Спосіб одержання силікату металу та спосіб одержання осадженого діоксиду кремнію

1. Спосіб одержання силікату елемента, вибраного з лужних, лужноземельних або рідкоземельних металів, що включає реакцію між діоксидом кремнію і сульфатом вищезазначеного металу в реакторі, забезпеченому щонайменше одним пальником, заглибленим в розплавлену масу, при цьому вищезазначений заглибний пальник живлять газом, що містить кисень, і в реактор вводять надлишок відновлювального палива по відношенню до ефективно споживаного кисню. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що надлишок відновлювального палива є твердим або рідким джерелом вуглецю. 2 (19) 1 3 91965 4 14. Спосіб за п. 13, який відрізняється тим, що 18. Спосіб за п. 17, який відрізняється тим, що n температура силікату у ванні для очищення зназнаходиться в інтервалі від 1,3 до 4. ходиться в інтервалі від температури, яка на 50 °С 19. Спосіб одержання осадженого діоксиду кремнижче за температуру в реакторі, до температури, нію, що включає: яка на 150 °С нижче за температуру в реакторі. - стадію а) одержання силікату за будь-яким з пп. 15. Спосіб за будь-яким з пп. 12-14, який відрізня1-18, при цьому реактор забезпечений витяжною ється тим, що ванна додатково забезпечена щотрубою, яка оснащена системою рекуперації оксинайменше одним заглибним пальником. дів сірки, що приводить до сірчаної кислоти, 16. Спосіб за будь-яким з пп. 12-15, який відрізня- стадію б) кислотного труєння силікату, одержаноється тим, що окислювально-відновний коефіцієнт го на стадії а), сірчаною кислотою, одержаною на заліза в силікаті, що виходить з ванни, менше 0,5. стадії а), що приводить до осадженого діоксиду 17. Спосіб за будь-яким з пп. 1-16, який відрізнякремнію, з одного боку, і до сульфату вищезазнається тим, що силікат відповідає формулі ченого елемента, з іншого боку, причому цей MxOy•n(SiO2), в якій МxОy являє собою Na2O або останній повертають на стадію а). 20. Спосіб за п. 19, який відрізняється тим, що K2О, і n означає число молів, що знаходиться в інтервалі від 1 до 4. осаджений діоксид кремнію має розмір часток, що знаходиться в інтервалі від 0,5 до 300 мкм. Винахід стосується способу отримання скла або силікату, такого як силікат натрію, який можна використати для виготовлення скла або діоксиду кремнію в формі часток (осаджений діоксид кремнію). У контексті даного винаходу під терміном "вихідні матеріали" розуміють всі матеріали, матеріали, що склуються, природні мінерали або синтетичні матеріали, матеріали, отримані в результаті рециркуляції, типу склобою, і т.д., які можуть входити в склад, призначений для живлення скловаренної печі. Під терміном "скло" розуміють будьякий матеріал зі скляною, склокерамічною або керамічною матрицею, в якій діоксид кремнію є основним компонентом. Термін "виготовлення" включає необхідну стадію плавлення вихідних матеріалів і, у відомих випадках, всі подальші/додаткові стадії, направлені на очищення/кондиціонування розплавленого скла з метою його переведення в певну форму, зокрема, в форму листового скла (віконне скло), порожнистих скляних виробів (флакони, пляшки), в форму шлаковати (скловати або мінеральної вовни), що використовується внаслідок її теплоізоляційних або звукоізоляційних властивостей, або навіть, у разі необхідності, скла в формі ниток, що називаються текстильними, які використовується для посилення. Винахід пов'язаний, зокрема з вихідними матеріалами, необхідними для виготовлення скла, що має значний вміст лужного металу, зокрема, натрію, наприклад, скла типу кремнієво-натрієвокальцієвого, що використовується для виготовлення листового скла. Вихідний матеріал, що найчастіше використовується в цей час для подачі натрію або калію, являє собою карбонат натрію Na2CO3 або карбонат калію K2СО3, вибір, який не позбавлений незручностей. Дійсно, з одного боку, дана сполука постачає тільки натрій як складовий елемент скла, при цьому вся вуглецьвмісна частина розкладається в формі виділення СО2 під час плавлення. З іншого боку, карбонат натрію є вихідним матеріалом, що дорого коштує, в порівнянні з іншими, оскільки він є синтетичним продуктом, що отримується за допомогою процесу Сольве, виходячи з хлорида натрію і вапняка, процесу, приписуючого певне число стадій виготовлення і що споживає багато енергії. Це є причиною, з якої як джерело натрію запропонували використати не карбонат, а силікат, можливо, в формі змішаного силікату лужного металу (Na) і лужноземельного металу (Са), отриманого заздалегідь. Використання проміжного продукту даного типу володіє тією перевагою, що дозволяє спільно подати декілька