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PROCEDE'PERFECTIONNE DE FABRICATION D'HYDROSOLS 'DE SILICE.
La présente invention est relative à un procédé 'perfectionné de préparation dhydrosols sensiblement purs, en utilisant des matières échangeuses de cations.
Il est connu de produire des hydrosols'de silice en faisant passer des solutions diluées de silicate de sodium en contact avec des matières échangeuses de cations. Dans les procédés de la technique anté- rieure, la vie utile de la matière d'échange de cations est réduite après une certaine utilisation, spécialement lorsqu-on produit des hydrosols d'une teneur supérieure à environ 3 % de silice. Dans certains cas, il peut y avoir un dépôt de gel de silice dans ou sur les surfaces de la matière d'échange, et cela a pour résultat une perte de la capacité et/ou de la vitesse d'échange.
La vitesse de polymérisation de la silice est influencée pour une grande partie par le pH du milieu environnant. En partidulier, la po- lymérisation de silice est très rapide dans la région de pH d'environ 5 à 8,5. Dans le procédé de la technique antérieure, dans lequel une solution alcaline de silicate de sodium est filtrée à travers une résine échangeu- se de cations, régénérée par acide, pour produire un hydrosol acide de silice, on croit que la matière liquide passe assez lentement à travers cette région dé pH critique, dans laquelle la polymérisation de silice est rapide.
On croit que ceci est-une des raisons du dépôt de silice sur la résine d'échange, et de la perte de capacité d'échange , lorsqu'on produit des hydrosols de silice de concentration plus élevée, de teneur en silice supérieure à environ 3 %, par le procédé de la technique antérieure. La présente invention évite cette difficulté par passage rapide à travers cette région de pH critique dans une zone de mélange séparée, à l'extérisur du lit de résine.
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Suivant la présente invention, du silicate de sodium est mé-' langé, en 1?absence de matière échangeuse de cations, avec un acide pour former un hydrosol de silice, et 1?entièreté du mélange traité à 1?acide, contenant 1?hydrosol de silice est mise en contact avec une matière é- changeuse de cations-pour enlever les ions de sodium ou la soude et pour produire une concentration plus élevée dhydrosol de silice sensiblement
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pur, que cela n9était possible jusque à présenta sans dépôt de gel de si- lice sur la matière d-'échange.
Un dépôt de silice sur la résine d9échange ou sur une autre matière échangeuse, dans la fabrication d2hydrosols de silice de concen- tration plus élevée, est évité, dans la présente invention, en formant d'abord effectivement l'hydrosol de silice acide en-l-'absence de matière échangeuse de cations, par mélange de silicate de sodium avec un acide.
De cette manière, le pH de la matière siliceuse, au contact ultérieur
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avec la résine ou une autre matière d-'échange, peut, à tout moment, être inférieur à la gamme critique dans laquelle une polymérisation rapide d'hydrosol de silice en gel peut se produire. Un des acides préférés est 1-'acide sulfureux, ou anhydride sulfureux, qui était choisi parce qu'il a à peu près--le, degré d'acidité désiré, et qu'il peut être enlevé de 1-'hydrosol de silice fini et récupéré pour une réutilisation. Cepen- dant, on peut utiliser d'autres- acides.
Suivant la présente invention, d'une manière plus particu- lière, des hydrosols de silice sensiblement purs sont réalisés en mélan- geant du silicate de sodium ou un silicate d'un autre métal alcalin ou des hydrosols de silice alcalins, avec un excès diacide, pour former un hydrosol de silice contenant un excès diacide-aussi bien que le sel de sodium ou d'un autre métal alcalin de l'acide. L'entièreté du mélange traité à 1?acide, contenant 1-'hydrosol de silice et le sel de l'acide est alors mise en contact avec - ou filtrée à travers - une résine échan- geuse de cations ou une autre matière échangeuse de cations, régénérée par acide, en vue de réaliser un enlèvement sensiblement complet, hors
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du mélange, de Pion de sodium ou de 19autre métal alcalin utilisé..
Dans la zone de contact avec la résine, le sel de l'acide est décomposé
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par absorption du sodium par la résine et libération de l'acide, pour produire un-hydrosol de silice acide, ne contenant'que de l9cide. Des exemples d'acides qui peuvent être utilisés sont 1-'acide acétique, lyaci- de propionique, P acide- chloracétique, 1?acide formique, P acide tartri- que, 111 acide nitrique, l'acide sulfureux ou anhydride sulfureux, pouvant être enlevé de 19hydrosol par traitement avec un solvant, tel que.. du... chlo- roforme ou une huile hydrocarbonée.
