SI9012001A

SI9012001A - Method for preparation of sodium silicates

Info

Publication number: SI9012001A
Application number: SI9012001A
Authority: SI
Inventors: Guenther Dr Schimmel; Michael Dr Kotzian; Herbert Panter; Alexander Dr Tapper
Original assignee: Hoechst Ag
Priority date: 1989-10-25
Filing date: 1990-10-24
Publication date: 1997-12-31
Also published as: KR910007803A; EP0425428A3; ES2047898T3; RU2032619C1; LV10763B; JPH03164422A; FI905209A7; KR0143228B1; NO904603D0; DK0425428T3; BR9005378A; LTIP1436A; HRP921197B1; LV10763A; ATE98609T1; TR25165A; PT95665A; ATE98608T1; NO904603L; CA2024966A1

Description

HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT

Postopek za pripravo natrijevih silikatov

Pričujoči izum se nanaša na postopek za pripravo kristaliničnih natrijevih silikatov s slojevito strukturo z molskim razmerjem med SiO₂ in Na₂O (1,9 do 2,1): 1 in vsebnostjo vode manj kot 0,3 mas.% iz raztopine topnega stekla z najmanj 20 mas.% trdne snovi.

Iz US P 3 471 253 je znano, da se da dobiti raztopino topnega stekla tako, da dajo 42 mas.%-ni natrijev lug in pesek (silicijev dioksid) v masnem razmerju okoli 2:1 v mešalni avtoklav in puste v njem 3 ure pri 210°C in 16 bar. Vroča raztopina natrijevega silikata, ki jo odvzamejo po ohlajenju vsebine avtoklava na 85°C, vsebuje po odfiltriranju prebitnega peska in drugih nečistot 57,5% trdne snovi in kaže razmerje SiO₂: Na₂O 1,64 :1.

Kristalične brezvodne natrijeve silikate s slojevito strukturo in molskim razmerjem med SiO₂ in Na₂O (1,9 do 3,5): 1 pripravijo po postopku po DE-OS 37 18 350 tako, da obdelajo raztopine topnega stekla z vsebnostjo trdne snovi od 20 do 65 mas.% v razpršilno sušilni coni ob tvorbi amorfnega natrijevega silikata, ki vsebuje vodo, pri čemer ima odpadni plin, ki odteka iz razpršilno sušilne cone, temperaturo najmanj 140°C. Amorfni natrijev silikat, ki vsebuje vodo, temprajo v žarilni coni pri 500 do 800°C 1 do 60 minut v prisotnosti najmanj 10 mas.% povratnega materiala, ki so ga dobili z mehanskim drobljenjem kristaličnega natrijevega silikata, ki so ga pred tem iznesli iz žarilne cone.

Pri pravkar navedenem postopku je neugodno, da zahteva material, ki nastane pri razpršilnem sušenju, zaradi svoje majhne nasipne gostote 100 do 250 g/1 velik volumen in da se močno praši. Nadalje pogojuje uporaba povratnega materiala med tempranjem precej več stroškov za aparate in zahteva zaradi večjega pretoka materiala večje dimenzionirano vrtljivo cev.

Končno nastane zaradi uporabe povratnega materiala pri molskem razmerju med SiO₂ in Na₂O 2 :1 velik delež visokotemperaturne modifikacije natrijevega disilikata (a-Na₂Si₂O₅) pri čemer pa ni zaželena visokotemperaturna modifikacija, temveč zaradi svojih boljših lastnosti builderja δ-modifikacija.

