RS60300B1 - Postupak za proizvodnju izolatora i izolator - Google Patents

Description

AH

POSTUPfl ZAPRIPREMU ŠARŽNIH MATERIJALA ZA PROIZVODNJU STAKLA

Pronalazak se odnosi na postupak za pripremu izvesnih materijala koji mogu da se koriste za proizvodnju stakla.

U kontekstu predmetnog pronalaska pod "šaržnim materijalima" bi trebalo podrazumevati sve materijale, materijale koji se mogu vitrifikovati, prirodne rude ili sintetički proizvode, materijale koji potiču od recikliranja otpadaka tipa staklenog krša itd., koji mogu da budu korišćeni u sastavima (smešama) za snabdevanje peći za topljenje stakla. Isto tako, pod "staklom" bi trebalo podrazumevati staklo u najširem smislu, to jest bilo kakvu matricu (osnovu) na bazi stakla, stakla-keramike ili keramičkog materijala. Pod izrazom "proizvodnja" bi trebalo podrazumevati neophodan korak topljenja šaržnog materijala i eventualno sve prateće/komplementarne korake koji su usmereni na prečišćavanje/kondicioniranje rastopljenog stakla u svrhe njegovog finalnog oblikovanja, a posebno u obliku ravnog stakla (glaziranje), šupljih proizvoda (flaša i boca), stakla u obliku mineralne vune (staklene ili kamene vune) koje se koristi zbog svojih termičkih ili akustičkih izolacionih svojstava ili čak eventualno i stakla u obliku takozvanih tekstilnih vlakana koja se koriste za ojačanje.

Pronalazak se najpreciznije odnosi na šaržne materijale koji su neophodni za proizvodnju stakla koje ima značajan sadržaj alkalnih metala, posebno natrijuma, na primer stakla tipa silicijum dioksida - natrijum karbonata (sode) - kreča, koja se najčešće koriste za proizvodnju ravnog stakla. Saržni materijal koji se u sadašnjem trenutku najčešće koristi za dobijanje natrijuma je natrijum karbonat Na2C03, ali ovaj izbor nije bez nedostataka. Ovo je zato što, sa jedne strane, ovo jedinjenje obezbeđuje samo natrijum kao sastavni element (sastojak) stakla, dok se celokupni deo koji sadrži ugljenik razlaže i isparava u vidu C02tokom topljenja. Sa druge strane, to je skup šaržni materijal u poređenju sa drugima, pošto je on sintetički proizvod koji se dobija Solvay-evim postupkom iz natrijum hlorida i kreča, koji postupak sadrži više proizvodnih koraka i sa energetske tačke gledišta nije baš povoljan.

Ovo je razlog zbog čega su već bila predlagana različita rešenja za korišćenje kao izvora natrijuma ne karbonata, već silikata, eventualno u obliku smeše silikata alkalnih metala (Na) i zemno - alkalnih metala (Ca), koja je pripremljena ranije. Primena ovog tipa intermedijernog proizvoda ima prednost što se zajednički obezbeđuje nekoliko sastojaka stakla i što se eliminiše faza dekarbonizacije. Ona takođe omogućava ubrzavanje topljenja šaržnog materijala kao celine i pomaže njegovu homogenizaciju tokom topljenja, kao što je na primer, navedeno u patentima FR-1, 211, 098 i FR - 1, 469,109. Međutim, ovaj pristup postavlja problem proizvodnje ovog silikata i ne predlaže metod sinteze koji je u potpunosti zadovoljavajući.

Zbog toga je cilj pronalaska razvoj novog postupka za proizvodnju ovog tipa silikata, koji je posebno podesan za obezbeđivanje industrijske proizvodnje sa pouzdanošću, efikasnošću i uz troškove koji su u potpunosti prihvatljivi.

Predmet pronalaska je pre svega postupak za proizvodnju jedinjenja koja su bazirana na silikatima alkalnih metala, kao što su Na, K i/ili koja su bazirana na zemno - alkalnim metalima, kao što su Mg ili Ca i/ili koja su bazirana na retkim zemljama, kao što je cerijum Ce, eventualno u obliku smeše silikata koji su kombinovani sa najmanje dva elementa koja su izabrana između alkalnih metala, zemno - alkalnih metala i retkih zemalja, a posebno na silikatima u kojima su kombinovani alkalni metali sa zemno - alkalnim metalima i/ili retkim zemljama. Ovaj postupak se sastoji u sintetizovanju ovih jedinjenja putem konverzije silicijum dioksida i jednog ili više halogenida, a posebno hlorida pomenutih alkalnih metala i/ili pomenutih zemno - alkalnih metala i/ili pomenutih retkih zemalja, tipa NaCl, KC1 ili CeCLi(i eventualno halogenida, posebno hlorida zemno - alkalnih metala, u slučaju da silikati sadrže neke od njih), a toplota koja je potrebna za ovu konverziju se dobija, bar delimično, pomoću

uronjenih gorionika.

U okviru pronalaska deo ili celokupni halogenidi mogu biti zamenjeni sa sulfatima ili čak sa nitratima, kao izvorom alkalnih / zemno - alkalnih ili metala retkih zemalja. To posebno može biti natrijum sulfat Na2SC>3. Tako se ovi različiti polazni materijali (halogenidi, nitrati, sulfati) prema pronalasku smatraju ekvivalentima i mogu se zamenjivati jedni sa drugima.

Pod izrazom "silicijum dioksid" ovde bi trebalo podrazumevati bilo koje jedinjenje koje pretežno sadrži silicijum dioksid (oksid silicijuma) Si02, čak i ako oni takođe mogu sadržati druge elemente ili druge primese, što je najčešće slučaj kada se koriste prirodni materijali tipa peska.

