EP2828200A1 - Procédé de préparation de silice précipitée mettant en oeuvre un malaxeur ou une extrudeuse - Google Patents

Procédé de préparation de silice précipitée mettant en oeuvre un malaxeur ou une extrudeuse

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Publication number
EP2828200A1
EP2828200A1 EP13711378.3A EP13711378A EP2828200A1 EP 2828200 A1 EP2828200 A1 EP 2828200A1 EP 13711378 A EP13711378 A EP 13711378A EP 2828200 A1 EP2828200 A1 EP 2828200A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cake
disintegration
precipitated silica
carried out
bar
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13711378.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Sylvaine Neveu
Anne-Laure Pinault
Philippe Jost
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rhodia Operations SAS
Original Assignee
Rhodia Operations SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rhodia Operations SAS filed Critical Rhodia Operations SAS
Publication of EP2828200A1 publication Critical patent/EP2828200A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/113—Silicon oxides; Hydrates thereof
    • C01B33/12—Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
    • C01B33/126—Preparation of silica of undetermined type
    • C01B33/128—Preparation of silica of undetermined type by acidic treatment of aqueous silicate solutions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/113—Silicon oxides; Hydrates thereof
    • C01B33/12—Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
    • C01B33/18—Preparation of finely divided silica neither in sol nor in gel form; After-treatment thereof
    • C01B33/187—Preparation of finely divided silica neither in sol nor in gel form; After-treatment thereof by acidic treatment of silicates
    • C01B33/193—Preparation of finely divided silica neither in sol nor in gel form; After-treatment thereof by acidic treatment of silicates of aqueous solutions of silicates

Definitions

  • the present invention relates to an improved process for the preparation of precipitated silica.
  • precipitated silicas as a catalyst support, as an absorbent of active substances (in particular liquid carriers, for example used in foodstuffs, such as vitamins (vitamin E in particular), choline chloride), as a viscosifying, texturizing or anti-caking agent, as an element for battery separators, as an additive for toothpaste, for paper.
  • active substances in particular liquid carriers, for example used in foodstuffs, such as vitamins (vitamin E in particular), choline chloride
  • a viscosifying, texturizing or anti-caking agent as an element for battery separators, as an additive for toothpaste, for paper.
  • precipitated silicas as reinforcing filler in silicone matrices (for example for coating electrical cables) or in compositions based on polymer (s), natural or synthetic, in particular elastomer (s), especially diene, for example for shoe soles, floor coverings, gas barriers, fire-retardant materials and also technical parts such as ropeway rollers, appliance seals, liquid or gas line joints, brake system seals, ducts, cables and transmission belts.
  • Precipitated silica has in particular been used for a long time as reinforcing white filler in elastomers, and in particular in tires.
  • the precipitated silica preparation is generally carried out by precipitation reaction between a silicate, in particular an alkali metal silicate, and an acidifying agent, followed by a filtration separation step to obtain a filter cake and usually a step of washing said cake, then a possible step of disintegrating the filter cake and a drying step, for example by atomization, said cake.
  • one of the aims of the present invention is to provide a process for the preparation of precipitated silica which makes it possible to limit energy expenditure, particularly in terms of drying.
  • One of the aims of the present invention is to provide a method for preparing precipitated silica that can limit the drying times.
  • One of the aims of the invention is in particular to provide an alternative to the known preparation processes of precipitated silica, which is economical and simple to implement.
  • One of the aims of the present invention is thus to provide a method making it possible to reduce the energy consumption during drying, in particular with respect to the methods of the state of the art, and this, in general, of at least about 15%, in particular at least about 20%, for example at least about 25%, especially in the context of the very preferred variant of the invention.
  • One of the aims of the present invention is preferably to provide a process for increasing the productivity of the precipitated silica preparation process, in particular at the level of the disintegration stage and / or the drying stage, in particular by means of to the processes of the state of the art, and this, in general, of at least about 20%, in particular at least about 25%, for example at least about 30%, especially in the context of the very preferred variant of the invention.
  • the present invention therefore relates to a process for preparing precipitated silica comprising reacting a silicate with an acidifying agent to obtain a suspension of precipitated silica (S1), followed by a separation step to obtain a cake, a step disintegrating said cake to obtain a suspension of precipitated silica (S2) and a drying step of this suspension, and wherein the disintegrating step is carried out by mixing by means of a double-screw kneader or by extrusion.
