NO791671L - Fremgangsmaate til fremstilling av vannglass - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte til fremstilling av vannglass.

Description

Oppfinnelsens gjenstand er en fremgangsmåte til fremstilling av filtrerbare, residuefrie vannglassoppløsninger ved omsetning av flyvestøv, som fremkommer ved fremstilling av silicium resp. av ferrosiliciumlegeringer med alkalimetallhydrok-sydoppløsninger.

Vanligvis fremstiller man vannglassoppløsninger ved sammensmeltning av renest mulig kvartssand med soda eller pott-aske ved 1.400 til 1500°C og etterfølgende oppløsning av de dannede stykkglass i vann under trykk og ved forhøyet temperatur. Denne fremgangsmåte er omstendelig såvel apparativt som også

med hensyn til de nødvendige energimengder og betinger tilsammen relativ høye energi- og anleggsomkostninger.

Det er videre kjent å omsette amorf avfallkiselsyre med natronlut til vannglass. Uheldig ved en slik fremgangsmåte er imidlertid at rene avfallskiselsyrer ikke står til disposi-

sjon i tilstrekkelig store mengder, således at man for det meste er tvunget til å forarbeide mer eller mindre forurensede råstoffer.

Eksempelvis inneholder de ved fremstilling av silicium resp. av ferrosiliciumlegeringer i elektro-ovner dannede avgasser finfordelte faste bestanddeler - det såkalte flyvestøv - som fremkommer ved rensing av disse avgasser i betraktelige mengder som avfallsprodukter. Slike flyvestøv består for en stor del av amorf siliciumdioksyd (ca. 89 til 98%), som er forurenset med me-talloksyder og karbon.

I DOS 26 19 604 omtales en fremgangsmåte til fremstilling av flytende vannglass ved omsetning av slike flyvestøv med alkalimetallhydroksyd og vann ved temperaturer mellom 75 og 100°C. Det således fremstilte vannglass inneholder imidlertid tilsvarende det anvendte råstoff forurensninger som etter det som sies i dette Offenlegungsschrift lar seg fjerne ved filtrering av vannglassoppløsningen gjennom et trykkfilter. Gjennom-føring av en slik filtrering omtales imidlertid ikke videre, og også i eksemplene i Offenleguhgsschriftet sees det bevisst bort fra en adskillelse av forurensningene. Forsøk har imidlertid vist at de etter angivelsen i dette Offenlegungsschrift fremstilte vannglassoppløsninger praktisk talt ikke er filtrerbare (se sammenligningsforsøk 1), således at ved denne fremgangsmåte fremkommer praktisk talt bare sterkt forurensede vannglass som bare kan finne anvendelse for noen spesiell tekniske formål.

Oppfinnelsens oppgave var derfor å frembringe en fremgangsmåte til fremstilling av flytende vannglass fra slikt flyvestøv, hvor det lar seg fremstille filtrerbare<p>g for uopp-løselige residuer befridde vannglassoppløsninger som byr på vidt-rekkende tekniske anvendelsesmuligheter.

Oppfinnelsens gjenstand er således en fremgangsmåte til fremstilling av vannglassoppløsninger ved omsetning av flyve-støv som fremkommer ved fremstilling av silicium resp. av ferrosiliciumlegeringer med vandige alkalimetallhydroksyd-oppløsninger ved forhøyede temperaturer og etterfølgende filtrering av de, dannede oppløsninger, idet fremgangsmåten erkarakterisert vedat flyvestøv behandlet med en 6-15 vekt%-ig vandig alkalimetall-hydroksydoppløsning ved temperaturer fra 120°C til 190°C og et trykk fra 2,9 til 18,6 bar i autoklaver, idet vektforholdet mellom alkalimetallhydroksydoppløsning og fast flyvestøv utgjør 2:1

til 5:1.

Overraskende ble det nemlig funnet at gjennomfør-ingen av omsetningen under de angitte betingelser fører til reaksjonsprodukter som lett lar seg filtrere. På denne måte kan det av slike flyvestøv som hittil for en stor del deponeres som avfallsprodukter i gode utbytter - referert til det i flyvestøvet inneholdte siliciumdioksyd - fremstille mangsidig anvendbare vannglass som er fri for uoppløselige residuer.

For fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er det av vesentlig betydning at vektforholdet mellom vandige alkalimetall-hydroksydoppløsninger og det.anvendte faste flyvestøv er større eller lik 2:1. Underskrides dette forhold, fremkommer ingen flytende vannglass, men et fast reaksjonsprodukt som bare lar seg

fjerne mekanisk fra autoklaven. (Se sammenligningsforsøk 2).

