Brevet FR2638154A1 — publié le 19900427

PROCEDE EN DEUX ETAPES POUR LA PRODUCTION DE SILICATE DE SODIUM NON MOTTANT La présente invention a pour objet un procédé en deux étapes pour la production de silicate de sodium granulaire, hydrosoluble, compact, non mottant, résistant au broyage, et présentant une densité apparente élevée. Les silicates granulaires, en particulier le disilicate de sodium, sont principaement utilisés dans le domaine des détergents ainsi que des céramiques et des moules de fonderie. Le disilicate de sodium granulaire présentement disponible sur le marché est, en général, préparé par séchage d'une solution aqueuse à l'aide de techniques, par exemple atomisation, qui permettent de obtenir sous une forme plus légère (densité apparente 0,2 à 0,6 kg/l > , très cassante et à tendance au mottage; ceci- implique de considérables difficultés durant le transport et le stockage ainsi que des problèmes liés à l'environnement du fait de la formation de poussières (perte de poussières due à l'abrasion et au broyage), de séparation dans les formulations sèches. De plus,-un produit présentant une densité de 0,2 à 0,6 kg/l ne satisfait pas aux besoins du marché des densités apparentes supérieures étant plus avantageuses.Afin d'obtenir un produit suffisamment dense, il faut sécher la solution aqueuse de silicate à une basse température basse inférieure à 1000C, ce qui selon le procédé utilisé jusqu'à présent est inacceptable du point de vue économique; en fait, même s'il l'on opère sur des couches de solution très minces (épaisseur inférieure à 0,1 mm), la durée de séchage doit dépasser 5 heures, pour que le produit granulaire obtenu ne présente pas une teneur à humidité trop élevée (H20 supérieure a' 20% en poids) et donne facilement lieu au mottage, alors que la demanderesse réussit à obtenir un produit excellent en quelques minutes.Par séchage à une température supérieure (supérieure à 1500C), le séchage se produit plus rapidement, mais le produit obtenu est également trop déshydraté (H2O environ 10E en poids). Il se dissout trop lentement dans l'eau (et non totalement) et il en résulte un produit léger et friable (densité de l'ordre de 0,25 kg/l). La demanderesse a maintenant pu mettre au point un procédé bien plus simple, bien plus rapide et bien plus str qui permet d'obtenir un silicate de sodium granulaire compacte présentant une qualité exceptionnelle. Dans son aspect le plus large, la présente invention a pour objet un procédé en deux étapes pour la production d'un. silicate de sodium, non mottant, hydrosoluble, compact et granulaire, donnant lieu à une perte faible due à l'abrasion et au broyage, présentant un rapport molaire SiO2/NaH2O compris entre 1,6 et 3,5, (de prEférence de 1,7 à 2,2), et une densité apparente supérieure à 0,9 kg/l, ce procédé étant caractérisé en ce qu'une solution aqueuse contenant de 30 à - 60% en poids du silicate à obtenir est chauffée à 130/1700C, éventuellement en présence d'un produit recyclé déjà séché, (jusqu'a ce que l'humidité du produit atteigne de l'ordre de 10 à 15% en poids et que la densité des granules soit comprise entre 0,1 et 0,3 kg/lJ et en ce que le produit intermédiaire allégé et sec résultant se soit épaissi par addition de 20 à 25% en poids de ladite solution (pour 100 parties de produit à épaissir) et par chauffage simultané à 80-1000C. Le produit ainsi obtenu ne présente pas seulement une densité apparente élevée, mais également une résistance élevée au broyage et à l'abrasion, une résistance excellente au mottage et une solubilité totale et rapide dans l'eau. La résistance au broyage et a l'abrasion peut être évaluée de fanon indirecte par détermination des pertes dans un test normalisé; selon une méthode d'évaluation particulièrement précise, un échantillon de produit est projeté à l'aide d'un jet d'air contre un tanis dont la dimension des ouvertures est de 0,420 nm. L'échantillon en pourcentage pondéral qui passe à travers le tamis est considéré comme correspondant à la perte due à l'abrasion et au broyage. Pour