BE344137A

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Publication number: BE344137A
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Description

Matière pour l'échange de bases et procédé pour sa préparation.

La présente invention concerne la production de métallo- silicates et elle est particulièrement précieuse pour la pré- paration de matières d'échange de bases, ou zéolites, utili- sables pour l'adoucissement de l'eau, opération dans laquelle le sodium ou le potassium d'un compose zéolitique est libère en échange du calcium et du magnésium de l'eau dure mise en contact avec les zéolites, le sodium ou le potassium étant dans la suite récupéré en traitant les zéolites par une solu- tion saline appropriée.

Suivant la pratique antérieurement suivie, les zéolites préparés artificiellement étaient produits généralement par l'une des deux méthodes suivantes, savoir; le frittage ou la fusion des, éléments constituants, ou bien la combinaison de

ceux-ci sous la forme d'un précipité par la réaction de so- lutions appropriées. C'est à ce dernier procédé, communément appelé le procédé par voie humide, que la présente invention se rapporte.

On. a préparé également des zéolites par un procédé qui comprend le mélange d'une solution non alcaline d'un oxyde ou d'un hydroxyde amphotérique avec une solution d'un silica- te de métal alcalin, dans des proportions telles et sous un degré de concentration tel que le précipité résultant forme un gel occupant tout le volume de la solution de réaction, sans séparation de liqueur-mère. Le procédé perfectionné fournit un produit final de valeur technique beaucoup supé- rieure.

Un nouveau développement de la conception qui est à la base du procédé mentionné en dernier lieu a fait découvrir qu'on peut obtenir des matières pour l'échange de bases, plus perfectionnées encore, en augmentant la teneur en silice du produit final de la réaction et que cette augmentation peut être réalisée d'une manière simple et efficace. Cette augmen- tation de la teneur en silice et le procédé pour la.réaliser peuvent être considérés comme la caractéristique principale et le but de la présente Invention.

Par l'augmentation de la teneur en silice ou en acide silicique des matières pour l'échange de bases formées par la réaction indiquée, ces matières acquièrent une plus forte densité, sont-plus dures-et mieux adaptées à l'utilisation industrielle que celles formées comme résultat de ce que l'on peut appeler les réactions normales des solutions mises en jeu.

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Jusqu'à présent, suivant les différente procédés de pré- paration par voie humide de matières pour l'échange de bases, l'oxyde du métal alcalin, l'oxyde amphotérique et la silice se sont trouvés dans le produit final dans le rapport appro- ximatif de 1:1:4. On a trouve que si le rapport peut être changé' de façon que l'oxyde du métal alcalin ou l'oxyde am- photérique soient à la silice dans le rapport de 1:10 ou moins, le produit final possède un degré élevé de capacité d'échange de bases et convient mieux pour l'emploi qu'une matière dans laquelle la teneur en silice est moins prédomi- nante.

On a trouve qu'une manière efficace et désirable d'aug- menter la teneur en silice dans les matières d'échange de bases formées par la réaction de solutions d'un silicate de métal alcalin et d'un sel non alcalin d'un oxyde ou d'un hy- droxyde de métal amphotérique consiste à mettre en liberté de l'acide silicique, ce résultat étant obtenu par l'addition d'un acide. L'acide peut être ajouté à l'une ou l'autre des solutions avant le mélange ou bien il peut être ajoute au moment du mélange. Il est préférable d'ajouter l'acide a la solution du composé du métal amphotérique, et. de mélanger alors cette solution combinée avec la solution du silicate du métal alcalin.

Ceci est considéré comme le mode préféré de procéder conformément à la présente invention et l'on citera deux exem- ples utilisant des proportions différentes des ingrédients, pour indiquer la grande latitude permise dans les limites de l'invention. Ces exemples ne sont pas indiqués comme étant la limite de réalisation dans un sens ou dans l'autre et l'on @

ne doit pas en déduire que les proportions de matières ne peuvent pas être modifiées d'autre façon ou que les températu- res, les degrés de concentration, les temps de traitement et d'autres détails ne peuvent pas être modifies dans les limi- tes de la présente invention telle qu'elle est définie aux revendications annexées.

Dans le premier exemple, 290 ce. d'acide sulfurique concentré, contenant environ 519 gr de H2SO4 sont ajoutés à
3,2 litres d'une solution de sulfate d'aluminium commercial contenant environ 60.gr de Al2O3 et 127 gr. de SO3 par litre.

Ce mélange est dilué jusqu'à 16 litres et après refroidisse- ment il est mélangé intimement à 30 litres d'une solution refroidie de silicate de sodium.contenant 26,1 gr. de Na2O et 82,7 gr. de SiO2 par litre. En 5 minutes ou moins, il se forme un gel qui occupe le volume tout entier des solutions en réaction et qui fait prise en peu de temps pour former une masse rigide, résistante et presque analogue à du cuir. lorsque le gel a bien fait prise, on le sèche à une tempé- rature inférieure à 100 C, de préférence à environ 80 C. Par le séchage, la masse se contracte en petits blocs durs et opaques. le, séchage est continué jusqu'à ce que la matière soit absolument sèche. lorsqu'on les humecte d'eau, ces particules séchées donnent par décrépitation des particules plus petites de dimensions'convenant pour l'adoucissement de l'eau.