Dans certains cas-, on préfère utiliser des acides volatils, tels que l'acide sulfureux, ayant un anion qui peut
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être volatilisé de la silice ou des catalyseurs contenant- la-siiiaa, du*- rant la phase 03 séchage. ou l9ac.tivation habituelle, par un chauffage à 500a à I2000F pendant 1 à 24 heures.
Lorsqu1lun acide volatil, tel que l'acide sulfureux est utili- sé pour produire l'hydrosol, l'hydrosol enlevé de la zone de matière échan- geuse de cations est introduit alors dans une zone de distillation ou autre zone de séparation, d'où 1?anhydride sulfureux est distillé au sommet ou enlevé et récupéré pour être réutilisé dans le procédé, et l'hydrosol aci- de de silice purifié, exempt diacide sulfureux, est récupéré comme courant
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de dépôts.
Au lieu de distiller l9hydras.ol de silice-à- partir de- la zone de résine d'échange, l'anhydride sulfureux.peut être enlevé de l9hydro- sol acide de silice par insufflation d'air ou d'un gaz inerte , tel que du gaz naturel, dans une zone de nettoyage ou. d'épuration et ensuite ré-
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cupération de l1tanhyd,ri@ sulfureux sous forme d9acide sulfureux, en la- vant avec de 1?eau, ou sous forme de SO2 par adsorption avec un adsorbant, tel quxe du charbon de bois. Si on désire minimiser la température à la- quelle 1?hydrosol de silice est soumis dans la zone de distillation, la distillation peut être effectuée, sous- le vide ou sous une pression infé-
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rieure à la pression atmosphérique.
Dans le procédé de la présente invention, il est essentiel que le mélange de silicate de sodium et diacide soit du côté acide et qu'il y ait un excès d9acide présent au-dessus de ce qui est requis pour la neutra- lisation du silicate de sodium. Le pH du mélange acide de silicate de so- dium devrait être, de préférence, compris entre environ 2 et 5, de préfé- rence en dessous de 4.
Un procédé de mise en oeuvre de 1-'invention en utilisant de
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19 acide sulfureux est illustré au dessin annexé qui montre un type deappa- reil conçu pour mettre en oeuvre la présente invention.
En se référaotmaintenant au dessin, la notation de référen- ce 10 désigne une conduite à travers laquelle passe une solution de sili- cate de sodium ou une solution d'un silicate d?un àutre métal alcalin ou un hydrosol de silice alcalin. Un hydrosol de silice alcalin peut être obtenu par enlèvement partiel de soude d9une solution de silicate de so- dium par 1?une quelconque de diverses méthodes, telle que par dialyse, ou par un traitement avec un échangeur de cations, régénéré par acide, en une quantité insuffisante pour enlever toute la soude,ou par traitement avec une résine échangeuse de cations dans le cycle d'ammonium. Dans le
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dernier cas,
de lDammoniaque peut être enlevée du sol alcalin par distil- lation ou par épuration avec un gaz pourvu que le sol alcalin contienne encore suffisamment de soude pour agir comme agent stabilisant en mainte-
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nant le pH au-dessus dnenviron 9959 après enlèvement de l'ammoniaque. Ce- pendant, il est tout à fait satisfaisant pour le présent procédé d'employer des solutions de silicate de sodium sans enlèvement partiel antérieur ' quelconque de soude. Des solutions de verres solubles commerciales, tel- les que celles ayant une composition représentée par la formule
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Na20.3.25Si02, sont convenables.
La solution de silicate ou de sol passant par la conduite 10 est rapidement mélangée avec un mélange diacide sulfureux contenant de 1?hydrosol de silice et enlevé de la partie inférieure de la tour de lavage 12 en passant par une conduite 14 et un réfrigérateur 15. Le mélange rapide et complet est obtenu grâce à la pompe 16 ou à tout autre moyen convenable. La pompe 16 peut être une pompe centrifuge dans laquelle la roue mobile provoque un mélange rapide de la solution de silicate de sodium venant de la conduite 10 avec le mélange sulfureux venant de la conduite 14. Au lieu de réaliser le mélange. avec la pompe, le mélange peut être effectué dans la conduite 18 au moyen de parties restreintes convenables, telles que des orifices Venturi.
Le température dans la zone
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de mélange devrait être maintenue en dessous daenviron 120QF9 de préférence en dessous d9environ 100 F.
