Procédé de fabrication de silicates alcalins solides et solubles. On connait l'intérêt industriel que pré sentent les corps constitués par des silicates de soude solides possédant la propriété d'être solubles dans l'eau froide, leurs solutions pouvant être utilisées, en particulier, comme détersifs, comme adhésifs, comme liant et comme matières de revêtement.
La. présente invention, à laquelle a colla boré M. Louis Blanchard, a pour objet un procédé de fabrication de ces silicates.
On rappelle, en premier lieu, qu'il est connu de longue date de fabriquer des sili cates de soude par fusion alcaline de la silice et qu'à partir du verre ainsi obtenu, on sait préparer des solutions de silicates. Toutefois, étant donné que, pour obtenir ces, solutions, il faut, opérer à chaud et sous pression, car ces silicates sont peu solubles à froid, ce sont ces solutions elles-mêmes qui sont mises dans le commerce à l'état tout préparé, et non pas le silicate à l'état de verre, puisque la dissolution de celui-ci ne peut être faite directement et commodément par l'utilisateur. L'utilisation de ces solutions est, au contraire, immédiate; par contre, leur poids d'eau en rend le transport onéreux.
Il est également connu que, tandis que les silicates anhydres, qui viennent d'être consi dérés, sont peu solubles à froid, même réduits en poudre, leurs hydrates le sont davantage, ce qui a conduit déjà à la mise en pratique de divers procédés réalisant la fabrication de ces hydrates, soit par hydratation des silicates de soude anhydres, soit par concen tration de la, solution du commerce.
Pour obtenir une solubilité intégrale, à froid, de l'hydrate, il est non seulement nécesisaire que celui-ci soit finement broyé, mais, en outre, les grains issus de ce broyage ne doivent pas se réagglomérer; il en résultait jusqu'ici, pour les fabrications de ce genre, une certaine complication économique et technique.
La présente invention fait intervenir également des silicates à l'état de :solution, mais elle offre la possibilité d'obtenir faci lement, à la faveur d'un broyage économique, des produits granuleux et très homogènes, exempts de toute tendance notable à s'agglo mérer, et parfaitement solubles à froid.
L'invention repose sur un ensemble d'ob servations inattendues, faites par lia titulaire et selon lesquelles, -en premier lieu, certaines solutions de silicates de soude prennent, à une @certaîne concentration, par refroidisse ment à la température ambiante,, une consis- tance particulière, qui est celle d'une matière plastique, souple, amorphe et vitreuse, la quelle, si on la, chauffe,
ne pmésente aucune trace de cristallisation, maïs se liquéfie alors progressivement.
On a constaté également qu'en dépit de cette apparence physique, cette matière est pulvérisable avec la plus grande facilité et que, par exemple, la simple pression des doigts la réduit en poussière. Si la concen tration est moins poussée, le silicate de meure encore fluide à froid, tandis que, si elle l'est davantage, il prend la consistance d'une matière plastique et élastique et se signale par une dureté telle que son broyage est parmi les plus difficiles à réaliser.
Sur la base de ces observations et à la suite d'essais multiples, la titulaire a réussi ensuite à déterminer: a) que la propriété d'émiettement varie en fonction du rapport moléculaire
EMI0002.0003
et que cet émiettement ne se manifeste que si ce rapport R est supérieur à 2,5 environ.
Audessous de cette valeur de R, cette faculté d'émiettement disparaît; b) que, pour un silicate de rapport R répondant à la condition ci-dessus, l'émiette ment peut se produire dans une certaine marge de concentration et qu'il existe une valeur optimum de cette concentration pour laquelle l'émiettement se produit le plus facilement; c) que, lorsque le rapport R varie depuis 2,5 jusqu'à 4 - valeur au-dessus de la quelle on n'a pu jusqu'ici dissoudre, même à chaud, le silicate vitreux - la teneur en eau correspondante à cette concentration optimum s'élève régulièrement de 44 à 54 environ, suivant une loi sensiblement liné aire;
d) enfin, que si le produit pulvérisé est abandonné à lui-même, il tend lentement à se reprendre en masse. Si, par contre, on sèche le produit en le brassant, il perd cette tendance à s'agglomérer.
En poursuivant ses recherches, la, titu laire a pu établir que les caractéristiques et les particularités opératoires se rapportant aux silicates de soude, s'appliquaient sans changement au ne des silicates de potasse.
En particulier, la concentration à laquelle il convient d'amener la solution aqueuse de départ avant de la refroidir, pour obtenir une masse facilement émiettable, est la même pour un silicate de potasse ou un silicate de soude de même rapport molécu laire
EMI0002.0012
(M représentant le métal alcalin) ; cette con centration correspond à une teneur en eau qui s'élève régulièrement de 44 à 54% sui vant une loi sensiblement linéaire lorsque le rapport R varie de 2,5 à 4, la, valeur R = 2,5 étant celle au-dessous de laquelle les silicates de potasse ou de soude ne possè dent plus de faculté d'émiettement, et la valeur R = 4 étant celle au-dessus de la quelle on ne peut dissoudre, même à chaud, les silicates vitreux.