V smislu izuma premagamo navedene pomanjkljivosti pri pripravi kristaliničnih natrijevih silikatov s slojevito strukturo iz raztopine topnega stekla z najmanj 20 mas.% trdne snovi tako, da

a) pridobimo raztopino topnega stekla s presnovo kremenčevega peska z natrijevim lugom v molskem razmerju SiO₂ : Na₂O (2,0 do 2,3) : 1 pri temperaturah od 180 do 240°C in tlakih od 10 do 30 bar;

b) obdelamo raztopino topnega stekla v razpršilno sušilni coni v vročim zrakom z 200 do 300°C pri zadrževalnem Času 10 do 25 s in temperaturi odpadnega plina, ki zapušča razpršilno cono, 90 do 130°C, ob tvorbi prahastega amorfnega natrijevega silikata z vsebnostjo vode (določeno kot izguba pri žarjenju pri 700°C) 15 do 23 mas.% in nasipno maso več kot 300 g/1;

c) spravimo prahasti, amorfni natrijev silikat, ki vsebuje vodo, v poševno nameščeno, s pripravami za premikanje trdne snovi opremljeno vrtljivo cevno peč in ga v njej protitočno obdelujemo z dimnim plinom s temperaturami več kot 500 do 850°C 1 do 60 minut ob tvorbi kristaliničnega natrijevega silikata, pri čemer je vrtljiva cevna peč izolirana tako, da znaša temperatura njene zunanje stene manj kot 60°C;

d) kristalinični natrijev silikat, ki izstopa iz vrtljive cevne peči, zdrobimo s pomočjo mehanskega drobilnika na zrnavost od 0,1 do 12 mm.

Postopek po izumu lahko nadalje po izbiri izoblikujemo tudi še tako, da aa) zdrobljeni natrijev silikat zmeljemo s pomočjo mlina na zrnavosti od 2 do 400 gm;

bb) uporabimo mehanski mlin, ki obratuje pri obodni hitrosti 0,5 do 60 m/s;

cc) uporabimo mlin na zračni curek;

dd) uporabimo krogelni mlin s keramično oblogo;

ee) uporabimo nihajni mlin s keramično oblogo;

ff) odsesamo odpadni plin iz vrtljive cevne peči v njenem srednjem področju in v področju njenega konca, ki rabi za vnašanje prahastega amorfnega natrijevega silikata, in ga očistimo s pomočjo filtra za suho odpraševanje, pri čemer kvazikontinuirno primešavamo natrijev silikat, ki smo ga odvzeli iz filtra za suho odpraševanje, prahastemu, amorfnemu natrijevemu silikatu, ki vsebuje vodo in ki je določen za vnašanje v vrtljivo cevno peč;

gg) zmleti kristalinični natrijev silikat dovajamo v valjčno kompaktirno pripravo, s katero ga pri pritisnem tlaku valja 200 do 40 kN/cm širine valja stisnemo v kompaktne dele;

hh) predelamo kompaktne dele po predhodnem drobljenju s tem, da jih pretlačimo skozi sita v granulat z nasipno maso od 700 do 1000 g/1.

Kristalinični natrijevi silikati so primerni kot ojačevalna polnila v naravnem in sintetičnem kavčuku. Nadalje se obnašajo kot ionski izmenjevalniki in jih lahko zato uporabimo kot sekvestrante.

Pri postopku po izumu dobimo zaradi nizke temperature in kratkega zadrževalnega časa pri razprševanju raztopine topnega stekla natrijev silikat z veliko nasipno maso, s katerim se da dobro ravnati.

Majhno prevajanje toplote skozi stene vrtljive cevne peči zaradi njene dobre izolacije deluje pri postopku v smislu izuma proti nagnjenju natrijevega silikata k lepljenju.

Pri postopku v smislu izuma je potrebna uporaba mehanskega mlina s počasnim tekom (npr. kolutnega mlina, udarnega mlina, mlina s kladivi ali valjčnega mlina), da preprečimo obrabo železa z mlevskih orodij.

Če uporabljamo pri postopku po izumu krogelni mlin s keramično oblogo ali nihalni mlin ali mlin na zračni curek za najfinejše produkte, t.j. s premeri od 6 do 10 μτη, prav tako ne pride do onesnaženja natrijevega silikata zaradi obrabe kovine.

Z istočasnim odsesavanjem odpadnega plina, ki vsebuje prah, v srednjem področju vrtljive cevne peči in v področju njenega konca na dodajalni strani pri postopku v smislu izuma znatno zmanjšamo obremenitev s prahom v odpadnem plinu, ker se prah sprosti predvsem pri dodajanju natrijevega silikata v vrtljivo cevno peč in ker se hitrost plina v dodajalnem področju amorfnega natrijevega silikata, ki vsebuje vodo, zmanjša.

