor 1 dotado de quemadores sumergidos 2 y que comprende un sistema 3 de introducción de materiales sólidos (arena, sulfato, carbón, azufre, etc) bajo el nivel de la masa de reacción 4, escapándose los humos por la chimenea 5. El silicato bruto pasa por la garganta 6 a la cuba de afinado 7 también dotada de al menos un quemador sumergido de llama más oxidante que los del reactor. Los humos generados en la cuba de refinado se escapan por la chimenea 8. El silicato refinado 9 se recupera por el vertedero 10.Figure 1 represents a reactor 1 provided with submerged burners 2 and comprising an introduction system 3 of solid materials (sand, sulfate, coal, sulfur, etc.) under the reaction mass level 4, the fumes escaping through the chimney 5. The crude silicate passes through the throat 6 to the tank tuned 7 also equipped with at least one submerged flame burner more oxidizing than those in the reactor. The fumes generated in the tank of Refined escape through chimney 8. Refined silicate 9 is recover by landfill 10.

La figura 2 muestra cómo el silicato fabricado de acuerdo con la invención puede ser reatacado por ácido sulfúrico producido en el reactor de fusión para preparar sílice precipitada de tamaño de partícula calibrado. El silicato por una parte y el sulfato por otra giran en bucle en este procedimiento. El ácido sulfúrico gira también en bucle, pudiéndose crear llegado el caso un excedente según la naturaleza del combustible y/o reductor utilizado.Figure 2 shows how the silicate manufactured according to the invention it can be reatacado by sulfuric acid produced in the fusion reactor to prepare precipitated silica of calibrated particle size. The silicate on the one hand and the Sulfate on the other turn in loop in this procedure. Acid sulfuric also turns in a loop, being able to create the case surplus according to the nature of the fuel and / or reducer used.

Ejemplo 1Example 1

Se utiliza un horno de fusión dotado de un quemador sumergido seguido de una cuba de refinado dotada de un quemador sumergido. El horno y la cuba son ambos cilíndricos (eje vertical) y los dos tienen una superficie en el suelo de 0,07 m^{2}. Los quemadores sumergidos (horno y cuba) funcionan los dos en estequiometría con metano y oxígeno puro (por tanto el oxígeno se consume totalmente en cada llama de quemador). Se introduce en el horno arena y sulfato sódico en una relación que permite la obtención de un silicato sódico que tiene una relación molar SiO_{2}/Na_{2}O de 3,5. Se introduce además coque, que sirve de exceso de combustible/reductor, a nivel de 0,5 moles de carbono por mol de sulfato introducido. La producción es de 3 toneladas por día y por m^{2}. El horno y la cuba funcionan ambos a 1300ºC. El redox en salida del horno es de 0,7 (relación en peso FeO/Fe_{2}O_{3} total) y el SO_{3} residual (SO_{3} disuelto por el silicato) est de 0,42% en peso (mensurable por fluorescencia X o por analizador de carbono/azufre), lo que indica que el rendimiento de la reacción en el horno es del orden de 98%. En la cuba de refinado, el sulfato residual va a reaccionar con el reductor residual. En la salida de la cuba se obtiene un silicato de fórmula Na_{2}O.3,5(SiO_{2}) translúcido e incoloro cuyo SO_{3} residual (desprendimiento de SO_{3} a partir del sulfato residual) es inferior a 0,05%. El redox es aquí 0,20.A melting furnace equipped with a submerged burner followed by a refining tank equipped with a submerged burner The oven and the tank are both cylindrical (shaft vertical) and both have a floor area of 0.07 m2. The submerged burners (oven and tank) both work in stoichiometry with methane and pure oxygen (therefore oxygen is consumes completely in each burner flame). It is introduced in the sand oven and sodium sulfate in a relationship that allows obtaining a sodium silicate that has a molar ratio SiO 2 / Na 2 O of 3.5. Coke is also introduced, which serves as excess fuel / reducer, at the level of 0.5 moles of carbon per mol sulfate introduced. The production is 3 tons per day and per m2. The oven and the tank both work at 1300ºC. The redox at oven output it is 0.7 (weight ratio FeO / Fe2 O3) total) and residual SO3 (SO3 dissolved by silicate) is 0.42% by weight (measurable by fluorescence X or by carbon / sulfur analyzer), which indicates that the performance of the reaction in the oven is of the order of 98%. In the refining tank, The residual sulfate will react with the residual reducer. In the out of the tank a silicate of formula is obtained Na 2 O.3,5 (SiO 2) translucent and colorless whose SO 3 residual (release of SO3 from residual sulfate) It is less than 0.05%. The redox is here 0.20.