Les particules peuvent être rendues plus petites en- core par écrasement. Un moyen efficace de réduire le produit séché à l'état de fines particules granulées consiste à le chauffer à environ 100 0 et à le soumettre alors immédiate- ment a un traitement par l'eau froide. Si pour une raison quelconque on désire des particules plus grosses, on peut les

obtenir en humectant le produit sèche au moyen de vapeur au lieu d'eau.

Pendant la réaction il se forme une grande quantité de sels de sodium, le sulfate de sodium résultant de l'addition de l'acide sulfurique s'ajoutant aux sels de sodium formes par l'action du sulfate d'aluminium sur le silicate du mé- tal alcalin. Ces sels de sodium qui restent dans la masse jusqu'après le séchage augmentent considérablement la porosi- té du produit final. Comme ils sont solubles dans l'eau, on les enlève par lessivage. Un changement concomitant de l'as- pect physique des particules se remarque pendant le lessivage, les particules perdant leur opacité et devenant vitreuses et transparentes. Ces particules sont extrêmement dures et ont une ressemblance avec le cristal de roche.

Calculé sur la base anhydre, le sulfate de sodium formé dans l1 exemple cité constitue plus de 30 % en poids des ma- tières solides totales dans le mélange de réaction. Dans au- cun des procédés antérieurs, cette proportion n'a été plus grande que 10 %. '
L'enlèvement de ce sel laisse évidemment les particules avec un degré de porosité élevé et avec une surface accrue disponible pour le contact avec des liquides destinés à être soumis à un traitement pour l'échange de bases.

La porosité de la matière peut être commodément mesurée rehumectant une certaine quantité de la matière après les- sivage et séchage, et en déterminant l'augmentation de poids due au remplissage des pores. Suivant ce procédé de mesure, une matière préparée suivant l'exemple cité accuse une aug- mentation d'environ 50 % en poids. Cette matière conserve

son aspect vitreux et son degré élevé de porosité même après l'exposition à des températures élevées telles que 760 C. Par suite de sa stabilité et du degré élevé de porosité du pro- duit fini, cette matière est précieuse comme absorbant, in- dépendamment de son utilisation possible dans les procédés d'échange de bases.

La matière préparée comme dans le premier exemple possè- de, d'après les essais, une capacité d'échange de bases d'environ 0,013 Kg. d'équivalent de carbonate de calcium par 0.453 Kg. Sa densité est comprise entre 23.et 25 Kg. par 0.028 m3. et par conséquent sa capacité dépasse 0,647 Kg. par 0,028 m3. Elle appartient au type à régénération rapide et est dé- sirable de toute manière pour les applications industrielles. savant un autre exemple, comme précédemment , on prend 30 litres d'une solution refroidie de silicate de sodium con- tenant environ 26,1 gr. de Na2O et 82,7.gr. de SiO2 par litre, on prend 3,8 litres d'une solution de sulfate d'aluminium contenant environ 60 gr. de A1203 par litre, on y ajoute 180 cc. d'acide sulfurique concentré contenant environ 315gr. de H2SO4, et on dilue jusque 16 litres.

Cette solution com- binée est refroidie et mélangée intimement aux 30 litres de silicate de sodium. Comme dans le premier exemple, il se for- me un gel occupant tout le volume. Il n'y a pas de séparation ni d'élimination de liqueur-mère. Le gel est séché pour enle- ver toute humidité et il est ensuite traité par de l'eau pour produire la granulation.

Les particules résumantes sont vitreuses et ont une grande résistance. La matière possède une capacité d'échan- ge de bases de 0,016 Kg à 0,019 Kg d'équivalent de carbonate @

de calcium par 0,453 Kg et une densité d'environ 23 Kg par 0,028 m3. Sa capacité par 0,028 m3 dépasse 0,812 Kg.

La porosité de cette matière est même plus grande que celle de la matière préparée suivant le procédé du premier exemple vu qu'elle donne une augmentation de poids d'environ 55 % par absorption d'eau, La grande porosité et l'aspect vitreux se conservent malgré l'exposition à des températures élevées.

Les matières résultant des exemples donnés du procédé de la présente invention ont une plus grande densité et une plus grande capacité par 0,453 Kg. que les matières préparées suivant n'importe lequel des procédés de préparation par voie humide publiés ou mis en pratique antérieurement Elles ont une-plus grande capacité d'échange de bases, par volume de matière, que n'importe quel autre agent d'adoucissement de l'eau,.du type à échange de bases, connu et utilisé jusqu'à présent.

Avec les proportions précises données dans les exemples précédents, la masse de réaction est alcaline pour la phénol- phtaléine. On envisage également la possibilité de faire va- rier les proportions employées pour donner une masse qui soit neutre à la phénolphtaléine et au tournesol, mais alcaline au méthyl-orange, auquel cas on trouve -'gaiement que le pro- duit final est supérieur à ceux antérieurement connus.