S postopkom po izumu dobimo s kompaktiranjem proti obrabi odporen granulat, ki v vodi zelo hitro razpade.

Če uporabimo pri postopku v smislu izuma raztopino topnega stekla z molekulskim razmerjem med SiO₂ in Na₂O (2,0 do 2,1): 1, dobimo pri obdelavi v vrtljivi cevni peči z dimnim plinom s temperaturami od 600 do 800°C dobro kristaliziran natrijev disilikat s slojevito strukturo, ki se nahaja v glavnem v δ-modifikaciji, ki je brez SiO₂ in kaže pri 20°C sposobnost za vezavo apna najmanj 80 mg Ca/g.

Primer 1 (po stanju tehnike)

Iz raztopine topnega stekla z vsebnostjo trdne snovi 45% smo izdelali v razpršilnem stolpu na vroči zrak (temperatura odpadnega plina : 154°C) amorfen natrijev disilikat, ki je kazal vsebnost vode (določeno kot izguba pri žarjenju pri 700°C) 19% in nasipno maso 220 g/1.

V direktno kurjeno vrtljivo cevno peč (dolžina 5 m, premer 78 cm, nagib 1,2°) smo na njenem koncu, ki leži nasproti plamena, dodajali preko dozirnega polža 605cg/h amorfnega natrijevega disilikata in 15 kg/h povratnega materiala, ki smo ga dobili z drobljenjem produkta, dobljenega v eni od prejšnjih šarž, na manj kot 250 μτη, medtem ko smo kristaliniČni produkt iznašali na plamenski strani. Temperatura na najbolj vročem mestu vrtljive cevne peči je znašala 740°C.

Na steni vrtljive cevne peči se ni tvorilo nič prilepkov, iznešeni natrijev disilikat je bil daljnosežno prahast in je kazal sposobnost za vezavo apna 74 mg Ca/g.

Primer 2 (po izumu)

V valjast avtoklav z oblogo iz niklja z mešalno pripravo smo napolnili pesek (99 mas.% SiO₂ ; zrnavost: 90% < 0,5 mm) in 50 mas.%-ni natrijev lug v molskem razmerju med SiO₂ in Na₂O 2,15 : 1. Mešanico v avtoklavu smo med mešanjem z vkomprimiranjem vodne pare (16 bar) segreli na 200°C in jo vzdrževali pri tej temperaturi 60 minut. Nato smo vsebino avtoklava preko izparilne posode dekomprimirali v drugo posodo in za ločitev netopnega po dodatku 0,3 mas.% Perlita kot pomožnega filtrirnega sredstva filtrirali pri 90°C preko ploščnega tlačnega filtra. Kot filtrat smo dobili bistro raztopino topnega stekla z molskim razmerjem med SiO₂ in Na₂O 2,04 : 1. Z razredčenjem z vodo smo naravnali vsebnost trdne snovi na 50%.

V razpršilni stolp z vročim zrakom, opremljen s centrifugalnim ploščnim razprševalnikom, ki smo ga segravali preko plinsko kurjene zgorevalne komore in ki je bil za ločitev produkta povezan z vrečastim filtrom s pnevmatskim čiščenjem, smo razpršili raztopino topnega stekla, pri čemer smo zgorevalno komoro naravnali tako, da je imel vroči plin, ki vstopa pri vrhu stolpa, temperaturo 260°C. Množino raztopine topnega stekla, ki jo je bilo treba razpršiti, smo naravnali tako, da je znašala temperatura zmesi silikata in plina, ki je zapuščala razpršilni stolp, 105°C. Iz volumna razpršilnega stolpa in iz množine pretoka plina skozi razpršilni stolp smo izračunali zadrževalni čas 16 sekund. V vrečastem filtru izločeni amorfni natrijev disilikat je imel pri majhni nagnjenosti k prašenju nasipno maso 480 g/1, vsebnost železa 0,01 mas.%, razmerje SiO₂ : Na₂O 2,04 : 1 in izgubo pri žarjenju pri 700°C 19,4%; njegov srednji premer delcev je znašal 52/im.

