202788. lajstromszámú szabadalom • Eljárás szintetikus zeolitok előállítására
HU 202788B A találmány tárgya eljárás szintetikus, finom szemcseméretű, kristályos alkálifém-alumíniumszilikátok, vagy más néven zeolitok előállítására. Mivel a felszíni vizek, tavak, folyók foszfáttartalmának jelentős része a mosószertartalmú szennyvizekből ered, már több mint egy évtizede folytatnak erőfeszítéseket világszerte a mosószerek foszfáttartalmának legalább részbeni helyettesítésére. Az ilyen célú foszfáthelyettesítő adalékanyagnak a mosószer minőségét nem szabad rontani, toxikológiai és ökológiai szempontból sem lehet ártalmas, végül gyártása legyen egyszerű és gazdaságos. Számos anyagot kipróbáltak, de az anyagok jelentős részénél a toxikológiai és ökológiai szempontokat sem tudták egyértelműen tisztázni. Áttörést a megoldásban csak akkor sikerült elérni, amikor oldhatatlan anyagokat is bevontak a vizsgálatokba. Ekkor tapasztalták, hogy meghatározott körülmények között előállított Na-A zeolitokkal a mosószerek foszfáttartalma részben helyettesíthető. Az Na-A vagy más jelzés szerint 4A típusú zeolitot a viszonylag könnyen és nagy mennyiségben hozzáférhető nátrium-szilikát és nátrium-aluminát oldataiból állítják elő. Meghatározott mólarányú vizes oldataik elegyében először egy amorf, gélszerű nátrium-alumínium-szilikát képződik, melyet hidrotermális kezeléssel átkristályosítanak (miközben kialakul a zeolit-szerkezet) mosnak és szárítanak. Bizonyos esetekben a szárításról lemondanak, és az anyagot szuszpenzió formájában használják fel a mosószergyártás további fázisaiban. A vázanyagként alkalmazható Na-A zeolit legfontosabb fizikai és kémiai jellemzői a következők:- szemcsemérete 10 pm alatt, előnyösen 3-6 (xm között legyen, hogy a mosólében egyenletes eloszlás legyen elérhető;- a szemcseméret-tartomány szűk legyen, mivel a túlságosan kicsi méretű zeolit szemcse rátapad a szövet szálaira, a túlságosan durva kristály pedig könnyen kiülepszik;- kicsi legyen a tapadóképessége a szövetszálakon, ezt jól kristályosodott anyagok alkalmazásával érik el, az amorf anyagok nagy tapadóképessége igen hátrányos;- nagy legyen a kalcium-megkötőképesség, végül- jó legyen a térhálósodási hajlam, hogy a teljes hatás gyorsan jelentkezni tudjon. A detergens célú zeolitok előállítására a felsorolt szempontok alapján fejlesztettek ki gyártási eljárásokat. Na-A típusú zeolitok előállítása ugyanis viszonylag egyszerű, de ahhoz, hogy a termékek a felsorolt szempontok mindegyikét kielégítsék, az előállítási paraméterek gondos megválasztása szükséges. Az 1.404.467. sz. francia szabadalom leírásából például ismert, hogy a reakcióelegy NaOH, illetve Na20-koncentrációja jelentős hatást gyakorol az előállított NaA zeolitok szabályosságára és kristallográfiai tisztaságára. Amennyiben állandó értéken tudták a koncentrációkat tartani, állandóak voltak a zeolitok tulajdonságai is, a SÍO2/AI2O3 mólarány 2 körüli érték volt. A 2.281.315. sz. francia szabadalom leírása szerint kristálycsírákat adagolnak a rendszerbe, hogy a zeolit képződését meghatározott irányba vigyék. 1 A 3.071.434. sz. USA szabadalom leírásába a zeolit képződését azáltal tökéletesítik, hogy a kész szuszpenzió egy részét visszavezetik, és ezzel beoltják a keveréket. A 3.425.800. sz. USA szabadalom leírásában ugyanakkor bírálják ezt a gyakorlatot, ehelyett egy három ütemben működtetett kristályosító tartály alkalmazását javasolják, amelyben a hideg leválasztott gél szuszpenzióját 100 °C-ra felmelegítik, és ezen a hőmérsékleten történik meg a kristályosítás, viszonylag híg közegben. A 2.096.360. sz. francia szabadalomban ismertetnek egy olyan eljárást, amelynél a reagensek előmelegítésével elkerülik a gélképződést, és közvetlenül a kristályosodási fázisba jutnak a szilikátoldatnak az adagolásával aluminát-oldatba. Általában igen kevés megbízható és pontos információt közölnek az irodalmi források az előállítási paraméterek és a részecskeméret-eloszlás összefüggésére vonatkozóan, a 2.236.794. sz. francia és a vele azonos, 2.447.021. sz. NSZK szabadalmak kivételével. Ezek a kristályosodás közben egy aprítóberendezés alkalmazását javasolják úgy, hogy egyszerre egy tömegben elegyítenek. Hasonló megoldást javasolnak a 2.333.068. és a 2.517.218. sz. NSZK szabadalmak is, amelyek ugyancsak nyíróerő alkalmazását találják célszerűnek a kristályosítás közben, finom szemcseméret-eloszlású termék előállítása céljából. Az utóbbinál egy, a szokásosnál hígabb aluminátlúgot és vizes szilikátoldatot adnak be egyszerre, keverés közben, egy előreakciós edénybe. Ezt a szintéziskeveréket hagyják géllé merevedni, keverés közben egy töményebb aluminátlúgot adagolnak hozzá, majd így hagyják a keveréket kristályosodni. A szakirodalomban gyakran tesznek említést arról, hogy nagy reagens térfogatok esetén gyakran léphetnek fel nehézségek, és a folyamatokat nem minden esetben tudják a kívánt irányba befolyásolni. Az említett szabadalmak azonban sem a nedves őrlőberendezések fajtáira, típusaira, sem pedig üzemeltetésük módjára nem térnek ki. A kristályosítási időtartam igen széles határok között változhat. A paraméterek optimális kiválasztása esetén már 3 perc is elegendő lehet, más esetben pedig több órát is igénybe vehet megfelelően nagy ioncsere kapacitás elérése. Általában 1-2 órás kristályosodási idővel azonban számolnunk kell. A 2.704.310. sz. NSZK szabadalom az elegyítés után a reakciókeverék változásait írja le, és ettől teszi függővé a keverés és kristályosítás időtartamát. Eszerint a reagensek elegyítése után először egy víztiszta oldatot kapnak, amely—az elegyítési hőmérséklettől függően, előbb vagy utóbb — zavarossá válik és besűrűsödik. Ennek következtében erősen megnövekszik a viszkozitása, amely azonban az intenzív további keverés hatására újra csökkenni kezd. (A viszkozitás változásait például a keverő berendezés energiafelvételének változásai alapján is követni tudják.) Amikor a rendszer túljutott a viszkozitás maximum pontján, célszerű egy nedves őrlőberendezésen átvezetni, amely erős nyíróerőt gyakorol a részecskékre, és ezáltal annak viszkozitását erősen csökkenti. Az őrlőberendezésen történő átvezetést célszerű 6-7 alkalommal is megismételni. A besűrűsödés, illetve az aprítóberendezésben történő kezelések után a leírások minimális keverést javasolnak, 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