Som spesielt fordelaktig har det vist seg vektforhold mellom alkalimetallhydroksydoppløsning og fast flyvestøv i området fra 2:1 til 5:1. Prinsipielt fører også reaksjonsblandinger med vektsforhold over 5:1 til flytende vannglass, imidlertid- fremkommer herved sterkere fortynnede oppløsninger som for deres videre anvendelse for det meste må oppkohsentreres.

Hensiktsmessig holder man ved gjennomføring av omsetningen temperaturen i området fra 12 0 til 19 0°C, da dannelsen av flytende vannglass - alt etter det tilstrebede molforhold mellom SiC>2 og Me20 (Me = alkalimetall) - er temperaturavhengig under de angitte reaksjonsbetingelser. Spesielt med hensyn til fremstilling av høyere kiselholdig vannglass, med et molforhold Si02/Me20 på eksempelvis 4:1, har det vist seg fordelaktig å holde reaksjonstemperaturen i området fra 130 til 170°C.

Trykket i autoklaven bør under omsetningen ligge i området fra 2,9 til 18,6 bar. Høyere trykk kan også anvendes generelt,imidlertid fører de ikke til noen forbedring av resul-tatene, men derimot til omstendelige forholdsregler. For den nedre grense av trykket som skal anvendes må det tas hensyn til den valgte reaksjonstemperatur. Med hensyn til vektforholdet

som må overholdes mellom alkalimetallhydroksydoppløsning og fast flyvestøv bør trykket være så høyt at ved den på forhånd angitte temperatur forblir vannet i autoklaven i flytende fase. Fortrinnsvis arbeider man ved trykk i området fra 8,8 til 14,7 bar.

Som alkalimetallhydroksyder kan det såvel finne anvendelse natriumhydroksyd som også kaliumhydroksyd, idet de anvendte vandige oppløsninger hensiktsmessig bør ha et innhold av alkalimetallhydroksyd i området fra 6 til 15 vekt%.

For fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kommer det generelt på tale flyvestøv som fremkommer ved silicium- eller ferrosiliciumfremstillingen, og som vanligvis har nedenfor-stående sammensetning ( angivelse i vekt% ):

Formen hvori flyvestøvet .anvendes ved frémgangsmåten ifølge oppfinnelsen er ikke av betydning, det lar seg anvende støvformet, men også som granulat resp. i form av pellets.

De ved omsetningen dannede vannglassoppløsninger. er under anvendelse av.de vanlige 'filtreringsteknikker lett filtrerbare, eksempelvis gjennom et sugefilter med perlonfilter eller ved mere viskose væsker ved hjelp av et trykkfilter. Som filtrat fremkommer derved residuefrie, for det meste klart gulaktige farvede flytende vannglass, som avhengig av det anvendte flyve-støv som alkalimetallhydroksydoppløsning har faststoffinnhold fra 15 til 35 vekt%, idet molforholdet mellom Si02 og IV^O kan utgjøre 2,2:1 til 4:1.

De fremstilte vannglass lar seg anvende for de

vanlige kjente anvendelsesformål, eksempelvis i vaske- og rense-midler som bindemidler og klebestoff for belegg og impregnering, til fremstilling av fyllstoffer, til fremstilling av uorganiske silikater resp. av kiselgeler.

Alt etter det foreskrevne anvendelsesformål av vann-glassene kan det dessuten være ønskelig med en avfarving av de lett farvede oppløsninger, som imidlertid eksempelvis lett lar seg oppnå ved tilsetning av aktivkull og etterfølgende gjentatt filtrering. En avfarving av de flytende glass er også mulig ved anvendelse av oksydasjonsmidler, eksempelvis av 30%ig hydro-genperoksydoppløsning.. Vannklare vannglassoppløsninger lar seg videre fremstille når flyvestøvet før omsetningen med alkalimetall-hydroksydoppløsningen behandles ved temperaturer i området fra 400 til 600°C.med luft.

Som allerede nevnt fører fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen alt etter de anvendte reaksjonsbetingelser vanligvis til et høyt utbytte av siliciumdioksyd referert til anvendt flyvestøv. Høye utbytter lar seg spesielt oppnå ved ekstra opparbeidelse av den etter filtrering gjenblivende filterkake. Denne filterkake inneholder på grunn av dens porøse struktur, samt den store overflate enda betraktelig mengde vannglass som lar seg utvaske med vann eller også med de tilsvarende fortynnede alkalimetallhydroksydoppløshinger, idet det fremkommer fortynnede vannglassoppløsninger.

Ifølge en spesiell utførelsesform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen anvendes de ved minst en gangs utvasking med vann eller med den tilsvarende fortynnede alkalimetallhydroksyd-oppløsning fremstilte fortynnede vannglassoppløsning, fortrinnsvis på nytt, sammen med frisk alkalimetallhydroksydoppløsning til omsetning av ytterligere flyvestøv. Gjennomføringen av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen skal forklares nærmere ved hjelp av følgende eksempler.

