Brevet FR2075966A1 — publié le 19711015

La présente invention concerne la production de métasilicate de sodium anhydre et elle concerne plus particulièrement la production, dans un lit fluidifié dense, de métasilicate de sodium anhydre ayant des propriétés physiques améliorées. Par anhydre, on entend que le produit, ou la substance en question, contient Jusqu'à environ 3% d'eau. Le métasilicate de sodium anhydre que l'on trouve actuellement dans le commerce est préparé en maintenant une pluralité de particules germes dans un état agité , par agitation dans un cylindre tournant. Les particules sont recouvertes par atomisation de liqueur de silicate sur les particules agitées, en vue de former des couches de métasilicate de sodium anhydre cristallisé. On applique de préférence la cbaleur en mettant les particules agitées en contact avec de la vapeur, pour déshydrater le métasilicate de sodium et former ainsi un film ou revêtement solide sur la surface des particules. Ce procédé est décrit dans le brevet des Etats Unis d'Amérique nb 3 208 822.Selon un autre procédé de l'art antérieur, on fabrique du métasilicate de sodium anhydre en faisant fondre ensemble les matières premières nécessaires, comprenant du Na2CO) anhydre et du sable purifié, à température élevée. Le produit est refroidi et on le laisse cristalliser en une masse qui contient habituellement la totalité des impuretés initiales des réactifs, en mQme temps qu'une partie des produits réfractaires provenant des parois du four. La masse du produit cristallisé doit ensuite être broyée ou moulue Jusqu'à la gamme de granulométrie voulue, ce qui entrain que le produit moulu contient une quantité considérable de poussière. Les particules de métasilicate produites par le procédé de l'art antérieur ne possèdent pas les propriétés désirées, à savoir que ce ne sont pas des particules régulières et sphériques de métasilicate de sodium anhydre. Au contraire, les particules de ltart antérieur sont à arêtes dentelées, irrégulières, molles et facilement usées dans tous les procédés dans lesquels on peut les utiliser. Le principal obJet de la présente invention est par conséquent de fournir un procédé économique en lit fluidifié pour la production de particules de métasilicate de sodium anhydre, régulières et sphériques, présentant une résistance élevée à l'usure par frottement. Un autre obJet de la présente invention est de fournir des particules de métasilicate de sodium anhydre plus régulières et sphériques ayant une teneur minimale en poussières. Ces objets et d'autres, de la présente invention sont, d'une manière générale réalisés de la façon suivante. Des particules de métasilicate de sodium anhydre sont maintenues sous forme d?un lit fluidifié dense, par mise en contact avec un courant ascendant d'air chauffé. De la liqueur aqueuse de métasilicate de sodium, sous forme finement divisée , est mise en contact avec le produit particulaire et déshydratée, pour produire un produit comprenant du métasilicate de sodium anhydre. Lors de la mise en oeuvre de la présente invention; on a trouvé que le produit obtenu dans le lit fluide a des propriétés physiques étonnament améliorées, y compris une plus grande résistance à l'usure par frottement, par rapport aux produits de l'art antérieur. Par référence au dessin annexé, qui est une illustration schématique en dlévationyon considère maintenant une réalisation du procédé de la présente invention. On prépare une solution appropriée de métasilicate de sodium en dissolvant du métasilicate de sodium, introduit dans la canalisation 6 dans de l'eau introduite dans la canalisation 8 dans la zone d'alimentation de la solution 10. Si nécessaire, on peut aussi ajouter de la soude pour ajuster le rapport en moles Na20/Si02 du silicate. De préférence, on maintient le rapport en moles Wa20/SiO2 du silicate entre environ 0,95 et environ 1,1,bien que pour.la plupart des usages on préfère utiliser le rapport molaire d'environ 1,04à 1,06. De préférence, la solution aqueuse contient entre environ 40 et environ 60% de métasilicate de sodium dans l'eau.On fait passer cette solution par la canalisation 12; à une vitesse réglée par une vanne 14, dans un