Le procédé<B>d</B>e fabrication de silicates alcalins, solides, solubles à froid - objet de -la présente invention - repose sur les , observations et les essais qui viennent d'être exposés.
Il est caractérisé en ce que, partant d'une solution de silicate alcalin dans la quelle 'le rapport
EMI0002.0020
,de la silice à l'oxyde alcalin est compris entre 2,5 et 4, l'on amène cette .solution jusqu'à une teneur en eau qui est fonction @du rapport R et qui varie de façon sensible ment linéaire de 44 % pour R = 2,5 à 54 pour R = 4,
en ce que ladite solution est ensuite amenée à l'état de geil par refroidis- sement, en ce que l'or émiette ledit gel par broyage et en ce que l'on déshydrate le produit broyé.
Le procédé comprend donc, par exemple, l'ensemble des opérations suivantes: Ayant. vérifié préalablement que le silicate alcalin sur lequel on veut opérer, satiofait à la condition précitée pour la valeur de son rarpport R, et ayant déterminé la concentra tion qui, pour ce silicate, correspond<B>à</B> l'émiettement optimum, cette concentration étant fonction du rapport R;
1. on procède à la concentration d'une solution du silicate considéré, jusqu'à obte nir une solution correspondant à la concen tration optimum; 2. la solution de ce silicate ainsi concen trée est refroidie, puis la masse, obtenus à l'état de gel, est broyée; 3. sur le produit broyé, on poursuit la déshydratation par tout moyen approprié. Pour l'application pratique de ce procédé, il est avantageux d'observer les règles opé ratoires suivantes: La concentration par ébullition de la solu tion initiale sous la pression atmosphérique - qu'elle soit effectuée par chauffage à feu nu ou par l'intermédiaire d'un bain d'huile risque de provoquer une surchauffe des parais, qui engendrerait la formation de croûtes préjudiciables à l'homogénéité.
En conséquence on opère, de préférence, la con centration sous vide partiel moyennant l'appareillage approprié, ou, plus simple ment, on chauffe cette solution en mainte nant sa température à une valeur inférieure au point d'ébullition et on accélère l'évapo ration en entraînant la vapeur d'eau par circulation d'un courant d'air.
La première partie de la déshydratation chu produit broyé est faite à froid, en parti culier au moyen d'un courant d'air, et en brassant pour éviter l'agglomération des grains. Lorsque la teneur en eau est devenue suffisamment basse pour que le produit n'ait plus une tendance sensible à s'agglomérer à chaud, on peut pousser la déshydratation en chauffant jusqu'à environ 50 C et le brassage peut être avantageusement pour suivi, pendant cette seconde partie du sé chage, simplement dans le but de rendre les effets de ce séchage plus homogènes et d'améliorer ainsi la qualité du produit.
Les exemples ci-après montrent comment peut être réalisée l'invention.
Exemple 1: On part d'une solution de silicate de solude dont
EMI0003.0007
avec 62% d'eau. La solution est chauffée jusqu'à ce que sa teneur en eau soit d'environ. 44à46%.
La liqueur est ensuite refroidie à la tem pérature ambiante oue elle se transforme en gel. Le produit est alors broyé, et aussitôt après, le silicate est séché à froid, ce séchage étant poussé jusqu'à ce que la teneur en eau soit abaissée à 31%. Puis la déshydratation est poursuivie à 50 C jusqu'à atteindre 23,4 % d'eau.
Le produit final est un granulé; les grains sont transparents, miroitants, à arê tes arrondies. Leur dimension est de d'ordre du millimètre.
Le silicate est soluble tel quel à 20 C en moins de 15 minutes, avec une agitation qui n'a pas besoin d'être vigoureuse. Il donne une solution limpide.
Exemple 2: On part d'une solution de trisilicate de soude dont
EMI0003.0011
et contenant 62 % d'eau.
La solution est chauffée jusqu'à abaisser sa teneur en eau à 48 %.
La liqueur est alors refroidie à la tem pérature ambiante et le produit est broyé. Aussitôt après broyage,. le silicate est ; séché à froid jusqu'à 35 % ou même<B>29%</B> d'eau. On peut, à partir de ce moment, sécher à chaud jusqu'à atteindre 50 C.
Le produit séché à cette température a une teneur en eau de<B>21,5%.</B>
Il n'a. ipas tendance à la réagglomération. Le produit final a le même :aspect que celui de l'exemple 1.
<I>Exemple 3:</I> On part d'une solution de silicate de soude R = 3,26.
La concentration se, fait par barbottage d'air décarbonaté dans la liqueur chauffée au bain-mRr 1e et agite, En r-iis'Qn du re- froidissement causé par le barbottage d'air, la température n'est pas très élevée (60 à 70 C environ). Elle suffit néanmoins pour amener la liqueur à l'état liquide pâteux. Lorsque la teneur en eau n'est plus que de 53% environ, on laisse refroidir, ce qui amène le silicate à l'état d'un gel très friable.
