PL196687B1 - Sposób i urządzenie do wytwarzania związków na bazie jednego lub więcej niż jednego krzemianu metali alkalicznych i/lub metali ziem alkalicznych i/lub metali ziem rzadkich - Google Patents

Abstract

1. Sposób wytwarzania zwi azków na bazie jednego lub wi ecej ni z jednego krzemianu metali alkalicznych i/lub metali ziem alkalicznych i/lub metali ziem rzadkich polega- j acy na poddaniu krzemionki w reaktorze reakcji z halogen- kami lub siarczanami lub azotanami, zw laszcza z jednym lub wi ecej ni z jednym chlorkami, wspomnianych metali alkalicznych i/lub wspomnianych metali ziem rzadkich i/lub wspomnianych ziem alkalicznych, a nast epnie usuwaniu krzemianu wzgl ednie krzemianów z reaktora, znamienny tym, ze reakcje prowadzi si e w stopionej masie, przy czym ciep lo niezb edne do reakcji dostarcza si e, co najmniej cz esciowo za pomoc a jednego lub wi ecej palników zanu- rzeniowych (3). 16. Urz adzenie do wytwarzania zwi azków na bazie jed- nego lub wi ecej ni z jednego krzemianu metali alkalicznych i/lub metali ziem alkalicznych i/lub metali ziem rzadkich zawieraj ace co najmniej jeden reaktor wyposa zony w jeden lub wi ecej ni z jeden palnik zanurzeniowy i co najmniej jeden element do wprowadzania krzemionki i/lub halogenku wzgl ednie halogenków, siarczanów lub azotanów i ewentu- alnie paliw typu ciek lego lub sta lego, znamienne tym, ze reaktor (1) jest wyposa zony w srodki do obróbki chlorowa- nych odcieków lub H 2 SO 4 , zw laszcza srodki do odzyskiwa- nia HCl lub Cl 2 lub do neutralizacji HCl ………………………. PL PL PL PL

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 196687 (21) Numer zgłoszenia: 343352 ^{(13) B1} (22) Data zgłoszenia: 02.02.2000 ^{(51) Int.Cl.}

C03B 5/235 (2006.01) (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: C03B 3/00 (2006.01)

02.02.2000, PCT/FR00/00239 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

10.08.2000, WO00/46161 PCT Gazette nr 32/00

Sposób i urządzenie do wytwarzania związków na bazie jednego lub więcej niż jednego krzemianu metali alkalicznych i/lub metali ziem alkalicznych i/lub metali ziem rzadkich

(30) Pierwszeństwo:	(73) Uprawniony z patentu:
05.02.1999,FR,99/01406	SAINT-GOBAIN GLASS FRANCE,
22.12.1999,FR,99/16297	Courbevoie,FR
18.01.2000,WO,PCT/FR00/00091	(72) Twórca(y) wynalazku:
(43) Zgłoszenie ogłoszono:	Pierre Jeanvoine,Poissy,FR
13.08.2001 BUP 17/01	(74) Pełnomocnik:
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:	Szlagowska-Kiszko Teresa, POLSERVICE,
31.01.2008 WUP 01/08	Kancelaria Rzeczników Patentowych

(57) 1. Sposób wytwarzania związków na bazie jednego lub więcej niż jednego krzemianu metali alkalicznych i/lub metali ziem alkalicznych i/lub metali ziem rzadkich polegający na poddaniu krzemionki w reaktorze reakcji z halogenkami lub siarczanami lub azotanami, zwłaszcza z jednym lub więcej niż jednym chlorkami, wspomnianych metali alkalicznych i/lub wspomnianych metali ziem rzadkich i/lub wspomnianych ziem alkalicznych, a następnie usuwaniu krzemianu względnie krzemianów z reaktora, znamienny tym, że reakcje prowadzi się w stopionej masie, przy czym ciepło niezbędne do reakcji dostarcza się, co najmniej częściowo za pomocą jednego lub więcej palników zanurzeniowych (3).

16. Urządzenie do wytwarzania związków na bazie jednego lub więcej niż jednego krzemianu metali alkalicznych i/lub metali ziem alkalicznych i/lub metali ziem rzadkich zawierające co najmniej jeden reaktor wyposażony w jeden lub więcej niż jeden palnik zanurzeniowy i co najmniej jeden element do wprowadzania krzemionki i/lub halogenku względnie halogenków, siarczanów lub azotanów i ewentualnie paliw typu ciekłego lub stałego, znamienne tym, że reaktor (1) jest wyposażony w środki do obróbki chlorowanych odcieków lub H2SO4, zwłaszcza środki do odzyskiwania HCl lub Cl₂ lub do neutralizacji HCl............................

PL 196 687 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do wytwarzania związków na bazie jednego lub więcej niż jednego krzemianu metali alkalicznych i/lub metali ziem alkalicznych i/lub metali ziem rzadkich. Związki te można stosować do wytwarzania szkła, jako tzw. Materiały wsadowe.

W kontekś cie niniejszego wynalazku, okreś lenie „materiały wsadowe” oznacza wszystkie materiały, które można zeszklić, rudy naturalne lub produkty syntezowane, materiały pochodzące z recyklingu, stłuczki itp., które można stosować w kompozycji do zasilania pieca szklarskiego. Ponadto „szkło” oznacza szkło w najszerszym tego słowa znaczeniu, to znaczy, materiał o szklistej matrycy, szklano-ceramiczny lub ceramiczny. Termin „wytwarzanie” oznacza niezbędny etap topienia materiałów wsadowych i ewentualnie wszystkie następne/uzupełniające etapy mające na celu klarowanie/kondycjonowanie stopionego szkła w celu nadania mu ostatecznego kształtu, szczególnie w postaci szkła matowego (szkliwienie), wyrobów drążonych (kolby i butelki), szkła w postaci wełny mineralnej (wata szklana lub wełna żużlowa) stosowanych z uwagi na jej własności izolacyjne termiczne lub akustyczne lub ewentualnie nawet szkła w postaci tak znanych przędz włókienniczych stosowanych do wzmocnienia.

Bardziej szczegółowo wynalazek dotyczy szczególniej materiałów wsadowych potrzebnych do produkcji szkła mającego znaczącą zawartość metali alkalicznych, szczególnie sodu, na przykład, szkła typu krzemianowo-sodowo-wapniowego stosowanego do produkcji szkła matowego. Obecnie najczęściej stosuje się materiał wsadowy w celu dostarczenia sodu w postaci węglanu sodowego Na2CO3, lecz wybór ten nie jest pozbawiony wad. Powodem tego jest, z jednej strony, to, że związek ten dostarcza jedynie sodu jako pierwiastka składowego szkła, a w czasie topienia wszystkie części zawierające węgiel rozkładają się i wydzielają w postaci CO2. Z drugiej strony, w porównaniu z innymi materiałami jest to kosztowny materiał wsadowy, ponieważ jest syntetycznym produktem otrzymywanym za pomocą metody Solvaya z chlorku sodowego i wapna, która to metoda obejmuje wiele etapów produkcyjnych i nie jest bardzo energooszczędna.