distributeur approprié 16, pour l'introduction dans un lit fluide 20. Bien que n'importe quel moyen approprié de distribution puisse autre employé, le moyen préféré est un aJutage à 2 fluides, qui utilise de l'air de dispersion introduit par l'intermédiaire de la canalisation 18. La liqueur aqueuse de métasilicate de sodium que l'on introduit dans le lit fluide peut aussi être préparée en faisant digérer du sable avec de la soude eaustique, comme décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 471 253. Comme décrit dans le brevet, on fait digérer du sable avec de la soude, à une température élevée comprise entre environ 190 et environ 2400C, et sous une pression comprise entre environ 9,80 et 22,85 kg/cm2. Dans cette préparation, on préfère maintenir la température entre environ 200 et environ 2250C, et la pression entre environ 14,00 2 cet 17,57 kg/cm il est à noter qu'en préparant la liqueur de métasilicate de sodium par ce procédé, c'est-à-dire en faisant digérer le sable avec de la soude , la liqueur aqueuse de métasilicate de sodium résultante a une teneur très faible en carbonate du fait de l'absence de quantités appréciables de Na2CO) dans la soude; au contraire, dans le cas où l'on fait fondre le sable avec du carbonate de sodium anhydre (c'est-à-dire du Na2CO3), il subsiste dans le produit un résidu de carbonate. La zone de fluidification 20 contient des particules de métasilicate de sodium anhydre , qui sont maintenues à l'état fluidifié dense par l'action du courant d'air ascendant qui passe à travers la zone. La température des particules dans la zone de fluidification dense est de préférence maintenue entre environ 125 et environ 350"C, et de préférence entre environ 175 et environ 2250C. La vitesse superficielle des courants gazeux dans la zone de fluidification est de préférence maintenue entre environ 22,86 et 60,96 mètres/minute, ou à une vitesse superficielle suffisante pour produire la fluidification, sans entraîner le produit hors du lit fluide 20.L'air de fluidification chauffé est fourni au moyen de la zone de chauffage d'air 30, qui élève la température de l'air de préférence entre environ 250 et environ 1 0000C et plus avantageusement entre environ 300 et 6000 C, avant son introduction dans la zone de fluidification 20 parl'intermédiaire de la canalisation 32 de la chambre à air 22 et du distributeur d'air 24. Le nombre 21 indique le ménisque qui sépare la phase diluée 23 de la zone de fluidification dense 20. L'air de fluidification et le produit particulaire entraîné sont extraits par le haut, par la canalisation 36, à travers un cyclone 38, dans lequel on sépare le produit particulaire que l'on renvoie dans la phase diluée par l'intermédiaire de la canalisation 40. On fait passer le produit gazeux, par la canalisation 42, dans une zone d'épuration d'air appropriée 46. Dans une réalisation préférée de la présente invention, on purifie l'air de fluidification avec un agent approprié qui élimine de l'air pratiquement toutes les particules fines de silicate L'eau est l'agent d'épuration préféré d'un point de vue écono mique, bien que l'on puisse utiliser n'importe quel produit alcalin approprié , tel qu'unie solution de métasilicate de sodium. L'agent d'épuration est évacué de la zone 46 par la canalisation 48. On a trouvé, dans la mise en oeuvre de la présente invention, que le recyclage de l'air, par la canalisation 50 à travers le compresseur 54, est très avantageux pour maintenir des concentrations en C02 extrêmement basses dans le système. De cette manière, on a trouvé que l'on peut maintenir des concentrations inférieures à 50 ppm (en volume) dans l'air de circulation. On a trouvé que cette concentration en C02 est satisfaisante pour produire du métasilicate de sodium anhydre donnant des solutions aux propriétés acceptables telles que la turbidité. La buse ou les buses du distributeur 16 peuvent astre disposées da n'importe quelle façon appropriée pour atomiser le liquide d'alimentation dans la zone de fluidification dense 20. Dans des opérations à petite échelle, il est souhaitable d'atomiser vers le haut dans le lit dense, pour éviter la formation d'une crotte de produit sur les côtés