L'exposé de la présente invention suggérera aux personnes du métier de nombreuses modifications aux différentes phases citées dans les exemples qui précèdent. Il va de soi qu'on peut faire varier le rapport du sel amphotérique, de l'acide et du-silicate alcalin, qu'on peut employer un silicate alca-

lin contenant n'importe quelles' .proportions désirées de Na2O et de SiO2, qu'on dispose aussi de silicate de potas- sium et qu'on peut remployer avec des résultat,s satisfai- sants que d'autres sels d'aluminium tels que les aluns ou l'acétate d'aluminium, ou les sels d'autres oxydes ou hydro- xydes équivalents d'un métal amphotérique peuvent être em- ployés; toutes ces variantes.et modifications sont envisagées et rentrent dans le cadre des revendications qui suivent.
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REVERDI CATION'S.

1.- Procédé pour la production d'un métallo-silicate, comprenant le mélange d'une solution dtun silicate de métal alcalin, d'un acide et d'une solution non alcaline d'un hy- droxyde amphotérique, dans des proportions volumétriques tel- les et sous une concentration telle qu'il se forme un gel occupant sensiblement tout le volume du mélange.

2. - Procédé pour la production d'un métallo-silicate comprenant le mélange d'une solution d'un silicate de métal alcalin, dlun acide et d'une solution.non alcaline d'un hydro- xyde amphotérique pour former de l'ensemble un gel rigide et résistant, et ensuite le séchage complet de ce gel.

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Claims

3. - Procédé pour la production d'un métallo-silicate comprenant les opérations qui consistent à mélanger une solu- tion d'un silicate de métal alcalin, un acide et une solution EMI8.2 non alcaline d'un hydroxyde amphotérique'pour former, de l'en- - semble un gel rigide et résistant, à sécher complètement ce gel et à l'humecter ensuite pour le réduire en particules convenant ,pour les applications industrielles. <Desc/Clms Page number 9>

4. - Procédé pour la production d'un métallo-silicate comprenant les opérations qui consistent à mélanger une so- lution d'un silicate de métal alcalin, un acide et une solu- tion non alcaline d'un hydroxyde amphotérique pour former, de l'ensemble un gel rigide et résistante chauffer ce gel pour le sécher complètement et à humecter ensuite la masse chauffée pour enlever les composes solubles formés pendant la réaction.

5. - Procédé pour la production d'un métallo-silicate comprenant les opérations qui consistent à mélanger une so- lution d'un silicate de métal alcalin, un acide et une solu- tion non alcaline d'un hydroxyde amphotérique pour former, de l'ensemble, un gel rigide et résistant, à chauffer ce gel pour le sécher complètement et à soumettre ensuite la masse à l'action de la vapeur pour la réduire en particules.

6.- Procédé pour la production d'un métallo-silicate com- prenant les opérations qui consistent à traiter par un acide une solution non alcaline d'un hydroxyde amphotérique et à y mélanger ensuite une solution d'un silicate de métal alcalin, à sécher la masse et a l'humecter pour la réduire en particu- les.

7. - Procédé pour la production d'un métallo-silicate comprenant les opérations qui consistent à traiter une solu- tion de sulfate d'aluminium pour un acide et a y mélanger ensuite un silicate de métal alcalin pour former un gel, à sécher ce gel et à le lessiver ensuite.

8.- Procédé pour la production d'un métallo-silicate comprenant le mélange d'une solution d'un silicate de métal nalcalin, d'un acide et d'une solution non alcaline d'un hy- <Desc/Clms Page number 10> droxyde amphotérique dans des proportions telles que le mélange soit alcalin pour la- phénolphtaléine.

9.- Matière pour l'échange de bases, formée par la réaction d'une solution d'un silicate de métal alcalin, d'une solution non alcaline d'un hydroxyde amphotérique, et d'un acide, dans laquelle le rapport de la silice à l'oxyde du métal alcalin et à l'oxyde amphotériquè est plus grand que 10 :1:1.

10.- Métallo-silicate produit par la réaction d'une so- lution d'un silicate de métal alcalin, d'une solution non alcaline d'oxyde amphotérique, et d'un acide, dans lequel les sels solubles formés par la réaction et retenus dans le pré- cipité constituent plus de 10 % en poids de la matière solide -anhydre.

11.- Procédé pour la production d'un métallo-silicate comprenant le mélange d'une solution d'un silicate de métal alcalin, d'une solution non alcaline d'un hydroxyde amphoté- rique et d'une quantité'suffisante d'acide pour produire dans le gel résultant une teneur en silice-au moins double de celle qui aurait été obtenue si l'acidité de l'hydroxyde amphotéri- que et de l'acide combinés avait été dérivée entièrement d'une quantité équivalente de l'hydroxyde amphotérique.

12. - Procédé pour la 'production d'un métallo-silicate comprenant le mélange d'une solution de silicate de sodium, d'une solution de sulte d'aluminium et d'un acide, l'acide étant ajouté en quantité telle qu'elle augmente la teneur en silice du produit.