CH201282A - Procédé de fabrication de silicates alcalins solubles à rapport moléculaire entre l'oxyde alcalin et la silice non inférieur à 1. - Google Patents

Description

  Procédé de fabrication de silicates alcalins solubles à     rapport    moléculaire  entre l'oxyde alcalin et la silice non inférieur à 1.    La présente invention concerne un pro  cédé de     fabrication    de     silicates    alcalins so  lubles dans lesquels le     rapport    moléculaire  entre l'oxyde     alcalin    et la silice anhydre n'est  pas inférieur à 1.  



  Les     procédés    employés jusqu'ici pour la  production de tels silicates alcalins exi  geaient beaucoup de temps, de     main-d'oeuvre     et de dépense et nécessitaient des installations  relativement coûteuses. Ces silicates ont     pré-          cédemmant    été fabriqués par -des     procédés    par  fusion, ou par des procédés par digestion par  voie humide, ou par une combinaison de     ces     deux genres de procédés.

   Dans le procédé par  fusion, on chauffe ensemble un carbonate al  calin et de la     silice    à une température élevée,  sensiblement au-dessus du point de fusion du  système, et on dissout le produit fondu, après       solidification,    dans de l'eau et on corrige le  rapport     alcali-silice,    de façon à l'amener à la  -.leur convenable.<B>Il</B> est ensuite     nécessaire    de    concentrer la solution,     d'enlever    les silicates  de celle-ci par cristallisation, de diviser et .de  sécher les     cristaux.    Dans un tel procédé,  l'usine et son     installation    sont     coûteuses,

      les  charges résultant des réparations sont élevées  par suite de l'effet de     scorification    sur les  revêtements des fours, et la consommation de  combustible est élevée. Dans le procédé par  digestion par voie humide, on évapore une so  lution de verre soluble à laquelle on a ajouté  de l'alcali     caustique,    ou une solution obtenue  en traitant de la     silice    finement divisée par  digestion avec une solution     concentrée    d'al  cali caustique, et on refroidit     cette    solution  jusqu'à une température appropriée de     cris-          tallisation.    On l'ensemence ensuite,

   on l'agite  et on la refroidit pour en enlever la chaleur  engendrée par la cristallisation. On enlève les  cristaux, on les sèche et on les divise. Lors  qu'on emploie du verre soluble, on     l'obtient    en  fondant de la silice avec     un,    carbonate alcalin      ou un sulfate alcalin et du carbone, et en  effectuant ensuite une opération spéciale  d'extraction pour rendre le silicate soluble.  Il est évident que dans ces procédés par diges  tion. les frais d'évaporation sont élevés, une  usine de dimensions relativement grandes est       nécessaire,    et l'installation des appareils de  digestion nécessaires est coûteuse.  



       Le    procédé suivant l'invention de fabri  cation de silicates alcalins solubles, à. rapport  moléculaire entre l'oxyde alcalin et la silice  non inférieur à 1, par réaction d'alcali causti  que avec une matière contenant de la silice,  permet de fabriquer des     silicates    alcalins so  lubles du genre indiqué, facilement et écono  miquement, .sans avoir recours à l'installation  coûteuse et aux opérations difficiles exigées  soit dans le procédé par digestion par voie  humide, soit dans le procédé par fusion au  four précédemment employés pour la produc  tion de ces composés.  



  Selon ce procédé, on mélange, dans un  récipient de     réaction.    de l'alcali caustique  fondu, ne contenant pas plus de 15     %;    d'eau.  et une matière solide subdivisée, contenant de  la silice - les matières réactionnelles     existant;     dans des proportions moléculaires telles que  le rapport moléculaire entre l'oxyde     alcalin    et  l'anhydride de silicium ne soit pas inférieur  à. 1 - on fait réagir le mélange, en l'agitant.  à. une     température    inférieure au point de fu  sion du produit de la. réaction, mais suffi  sante pour produire le silicate alcalin     cherché.     et on amène le produit de la réaction à l'état  solide.  