Une partie du mélange- résultant est envoyée de la conduite 18 dans la conduite 22 et dans une zone 24 comportant une résine-ou une matière échangeuse de cations où le mélange est mis en contact avec une
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résine, ou autre matière, d9échang¯e de cations régénérée par acide, dis- posée sous forme d'une colonne sensiblement verticale fixe. Le flux du mélange dans la conduite 22 peut être dirigé vers le bas ou vers le haut à travers la zone 24. Le reste du 'mélange venant de la conduite 18 est envoyé à la tour de lavage 12, comme on le décrira ci-après.
Le mélange
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passant dans la conduite 22 comprend un mélange acide d)hydroso1 de silice formé en traitant le silicate de sodium ou 1?hydrosol de silice alcalin avec un excès diacide et l'entièreté de ce mélange est envoyé à travers la zone 24 de matière échangeuse de cations.
Dans la zone de résine échangeuse 24, des ions de sodium ou d'un autre métal alcalin sont enlevéset la matière effluente venant de la zone 24 est un hydrosol de silice sensiblement pur, contenant de l'aci- de sulfureux. La matière effluente venant de la zone de résine échangeu- se 24 passe à travers la conduite 26 et le réchauffeur 28, où la solution
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acide de 1?hydrosol de silice est chauffée jusquà une température d'envi- ron 120 à 170 F, et la solution chauffée est ensuite passée à travers la conduite 32 et introduite dans la portion supérieure d'une tour d'épura- tion 34 qui est maintenue sensiblement à la même température.
De 1-'air ou un gaz inerte, tel qu'un gaz naturel, est introduit dans la portion infé- rieure de la tour d'épuration 34 par la conduite 36 pour enlever de l'an- hydride sulfureux, de l'hydrosol de silice, et cet anhydride sulfureux est enlevé au sommet par la conduite 38 et introduit dans la portion infé- rieure de la tour de lavage 12 dont il a été question ci-avant.
Spécialement lorsqu'on produit des hydrosols de concentration plus élevée de, par exemple, plus de 8 % de teneur de silice, on peut dé- sirer éviter un chauffage de 1 hydrosol en vue de minimiser le degré de polymérisation de la silice. Dans ce cas, l'hydrosol dans la conduite 26 contourne le réchauffeur 28 par une conduite 29, et la chaleur requise pour vaporiser l'anhydride sulfureux provenant de l'hydrosol est fournie par chauffage du gaz de nettoyage ou d'épuration pénétrant dans le dispo- sitif 34 par la conduite 36. De cette manière, le nettoyage ou 1-'épura- tion de l'anhydride sulfureux peut être réalisé, tout en maintenant la température de 1-'hydrosol en dessous d'environ 120 F.
Le liquide enlevé du fond de la tour de nettoyage 34 est envoyé dans la conduite 42 et le réfrigérateur 44, et est ensuite envoyé à l'emmagasinage ou est utilisé de toute autre manière désirée. Le ré- frigérateur 44 peut être omis si on le désire, spécialement si on pro- jette de convertir l'hydroaol de silice produit en hydrogel de silice pour être utilisé sous cette dernière forme. Le liquide enlevé du fond de la tour 34 comprend un hydrosol de silice sensiblement pur, ayant une concentration de silice d'environ 3 à 15 % en poids et contenant moins d'environ 0,1 % en poids de Na2O sur une base sèche.
En retournant maintenant à la tour de lavage 12, le liquide enlevé par la conduite 14 du fond, qui contient de l'hydrosol de silice, du sulfite de sodium et/ou du bisulfite de sodium, et un excès d'acide sulfureux, et peut avoir un pH d'environ 1 à 3, est rapidement mélangé dans la pompe 16 ou un autre dispositif de mélange, tel que décrit ci, avant, avec une solution de silicate de sodium venant de la conduite 10.
L'excès diacide sulfureux venant de la conduite 14 réagit avec le sili- cate de sodium venant de la conduite 10, et le convertit-en hydrosol de silice et en sulfite de sodium et/ou en bisulfite de sodium. Une partie du mélange résultant venant de la conduite 18, qui contient de l'hydro- sol de silice, du sulfite de sodium.et/ou du bisulfite de sodium, et qui peut encore contenir une certaine quantité d9acide sulfureux libre non neutralisés , et qui peut avoir un pH d'environ 2 à 5. est enlevée par la conduite 22 dans une zone d9échange d'ions, comme décrit ci-avant.