компонентів скла, ліквідувати стадію видалення вуглекислоти і зменшити викиди СО2 з плавильної печі. Рівним чином, воно дозволяє прискорити плавлення вихідних матеріалів в їх сукупності і сприяє їх гомогенізації в ході плавлення, як це вказано, наприклад, в патентах FR 1211098 і FR 1469109. Однак це є проблемою при виготовленні згаданого силікату. Перший спосіб синтезу був описаний в міжнародному патенті WO 0046161: спосіб полягає в конвертуванні галогеніду, наприклад, NaCl, і діоксиду кремнію в силікат при високій температурі, при цьому підведення тепла здійснюють за допомогою заглибних пальників. Причому, спалення в заглибних пальниках для забезпечення плавлення матеріалів, що склуються, при виготовленні скла вже відоме, наприклад, з американських патентів US 3627504, US 3260587 або US 4539034. Застосування даної технології в іншому контексті синтезу силікатів, отже, перед виготовленням скла, дійсно, дає багато переваг: даний спосіб спалення викликає всередині матеріалів під час реакції сильну турбулентність, сильні конвекційні рухи навколо полум'я або газових струменів заглибних пальників, що сприяє дуже ефективному перемішуванню реагентів. Крім того, заглибні пальники безпосередньо подають тепло туди, де воно необхідне, в масу продуктів в ході реакції. Рівним чином, даний спосіб спалення є прийнятним для навколишнього середовища. Пряма конверсія NaCl і діоксиду кремнію, здійснювана згаданим способом, є, таким чином, обґрунтовано привабливою. Проте, виявилося, що згадана пряма конверсія була складна для здійснення у великому масштабі. Міжнародний патент WO 03031357 вказує на отримання силікату в дві різних стадії, при цьому сумарна реакція протікає між галогенидом (як 5 91965 6 NaCl) і діоксидом кремнію з утворенням силікату, тан, або сірковмісний газ. як H2S), що безпосередпричому згадана сумарна реакція протікає через ньо живить заглибний пальник, що вже живиться утворення сульфату. Даний документ вказує, що киснем, згоряння є швидким, і його оцінюють як вуглець або сірка можуть виконувати функцію твеповне (зрозуміло, тут треба, щоб паливо і кисень рдого палива. надходили в одну і ту ж точку заглибного пальниЗадачею винаходу є розробка способу отрика, наприклад, через камеру попереднього змішумання силікату, зокрема, продуктивного і легкого вання). Це означає, що якщо заглибний пальник для застосування в промисловому масштабі. Доживлять киснем і горючим газом стехіометричним датково, згаданий новий тип отримання може, рівчином, весь горючий газ і весь кисень реагують ним чином, бути щадним для навколишнього сецілком. Якщо, навпаки, кисень знаходиться в надредовища в тій мірі, в якій всі продукти, що беруть лишку по відношенню до згаданої стехіометрії, участь в реакції, можуть бути облагороджені або кисень буде нестися димовими газами, що може повторно використані. бути виміряно. Якщо горючий газ знаходиться в Під терміном "заглибні пальники" мають на надлишку по відношенню до згаданої стехіометрії, увазі пальники, сконструйовані таким чином, що то дане паливо також буде мати тенденцію до ви"полум'я", які вони генерують, або газоподібні прокидання, але буде небезпека більш або менш видукти згоряння, що походять із згаданого полум'я, бухового пост-згоряння, і, отже, даний випадок не розвиваються в реакторі, в якому здійснюється є таким, що рекомендується. конверсія, всередині самої маси продуктів в ході Можна також вводити тверде паливо, як, наперетворення (реакційна маса). Звичайно вони приклад, тверду сірку або твердий вуглець (вугілрозташовуються таким чином, щоб знаходитися на ля). У цьому випадку тверде паливо вводять, звиодному рівні або дещо підноситися над бічними чайно, в реакційну ванну, як матеріали, що стінками або дном реактора, що використовується. склуються, тобто незалежно від заглибних пальниТому, передусім предметом винаходу є спосіб ків, але, все ж, якомога ближче до вищезазначеотримання сполук на основі силікату(ів) лужних них пальників, якщо бажають, щоб воно ефективелементів, таких як Na, K і/або лужноземельних но реагувало з киснем, що проходить через елементів, таких як Са, Mg і/або рідкоземельних вищезазначені пальники. Однак навіть якщо вищеелементів, таких як Се, можливо, в формі змішазазначене тверде паливо вводять дуже близько до них силікатів, що поєднують щонайменше два з заглибних пальників, важко мати прекрасну ефеквищезазначених елементів. Даний спосіб примутивність згоряння, це означає, звичайно, що кишує протікати реакцію конверсії вищезазначених сень може пройти через реакційну масу не проресульфатів з діоксидом кремнію у відповідні силікаагувавши