  On peut réaliser avantageusement la fa  brication clé ces silicates alcalins en la     conibi-          nant    avec la fabrication de soude caustique,  ou de potasse caustique; on peut alors char  ger l'alcali caustique fondu, provenant d'une  marmite à alcali caustique, dans un dispositif  mélangeur et on ajoute graduellement la ma  tière réactionnelle solide contenant de la si  lice, en agitant soigneusement. La durée de  la,     réaction    et le temps nécessaire pour obte  nir le produit en grains dépendront évidem  ment de la,     température    de la soude caustique    employée pour la réaction.

   De préférence, on  emploie de la soude caustique d'une pureté de  <B>100%</B> à ou au-dessus de son point de  fusion: dans ce cas, la réaction est violente  et est pratiquement instantanée. La réaction  est: achevée en une minute après l'addition clé  la. dernière fraction de la. matière contenant  de la silice. et en quinze à     vingt    minutes. une  matière solide en grains. coulant. librement.  est     déchargée    du mélangeur.

   Ainsi, en un  procédé en une seule phase et avec de faibles  frais     d'installation,    il est     possible    d'obtenir  un produit d'excellente qualité et d'évacuer  du mélangeur une matière qui va directement       ait    client sans autre traitement.     Cette    matière  est un silicate sensiblement     anhv        dre.    bien       qu'elle        puisse        contenir    une fraction de 1 mo  lécule d'eau de cristallisation.  



  Le procédé suivant la présente inven  tion est particulièrement applicable à la pro  duction de se     squisilicate    alcalin ou     d'ortho-          silicate    alcalin ou de, mélanges de ces ma  tières.

   Dans ce qui suit, on     décrira        pa-rficuliè-          rement    la     fabrication    de silicates de     soude.     mais il va de soi que l'invention se     rapporte     aussi à la. fabrication d'autres silicates alca  lins.     Si.    le rapport moléculaire de     Na'0    à       Si(?@    dans     les    matières réactionnelles est de       21    :

   1, il se forme directement dans le mélan  geur lui silicate qui. est soluble dans la pro  portion (le     99li        ;i        700%.    Le rapport des     deux          oiyrles    dans le composé correspond à.     l'ortho-          liea.te    et ce     composé    est techniquement       a.iiliydre.    Lorsque le rapport de     Na2O    à     Si02     dans les matières     réactionnelles    est de 1,5 :

   I ,  il se forme dans le mélangeur un composé  dans lequel le rapport de     Na@0    à     SiO2    corres  pond au     sesquisilicate.    Si le rapport de Na 20       @i        Si02    est compris entre     2,    :

   1 et 1,5 on       obtient    des mélanges de     l'orthosilic_ate    et du       sesqttisilicate.    Si le rapport de     Na.20    à     Si02     est plus élevé. il se forme des silicates à rap  port plus élevé on des mélanges     cle        soude     caustique et de silicate de sodium, produits  qui sont particulièrement propres     à.    être em  ployés comme     détergents.     



  Comme matière contenant de la.     silice,    on  peut employer. par exemple, la silice et les           verres    solubles solides dans lesquels le rap  port de     SiO2    à     Na2O    est supérieur à 1, par  exemple les verres solubles dans lesquels le       rapport    de     Na2O    à     SiO=    est de 1     :3,32    et  1     :2.     



  Il est toutefois bien     entendu    qu'on peut  employer d'autres -composés solides de     Na2O     et     SiO2    dans     lesquels    la proportion de     SiO2     dépasse celle de     Na2O.    La     silice    peut présen  ter tout degré     désiré    de pureté et être d'une  finesse appropriée quelconque pour activer la  réaction et peut être anhydre ou hydratée.

   La  silice peut se trouver à l'état amorphe, par  exemple consister en opale ou en terre à dia  tomées, ou bien on peut employer les     formes          cristallines        naturelles    de     silice,    telles que du       cristal    de roche, du sable, des     cailloux    de       silex,    du grès ou toute autre variété de  quartz.

