<B>Procédé de</B> fabrication <B>d'un</B> silicate <B>dé métal</B> alcalin <B>ou</B> alcalino-terreux La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un silicate de métal alcalin ou alcalino-terreux par réaction entre de la silice et un composé d'un métal alcalin ou alcalino-terreux.
Il est connu de préparer des silicates de métaux alcalins ou alcalino-terreux par ré action entre de la silice, par exemple sous forme de sable, et un composé de métal alcalin ou alcalino-terreux.
Ainsi, du métasilicate de sodium anhydre peut être obtenu par la réaction du sable avec le carbonate de soude dans un four, à des tem pératures de l'ordre de 11000 C et au-delà. Les températures nécessaires pour la mise en oeu- vre de la réaction sont tellement élevées qu'il n'est pas possible de se servir de surfaces mé talliques non protégées pour la construction du four et pour cette raison il est nécessaire, géné ralement, de construire le four à l'aide de matériaux réfractaires ou de le revêtir de tels matériaux.
Le métasilicate et le carbonate de sodium, par exemple, sont des substances fortement al calines qui ont, à l'état fondu, un effet corrosif sur les matériaux réfractaires utilisés générale ment.
Cette tendance du silicate et du carbo nate fondus à attaquer les matériaux ayant servi à la construction du four a pour consé quences : d'une part, de limiter la période pen- dant laquelle le procédé. peut, être mis en oeuvre d'une manière continue puisque la masse fondue peut ronger complètement la paroi ou le revêtement réfractaire du four de sorte que celui-ci doit être arrêté pour des réparations, d'autre part, de risquer d'intro duire des impuretés dans le produit, par l'at taque. de la paroi du four par la masse fondue.
La présente invention vise. à empêcher que le produit fondu ne vienne en contact avec les parois du four ; elle permet en outre d'aug menter le rendement grâce au fait que l'on peut opérer à une température plus élevée, à laquelle la réaction se fait d'une manière- pra tiquement complète. Elle permet de plus d'ob tenir, par voie continue, entre autres du méta- silicate de sodium anhydre, plus pur que le produit obtenu par les méthodes continues utilisées jusqu'ici.
Le procédé selon l'invention est caracté risé par le. fait qu'on chauffe la partie centrale supérieure d'un lit de matière solide contenu dans un récipient métallique et capable de fournir, lorsqu'elle est chauffée, une masse fon due de silicate de métal alcalin ou alcalino- terreux;
de façon à former une mare à peu près tranquille de silicate de métal fondu, com plètement supportée par le lit de matière solide, on ajoute ensuite de façon continue à la mare, en quantité approximativement stoechiométrique, un mélange réactionnel de silice sous forme de sable et d'un composé d'un métal alcalin ou alcalino-terreux capable de réagir avec le sable en formant le silicate de métal alcalin ou alcalino-terreux voulu,
on maintient la mare à la température nécessaire à la réaction entre le sable et le composé de métal alcalin ou alcalino-terreux dans la mare, on retire de la mare le silicate fondu formé dans ladite réaction, de la chaleur étant évacuée vers l'extérieur à partir du lit de matière solide de façon que l'interface entre la matière solide du lit et la mare soit maintenue dans une posi tion sensiblement fixe.
Le lit susdit peut être constitué par du silicate de métal alcalin ou alcalino-terreux solide, sous forme de bloc ou à l'état finement divisé, pulvérulent ou granuleux et dont le rap port M20 <I>:</I> S'02 est sensiblement le même que celui du produit de réaction. En se servant ainsi d'un lit solide, de nature identique au produit de la réaction, on élimine complète ment la possibilité d'une attaque chimique, par la masse fondue et corrosive, de la matière qui supporte la mare.
De même, si une partie de la matière du lit adjacent à la mare vient à fondre et se mélange avec la masse fondue, il ne se produit aucun changement dans la com position du produit de réaction. En se servant d'un lit à l'état pulvérulent ou granuleux on retarde l'écoulement de la chaleur depuis la mare. On peut aussi chauffer la partie supé rieure centrale d'un lit renfermant un silicate obtenu sur place à partir d'un mélange de sable et d'un composé d'un métal alcalin ou alcahno- terreux.
L'utilisation d'un lit ayant le même rapport M20 <I>:</I> S'02 que le produit de réaction n'est toutefois pas obligatoire. Par exemple, pendant le traitement continu, il est possible de modifier les proportions des matières initiales introduites pour obtenir un produit de réaction qui diffère notablement du rapport M20 :
S'02 de la ma tière qui sert à la constitution -du lit. Il est éga lement possible de former le lit initialement par un mélange de sable et d'un composé de métal alcalin ou alcalino-terreux, ayant le rap- port<I>M20 :</I> SiO2 désiré, mélange que l'on fait réagir en vue d'obtenir le silicate.