повністю з паливом, і знаходитися в ти, при цьому підведення тепла, необхідного для димових газах (вимірна кількість), і це навіть якщо даної конверсії здійснюється щонайменше часткопаливо було в стехіометричній кількості, або наво, за рахунок реакції горіння, використовуючи віть в надлишку по відношенню до кисню. один заглибний пальник або декілька заглибних Згідно з винаходом, надлишок палива (або віпальників. У піч з заглибними пальниками подають дновника) вводять по відношенню до ефективно достатню кількість теплової енергії для того, щоб споживаного кисню (а не по відношенню до тільки отримати силікат і щоб він залишався рідким і довведеного кисню). Насправді було виявлено, що сить низької в'язкості для більш швидкого витіканякщо реакційне середовище має надлишок палиня з печі. Вигода заглибних пальників полягає в ва, то реакція утворення силікату активується і підведенні необхідних калорій безпосередньо в навіть може бути здійснена при більш низькій темрідку реакційну масу, при цьому вищезазначене пературі, ніж за відсутності згаданого надлишку, підведення, крім того, спричиняє ефективне переце все одно, що сказати, що реакція утворення мішування різних матеріалів в печі внаслідок турсилікату активується при більш низьких темперабулентності, що викликається газами, що їх рухатурах, ніж за відсутності згаданого надлишку. Мають. Згідно з винаходом, переважно підводити буть, надлишок палива, не спожитий киснем заосновну кількість енергії за допомогою заглибних глибних пальників, насправді грає в цьому випадку пальників, але, крім того, не виключається підвебезпосередню роль відновника в реакції утворендення щонайменше частини енергії за допомогою ня силікату. Без обмеження ролі даного поясненіншого засобу, такого як електричні опори, хоча ня, можливо, що в такому випадку могла б бути співіснування електричних опорів і заглибних пазадіяна одна з наступних реакцій: льників не рекомендується (корозія опорів). Зви(1) SiO2+Na2SO4+½C Na2SiO3+SO2+½2CO2 чайно, годиться теплопідведення, що знаходиться (2) SiO2+Na2SO4+½S Na2SiO3+3/2SO2 в інтервалі від 500 до 2500кВт/год, на тонну виропричому реакція (1) відбувається в присутності бленого силікату. вуглецевого палива або палива, що генерує вугСпалення за допомогою заглибних пальників лець, як вугілля, кокс, пластмаса, що містить вугпотребує подачі кисню, або в формі чистого кисню, лець (полімер, як поліетилен, поліпропілен або або в формі суміші кисню і щонайменше одного інший), а реакція (2) відбувається в присутності іншого газу, як це є у випадку повітря. Вищезазнапалива, що містить або що генерує сірку. Рівним чений кисень призначений для взаємодії з паличином, можна використати паливо, що містить вом для того, щоб поставити необхідне тепло. У одночасно вуглець і сірку, як, наприклад, вулканізалежності від природи палива і способу, яким зований каучук (шини автомобільних транспортних його вводять, паливо може взаємодіяти з киснем засобів). швидше або повільніше. Так, якщо паливо являє Таким чином, згідно з винаходом можна знасобою газ (вуглеводень, як метан, пропан або буходитися, зокрема, в одній з наступних ситуацій: 7 91965 8 а) заглибні пальники живлять киснем (що Надлишок палива в значенні даного винаходу включає повітря) і газоподібним паливом, причому грає роль відновника, завдяки вуглецю або сірці, газоподібне паливо знаходиться в недостатній які він містить, і які зв'язуються з сульфатом накількості по відношенню до кисню і, при цьому, трію. Для кожного палива можна визначити еквіповністю споживається киснем, крім того, в реаквалент вуглецю або еквівалент сірки, відповідний ційну масу додають тверде або рідке паливо, часмасі чистих вуглецю або сірки, яку паливо наспратково реагуюче з киснем, але присутнє в кількості, вді постачає як відновник. Дійсно, як приклад, вугдосить значній для того, щоб не бути повністю леводневий полімер має більш значну масу, ніж спожитим киснем і щоб грати роль відновника в вуглець, який він містить і який, по суті, грає роль значенні винаходу, для того, щоб сприяти утвовідновника. Надлишок палива в значенні даного ренню силікату, при цьому кисень може викидативинаходу складає, переважно, від 0,1 до 2молься з димовими газами; еквівалентів і, ще більш переважно, від 0,3 до б) заглибні пальники живлять киснем (що 1моль-еквівалента вуглецю або сірки на моль сувключає повітря) і газоподібним паливом, причому льфату. Таким чином, надлишок відновлювальногазоподібне паливо знаходиться в стехіометрії по го палива може бути твердим або рідким джеревідношенню до кисню, при цьому кисень і газополом вуглецю, або