   Des sous-produits amorphes ou cris  tallins     ide    silice, hydratée ou non, convien  nent également comme sources de     silice.     Comme en généras on     .désire    obtenir un pro  duit de grande pureté, on emploiera de la si  lice     .relativement    pure; mais si la pureté du  silicate final     n'est    pas nécessaire, on peut em  ployer de la     silice        impure    à     condition    que les       impuretés    y contenues ne réagissent pas à la  température et sous les conditions de la réac  tion, de manière à former des silicates inso  lubles.  



  L'expression "soude caustique fondue" dé  signe la soude     caustique    qui, fondue à des  températures élevées, est solide aux     tempéra-          tures    ordinaires. On peut employer de la  soude caustique d'une pureté de<B>100%,</B> ainsi  que de la soude caustique fondue contenant  de l'eau, par     -exemple    jusqu'à environ 15  d'eau.

   De préférence, comme précédemment  mentionné, la soude caustique fondue possé  dera une     quantité    de chaleur sensible suffi  sante, comme c'est le cas lorsqu'on emploie de  la soude caustique fondue à 100 % à ou     au-          dessus    de son point de fusion, pour donner  directement un produit techniquement  anhydre dans le mélangeur.

   La réaction     entre     la soude     caustique    et la matière solide conte  nant de la silice peut avoir lieu à une     tempé-          rature        quelconque    comprise entre le point de    fusion de la soude caustique (318   C environ  pour de la soude caustique à<B>100%)</B> et le  point de fusion du produit de la réaction.  Lorsqu'on emploie de la soude     caustique    à  moins de<B>100%</B> de     NaOH,    la température et  la concentration de     la,    soude     caustique    déter  mineront la durée de réaction et de granula  tion, ainsi que le degré d'hydratation du pro  duit obtenu dans le mélangeur.

   Plus la tempé  rature et la concentration de la soude caus  tique fondue sont élevées, plus le produit  obtenu se rapprochera     étroitement    du silicate       techniquement    anhydre, car l'eau associée  avec la soude caustique est     expulsée,    par l'ef  fet     combiné    de la chaleur sensible de la soude  caustique et de la chaleur dégagée par la  réaction, avec l'eau chimiquement combinée  déplacée de la soude caustique.

   Comme pré  cédemment indiqué, on réalise avantageuse  ment le     procédé    suivant     l'invention    en l'asso  ciant avec la fabrication de soude caustique,  car les pots ou marmites à soude     caustique          constituent    la source la plus économique de  soude     caustique    fondue.

   Dans le mode de réa  lisation préféré du procédé, on mélange la  soude caustique fondue et la matière réaction  nelle solide, contenant de la     silice,    immédiate  ment après l'élimination de la proportion dé  sirée d'eau de la soude     caustique,    moment au  quel la température de la soude     caustique    est  suffisamment élevée pour assurer une réac  tion immédiate. De préférence, on     effectue    la  réaction à des températures comprises entre  environ 300   C et environ 500   C.  



  Dans un cas particulier, pour préparer du       sesquisilicate    de soude, on     ajoute    graduelle  ment 60     parties    de     silice    dans un mélangeur  rotatif qui     contient    123     parties    .de soude caus  tique fondue à une température d'environ  400   C; la     réaction    est achevée en quatre  minutes environ, la masse devient plastique  après une nouvelle période de treize minutes  et commence à se désagréger, et est évacuée  après une nouvelle période de trois     minutes     sous forme d'une matière en grains, coulant  librement, 'techniquement anhydre, prête à  être mise sur le marché.

   Pour préparer     l'or-          thosilicate,        cru        ajoute        graduellement    60 par-      tics de silice dans un mélangeur qui contient  <B>165</B>     parties    de soude caustique fondue, dans  (les conditions semblables à celles données à.       l'exemple    précédent: une minute après l'addi  tion de la, totalité de la silice, la réaction est  achevée, et en moins d'un temps total de  vingt minutes, une poudre coulant librement,  sensiblement     anhydre,    est évacuée du mélan  geur, la. matière étant prête à être mise sur le  marché.