Z tego powodu zaproponowano już stosowanie jako ź ródł a sodu róż nych roztworów, nie węglanu, lecz krzemianu, ewentualnie w postaci mieszanego krzemianu metali alkalicznych (Na) i metali ziem alkalicznych (Ca), wytwarzanego uprzednio. Stosowanie tego typu produktu pośredniego ma te zaletę, że zapewnia łącznie kilka składników szkła i eliminuje fazę dekarbonizacji. Umożliwia to również przyspieszenie topienia materiałów wsadowych w całości i sprzyja ich homogenizacji w czasie topienia, jako podano, na przykład, w opisach patentowych FR-1, 211, 098 i FR-1, 469, 109. Jednakże w tym podejściu problemem jest wytwarzanie tego krzemianu i nie proponuje się całkowicie zadawalającego sposobu syntezy.

Zadaniem wynalazku jest więc opracowanie sposobu wytwarzania tego typu krzemianu, który jest szczególnie odpowiedni do przemysłowego wytwarzania przy możliwych do przyjęcia niezawodności, wydajności i kosztach.

Sposób wytwarzania związków na bazie jednego lub więcej niż jednego krzemianu metali alkalicznych i/lub metali ziem alkalicznych i/lub metali ziem rzadkich polegający na poddaniu krzemionki w reaktorze reakcji z halogenkami lub siarczanami lub azotanami, zwłaszcza z jednym lub więcej niż jednym chlorkami, wspomnianych metali alkalicznych i/lub wspomnianych metali ziem rzadkich i/lub wspomnianych ziem alkalicznych, a następnie usuwaniu krzemianu względnie krzemianów z reaktora, odznacza się według wynalazku tym, że reakcje prowadzi się w stopionej masie, przy czym ciepło niezbędne do reakcji dostarcza się, co najmniej częściowo za pomocą jednego lub więcej palników zanurzeniowych.

Korzystnie wytwarza się związki na bazie jednego lub więcej krzemianów takich metali alkalicznych jak Na lub K.

Korzystnie wytwarza się związki na bazie jednego lub więcej krzemianów takich metali ziem alkalicznych jak Ca lub Mg.

Korzystnie wytwarza się związki na bazie krzemianów takich metali ziem rzadkich jak Ce.

Korzystnie wytwarza się związki na bazie krzemianów mieszanych zawierających krzemiany co najmniej dwóch pierwiastków spośród Na, K, Ca, Mg i Ce.

Korzystnie jako jeden lub więcej chlorków stosuje się NaCl, KCl lub CeCl4.

Korzystnie palnik względnie palniki zanurzeniowe zasila się środkiem utleniającym w postaci powietrza, powietrza wzbogaconego tlenem lub tlenu.

PL 196 687 B1

Korzystnie palnik względnie palniki zanurzeniowe zasila się paliwem w postaci gazu ziemnego, paliwa olejowego lub wodoru i/lub tym, że paliwo typu stałego lub typu ciekłego, szczególnie paliwo zawierające materiały węglowe na bazie polimerów, ewentualnie polimerów chlorowanych lub na bazie węgla, dostarczane jest blisko palnika względnie palników zanurzeniowych.

Korzystnie spalanie powodowane przez palnik względnie palniki zanurzeniowe przynajmniej częściowo zapewnia mieszanie krzemionki i halogenku(ów).

Korzystnie utworzony krzemian względnie krzemiany poddaje się obróbce czyniąc je kompatybilnymi do stosowania jako jeden lub więcej materiałów wsadowych do pieca szklarskiego, które można zeszklić, przy czym obróbka ta obejmuje w szczególności etap granulowania.

Korzystnie gorącym utworzonym krzemianem względnie krzemianami zasila się piec szklarski.

Korzystnie utworzony krzemian względnie krzemiany stosuje się do wytwarzania nadających się do zeszklenia surowców do produkcji szkła.

Korzystnie utworzony krzemian względnie krzemiany stosuje się do wytwarzania surowców, zwłaszcza krzemian sodu Na2SiO3 do produkcji detergentów.

Korzystnie utworzony krzemian względnie krzemiany stosuje się do wytwarzania surowców, zwłaszcza krzemian sodu Na2SiO3 do produkcji wytrąconej krzemionki, konkretniej z krzemionki i siarczanu sodu.

Korzystnie krzemian sodu wytwarza się przez przemianę krzemionki i siarczanu sodu w piecu, przy czym niezbędny dodatek ciepła dostarcza się co najmniej częściowo przez palnik lub palniki zanurzeniowe, przy czym wytworzony SO3 przekształca się w kwas siarkowy, który odzyskuje się i który służy do gwałtownej reakcji z krzemianem sodu z utworzeniem wytrąconej krzemionki i siarczanu sodu, który jest zawracany do pieca.

Urządzenie do wytwarzania związków na bazie jednego lub więcej niż jednego krzemianu metali alkalicznych i/lub metali ziem alkalicznych i/lub metali ziem rzadkich zawierające co najmniej jeden reaktor wyposażony w jeden lub więcej niż jeden palnik zanurzeniowy i co najmniej jeden element do wprowadzania krzemionki i/lub halogenku względnie halogenków, siarczanów lub azotanów i ewentualnie paliw typu ciekłego lub stałego, charakteryzuje się według wynalazku tym, że reaktor jest wyposażony w środki do obróbki chlorowanych odcieków lub H2SO4, zwłaszcza środki do odzyskiwania HCl lub Cl2 lub do neutralizacji HCl i/lub środki do oddzielania cząstek stałych od odcieków gazowych, na przykład na bazie chlorków metali.

Korzystnie środki do obróbki są umieszczone w kanale spalinowym wyładowującym spaliny z reaktora.

Korzystnie element do wprowadzania jest usytuowany poniżej poziomu topionych materiałów, zwłaszcza w postaci zasilacza lub zasilaczy śrubowych.

Korzystnie ściany reaktora, szczególnie te stykające się z różnymi reagentami/produktami reakcji związanymi z przemianą, są wyposażone w ogniotrwałe materiały na przykład typu materiałów ogniotrwałych odlewanych z mas topionych w piecach elektrycznych lub ogniotrwałe materiały obłożone metalową wykładziną typu tytanu lub cyrkonu lub ogniotrwałe materiały mające na bazie metali tego typu i korzystnie połączone, przynajmniej w przypadku ścian bocznych, z systemem chłodzącym za pomocą obiegu płynu typu wody.

Korzystnie ściany reaktora wyznaczają przestrzeń w przybliżeniu sześcienną, równoległościenną lub cylindryczną.

