Brevet FR2462390A1 — publié le 19810213

La présente invention concerne une préparation de silicate de sodium, à partir de quartz, par réaction avec de la soude caustique en milieu aqueux sous pression. Les procédés existants de production industrielle de silicate de sodium comportent généralement: - une calcination à plus de 11000 C du mélange de sable et de carbonate de sodium, - une solubilisation du silicate de sodium ainsi obtenu en autoclave à pression modérée, soit 2 à 5 bars, - une filtration. Un tel procédé est coCteux car la calcination consomme du combustible, fuel ou charbon. D'autre part, l'atelier de calcination nécessite un entretien important du fait de la possibilité d'attaque des réfractaires par le carbonate de sodium. Aussi divers procédés ont été mis au point pour supprimer cette calcination du mélange sable et carbonate de sodium et réaliser directement la solubilisation de la silice par autoclavation avec de la soude, en particulier dans Chemical Engineering 1962, February 2, p 76-78 et 11U.S.P. 2.881.049. Pour contrôler et éviter la corrosion du matériel et spécialement des autoclaves, la solubilisation est effec- tuée à des pressions modérées, soit 3 à 6 bars. Toutefois, les basses températures qui résultent de ces pressions nécessitent de choisir la nature du sable, de le broyer ou de faire subir à ce sable un prétraitement consistant géné- ralement en une calcination suivie d'une trempe à l'eau. De tels procédés se sont donc avérés tout aussi onéreux que la calcination du mélange quartz et carbonate de sodium, seul procédé industriel finalement employé. La demanderesse a mis au point un procédé de fa- brication de silicate de sodium à partir de quartz ou de sable, par autoclavation avec de la soude caustique, qui ne présente pas les inconvénients des procédés précédents. - 2 - Les conditions de cette autoclavation sont telles que la solubilisation peut être réalisée avec un sable non prétraité, sans influence de la nature et de la structure physique du sable sauf en ce qui concerne la-dimension des grains qui doit 9tre inférieure à 1 mm, ce qui exige éven- tuellement un broyage. Les problèmes de corrosion par la soude caustique ont été résolus en utilisant une solution de soude caustique chargée en carbonate de sodium, en réalisant un préchauffa- ge de la solution de soude dans des échangeurs appropriés en nickel qui ne risquent pas ainsi d'âtre abrasés par le quartz, et en réalisant une solubilisation en continu du quartz par autoclavation. Le ou les autoclaves utilisés ne sont donc pas nécessairement recouverts intérieurement de nickel pour résoudre les problèmes de corrosion par la soude caustique. Ils sont en acier ordinaire, et conduisent à un investisse- ment de l'usine et des frais d'entretien notablement réduits. Ce procédé permet l'obtention d'une solution de silicate de sodium à un coOt nettement inférieur aux procé- dés actuels. Par ailleurs, cette solution contient moins de à 40 mg/l de Fe, elle peut donc 9tre utilisée en parti- culier pour fabriquer des zéolithes très blanches. Les différentes étapes du procédé sont indiquées sur la figure en annexe. 1. Les matières premières sont constituées par du sable- quartz passant au tamis de 1 mm et par une lessive indus- trielle de soude caustique diluée à une concentration de à 230 g/l de NaOH. Cette solution de soude caustique est chargée avec 15 à 20 g Na 2C3 par litre de façon à obtenir la liqueur d'attaque Ll. 2. En A, le quartz est mis en suspension par mélange avec une fraction de la lessive de soude Ll, de manière telle que la teneur en matière sèche de la suspension obtenue L3 permette son pompage sous pression dans l'autoclave C. -3- La charge en quartz est telle que le rapport pondérai Si02/NaOH totale mise en jeu soit compris dans la four- chette 1,7 - 2,6. 