   Pour préparer des détergents avec  (les rapports plus élevés de l'oxyde de sodium  la. silice, il est donné ci-après quatre exem  ples. 71 est également parfois désirable, dans  ce procédé. d'incorporer aux silicates d'autres       matières    possédant des propriétés quelque peu  semblables, par exemple du phosphate     triso-          dique,    du phosphate     disodique,    du carbonate  de sodium et du bicarbonate de sodium. On  peut employer un mélange de ce genre, par  exemple, lorsqu'on désire     obtenir    des pro  priétés     d'adoucissement    de l'eau.  



  (1) Rapport de l'oxyde de sodium à la si  lice 7 : 1.  



       (?)    Rapport de     l'oxyde    de sodium à la, si  lice 20 : 1.  



  (3) Rapport, de l'oxyde de sodium à la si  lice 40 : 1.  



  (4) Rapport de l'oxyde de sodium à la si  lice 20 : 1, avec addition de     Na3P0'12        H-O.     Dans l'exemple (1), on emploie 82     parties     en poids de soude caustique fondue et 8.6 par  ties en poids de silice: dans l'exemple (2). on  emploie 8? parties en poids de soude caustique  fondue et 3 parties en poids de silice; dans  l'exemple (3), 82 parties en poids de soude       caustique    fondue et<B>1,5</B> partie en poids de  silice; et. dans l'exemple (4), on mélange in  timement 3 parties en poids de silice avec 8  parties en poids de     '_Na@PO''(12        H=0)    et on  ajoute ce mélange à 82 parties en poids de  soude caustique fondue.

   On agite chacun de  ces mélanges pendant quinze à vingt minutes  et dans chaque cas on obtient un produit en  grains de couleur excellente et à l'état sensi  blement anhydre. La température de la soude  caustique fondue, employée dans ces     exein-          ples,    varie de 331 à. 370       C.       Dans les     exemples    précédents, il a été em  ployé de la silice comme matière réaction  nelle solide, contenant de la silice, mais  comme mentionné, on     p-,ut    employer les  verres solubles solides au lieu de silice pour  former les mêmes détergents.

   et, dans ce cas,  on tient compte du rapport de     Si0-    à     Na'0     dans les verres solubles pour déterminer la  quantité de soude     caustique    fondue à. ajouter  pour former le     sous-silicate    désiré.  



  Pour     préparer    le     sesquisilicate    en em  ployant du     verro    soluble solide, on peut don  ner l'exemple suivant: on ajoute graduelle  ment, en agitant, 1.00 parties de verre soluble,  avec un rapport de     Na2O    à     S10"    de 1. : 3,32 ,  <B><I>à</I></B> 120 parties de soude caustique fondue, la       réaction        étant    achevée en deux minutes envi  ron. En six minutes. un produit coulant libre  ment est déchargé du mélangeur .sous forme  de poudre. produit dont plus des 94     %    sont  solubles dans de l'eau.  



  Pour préparer     l'orthosilicate    à partir d'un  verre soluble d'une qualité semblable et de  soude caustique fondue, on ajoute graduelle  ment, en agitant, 1I)0 parties du verre soluble  à 170     parties    ode soude     caustique    fondue: la       réaction    est     achevée    en moins de deux mi  nutes. et en cinq minutes trois     quarts    une ma  tière     pulvérulente    sèche est évacuée du mé  langeur; plus des 98 , ô de     cette    matière sont       solubles    dans l'eau.  



  Pour préparer le     sesquisilicate    à partir de  verre soluble d'un autre type, par exemple  un verre soluble possédant un rapport     Na2O     à     Si0\    de 1 : 2, on charge les matières sui  vantes dans le mélangeur: 91     parties    de     verre.     soluble et     841'(    parties de soude caustique  fondue. La. réaction est achevée en moins  d'une minute: un produit excellent. coulant  librement. est évacué du mélangeur en cinq  minutes environ.  