Przedmiotem wynalazku jest po pierwsze sposób wytwarzania związków na bazie krzemianów metali alkalicznych, takich jak Na, K i/lub na bazie metali ziem alkalicznych, takich jak Mg lub Ca i/lub na bazie metali ziem rzadkich, takich jak cer Ce, ewentualnie w postaci mieszanych krzemianów, które łączą przynajmniej dwa pierwiastki spośród metali alkalicznych, metali ziem alkalicznych i metali ziem rzadkich, szczególnie krzemianów, które łączą metale alkaliczne z metalami ziem alkalicznych i/lub metalami ziem rzadkich. Sposób ten polega za syntetyzowaniu tych związków przez przemianę krzemionki i jednego lub więcej niż jednego halogenku szczególnie chlorków) wspomnianych metali alkalicznych i/lub wspomnianych metali ziem alkalicznych i/lub wspomnianych metali ziem rzadkich, typu NaCl, KCl lub CeCl4, (i ewentualnie halogenków, szczególnie chlorków metali ziem alkalicznych, w przypadku zawierają cych je krzemianów), przy czym ciepł o konieczne dla tej przemiany dostarcza się, co najmniej częściowo, za pomocą jednego lub więcej niż jednego palnika zanurzeniowego.

W ramach wynalazku część lub całość halogenków, jako źródła metali alkalicznych/ziem alkalicznych lub metali ziem rzadkich, można zastąpić siarczanami lub nawet azotanami. Zwłaszcza rnoże

PL 196 687 B1 to być siarczan sodowy Na2SO4. Te różne materiały wyjściowe (halogenki, azotany, siarczany) są zatem w wynalazku uważ ane za równoważ ne i zamienne.

Termin „krzemionka” oznacza tutaj każdy związek zawierający głównie krzemionkę (tlenek krzemu) SiO2, nawet jeśli zawiera on również inne pierwiastki lub inne drugorzędne związki, tak jest szczególnie wówczas, gdy stosuje się materiały naturalne typu piasku.

Wyrażenie „palniki zanurzeniowe” oznacza palniki ukształtowane tak, aby „płomienie”, które one generują lub gazy spalinowe pochodzące z tych płomieni tworzyły się w reaktorze, w którym ma miejsce przemiana, w faktycznej masie materiałów przechodzących przemianę. Zwykle umieszcza się je tak, aby znajdowały się na tej płaszczyźnie co otaczająca powierzchnia lub wystawały nieznacznie poza ściany boczne lub poza podstawę stosowanego reaktora (dla uproszczenia stosujemy tutaj termin „płomienie”, nawet jeśli nie są to ściśle mówiąc te same „płomienie”, które wytwarzane są przez palniki napowietrzne).

A zatem, wynalazek daje w rezultacie szczególnie rozs ądne rozwiązanie techniczne umożliwiające wykorzystanie na skale przemysłową chemicznego przekształcenia zaproponowanego już przez

Gay-Lussaca i Thenarda, mianowicie prostej przemiany NaCl w sodę, obejmującej reakcję NaCl z krzemionką w wysokiej temperaturze, w obecności wody, zgodnie z następującą reakcją:

2NaCl + SiO₂ + H₂O Na₂SiO₃ + 2HCl przy czym zasada polega na ekstrahowaniu sody przez utworzenie krzemianu, a równowaga jest przesunięta w kierunku rozkładu NaCl, ponieważ dwie fazy są zawsze niemieszalne.

Gdy zamiast NaCl stosuje się siarczan sodowy reakcja jest następująca:

Na2SO4 + SiO2 + H2O Na2SiO3 + H2SO4

Faktycznie najpierw tworzy się SO3 i następnie przekształca się on w kwas siarkowy, dzięki ciepłu i wodzie wytwarzanych przez spalanie za pomocą palników zanurzeniowych.

Dotychczas reakcja stwarzała znaczne problemy technologiczne. Wiązały się one z trudnościami przy wytwarzaniu jednorodnej mieszaniny składników oraz przy uzupełnianiu jej w czasie produkcji, a także z trudnościami w odprowadzaniu HCl (lub H2SO4), tak aby nie powodować ponownie jego reakcji z powstałym krzemianem, w ekstrahowaniu krzemianu i w umożliwieniu dostarczania wystarczającej ilości energii cieplnej.

W rzeczywistości do dostarczania energii cieplnej palników zanurzeniowych rozwiązuje równocześnie większość tych trudności.

Faktycznie zaproponowano już stosowanie do topienia materiałów, które można zeszklić w celu wytwarzania szkła, ogrzewania za pomocą palników zanurzeniowych. Na przykład, można wymienić opisy patentowe US-3,627,504, US-3,260,587 lub US-4,539,034. Jednakże stosowanie takich palników w ściśle określonym kontekście wynalazku, mianowicie syntezie krzemianów z soli jest wyjątkowo korzystne:

- spowodowane to jest tym, że ten sposób spalania generuje wodę, która to woda, jak stwierdzono powyżej, jest niezbędna dla pożądanej przemiany. Dzięki palnikom zanurzeniowym możliwe jest więc wytwarzanie in situ wody koniecznej do przemiany, przynajmniej częściowo (nawet jeśli w niektórych przypadkach wystąpi konieczność dostarczenia dodatkowej wody). Jest również pewne, że wodę wprowadza się w innych substancjach wyjściowych, mianowicie krzemionce i soli lub solach (w skrócie termin „sole” będzie oznaczać halogenki typu chlorków metali alkalicznych, metali ziem rzadkich i ewentualnie metali ziem alkalicznych, stosowane jako reagenty wyjściowe), co oczywiście wpływa pomyślnie na pobudzenie reakcji,

- ponadto spalanie wywołane przez palniki zanurzeniowe powoduje w materiałach ulegających reakcji silną turbulencję i silne ruchy konwekcyjne wokół każdego „płomienia” lub „płomieni” i/lub każdego ze strumieni gazu wychodzących z każdego z palników. W rezultacie zapewnia się więc przynajmniej częściowo energiczne mieszanie reagentów, które to mieszanie jest konieczne dla uzyskania dokładnego wymieszania różnych reagentów, zwłaszcza tych wprowadzonych w stanie stałym (sproszkowanym) jak krzemionka i sól (sole),

- palniki zanurzeniowe są szczególnie korzystne z punktu widzenia ściśle termicznego, ponieważ dostarczają one ciepło bezpośrednio do miejsca gdzie jest ono konieczne, mianowicie w masie produktów ulegających reakcji, tym sposobem zmniejszając straty energii oraz ponieważ działają one dostatecznie silnie i są skuteczne umożliwiając reagentom osiągnięcie stosunkowo wysokich temperaPL 196 687 B1 tur koniecznych dla ich topienia/przemiany, mianowicie temperatur co najmniej 1000°C, zwłaszcza około 1200°C;

- ponadto, są one środkiem ogrzewania, który jest szczególnie przyjazny dla środowiska, zwłaszcza dzięki zmniejszeniu, tak jak jest to tylko możliwe, emisji gazów typu NOx.

Można zatem wyciągnąć wniosek, że skuteczność tych palników biorąc pod uwagę wszystkie aspekty (jakość mieszaniny, doskonała wymiana ciepła oraz jeden z reagentów generowany in situ) oznacza, że przemiana jest bardzo korzystna, przy czyni nie ma potrzeby osiągania bardzo wysokich temperatur.

