Brevet FR2525204A1 — publié le 19831021

La présente invention concerne un perfectionnement à la fabrication de silicate alcalin par réaction de silice avec une solu- tion alcaline, dans un autoclave. Le procédé de fabrication de silicate alcalin par fusion alcaline de la silice est bien connu en particulier par "Soluble silicates" de J G Vail, Reinhold Pub Corp Vol I, p 6 ( 1952). De nos jours c'est encore pratiquement le seul procédé utilisé. Un autre procédé bien connu est l'autoclavation de la silice avec une solution alcaline C'est ainsi que le '"Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie" vol 21 ( 1928), p 861 cite les essais de Liebig ( 1857) et d'autres auteurs, mais les résultats n'ont conduit qu'à des silicates trop riches en soude pour une exploitation industrielle. D'autres brevets tels le BP 788 933 montrent l'intérêt d'un procédé travaillent à une température comprise entre 175 et 3200 C elors que la fusion alcaline nécessite des températures voisi- nees ou supérieures à I 3000 C. Le brevet US 3 971 727 décrit l'obtention de silicates alcaline en solution aqueuse sous pression à une température comprise entre 138 et 210 "C, mais il est nécessaire d'agiter mécaniquement et de filtrer, et le réaction implique des temps de séjour assez longs ainsi que la présence d'un tiers produit pour aboutir a des résultats intéressants. Les brevets européens na 33 108 et 33 109 revendiquent également la fabrication de silicate de sodium mais les procéddés décrits nécessitent l'agitation de la suspension et sa filtration. L'intér Ot apporté au procédé d'attaque de la silice par une solution alcaline augmente avec la nécessité d'économiser l'éner- gie Les conditions suivantes doivent itre réunies: possibilité d'obtention de solutions de silicates suffi- samment riches on Si O 2 En particulier l'industrie de la détergence et la fabrication de silicoaluminates de sodium (zdolithes de type A) nécessitent l'emploi de silicates de sodium dont le rapport pondtérael Si O 2/Na 20 est voisin ou supérieur à 2. Obtention de cas solutions en continu afin de diminuer le coàt des investissements. La demanderesse a mis au point un procédé qui répond non seulement aux conditions ci-dessus, mais permet en outre: l'utilisation des sables de granulométrie élevée et non des farines de silice, ce qui permet d'économiser l'énergie de broyage, l'absence d'agitation du mélange sable solution tout en assurant un bon transfert de masse réactif-sable-produit de réaction, de ne pas filtrer les solutions obtenues sur des appareils spécialement destinés à cet effet, l'obtention de silicates alcalins de rapport pondéral Si O 2/me 20 élevé. Ceci a pour conséquence une simplification notable de l'installation en mfme temps qu'une grande souplesse d'utilisation donc une diminution sensible des investissements. Le procédé consiste à alimenter de la silice cristallisée de granulométrie moyenne comprise entre 0,1 mm et 2 me et une solu- tion alcaline constituée par exemple par de la soude dans un tube vertical qui sert de réacteur Le contrôle de la température et de la vitesse d'alimentation des réactifs ainsi que celui de la con- centration de la solution alcaline assurent la concentration et le rapport pondérai Si 02/Me 20 de la recette. La silice utilisés est un sable dont la granulométrie ne peut être inférieure à 0,100 mm à cause de la perte de charge du système Elle ne doit pas avoir une granulométrie supérieure à 2 me ce qui ralentirait la réaction. Bien que la mime réaction puisse avoir lieu en présence d'autres solutions alcalines nous prendrons comme exemple des solu- tions de soude caustique qui sont les plus utilisées industriellement. Ces solutions doivent avoir une concentration en Na 2 J comprise entre g/i et 400 9/1 au moment de l'attaque de la silice En effet une dilution trop grande conduit à des solutions de silicate de sodium qui ne seraient pas directement utilisables pour des emplois indus- triels, et une concentration trop forte produit des bouchages au sein du lit de sable par formation de cristaux de disilicate de sodium. L'alimentation du réacteur se fait par le haut, la réac- tion ayant lieu sur le lit de sable qui sert à la fois de source de silice et de filtre, ce qui assure un bon transfert de matière et la production d'une solution limpide de silicate de sodium. La partie interne du réacteur, en contact avec des solu- tions alcalines chaudes est constituée par un métal ou un alliage résistant à la corrosion Le nickel convient bien à cet effet mais les aciers ordinaires tels que ceux utilisés pour les chaudières peuvent également être utilisés, notamment si la solution alcaline est additionnée de carbonate comme préconisé par le brevet français 2 462 390 Ce réacteur est muni d'une grille dans se partie inférieure afin de retenir le sable La section du réacteur détermine la vitesse de passage de la solution h travers la silice Cette vitesse doit Stre comprise entre 2 et 15 m/h Une vitesse trop faible ne permet. ni une productivité suffisante ni un transfert correct et une vitesse trop élevée conduit à une perte de charge telle que le contrôle de la réaction n'est pas possible Ce réacteur joue également le r 8 la de filtre à sable, ce qui implique une hauteur de sable minimale et conduit à des solutions parfaitement limpides. Le rapport pondéral Si D 2/Na 20 et la vitesse de réaction étant