Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
~n~
La présente invention concerne une préparation de
silicate de sodium, à partir de quartz, par réaction avec de
la soude caustique en milieu aqueux sous pression.
Les procédés existants de production industrielle
de silicate de sodium comportent généralement:
~ une calcination à plus de 1100 C du mél.ange de sable ~t
de carbonate de sodium,
- une solubilisation du silicate de sodium ainsi obtenu en
autoclave à pression modéréei soit 2 à 5 bars,.Y
- une filtration.
Un tel procédé est coûteux car la calcination
consomme du combustible, fuel ou charbon. D' autre part,
l'atelier de calcination nécessite un entretien important
du fait de la possibilité d'attaque des réfractaires par le
carbonate de sodium.
Aussi divers procédés ont été mis au point pour
supprimer.cette calcination du mélange~sable et carbonate de
- . sodium et réaliser directement la solubillsation de la silice
par autoclavation avec de la soude, en particulier dans Chemical
~:~ 20 Engineering 1962, February 2, p 76-78 et le brevet des Etats-
Unis n 2.881.0~9.
Pour controler et éviter la corrosion du matériel
etIspécialement des autoclaves,~la solubilisation est effec-
. tuée à des pressions modérees, soit à 3 à 6 bars. Toutefois,
les basses températures qui résultent de ces pressions néces-
sitent de choisir la nature du sable, de le broyer ou de faire .
subir à ce sable un prétraitement consistant généralement en
une caloination suivie d'une trempe à l'eau.
~ D.e tels procédés se sont donc avérés tout aussi
onéreux que la calcination du mélange quartz et carbonate
de sodium, seul procédé industriel finalement employé.
1- ,~
- `~
La demanderesse a mis au point un procédé de ~a-
brication de silicate de sodium à partir de quartz ou de
sable, par autoclavation avec de la soude caustique, qui ne
présente pas les inconvénients des procédés précédents.
Ce nouveau procédé de ~abrication en continu
est caractérisé en ce que l'on solubilise en autoclave du
quartz de sables dans une solution de soude caustique et de
carbonate de sodium à haute température et sous une presslon
elevee.
Les conditions de cette autoclavation sont telles
que la solubilisation peut être réalisée avec un sable non
prétraité, sans influence de la nature et de la structure
- physique du sable sauf en ce qui concerne la dimension des
grains qui doit être in~érieure à 1 mm, ce qui exige éven-
tuellement un broyage.
Selon l'invention, les problèmes de corrosion par
la soude caustique ont été résolus en utilisant une solution
de soude causti~ue chargée en carbonate de sodium et en
réalisant une solubilisation en continu du quartz par autocla- -
vation. Ces problèmes de corrosion peuvent être encore plusrésolus en réalisant un préchauffage de la solution de soude
dans des échangeurs appropriés en rickel qui ne risquent
pas ainsi d'être abrasés par le quartz.
Le ou les autoclaves utilisés ne sont donc pas
nécessairement recouverts intérieurement de nickel pour
résoudre les problèmes de corrosion par la soude caustique.
Ils sont en ~ er ordinaire, et conduisent à un investissement
de l'usine et des ~rais d'entretien notablement réduits.
~ Ce procédé permet l!obtention d'une solution de
silicate de sodium à un coût nettement inférieur aux procédés
actuels. Par ailleurs, cette solution contient moins de 30
- . .
,
~3~Q~l
à ~0 mg/l de Fe, et peut donc être utilisée en particulier
pour fabriquer des zéolithes très blanches.
Les différentes étapes du procédé selon l'invention
seront mieux comprise en se référant à la figure en annexe
- qui illustre un schéma-bloc de mise en oeuvre de l'invention.
1. Les matières premières sont constituées par du ~able-quartz
passant au tamis de 1 mm et par une lessive industrielle
de soude caustique diluée à une concentration de 180 à
230 g/l de NaO~. Cette solution de soude caustique est
chargée avec 15 à 20 g Na2CO3 par litre de façon à obtenir
la liqueur d'attaque Ll.
2. En A, le quartz est mis en suspenslon par mélange avec
une fraction de la lessive de soude Ll, de manière telle
que la teneur en matière sèche de la suspension obtenue
L3 permette son pompage sous pression dans l'autoclave C.