Środkiem utleniającym wybranym dla zasilania palnika lub palników zanurzeniowych może być po prostu powietrze. Jednakże korzystnym środkiem utleniającym jest powietrze wzbogacone tlenem, a nawet w zasadzie sam tlen. Wysokie stężenie tlenu jest korzystne z różnych powodów: objętość gazów spalinowych zmniejsza się, co jest korzystne z energetycznego punktu widzenia, oraz unika się niebezpieczeństwa nadmiernej fluidyzacji materiałów ulegających reakcji, która mogłaby powodować wyrzucanie na nadstruktury lub sklepienie reaktora, w którym przemiana ma miejsce. Ponadto uzyskiwane „płomienie” są krótsze i mają większy współczynnik emisji, umożliwiając tym sposobem szybsze przekazywanie energii materiałom ulegającym topieniu/przemianie.

Co się tyczy wyboru paliwa do palnika(ów) zanurzeniowego(wych) możliwe są dwa podejścia, które są alternatywne lub które można łączyć:

- możliwy jest wybór paliwa ciekłego, typu paliwa olejowego lub paliwa gazowego typu gazu ziemnego (przeważnie metan), propanu lub wodoru;

- możliwe jest również stosowanie paliwa w postaci stałej, zawierającego węgiel, na przykład węgla, lub każdego materiału zawierającego węglowodór, ewentualnie chlorowane pclimery.

Wybór środka utleniającego i wybór paliwa do palników zanurzeniowych wpływa na własności fizyczne otrzymywanych produktów, poza krzemianami. Tak więc, gdy palniki zasila się tlenem lub gazem ziemnym, zachodzą dwie następujące reakcje przedstawione schematycznie: (począwszy od sytuacji najprostszej, w której pożądane jest otrzymanie krzemianu Na z NaCl, lecz możliwe są wszystkie inne przypadki, jak otrzymanie krzemianu K, krzemianu Ce lub krzemianów zawierających Ca lub Mg itp.):

(a) 2NaCl + SiO₂ + H₂O Na₂SiO₃ + 2HCl (b) CH₄ + 2C₂ CO₂ + 2H₂O

Reakcje te można połączyć w jedną reakcję:

(c) 4NaCl + 2SiO₂ + CH₄ + 2O₂ 2Na₂SiO₃ + 4HCl + CO₂

Gdy jako paliwo stosuje się raczej węglowodór niż gaz ziemny, nie ma już emisji CO2, a całościową reakcję można przedstawić następująco:

(d) 4NaCl + 2SiO₂ + 2H₂ + O₂ 2Na₂SiO₃ + 4HCl

Gdy stosuje się paliwo typu stałego zawierające węgiel, zawsze ze środkiem utleniającym typu tlen, reakcję można przedstawić następująco:

(e) 2NaCl + 3/2O2 + C + SiO2 Na2SiO3 + CI2 + CO2

Tym razem, wytwarzanym produktem ubocznym przemiany nie jest więc już HCl, lecz chlor Cl2.

Jak widać zatem z tych różnych reakcji-bilansów, przemiana przedstawiona w niniejszym wynalazku generuje również pochodne zawierające chlorowiec, konkretniej użyteczne pochodne zawierające chlor, takie jak HCl lub Cl2 (lub H2SO4), obecność których stwierdzono w gazach spalinowych. Możliwe są dwa sposoby działania:

- pierwszy polega na ponownej ich obróbce jako ścieków. Tym sposobem możliwe jest zobojętnienie HCl za pomocą węglanu wapniowego CaCO3, co oznacza produkcję CaCl2, który można ewentualnie wykorzystać (na przykład, przy usuwaniu śniegu z dróg);

- drugi sposób polega na rozważeniu przemiany zgodnie z wynalazkiem jako sposobu produkcji HCl lub Cl2 (lub H2SO4) na skalę przemysłową, będących podstawowymi produktami chemicznymi stosowanymi w przemyśle chemicznym. (Możliwe jest to szczególnie w przypadku chloru otrzymanego elektrolitycznie, który jest niezbędny przy produkcji chlorowanych polimerów PCV lub typu polichlorku winylu, które podstawia się za pomocą HCl lub Cl2 wytwarzanych zgodnie z wynalazkiem). W tym

PL 196 687 B1 przypadku byłoby więc konieczne odprowadzenie ich ze spalin i tym sposobem utworzenie przemysłowej linii produkcyjnej dla HCl lub Cl2, na przykład przez włączenie urządzenia do realizacji sposobu zgodnie z wynalazkiem bezpośrednio w miejscu produkcji chemicznej, dla której potrzebne są takie rodzaje chlorowanego produktu. Zatem wykorzystanie powstałych chlorowanych pochodnych umożliwia dodatkowo obniżenie kosztów materiałów wsadowych zawierających metale alkaliczne koniecznych dla produkcji szkła.

Pierwsze zastosowanie krzemianów wyprodukowanych zgodnie z wynalazkiem wiąże się z przemysłem szklanym: mogą. one zastąpić, przynajmniej częściowo, konwencjonalne materiały wsadowe, które dostarczają metali alkalicznych lub metali ziem rzadkich, zwłaszcza w odniesieniu do sodu, przez przynajmniej częściowe zastąpienie CaCO3 za pomocą Na2SiO3. Krzemiany według wynalazku można zatem stosować w celu zasilania pieca szklarskiego, co realizuje się na dwa różne sposoby:

- pierwszy sposób polega na obróbce utworzonych krzemianów, tak aby zapewnić ich kompatybilność w stosowaniu jako materiały wsadowe do pieca szklarskiego: wiąże się to zatem z usuwaniem ich z aparatu reakcyjnego i zwykle przemianą ich w postaci „zimnej” na sproszkowaną fazę stałą, szczególnie w trakcie etapu granulowania, przy zastosowaniu technik znanych w przemyśle szklarskim. Dlatego też rozdziela się całkowicie sposób wytwarzania krzemianu i sposób produkcji szkła, ze stosownym kształtowaniem i ewentualnie składowaniem/transportem utworzonego krzemianu, zanim zasili się nim piec szklarski;

- drugi sposób polega na stosowaniu krzemianu(ów) utworzonego(ych) zgodnie z wynalazkiem, „gorącego”, to znaczy przy wykorzystaniu sposobu produkcji szkła, który obejmuje wcześniejszy etap produkcji krzemianu, którym się zasila, jeszcze w postaci stopionej, piec szklarski. Tym sposobem można produkować krzemian w reaktorze połączonym z piecem szklarskim, stanowiącym jedną z jego komór „umieszczonych powyżej”, w przeciwieństwie do jego ewentualnych komór „umieszczonych poniżej”, przeznaczonych do klarowania/kondycjonowania już stopionego szkła.

W obu tych sytuacjach piec szklarski może mieć konwencjonalną budowę (na przykład, elektryczny piec do topienia o elektrodach zanurzonych, piec wierzchołkowy funkcjonujący z bocznymi regeneratorami, piec z palnikami w ściance czołowej lub każdy typ pieca znanego w przemyśle szklarskim, włączając zatem piece z palnikami zanurzeniowymi), ewentualnie o budowie i trybie działania, który jest nieznacznie zmodyfikowany, tak, aby był odpowiedni dla sposobu topienia, w którym nie stosuje się węglanu lub stosuje się mniej węglanu niż w przypadku standardowych sposobów topnienia.