Le présent procédé peut être utilisé pour obtenir divers silicates de sodium ayant un rapport Na20 <I>:</I> S'02 compris par exemple entre 0,25 et 1,75. Il convient notamment à la pré paration de métasilicate de sodium anhydre. Ces silicates de sodium sont préparés par ré action entre la silice, à l'état de sable, et de préférence le carbonate de sodium, sous la forme de carbonate de soude industriel.
On a constaté que le métasilicate de sodium pulvéru lent forme un lit excellent pour la production de divers silicates de sodium dont le rapport Na20 <I>:</I> S'02 est compris entre 0,25 et 1,75.
Pour la production du métasilicate de sodium par le procédé en question, il est pré férable de se servir d'une quantité de carbo nate de sodium qui dépasse, en poids, de 4 à 5 % environ la quantité stoechiométriquement nécessaire. La réaction a lieu, de préférence, dans une mare de métasilicate fondu, suppor tée par du métasilicate de sodium à l'état pul vérulent solide. La température de la mare est, de préférence, comprise entre 1100 et 15000 C.
Le lit de silicate solide doit autant que possi- bile être assez profond pour que l'on dispose d'une couche solide ayant une épaisseur substantielle entre le fond de la mare et la cuve qui contient le lit. Cette couche épaisse de silicate solide forme une couche calorifuge ef ficace pour retarder l'écoulement de la chaleur depuis le fond de la mare tout en empêchant que le silicate fondu vienne en contact avec la structure supportant le lit.
Avec les méthodes antérieures pour la pré paration de métasilicate de sodium, il était nécessaire d'utiliser un excès considérable de carbonate de soude et malgré cela le produit contenait de la silice n'ayant pas réagi ; avec le présent procédé et en revanche, la réaction est effectuée sans ou avec un léger excès seu lement de carbonate de soude pour donner un produit pour ainsi dire exempt de silice n'ayant pas réagi.
L'utilisation de la mare de silicate fondu présente l'avantage important que, en modifiant la relation entre la vitesse d'alimen- tation et la température de la mare, la durée de la réaction peut être réglée aisément.
Le dessin ci-annexé montre un four que l'on peut utiliser pour la mise en oeuvre du procédé.
Les fig. 1, 2 et 3 montrent ledit four, res pectivement en coupe longitudinale, en coupe transversale selon 2-2 fig. 1 et en coupe hori zontale selon 3-3 fig. 2.
Les fig. 4 et 5 montrent, respectivement en élévation (parties en coupe et parties arra chées) et en coupe transversale selon 5-5 fig. 4, un seuil de débordement par-dessus lequel le produit fondu coule à la sortie du four.
La fig. 6 montre, à plus grande échelle et en coupe verticale, une des chambres de refroi dissement.
La fig. 7 montre, en plan après coupe selon 7-7 fig. 6, une partie des organes de fixation de la chambre de refroidissement par lesquels on peut régler l'emplacement de celle-ci.
On voit sur les fig. 1 et 2 que la partie infé rieure du four est constituée par une cuve mé tallique rectangulaire 10 supportée par un bâti 12 en acier. La partie supérieure du four est constituée en briques réfractaires et comprend, comme à l'ordinaire, une paroi avant 14, une paroi arrière 15, les parois latérales 16 et 17 ainsi que la voûte 18. Entre le contour supé rieur de la cuve 10 et la partie, supérieure du four sont établies plusieurs chambres de refroi dissement 20 qui sont décrites- en détail plus loin.
La cuve 10 est remplie avec une masse de silicate pulvérulent ou granuleux qui forme un lit 22 supportant une mare de réaction 24 for mée par du silicate fondu. Le mélange réaction nel est fourni d'une manière continue à la mare 24 par trois transporteurs à vis d'Archimède 26, logés dans la paroi réfractaire avant 14. Le mélange, débité par ces transporteurs 26, coule sur la surface de la mare 24 et dans celle-ci pour réagir en vue de former le silicate. La chaleur, pour maintenir la mare 24 à l'état fondu et pour permettre à la réaction de se poursuivre, est fournie par deux paires de brû- leurs 28., une paire étant montée sur chacune des parois latérales 16 et 17 du four.
Les gaz brûlés sortent du four par des passages 29 ménagés dans ces parois latérales. Pour obte nir l'économie thermique voulue, le four est, de préférence, du type à régénération pour le quel l'air comburant et/ou le gaz combustible sont préchauffés par la chaleur fournie par les gaz brûlés.
Chaque genre de four à régénéra tion étant bien connu, on n'a pas jugé néces saire de montrer les régénérateurs sur le dessin. Il est à noter, conformément à la pratique usuelle pour la régénération, qu'une paire seu lement de brûleurs 28 sert à la fois et que les gaz brûlés quittent le four par les passages 29 qui se trouvent à l'extrémité du four opposée à celle où les brûleurs fonctionnent pendant cette période.
On voit sur la fig. 1 que le silicate fondu est recueilli, à la sortie du four, par un creuset 32 muni de brûleurs 34 pour maintenir le pro duit à l'état fondu pendant qu'il traverse le creuset. Comme dans la partie principale du four, le courant de silicate, qui passe- dans le creuset, est supporté par un lit 36, constitué par du silicate pulvérulent.