  • the method according to the present invention thus comprises the following steps:
  • At least one silicate is reacted (precipitation reaction) with at least one acidifying agent, so as to obtain a suspension of precipitated silica (S1),
  • a solid-liquid separation step is carried out, more particularly filtration, to obtain a solid product, also referred to as a "filter cake",
  • said filter cake is subjected to a kneading disintegration operation by means of a double-screw (or twin-screw) kneader or by extrusion, to obtain a suspension of precipitated silica (S2), and the product thus obtained is dried, preferably by spray drying.
  • the specific step of the process of the invention taken in combination with the other steps of said process, consists of a mixing disintegration step in a double screw mixer or by extrusion.
  • This step consists in implementing a piston process.
  • the use of a double-screw kneader or extrusion techniques for the disintegration step more particularly makes it possible to disintegrate filter cake having a very high content of dry matter.
  • conventional disintegration techniques by chemical treatment in a continuous stirred tank
  • the disintegration operation is a process of fluidification or liquefaction of the cake resulting from the filtration, in which the cake is made liquid, the precipitated silica being in suspension.
  • this operation makes it possible in particular to lower the viscosity of the suspension to be dried later.
  • This operation can conventionally be carried out by subjecting the cake to a chemical action, for example by adding an aluminum compound such as sodium aluminate, and / or acid, preferably coupled to an action mechanics (such as passing through a continuously stirred tank).
  • the disintegration step of the process according to the invention therefore consists in a particular mechanical action, namely a mechanical action of the piston type, preferably coupled with a chemical treatment, such as for example one of the chemical treatments conventionally employed during the step of disintegrating the silica filter cake in the processes for preparing precipitated silicas.
  • the particular mechanical action of the disintegration step of the process according to the invention is mixing by means of a double-screw kneader or extrusion.
  • the implementation of the method according to the invention makes it possible to reduce the energy consumption and to increase the productivity, in particular at the level of the drying step and / or the disintegration step, compared with the processes of the invention. state of the art, advantageously while not degrading the properties of the precipitated silica obtained, in particular its dispersibility, in particular in the elastomers.
  • the disintegration step is carried out by extrusion, use is made in particular of a single-screw extruder or, preferably, a double-screw (or twin-screw) extruder.
  • a double-screw mixer or an extruder, in particular a twin-screw extruder makes it possible to distribute the energy to be supplied well.
  • the disintegration implemented is more homogeneous than a traditional disintegration. Each portion of cake entering the kneader or extruder receives substantially the same energy.
  • the chemical reagent (s) used in the chemical treatment generally coupled to the particular mechanical action of the disintegration step, in particular a compound of aluminum, such as sodium aluminate and / or an acid, is (are) introduced in line.
  • a compound of aluminum such as sodium aluminate and / or an acid
  • the use of a double-screw kneader or an extruder, in particular a double-screw extruder makes it possible to guarantee an identical residence time for all the cakes subjected to the disintegration step, contrary to the techniques traditional disintegration.
  • the use of a double-screw kneader or an extruder, in particular a twin-screw extruder may also make it possible to reduce the residence time of the cake in the device used for the disintegration occurrence of said kneader or said extruder), with respect to the residence time of the cake in the devices conventionally used during disintegration (which are generally at least about 20 minutes in a stirring step continuously stirred tray for example).
  • the residence time of the cake in the double-screw kneader or in the extruder is less than 10 minutes, advantageously between 20 seconds and 5 minutes.
  • This residence time can be 1 minute. It may even be at most 1 minute, especially between 20 and 60 seconds, for example between 20 and 45 seconds.
  • the double-screw kneader or the corresponding twin-screw extruder may comprise different feed zones and a plurality of feed zones. shear.
  • the corresponding twin-screw mixer or twin-screw extruder used may comprise a first zone corresponding to the feed zone of the cake, a second zone corresponding to the zone of introduction of one or more chemical agents of the cake.
  • disintegration in particular aluminate
  • a third zone corresponding to the zone of introduction of a chemical disintegrating agent.
  • This twin-screw mixer or twin-screw extruder may also comprise two distinct shear zones downstream of the feed and feed zones mentioned above.