Należy stwierdzić, że niektóre krzemiany inne niż krzemian sodowy są również bardzo korzystne przy wytwarzaniu zgodnym z wynalazkiem. Tak więc wynalazek umożliwia wytwarzanie krzemianu potasowego z KCl, który jest on przynajmniej z ekonomicznego punktu widzenia bardzo korzystny jako materiał wsadowy zawierający Si i K, do produkcji szkieł zwanych szkłami „alkalicznymi mieszanymi”, to znaczy takimi, które zawierają zarówno Na, jak i K. Szkła te są zwłaszcza stosowane w wytwarzaniu ekranów dotykowych, szkieł do ekranów telewizyjnych, szkieł ołowiowych i szkieł do paneli ekranowych plazmowych.

.Wynalazek umożliwia również bardziej ekonomiczną produkcję specjalnych szkieł zawierających dodatki, dla których chlorki są tańsze niż tlenki. Jest to przypadek metali ziem rzadkich, takich jak cer, przy czym ich obecność nadaje szkłom własności ekranowania UV, a metale ziem rzadkich tego typu są również zawarte w kompozycji specjalnych szkieł mających wysoki moduł sprężystości podłużnej dla twardych dysków. Tym sposobem wynalazek umożliwia posiadanie materiału wsadowego zawierającego Si i Ce - krzemian ceru - przy umiarkowanych kosztach.

Inna dodatkowa zaleta wynalazku polega na tym, że krzemionka wprowadzona na początku ulega, w czasie przemiany na krzemian, pewnemu odżelazieniu, ponieważ chlorek żelazowy jest lotny: szkło wytworzone z tego krzemianu, przez stosowanie przynajmniej pewnej ilości tego krzemianu, będzie zatem bardziej przezroczyste niż szkło nie wykorzystujące w ogóle żadnego z tego typu krzemianu. Jest to korzystne z estetycznego punktu widzenia i przyczynia się do zwiększenia współczynnika słonecznego szkła (w stosowaniu „szkła matowego”).

Drugie zastosowanie krzemianów wytwarzanych zgodnie z wynalazkiem, (poza krzemianami stosowanymi jak materiały wsadowe do pieców szklarskich), konkretniej krzemianu sodowego, rna miejsce w przemyśle detergentów, krzemian sodowy Na2SiO3 stosowany jest często w kompozycjach piorących proszków/detergentów.

Trzecie zastosowanie krzemianów (i ewentualnie chlorowanych pochodnych) utworzonych zgodnie z wynalazkiem obejmuje wytwarzanie specjalnych krzemionek, zwanych zwykle „krzemionkami wytrącanymi” stosowanych, na przykład, w kompozycji betonów. Krzemiany utworzone zgodnie

PL 196 687 B1 z wynalazkiem można faktycznie poddawać działaniu kwasów, korzystnie kwasu chlorowodorowego HCl, który również powstał w wyniku przemiany zgodnie z wynalazkiem, tak, aby wytrącić krzemionkę w postaci cząstek o określonej wielkości: zamierzona wielkość cząstki jest zwykle rzędu nanometrów (1 do 100 nm, na przykład).

Chlorek sodowy również utworzony w czasie wytrącania krzemionki można korzystnie zawrócić do obiegu, ponownie wykorzystując go szczególnie jako surowiec do wytwarzania krzemianu zgodnie z wynalazkiem. Jest to rozszerzenie wynalazku, w którym na bazie jednorodnej krzemionki o „gruboziarnistej” wielkości cząstek (około 1 mikrona lub bardziej gruboziarnistych, na przykł ad), otrzymuje się ponownie jednorodną krzemionkę, lecz wielkość cząstek jest dużo mniejsza, przy czym ta regulacja i ta wielkość cząstek umożliwiają bardzo wiele różnych zastosowań w materiałach stosowanych w przemyśle.

Konkretniej, w przypadku tego trzeciego zastosowania interesujące jest wybranie raczej siarczanu alkalicznego niż chlorku: otrzymuje się raczej H2SO4, niż HCl, który służy do działania kwasowego utworzonego krzemianu sodowego. Jest to rodzaj kwasu, który stosuje się w przemyśle chemicznym do otrzymywania wytrącanych krzemionek. Jest korzystniejszy niż HCl w tym określonym przypadku, ponieważ unika się obecności pozostałości chlorków, w krzemionce, które dla tego produktu są potencjalnym źródłem korozji.

Sposób wytwarzania wytrącanych krzemionek zgodnie z wynalazkiem może obejmować schematycznie następujące etapy:

• reakcja w piecu wyposaż onym w palniki zanurzeniowe (zwł aszcza tlenowo-gazowe lub tlenowo-wodorowe) między piaskiem krzemionkowym o odpowiedniej czystości i siarczanem sodowym, z iloś cią wody dodawaną w kontrolowany sposób, zależnie od iloś ci wody generowanej przez spalanie. Zatem krzemian sodowy tworzony jest zgodnie z wyżej opisaną reakcją. Usuwa się go w sposób ciągły, utworzony SO3 przekształca się w H2SO4, który odbiera się poniżej, • krzemiany sodowe wytworzone przy odpowiednim współ czynniku SiO2/Na2O łączy się nastę pnie z otrzymanym H2SO4 (w odpowiednich warunkach zwłaszcza w odniesieniu do pH), krzemionka wytrąca się zatem i jest poddawana obróbce tak, aby nadać jej odpowiednie własności zgodnie z jej zastosowaniami (na przykład jako wypełniacz dla kauczuku, na opony, itp.), • w trakcie tej reakcji ponownie tworzy się siarczan sodowy, który można zatężać i zawracać do obiegu w piecu wyposażonym w palniki zanurzeniowe, jako źródło sodu.

Można stwierdzić, że ten sposób funkcjonuje nieprzerwanie, w „zamkniętym obiegu”, w odniesieniu do kwasu i źródła sodu. Funkcjonuje on jako „sito krzemionkowe” przy zużyciu jedynie piasku i energii. Ciepł o z gazów spalinowych i z kondensacji SO3 moż na odzyska ć w odpowiednim wymienniku w celu wytworzenia, na przykład pary koniecznej do zatężenia roztworów wodnych.

Ten rodzaj procesu prowadzi się bardzo podobnie, gdy stosuje się inne metale alkaliczne niż sód (lub pochodną inna niż siarczan) lub każdy inny pierwiastek, którego siarczan jest termicznie stabilny i może powodować ten sam rodzaj reakcji.