джерелом сірки, або одночасно дібне паливо реагують повністю разом, крім того, в джерелом вуглецю і сірки. Можна назвати як тверреакційну масу додають тверде, або рідке, або де або рідке паливо, що постачає сірку і/або вуггазоподібне паливо (як H2S), що грає роль відновлець, наступні матеріали: вулканізовані каучуки, ника в значенні винаходу, для того, щоб сприяти шини, деревину, картон, папір, муку з тваринної утворенню силікату; сировини, пісок, забруднений нафтою (причому в) заглибні пальники живлять киснем (що цей пісок є одночасно джерелом паливключає повітря) без газоподібного палива, в той ва/відновника і діоксида кремнію), фіол. Паливо, же час, в реакційну масу додають тверде або рідке яке може бути в надлишку, рівним чином, може паливо, реагуюче щонайменше з частиною кисню, являти собою газоподібне джерело сірки, як H2S. але присутнє при цьому в кількості, досить значній Використовують молярне співвідношення діокдля того, щоб рівним чином грати роль відновника сид кремнію/сульфат, відповідне силікату, який в значенні винаходу, для того, щоб сприяти утвобажають отримати. Даний силікат може бути предренню силікату, при цьому частина кисню звичайставлений формулою MxOy·n(SiO2), в якій Μ ознано викидається з димовими газами; чає лужний, лужноземельний або рідкоземельний г) заглибні пальники живлять киснем (що метал, при цьому x і у являють собою позитивні включає повітря) і газоподібним паливом H2S, числа, цілі або не цілі, і n являє собою позитивне причому газоподібне паливо знаходиться в надчисло, ціле або не ціле. Зокрема, МxОy може являлишку по відношенню до кисню і грає роль відновти собою Nа2О, K2О, СеО2. Звичайно, n (молярне ника по відношенню до сульфату, сприяючи утвовідношення SiO2/MxOy) знаходиться в інтервалі від ренню силікату. 1 до 4 і, більш конкретно, від 1,3 до 4, особливо, Видно, що у всіх перерахованих випадках, в коли Μ являє собою лужний або лужноземельний реакційній масі мають надлишок палива по віднометал. Для випадку, в якому Μ являє собою Na, n, шенню до ефективно реагуючого кисню. Можна більш конкретно, знаходиться в інтервалі від 1,5 легко оцінити ефективно реагуючий кисень, вимідо 3,8. Для випадку, в якому Μ являє собою лужрюючи кількість кисню, що викидається в димові ноземельний метал, як Се, n взагалі може бути гази. Таким чином, фахівець за допомогою звибільшим 5 і, звичайно, меншим 1000. чайних випробувань, знаючи кількості кисню, який У реакційній масі знаходяться щонайменше не прореагував, може оцінити кількості палива, які наступні різні фази: необхідні вводити для того, щоб знаходитися в - твердий діоксид кремнію, умовах надлишку палива в значенні винаходу. - рідкий сульфат, Потрібно зазначити, що продукти, які назива- рідкий силікат, ються "паливами" або "відновниками", є одними і - гази, що походять з заглибних пальників і ретими ж і можуть грати згадані дві ролі. При цьому акції утворення силікату (які можуть містити, в зароль палива виконується в реакції з киснем, а лежності від обставин, SO2, SO3, CO2, Н2, Н2О, і роль відновника виконується в реакції отримання т.д.). силікату. Надлишок палива в значенні винаходу Таким чином, реакційне середовище містить дозволяє даній горючій речовині мати більш важчисленні різні фази, і технологія заглибних пальливу роль відновника. ників є особливо ефективною для того, щоб їх реТаким чином, спочатку предметом винаходу є тельно перемісити і примусити протікати реакцію. спосіб отримання силікату елемента, вибраного з Рідкий сульфат і рідкий силікат утворюють дві лужних, лужноземельних або рідкоземельних різні фази. Підбирають реакційні умови (темпераелементів, що включає реакцію між діоксидом тура, перемішування заглибними пальниками, час кремнію і сульфатом вищезазначеного елемента в перебування, надлишок відновника), щоб фаза реакторі, забезпеченому щонайменше одним парідкого сульфату зникала до виходу з реактора і, льником, заглибленим в розплавлену масу, при принаймні, була б під час отримання в якомога цьому, вищезазначений заглибний пальник живменшій кількості. Згадану кількість залишкового лять газом, що містить кисень, і в реактор вводять сульфату виражають, звичайно, в кількості SO3. надлишок відновлювального палива по відношенВідсутність сульфату на виході з реактора показує, ню до ефективно споживаного кисню. що він добре прореагував. В іншому випадку, неозброєним оком спостерігають в кінцевому силікаті 9 91965 10 небажані включення сульфату. Крім того, при на- споживання надлишку відновника, який знагріванні в ньому можна мати викиди рідкого сульходиться ще в силікаті, що зводиться до поліпфату, більш