V primeru 1 opisana vrtljiva cevna peč je bila z večplastno mineralno volno in pločevinastim plaščem izolirana tako, da je pri temperaturi 730°C v notranjosti vrtljive cevne peči znašala temperatura na njeni zunanji površini največ 54°C. V to vrtljivo cevno peč smo vnašali 60 kg amorfnega natrijevega disilikata na uro, pri čemer se ni tvorilo nič prilepkov. Kristalinični natrijev disilikat (Na₂Si₂O₅) s slojevito strukturo, ki je zapuščal vrtljivo cevno peč in ki je imel vsebnost vode 0,1 mas.% (določeno kot izguba pri žarjenju pri 700°C), smo s pomočjo mehanskega drobilnika zdrobili na zmavost manj kot 6 mm in po vmesnem hlajenju zmleli na kolutnem mlinu (premer 30 cm) pri 400 min¹ do srednjega premera delcev 110 μτη, pri čemer je ostala vsebnost železa v zmletem produktu enaka vsebnosti železa v amorfnem natrijevem disilikatu.

Odpadni plin vrtljive cevne peči smo odsesavali samo v vnašalnem področju za amorfni natrijev disilikat in ga dovajali v pralni stolp. Z odpadnim plinom smo iznašali 5 kg natrijevega disilikata na uro.

Primer 3 (po izumu)

Po primeru 2 dobljeni produkt s srednjim premerom delcev 110 μτη smo še dalje drobili s pomočjo protistrujnega mlina s fluidiziranim slojem z vgrajeno mehansko klasimo pripravo. V odvisnosti od nastavljenega števila vrtljajev klasirne priprave smo dobili natrijev disilikat brez obrabe s srednjim premerom delcev 2 do 15 μτη in vsebnostjo vode 0,18 mas.%, pri čemer je ostala slojevita struktura nespremenjeno ohranjena.

Primer 4 (po izumu)

Po primeru 2 dobljeni produkt smo še dalje drobili s pomočjo krogelnega mlina s porcelansko oblogo, napolnjenega s korundnimi kroglami. Dobili smo natrijev disilikat brez obrabe s srednjim premerom delcev od 5 do 14 /im, odvisnim od trajanja mletja, pri čemer je ostala slojevita struktura nespremenjeno ohranjena.

Primer 5 (po izumu)

Po primeru 2 dobljeni produkt smo v valjčni kompaktirni pripravi s pritisnim tlakom kompaktirnih valjev 30 kN/cm širine valja in temu sledečim drobljenjem dobljenega materiala v granulatorju s siti predelati v granulat brez prahu s srednjim premerom delcev 750 /im, nasipno maso 820 g/1 in veliko odpornostjo proti obrabi.

Za določitev odpornosti proti obrabi smo obdelovali 50 g granulata v kotalnem krogelnem mlinu (dolžina 10 cm; premer 11,5 cm; 8 jeklenih krogel s premerom 2 cm) 5 minut pri vrtilni hitrosti 100 vrtljajev min¹.

Po izvedbi obrabnega testa je znašal srednji premer delcev še 585 μτη, kar ustreza zmanjšanje za okoli 22%.

Primer 6 (po izumu)

Primer 2 smo ponovili s spremembo, da smo odpadni plin iz vrtljive cevne peči odsesavali na dveh mestih in sicer na področju vnašanja amorfnega natrijevega disilikata, dodatno pa še na mestu vrtljive cevne peči, ki je bilo oddaljeno od navedenega področja vnašanja okoli 2 m v smeri osi vrtljive cevne peči. Oba toka odpadnega plina smo združili in trdno snov, ki sta jo vsebovala, ločili s pomočjo proti vročini odpornega vrečastega filtra. Ločeno trdno snov smo skupaj z amorfnim natrijevim disilikatom ponovno vnesli v vrtljivo cevno peč tako, da ni šlo v izgubo nič natrijevega disilikata. S tem se je povečala proizvodnja vrtljive cevne peči na 70 kg/h, vendar pa se v notranjosti vrtljive cevne peči ni pojavilo nič prilepkov.