Inne korzystne zastosowanie sposobu dotyczy obróbki odpadów zawierających chlor (najczęściej zobojętnianych przez zeszklenie), konkretniej odpadów zawierających chlor i zawierających węgiel, takich jak chlorowane polimery (PCV itp.); topienie za pomocą palników zanurzeniowych, zgodnie z wynalazkiem może powodować pirolizę tych odpadów z końcowymi produktami spalania CO2, H2O i HCl, przy czym HCl (lub nawet H2SO4) ewentualnie, jak stwierdzono uprzednio, zoboję tnia się lub stosuje jako taki. Można również stwierdzić, że takie odpady mogą zatem również służyć jako paliwo stałe zawierające węgiel, które faktycznie może umożliwić zmniejszenie ilości paliwa wstrzykiwanego do palników. (Może to dotyczyć innych typów odpadów, takich jak piasek odlewniczy). Piroliza tych różnych typów odpadów jest tutaj ponownie korzystna z ekonomicznego punktu widzenia, ponieważ koszt ich koniecznej obróbki odejmuje się od kosztów wytwarzania krzemianów zgodnie z wynalazkiem. Raczej niż faktycznie pirolizować odpady, można je również zeszklić.

Poniżej podano szczegóły dotyczące zobojętniania takich odpadów chloroorganicznych: do piasku i chlorku (lub jego ekwiwalentu) można dodać stałe lub ciekłe odpady typu chloroorganicznego. Można również dodać różne inne dodatki jak wapno, tlenek glinowy (w postaci gliny lub na przykład tańszego surowca) lub inne tlenki. Tak więc jest to prawdziwe zeszklenie, otrzymany zeszklony materiał zdolny jest do pokrywania i stabilizowania ewentualnych materiałów mineralnych zawartych w tych odpadach. Ten zeszklony materiał może być wówczas wyładowany. Wytworzony kwas można odzyskać w wieży absorpcyjnej, która filtruje spaliny i można go zawracać do obiegu. Sposób ten jest bardzo korzystny z ekonomicznego punktu widzenia. Z jednej strony stosowany główny topiący składnik

PL 196 687 B1 jest zapewniony przez sól i przynajmniej część energii koniecznej dla zeszklenia jest zapewniona przez same odpady. Z drugiej strony umożliwia to zawracanie do obiegu kwasu, który został wytworzony, zwłaszcza HCl.

Można mieszać różne rodzaje palnych odpadów. Dla tego zastosowania bardziej odpowiednie jest wytworzenie krzemianu bogatego w metale ziem alkalicznych lub nawet wytworzenie jedynie krzemianu metalu ziem alkalicznych: mając na celu uczynienie odpadu obojętnym, a nie wytwarzanie szkła o wysokiej jakości korzystne jest stosowanie głównie krzemianów metali ziem alkalicznych, ponieważ surowiec zawierający te metale ziem alkalicznych jest tańszy niż surowiec zawierający metale alkaliczne.

Przedmiotem wynalazku jest również urządzenie do realizacji sposobu zgodnie z wynalazkiem, które to urządzenie zawiera reaktor wyposażony w jeden lub więcej niż jeden palnik zanurzeniowy i z przynajmniej jeden element do wprowadzania krzemionki i/lub halogenków (lub ekwiwalentów jak siarczany lub azotany) poniżej poziomu stopionych materiałów, szczególnie w postaci jednego lub więcej niż jednego wsadowego urządzenia załadowczego w postaci zasilacza śrubowego. Korzystnie stałe lub ciekłe paliwa palne, jak wyżej wspomniane odpady zawierające związki chloroorganiczne, można wprowadzić do pieca w ten sam sposób. Tym sposobem możliwe jest wprowadzenie bezpośrednio do masy produktów ulegających stopieniu/reakcji przynajmniej tych z wyjściowych składników reakcji, które są zdolne do odparowania zanim będą one miały czas by ulec reakcji: ma się tu na myśli szczególnie chlorek sodowy NaCl. Tym sposobem zapewnia się dostateczny czas pobytu palnych paliw ciekłych lub stałych, tak aby doprowadzić do ich całkowitego spalenia.

Zgodnie z wynalazkiem reaktor jest wyposażony w różne środki do obróbki chlorowanych ścieków, zwłaszcza w celu odzysku i neutralizacji ścieków typu Cl2 lub HCl lub H2SO4 lub środki do oddzielania od ścieków gazowych stałych cząstek, szczególnie tych na bazie chlorków metali. Korzystnie środki te umieszcza. się w kanale(łach) spalinowym(wych), który ekstrahuje gazy spalinowe z aparatu reakcyjnego.

Korzystnie ściany reaktora, szczególnie te wchodzące w kontakt z różnymi reagentami/produktami reakcji związanymi z przemianą są wyposażone w ogniotrwałe materiały obłożone metalową wykładziną. Metal musi być zdolny do wytrzymania różnych rodzajów działania korozyjnego, tutaj powodowanego szczególnie przez HCl. Korzystny jest tytan, metal z tej samej grupy lub stop zawierający tytan albo cyrkon albo stop zawierający cyrkon. Korzystnie można zastrzec, by wszystkie elementy wewnątrz reaktora, będące w nim miały za bazę metal tego rodzaju lub były chronione na powierzchni przez powłokę z tego metalu (wsadowe urządzenia załadowcze i palniki zanurzeniowe). Korzystne jest, by ściany reaktora, a także szczególnie wszystkie metalowe części wewnątrz niego były powiązane z systemem chłodzącym obiegu płynu typu skrzyni wodnej. Ściany można również wytworzyć całkowicie z metalu, bez lub z bardzo małą ilością standardowych materiałów ogniotrwałych stosowanych przy konstrukcji pieców szklarskich.

Ściany reaktora wyznaczają, na przykład, w przybliżeniu przestrzeń sześcienną, równoległościenną lub cylindryczną (mającą podstawę kwadratową, prostokątną lub okrągłą). Korzystnie można zapewnić kilka miejsc wprowadzania reagentów, na przykład, rozmieszczonych w regularny sposób na ścianach bocznych reaktora, zwłaszcza w postaci pewnej liczby wsadowych urządzeń załadowczych. Taka wielorakość punktów zasilających umożliwia ograniczenie ilości reagentów w każdym z nich oraz uzyskanie bardziej jednorodnej mieszaniny w reaktorze.

Wynalazek można zastosować w sposobie wytwarzania szkła zawierającego krzemionkę i tlenki metali alkalicznych typu Na2O lub K2O i/lub tlenki metali ziem alkalicznych typu MgO lub CaO i/lub tlenki metali ziem rzadkich typu CeO2 przez topienie materiałów, które można zeszklić, w którym ciepło konieczne dla tego topienia pochodzi przynajmniej częściowo z palników zanurzeniowych. W tym przypadku oparto się na fakcie, że materiały wsadowe zawierające metale alkaliczne typu Na lub K lub metale ziem alkalicznych lub metale ziem rzadkich typu Ce są przynajmniej częściowo w postaci halogenków, szczególnie chlorków wyżej wspomnianych pierwiastków, takich jak NaCl, KCl lub CeCl4 albo siarczany lub azotany. Jest to drugi ważny aspekt wynalazku wszystko przebiegałoby tak jakby krzemian opisany uprzednio jako „in situ” wyprodukowano w czasie faktycznego procesu topienia materiałów, które można zeszklić, w celu wytworzenia szkła. Widoczna jest ekonomiczna korzyść zastąpienia całości lub części, szczególnie węglanu sodu za pomocą NaCl. W tym przypadku występują pewne korzyści, jak te podane powyżej, dotyczące produkcji krzemianu niezależnej od produkcji szkła, mianowicie zwłaszcza mniejszej zawartości żelaza w szkle, ewentualnego wykorzystania wytwaPL 196 687 B1 rzanych chlorowanych (chlorowcowanych) pochodnych, pirolizy lub zeszklenia odpadów, przy czym te ostatnie mogą ponadto być ewentualnie użyteczne lako paliwo stałe itd.