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Ejemplo 2Example 2

Se procede como para el ejemplo anterior, salvo que el quemador sumergido de la cuba de refinado funciona con insuficiencia de oxígeno (llama reductora de -15% de caudal de oxígeno con respecto a la estequiometría). En la salida de la cuba se obtiene un silicato de fórmula Na_{2}O.3,5(SiO_{2}) translúcido e incoloro cuyo SO_{3} residual es inferior a 0,05%. El redox es aquí 0,55.Proceed as for the previous example, except that the submerged burner of the refining tank works with oxygen insufficiency (reducing flame of -15% flow rate of oxygen with respect to stoichiometry). At the exit of the Cuba a silicate of formula Na2O.3.5 (SiO2) is obtained Translucent and colorless whose residual SO3 is less than 0.05%. The redox is here 0.55.

       \vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
    

Ejemplo 3 (comparativo)Example 3 (comparative)

Se procede como en el ejemplo 1, salvo que no se añade exceso en forma de coque. Se encuentran en el silicato final inclusiones visibles a simple vista de sulfato sódico. El SO_{3} residual es superior a 1%. Esto indica un rendimiento de reacción muy inferior al del ejemplo 1. El sulfato introducido no se ha descompuesto suficientemente. El enriquecimiento en sílice es demasiado fuerte, la masa de reacción se vuelve rápidamente demasiado viscosa y se debe para el reactor.Proceed as in Example 1, unless it is not add excess in the form of coke. They are found in the final silicate inclusions visible to the naked eye of sodium sulfate. The SO_ {3} residual is greater than 1%. This indicates a reaction yield much lower than in example 1. The sulfate introduced has not been decomposed sufficiently. The enrichment in silica is too strong, the reaction mass quickly becomes too viscous and is due to the reactor.

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Ejemplo 4Example 4

Se procede como para el ejemplo 1, salvo que se reemplaza el exceso de reductor en forma de coque por un exceso de reductor en forma de neumáticos usados cuya composición es prácticamente: 2% en peso de azufre, 80% en peso de carbono, 18% en peso de hidrógeno. Ese reductor se introduce en una cantidad que representa 5% de la masa de sulfato sódico introducido. Se obtiene un silicato que contiene 0,1% de SO_{3} residual y cuyo redox es 0,5. La presencia de azufre en el reductor permite producir ácido sulfúrico suplementario.Proceed as for example 1, unless replace the excess coke reducer with an excess of reducer in the form of used tires whose composition is practically: 2% by weight of sulfur, 80% by weight of carbon, 18% by weight hydrogen weight That reducer is introduced in an amount that It represents 5% of the mass of sodium sulfate introduced. Is obtained a silicate containing 0.1% residual SO3 and whose redox is 0.5 The presence of sulfur in the reducer allows acid to be produced supplemental sulfuric acid

Claims (20)