Pod izrazom "uronjeni gorionici" ovde bi trebalo podrazumevati gorionike koji su izvedeni tako da se "plamenovi" koje oni generišu ili se gasovi - produkti sagorevanja koji rezultuju iz ovih plamenova razvijaju unutar reaktora gde se odvija konverzija, u aktuelnoj masi materijala koji se podvrgava konverziji. Generalno, oni su postavljeni tako da se spiraju ili se pružaju neznatno iz bočnih zidova ili iz dna reaktora koji se koristi (ovde govorimo o plamenovima, čak i ako oni, striktno govoreći, nisu isti "plamenovi" kao i oni koji se stvaraju pomoću visećih gorionika, a radi veće jednostavnosti).

Na taj način pronalazak rezultuje posebno prihvatljivim tehnološkim rešenjem u cilju da se omogući eksploatacija hemijske transformacije koju su već predlagali Gej-Lisak (Gay-Lussac) i Tenar (Thenard), u industrijskim razmerama, naime direktna konverzija NaCl u sodu, što uključuje i reakciju NaCl sa silicijum dioksidom na visokoj temperaturi, u prisustvu vode prema sledećoj reakciji:

čiji princip se sastoji u ekstrakciji sode obrazovanjem silikata, gde se ravnoteža pomera u smeru razlaganja NaCl, jer se dve faze ne mogu mešati.

Kada se koristi natrijum sulfat umesto NaCl, reakcija je sledeća:

U stvari, prvo se obrazuje SO3, a onda se on transformiše u sumpornu kiselinu, zbog toplote i vode stvorene sagorevanjem sa uronjenim gorionicima.

Ova reakcija je dosad izazivala značajne procesne probleme, koji su povezani sa teškoćama u stvaranju homogene smeše reaktanata i sa obezbeđivanjem da se oni obrazuju tokom proizvodnje, i takođe su povezani sa teškoćama pri ispuštanju HC1 (ili H2SO4), a bez toga da ona ponovo reaguje sa obrazovanim silicijum dioksidom, sa teškoćama u ekstrakciji silicijuma, i sa teškoćama u obezbeđivanju dovoljne količine toplotne energije.

Primena uronjenih gorionika za obezbeđivanje ove toplotne energije u isto vreme rešava većinu ovih teškoća.

U stvari, već je predlagano korišćenje zagrevanja pomoću uronjenih gorionika za topljenje materijala koji se mogu vitrifikovati radi proizvodnje stakla. Na primer, može se pozvati na patente US - 3, 627, 504, US - 3, 260, 587 ili US - 4, 539, 034. Međutim, primena takvih gorionika u specifičnom kontekstu pronalaska, naime sintezi silikata iz soli, je krajnje prednostna: ovo je zbog toga što što ovaj radni režim sagorevanja generiše vodu, koja voda je kao što se gore vidi, neophodna pri željenoj konverziji. Pomoću uronjenih gorionika, na taj načinje moguće proizvoditi "in situ" (na licu mesta) vodu koja je potrebna za konverziju, bar delimično (čak i ako, u nekim slučajevima, može biti neophodno da se dopremi dodatna količina vode). Takođe je izvesno da se voda uvodi i u drugim polaznim materijama, naime silicijum dioksidu i u soli/solima (u cilju kratkoće izraz "soli" biće korišćen da bi označavao halogenide tipa hlorida alkalnih metala, retkih zemalja i eventualno zemno - alkalnih metala, koji se koriste kao polazni reaktanti), a ovo je naravno povoljno za podsticanje reakcije; osim toga, sagorevanje uzrokovano uronjenim gorionicima izaziva u materijalu koji je podvrgnut reakciji jaku turbulenciju i jaka konvekcijska kretanja oko svakog "plamena" ili "plamenova" i/ili svakog od mlazeva gasa koji potiče iz svakog od gorionika. Kao posledica toga, na taj način je obezbeđeno, bar delimično, snažno mešanje reaktanata, koje mešanje je neophodno u cilju da se garantuje homogeno mešanje različitih reaktanata, a najpreciznije onih koji su uvedeni u čvrstom stanju (pulverizovani), kao što su silicijum dioksid i so/soli; - uronjeni gorionici takođe su posebno prednosni sa striktno termičke tačke gledišta, pošto oni dopremaju toplotu direktno do tačke gde je to potrebno, naime u masu proizvoda koji se podvrgavaju reakciji, zbog čega minimiziraju bilo kakav gubitak energije, i zbog toga su oni dovoljno snažni i efikasni da bi reaktanti dostigli relativno visoke temperature koje su potrebne za njihovo topljenje / konverziju,

naime temperature od najmanje 1000° C, a posebno oko 1200° C;

pored toga, oni su imaju radni režim zagrevanja koji je posebno povoljan sa životnu okolinu, a posebno zbog što je moguće većeg smanjenja bilo kakve emisije gasova tipa NOx.

Stoga se može zaključiti da efikasnost ovih gorionika u svakom pogledu (kvalitet smeše, odličan prenos toplote i jedan od reaktanata koji se generiše na licu mesta) znači da je konverzija veoma povoljna, a da nije neophodno postizanje ekstremno visokih temperatura.

Oksiđant koji je izabran za snabdevanje uronjenog / uronjenih gorionika može biti jednostavno vazduh. Međutim, prvenstven je oksiđant u vidu vazduha obogaćenog sa kiseonikom, ili čak bitno u vidu samog kiseonika. Visoka koncentracija kiseonika prvenstvena je iz različitih razloga: zapremina dimnih gasova je smanjena, što je povoljno sa energetske tačke gledišta i izbegnuta je bilo kakva opasnost od prekomerne fluidizacije materijala koji se podvrgavaju reakciji, što bi moglo izazvati da isti budu bačeni na superstrukture ili na krov reaktora gde se odvija konverzija. Osim toga, "plamenovi" koji su dobijeni su kraći i veće su emisivnosti dozvoljavajući na taj način brzi prenos svoje energije na materijale koji su podvrgnuti topljenju / konverziji.