  • the disintegration step is carried out at a temperature of between 15 and 120 ° C. It can be carried out at a temperature of between 15 and 80 ° C., preferably between 40 and 70 ° C. It can also be used at a temperature of between 50 and 120 ° C., in particular between 60 and 100 ° C., especially by adding water vapor.
  • the product (cake) subjected to the mixing disintegration step by means of a double-screw kneader or by extrusion, in particular by double-screw extrusion may have a dry matter content (or dryness or solids content) of at least 15% by weight, especially at least 18% by weight, in particular between 18 and 40%, for example between 20 and 35% by weight; .
  • One of the advantages of the process according to the invention is that it makes it possible to treat by disintegration products (cakes) having a very high content of dry matter, in particular of at least 25% by weight, in particular between 25 and 40% by weight. %, for example between 25 and 35% by weight, especially without degradation of the properties of the final precipitated silica, such as dispersibility in the elastomers.
  • the process according to the invention comprises a step of compacting at rather high pressure between the separation step and the disintegration step as described in the above discussion, allowing in general, obtaining a product (cake) having a very high content of dry materials such as those indicated above.
  • This compaction step makes it possible to remove a large quantity of water from the cake obtained at the end of the precipitation and separation steps.
  • the compacting step is carried out at a pressure greater than 10 bar, preferably at a pressure of at least 20 bar.
  • the compacting step is carried out at a pressure greater than 10 bar and less than 60 bar, preferably between 15 and 45 bar, in particular between 20 and 45 bar, especially between 20 and 45 bar. 35 bars.
  • This step can be carried out at a compacting pressure of between 20 and 30 bar.
  • the pressure may be about 25 bar.
  • the compaction step may optionally be performed on the same filter as that used during the filtration step.
  • the filtration step, the optional washing step and the compaction step may in certain cases consist of a single separation step including filtration, a possible washing (with water for example) and a strong final compaction on a filter equipped with a compaction means, such as a filter press.
  • the duration of the compacting step, at the indicated pressure, in this very preferred variant of the process of the invention is at least 200 seconds, preferably between 300 and 600 seconds.
  • the product obtained at the end of the compacting step has a solids content of at least 28% by weight, in particular between 28 and 35% by weight, for example between 28 and 32%. in weight.
  • This level of solids may be at least 29%, especially at least 30%, by weight, and in particular between 29 and 35% by weight, for example between 29 and 32% by weight.
  • the process according to the invention relates to a process for the synthesis of precipitated silica, that is to say that a precipitation stage is first implemented in which at least one acidifying agent is reacted with at least one acidifying agent.
  • silicate without limitation to a particular type of precipitated silica.
  • the process according to the invention can be implemented in particular for the preparation of precipitated silicas as obtained according to the processes described for example in applications EP 0 520 862, EP 0 670 813 and EP 0 670 814, EP 0 917 519, WO 95/09127, WO 95/09128, WO 98/54090, WO 03/016215, WO 2009/1 12458 or WO 2012/010712.
  • the precipitation reaction by reaction of a silicate with an acidifying agent can be carried out in the process according to the present invention according to any method of preparation, in particular by adding an acidifying agent to a silicate stockstock, or by simultaneous total or partial addition of acidifying agent and silicate on a base of water, or silicate or acidifying agent.
  • acidifying agent and silicate is in a manner well known per se.
  • a strong mineral acid such as sulfuric acid, nitric acid or hydrochloric acid or an organic acid such as acetic acid, formic acid or carbonic acid is generally used as the acidifying agent.
  • the separation step mentioned above consists of a solid-liquid separation step.
  • it consists of a filtration step at the end of which a filter cake is obtained, where appropriate followed by a washing step of said cake.
  • the filtration may be carried out by any suitable method, for example by means of a filter press or a belt filter or a vacuum rotary filter.
  • the product (cake) obtained is then subjected to the disintegration step as described above.
  • the method of the invention may comprise a delustering step between the separation step and the disintegration step; in the context of the very preferred variant of the process according to the invention, this optional delustering step is carried out between the compaction step and the disintegration step.
  • This optional step consists in crumbling the cake resulting from the separation step, or, in the context of the very preferred variant of the process according to the invention, the product (cake) resulting from the compaction step, and makes it possible to reduce the particle size of said cake.