Le restant du mélange venant de la conduite 18 passe vers le haut par la conduite 48 et la conduite 52 pour aller dans la portion supérieure de la tour de lavage pour être utilisé comme liquide pour enlever par la- vage le SO2 introduit dans le fond de la tour de lavage par la conduite 38. On préfère recycler cette solution par la conduite 52 dans la por- tion supérieure de la tour de lavage 12 et d'introduire de Peau supplé- mentaire dans la portion supérieure de la¯ tour de lavage par la conduite 54 pour récupérer plus complètement¯l9anhydride sulfureux hors du gaz passant de bas en haut à travers la tour de lavage. Le gaz sensible- ment libéré d'anhydride sulfureux est-enlevé du sommet de la tour de la- vage 12 par une conduite 56..
Au lieu de faire passer une partie du mélange venant de la conduite 18, par la conduite 48, des soupapes dans les conduites 52 et 58 sont fermées, et tout le mélange-venant de la conduite 18 peut passer dais la conduite 22 vers le récipient 24 à matière d'échange, et, dans ce cas, de 1-'eau est utilisée comme liquide de lavage, venant par la conduite 54
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dans la tour de lavage 12, et la conduite 14 enlève une solution diacide sulfureux à la base de ladite tour de lavage 12. Cette solution acide est utilisée pour faire mélange avec le silicate de sodium ou silicate dautre métal alcalin, introduit dans la zone de mélange 16 par la conduite 10.
Cependant, le procédé, tel que décrit avec référence au dessin, est le système préféré.
Au lieu d9introduire le courant de recyclage par la conduite 52 dans la portion supérieure de la tour de lavage 12, tout le courant de recyclage ou une partie de celui-ci peut passer par la conduite 58 et être introduit à la-partie supérieure de la tour de lavage 12 pour aider à l'enlèvement de 1?anhydride sulfureux, hors du gaz, dans ladite tour de lavage 12.
Dans la pratique actuelle, on peut utiliser plus d'un réci-
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pient 24 contenant de la résine d9échnge de cations ou autre matière d'échange, de sorte qu'un lit de matière déchange sera dans la phase de régénération tandis quoun autre ou d-autres lits de matière d9échange sont dans la phase d9échange ou dans les phases de lavage. Un autre ré- cipient contenant une matière échangeuse de cations est représenté en 62 avec une conduite d9admission 64 et une conduite de sortie 66, mais on comprendra que tout nombre quelconque de lits de matière échangeuse de cations peut être utilisé.
De 1?anhydride sulfureux supplémentaire peut être introduit dans la conduite 38 par 68.
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Au lieu dutiliser une zone d9'épuration ou de nettoyage 34, la matière effluente venant du lit 24 de matière échangeuse de cations peut être envoyée à une zone de distillation, pour distiller au sommet 1?anhydre sulfureux et le récupérer en vue d'une réutilisation, tandis qu9on enlève 1?hydrosol de silice acide purifié, exempt d'acide sulfu- reux, comme courant de dépôts ou de fond. Cette distillation peut être réalisée sous des pressions inférieures à la pression atmosphérique pour minimiser la température durant la distillation. Au lieu de récupérer l'anhydride sulfureux par lavage avec de l'eau, il peut être absorbé avec un adsorbant, tel que du charbon de bois, et ensuite récupéré pour être réutilisé.
Comme matière échangeuse de cations, on utilise, de préfé- rence, une résine du type à échange de cations avec régénération par acide. De telles résines échangeuses de cations conviennent comme pro-
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duits commerciaux. Les résines d?échange sont obtenues en condensant des aldéhydes, telles que de la formaldéhyde, avec certains acides phé- nol sulfoniques ou similaires. D9autres matières d 9 écange qui peuvent être utilisées, sont le charbon, ou le bois, ou une boue de pétrole de rebut, en de la lignite, ou une autre matière similaire, avec traitement
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à l'acide sulfurique. De même, on peut utiliser une résine d9échange du type du polystyrène sulfoné.
Ces matières d'échange sont traitées avec un acide, tel que de 1-'acide, sulfurique ou de l'acide chlorhydriquë, pour les mettre dans le cycle hydrogéné en vue de leur utilisation en
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vue de 1?enlèvement de cations ou deions de sodium, dans. ce cas particu- lier. Des résines d9échange de ce type sont vendues par 16 i'Resinous Products and Chemical Company+1 sous le nom d9Amberlite.