Sto se tiče izbora goriva za uronjeni gorionik / uronjene gorionike, moguća su dva pristupa, koji su alternative ili mogu biti kombinovani: - moguće je izabrati tečno gorivo, gorivo tipa nafte ili gasovito gorivo, tipa prirodnog gasa (uglavnom metana), propan ili vodonik; - takođe je moguće koristiti gorivo u čvrstom obliku, koje sadrži ugljenik, na primer ugalj ili bilo koji materijal koji sadrži ugljovodonike, eventualno hlorovane polimere.

Izbor oksidanta i izbor goriva za uronjene gorionike utiče na prirodu dobijenih proizvoda, osim silikata. Stoga, kada se gorionici snabdevaju sa kiseonikom i sa prirodnim gasom, vrše se šematski sledeće dve reakcije (polazeći od najjednostavnije situacije u kojoj je poželjno dobiti Na silikat iz NaCl, ali je moguće transponovati ih na sve druge slučajeve, bez obzira da li se obrazuju K silikati, Ce silikati ili silikati koji sadrže Ca ili Mg, itd):

Ove dve reakcije mogu se kombinovati u jednu jedinu reakciju:

Kada se koristi vodonik kao gorivo umesto prirodnog gasa, više ne postoji nikakva emisija CO2i sveukupna reakcija može biti napisana kao :

Kada se koristi gorivo čvrstog tipa koje sadrži ugljenik, uvek sa oksidantom tipa kiseonika, može se napisati sledeća reakcija:

Ovog puta, ono što se obrazuje stoga više nije HC1, nego hlor Cl2kao nusprodukt konverzije.

Stoga je iz ovih različitih bilansa reakcija jasno da se konverzijom koja je predložena prema pronalasku takođe generišu derivati koji sadrže halogene, od kojih se prvenstveno mogu primeniti derivati kao što su HC1 ili Cl2(ili H2S04), koji se nalaze u dimnim gasovima. Moguća su dva načina rada: -jedan način se sastoji u njihovom uklanjanju kao izliva. Zbog toga je moguće da se HC1 neutralizuje sa kalcijum karbonatom CaC02, što se svodi na obrazovanje CaCl2, koji je moguće eventualno iskoristiti (na primer, za uklanjanje snega sa puteva); - drugi način se sastoji u razmatranju konverzije prema pronalasku kao sredstva za proizvodnju HC1 ili Cl2(ili H2S04) u industrijskim razmerama, a ovo su osnovne hemikalije koje se široko koriste u hemijskoj industriji (to je moguće posebno za hlor, koji se dobija elektrolitički, a koji je neophodan za proizvodnju hlorovanih polimera tipa PVC-a ili polivinil hlorida, koji treba da budu supstituisani sa HC1 ili Cl2, koji su proizvedeni prema pronalsku). U ovom slučaju, bilo bi neophodno ekstrahovati ih iz dimnih gasova i na taj način uspostaviti industrijsku proizvodnu liniju za HC1 ili Cl2, na primer inkorporiranjem uređaja za izvođenje postupka prema pronalasku direktno na lokaciji hemijske industrije koja ima potrebu za ovim tipom hlorovanih produkata. Na taj način, korišćenjem dobijenih hlorovanih derivata omogućava se dalje snižavanje troškova za šaržne materijale koji sadrže alkalne metale koji su neophodni za proizvodnju stakla.

Prva primena silikata koji su proizvedeni prema pronalasku odnosi se na industriju proizvodnje stakla: onu mogu bar delimično zameniti uobičajene šaržne materijale koji obezbeđuju alkalne metale ili retke zemlje, a najviše što se tiče natrijuma, putem bar delimične zamene CaC03sa Na2SiC>3. Silikati prema pronalasku se stoga mogu koristiti za snabdevanje peći za topljenje stakla, a ovo se naročito vrši na dva različita načina: - prvi način sastoji se u tretiranju dobijenih silikata u cilju da se oni učine podesnim za primenu kao šaržni materijali koji se mogu vitrifikovati za peći za topljenje stakla: ovo stoga obuhvata njihovo ekstrahovanje iz reaktora i generalno njihovu konverziju "na hladno" u pulverizovanom čvrstom stanju, posebno pomoću koraka granulisanja primenom tehnika poznatih u industriji proizvodnje stakla. Na taj način ovo je kompletno odvajanje postupka proizvodnje silikata i postupka proizvodnje stakla, sa podesnim oblikovanjem, i eventualnim skladištenjem / transportom obrazovanog silikata, pre nego što se isti dopremi u peć za topljenje stakla; - drugi način sastoji se u primeni silikata koji je/su obrazovan/i prema pronalasku "na toplo", to jest u primeni postupka za proizvodnju stakla koji obuhvata prethodni korak proizvodnje silikata koji treba da bude dopremljen dok je još rastopljen u peći za topljenje stakla. Na taj način, silikat se može proizvoditi u reaktoru koji je povezan sa peći za topljenje stakla, koja obrazuje jedan od njegovih "uzvodnih" odeljaka, nasuprot njegovim eventualnim "nizvodnim" odeljcima koji su namenjeni za prečišćavanje / kondicioniranje stakla koje je jednom istopljeno.

U obe ove situacije, peć za topljenje stakla može biti konvencionalne konstrukcije (na primer električna peć za topljenje u kojoj se koriste uronjene elektrode, peć koja se loži odozgo i koja funkcioniše sa bočnim regeneratorima, peć koja se loži sa jednog kraja, ili bilo koji tip peći koji je poznat kao takav u industriji proizvodnje stakla, dakle uključujući i peći sa uronjenim gorionicima), eventualno sa konstrukcijom i radnim režimom funkcionisanja koji su neznatno modifikovani tako da budu podesni za postupak topljenja koji ne uključuje karbonate ili manje karbonata

nego u slučaju standardnog postupka topljenja.