évaluer la stabilité au mottage, un échantillon simple peut être placé dans un four et y être maintenu à 400C pendant un long intervalle de temps. Si après un mois le produit s'écoule toujours librement et est exempt de mottes visibles à l'oeil nu, la stabilité au mottage peut être définie comme étant satisfaisante. La solubilité dans l'eau peut être évaluée en versant 100 g de silicate dans un récipient cylindrique contenant un litre d'eau et pourvu d'un agitateur; si le silicate se dissout complètement sans laisser un quelconque résidu et en un temps inférieur à 30 mn, le produit est acceptable. La vitesse de dissolution peut être directement déterminée sur la base de la durée de dissolution; par durée de dissolution, on entend la durée nécessaire pour dissoudre complètement 10 g de produit dans 50 cm3 d'eau désionisée dans un ballon de 100 cm3 qui est pourvu d'un agitateur tournant a 150 tr/mn et qui se trouve à une empérature de 254C. Selon un mode particulièrement avantageux de la présente invention, un produit compact granulaire de bonne qualité, présentant une teneur en humidité de 15 a 20% en poids et une perte due à l'abrasion et au broyage égale ou inférieure à 13% peut être obtenue par mise en oeuvre des deux étapes opératoires suivantes. Première étape (granulation par séchage préliminaire) Une solution aqueuse contenant de 30 à 60% en poids de silicate que l'on souhaite obtenir est chauffée à 150-1709C sur un tambour rotatif en présence d'un courant de recyclage (sous forme de poussière} jusqu'à ce que l'humidité du produit soit comprise entre 10 et 15% en poids et que la densité des granules soit comprise entre 0,1 et 0,3 kgll. Deuxième étape (épaississement) Le produit intermédiaire allégé et séché obtenu dans la première étape est épaissi par addition d'une solution dans un second tambour rotatif dans lequel on ajoute 20 à 35% en poids de ladite solution (pour 100 parties de produit allégé a rendre plus épais) et simultanément, chauffage à une température de 80 à 1000C tout en prenant soin que la vitesse péri phérique du tambour soit relativement faible (de Q,10 à 0,20 m/sec). Au moins un des deux tambours fonctionne dans des conditions optimales lorsque le rapport diamètre/longueur est égal à environ 0,8 et que son axe de révolution est incliné selon un angle de 2 à 250 par rapport au plan horizontal. Les deux étapes, bien entendu, peuvent être mises en oeuvre à indépendamment dans le même tambour rotatif qui, par conséquent, satisfait aux deux tâches différentes (et successives). De plus, la vitesse de rotation d'un tambour peut être modifiée au cours du fonctionnement, (en général de 15 à 20 tr/mn pour le deuxième tambour). Pour ce qui concerne le recyclage et la granulométrie, les plus grands avantages sont obtenus lorsque: a) le produit brut quittant la deuxième étape est soumis à un tamisage; b) la fraction brute (dont la dimension est supérieure à 1 mm) est broyée, recyclée après tamisage, la partie restante étant soumise à un deuxième tamisage et les fines dont la dimension est inférieure à 0,1 mm étant recyclées dans la première étape. L'invention sera illustrée de façon non limitative par référence aux figures jointes: - la figure 1 représente un schéma bloc d'un mode de réalisation du procédé selon la présente invention; - les fig. 2a et 2b sont des micrographies du produit compact obtenu à l'aide du procédé selon l'invention. Si l'on opère selon la figure 1 une fraction recyclée de silicate hydrosoluble 1 entre dans une trémie H d'où il passe dans un tambour rotatif Dl en même temps qu'une première partie d'une solution aqueuse 2 contenant le silicate alimenté. L'efficacité du tambour et la qualité du produit sont considérablement dépendants de l'importance de l'angle d'inclinaison alpha entre l'axe du tambour et le plan horizontal et de la vitesse périphériaue des particules. Le produit intermédiaire 3 est introduit dans un deuxième tambour D2 en même temps qu'une deuxième partie d'une solution aqueuse 4; le produit brut 4 est amené vers le