Après¯ que la matière échangeuse de cations a été utilisée pendant un certain temps, la capacité dgéchange décroît du fait de 10ac- cumulatign doions de sodium sur cette matière, et il est alors nécessai- re de .régénérer la matière échangeuse. Il est nécessaire de régénérer chaque fois qu'un passage de soude se produit, cOest-à-dire, lorsque la teneur en sodium de la matière effluente venant du lit de résine excède celle qui est désirée dans 1-'hydrosol final produit. Ceci peut être dé- terminé par divers moyens instrumentaux qui dépendent de la conductivité électrique, de pH, ou dune autre propriété de l'hydrosol effluent de la
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zone d'échange.
Cependant, pour des raisons pratiques, on préfère habituel- lement prédéterminer la capacité de la résine échangeuse particulière, uti- lisée pour l'enlèvement de la soude. Ceci est le mieux réalisé dans un pe- tit lit expérimental de résine, auquel on alimente de l'hydrosol de silice ayant une composition identique à celle de-la conduite 22. La matière effluente du lit expérimental est recueillie en quantités successives qui sont séparément analysées pour-déterminer la quantité de soude. Les ré- sultats obtenus de cette manière peuvent être utilisés pour calculer le volume total d'hydrosol qui peut être traité dans le lit de résine d'é- change 24, par étape d'échange, pour obtenir un hydrosol essentiellement libre de soude.
Habituellement, une quantité inférieure à 10 % de ce volume est traitée par cycle d9échange en vue d9admettre un facteur raisonnable de sécurité contre un passage de sodium dans 1-'hydrosol produit. Ce vo- lume d'hydrosol qui peut être traité dans le lit de résine d'échange 24 par cycle d'échange est évidemment dépendant de plusieurs facteurs tels que (1) la nature ou la capacité d9échange de la résine particulière utilisée, (2) la concentration de 1-'hydrosol de silice particulier trai- té, et (3) le rapport soude/silice dans le silicate de sodium pénétrant dans 1?appareil par la conduite 10.
Après filtrage du volume requis d'hy- drosol à travers le lit de résine d'échange 24, 1-'hydrosol restant dans le lit est d9abord déplacé avec de l'eau, et le lit est rincé avec de l'eau comme préparation à la régénération. Environ 1 à 2 volumes d'eau par volume de résine sont requis pour déplacer 1?hydrosol et rincer le lit de résine.
Le lit de résine d'échange est alors régénéré avec un acide, tel que de 19 acide sulfurique ou de l'acide chlorhydrique pour remplacer sur la résine, les ions de métal.alcalin par des ions d9hydrogène, avec formation de sulfate de sodium ou de chlorure de sodium suivant l'acide utilisé pour la régénération. L'acide de régénération peut être conve- nablement utilisé sous forme d'une solution ayant une concentration de 5 à 10 %. La quantité d9acide de régénération utilisée par phase de régé- nération peut être rapportée à la quantité de soude enlevée de l'hydrosol par la résine durant le cycle d'échange.
En général, un excès important diacide de régénération sur ce qui est stoechiométriquement équivalent à la soude est requis en vue d'obtenir une régénération efficace ; ainsi, la quantité totale diacide utilisée dans le cycle de régénération peut être de 125 % à 200 % de 1?équivalent stoechiométrique de la soude dépo- sée sur la résine durant le cycle d'échange. Après régénération, le lit de matière d'échange est lavé avec de 1-'eau, jusqu'à ce que la matière effluente soit exempte d'ion sulfate ou d9ion chlorure suivant le type diacide utilisé. Deux à cinq volumes d'eau par volume de résine peuvent être employés pour ce lavage.
La matière échangeuse de cations est alors prête à être utilisée'dans une autre opération d'échange de cations.
A titre dexemple d'une telle régénération, une colonne d'en- viron 4 litres de résine échangeuse de cation était d'abord lavée avec de Peau pendant environ 20 minutes à environ 0,05 cc min gr. de résine pour enlever 1?hydrosol de silice et la matière soluble ; elle était régénérée par-contact avec de 1-'acide sulfurique pour remplacer les ions de métal alcalin par des ions d'hydropène, avec formation de sulfate de sodium. Pour cette phase de régénération, 90 ce de H2SO4 à 100 % étaient dilués jusque à obtention de quatre-litres, et la solution de H2S04 était utilisée à environ 0,03 cc/min/gramme de résine.
La colonne de résine était alors lavée avec de Peau pendant environ 20 minutes à environ 0,05 cc min gramme de résine, jusqu'à ce que la matière effluente se montrait exempte d'ion de sulfate.