de la zone-de fluidification 20. Cependant, dans les lits qui ont un diamètre supérieur à environ 1,524 à 1,829 mètres, une buse ou une pluralité de buses disposées à la périphérie peuvent Autre placées de telle manière qu'elles atomisent le liquide de façon généralement horizontale dans le lit fluidifié. On évacue le produit particulaire par l'intermédiaire de la canalisation 58, dans la zone de criblage 60, pour le fracti onner en coupes, ayant une gamme de granulométries désirée. Le produit particulaire éliminé de la zone de fluidification contient des particules dont les tailles sont comprises entre 167 et 0,152 mm, soit entre 10 et 100 mesh, selon la Norme "U.S. Standard Screen Mesh Sizes".Le produit fractionné éliminé dans la canalisation 67 a approximativement la distribution de tailles suivantes: Ouverture en mm Distribution (%) > 0,84 0 5 0,59 32 5 0,42 > 0,25 3 > 0,177 0 On refroidit le produit dans le réfrigérant 70 et, par l'intermédiaire de la canalisation 74, on l'envoie pour les opéra tions appropriées de mise en sac ou d'emballage. Les particules fines sont séparées par la canalisation 62. Les particules fines ont une taille comprise entre environ 0,15 et 0,42 mm. Le produit de dimension supérieure est éliminé dans la canalisation 63 et on réduit sa taille dans la zone de broyage 64 pour obtenir un produit dont la taille est comprise dans l'intervalle de 0,177 à 0,42 mm.Le produit dans les canalisations 62 et 63 est rassemblé en 66 pour entre réintroduit dans la zone de fluidification dense 20, par l'intermédiaire de la canalisation 68. Le produit , dans la canalisation 68, a environ la distribution de tailles suivantes Ouverture en mm Distribution (%) > 0,42 14 5 0,25 23 > 0,77 > 0,088 47 o,088 3 Dans la réalisation préférée de la présente invention, il est souhaitable de maintenir la teneur en C02 dans les solutions d'alimentation à un niveau faible, ctest-à-dire à un niveau inférieur à 1,0% en poids, par rapport au poids sec et de préférence entre 0,3 et o, 8%. On se réfère maintenant à des exemples spécifiques d'opérations qui illustrent la réalisation du procédé de la présente invention à l'échelle pilote. Les exemples 1 à 9, illustrés dans le tableau I ci-dessous, ont été réalisés dans un appareillage identique à celui illustré par le schéma et décrit ci-dessus. Dans l'exempl, la source de chaleur pour chauffer le lit fluidifié était un réchauffeur d'air à feu nu; dans les autres exemples (exemples 2 à 9) le lit fluidifié était chauffé avec un réchauffeur d'air électrique. Lesnourcentagesdes solides et de C02 dans la matière de charge et dans le produit sont donnés en poids et sur la base du produit sec. TABLEAU I Températures ( C) EXEMPLES 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Alimentation 100 100 100 100 100 50 50 50 50 Air d'entrée 400 340 340 347 330 330 340 350 330 Lit fluide 200 200 200 178 180 180 180 200 170 Poids du lit fluidifié (kg) 30,88 38,50 36,34 36,24 38,5 38,5 38,5 50,73 38,5 Débit de l'air de fluidification (m3/mn) 2,264 3,113 3,40 3,40 3,40 3,40 3,17 3,40 3,40 Vitesse d'alimentation (kg/heure) 10,42 10,42 17,66 12,23 10,87* 8,79 8,47 8,516 8,29 Alimentation: rapport Na2O/SiO2 1,0 1,0 1,02 1,10 1,04 1,04 1,04 1,04 1,04 Solides d'alimentation (%) 45 45 45 45 45 35,0 35,0 52,0 37,8 CO2dans la charge d'alimentation(%) (base sec) 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,35 0,35 0,35 0,35 Produit : % d'eau 1,25 1,88 1,90 2,08 2,31* 2,25 2,20* 2,35 2,44 Produit : % de CO2 9,4 2,0 1,90 1,8 1,1 0,51 0,57 0,47 0,52 Turbidité d'une solution du produit (10%) (% de transmission de lumière) faible faible faible 66,0 67,0 85,0 86,0 86,0 85,0 Densité du produit(g/cm3) 0,976 1,136 1,139 1,153 1,129* 1,228* 1,236* 1,238* 1,24 Vitesse de recyclage-particules fines (kg/heure) 2,718 2,22 5,3 6,432 6,07* 1,404 2,627 2,083 2,265 Vitesse de recyclage-refus (kg/heure) 2,265 1,359 0,68 0,226 0,181* 0,1812 0,226 0,2718 2,265 * Valeur approximative. Comme le montre le tableau I, les solutions du produit des exemples 1 à 5 ont une turbidité élevée, c'est-à-dire un faible pourcentage de transmission de la lumière, ce qui est la conséquence directe de la grande quantité de C02 et des