Treba zapaziti da su izvesni silikati koji su različiti od natrijum silikata takođe veoma prvenstveni za proizvodnju prema pronalasku. Na taj način, pronalazak omogućava proizvodnju kalijum silikata iz KC1, a on je, bar ekonomski, veoma prvenstven kao šaržni materijal koji sadrži Si i K za proizvodnju stakala koja se nazivaju "mešana alkalna" stakla, to jest ona koja sadrže i Na i K. Ova stakla se posebno koriste za izradu ekrana koji reaguju na dodir, stakla za televizijske ekrane, olovna stakla i stakla za panele sa plazma displejem.

Isto tako, pronalazak dozvoljava ekonomičniju proizvodnju specijalnih stakala koja sadrže aditive za koja su hloridi manje skupi od oksida. Ovo je slučaj sa retkim zemljama kao što je cerijum, gde prisustvo cerijum oksida daje staklima svojstva filtriranja UV zraka, i retke zemlje ovog tipa takođe su uključene u sastave specijalnih stakala koja imaju visok moduo elastičnosti namenjih za hard diskove. Pronalazak stoga omogućava da se dobije šaržni materijal koji sadrži Si i Ce - cerijum silikat - uz umerene troškove.

Druga dodatna prednost pronalaska je taj što se silicijum dioksid koji se uvodi na početku tokom konverzije u silikat podvrgava izvesnom uklanjanju gvožđa (odgvožđavanju), pošto je gvožđe hlorid isparljivo: staklo koje se proizvodi od ovog silikata, primenom bar izvesne količine ovog silikata stoga će težiti da bude čistije nego staklo u kome se uopšte ne koristi ovaj tip silikata. Ovo je prvenstveno sa estetske tačke gledišta i ima tendenciju povećanja solarnog faktora stakla (kod primene za "ravno staklo").

Druga primena silikata koji su proizvedeni prema pronalasku (osim onog da se koristi kao šaržni materijal za peći za topljenje stakla), preciznije natrijum silikata, je u industriji deterdženata, gde se natrijum silikat Na2Si03koristi u

kompozicijama praškova za pranje / deterdženata.

Treća primena silikata (i eventualno hlorovanih derivata) dobij enih prema pronalasku je u pripremi specijalnih silicijum dioksida, koji se obično nazivaju "taloženi silicijum dioksidi", a koji se, na primer koriste u sastavima betona. Silikati koji su dobijeni prema pronalasku mogu u stvari biti podvrgnuti dejstvu kiselina, prvenstveno hlorovodonične kiseline HC1, koja se takođe obrazuje konverzijom prema pronalasku, tako da silicijum dioksid istaloži u vidu čestica koje imaju posebnu veličinu čestica; željena veličina čestica je generalno reda nanometra (1 do 100 nm, na primer).

Natrijum hlorid koji se takođe obrazuje tokom taloženja silicijum dioksida prvenstveno može biti recikliran, služeći prvenstveno opet kao sirovi materijal za proizvodnju silikata prema pronalasku. Ovo je proširenje pronalaska u kome se, polazeći od silicijum dioksida u česticama sa "grubom" veličinom čestica (od oko 1 mikron ili grubljim, na primer) opet dobija silicijum dioksid u česticama, ali je veličina čestica mnogo manja, pa ova kontrola i ova veličina čestica otvaraju put veoma velikom mnoštvu primena u materijalima koji se koriste u industriji.

Za ovu treću primenu je posebno interesantno da se izabere alkalni sulfat umesto hlorida: dobija se H2SO4, umesto HC1, koja služi za dejstvo kiseline na natrijum silikat koji je obrazovan. Ova vrsta kiseline se koristi u hemijskoj industriji za pripremanje taloženih silicijum dioksida. Ovo je prednostnije od HC1 u ovom posebnom slučaju, jer se izbegava prisustvo ostataka hlorida u silicijum dioksidu, koji su potencijalni izvor korozije za ovaj proizvod.

Postupak za stvaranje taloženih silicijum dioksida prema pronalasku može sadržati sledeće korake, šematski: D reakcija u peći snabdevenoj sa uronjenim gorionicima (posebno onim sa kiseonikom - gasom ili kiseonikom - vodonikom) između peska od silicijum dioksida odgovarajuće čistoće i natrijum sulfata, sa nekom količinom vode koja se dodaje na kontrolisan način zavisno od količine vode je generisana putem sagorevanja. Stoga se obrazuje natrijum silikat prema gore pomenutoj reakciji. On se evakuiše kontinualno, a dobijeni SO3se transformiše u H2SO4, koji se rekuperiše nizvodno,

D na dobijene natrijum silikate sa odgovarajućim odnosom Si02/Na20 onda dejstvuje rekuperisana sumporna kiselina, pod podesnim uslovima (a posebno u pogledu pH vrednosti), zbod čega se silicijum dioksid taloži i tretira tako da se dobiju odgovarajuća svojstva zavisno od njegove primene (na primer, kao punila za gumu, za autogume, itd.),

D tokom ove reakcije, opet se obrazuje natrijum sulfat, koji se može koncentrisati i reciklirati u peći koja je snabdevena sa uronjenim gorionicima, kao izvor natrijuma.

Može se videti da se ovaj proces vrši kontinualno u "zatvorenoj petlji" što se tiče kiseline i izvora natrijuma. On se ponaša kao "sito za silicijum dioksid", pri čemu se troše samo pesak i energija. Toplota od dimova koji se izbacuju i od kondenzacije SO3može biti rekuperisana u podesnom izmenjivaču toplote, tako da se na primer proizvodi para koja je neophodna za koncentrisanje vodenih rastvora.