La concentration et le taux de passage de solution de sili- cate de sodium dans la conduite 10, et le taux de passage d'eau dans la
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conduite 54 sont réglés en concordance pour donner la concentration désirée de silice dans 1?hydrosol de silice, dans les limites d'environ 30 à 150
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grammes de silice par litre d9hydrosol.
Par exemple, si on désire produire un hydrosol contenant environ 100 gr de silice par litre, on devrait introduire dans le système par la conduite 10, une solution de NaZ0e3o25Si0z d'environ 1,10 de poids spécifique, auquel cas on ne devrait pas introduire d'eau dans le système par la conduite 54, ou bien on devrait introduire
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par la conduite 10, une solution de silicate de sodium (Naz0o3255i02) d'environ 1,2 de poids spécifique, auquel cas un volume égal d'eau devrait être introduit dans le système par la conduite 54.
De cette manière, il apparaît aisément que, pour la production d'un hydrosol contenant 100 gr de silice par litre, la concentration de la solution de silicate de sodium peut varier dans delarges limites, et être compensée par le taux de pas- sage d'eau dans la conduite 54; la même chose est évidemment vraie pour
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la production d9hydrosols dautres teneurs en silice.
De plus, le taux de passage d9anhydride sulfureux pénétrant dans le fond de la tour 22 par la conduite 38, et le taux de passage et la concentration de silicate de sodium dans la conduite 10 sont réglés en concordance de manière que l'anhydride sulfureux soit en un excès stoé- chiométrique du sodium du silicate de sodium Dans ce cas, pour faire
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des calculs deéquivalence stoechiométrique: 1?anhydride sulfureux devrait être considéré comme un acide monobasique. 'u9excès d-9anhydride sulfu- reux sur la quantité calculée ne doit être stoechiométriquement que d'en- viron 5 à la % seulement, bien qu'on puisse utiliser un excès plus grand.
Par exemple, lorsqu?on utilise une solution de silicate de sodium ayant
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un rapport soude/silice représenté par la formule Naoa3025sio, environ 0,7 livre d9anhydride sulfureux par livre de silice est requise, bien qu?on puisse employer une plus grande quantité d'anhydride sulfureux si c'est nécessaire.
En vue d9obtenir un lavage efficace de l'anhydride sulfu- reux, il est désirable de maintenir la concentration dDanhydride sulfu- reux ou d'acide sulfureux,non combiné, libre-, dans le liquide de lava- ge de la tour 12, bien en dessous de son point de saturation. Cela peut être réalisé en faisant fonctionner la tour 12 avec un rapport rela-
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tivement élevé de recyclage d9hydrosolfl c9est-à-dire, le rapport du taux de passage de 1?hydrosol recyclé dans la conduite 48 au taux de passage d'hydrosol dans la conduite 22 vers la zone d9échange d'ions 24.
Ce rapport peut être d'environ 2/1 à la/1, de préférence à environ 5/la De cette manière, l'hydrosol enlevé au fond de la tour 12 par la condui- te 14, qui est relativement riche en anhydride sulfureux non combiné, est mélangé dans la zone de mélange 16 avec du silicate de sodium qui réagit avec la plus grande'partie de 1-'anhydride sulfureux non combiné et réta- blit la capacité du liquide de dissoudre une plus grande quantité d'an- hydride sulfureux, lorsqu'il est recyclé à la tour 12 par la conduite 48.
Le taux de passage de l'hydrosol de silice à travers le lit 24 de résine échangeuse d'ion peut varier entre environ 0,1 à 1 gal- lon par minute par pied cube de résine,, de préférence environ 0,35 gal- lon par minute par pied cube de résine. Ce taux de passage dépendra quelque peu de la matière résineuse d'échange particulière utilisée car certaines des résines disponibles permettent un échange plus rapide que d'autres.