  • this step can be carried out with a Gericke thinner, wherein the cake is forced through a grid of diameter less than 20 mm, preferably of size between 2 and 14 mm.
  • This delamination step can also be performed by Wyssmont tools such as the "Rotocage Lumpbreaker", the "Double Rotocage Lumpbreaker” or the "Triskelion Lumpbreaker”.
  • the precipitated silica suspension S2 obtained at the end of the disintegration stage is then dried.
  • This drying can be done by any means known per se.
  • the drying is carried out by atomization.
  • any type of suitable atomizer may be used, especially a turbine atomizer, preferably a nozzle atomizer, liquid pressure or two fluids.
  • the precipitated silica that can then be obtained by the process according to the invention is advantageously in the form of substantially spherical beads (microbeads), preferably of medium size. at least 80 ⁇ .
  • the precipitated silica then obtained is generally in the form of a powder, preferably of average size between 5 and 70 ⁇ .
  • the precipitated silica that can then be obtained can be in the form of a powder, for example of average size between 5 and 70 ⁇ .
  • the dried product especially when it is in powder form, or ground may optionally be subjected to an agglomeration step, which consists for example of a direct compression, wet granulation (ie with the use of a binder such as water, silica suspension, etc.), extrusion or, preferably, dry compaction.
  • agglomeration step which consists for example of a direct compression, wet granulation (ie with the use of a binder such as water, silica suspension, etc.), extrusion or, preferably, dry compaction.
  • agglomeration step which consists for example of a direct compression, wet granulation (ie with the use of a binder such as water, silica suspension, etc.), extrusion or, preferably, dry compaction.
  • the precipitated silica that can be obtained at the end of this agglomeration step is generally in the form of granules, in particular of at least 1 mm in size, in particular between 1 and 10 mm, in particular according to axis of their largest dimension.
  • the precipitated silica suspension used (S1) is a slurry (slurry) of silica Z1 165MP resulting from a precipitation reaction, having the following characteristics:
  • silica suspension S1 A portion of the silica suspension S1 is filtered and washed on a filter press and then compacted at a pressure of 8 bar.
  • the resulting silica cake G1 has a solids content of 23.5%.
  • the other part of the silica suspension S1 is filtered and washed on a filter press and is then compacted at a pressure of 25 bar.
  • the resulting silica cake G2 has a solids content of 29%.
  • the cake G1 is swept by a passage in a starter (Gericke) equipped with an 8 mm grid.
  • the caked silica cake is then introduced by a metering screw at 5 kg / h in a twin-screw extruder Clextral BC21 rotating at 250 rpm.
  • Sodium aluminate is introduced by a quilting at the extruder after the feed zone (10 cm from the inlet) so that the sodium aluminate flow rate is 0.33 ml / min.
  • the product leaving the extruder is recovered in a tank in which the pH is regulated to 6 by addition of sulfuric acid.
  • the slurry obtained is then spray-dried to give a precipitated silica in powder form P1.
  • the cake G2 is moved by a passage in a starter (Gericke) equipped with an 8 mm grid.
  • the caked silica cake is then introduced by a metering screw at 5 kg / h in a twin-screw extruder Clextral BC21 rotating at 250 rpm.
  • Sodium aluminate is introduced by a quilting at the extruder after the feed zone (10 cm from the inlet) so that the flow rate of sodium aluminate is 0.4 ml / min.
  • the product leaving the extruder is recovered in a tank in which the pH is regulated to 6 by addition of sulfuric acid.
  • the slurry obtained is then spray-dried to give a precipitated silica in the form of powder P2.
  • the process of the invention thus makes it possible to obtain very satisfactory results also for cakes with a high solids content.
  • the precipitated silica suspension used (S1) is a slurry (slurry) of silica Z1 165MP resulting from a precipitation reaction, which has the following characteristics:
  • Part of the silica suspension S1 is filtered and washed on a filter press, and then subjected to compacting at a pressure of 8 bar.
  • the resulting silica cake G1 has a solids content of 23.5%.
  • the other part of the silica suspension S1 is filtered and washed on a filter press and is then compacted at a pressure of 25 bar.
  • the resulting silica cake G2 has a solids content of 29%.
  • Part of the silica cake G1 is swept by a passage in a starter (Gericke) equipped with an 8 mm grid.