Ova vrsta postupka primenjuje se na veoma sličan način kada se koristi neki drugi alkalni metal koji je različit od natrijuma (ili neki derivat drugačiji od sulfata) ili bilo koji drugi element osim sulfata koji je termički stabilan i može biti podvrgnut istoj vrsti reakcije.

Naredna prednost primene ovog postupka odnosi se na tretiranje (najpređnosnije inertizacijom putem vitrifikacije) otpada koji sadrži hlor, najprvenstvenije otpada koji sadrži hlor i koji sadrži ugljenik, kao što su hlorovani polimeri (PVC, itd.); topljenjem pomoću uronjenih gorionika, prema pronalasku može se izvršiti piroliza ovog otpada sa C02, H20 i HC1 (ili čak H2S04) kao krajnjim proizvodima sagorevanja, gde se HC1, kao što je ranije pokazano, neutralizuje ili se koristi kao takva. Takođe se može zapaziti da stoga takav otpad takođe može da služi kao čvrsto gorivo koje sadrži ugljenik, što u stvari može dozvoliti da količina goriva koja se ubrizgava u gorionike bude smanjena (takođe mogu biti korišćeni, drugi tipovi otpada, kao što je livački pesak). Piroliza ovih različitih tipova otpada ovde je opet prvenstvena sa ekonomske tačke gledišta, pošto se trošak njihovog tretiranja, koji je pored toga neophodan, odbija od troškova proizvodnje silikata prema pronalasku. Umesto aktuelne pirolize otpada, isti može biti vitrifikovan.

U nastavku je dato nekoliko detalja u vezi inertizacije takvog organohlornog otpada: pesku i hloru, ili njegovom ekvivalentu, može biti dodat čvrst ili tečan otpad organohlornog tipa. Takođe mogu biti dodati neki drugi aditivi, kao što su kreč, aluminijum oksid (u vidu gline, jeftinije sirovine, na primer), ili drugi oksidi. Tako je to prava vitrifikacija, a vitrifikovani materijal koji je dobijen može imati sposobnost eventualnog stabilizovanja mineralnih materijala koji su sadržani u tom otpadu. Ovaj vitrifikovani materijal se može biti onda odstranjen. Kiselina koja je proizvedena može se rekuperisati u apsorpcionoj koloni u kojoj se filtriraju dimovi i može biti onda reciklirana. Ovaj proces je veoma prednostan sa ekonomske tačke gledišta. Sa jedne strane, veći deo elemenata koji se stapaju se dobija iz soli i bar deo energije koja je neophodna za vitrifikaciju dobija se od samog otpada. Sa druge strane, to omogućava da se reciklira kiselina koja se obrazuje, a naročito HC1. Mogu da se mešaju različite vrste otpada koji mogu da sagorevaju. Za ovu primenu više odgovara silikat koji je bogat sa zemno-alkalnim metalima ili čak koji je sastavljen samo od zemno-alkalnih silikata: ako je cilj da se otpad učini inertnim i da se ne proizvodi staklo visokog kvaliteta, prvenstveno je da se koriste pretežno zemno-alkalni silikati, jer je sirovi materijal koji sadrži ove zemno-alkalne metale jeftiniji nego onaj koji sadrži alkalne metale.

Predmet pronalaska je takođe uređaj za izvođenje postupka prema pronalasku, koji uređaj prvenstveno sadrži reaktor koji je snabdeven sa jednim ili više uronjenih gorionika i sa najmanje jednim sredstvom za uvođenje silicijum dioksida i/ili halogenida (ili njihovih ekvivalenata, kao što su sulfati ili nitrati) ispod nivoa rastopljenog materijala, posebno u obliku jednog ili više pužnih transportera za dopremu šarže. Prvenstveno, čvrsti ili tečni sagorljivi materijali, kao što su gore pomenuti otpadi koji su po sadržaju organohlorni, mogu biti uvedeni u peć na isti način. Stoga je moguće da se direktno u masu proizvoda koji se podvrgavaju topljenju / reakciji uvedu bar oni od polaznih reaktanata koji imaju sposobnost isparavanja pre nego što imaju vremena da reaguju: ovde se pre svega misli na natrijum hlorid NaCl. Na taj način se može obezbediti dovoljno vremena za zadržavanje tečnih ili čvrstih sagorljivih materija, tako da se postigne njihovo kompletno sagorevanje.

Zidovi reaktora, posebno oni koji su namenjeni da budu u kontaktu sa različitim reaktantima / proizvodima reakcije koji su uključeni u konverziju, prvenstveno su snabdeveni sa vatrostalnim materijalima koji su obloženi sa metalnom oblogom. Metal mora biti sposoban da izdrži različite tipove korozivnih dejstava, posebno onih koji su izazvani sa HC1. Poželjni su titanijum, metal iz iste porodice, ili legura koja sadrži titanijum ili cirkonijum ili legura koja sadrži cirkonijum. Prvenstveno, mogu biti preduzete mere da svi elementi unutar reaktora, koji se pojavljuju u zadnje pomenutom, budu bazirani na ovom tipu metala ili da budu površinski zaštićeni prevlakom od ovog metala (transporteri za šarže i uronjeni gorionici). Prednostno je da zidovi reaktora, a takođe posebno i svi metalni delovi unutar reaktora budu povezani sa rashladnim sistemom tipa sa cirkulacijom fluida, sa rezervoarom za vodu. Zidovi takođe mogu biti u

potpunosti napravljeni od metala, bez ili sa veoma malo standardnih vatrostalnih elemenata koji se koriste za konstrukciju peći za topljenje stakla.