premier tamis S1 et la fraction brute 6 est broyée dans un broyeur M, puis recyclée vers le tamis S1.La partie restante 7 est amenée vers un deuxième tamis S2 et la fraction fine 8 ou les fines sont recyclées vers le premier étage (ou la première étape) en même temps que la fraction principale 9 (correspondant à la norme) est envoyée vers un stockage. Ces opérations de tamisage et de broyage peuvent éventuellement, également etre mises en oeuvre, sur le produit intermédiaire quittant la première étape. Les exemples suivants illustrent de façon détaillée la présente invention sans constituer cependant une quelconque limitation de l'invention. EXEMPLE 1 Selon la figure 1, on introduit dans une trémie H 250 g/h d'une fraction recyclée de disilicate de sodium 1 qui passe, ensuite, dans un tambour rotatif D1 présentant un diamètre de 160 mm et un volume égal à 4 1 (vitesse de rotation 18 rpm), chauffé à 1500C, en même temps qu'une première portion 362 g/h d'une solution aqueuse 2 contenant 458 en poids de disilicate de sodium. Afin d'obtenir une bonne efficacité du tambour et une bonne qualité du produit, la valeur de 1'angle d'inclinaison alpha entre l'axe du tambour et le plan horizontal est maintenue à 250 environ.On obtient ainsi , 182 g/h du produit intermédiaire très friable1 formé de granules et sec, présentant une teneur en humidité égale à 11,68 en poids et présentant une densité apparente égale à 0,24 kg/i. Le produit intermédiaire 3 est introduit dans le deuxième tambour D2 identique au premier tambour et on l'épais- sit par addition de 60 gZl d'une seconde partie d'une solution aqueuse 4 et chauffage simultané à 880C.Un silicate granulaire lourd et compact, présentant une excellente qualité est ainsi obtenu; il présente la granulométrie suivante: Dimension particulaire % en poids dimension (mm) produit produit intermédiaire après 2ème stockage inférieure à 1 6% 3,4t , comprise entre 1 et 2 48% 95,8% . comprise entre 2 et 5 418 0,8t . au-dessus de 5 5% 0,0% Ces données correspondent à une contraction drastique de la dimension particulaire, c'est-à-dire à un épaississement, Afin de disposer d'une granulométrie susceptible de satisfaire aux exigences du marché, le produit quittant le deuxième étage 5 est envoyé vers un premier tamis SI et la fraction brute 6 présentant un diamètre supérieur à 1 mm est broyée dans un moulin M puis recyclée vers ledit tamis S1.La partie restante 7 est envoyée vers un deuxième tamis S2 et la fraction fine 8 présentant un diamètre inférieur à 0,1 mm est recyclée vers le premier étage. la fraction principale (correspondant à la norme 9) qui est envoyée vers le stockage, présente les caractéristiques suivantes: . densité apparente ................ 1 kg/l . humidité (H2O) ................... 20% . pertes duels à l'abrasion et au broyage .......................... 13% stabilité au mottage ............. . solubilité ....................... complète. . dimension moyenne des particules comprise entre ................... 0,1 & 1 mm Les micrographies montrées sur les figures 2a et 2b obtenues à l'aide d'un microscope électronique montrent l'état de compacité du produit quittant le second étage et sa très faible porosité; les deux micrographies obtenues diffèrent l'une de l'autre par leur grossissement (grossissement de 25 dans le cas de la micrographie 2a et grossissement de 250 dans lequel la micrographie 2b). EXEMPLE 2 (test comparatif; un seul étage à 1200C) Ainsi qu'il a déjà été montré dans l'exemple 1, si on opère sur une seule étape à 150 0C, la densité apparente est extrêmement faible (0,24 kg/l). Cette première étape est répétée en abaissant la température à 120 C de façon à obtenir un produit présentant une densité apparente quelque peu supérieure (0,53 kg/l). Cependant, cette valeur est toujours encore trop faible et l'humidité trop élevée (15,2%). De plus, la charge liquide à être réduite de 362 à 155 g/h (durée de résidence supérieure à 6 h), de façon à obtenir 80 gil de produit séché final afin d'empêcher la formation de masses pâteuses et le bouchage ultérieur du tambour rotatif. En opérant dans ces conditions, on obtient un produit trop friable en une durée trop longue (supérieure à 6 h). EXEMPLE 3 (essai comparatif; une seule étape à 100 C} On répète l'exemple 2 en abaissant la température à 1000C en réduisant la charge liquide à 78 g/h de façon à obtenir 42,6 g/h d'un produit granulaire présentant une teneur à l'humidité de 10,58 et une densité apparente égale à 0,8 kg/l. La durée du gonflement requise pour cette opération est excessivement longue, environ 20 h. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de ltesprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Un procédé en deux étapes pour produire du silicate de sodium, non mottant, hydrosoluble, compact et granulaire présentant de faibles pertes à l'abrasion et de faibles pertes au broyage, ayant un rapport molaire SiO2/Na2O compris entre 1,6 et 3,5 et une densité apparente supérieure à 0,9 kg/l, caractérisé en ce qu'une solution aqueuse contenant de 30 à 60% en poids du silicate à obtenir est chauffée à 130-1700C, en présence d'un produit recyclé déjà séché (jusqu'a ce que l'humidité du produit soit comprise entre 10 et 15t en poids et que la densité apparente soit comprise entre 0,1 et 0,3 kg/l) et en ce que le produit intermédiaire allégé est séché résultant se soit épaissi à l'état humide par addition de 20 à 35 parties en poids de ladite solution (pour 100 parties de produit à épaissir) et par chauffage simultané à 80-1000C. 2.- Un procédé de productior. d'un silicate de sodium non mottant, hydrosoluble, compact et granulaire donnant lieu à de faibles pertes dues au broyage et à l'abrasion et présentant- un rapport molaire SiO2/Na2O compris entre 1,7 et 2,2, une densité apparente supérieure à 0,9 kg/I et.une teneur en humidité comprise entre 15 et 20% en poids, comprenant au moins les deux étapes suivantes:: 1) une solution aqueuse contenant de 30 à 60% en poids du silicate à obtenir est chauffée à 150-1700C dans un tambour rotatif en présence dlun produit recyclé (sous la forme de poudre), jusqu'à ce que l'humidité du produit soit comprise entre 10 et 15% et que la densité granulaire soit comprise entre 0,1 et 0,3 kg/l; 2) le produit intermédiaire séché et allégé, obtenu dans cette première étape, est humidifié à l'état humide dans un deuxième tambour rotatif par addition de 20 à 35 par ties en poids de ladite solution (pour 100 parties de produit allégé à épaissir) et par chauffage simultané à une température comprise entre 80 et 100 0C, de préfé rence de 80 à 900C, en prenant soin que la vitesse périphérique dans le tambour soit comprise entre 0,10 et 0,20 m/sec. 3.- Le procédé selon la revendication 2, dans lequel: a) le produit brut quittant le deuxième étage est soumis à un tamisage; b) la fraction brute présentant une dimension supérieure à 1 mm est broyée, et recyclée vers le tamisage, la portion restante étant soumise à un deuxième tamisage et la fraction de fines présentant une dimension inférieure à 0,1 mm étant recyclée vers la première étape. 4.- Le procédé selon la revendication 2 ou 3, dans lequel au moins l'un des deux tambours rotatifs présente un un rapport diamètre/longueur égal à environ 0,8 et présente un axe incliné selon un angle de 2 à 250C par rapport au plan horizontal. 5.- Le procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel les deux étapes sont mise en oeuvre en deux étapes successives ne faisant emploi que d'un seul tambour rotatif. 6.- Silicate de sodium compact et granulaire présentant un rapport molaire SiO2/Na2O compris entre 1,6 et 3,5, une densité apparente supérieure à 0,9 kg/l, une perte due à l'abrasion et au broyage égale ou inférieure à 13%, une solubilité totale dans l'eau, une stabilité satisfaisante vis-à-vis du mottage et une teneur en humidité comprise entre 15 et 20% en poids. 7.- Le silicate selon la revendication 6, présentant un rapport molaire SiO2/NazO compris entre 1,7 et 2,2. 8.- Le silicate selon la revendication 7 ou 8 présentant un diamètre moyen compris entre 0,1 et 1 mm.