  • the etched silica cake is then introduced by a metering screw at 76 kg / h (corresponding to a specific cake flow, that is to say at a flow rate reduced to the working volume of the kneader of 97.4 kg / h / L) in a UCP 2 " * 17" double screw mixer (RPA process) rotating at 105 rpm.
  • Sodium aluminate is introduced by tapping at the kneader after the feed zone so that the flow of sodium aluminate is 4.65 ml / min.
  • the kneaded product is recovered in a tank in which the pH is regulated at 6.2 by addition of sulfuric acid.
  • the slurry obtained is then spray-dried in order to obtain a precipitated silica in the form of MP1 microbeads.
  • the silica cake G2 is swept by a passage in a starter (Gericke) equipped with an 8 mm grid.
  • the etched silica cake is then introduced by a metering screw at 127 kg / h in a UCP 2 " * 17" double-screw kneader (RPA process) rotating at 155 revolutions / min.
  • Sodium aluminate is introduced by stitching at the kneader after the feed zone so that the sodium aluminate flow rate is 9.80 ml / min.
  • the kneaded product is recovered in a tank in which the pH is regulated at 6.2 by addition of sulfuric acid.
  • the slurry obtained is then spray-dried in order to obtain a precipitated silica in the form of MP2 microbeads.
  • the process of the invention thus makes it possible to obtain very satisfactory results also for cakes with a high solids content.
  • a portion of the silica cake G1 obtained in Example 2 is introduced into a continuous stirred tank in one hour at a specific cake rate, that is to say at a flow rate reduced to the useful volume of said tank of 1.78 kg / h / L, a much lower flow rate than that of Example 2 for the cake G1, sodium aluminate being also introduced at a rate of 14.75 g / min in said stirred tank.
  • the product obtained is recovered in a tank in which the pH is adjusted to 6.7 by addition of sulfuric acid.
  • the slurry obtained is then spray-dried to obtain precipitated silica in the form of MP3 microbeads.
  • silica MP1 obtained in Example 2 has characteristics close to those of the MP3 silica, in particular a similar dispersibility.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de préparation de silice précipitée comprenant la réaction d'un silicate avec un agent acidifiant pour obtenir une suspension de silice précipitée (S1), suivie d'une étape de séparation pour obtenir un gâteau, d'une étape de délitage dudit gâteau pour obtenir une suspension de silice précipitée (S2) et d'une étape de séchage de cette suspension, procédé dans lequel l'étape de délitage est effectuée par malaxage au moyen d'un malaxeur double-vis ou par extrusion.

Description

PROCÉDÉ DE PRÉPARATION DE SILICE PRÉCIPITÉE
METTANT EN ŒUVRE UN MALAXEUR OU UNE EXTRUDEUSE
La présente invention concerne un procédé amélioré de préparation de silice précipitée.
Il est connu d'employer des silices précipitées comme support de catalyseur, comme absorbant de matières actives (en particulier supports de liquides, par exemple utilisés dans l'alimentation, tels que les vitamines (vitamine E notamment), le chlorure de choline), comme agent viscosant, texturant ou anti-mottant, comme élément pour séparateurs de batteries, comme additif pour dentifrice, pour papier.
On peut également employer des silices précipitées comme charge renforçante dans des matrices silicones (par exemple pour l'enrobage des câbles électriques) ou dans des compositions à base de polymère(s), naturel(s) ou synthétique(s), en particulier d'élastomère(s), notamment diéniques, par exemple pour les semelles de chaussures, les revêtements de sols, les barrières aux gaz, les matériaux ignifugeants et également les pièces techniques telles que les galets de téléphériques, les joints d'appareils électroménagers, les joints de conduite de liquides ou de gaz, les joints de système de freinage, les gaines, les câbles et les courroies de transmissions.
La silice précipitée est notamment utilisée depuis longtemps comme charge blanche renforçante dans les élastomères, et en particulier dans les pneumatiques.
La préparation de silice précipitée s'effectue généralement par réaction de précipitation entre un silicate, en particulier un silicate de métal alcalin, et un agent acidifiant, suivie d'une étape de séparation par filtration pour obtenir un gâteau de filtration et habituellement d'une étape de lavage dudit gâteau, puis d'une éventuelle étape de délitage du gâteau de filtration et d'une étape de séchage, par exemple par atomisation, dudit gâteau.