або менш вибухові на виході отришення виходу реакції утворення силікату (спожимання. Звичайно, можна усунути вказаний недолік, вають відновник, який не прореагував з збільшуючи надлишок відновника. Отже, можна сульфатом в реакторі). визначити мінімальну кількість надлишку відновВанна для очищення забезпечена, звичайно, ника по зникненню фази сульфату в кінцевому пристосуванням для нагрівання, таким як щонайсилікаті. Марно вводити дуже великий надлишок менше один заглибний пальник. Згаданий(і) пальвідновника, оскільки це може привести до видимоник(и) має більш або менш окислювальне полум'я, го (завдяки утворенню сульфід-іонів S2-) неозбров залежності від окислювально-відновного коефієним оком жовто-каштановому забарвленню кінцієнта, якого домагаються на виході. Згадані пальцевого силікату, фарбування якого може бути ники можуть бути заправлені газоподібним палинебажаним. Звичайно, надлишок відновника знавом і повітрям або киснем з надлишком кисню по ходиться в інтервалі між однократною і двократвідношенню до газоподібного палива. У ході виною кількістю надлишку, необхідного для зникненщезазначеної операції очищення необроблений ня сульфатної фази. Таким чином, надлишок силікат очищається для того, щоб стати безбарвпалива вводять, переважно, в кількості, достатній ним і прозорим. Температура силікату у ванні для для того, щоб силікат не містив включення сульочищення знаходиться, звичайно, в інтервалі від фату. температури в реакторі до температури, яка на Вибирають температуру, достатню для того, 150°С нижче за температуру в реакторі, і, переващоб примусити протікати реакцію, і що виражаєтьжно, від температури, яка на 50°С нижче за темся у відповідній в'язкості реакційного середовища. пературу в реакторі, до температури, яка на 150°С Насправді, якщо в'язкість є дуже високою, реакційнижче за температуру в реакторі. на маса затвердіває, і реакція не протікає. Якщо Розділення між реактором для плавлення і в'язкість є дуже низькою, викиди є дуже значними, ванною для очищення може бути здійснене за доі це приводить до ерозії стінок і склепінь і може, помогою горловини, або спускної труби, або секцітаким чином, принадити небажані сторонні частки онуючих бічних перегородок. в продукт, що отримується. Крім того, то, що йде "Діоксид кремнію" може бути поданий в реакна стінки і склепіння, більше не є доступним для ційне середовище у вигляді будь-якої речовини, того, щоб реагувати з тим, що вводять. Насправді, що складається в основному з діоксиду кремнію обидві згадані крайнощі приводять до дуже слабо(оксид кремнію) SiO2, навіть якщо вона містить го перемішування реагентів, що зменшує продуктакож інші елементи, інші міноритарні речовини, як тивність. Правильне перемішування середовища це є, у випадку використання природних матеріаприводить до рівномірності температури в реаклів, наприклад піску. ційній масі. Прагнуть до того, щоб силікатна фаза Ефективність пальників на всіх рівнях (якість мала в'язкість в інтервалі від 50 до 3000 пуаз і, суміші, відмінне теплоперенесення) приводить до більш конкретно, від 100 до 1000 пуаз при темпетого, що конверсія згідно з реакцією дуже сильно ратурі реакційного середовища. Більш відповідною полегшена, і це без неминучої потреби в досягє температура, що знаходиться в інтервалі від ненні гранично високих температур. 1000 до 1500°С і, більш конкретно, в інтервалі від Іншою перевагою заглибних пальників є на1200 до 1400°С, підходить. ступне: вони дають можливість введення рідКінцевий силікат при кімнатній температурі ких/твердих палив тим же самим чином, що вихідявляє собою тверду прозору речовину. Переважних продуктів, що склуються. По суті, це приводить но, він не містить непроплавів, тобто часток початдо отримання окислювально-відновних коефіцієнкового діоксиду кремнію, що не брали участі в реатів розплавленого силікату, що змінюються в реаккції. Можна запобігти присутності непроплавів, торі, які можуть змінюватися в інтервалі від 0,1 до збільшивши час перебування в реакторі. 