parties insolubles qui y sont contenues. Pour être acceptables, les solutions de produit doivent avoir une transmission de lumière d'environ 85%. La turbidité de la solution de produit des exempts 6 à 9 est améliorée à cause de la quantité diminuée, ou plus faible de C02 et des parties insolubles contenues dans les produits. Toutefois, les produits qui ont une teneur en G02 supérieure à 1,0% ne sont pas acceptables, car leurs solutions sont trop troubles. Dans ltexemple 4, la quantité de C02 dans la solution d'alimentation a été neutralisée par addition d'un excès de soude. Avec un rapport molaire sodium/silicate de 1,10, la turbidité de la solution du produit de l'exemple 4 a été amélioréepar rapport à celle des exemples 1 à 3, mais les parties insolubles dans les produits dépassaient encore les limites commerciales.Les exemples 6 à 9 ont été réalisés dans le but d'éliminer autant que possible le C02 de la solution d'alimentation et du système opératoire. On a réduit à environ 0,35% la teneur en GO2 dans la solution d'alimentation, c'est-à-dire dans la liqueur de-métasilicate de sodium, des exemples 6 à 9, parce que le métasilicate de sodium était préparé en faisant digérer le sable avec de la soude, comme décrit ci-dessus et comme illustré dans l'exemple 10 ci-dessous. De même on a ajusté le rapport sodium/silicate à environ 1,04,comme il est préféré suivant la présente invention. En conséquence, comme le montrent les exemples 6 à 9, la turbidité était très améliorée et les particules de produits étaient acceptables. Dans l'exemple 5, on a déterminé si une plus grande teneur en C02 dans la solution d'alimentation pouvait donner un produit acceptable quand on recyclait l'air de fluidification dans le système en lit fluide. Un tel procédé ne donnait pas de résultats avantageux comme le montre le tableau I. Les particules de métasilicate de sodium anhydre produites selon la présente invention ont été examinées quant à leur résistance à l'usure par frottement. Les résultats de cet essai sont consignés, avec les résultats des essais sur des particules de métasilicate commercial, dans le tableau II ci-dessous. L'essai d'usure par frottement est réalisé dans une unité semblable à un cyclone collecteur de poussière avec un filtre à poussière en toile et, au bas un récipient collecteur. L'action du passage des particules anhydres à travers l'unité est identique à celle d'une machine de transmission pneumatique ou d'une machine de malaxage grossier. Un tel appareil d'essai est plutôt destiné à tester la résistance des particules anhydres à l'usure par frottement et non pas à déterminer la dureté véritable des particules. Après avoir fait passer les particules à travers l'unité d'essai d'usure par-frottement, on les envoie sur-des tamis normalisés pour subir un essai connu. sous le nom de "Tyler Ro-Tap test", de 10 minutes.Dans cet essai, les mailles du tamis sont de- 0,84; 0,59;0,42; 0,25,0,177 et 0,152 mm d'ouverture. En conséquence , l'essai de criblage sur l'échantillon usé par frottement est comparé avec ltessai de criblage avant usure par frottement des particules de produit initiales. L'essai d'usure par frottement, suivi de l'essai de criblage a été effectué sur des particules commerciales de métasilicate de sodium anhydre produit selon le procédé décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 208 822, dans lequel les particules sont recouvertes avec une pulvérisation de liqueur de silicate dans un cylindre tournant pour former des couches de métasilicate de sodium anhydre. Une comparaison des résultats des essais effectués sur ces particules commerciales et des résultats des essais effectués sur les particules produites dans 1 exemple 9 ci-dessus est donnée dans le tableau 2 ci-dessous. Les résultats se rapportent aux particules avant et après l'essai d'usure par frottement. Tableau II Ouvertures (mm) Particules commerciales(%) Particules de l'exemple 9 (%) avant aI avant après o o O o 50,59 50 33,0 50 44,4 > 0,42 50 58,2 50 51,3 50,25 O 5,7 o 2,6 > o, 177 O 0,8. 