Primer 7 (primerjalni primer)

Primer 2 smo ponovili s spremembo, da je imel vroči plin, ki je vstopal na vrhu razpršilnega stolpa z vročim zrakom, temperaturo 330°C. Temperatura zmesi silikata in plina, ki je zapuščala razpršilni stolp, je znašala 140°C. V vrečastem filtru izločeni amorfni natrijev disilikat je imel nasipno maso 250 g/1, izgubo pri žarjenju pri 700°C 17,9 mas.% in srednji premer delcev 60μπι. Ta natrijev disilikat seje močno prašil. Primer 8 (primerjalni primer)

Primer 2 smo ponovili s spremembo, da smo pripravili raztopino topnega stekla z molskim razmerjem SiO₂: Na₂O 2,15 : 1 in jo razpršili v razpršilnem stolpu z vročim zrakom v amorfen natrijev disilikat z razmerjem SiO₂ : Na₂O 2,15 :1. Iz njega smo v vrtljivi cevni peči dobili pri 730°C kristaliničen natrijev disilikat, ki je kazal v rentgenskem diagramu črte nezaželenega stranskega produkta 300 cristobalita (SiO₂, ki je kriv za zmanjšanje sposobnosti za vezavo apna in ki poslabša lastnosti builderja.

Primer 9 (primerjalni primer)

Primer 2 smo ponovili s spremembo, da je bila vrtljiva cevna peč izolirana samo tako ,da je pri temperaturi 710°C v notranjosti vrtljive cevne peči znašala temperatura na njeni zunanji površini največ 205°C. Zaradi tega so se tvorili na notranji steni vrtljive cevne peči na velikih ploskvah prilepki, ki jih je bilo treba pogosto mehansko odbijati. Iz vrtljive cevne peči smo iznašali zelo trd, slabo prekristaliziran produkt, ki je imel deloma velikost nogometne žoge in ga je bilo z mehanskim drobilnikom le težko zdrobiti.

Primer 10 (primerjalni primer)

Primer 2 smo ponovili s spremembo, da smo s pomočjo mehanskega drobilnika zdrobljeni natrijev disilikat zmleli ob uporabi mlina z udarnimi krožniki pri 10000 min'¹ na srednji premer delcev 98 /im. Zmleti produkt je imel siv odtenek in vsebnost železa 0,025 mas.%.

Primer 11 (primerjalni primer)

Primer 5 smo ponovili s spremembo, da je znašal pritisni tlak kompaktirnih valjev samo 15 kN/cm širine valja. Dobljeni granulat je imel srednji premer delcev 680 /im in nasipno maso 790 g/1. Po izvedbi obrabnega testa je znašal srednji premer delcev samo še 265 /im, kar ustreza zmanjšanju za 61%. Granulat je bil mehak in je že pri pakiranju deloma razpadel v manjše aglomerate.

V tabeli navedeno sposobnost za vezavo apna natrijevih silikatov s slojevito strukturo, dobljenih v primerih, smo določili po temle predpisu :

K 11 destilirane vode smo dodali raztopino CaCl₂ (ki ustreza 300 mg CaO), s čimer smo dobili vodo s 30° dH.

K 11 te vode, ki je bila temperirana bodisi na 20 ali 60°C, smo dodali 1 g v primerih dobljenega kristaliničnega natrijevega silikata kot tudi 0 do 6 ml 1 molarne raztopine glikokola (dobljene iz 75,1 g glikokola in 58,4 g NaCl, ki smo ju raztopili z vodo na 1 1), nakar se je vspostavila pH-vrednost 10,4. Suspenzijo smo mešali 30 minut pri izbrani temperaturi (20 oz. 60°C), pri čemer je ostala pH vrednost stabilna. Končno smo odfiltrirali in v filtratu kompleksometrično določili kalcij, ki je ostal v raztopini. Iz razlike proti prvotni vsebnosti smo določili sposobnost za vezavo apna.