0,9, відповідно до часу перебування (більш триваПереважно, за реактором для отримання силілий час перебування приводить до більш низького кату йде ванна для очищення. Згадана ванна відокислювально-відновного коефіцієнта). Необхідно, ділена від реактора для того, щоб уникнути поверщоб на вході в реактор, в місці, де різні початкові нення силікату з ванни в реактор, а також продукти завантажують в піч, окислювальнозабруднення силікату під час очищення неочищевідновний коефіцієнт був би відносно високим (між ним силікатом з реактора. Дане очищення дає на0,35 і 0,9), оскільки це сприятливо для реакції розступні переваги: кладання сульфатів. Після ванни для очищення - видалення останніх непроплавів (часток діококислювально-відновний коефіцієнт знаходиться, сиду кремнію), звичайно, в інтервалі від 0,1 до 0,9. - видалення максимальної кількості сірки з кінОкислювач палива, вибираний для живлення цевого силікату (сірка, що звільняється кінцевим заглибного (их) пальника(ів) (реактор і ванна для силікатом в формі H2S, токсична і виділяє небажаочищення), може являти собою просто повітря. ні запахи), Переважно, віддають перевагу окислювачу палива - пониження окислювально-відновного коефів формі повітря, збагаченого киснем, і навіть в цієнта, насправді домагаються на виході з реактоформі, по суті, одного кисню. Висока концентрація ра окислювально-відновного коефіцієнта (що дорікисню є переважною з різних причин: зменшують внює підсумковому масовому відношенню об'єм газоподібних продуктів згоряння, що є сприFeO/Fe2O3 в кінцевому силікаті) менше 0,5, навіть ятливим в енергетичному плані і дозволяє уникнуменше 0,4, ти будь-якої небезпеки надмірного псевдозріджен 11 91965 12 ня продуктів під час реакції, яке може викликати отримання осадженого діоксиду кремнію, що викиди на надбудови, зокрема, на склепіння реаквключає стадії: а) отримання силікату згідно з одтора, в якому здійснюється конверсія. Крім того, ним з пунктів формули винаходу, при цьому реакотримане "полум'я" є більш коротким, більш витор забезпечений димарем, який оснащений сиспромінюючим, що дає можливість більш швидкої темою рекуперації оксидів сірки, що приводить до передачі його енергії до продуктів під час плавсірчаної кислоти; б) кислотного труєння силікату, лення/конверсії. Крім того, у разі необхідності, отриманого на стадії а), сірчаною кислотою, отриконцентрація оксиду сірки в димових газах більш маною на стадії а), що приводить до осадженого висока, що полегшує подальше перетворення в діоксиду кремнію, з одного боку, і до сульфату сірчану кислоту. вищезазначеного елемента, з іншого боку, при У тому, що стосується вибору палива для зацьому згаданий останній повертають на стадію а). глибного(их) пальника(ів). можливі три шляхи, Є інший спосіб, альтернативний або кумулятиальтернативних або кумулятивних: можна вибрати вний по відношенню до попереднього, отримання рідке, газоподібне або тверде паливо в формі. H2SO4 на основі способу згідно з винаходом: реакЯкщо паливо, щонайменше частково, знахоція конверсії сульфату в силікат сама також дає диться в газоподібній формі, то його можна подаоксиди сірки SO2 і/або SO3. Отже, тут також можна вати прямо в заглибні пальники. Якщо паливо знавиділяти згадані оксиди сірки і вводити їх в реакходиться в формі рідини або твердої речовини, цію конверсії в сірчану кислоту. Як в попередньому його можна подавати поблизу заглибних пальнивипадку, можна повторно використати отриману ків. сірчану кислоту як реагент по відношенню до силіЯк газоподібне паливо можна назвати природкату і/або збагатити її як реагент для хімічної проний газ (що складається, в основному, з метану), мисловості. пропан, водень, або будь-яку іншу вуглеводневу Фактично, якщо паливо містить значну кільі/або сірковмісну сполуку, зокрема, H2S (перевага кість сірки, реакції, задіяні винаходом, можуть проH2S: відсутність викиду СО2 в атмосферу). водити значно більше сірчаної кислоти, ніж необЯк тверде або рідке паливо можна назвати хідно для реакції конверсії галогенідів в сульфати, будь-яку сполуку, що знаходиться, в основному, у що підвищує цінність способу згідно з винаходом в вуглецевій і/або вуглеводневій і/або сірковмісній його сукупності. формі (включаючи сірку і вуглець): як і в попередПерший ринок збуту для силікатів, отриманих ньому випадку, паливом можуть бути побічні прозгідно з винаходом, стосується скляної промислодукти нафтопереробної промисловості (важкий вості: вони можуть замінити, щонайменше часткофіол, бітуми). Паливом також можуть бути матеріво, традиційні вихідні матеріали, що є постачальали на основі полімеру, які можуть використовуваниками лужних або лужноземельних елементів, із тися повторно (будь-який матеріал, який називазаміною, щонайменше частковою, натрію, Na2CO3 і ється пластмасою, шини, вулканізований каучук і піску - силікатом. Таким чином, можна використати т.