E ksempel 1

I en vanlig rørautoklav av kromnikkelstål med en opptaksevne på 2 liter ble det ført sammen reaksjonskomponentene, nemlig 301 g granulert flyvestøv (vanninnhold 25%, SiO-j-innhold i flyvestøv ca. 90%), 192 g 50%-ig natronlut og 539 g vann, dvs. blandingen omfattet 226 g flyvestøv og 806 g vandig natronlut med et innhold på 118,7 g NaOH/1, forholdet mellom oppløsning og faststoff utgjorde 3,57:1. Ved begynnelsen av oppvarmingen ble det i autoklaven med en inert fremmedgass, eksempelvis nitrogen, frembragt et begynnelsestrykk på 3,9 bar. Deretter ble reaksjonsblandingen oppvarmet ved 170°C og omrørt ved et trykk på 14,7 bar i 2 timer. Etter avkjøling lot reaksjonsblandingen seg uten problem filtreres ved hjelp av et perlonfilter over en nutsch.

Det ble fremstilt 429 g vannglass med et faststoffinnhold på

26,9% og et Si<0>2/Na20-forhold på 2,5:1 (19,23% Si02, 7,69 % Na20).

Den gjenblivende filterkake ble deretter utvasket

to ganger med vann. Det fremkom:

i 1. vaskevann 600 g vannglass (8,84% Si02, 3,59% Na20)

i 2. vaskevann 465 g vannglass (5,38% Si02, 2,15% Na20).

Det samlede utbytte av Si02som oppløst vannglass utgjorde følgelig 79%.

Gjennomføringen av de følgende eksempler tilsvarer, hvis intet annet er bemerket, angivelsen i Eksempel 1.

Eksempel 2

Blanding:

226 g flyvestøv (ca. 90%ig)

806 g natronlut med et innhold på 118,7 g NaOH/1

(192 g 50%-ig natronlut og 614 g.vann)

Forhold oppløsning til faststoff: 3,57:1.

Reaksjonsbetingelser:

170°C, 14/7 bar, 1 time.

Det ble dannet:

560 g vannglass med et faststoff innhold på 27,5 % og et Si<0>2/Na20-forhold på 2,64:1.

(19,96% Si02, 7,55% Na20).

I 1. vaskevann 502 g Vannglass (9,21% Si02/ 4,05% Na20) i 2. vaskevann 435 g vannglass (2,9% SiQ2, 1,2 % Na20).

Utbytte av SiQ2: 84%.

Eksempel 3

Blanding:

225 g flyvestøv (ca. 90%ig)

808 g natronlut med et innhold på 90,3 g NaOH/1

(149 g 50%ig natronlut og 659 g vann)

Forholdet oppløsning til faststoff: 3,59:1.

Reaksjonsbetingelser:

150°C, 8,8 bar, 2 timer.

Det ble oppnådd:

618 g vannglass med et faststoffinnhold på 23,7% og et Si<0>2/Na20-forhold på 3,33:1 (18,2% Si02, 5,46% Na20). II. vaskevann 267 g vannglass (11,81% Si02, 3,7% Na20) i 2. vaskevann 344 g vannglass ( 4,94% Si02, 1,65% Na20).

Utbytte av Si02: 79%.

Eksempel 4

Blanding:

300 g flyvestøv (ca. 90%ig)

777 g natronlut med et innhold på 96,8 g NaOH/1

(150 g 50%ig natronlut og 627 g vann} Forholdet oppløsning til faststoff: 2,59:1.

ReaksjonsbetingeIser:

130°C, 8,8 bar, 1 time.

Det ble dannet:

510 g vannglass med et faststoffinnhold på 26,3%

og et Si02/Na20-forhold på 3,85:1

(20,91% Si02, 5,43% Na20).

I 1. vaskevann 445 g vannglass;(11,62% Si02, 3,18% Na20) i 2. vaskevann 435 g vannglass,(4,27 % Si02, 1,36% Na20).

Utbytte av Si02: 64%.

Eksempel 5

Blanding:

196 g flyvestøv (ca. 90%ig)

846 g natronlut med et innhold på 70,1 g NaOH/1

(119 g 50%ig natronlut og 727 g vann)

Forholdet oppløsning til faststoff: 4,32:1. ReaksjonsbetingeIser:

150°C, 8,8 bar, 2 timer.

Det ble oppnådd:

731 g vannglass med et faststoffinnhold på 19,1% og et Si02/Na20-forhold på 3,18:1 (14,5% Si02, 4,56% Na20).

I 1. vaskevann 374 g vannglass (5,63% Si02, 1,91% Na20)

i 2. vaskevann 249 g vannglass (2,79% Si02, 1,05% Na2<D) .

Utbytte av Si02: 76%..

Eksempel 6

Blanding:

180 g flyvestøv (ca. 90%ig).