Dans le cadre des procédés de l'état de la technique, la consommation d'énergie est élevée. Le séchage est la source principale de consommation d'énergie et représente ainsi un coût assez élevé.
Il existe donc un besoin en termes de réduction de consommation énergétique, et donc par exemple dans le cadre de l'opération de séchage. Ainsi, un des buts de la présente invention consiste à fournir un procédé de préparation de silice précipitée permettant de limiter les dépenses énergétiques notamment en termes de séchage.
Un des buts de la présente invention consiste à fournir un procédé de préparation de silice précipitée pouvant permettre de limiter les durées de séchage.
L'un des buts de l'invention est notamment de fournir une alternative aux procédés de préparation connus de silice précipitée, qui soit économique et simple de mise en œuvre.
Un des buts de la présente invention consiste donc à fournir un procédé permettant de diminuer la consommation énergétique au séchage, notamment par rapport aux procédés de l'état de la technique et ce, en général, d'au moins environ 15 %, en particulier d'au moins environ 20 %, par exemple d'au moins environ 25 %, notamment dans le cadre de la variante très préférée de l'invention.
Un des buts de la présente invention consiste de préférence à fournir un procédé permettant d'augmenter la productivité du procédé de préparation de silice précipitée, en particulier au niveau de l'étape de délitage et/ou de l'étape de séchage, notamment par rapport aux procédés de l'état de la technique, et ce, en général, d'au moins environ 20 %, en particulier d'au moins environ 25 %, par exemple d'au moins environ 30 %, notamment dans le cadre de la variante très préférée de l'invention.
La présente invention concerne donc un procédé de préparation de silice précipitée comprenant la réaction d'un silicate avec un agent acidifiant pour obtenir une suspension de silice précipitée (S1 ), suivie d'une étape de séparation pour obtenir un gâteau, d'une étape de délitage dudit gâteau pour obtenir une suspension de silice précipitée (S2) et d'une étape de séchage de cette suspension, et dans lequel l'étape de délitage est effectuée par malaxage au moyen d'un malaxeur double-vis ou par extrusion.
En particulier, le procédé selon la présente invention comprend donc les étapes suivantes :
- on fait réagir (réaction de précipitation) au moins un silicate avec au moins un agent acidifiant, de manière à obtenir une suspension de silice précipitée (S1 ),
- on effectue une étape de séparation solide-liquide, plus particulièrement de filtration, pour obtenir un produit solide, désigné également "gâteau de filtration",
- on soumet ledit gâteau de filtration à une opération de délitage par malaxage au moyen d'un malaxeur double-vis (ou bi-vis) ou par extrusion, pour obtenir une suspension de silice précipitée (S2), et - on sèche, de préférence par atomisation, le produit ainsi obtenu.
L'étape spécifique du procédé de l'invention, prise en combinaison avec les autres étapes dudit procédé, consiste en une étape de délitage par malaxage dans un malaxeur double-vis ou par extrusion. Cette étape consiste à mettre en œuvre un procédé piston. L'utilisation d'un malaxeur double-vis ou des techniques d'extrusion pour l'étape de délitage permet plus particulièrement de traiter par délitage des gâteaux de filtration présentant une teneur très élevée en matières sèches. Or, il est connu de l'homme du métier que les techniques classiques de délitage (par traitement chimique dans un bac agité continu) ne peuvent pas être appliquées à de tels gâteaux sans risque de dégradation des propriétés du produit final, comme la dispersibilité par exemple. On rappelle ici que classiquement l'opération de délitage est une opération de fluidification ou liquéfaction du gâteau issu de la filtration, dans laquelle le gâteau est rendu liquide, la silice précipitée se retrouvant en suspension. En général, cette opération permet notamment d'abaisser la viscosité de la suspension à sécher ultérieurement. Cette opération peut classiquement être ainsi réalisée en soumettant le gâteau à une action chimique, par exemple par addition d'un composé de l'aluminium tel que de l'aluminate de sodium, et/ou d'acide, de préférence couplée à une action mécanique (comme par passage dans un bac agité en continu).