1. Procedimiento de preparación de silicato de un elemento elegido entre alcalinos, alcalinotérreos o tierras raras, que comprende una reacción entre sílice y un sulfato de dicho elemento en un reactor dotado de al menos un quemador sumergido en una mesa en fusión, estando alimentado dicho quemador sumergido por un gas que comprende oxígeno, siendo introducido en el reactor un exceso de combustible reductor con respecto al oxígeno consumido eficazmente.1. Preparation procedure of silicate an element chosen among alkaline, alkaline earth or earth rare, comprising a reaction between silica and a sulfate of said element in a reactor equipped with at least one burner submerged in a table in fusion, said burner being fed submerged by a gas comprising oxygen, being introduced into the reactor a excess reducing fuel with respect to the oxygen consumed effectively. 2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación precedente, caracterizado porque el exceso de combustible reductor es un sólido o líquido fuente de carbono.2. Method according to the preceding claim, characterized in that the excess reducing fuel is a solid or liquid source of carbon. 3. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el exceso de combustible reductor es un sólido o líquido fuente de azufre.3. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the excess reducing fuel is a solid or liquid source of sulfur. 4. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el exceso de combustible reductor es un gas fuente de azufre.Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the excess reducing fuel is a sulfur source gas. 5. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la fase silicato en la masa de reacción presenta una viscosidad comprendida entre 50 y 3000 poises.5. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the silicate phase in the reaction mass has a viscosity between 50 and 3000 poises. 6. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación precedente, caracterizado porque la fase silicato en la masa de reacción presenta una viscosidad comprendida entre 100 y 1000 poises.Method according to the preceding claim, characterized in that the silicate phase in the reaction mass has a viscosity between 100 and 1000 poises. 7. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la masa de reacción tiene una temperatura comprendida entre 1000 y 1500ºC.7. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the reaction mass has a temperature between 1000 and 1500 ° C. 8. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación precedente, caracterizado porque la masa de reacción tiene una temperatura comprendida entre 1200 y 1400ºC.Method according to the preceding claim, characterized in that the reaction mass has a temperature between 1200 and 1400 ° C. 9. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el exceso de combustible es suficiente para que el silicato no contenga inclusión de sulfato.9. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the excess fuel is sufficient so that the silicate does not contain sulfate inclusion. 10. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el exceso de combustible representa 0,1 a 2 moles de equivalente de carbono y/o azufre por mol de sulfato.Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the excess fuel represents 0.1 to 2 moles of carbon equivalent and / or sulfur per mole of sulfate. 11. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación precedente, caracterizado porque el exceso de combustible representa 0,3 a 1 moles de equivalente de carbono y/o azufre por mol de sulfato.Method according to the preceding claim, characterized in that the excess fuel represents 0.3 to 1 moles of carbon equivalent and / or sulfur per mole of sulfate. 12. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el reactor está seguido por una cuba de refinado del silicato que sale del reactor.12. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the reactor is followed by a refining tank of the silicate leaving the reactor. 13. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación precedente, caracterizado porque la temperatura del silicato en la cuba de refinado está comprendida entre la misma temperatura que en el reactor y 150ºC por debajo de la temperatura en el reactor.13. Method according to the preceding claim, characterized in that the temperature of the silicate in the refining tank is between the same temperature as in the reactor and 150 ° C below the temperature in the reactor. 14. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación precedente, caracterizado porque la temperatura del silicato en la cuba de refinado está comprendida entre 50ºC por debajo de la temperatura en el reactor y 150ºC por debajo de la temperatura en el reactor.14. Method according to the preceding claim, characterized in that the temperature of the silicate in the refining tank is between 50 ° C below the temperature in the reactor and 150 ° C below the temperature in the reactor. 15. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizado porque la cuba está dotada de al menos un quemador sumergido.15. Method according to any one of claims 12 to 14, characterized in that the tank is provided with at least one submerged burner. 16. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15, caracterizado porque el redox del hierro en el silicato que sale de la cuba es inferior a 0,5.16. Method according to any one of claims 12 to 15, characterized in that the redox of iron in the silicate leaving the tank is less than 0.5. 17. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el silicato es de fórmula M_{x}O_{y}.n(SiO_{2}) en la que M_{x}O_{y} es Na_{2}O o K_{2}O y n representa un número de moles comprendido entre 1 y 4.17. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the silicate is of the formula M_ {O} {y} .n (SiO2) in which M_ {x} O_ {is} Na_ { 2} O or K 2 O and n represents a number of moles between 1 and 4. 18. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación precedente, caracterizado porque n está comprendido entre 1,3 y 4.18. Method according to the preceding claim, characterized in that n is between 1.3 and 4. 19. Procedimiento de preparación de sílice precipitada que comprende19. Silica preparation procedure precipitate comprising
--
una etapa a) de preparación de un silicato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, estando dotado el reactor de una chimenea, la cual está dotada de un sistema de recuperación de los óxidos de azufre conducentes a ácido sulfúrico.a step a) of preparing a silicate according to any one of the preceding claims, the reactor being provided with a chimney, which is equipped with a recovery system for sulfur oxides conducive to sulfuric acid.
--
una etapa b) de ataque ácido del silicato producido en a) por ácido sulfúrico producido en a), que conduce a sílice precipitada por una parte y a sulfato de dicho elemento por otra parte, siendo este último reciclado en a).a step b) of acid attack of silicate produced in a) by acid sulfuric acid produced in a), which leads to silica precipitated by a part and sulfate of said element on the other hand, this being last recycled in a).
         \vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
      
20. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación precedente, caracterizado porque la sílice precipitada presenta un tamaño comprendido entre 0,5 y 300 nm.20. Method according to the preceding claim, characterized in that the precipitated silica has a size between 0.5 and 300 nm.
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