Zidovi reaktora definišu, na primer, približno kockastu, paralelopipednu ili cilindričnu šupljinu (koja ima kvadratnu, pravougaonu ili kružnu osnovu). Prvenstveno, može biti predviđeno nekoliko tačaka za uvođenje polaznih reaktanata, na primer, raspoređenih na ravnomeran način na bočnim zidovima reaktora, posebno u obliku izvesnog broja transportera za šarže. Ovo mnoštvo tačaka za dopremanje dozvoljava da količina reaktanata u svakom od njih bude ograničena i da se dobije homogenija smeša u reaktoru.

Reaktor prema pronalasku može takođe biti snabdeven sa različitim sredstvima za tretiranje hlornih izliva, posebno za regenerisanje ili neutralisanje izliva tipa Cl2ili HC1 ili H2S04i/ili sa sredstvima za odvajanje čvrstih čestica, posebno onih koje su bazirane na hloridima metala, iz gasovitih izliva. Ova sredstva su prvenstveno smeštena u dimnjaku/dimnjacima koji odvodi/odvode dimne gasove iz reaktora.

Konačno, predmet pronalaska je takođe i postupak za proizvodnju stakla koje sadrži silicijum i okside alkalnih metala tipa Na20 ili K20 i/ili okside zemno alkalnih metala tipa MgO ili CaO i/ili okside retkih zemalja tipa Ce20, topljenjem materijala koji se mogu vitrifikovati, u kojima toplota koja je potrebna za pomenuto topljenje bar delimično potiče od uronjenih gorionika. U ovom slučaju, pronalazak se nalazi u činjenici da su šaržni materijali koji sadrže alkalne metale tipa Na ili K, ili zemno alkalne metale, ili retke zemlje tipa Ce, bar delimično u obliku halogenida, posebno hlorida pomenutih elemenata, kao što su NaCl, KC1 ili CeCl4, ili sulfata ili nitrida. Ovo je drugi značajan aspekt pronalaska prema kome se, kao ovde, sve odvija kao da se silikat, koji je ranije opisan kao "in situ", proizvodi u toku aktuelnog postupka topljenja materijala koji se mogu vitrifikovati u cilju da se proizvede staklo. Ekonomska prednost zamene sveukupnog natrijum karbonata ili posebno njegovog dela, sa NaCl je jasna. U ovom slučaju, postoje iste prednosti kao i one koje su opisane gore, a koje se odnose na proizvodnju silicijuma nezavisno od proizvodnje stakla, posebno naime manji sadržaj gvožđa u staklu, eventualno korišćenje hlorovanih (halogeniziranih) derivata dobijenih, pirolizom ili vitrifikacijom otpada, gde je zadnje pomenuti, osim toga

eventualno podesan da služi kao čvrsto gorivo itd.

Pronalazak će biti detaljno objašnjen uz pomoć primera izvođenja koji je prikazan na sleđećoj slici: □ Fig. 1: šematski prikaz postrojenja za proizvodnju natrijum silikata prema pronalasku.

Ova slika nije nužno u razmeri i ekstremno je pojednostavljena u cilju jasnoće.

Ona prikazuje reaktor 1 koji sadrži dno 2 pravougaonog oblika, koje je probijeno na pravilnim razmacima, tako da bude snabdeveno sa nizovima gorionika 3 koji prolaze kroz njega i neznatno prodiru u reaktor. Gorionici su prvensteno pokriveni sa titanijumom i hlade se sa vodom. Bočni zidovi se takođe hlade sa vodom i sadrže prevlaku od vatrostalnih materijala 5 izlivenih električnim putem ili su napravljeni u potpunosti od metala baziranog na titanijumu. Nivo 5 materijala koji se podvrgavaju reakciji / topljenju je takav da pužni transporteri 6 za dopremu šarže uvode reaktante kroz bočni zid ispod ovog nivoa.

Dno koje sadrži gorionike može imati veću debljinu vatrostalnih materijala izlivenih električnim putem nego bočni zidovi. Oni su takođe probijeni sa ispušnim otvorom 10 za ekstrakciju silikata.

Krov 8 može biti obešeni ravni krov, koji je napravljen od vatrostalnog materijala tipa aluminijum silikata ili cirkonijum-aluminijum silikata ili AZS (aluminijum - cirkonijum - silicijum dioksida) tipa ili bilo kog keramičkog materijala koji je otporan na HC1 i/ili NaCl. On je konstruisan tako da bude nepropusan za dimne gasove koji sadrže HC1: jedno rešenje koje nije ograničavajuće za obezbeđivanje ove nepropustljivosti sastoji se u korišćenju saćaste keramičke strukture, koja se sastoji od šestougaonih delova u kojima je smešena izolacija. Između delova na zadnjoj površini postignuta je na taj način nepropustljivost pomoću niskotemperaturne mastike otporne na HC1 (vatrostalne paste). Time se štiti metalna noseća struktura. Dimnjak 9 je takođe konstruisan od materijala otpornih na HC1 i NaCl (vatrostalni oksidi, silicijum karbid, grafit). On je snabdeven sa sistemom za odvajanje čvrstih čestica koje se mogu kondenzovati (hloridi metala) i sa kolonom za regeneraciju HC1, koja ovde nije prikazana.

Kada se silikat ekstrahuje iz reaktora preko ispušnog otvora 10, on se prenosi do granulatora (nije prikazan) tipa koji se koristi u industriji proizvodnje stakla ili industriji deterdženata koji sadrže natrijum silikat.

Cilj procesa je da se proizvede silikat koji je visoko koncentrisan u pogledu natrijuma, što se kvantifikuje na poznat način pomoću molarnog odnosa Na20 u odnosu na ukupni (Si02+ Na20) u oblasti od 50 %, uvođenjem u reaktor, pomoću transportera za šarže, smeše peska (silicijum dioksida) i NaCl. Ova dva reaktanta takođe mogu biti uvedena odvojeno i eventualno mogu biti prethodno zagrejani pre nego što budu uvedeni u reaktor.