д.), і навіть пісок, забруднений вуглеводнем, який силікати, отримані згідно з винаходом, зокрема, буде також одночасно постачати діоксид кремнію і для живлення скловарної печі. Перед подальшим паливо, що являє собою винахідливий підхід до перетворенням, наприклад, в скловарній печі, сирозв'язання проблеми очищення від забруднень лікат може бути трансформований в гранули для пляжів, наприклад, після чорних приливів. того, щоб на короткий час бути вміщеним на Згідно з винаходом, можна, зокрема, викориссклад. Скловарна піч може бути традиційної контати палива, що містять сірку, сірковмісні сполук, цепції (наприклад, електроплавільна піч із заглибяк, наприклад, використані шини (які можуть містиними електродами, піч з повітряними пальниками, ти, наприклад, від 0,5 до 4% сірки), або чисту сірку. що працює з бічними регенераторами, контурна Сліди сірки присутні у всіх вулканізованих полімепіч, і будь-який тип печі, відомий в скляній промисрах (шини), її знаходять також в побічних продукловості, включаючи, таким чином, печі із заглибтах нафтопереробної промисловості, і винахід ними пальниками), у разі необхідності, з концепцідозволяє використати їх раціональним способом: єю і способом функціонування, дещо адаптованою дійсно, сірка, що міститься в паливі, яке поставлядо процесу плавлення без карбонату або з менється для здійснення реакції горіння, буде окислюшою кількістю карбонату, ніж при стандартних ватися. Або, можна перетворити згадані оксиди плавках. сірки (SO2 і/або SO3) в сірчану кислоту, виділяючи Зазначалося, що деякі силікати, відмінні від їх з димових газів і обробляючи їх відповідним чисилікату натрію, рівним чином є дуже привабливином. У такому випадку мають два вибори (альтерми для отримання згідно з винаходом. Так, винахід нативний або дійсно кумулятивний, зокрема, в дозволяє отримувати силікат калію, виходячи з залежності від кількості отриманої H2SO4, яка тісно K2SO4, що є щонайменше економічно дуже вигідзалежить від вибраного вмісту S в паливі): або ним, як вихідний продукт, несучий Si і K, для вигозбагачують H2SO4 як реагент, що широко використовлення скла, яке називається "змішанотовується в хімічній промисловості, незалежно від лужними", тобто, таких, що містять одночасно Na і способу згідно з винаходом, або її повторно викоK. Дані скла використовують, зокрема, для виготористовують виходячи з варіанту способу згідно з влення тактильних екранів, скла для телевізійних винаходом. Дійсно, згідно з способом "в циклі", екранів, скла для візуалізуючих плазмених екранів продукт згоряння реакції утворення силікату вико(Plasma Display Panel). ристовують як реагент для того, щоб впливати на Також, винахід дозволяє виготовляти більш силікат і прийти до осадженого діоксиду кремнію. економічним способом спеціальне скло, що місТаким чином, винахід стосується також способу тить особливі добавки, рідкоземельні елементи, 13 91965 14 наприклад церій: причому присутність оксиду цецьому димові гази викидаються через димар 5. рію додає склу анти-УФ-властивості, і рідкоземеНеочищений силікат проходить через горловину 6 льні елементи вказаного типу входять також до у ванну для очищення 7, також забезпечену щоскладу спеціального скла з високим модулем прунайменше одним заглибним пальником з більш жності для жорстких дисків. Винахід дозволяє, таокислювальним полум'ям, ніж полум'я в реакторі. ким чином, мати початковий продукт несучий Si і Димові гази, що генеруються у ванні для очищення Се, силікат церію по помірній ціні. 7, викидаються через димар 8. Очищений силікат Другий ринок збуту для силікатів, отриманих 9 витягують через спускну трубу 10. згідно з винаходом (за винятком використання як Фіг.2 показує як силікат, отриманий згідно з вихідних продуктів для скловарних печей), більш винаходом, може бути знову підданий труєнню конкретно, силікату натрію, стосується промислосірчаною кислотою, отриманою в реакторі плаввості детергентів; оскільки силікат натрію часто лення, з отриманням осадженого діоксиду кремнію входить до складу миючих розчинів/детергентів. з каліброваним розміром часток. У даному способі Третій ринок збуту для силікатів, отриманих силікат, з одного боку, і сульфат, з іншого боку, згідно з винаходом, стосується отримання особлизнаходяться в циклі. Сірчана кислота також знахових діоксидов кремнію, що позначаються, звичайдиться в циклі, причому в залежності від природи но, терміном "осаджені діоксиди кремнію", що вхопалива, що використовується, і/або відновника, у дять, наприклад, до складу бетонів або, як разі необхідності, може бути створений її надлинаповнювач, в каучук, зокрема, в шини для автошок. мобілів, або в харчові продукти. Дійсно, можна Приклад 1 здійснювати кислотне труєння силікатів, отримаВикористовують плавильну піч, забезпечену них згідно з винаходом, переважно, сірчаною кисзаглибним пальником, за яким йде ванна для лотою, таким чином, щоб привести до осадження очищення, забезпечена заглибним