TABELA

Sposobnost natrijevih silikatov za vezavo apna pri pH 10,4 (v mg Ca/g Na₂Si₂O₅)
Primer	pri 20°C	pri 60°C
1	74	123
2,3,4,5,10,11	82	132
6	84	136
8	75	125
9	77	126

Claims

PATENTNI ZAHTEVKI

1. Postopek za pripravo kristaliničnih natrijevih silikatov s slojevito strukturo z molskim razmerjem med SiO₂ in Na₂O (1,9 do 2,1): 1 in z iz vsebnostjo vode manj kot 0,3 mas.% iz raztopine topnega stekla z najmanj 20 mas.% trdne snovi, označen s tem, da

a) pridobimo raztopino topnega stekla s presnovo kremenčevega peska z natrijevim lugom v molskem razmerju SiO₂: Na₂O (2,0 do 2,3): 1 pri temperaturah od 180 do 240°C in tlakih od 10 do 30 bar;

b) obdelamo raztopino topnega stekla v razpršilno sušilni coni v vročim zrakom z 200 do 300°C pri zadrževalnem času 10 do 25 s in temperaturi odpadnega plina, ki zapušča razpršilno cono, 90 do 130°C, ob tvorbi prahastega amorfnega natrijevega silikata z vsebnostjo vode (določeno kot izguba pri žarjenju pri 700°C) 15 do 23 mas.% in nasipno maso več kot 300 g/1;

c) spravimo prahasti amorfni natrijev silikat, ki vsebuje vodo, v poševno nameščeno, s pripravami za premikanje trdne snovi opremljeno vrtljivo cevno peč in ga v njej protitočno obdelujemo z dimnim plinom s temperaturami več kot 500 do 850°C 1 do 60 minut ob tvorbi kristaliničnega natrijevega silikata, pri čemer je vrtljiva cevna peč izolirana tako, da znaša temperatura njene zunanje stene manj kot 60°C;

d) kristalinični natrijev silikat, ki izstopa iz vrtljive cevne peči, zdrobimo s pomočjo mehanskega drobilnika na zrnavost od 0,1 do 12 mm.
2. Postopek po zahtevku 1 označen s tem, da zdrobljeni natrijev silikat zmeljemo s pomočjo mlina na zrnavosti od 2 do 400 /im.
3. Postopek po zahtevku 2, označen s tem, da uporabimo mehanski mlin, ki obratuje pri obodni hitrosti 0,5 do 60 m/s.
4. Postopek po zahtevku 2, označen s tem, da uporabimo mlin na zračni curek.
5. Postopek po zahtevku 2, označen s tem, da uporabimo krogelni mlin s keramično oblogo.
6. Postopek po zahtevku 2, označen s tem, da uporabimo nihajni mlin s keramično oblogo.
7. Postopek po najmanj enem od zahtevkov 1 do 6, označen s tem, da odsesavamo odpadni plin iz vrtljive cevne peči v njenem srednjem področju in v področju njenega konca, ki rabi za vnašanje prahastega amorfnega natrijevega silikata, in ga očistimo s pomočjo filtra za suho odpraševanje, pri čemer kvazikontinuirno primešavamo natrijev silikat, ki smo ga odvzeli iz filtra za suho odpraševanje, prahastemu, amorfnemu natrijevemu silikatu, ki vsebuje vodo in kije določen za vnašanje v vrtljivo cevno peč.
8. Postopek po najmanj enem od zahtevkov 1 do 7, označen s tem, da zmleti brezvodni natrijev silikat dovajamo v valjčno kompaktirno pripravo, s katero ga pri pritisnem tlaku valja 20 do 40 kN/cm širine valja stisnemo v kompaktne dele.
9. Postopek po zahtevku 8, označen s tem, da predelamo kompaktne dele po predhodnem drobljenju s tem, da jih pretlačimo skozi sita v granulat z nasipno maso od 700 do 1000 g/1.