Przedmiot wynalazku jest objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym przedstawia schematyczną instalację do wytwarzania krzemianu sodowego zgodnie z wynalazkiem.

Ten rysunek niekoniecznie przedstawiony został z zachowaniem skali i ze względu na jasność został maksymalnie uproszczony.

Przedstawia on reaktor 1 zawierający podstawę 2 o prostokątnym kształcie, którą regularnie przebito w celu wyposażenia w rząd palników zanurzeniowych 3, które przechodzą przez nią i wnikają nieznacznie do reaktora 1. Korzystnie palniki zanurzające 3 pokrywa się tytanem i chłodzi za pomocą wody. Ściany boczne są również chłodzone za pomocą wody i zawierają powłokę z materiałów ogniotrwałych odlewanych z mas topionych w piecach elektrycznych lub są sporządzone całkowicie z metalu na bazie tytanu. Poziom 5 materiałów ulegających reakcji/topieniu jest taki, że wsadowe urządzenia załadowcze w postaci zasilacza śrubowego 6 wprowadzają składniki reakcji przez ściany boczne poniżej tego poziomu.

Podstawa 2 zawierająca palniki 3 może mieć większą grubość materiałów ogniotrwałych odlewanych z mas topionych w piecach elektrycznych niż ściany boczne. Jest ona przebita otworem spustowym 10 do odprowadzania krzemianu.

Sklepienie 8 może być sklepionym płaskim sklepieniem sporządzonym z materiałów ogniotrwałych z mulitu lub dwutlenku cyrkonu-mulitu lub typu AZS (glindwutlenek mulitu-krzemionka) lub jakiegokolwiek materiału ceramicznego odpornego na HCl i/lub NaCl. Zaprojektowane jest tak, aby było nieprzepuszczalne dla gazów spalinowych zawierających HCl; nieograniczające rozwiązanie dla zapewnienia tej nieprzepuszczalności polega na zastosowaniu struktury ceramicznej przypominającej swą budową plaster miodu składającej się z wklęsłych heksagonalnych elementów, w których umieszcza się materiał izolacyjny. Nieprzepuszczalność uzyskuje się zatem między elementami na tylnej powierzchni za pomocą niskotemperaturowej masy uszczelniającej odpornej na HCl. Tym sposobem chroni się metalową konstrukcję wspierającą. Kanał spalinowy 9 jest również skonstruowany z materiałów odpornych na HCl i NaCl (tlenkowe materiały ogniotrwałe, węglik krzemu, grafit) zaopatrzony jest w system do oddzielania stałych cząsteczek które mogą kondensować (chlorki metali) i wieżę odzyskową, nie przedstawione na rysunku.

Po odprowadzeniu krzemianu z reaktora przez otwór spustowy 10 przekazuje się go do granulatora (nie przedstawionego) typu stosowanego w przemyśle szklarskim lub w przemyśle detergentów krzemianu sodu.

Sposób ma na celu wytworzeniu krzemianu, który jest bardzo stężony w odniesieniu do sodu, przy czym ilościowo określa się to w znany sposób za pomocą stosunku molowego Na2O w odniesieniu do całości (SiO2 + Na2O) w obszarze 50%, przez wprowadzenie do reaktora przez wsadowe urządzenia zasilające piasku (krzemionki) i NaCl. Te dwa reagenty można również wprowadzać osobno i moż na ewentualnie wstępnie je ogrzać zanim wprowadzi się je do reaktora.

Korzystnie palniki zanurzeniowe 3 zasila się tlenem i gazem ziemnym lub wodorem.

Lepkość wsadu w czasie topienia/reakcji i dużą szybkość reakcji uzyskane dzięki technice z zastosowaniem palnika zanurzeniowego umożliwiają osiągnięcie wysokich określonych ciągów - w celu otrzymania rzędu wielkości, na przykład, przynajmniej 10 ton/dzień.

Konkludując, sposób według wynalazku, oferuje nowy sposób wytwarzania krzemianów, szczególnie krzemianów sodu, potasu lub ceru, (lub krzemianów ziem alkalicznych). Kontekst niniejszego wynalazku obejmuje również stosowanie mutadis nutandi tego samego procesu do wytwarzania nie tylko krzemianów lecz również tytanianów, cyrkonianów i glinianów tych pierwiastków (ewentualnie zmieszanych z krzemianami).

Tak więc metal może, przynajmniej częściowo zastąpić krzem, szczególnie metal należący do metali przejściowych lub konkretniej metali kolumny IVB układu okresowego, takich jak Ti lub Zr, lub metali kolumny IIIA układu okresowego takich jak Al. Korzyścią tego podstawienia jest to, że otrzymany produkt jest rozpuszczalny w wodzie. Selektywne działanie tych produktów w wodnym roztworze, szczególnie przy zastosowaniu kwasu chlorowodorowego utworzonego w czasie przemiany, daje w rezultacie wytrącenie cząstek już nie krzemionki, jak wspominano wcześniej w tekście, lecz cząstek odpowiedniego tlenku metalu takiego jak TiO2, ZrO2 i Al2O3, których cząstki są zwykle wielkości nanometrycznej, tak jak w przypadku rozpoczęcia procesu z krzemem, i może mieć wiele zastosowań w przemyśle. Tym sposobem możliwe jest stosowanie ich jako wypełniaczy w polimerach i betonach oraz wprowadzanie ich do materiałów ceramicznych i szklanoceramicznych. Umożliwia to również wyko10

PL 196 687 B1 rzystanie ich własności fotokatalitycznych: szczególnie ma to miejsce w przypadku cząsteczek TiO2 (które można wprowadzać do powłok fotokatalitycznych mających własności antybrudzące dla materiałów architektonicznych, szkliwienia itp.).

W celu produkcji tych tytanianów, cyrkonianów lub glinianów zgodnie z wynalazkiem opisany wcześniej proces otrzymywania krzemianów transponuje się, stosując halogenki typu NaCl i tlenki metalowe odpowiednich metali (TiO2, ZrO2, Al2O3 itp. ).

Alternatywnie możliwe jest stosowanie bezpośrednio do przemiany produktu wyjściowego zawierającego metal, halogenku wspomnianego metalu, a nie jego tlenku. Szczególnie może to być chlorek taki jak, TiCl4, ZrCl4, lub AlCI4 (możliwe jest również wybranie jako produktów wyjściowych zawierających metal mieszaniny tlenku i chlorku tego metalu). W tym przypadku materiał zawierający metale alkaliczne może być tym samym halogenkiem typu NaCl stosowanym do wytwarzania krzemianu, przy czym sól ta jest ewentualnie uzupełniona lub zastąpiona przez sodę, gdy stosuje się metal alkaliczny sód.