Gorionici 3 se prvenstveno snabdevaju sa kiseonikom i sa prirodnim gasom ili sa vodonikom.

Viskoznost šarže tokom topljenja / reakcije i visoka stopa (brzina) reakcije koji se dobija pomoću tehnologije uronjenih gorionika omogućavaju da se postignu visoki specifični prinosi - koji su reda veličine od, na primer, najmanje 10 tona / dan.

Da zaključimo, postupak prema pronalasku otvara novi put u proizvodnji silikata, najpreciznije silikata natrijuma, kalijuma i cerijuma (ili silikata zemno alkalnih metala). U kontekst predmetnog pronalaska takođe potpada, uvažavajući neophodne razlike, korišćenje istog postupka za proizvodnju ne samo silikata, već takođe i titanata, zirkonata i aluminata ovih elemenata (eventualno pomešanih sa silikatima).

Na taj način, metal može biti bar delimično zamenjen sa silicijumom, a posebno metal koji pripada prelaznim metalima i još preciznije onim metalima koji pripadaju koloni IVB periodnog sistema elemenata, kao što su Ti ili Zr, ili metalima koji pripadaju koloni IIIA periodnog sistema elemenata, kao što je Al. Prednost takve zamene je što je dobijeni proizvod rastvorljiv u vodi. Selektivno dejstvo ovih proizvoda u vodenom rastvoru, posebno uz korišćenje hlorovodonične kiseline koja se obrazuje tokom konverzije, rezultuje taloženjem čestica ne više silicijum dioksida, kao što je pomenuto ranije u tekstu, nego odgovarajućih čestica metalnih oksida kao što su Ti02, Zr02i AI2O3, koje čestice su generalno nanometarske veličine, kao kada se započinje sa silicijum dioksidom, a koje mogu imati brojne primene u industriji. Na taj način moguće je koristiti ih kao punioce kod polimera i betona, ili ih inkorporirati u keramičke ili stakleno - keramičke materijale. Takođe je moguće iskoristiti njihova fotokatalitička svojstva: posebno su zato namenjene Ti02čestice (koje mogu biti inkorporirane u fotokatalitičke prevlake koje imaju svojstva protiv prljanja, namenjene za različite arhitektonske materijale, glazure, itd.).

U cilju da se proizvedu ovi titanati, zirkonati ili aluminati prema pronalasku, postupak koji je ranije opisan za dobijanje silikata se transponuje polazeći od halogenida tipa NaCl i od oksida uključenih metala (Ti02, Zr02, A1203itd).

Alternativno, moguće je direktno koristiti kao polazni proizvod za konverziju koji sadrži metal halogenid pomenutog metala, a ne više njegov oksid. Ovo može biti posebno hlorid, kao što je TiCl4, ZrCl4ili AICI3(takođe je moguće izabrati kao polazni proizvod koji sadrži metal smešu oksida i hlorida pomenutog metala). U ovom slučaju, materijal koji sadrži alkalne metale može biti halogenid istog NaCl tipa koji se koristi za proizvodnju silikata, a ova so eventualno može biti dopunjena sa sodom ili zamenjena sa njom kada je alkalni metal koji je uključen natrijum.

Isto kao i u slučaju "taloženog silicijum dioksida" ovo proširenje postupka prema pronalasku se stoga može predvideti sa sredstvima za modifikovanje, a posebno smanjenje veličine čestica oksida metala, kakva su predviđena za druge primene u industrijskim materijalima.

Takođe treba zapaziti da pronalazak omogućava da se recikliraju različiti otpadi. On se može koristiti, u znatnoj meri, naročito za čišćenje / tretiranje peska koji je zagađen sa slojem nafte: na taj način je moguće prikupljanje ovog zagađenog peska kao polaznog materijala za obezbeđivanje silicijum dioksida. Ovo pruža dve velike prednosti: D prvo, pesak dolazi zajedno sa organskim, sagorljivim otpadom (gorivo, ugljovodonična jedinjenja),

D drugo, to je jednostavan način da se očiste obale i plaže od ovog zagađenog peska, kada bilo koji drugi metod za njihovo čišćenje ili predugo traje ili je preskup. Proces prema pronalasku dozvoljava na taj način da se gorivo u potpunosti eliminiše. Za ovaj tip primene prednostno je dobijanje silikata zemno - alkalnih ili silikata koji pretežno sadrže zemno - alkalne metale: slično, kao kod primene za činjenje hlornog / organskog otpada inertnim, kao što je pomenuto gore, ekonomski je interesantnije korišćenje sirovih materijala koji sadrže zemno-alkalne metale umesto sirovih materijala koji sadrže alkalne metale.

Claims (18)

1. Postupak za proizvodnju jedinje nja koja su bazirana na jednom ili više silikata alkalnih metalaykao što su Na, K i/ili zemno-alkalnih metala kao što su Ca, Mg i/ili retkih zemalja kao što je Ce, eventualno u vidu smeše silikata u kojoj su kombinovana bar dva od ovih elemenata, putem konverzije silicijum dioksida i halogenida ili sulfata ili nitrata, posebno jednog ili više hlorida pomenutih alkalnih metala i/ili pomenutih retkih zemalja i/ili pomenutih zemno-alkalnih metala, kao što su NaCl, KC1 ili CeCl4,naznačen time,što se toplota koja je neophodna za ovu konverziju dobija, bar delimično, pomoću jednog ili više uronjenih gorionika. / „

2. Postupak prema zahtevu 1,naznačen time,što se jedan ili više uronjenih gorionika snabdevaju sa oksidantom kao što je vazduh, vazduh obogaćen kiseonikom ili kiseonik.