Le produit est alors émietté grossière ment. Cette opération est aussi facile, sinon davantage, que pour les silicates plus alcalins.
Le séchage du produit émietté se fait d'abord dans de bandes cuvettes exposées à l'air où lorn assure un malaxage inter mittent pour combattre la réagglomération; ce séchage dure quelques jours.
Quand l'humidité tombe à 40-44 % , le silicate, toujours friable, est émietté plus finement.
La tendance à la réagglomération ayant bien diminué, on élève progressivement la, température du produit jusqu'à 50 C. L'opé ration complète peut être réalisée dans un séchoir tournant parcouru par un courant d'air chaud circulant en sens inverse du produit.
Exemple 4: On part d'une solution de silicate de soude R = 3,67, et l'on opère comme dans l'exemple précédent, en apportant cependant les modifications suivantes: on arrête la pre mière concentration, avant l'émiettement, quand la teneur en eau s'est abaissée<B>à</B> 53,8%, et l'on peut commencer le séchage à chaud quand la teneur en eau s'est abaissée à 45-48 %.
Exemple 5: On part d'une solution de silicate de potassium dont le rapport moléculaire
EMI0004.0003
avec 71,2 d'eau. La concentration est réalisée par un barbottage d'air décarbonaté dans la liqueur agitée et chauffée au bain-marie. La température du bain-marie étant de 100 C, celle de la liqueur se maintient aux environs de 80 C, 0n coucentre la liqueur jusqu'au point de viscosité maximum compatible avec le passage du courant d'air. La liqueur ob tenue possède une teneur en eau de 46 %. Elle est alors refroidie à la température ambiante où elle se transforme en gel.
Le produit est alors broyé et aussitôt après le silicate est séché à froid, ce séchage étant poussé jusqu'à ce que la teneur en eau soit abaissée à 30 %, puis la, déshydratation est poursuivie à 50 C jusqu'à atteindre 16,6 d'eau.
Le produit final est un granulé. Il est soluble tel quel à 20 C et donne une solution limpide.
Exemple <I>6:</I> On part d'une solution de silicate de potassium dont
EMI0004.0011
et contenant<B>72,6%</B> d'eau. La solution est chauffée jusqu'à abaisser sa, teneur en eau à 50%. La liqueur est alors refroidie à la température ambiante et le produit est broyé. .Aussitôt après le broyage, le silicate est séché à froid jusqu'à<B>30%</B> d'eau. On peut, à partir de ce moment, sécher à chaud jusqu'à atteindre 50 C. Le produit final a le même aspect que celui obtenu dans l'exemple pré cédent et n'a pas tendance à se réagglomérer. <I>Exemple<B>7:</B></I> On part d'une solution de silicate de potassium dont
EMI0004.0016
et contenant 73,6% d'eau.
La solution est chauffée jusqu'à abaisser sa teneur -en eau à 52 %. La liqueur est alors refroidie à la température ambiante et le produit est broyé. Aussitôt après le broyage, le silicate est séché à froid jusqu'à 30 d'eau. On peut, à partir de ce moment, sécher à chaud jusqu'à atteindre 50 C. Le produit séché à cette température a une teneur en eau da 22 %. Son aspect est le même due celui du produit obtenu selon l'exemple pré cédent, et comme celui-ci, il n'a pas tendance à se réagglomérer.
Tous les silicates obtenus comme il vient d'être dit, notamment dans les exemples pré cédent, sont parfaitement solubles à froid. On a. vérifié, en particulier, que, lorsqu'ils sont utilisés dans une proportion de 50 g pour 7 5 cm3 d'eau, leur solubilité est totale. Suivant une propriété connue des silicates, leur solubilité diminue lorsqu'on opère en solution plus diluée. Cependant, même avec des proportions de 1 % seulement de silicate dans l'eau, on observe encore, avec les pro duit, suffisamment secs pour n'avoir plus tendance à se réagglomérer, une solubilité à 20 , de 100% pour des silicates de rapport R = 2,58 et 2,85; de 83% pour les silicates de rapport R = 3,26 et de 75 % pour ceux de rapport R = 3,67.
Ces mesures en solution diluée ont per mis de mettre en évidence la supériorité des produite fabriqués suivant l'invention sur ceux fabriqués par d'autres méthodes, en particulier par le procédé de séchage sur tambour chauffé; le silicate de rapport 2,85, obtenu par ce dernier procédé, donne, en solution à 1%, des chiffres de solubilité très variables, car te produit est peu homogène, la moyenne de ces chiffres restant inférieure à 50%. On rappelle enfin que les produits obtenus jusqu'ici avec des teneurs en eau aussi faibles que celles des silicates solides résultant du procédé selon l'invention, ne se dissolvent, à 20 C, que partiellement, par exemple 80% dans les mêmes conditions.
Il est naturel, en effet, que les produits obtenus suivant l'invention donnent d'excel lents résultats, car ils sont très homogènes.