3. En B, le reste de la lessive de soude L1 est chauffé à une température de 250 à 2800 C dans des échangeurs tu- bulaires ou à plaque en nickel. Ce réchauffage indirect se fait en continu grâce à la vapeur V1 récupérée dans les détendeurs D décrits ci-dessous, plus un apport com- plémentaire de vapeur V2. La liqueur réchauffée ne conte- nant pas de quartz, il n'y a pas d'abrasion du métal des échangeurs. Cette liqueur d'attaque chauffée à 250 -2800 C, soit L2 est injectée en continu dans l'autoclave Co 4. C'est dans cet autoclave C qu'est effectuée en continu la solubilisation du quartz. La liqueur d'attaque L2 et la suspension de quartz L3 sont introduits en continu. Ces injections de liqueur et de suspension sont réalisées sous pression. La température dans le ou les autoclaves est de 225 à 245 C, la pression allant de 27 à 32 bars, et le temps de séjour de 20 à 35 minutes. Dans ces conditions la solu- bilisation du quartz, quelle que soit son origine, est rapide. Cette solubilisation rapide réalisée en continu permet d'obtenir dans l'autoclave une solution stationnaire con- tenant plus de 160 g/1 de SiO2 solubilisée peu corrosive vis à vis de l'acier ordinaire employé, la soude étant neutralisée par la silice solubilisée. La température des autoclaves est maintenue par injection de vapeur V3. A la sortie des autoclaves C, plus de 95 % de la charge de quartz sont solubilisés. 5. La suspension L4 sortant des autoclaves et constituée de silicate de sodium contenant le quartz n'ayant pas réagi - 4 - est refroidie et sa pression est ramenée à la pression atmosphérique dans une série de détendeurs D. La vapeur émise V1 est réutilisée en B pour le préchauffage de la solution de soude. La solution de silicate L5 est éventuellement diluée pour éviter la cristallisation du silicate Na2O.SiO2, décantée et filtrée. Le solide séparé est partiellement recyclé en A. La lessive de silicate de sodium obtenue est caractéri- sée par une concentration en silice de 320 à 370 g/l de SiO2, une concentration de 160 à 200 g/l de NaOH, une te- neur en fer inférieure à 40 mg/1 de Fe. Cette solution convient parfaitement à la fabrication de silicoaluminate de sodium et en particulier de zéolithe. L'exemple suivant illustre l'invention, sans la limiter. Exemple Une solution de soude caustique et de carbonate est préparée à partir de 428 kg de lessive de soude contenant 193 kg NaOH, à laquelle on ajoute 8 kg Na2CO3 et 570 kg d'eau. La solution L1 obtenue a un volume de 0,83 m3 et contient: NaOH 193 kg Na2CO3 B kg H20 805 kg Une fraction de cette solution, soit un volume de 0,21 m3 est utilisée en A pour mettre en suspension une charge de 343 kg de sable contenant 341 kg de SiO2o La suspension L3 obtenue a un volume de 0,34 m. Elle est injectée dans l'autoclave C. Simultanément, le reste de la solution L1 est chauffé en B à 2750 C, puis injecté dans l'autoclave C. Dans l'autoclave la suspension a une température régulée à 2400 C, la mise en température étant trèsrapide, - 5 - et la pression est de 27 bars. Le tempsde séjour à cette température et sous cette pression est de 25 minutes. A la fin de cette réaction sous pression, la sus- pension est refroidie par détente, puis diluée par 0,22 m d'eau et ensuite décantée et filtrée. Le solide séparé a un poids total de 15 kgo Il contient 13 kg de Si02. La liqueur filtrée a un volume de 1,03 m. Elle contient: NaOH: 191 kg 0 NaCO,. 7,5 kg c J i SiO2 328 kg 32 g QJ -6- REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication industrielle, en continu, de solu- tion de silicate de sodium consistant à solubiliser en autoclave le quartz de sables dans une solution de soude caustique et de carbonate de sodium à haute température et sous une pression élevée. 2. Procédé selon la revendication 1 o la température de l'au- toclave est de 225 à 2450 C et la pression de 27 à 32 bars. 3. Procédé selon une des revendications 1 ou 2 o le quartz mis en oeuvre provient de sables d'origine quelconque utilisés sans prétraitement, sans calcination et sans broyage préalable. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 o la solu- tion de soude caustique est préchauffée, avant l'intro- duction de la charge de quartz. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 o les auto- claves utilisés sont en acier ordinaire. 6. Silicate de sodium obtenu par l'une des revendications 1 à 5 contenant moins de 40 mg/l de fer et de la silice solubilisée avec un rapport pondéral SiO 2/NaOH allant de 1,7 à 2,5. * "@1 _çA"