L'hydrosol de silice peut être laissé se transformer en gel, et le gel de silice peut être séché et utilisé comme tel, ou bien l'hydro- sol de silice peut être mélangé avec un hydrosol d'alumine, puis laissé se transformer en gel et séché ou bien peut être séché par vaporisation pour produire des catalyseurs à mélanges d'alumine et de silice, tels
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quedes catalyseurs de crackingo L9hydrosol daalumine utilisé dans de tels cas peut être préparé par 1?un quelconque des procédés bien connus
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dans la pratique, tels que, par exemple, le traitement d9aluminium avec de l'acide acétique, ou bien l'hydrosol peut être préparé à partir d'un al-
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coolate d9aluminium9 par exemple,
par hydrolyse avec de' 1-le-au pour former une boue d'alumine et peptisation de ladite boue avec de 1?acide acéti- que pour former un hydrosol. L'hydrosol de silice et l'hydrosol d'alu- mine peuvent être mélangés en toute proportion désirée, de 10 à 90 % de
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silice et le restant d2alumine, et le mélange dehydrosols résultant peut être transformé en gel et séché, ou bien peut être séché par vaporisation pour former des particules sphériques. Le catalyseur peut être sous la forme de granules, de poudre ou de particules sphériques. Lhydrosol ou le gel de silice,réalisé ainsi, peut être imprégné avec une grande va-
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riété d'autres agents catalytiques, que 1?alvmine, pour produire des ca- talyseurs intéressants.
Par exemple, une imprégnation avec de la magné-
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sie conduit à un catalyseur de cracking d9un autre type, ou bien 19addi- tion de nickel, de platine ou de molybdène mène à des catalyseurs d'hy- drogénation ou de reforming. Lhydrosol de silice peut aussi être utilisé comme agent d9imprégnation, pour ajouter de petites quantités de silice à dautres catalyseurs ou bases de catalyseurs, par exemple,un traite-
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ment diJalumine avec une quantité suffisante dhydrosol de silice pour y déposer 0,5 à 5 % de silice améliore 1?alumine en vue de son utilisation comme base de catalyseur-de reforming. L9hydrosol de silice peut aussi
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être utilisé comme agent d-imprégnation pour ajouter de la silice à des matières telles que les textiles ou le papier.
L9hydrosol de silice peut aussi servir comme source de silice très pure pour la production de graisses à base de gel de silice.
Le gel de silice produit en partant de 1?hydrosol de silice, par le présent procédé, ne nécessite pas de lavage à 1?eau pour enlever des impuretés ou une matière soluble dans 1-'eau.
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En maintenant acide la solution d-hydrosol durant la pha- se d'échange avec résine, il est possible dobtenir un hydrosol de sili-
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ce, sensiblement pur, contenant jusqu9à environ 15 % de Si02 en poids et une quantité de soude en poids aussi faible que 10 parties- par mil- lion, sans dépôt d'une quantité de silice que 1?on puisse détecter, sur la résine d'échange ou sans affaiblir Inutilité des résines pour un échange ultérieur après régénération avec de l'acide.
EXEMPLE I.
Dans une zone de mélange, on introduisait 3250 parties en
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poids d9eau contenant une trace d9indicateur bleu de bromo-phénol. On ajoutait ensuite, en quantités croissantes alternées, 322 parties en poids d'anhydride sulfureux, et 2430 parties en poids d9une solution de sili-
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cate de sodium (Ia20a3.25Si02 de 1,21 de poids spécifique. Le but de 12indicatew bleu de bromo-phéno-l était de- s9assurer qu'à aucun moment le pH du mélange n S étai t admis à s9élever au-dessus d'environ 3,5. Le mélan- ge résultant était un hydrosol clair de silice contenant du sulfite de
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sodium et/ou du bisulfite de sodium, et un excès à?anhydride sulfureux ou acide sulfureux non combiné.
Cet hydrosol de silice était filtré à tra- vers un lit de résine d'échange Amberlite IR-120 qui avait été préalable- ment régénéré par un acide et lavé à Peau. Le filtrage était réalisé à la température ambiante, environ 80 F, à une vitesse de passage d'environ 0,35 gallon d'hydrosol par minute'par pied cube de résine, et avec un
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écoulement total d9environ 1.35 gallons d'hydrosol par pied cube de résine.
Le produit liquide était un hydrosol de silice, sensiblement libre de so- dium, contenant de 1?anhydride sulfureux, d'où 1?anhydride sulfureux était enlevé de deux manières, à savoir' (1) une partie de 1?hydrosol con- tenant de l'anhydride sulfureux était chauffée rapidement jusqu'à ébulli- tion, bouilli pendant 1 minute, et refroidi rapidement pour empêcher une transformation en gel, et (2) une deuxième portion de 1-'hydrosol de silice,
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contenant de l'anhydride sulfureux était chauffée-jüsqu9à environ 150 F, soumise pendant 5 minutes à insufflation avec un gaz naturel, et refroi- die pour empêcher une transformation en gel.