0 0,1 > 0,152 0 0,2 0 0,1 O,152 0 2,1 0 1,5 100,0 100,0 100,0 100,0 il résulte de l'essai d'usure par frottement que plus de 33 des particules commerciales étaient usées par frottement contre seulement 15% des particules de l'exemple 9. En plus de l'essai d'usure par frottement, on a comparé les particules commerciales et celles de l'exemple 9 du point de vue de leurs teneurs respectives en poussières. Les résultats de la comparaison indiquaient une teneur en poussière de 107 ppm dans les particules commerciales contre une teneur en poussière de seulement 43 ppm dans les particules de ltexemple 9. Ces résultats, et ceux donnés dans le tableau II, illustrent le fait que les particules de métasilicate de sodium de la présente invention ont une résistance à l'usure par frottement supérieure à celle des particules commerciales. Les particules de la présente invention sont également plus régulièrement sphériques et n'ont pas d'arêtes dentelées comme les particules commerciales. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour la production de particules régulières et sphériques de mêtasilicate de sodium anhydre ayant une résistance élevée à usure par frottement et une teneur minimale en poussière, caractérisé en ce qutil comprend a) l'apport dune pluralité de particules de métasilicate de sodium anhydre dans une zone de fluidification; b) la mise en contact desdites particules dans ladite zone de fluidification avec un courant d?air chauffé ascendant pour maintenir lesdites particules dans un lit de fluidification dense; et c) la mise en contact desdites particules dans ledit lit de fluidification avec une liqueur aqueuse de métasilicate de sodium, pour produire du métasilicate de sodium anhydre cristallisé. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on maintient les particules dans ledit lit de fluidification à une température comprise entre environ 125-et environ 3500C. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractériséence que la vitesse superficielle dudit air chauffé passant à travers ladite zone de fluidification est comprise entre environ 22,86 et environ 60,96 mètres/minute. 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lton chauffe l'air à une température comprise entre environ 250 et 10000C avant de le faire passer à travers ladite zone de fluidification. 5 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite liqueur aqueuse de métasilicate de sodium contient entre environ 40 et 60% de métasilicate de sodium dans de liteau. 6- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite liqueur aqueuse de métasilicate de sodium est préparée en faisant digérer du sable avec de la soude, à une température élevée comprise entre environ 190 et 240 C, et sous une pression comprise entre environ 9,80et environ 22,85 kg/cm2 7 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la liqueur aqueuse de métasilicate de sodium contient moins de 1,0 en poids de C02. 8 - Procédé pour la production de particules régulières et sphériques de métasilicate de sodium anhydre d'une grande résistance à l'usure par frottement, caractérisé en ce qu'il comprend a) l'apport d'une pluralité de particules de métasilicate de sodium anhydre dans une zone de fluidification; b) la mise en contact desdites particules dans ladite zone de fluidification avec un courant ascendant d'air qui est chauffé, avant son passage à travers la zone, à une température dtenviron 250 à 1 0000 C, pour maintenir lesdites particules dans un lit de fluidification dense; et c) la mise en contact desdites particules, dans ledit lit de fluidification, avec une liqueur aqueuse de métasilicate de sodium pour produire du métasilicate de sodium anhydre cristallisé. 9 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les particules dans ledit lit de fluidification sont maintes nues à une température comprise entre 125 et 3500C environ, et que l'on fait passer ledit air chauffé à travers la dite zone de fluidification à une vitesse superficielle comprise entre environ 22,86 et 60,96 mètres/minutev 10 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite liqueur aqueuse de métasilicate de sodium est préparée en faisant digérer du sable avec de la soude, à une température élevée comprise entre environ 190 et environ 240 C, et sous une pression comprise entre environ 9,80 et 22,85 kgZcm2.