fonction de la température au sein du lit du réacteur, celle- ci doit Stre comprise entre 150 et 2400 C afin de permettre à la fois une attaque suffisante de la silice et un contr 8 le de la réaction. La réaction étant légèrement exothermique il est inutile de chauffer le réacteur En revanche, la solution alcaline doit 8 tre introduite à une température telle que la température au sein du réacteur soit maintenue La température des produits de recette est suffisante pour assurer: une concentration de la solution, et/ou un préchauffage des réactifs. Les exemples suivants illustrent l'invention, sans toutefois la limiter. EXEMPLE 1 Dans un tube vertical en nickel calorifugé de diamètre inté- rieur 90 mm et de longueur 6 t on introduit une charge de 53 kg de sable de granulométrie moyenne 300 i On fait passer pendant 1 h 20 mn une solution de soude à raison de 250 g/l de Na 20 à un débit de 50 1/h. La température dans le tube est maintenue à 2250 C. En pied de réacteur on recueille une solution de silicate de sodium contenant 194 g/l de Na 20 et 485 9/1 de Si O 2. Le sable qui n'a pas réagir reste dans le réacteur qui est rechargé avec du sable frais pour la réaction suivante. EXEMPLE 2 On alimente en continu un tube vertical en nickel calori- fugé de diamètre intérieur 90 mm et de longueur 2 m avec un sable de granulométrie moyenne 300 t à raison de 22 kg/h et une solution de soude chaude contenant 130 g/1 de Na 20 à raison de 69 1/h de solution. La température dans le tube est maintenue à 2200 C. La solution de silicate formée en pied de réacteur contient g/1 de Na 20 et 306 g/l de Si O 2. EXEMPLE 3 Dans un tube utilisé dans l'exemple 2, on introduit en con- tinu de la silice à raison de 27 kg/h et une solution de soude conte- nant 220 g/l de Na 20 à raison de 50 1/h de solution La silice est un sable de granulométrie moyenne 850 p La température dans le réacteur est maintenue à 2180 C La solution de silicate formée en pied de réac- teur contient 175 g/1 de Na 20 et 429 g/1 de Si O 2. EXEMPLE 4 Dans le tube de l'exemple 2, on introduit en continu de la silice à raison de 8,4 kg/h et de la solution de soude contenant 250 g/1 de Na 20 à raison de 33 1/h de solution La silice est un sable de granulométrie moyenne 300 p La température dans le réac- teur est maintenue à 1600 C La solution de silicate formée en pied de réacteur contient 197 g/l de Na 20 et 200 g/l de Si O 2. EXEMPLE 5 Dans le tube de l'exemple 2, on introduit en continu de la silice à raison de 25 kg/h et de la solution de soude contenant 311 g/l de Na 20 à raison de 40 1/h de solution La silice est un sable de granulométrie moyenne 300 pi La température dans le réacteur est de 1900 C La solution de silicate formée en pied de réacteur contient 226 g/l de Na 20 et 454 g/l de SIG 2 * EXEMPLE 6 Dans un tube vertical en acier doux muni d'une double enveloppe de diamètre intérieur 90 mm et de longueur 2 m, on alimente en continu de la silice à raison de 23 kg/h et une solution contenant gl de Na 20 et 20 g/l de Na 2 C 3 à raison de 50 1/h de solution. La silice est un sable de granulométrie moyenne 300 M La température dans le tube est maintenue à 2180 C La pression dans le réacteur est maintenue par régulation La solution de silicate formée en pied de réacteur contient 160 g/l de Na 20 et 384 g/l de Si 02. EXEMPLE 7 Dans le tube de l'exemple 2, on introduit en continu de la silice à raison de 21 kg/h et de la solution de soude contenant 206 g/l de Na 20 à raison de 50 1/h de solution La silice est un sable de granulométrie moyenne 130 p La température dans le réacteur est maintenue à 1900 C La solution de silicate formée contient 165 g/l de Na 20 et 338 g/l de Si 02. EXEMPLE 8 Dans le tube de l'exemple 2, on introduit en continu de la silice à raison de 31 kg/h et de la eolution de potasse contonant 350 g/l de K 2 O à raison de 50 1/h de solution La silice est un sable de granulométrie moyenne 300 p La température dans le réacteur est maintenue à 195 C La solution de silicate formée en pied de réacteur contient 264 g/l de K 20 et 462 g/l de Si O 2. R E V E N D I C A T I O N S 1 Procédé de fabrication d'une solution limpide de silicate alcalin par attaque de silice par une solution alcaline,caractérisé par l'utilisation d'un lit de silice cristallisée de granulométrie moyenne comprise entre 0, 1 et 2 mm contenu dans un réacteur tubulaire vertical non agité mécaniquement le réacteur étant alimenté en silice et en solution alcaline du haut vers le bas. 2 Procédé selon la revendication 1,selon lequel le lit de silice joue le r 8 le de réactif et de filtre pour le produit obtenu. 3 Procédé selon l'une des revendications I ou 2, caractérisé en ce que la silice utilisée est un sable et la solution alcaline est de la soude caustique. 4 Procédé selon la revendication 2, dans lequel la solution de soude utilisée pour attaquer la silice contient de 100 b 400 9/1 de Na 20. Procédé selon l'une des revendications I à 4, dans lequel la réaction a lieu entre 150 et 240 C. 6 Procédé selon l'une des revendications I à 5,dans lequel la solution alcaline circule à une vitesse comprise entre 2 et 15 m/h. 7 Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la solution alcaline contient un carbonate alcalin. 8 Procédé selon l'une des revendications I à 7, fonctionnant en continu. 9 Procédé selon l'une des revendications 1 b 7, fonctionnant en discontinu.