A la sortie du creu set 32 le silicate coule par-dessus un seuil de débordement 38 et tombe sur un tambour tour nant refroidi 40 sur lequel il se solidifie. Le produit solide peut être enlevé du tambour par des moyens racleurs appropriés (non montrés).
La constitution du seuil 38 est bien visible sur les fig. 4 et 5 qui montrent que le seuil est creux et est refroidi intérieurement par l'eau qui est admise en 42 et qui, après avoir con tourné les chicanes internes 44, sort en 46.
Le contour du four à la surface libre de la mare 24 ainsi que les parois latérales du creu set 32 comportent plusieurs chambres . de refroidissement 20 (fig. 3, 6 et 7).
On voit sur la fig. 6 que le bâti 12 du four comprend plusieurs montants 48 sur chacun desquels on fixe une cornière 50 servant d'ap pui à une brique d'assise 52 qui fait partie de la première couche de briques réfractaires des parois du four. La brique réfractaire @52 com porte une partie inférieure 54 qui s'étend jus qu'à proximité de la surface libre de la mare 24 sans la toucher. Cette partie inférieure 54 forme un écran pour 1a chambre de refroidis sement 20 pour protéger celle-ci contre la cha leur par rayonnement des gaz qui se trouvent dans le four.
La chambre de refroidissement 20 est in tercalée entre le bord supérieur de la cuve 10 et l'aile inférieure de la cornière 50 qui sup porte la paroi réfractaire. La chambre 20 est soutenue elle-même, en partie, et maintenue en place par un boulon 56 engagé dans une fente 58 (fig. 7) d'une petite cornière 60 fixée au montant 48. Le boulon 56 comprend un écrou 57. Un organe fendu analogue 62 est fixé au fond de la chambre de refroidissement 20 et dans la fente de cet organe est logé un boulon 64 solidaire de l'aile d'un longeron 65 faisant partie de la cuve 10, ce boulon portant un écrou 66. Les organes fendus 60 et 62 per mettent un mouvement transversal de la cham bre 20, si on le désire, dans le but décrit ci-après.
Les éléments refroidisseurs 20 reçoivent de l'eau froide par un conduit 68 avec robinet de réglage 70. L'eau débitée dans l'élément 20 par le conduit 68 contourne une chicane in terne 72 et sort par le conduit de décharge 74. Les conduits d'entrée et de décharge 68 et 74 sont généralement agencés de manière à avoir une flexibilité suffisante pour permettre le ré glage transversal des chambres de refroidisse ment. Au besoin, des conduits d'eau peuvent comporter des- parties en une matière souple ou flexible pour faciliter le réglage.
On voit sur la fig. 6 que le silicate fondu, en venant en contact avec la paroi de la cham bre de refroidissement 20, forme une couche solide 76 qui protège le métal de cette paroi contre l'effet de corrosion de ce silicate. D'une manière similaire, le silicate fondu, qui pour rait couler hors du four par les passages exis tant entre les parois voisines de deux chambres adjacentes 20, se solidifie et obture ces passa ges en empêchant que la matière fondue conti nue à s'échapper par ceux-ci. La couche de silicate solide 76 s'étend sur tout le contour du four, et détermine donc le périmètre de la mare de matière fondue.
Les éléments refroidisseurs réglables 20 ont une grande importance ; on a constaté en effet, lorsque la masse de réaction s'est refroidie et est ensuite réchauffée, que la masse, en se dila tant, exerce une poussée notable vers l'exté rieur, ce qui tend à faire bomber les parois du four vers l'extérieur ; on a constaté, en outre, que cette poussée vers l'extérieur est exercée principalement à, ou à proximité de la surface libre -de la mare. Par la possibilité de réglage des éléments 20 dans le sens transversal, on peut remédier aisément à cette dilatation de la masse de réaction.
Les éléments refroidisseurs 20 servent également à refroidir les organes en acier qui leur servent de support, plus spéciale ment ceux qui soutiennent les parois latérales réfractaires du four.
En se référant au dessin, on notera que la cuve 10 n'est pas isolée et que sa surface exté rieure est exposée à l'atmosphère environnante. En outre, le lit 22 se trouve en contact direct avec l'intérieur de la paroi de la cuve 10, au cune matière réfractaire n'étant intercalée entre le lit 22 et la paroi -de la cuve 10. Il est évident que, en raison de la construction particulière montrée dans le dessin, de la chaleur est trans mise de la mare 24, à travers le lit 22, à la cuve 10 et est dissipée dans l'atmosphère envi ronnante, à partir de la paroi extérieure de la cuve 10.
Pendant le fonctionnement en continu du four, un état stationnaire est atteint dans lequel le gradient de température à travers le lit 22 est pratiquement constant et le taux des pertes de chaleur à travers la paroi de la cuve 10 est tel que l'interface entre la mare 24 et le lit 22 est maintenue en une position sensible ment fixe, à une distance notable des parois de la cuve 10.