L'hydrosol résultant libé- ré d'anhydride sulfureux, par l'une ou 1?autre méthode, donnait à l'ana- lyse- 74 % de SiO2 en poids et 0,0005 de Na2O en poids. Le lit de résine d'échange Amberlite IR-120 était (1) rincé avec de l'eau, en utilisant en- viron 2 volumes d9eau par volume de résine, (2) régénéré avec de l'acide sulfurique à 5 %, en utilisant un passage total d'environ 2,5 volumes d9acide sulfurique à 5 % par volume de résines et un taux de passage d'en- viron 0,7 gallon par minute par pied cube de résine, et (3) lavé finale- ment avec de 1-'eau en utilisant un passage totale d9environ 5 volumes d'eau par volume de résine.
La résine était ainsi prête à être réutili- sée pour traiter une nouvelle quantité d'hydrosol de silice.
EXEMPLE II.
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10 litres drune solution de Na2O.3.25SiO2, de poids spécifi- que de 1,21 (2080 gr de Si02) étaient refroidis jusqu'à environ 35 F et ajoutés lentement et avec agitation à une solution diacide acétique pré- parée par mélange de 3740 cc d'acide acétique glacial avec 6260 gr. de glace. La solution d9acide acétique était chargée à un récipient de 10 gallons, et vigoureusement agitée avec un mélangeur du type à hélice, durant l'addition de la solution de silicate. Le mélange produit comprend un hydrosol de silice bien clair.
Ensuite, une colonne de 18 pouces d'environ 4 litres et environ 3072 gr de résine d'échange de cations Amberlite IR-120 sous forrae granulaire était placée dans le cycle hydrogéné par traitement avec 90 cc d9acide sulfurique concentré (100 %) dilué jusqu'à 4 litres avec de l'eau; La résine avait une particule d'environ 400 à 600 mi- crons. La solution diacide sulfurique était passée à travers la colonne.
Après cela, la résine dans la colonne était lavée avec de 1-'eau jusqu'à ce que le liquide effluent ne montrait plus d'ion de sulfate à l'ana- lyse.
Une portion de 1500 ce du mélange, comprenant de l'hydrosol de silice, préparé comme décrit ci-avant, était alors mise en contact par filtrage avec la résine échangeuse de cations, régénérée par acide, dans la colonne, à une vitesse d'environ 0,04 ce par minute par 'gramme de résine. Les¯derniers 100 cc dhydrosol de silice, fournis par le traitement à la résine d'échange, contenaient 8,9 % en poids de SiO2 et avait une teneur en Na2O de 0,015 % en poids.
Ces résultats montrent qu9un enlèvement sensiblement complet de la soude était effectué par le traitement à la résine échangeuse de cations et qu9une concentration relativement élevée de silice était obte- nue dans l'hydrosol. L'hydrosol de silice quittant la colonne de ré- sine avait un temps de prise d'environ 5 heures, ce qui donne du temps pour dautres phases de traitement quelconques, comme dans la fabrica- tion de catalyseurs de silice et d'alumine, par exemple, ou bien le temps de prise peut être réduit en élevant le pH ou en chauffant l'hydrosol de silice jusqu'à environ 120 à 200 F.
Il a été possible de préparer des hydrosols de silice à 7 et 10 %, exempts de sodium, de cette manière, en réutilisant d'une maniè- re répétée le même lit de résine d'échange, avec régénération par acide, sans diminution de la capacité de la résine d'échange de cations ou dé- pôt de gel de silice-sur la,résine.
Avec des hydrosols de silice de concentration plus élevée, au-dessus d'environ 10 %, de 1?anhydride sulfureux tend à sortir de la
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solution durant la phase de filtrage avec formation de bulles de gaz dans le lit de résine d'échange, en provoquant ainsi une certaine diminution de Inefficacité du filtrageo Ceci peut être évité en menant l'opération sous une pression supérieure à la pression atmosphérique.
Dans ce procédé, l'anhydride sulfureux agit comme un acide monobasique, de sorte qu9un minimum d'environ 0,7 livre d'anhydride sul- fureux est requis par livre de silice, lorsquon utilise un silicate de sodium Na2O.3.25SiO2. L'anhydride sulfureux est répupéré pour être réuti- lisé, et ceci peut être fait à très bon marché en intégrant le système de récupération dans la phase initiale de production d'hydrosol de silice.
L'utilisation de l'hydrosol de silice brut passant par la conduite 52 ou 58, comme au moins une partie du moyen de lavage, assurera un volume de solvant adéquat pour 1?anhydride sulfureux dans la phase de lavage de la tour 12.