  On prépare     l'orthosilicate    de soude à, par  tir de ce     second    type de verre soluble en mé  langeant 91 parties de verre soluble à<B>12611</B>  parties de sonde caustique fondue; la réac  tion est achevée en moins d'une minute, et un  produit en grains sous forme de poudre est  obtenu en cinq minutes environ.      <B>Il</B> est bien     entendu    qu'on peut également  obtenir des produits avec un rapport de     Na@O     à     SiO2        supérieur    à ceux donnés en employant  des verres solubles solides, par un procédé  comparable dans     lequel    on augmente le rap  port de la manière désirée.

   Dans     ce    cas égale  ment, on peut     également    incorporer dans le  produit final d'autres matières telles que     les     phosphates et carbonates mentionnés.  



  Dans les exemples précédents, la soude  caustique fondue employée était de la soude  caustique à<B>100%</B>     environ,    et il est bien en  tendu que si l'on emploie de la soude caus  tique fondue contenant un peu d'eau, on  augmentera de façon     correspondante    le poids  de     soude        caustique    ajouté.  



  On peut apporter des     modifications    consi  dérables     aux        proportions    de matière réaction  nelle contenant de la silice et d'alcali caus  tique employées, et on peut également modi  fier la température de la soude     caustique    fon  due sans     s'écarter    des     principes    de l'inven  tion.

Claims (1)

1. REVENDICATION Procédé de préparation de silicates alca lins solides, solubles, à rapport moléculaire entre l'oxyde alcalin et la silice non infé rieur à 1, par réaction d'alcali caustique avec une matière contenant de la silice, selon le quel on mélange, dans un récipient de réac tion, .de l'alcali caustique fondu, ne contenant pas plus de 15 % d'eau, et une matière solide subdivisée, contenant de la silice, les matières réactionnelles existant dans des proportions moléculaires. telles que le rapport moléculaire entre l'oxyde alcalin et la silice anhydre ne soit pas inférieur à 1,

   et on fait réagir le mé lange, en l'agitant, à une température infé rieure au point de fusion du produit de la réaction, mais suffisante pour produire le sili cate alcalin, cherché, et on amène le produit de la réaction à l'état solide. SOÜS-RE'#TÈNDIOATION8 : 1 Procédé suivant la revendication, caracté risé en ce qu'après la réaction de formation du silicate désiré, on continue à agiter, à la température de réaction, jusqu'à ce qu'on obtienne un produit solide en grains.

   Procédé suivant la revendication, caracté risé en ce que, pour obtenir un produit techniquement anhydre, on fait réagir le mélange à une température .suffisante pour le débarrrasser d'eau d'une façon sensible ment complète. 3 Procédé suivant la revendication, caracté- risé en ce qu'on effectue la réaction à une température comprise entre environ 300 C et environ 500 C.

   4 Procédé suivant la revendication, caracté- risé en ce qu'on emploie -clé l'alcali causti que contenant une quantité de chaleur sen sible suffisante pour produire la réaction entre les matières réactionnelles, de façon à foi-mer le silicate alcalin sans un apport de chaleur supplémentaire,

   cet alcali caus- tique se trouvant toutefois à une tempéra ture inférieure au point de fusion du pro duit de la réaction. 5 Procédé suivant la revendication et la sous- revendication 4, caractérisé en ce que, pour préparer un produit techniquement anhy dre,

   on emploie de l'alcali caustique con tenant une quantité -de chaleur sensible suffisante pour provoquer la réaction entre les matières réactionnelles -et pour débar rasser sensiblement d'eau le mélange, de façon @à former le silicate sans apport de chaleur supplémentaire, l'alcali caustique étant toutefois à une température infé rieure au point de fusion du produit de la réaction. 6 Procédé suivant la revendication, caracté risé en ce qu'on emploie de l'alcali caus tique fondu anhydre.