3. Postupak prema bilo kom od prethodnih zahteva,naznačen time,što se jedan ili više uronjenih gorionika snabdevaju sa gorivom kao što je prirodni gas, gorivom na bazi nafte ili vodonika i/ili što se čvrsto ili tečno gorivo , posebno gorivo koje sadrži ugljenične materijale na bazi polimera, eventualno hlorovanih polimera ili na bazi uglja, doprema u blizinu jednog ili više gorionika.

4. Postupak prema jednom od prethodnih zahteva,naznačen time,što sagorevanje koje se ostvaruje pomoću jednog ili više uronjenih gorionika obezbeđuje bar delimično mešanje silicijum dioksida i halogenida.

5. Postupak prema jednom od prethodnih zahteva,naznačen time,što sagorevanje koje se ostvaruje pomoću jednog ili više uronjenih gorionika generiše bar delimično vodu koja je potrebna za konverziju.

6. Postupak prema jednom od prethodnih zahteva,naznačen time,što konverzija takođe generiše halogenizovane derivate, posebno hlorovane derivate koji se mogu upotrebiti, kao što su HC1 ili Cl2ili H2S04.

7. Postupak prema bilo kom ođ prethodnih zahteva,naznačen time,što se obrazovani silikat ili silikati tretiraju dalje kako bi se mogli primeniti kao jedan ili više šaržnih materijala koji se mogu vitrifikovati za peći za topljenje stakla, pri čemu tretman posebno obuhvata stupanj granulisanja.

8. Postupak prema jednom od zahteva 1 do 7,naznačen time,što se silikat ili silikati dopremaju vreli u peć za topljenje stakla.

9. Uređaj za izvođenje postupka prema jednom od prethodnih zahteva,naznačen time,što obuhvata najmanje jedan reaktor (1) koji je snabdeven sa jednim ili više uronjenih gorionika (3) i sa najmanje jednim sredstvom za uvođenje silicijum dioksida i/ili halogenida ili nitrata ili sulfata i, eventualno tečnih ili čvrstih sagorljivih materija , ispod nivoa materijala koji se podvrgavaju topljenju,pri čemu to sredstvo predstavlja jedan ili više pužnih transportera (6) za dopremu šarže.

10. Uređaj prema zahtevu 9,naznačen time,što su zidovi (2, 4) reaktora (1), posebno oni koji su u kontaktu sa različitim reaktantima ili proizvodima reakcije koji su uključeni u konverziju, načinjeni od vatrostalnih materijala, na primer izlivenih električnim putem ili od vatrostalnih materija koji su obloženi sa metalnom oblogom od titanijuma ili cirkonijuma ili su bazirani na ovim vrstama metala, i prvenstveno su povezani, bar u slučaju bočnih zidova (4), sa rashladnim sistemom koji^cTrkulaciju koristi fluid kao što je voda.

11. Uređaj prema zahtevu 9 ili zahtevu 10,naznačen time,što zidovi reaktora (1) obrazuju približno kockastu, paralelopipednu ili cilindričnu šupljinu.

12. Uređaj prema jednom od zahteva 9 do 11,naznačen time,što je reaktor (1) snabdeven sa sredstvima za tretiranje hlorovanih izliva, a posebno sa sredstvima za regeneraciju HC1 ili Cl2ili H2SO4ili za neutralizaciju HC1 i/ili sa sredstvima za odvajanje čvrstih čestica, , iz gasovitih izliva, na primer onih koje su bazirane na hloridima metala.

13. Primena postupka prema jednom od zahteva 1 do 8 ili uređaja prema jednom od zahteva 9 do 12 za pripremanje šaržnih materijala koji se mogu vitrifikovati za proizvodnju stakla.

14. Primena postupka prema jednom od zahteva 1 do 8 ili uređaja prema jednom od zahteva 9 do 12 za pripremu sirovih materijala, posebno natrijum silikata Na2Si03, za proizvodnju deterdženata.

15. Primena postupka prema jednom od zahteva 1 do 8 ili uređaja prema jednom od zahteva 9 do 12 za pripremu sirovih materijala, posebno natrijum silikata Na2Si03, za proizvodnju taloženog silicijum dioksida, preciznije oblika silicijum dioksida i natrijum sulfata.

16. Primena postupka prema jednom od zahteva 1 do 8 ili uređaja prema jednom od zahteva 9 do 12 za vitrifikaciju otpada, posebno organsko-hlornog tipa, prvenstveno konverzijom silicijum dioksida i sirovog materijala koji sadrži bar zemno-alkalne metale.

17. Primena postupka prema jednom od zahteva 1 do 8 ili uređaja prema jednom od zahteva 9 do 12 za tretiranje peska koji je zagađen sa gorivom ili sličnim ugljovodoničnim jedinjenjima, prvenstveno konverzijom silicijum dioksida i sirovog materijala koji sadrži bar zemno-alkalne metale.

18. Postupak za dobijanje stakla koje sadrži silicijum dioksid i okside alkalnih metala, tipa Na20 ili K20 i/ili okside zemno-alkalnih metala tipa CaO ili MgO i/ili okside retkih zemalja tipa Ce02topljenjem materijala koji se mogu vitrifikovati, u kome se toplota koja je potrebna za pomenuto topljenje bar delimično dobija od uronjenih gorionika,naznačen time,što su materijali koji se mogu vitrifikovati, a sadrže alkalne metale tipa Na ili K ili retkih zemalja tipa Ce ili zemno-alkalnih metala, bar delimično u obliku halogenida, posebno hlorid^rjorne nutih elemenata, kao što su NaCl, KC1 ili CeCl4ili Na2S04.( / J-' sJ27^ F* ?, „^^T^