846 g natronlut med et innhold av 70,1 g NaOH/1

(119 g 50%ig natronlut og 727 g vann)

Forholdet oppløsning til. faststoff: 4,7: 1.

ReaksjonsbetingeIser:

150°C, 8,8 bar, 30 minutter.

Det ble dannet:

750 g vannglass med et faststoff innhold på 18-, 3%

og et Si02/Na20-forhold på 3,02:1 (13,75%

Si02, 4,55% Na20). I 1. vaskevann 339 g vannglass (5,54% Si02, 20,3% Na20)

i 2. vaskevann 308 g vannglass (2,11% Si02/0,81% Na20).

Utbytte av Si02: 79%.

Eksempel■ 7 j

Blanding:

346 g flyvestøv (ca. 90%ig)

728 g natronlut med et innhold på 139,4 g NaOH/1

(204 g 50%ig natronlut og 524 g vann)

Forholdet oppløsning til faststoff: 2,1:1.

ReaksjonsbetingeIser:

15 0°C, 8,8 bar, 2 timer.

Etter avkjøling av reaksjonsblandingen fremkom en seig viskos væske. Denne ble filtrert ved hgelp av et trykkfilter ved 90°C og 2,9 bar.

Dét fremkom:

334 g vannglass med et faststoffinnhold på 33,6% og et Si02/Na20-forhold på 3,38:1 (25,94% Si02, 7,67% Na20).

I 1. vaskevann 772 g vannglass (13,84% Si02, 4,35% Na20)

i 2. vaskevann 560 g vannglass ( 4,07% Si02, 1,44% Na20).

Samlet utbytte av Si02: 6 9%.

Eksempel 8

Fremstilling av et kalivannglass.

Blanding:

280 g flyvestøv (ca. 90%ig)

•806 g kalilut med et innhold på 120 g KOH/1

(114 g.85%ig kalilut og 692 g vann). Forholdet oppløsning til faststoff: 2,88:1.

ReaksjonsbetingeIser:

170°C, 14,7 bar, 2 timer.

Det ble dannet:

804 g vannglass med et faststoffinnhold på 27,1%

og et Si02/K20-forhold på 2,41:1 (19,14% Si02, 7,9.4 % K20)

I 1. vaskevann 549 g vannglass (4,06% Si02, 2,04% K20)

i 2. vaskevann 367 g vannglass (1,45% Si02, 0,93% K^O).

Utbytte av Si02: 72%.

Sammenligningsforsøk 1

Tilsvarende angivelse i DOS 26 19 6 04 (Eks. 2) ble flyvestøv omsatt med vandig natronlut uten anvendelse av trykk. Blanding:

367 g flyvestøv (ca. 90%ig)

84 8 g natronlut med et innhold av 81 g NaOH/1

(138 g 50%ig natronlut og 710 g vann).

ReaksjonsbetingeIser:

Reaksjonsblandingen ble oppvarmet i et åpent kar under omrøring iløpet av 3 0 minutter til 85°C og deretter for avkjøling helt over i et annet koldt kar.

Det ble dannet:

1210 g vannglass som imidlertid hverken var filtrer-bart over en filternutsch med forskjellige filtertyper (perlon, papir etc.) eller over et trykkfilter (2,9 bar)..

S ammenligninseksempel 2

Blanding:

500 g flyvestøv (ca. 90%ig)

600 g natronlut med et innhold på 148,4 g NaOH/1

(178 g 50%ig natronlut og 422 g vann). Forholdet oppløsning til faststoff: 1,2:1.

Reaksjonsbetingeiser:

150°C, 8,8 bar.

Etter oppnåelse av den tilstrebede reaksjonstemperatur på 15 0°C ble blandingen fast og kunne ikke mer omrøres. Flytende vannglass kunne ikke oppnås på denne måte.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av vannglassoppløs-ninger ved omsetning av flyvestøv, som fremkommer ved fremstilling av silicium resp. av ferrosiliciumlegeringer, med vandige alkalimetallhydroksydopplø sninger ved forhøyede temperaturer og etterfølgende filtrering av den dannede oppløsning, karakterisert ved at flyvestøv behandles med en 6 til 15 vekt-%ig vandig vandig alkalimetallhydroksydoppløsning ved temperaturer fra 120°C til 190°C og et trykk fra 2,9.til 18,6 bar i autoklav, idet vektforholdet mellom alkalimetallhydroksyd-oppløsningen og fast flyvestøv utgjør 2:1 til 5:1.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at man utvasker den etter foretatt filtrering gjenblivende filterkake minst en gang med vann eller den tilsvarende fortynnede alkalimetallhydroksydoppløsning og anvender den således fremstilte fortynnede vannglassopplø sning sammen med alkalimetallhydroksydoppløsning til omsetning av ytterligere flyvestøv.