пальником. Піч діоксиду кремнію в формі часток, що мають особі ванна, обидві циліндричні (вісь вертикальна) і ливу гранулометрію: розмір часток, якого домагаобидві мають поверхню на землі 0,7м2. Заглибні ються, звичайно, нанометровий (від 0,5 до 300нм, пальники (піч і ванна), обидва функціонують при більш конкретно, від 1 до 100нм). стехіометричному співвідношенні метану і чистого Для здійснення реакції конверсії сульфатів в кисню (кисень, таким чином, повністю споживаєтьсилікати можна використати, як описано в міжнася в кожному полум'ї пальника). У піч вводять пісок родному патенті WO-00/46161, реактор, забезпеі сульфат натрію в співвідношенні, що дає можличений заглибним(ими) пальником(ами) і, щонайвість отримання силікату натрію, що має молярне менше, одним пристосуванням для введення відношення SiO2/Na2O, яке дорівнює 3,5. Крім того, діоксиду кремнію і/або сульфатів нижче рівня розвводять кокс, що виконує функцію надлишку палиплавлених продуктів, зокрема, в формі одного або во/відновник на рівні 0,5моль вуглецю на моль декількох шнекових завантажувачів. Це справедвведеного сульфату. Вихід становить 3 тонни в ливо також, для твердих або рідких палив, що модень см2. Піч і ванна функціонують при темперажуть використовуватися у випадках, таких, як вугтурі 1300°С. Окислювально-відновний коефіцієнт лецеві і/або вуглеводневі і/або сірковмісні сполуки на виході з печі дорівнює 0,7 (підсумкове масове (включаючи тверду сірку і твердий вуглець), згадувідношення FeO/Fe2O3), і залишкова кількість SO3 вані вище. Таким чином, можна вводити безпосе(SO3 солюбілізований силікатом) становить 0,42% редньо всередину масу продуктів в ході плавленмас. (яка може бути виміряна за допомогою рентня/реакції щонайменше ті з вихідних реагентів, які генівської флуоресценції або аналізатора вугздатні випаровуватися до того як наступить час лець/сірка), що вказує на те, що вихід реакції в вступу в реакцію. печі складає порядку 98%. У ванні для очищення Спосіб згідно з винаходом передбачає, таким залишковий сульфат буде реагувати із залишкочином, багато переваг, серед яких: вим відновником. На виході з ванни отримують зменшення викидів СО2 в скловарних печах, в силікат формули Na2O·3,5(SiO2), прозорий і безбаяких замінюють весь, або частину карбонату нарвний, залишкова кількість SO3 (виділення SO3 із трію силікатом натрію, більш низьке енергоспожизалишкового сульфату) в якому менше 0,05%. Тут вання вказаних печей, оскільки зменшують або окислювально-відновний коефіцієнт дорівнює 0,2. ліквідують реакції видалення вуглекислоти, Приклад 2 можливість замикання процесу в цикл з повтоДіють як в попередньому прикладі, за винятрним використанням отриманого побічного продуком того, що заглибний пальник ванни для очикту H2SO4, щення функціонує в умовах нестачі кисню (відновможливість використання як палива сірковмісне полум'я при витраті кисню на 15% меншій, ніж них похідних. при стехіометрії). На виході з ванни отримують Фіг.1 являє собою пристрій для отримання сисилікат формули Na2O·3,5(SiO2), прозорий і безбалікату, що включає в себе реактор, за яким йде рвний, залишкова кількість SO3 в якому менше ванна для очищення. 0,05%. Тут окислювально-відновний коефіцієнт Фіг.2 являє собою схему переважного варіанту дорівнює 0,55. способу згідно з винаходом, що функціонує в циклі Приклад 3 (порівняльний) і кремнію, що приводить до осадженого діоксиду. Діють як в прикладі 1, за винятком того, що не Фіг.1 представляє реактор 1, забезпечений задодають надлишку в формі коксу. У кінцевому сиглибними пальниками 2 і містить систему 3 ввелікаті знов знаходять видимі неозброєним оком дення твердих продуктів (пісок, сульфат, вугілля, включення сульфату натрію. Залишкова кількість сірка, і т.д.) нижче рівня реакційної маси 4, при SO3 більше 1%. Це вказує на те, що вихід реакції 15 91965 16 набагато менше виходу прикладу 1. Введений точний склад яких: 2% мас. сірки, 80% мас. вуглесульфат недостатньо розклався. Збагачення діокцю, 18% водню. Даний відновник вводять в кількосидом кремнію є дуже сильним, реакційна маса сті, що становить 5% від маси введеного сульфату швидко стає дуже в'язкою і треба зупиняти реакнатрію. Отримують силікат, що містить 0,1% залитор. шкового SO3, і окислювально-відновний коефіцієнт Приклад 4 якого дорівнює 0,5. Присутність сірки у відновниДіють як в прикладі 1, за виняткомтого, що кові дозволяє виробляти додаткову кількість сірзамінюють надлишок відновника в формі коксу чаної кислоти. надлишком відновника в формі використаних шин, Комп’ютерна верстка Т. Чепелева Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601