183188. lajstromszámú szabadalom • Folyamatos eljárás nátriumszilikát oldat ipari előállítására
1 183 188 2 A találmány tárgya eljárás nátrium-szilikát előállítására kvarcból vizes közegben túlnyomáson, nátronlúggal való kezelés útján. A nátrium-szilikát ipari előállítására jelenleg használatos eljárások általában a következő lépésekből állnak :- homok és nátrium-karbonát kalcinálása 1100 °C fölött,- a keletkezett nátrium-szilikát oldhatóvá tétele autoklávban csökkentett, 2-5 bar nyomáson, és- szűrés. Az ilyen típusú eljárások drágák, mert a kalcináláshoz fűtőanyag szükséges, mégpedig olaj vagy szén. Továbbá a kalcinálást folyamatosan kell végezni, mivel a nátrium-karbonát korrodeálhatja a tűzálló anyagokat. Különböző eljárásokat fejlesztettek ki homok/ nátrium-karbonát keverék kalcinálásának kikerülésére, és a szilícium-dioxid oldhatóvá tételére egyenesen nátrium-hidroxiddal való autoklávos kezeléssel (Chemical Engineering, 1962. 2, 76-78., 2 881 049 számú amerikai szabadalmi leírás). A berendezések, különösen az autoklávok korróziójának kiküszöbölésére az oldhatóvá tételt 3—6 bar csökkentett nyomáson végzik. Az alacsony hőmérsékletek, amelyek a nyomásértékekből adódnak, szükségessé teszik, hogy a homok típusát megválasszák, megőröljék, vagy előkezeljék, amely általában kalcinálásból és vízzel való lehűtésből áll. Ezek az eljárások éppen olyan drágának bizonyultak, mint a kvarc/nátrium-karbonát keverék kalcinalasa, amely jelenleg az egyetlen ipari eljárás, amelyet valóban alkalmaznak. A találmány feladata a fent említett hátrányok kiküszöbölése. Ezt a feladatot úgy oldottuk meg, hogy kidolgoztunk egy eljárást a nátrium-szilikát előállítására kvarc vagy homok autoklávban nátronlúggal való kezelése útján. Ez az eljárás nem rendelkezik a fent említett eljárások hátrányaival. Az autoklávban való kezelés körülményei olyanok, hogy az oldhatóvá tételt előkezeletlen homokkal is el lehet végezni, anélkül, hogy a homok típusa, fizikai szerkezete bármilyen befolyást gyakorolna a folyamatra, kivéve a részecskék méretét, amely kisebb kell legyen, mint 1 mm, ennek biztosítására őrlés szükséges lehet. A nátronlúg által okozott korrózió problémáját úgy oldottuk meg, hogy nátrium-karbonáttal telített nátronlúg-oldatot használunk, a nátrium-hidroxidoldatot alkalmas nikkel hőcserélőben melegítjük elő, amelyek így biztos, hogy nem kopnak a kvarctól, majd folyamatosan oldjuk a kvarcot autoklávban való kezeléssel. Az autoklávokat ezért nem kell nikkellel bevonni a nátronlúg okozta korrózió miatt. Normál acélból lehet készíteni, és ez jelentős beruházási és fenntartási költségcsökkenést jelent. A találmány szerinti eljárás lehetővé teszi, hogy a nátrium-szilikátot jelentősen olcsóbban állítsuk elő, mint a jelenleg használatos eljárások bármelyikével. Továbbá, az így előállított oldat kevesebb, mint 30—40 mg/1 vasat tartalmaz, és így igen fehér zeolitok előállítására használható. A találmány szerinti eljárás különböző lépéseit az 1. ábra szemlélteti. 1. A nyersanyag a következő anyagokból áll: 1 mm lyukméretű szitán áteresztett kvarc/homok és ipari nátronlúgoldat 180-230 g/l-re hígítva. Ezt a nátronlúgoldatot 15-20 g/1 nátrium-karbonáttal telítjük. így kapjuk az L1 folyadékot. 2. Az A edényben szuszpendáljuk a kvarcot az L1 nátrium-hidroxid egy részével való keverés útján úgy, hogy a keletkezett L3 szuszpenzió szilárdanyagtartalma lehetővé tegye, hogy a szuszpenziót nyomás alatt a C autoklávba nyomassuk. A kvarc aránya olyan, hogy az alkalmazott teljes nátrium-hidroxidra számított szilícium-dioxid arány 1,7 és 2,6 között van. 3. A B edény nikkelből készült csöves vagy tálcás hőcserélő. Az L1 nátrium-hidroxid-oldat további részét itt 250-280 °C-ra melegítjük. A D szelepen átvezetett VI gőzzel, valamint V2 kiegészítő gőzzel hevítünk indirekt módon. Mivel a hevített folyadék nem tartalmaz kvarcot, a hőcserélő fémrészeit nem koptatja. Az L2 250-280 °C-ra hevített folyadékot folyamatosan a C autoklávba permetezzük. 4. A C autoklávban hajtjuk végre a kvarc folyamatos oldását. A folyadékot és a szuszpenziót nyomás alatt juttatjuk a reakciótérbe. Az autoklávokban a hőmérséklet 225—245 °C, a nyomás 27—32 bar, a tartózkodási idő 20—35 perc. Ilyen körülmények között eredetére való tekintet nélkül a kvarc gyorsan oldódik. A folyamatos gyors oldódás révén az autoklávban mindig olyan oldat van jelent, amely több mint 160 g/1 oldott szilícium-dioxidot tartalmaz. így az oldatnak gyenge a korrozív hatása az alkalmazott normál acélra nézve, a nátrium-hidroxidot ugyanis semlegesítettük a szilícium-dioxiddal. Az autoklávban uralkodó hőmérsékletet a V3 gőzbevezetéssel tartjuk állandó értéken. A C autokláv elhagyása után a kvarcnak több mint 95 %-a oldható állapotban van. 5. Az L4 szuszpenziót, amely az autoklávot elhagyja, és az el nem reagált kvarcot tartalmazó nátrium-szilikátból áll, lehűtjük és nyomását atmoszferikusra csökkentjük a D szelepsoron való átengedéssel. A felszabaduló VI gőzt a B hőcserélőben a nátrium-hidroxid-oldat előmelegítésére használjuk. Az L5 szilikát-oldatot hígítjuk ha szükséges, a kristályosodás elkerülésére, majd dekantálással elkülönítjük. Az elkülönített szilárd anyag egy részét visszajuttatjuk az A edénybe. A keletkező nátrium-hidroxid és nátrium-szilikát-tartalmú oldatot 320-370 g/1 szilicium-dioxid-tartalommal, 160—200 g/1 nátrium-hidroxid-tartalommal és kevesebb mint 40 mg/1 vastartalommal lehet jellelmezni. Ez az oldat előnyösen nátrium-alumínium-szilikát és különösen előnyösen zeolitok előállítására használható. A találmány szerinti eljárást a következő példa szemlélteti. Példa 428 kg nátrium-hidroxid-oldatból, amely 193 kg nátrium-hidroxidot tartalmaz, 8 kg nátrium-karbonátból és 570 kg vízből oldatot készítünk. A keletkezett L1 oldat 0,83 m3 és a következő anyagokat tartalmazza: 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