Tak jak w przypadku „krzemionki wytrąconej”, to rozszerzenie sposobu zgodnie z wynalazkiem można więc uważać za środek modyfikacji, szczególnie zmniejszenia, wielkości cząstek tlenku metalu, tak aby umożliwić inne zastosowania w materiałach przemysłowych.

Należy również stwierdzić, że wynalazek umożliwia recykling różnych odpadów. Można go stosować do czyszczenia i obróbki piasku zanieczyszczonego zwłaszcza ropą rozlaną na morzu; jest zatem możliwe zbieranie tego zanieczyszczonego piasku jako materiału wyjściowego na krzemionkę.

Ma to dwie główne zalety:

- po pierwsze, piasek zawiera organiczne palne odpady (paliwo, związki węglowodorowe),

- po drugie, jest to prosty sposób oczyszczania wybrzeży i plaż z tego zanieczyszczonego piasku, gdy inne metody oczyszczania są za długie lub za drogie. Sposób według wynalazku umożliwia zatem całkowitą eliminację paliwa. Korzystne jest dla tego typu zastosowania wytwarzanie krzemianów ziem alkalicznych lub krzemianów zawierających głównie metale ziem alkalicznych, jak w przypadku zastosowań mających na celu zobojętnianie odpadów chlorowych/organicznych, wspomnianych powyżej, bardziej interesujące z ekonomicznego punktu widzenia jest stosowanie surowców zawierających metale ziem alkalicznych niż surowców zawierających metale alkaliczne.

Claims (20)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania związków na bazie jednego lub więcej niż jednego krzemianu metali alkalicznych i/lub metali ziem alkalicznych i/lub metali ziem rzadkich polegający na poddaniu krzemionki w reaktorze reakcji z halogenkami lub siarczanami lub azotanami, zwłaszcza z jednym lub więcej niż jednym chlorkami, wspomnianych metali alkalicznych i/lub wspomnianych metali ziem rzadkich i/lub wspomnianych ziem alkalicznych, a następnie usuwaniu krzemianu względnie krzemianów z reaktora, znamienny tym, że reakcje prowadzi się w stopionej masie, przy czym ciepło niezbędne do reakcji dostarcza się, co najmniej częściowo za pomocą jednego lub więcej palników zanurzeniowych (3).
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wytwarza się związki na bazie jednego lub więcej krzemianów takich metali alkalicznych jak Na lub K.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wytwarza się związki na bazie jednego lub więcej krzemianów takich metali ziem alkalicznych jak Ca lub Mg.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wytwarza się związki na bazie krzemianów takich metali ziem rzadkich jak Ce.
5. 5. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że wytwarza się związki na bazie krzemianów mieszanych zawierających krzemiany co najmniej dwóch pierwiastków spośród Na, K, Ca, Mg i Ce.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako jeden lub więcej chlorków stosuje się NaCl, KCl lub CeCl4.
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że palnik względnie palniki zanurzeniowe (3) zasila się środkiem utleniającym w postaci powietrza, powietrza wzbogaconego tlenem lub tlenu.
8. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że palnik względnie palniki zanurzeniowe (3) zasila się paliwem w postaci gazu ziemnego, paliwa olejowego lub wodoru i/lub tym, że paliwo typu stałego lub typu ciekłego, szczególnie paliwo zawierające materiały węglowe na bazie polimerów, ewentuPL 196 687 B1 alnie polimerów chlorowanych lub na bazie węgla, dostarczane jest blisko palnika względnie palników zanurzeniowych (3).
9. 9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że spalanie powodowane przez palnik względnie palniki zanurzeniowe (3) przynajmniej częściowo zapewnia mieszanie krzemionki i halogenku(ów).
10. 10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że utworzony krzemian względnie krzemiany poddaje się obróbce czyniąc je kompatybilnymi do stosowania jako jeden lub więcej materiałów wsadowych do pieca szklarskiego, które można zeszklić, przy czym obróbka ta obejmuje w szczególności etap granulowania.
11. 11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że gorącym utworzonym krzemianem względnie krzemianami zasila się piec szklarski.
12. 12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że utworzony krzemian względnie krzemiany stosuje się do wytwarzania nadających się do zeszklenia surowców do produkcji szkła.
13. 13. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że utworzony krzemian względnie krzemiany stosuje się do wytwarzania surowców, zwłaszcza krzemian sodu Na2SiO3 do produkcji detergentów.
14. 14. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że utworzony krzemian względnie krzemiany stosuje się do wytwarzania surowców, zwłaszcza krzemian sodu Na2SiO3 do produkcji wytrąconej krzemionki, konkretniej z krzemionki i siarczanu sodu.
15. 15. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że krzemian sodu wytwarza się przez przemianę krzemionki i siarczanu sodu w piecu, przy czym niezbędny dodatek ciepła dostarcza się co najmniej częściowo przez palnik lub palniki zanurzeniowe (3), przy czym wytworzony SO3 przekształca się w kwas siarkowy, który odzyskuje się i który służy do gwałtownej reakcji z krzemianem sodu z utworzeniem wytrąconej krzemionki i siarczanu sodu, który jest zawracany do pieca.
16. 16. Urządzenie do wytwarzania związków na bazie jednego lub więcej niż jednego krzemianu metali alkalicznych i/lub metali ziem alkalicznych i/lub metali ziem rzadkich zawierające co najmniej jeden reaktor wyposażony w jeden lub więcej niż jeden palnik zanurzeniowy i co najmniej jeden element do wprowadzania krzemionki i/lub halogenku względnie halogenków, siarczanów lub azotanów i ewentualnie paliw typu ciekł ego lub stał ego, znamienne tym, ż e reaktor (1) jest wyposaż ony w ś rodki do obróbki chlorowanych odcieków lub H2SO4, zwłaszcza środki do odzyskiwania HCl lub Cl2 lub do neutralizacji HCl i/lub środki do oddzielania cząstek stałych od odcieków gazowych, na przykład na bazie chlorków metali.
17. 17. Urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że środki do obróbki są umieszczone w kanale spalinowym (9) wyładowującym spaliny z reaktora (1).
18. 18. Urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że element do wprowadzania jest usytuowany poniżej poziomu topionych materiałów (5), zwłaszcza w postaci zasilacza lub zasilaczy śrubowych (6).
19. 19. Urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że ściany (2, 4) reaktora (1), szczególnie te stykające się z różnymi reagentami/produktami reakcji związanymi z przemianą, są wyposażone w ogniotrwałe materiały na przykład typu materiałów ogniotrwałych odlewanych z mas topionych w piecach elektrycznych lub ogniotrwałe materiały obłożone metalową wykładziną typu tytanu lub cyrkonu lub ogniotrwałe materiały mające za bazie metali tego typu i korzystnie połączone, przynajmniej w przypadku ścian bocznych (4), z systemem chłodzącym za pomocą obiegu płynu typu wody.
20. 20. Urządzenie według zastrz. 16 albo 19, znamienne tym, że ściany (2, 4) reaktora (1) wyznaczają przestrzeń w przybliżeniu sześcienną, równoległościenną lub cylindryczną.