La charge en quartz est telle que le rapport pondéral
SiO2~NaOH totale mise en jeu soit comprise dans la four-
chette 1,7 - 2,6. ~-
3. En B, le reste de la lessive de soude Ll est chauffé à
une température de 250 à 280 C dans des échangeurs tu-
bulaires ou à plaque en nickel. Ce réchauffage indirect
se fait en continu grâce à la vapeur ~1 récupérée dans
les détendeurs D décrits ci~dessous, plus un apport com-
plémentaire de vapeur V2. La liqueur réchauffée ne conte-
nant pas de quartz, il n'y a pas d'abrasion du métal des
echangeurs.
Cette liqueur d'attaque chauffée à 250-280 C, soit L2
est injectée en continu dans l'autoclave C.
4. C'est dans cet autoclave C qu'est effectuée en continu
., ............................................................................. ,~ .
la solubilisation du quartzO
La liqueur d'attaque L2 et la suspension de quartz L3 sont
--3~
. ~
~ 3~
introduits en continu. Ces injections de liqueur et
de suspension sont réalisées sous pression.
La température dans le ou les autoclaves est de 225 à
245 C, la pression allant de 27 à 32 bars, et le temps
de séjour de 20 à 35 minutes. Dans ces conditions la
solubilisation du quartz, quelle que soit SOh origine, est
rapide.
Cette solubilisation rapide réalisée en continu permet
d'obtenir dans l'autoclave une solution stationnaire con-
tenant plus de 160 g/l de SiO2 solubilisée peu corrosive
vis à vis de l'acier ordinaire émployé, la soude étant
neutralisée par la silice solubilisée.
La température des autoclaves est maintenue par injection
de vapeur V3. A la sortie des autoclaves Cr plus de 95 %
de la charge de quartz sont solubilisés.
5. La suspension L4 sortant des autoclaves et constituée de
silicate de sodium contenant le quartz n'ayant pas réagi
est refroidie et sa pression est ramenée à la pression
atmosphérique dans une série de détendeurs D. La vapeur
émise Vl est réutilisée en B pour le préchaufEage de la
solution de soude. -
La solution de silicate LS est éventuellement diluée pour
éviter la cristallisation du silicate de Na2O.SiO2, décantée ~ ~;
et filtrée. Le solide séparé est partiellement recyclé
en A. La lessive de silicate de sodium obtenue est caracté- ~;
risée par une concentration en silice de 320 à 370 g/l
de SiO2, une concentration de 160 à 200 g/l de NaOH, une
- teneur en fer inférieure à 40 mg/l de Fe.
Cette solution convient parfaitement à la fabrication de
silicoaluminate de sodium et en particulier de zéolithe.
L'exemple suivant illustre l'invention, sans toutefois
.
--4--
.
;
~,
la limiter~
Exemple
Une solution de soude causti~ue et de carbonate
est préparée à partir de 428 kg de lessive de soude contenant
193 kg NaOH, à laquelle on ajoute 8 kg Na2CO3 et 570 kg d'eau.
La solution Ll obtenue a un volume de 0,83 m et
contient:
NaOEI 193 kg
Na2C3 8 kg
H2O 805 kg
Une fraction de cette solution, soit un volume de
0,21 m3 est utilisée en A pour mettre en suspension une charge
de 343 kg de sable contenant 341 kg de SiO2.
La suspension L3 obtenue a un volume de 0,3~ m3.
Elle est injectée dans l'autoclave C.
Simultanément, le reste de la solution Ll est ~ '
chauffé en B à 275 C, puis injecté dans l'autoclave C.
' Dans l'autoclave la suspension a une température
régulée à 2~0 C, la mise en température étant très'rapide,
et la pression est de 27 bars. Le te'mps de séjour à cette
température et sous cette pression est de 25 minutes.
- ' A la fin de cette réaction sous pression, la sus-
pension est refroidie par détente, puis diluée par 0 7 22 m3
dieau et ensuite décantée et filtrée. Le solide séparé a un
poids total de 15 kg. Il contient 13 kg de SiO2.
La li~ueur filtrée a un volume de 1,03 m3.
- Elle contient:
NaOH : 191 kg
Na2CO3 : 7,5 kg
SiO2 328 kg
Fe 32 g
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