L'étape de délitage du procédé selon l'invention consiste donc dans une action mécanique particulière, à savoir une action mécanique de type piston, de préférence couplée avec un traitement chimique, tel que par exemple un des traitements chimiques employés classiquement lors de l'étape de délitage du gâteau de filtration de silice dans les procédés de préparation de silices précipitées.
L'action mécanique particulière de l'étape de délitage du procédé selon l'invention est un malaxage au moyen d'un malaxeur double-vis ou une extrusion.
La mise en œuvre du procédé selon l'invention permet de réduire la consommation énergétique et d'augmenter la productivité, en particulier au niveau de l'étape de séchage et/ou de l'étape de délitage, par rapport aux procédés de l'état de la technique, de manière avantageuse tout en ne dégradant pas les propriétés de la silice précipitée obtenue, notamment sa dispersibilité, en particulier dans les élastomères.
Lorsque l'étape de délitage est effectuée par extrusion, on emploie notamment une extrudeuse mono-vis ou, de préférence, une extrudeuse double-vis (ou bi-vis). L'utilisation d'un malaxeur double-vis ou d'une extrudeuse, en particulier d'une extrudeuse double-vis, permet de bien répartir l'énergie à fournir. Le délitage mis en œuvre est plus homogène qu'un délitage traditionnel. Chaque portion de gâteau entrant dans le malaxeur ou l'extrudeuse reçoit sensiblement la même énergie.
Dans le cadre du procédé de l'invention, le(s) réactif(s) chimique(s) utilisé(s) dans le traitement chimique généralement couplé à l'action mécanique particulière de l'étape de délitage, notamment un composé de l'aluminium tel que l'aluminate de sodium et/ou un acide, est (sont) introduit(s) en ligne.
De manière avantageuse, l'utilisation d'un malaxeur double-vis ou d'une extrudeuse, notamment une extrudeuse double-vis, permet de garantir un temps de séjour identique pour tous les gâteaux soumis à l'étape de délitage, contrairement aux techniques traditionnelles de délitage.
De manière préférée, l'utilisation d'un malaxeur double-vis ou d'une extrudeuse, notamment d'une extrudeuse double-vis, peut permettre également de diminuer le temps de séjour du gâteau dans le dispositif employé pour le délitage (en l'occurrence ledit malaxeur ou ladite extrudeuse), par rapport aux temps de séjour du gâteau dans les dispositifs utilisés classiquement lors du délitage (qui sont généralement d'au moins environ 20 minutes dans une étape de délitage en bac agité en continu par exemple).
En général, dans le cadre du procédé selon la présente invention, le temps de séjour du gâteau dans le malaxeur double-vis ou dans l'extrudeuse est inférieur à 10 minutes, de manière avantageuse compris entre 20 secondes et 5 minutes.
Ce temps de séjour peut être de 1 minute. Il peut être même d'au plus 1 minute, notamment compris entre 20 et 60 secondes, par exemple compris entre 20 et 45 secondes.
Lorsque l'étape de délitage du procédé selon l'invention est effectuée par malaxage double-vis ou par extrusion double-vis, le malaxeur double-vis ou l'extrudeuse double-vis correspondants peuvent comprendre différentes zones d'alimentation et plusieurs zones de cisaillement. Par exemple, le malaxeur double- vis ou l'extrudeuse double-vis correspondants utilisés peuvent comprendre une première zone correspondant à la zone d'alimentation du gâteau, une deuxième zone correspondant à la zone d'introduction d'un ou des agents chimiques de délitage (notamment aluminate), éventuellement une troisième zone correspondant à la zone d'introduction d'un agent chimique de délitage. Ce malaxeur bi-vis ou cette extrudeuse bi-vis peuvent également comprendre deux zones de cisaillement distinctes en aval des zones d'alimentation et d'introduction mentionnées ci-dessus. Selon un mode de réalisation du procédé de l'invention, l'étape de délitage est réalisée à une température comprise entre 15 et 120 °C. Elle peut être effectuée à une température comprise entre 15 et 80 'Ό, de préférence comprise entre 40 et 70 °C. Elle peut être également mise en œuvre à une température comprise entre 50 et 120 °C, en particulier entre 60 et 100 °C, notamment par ajout de vapeur d'eau.
En général, dans le cadre du procédé de l'invention, le produit (gâteau) soumis à l'étape de délitage par malaxage au moyen d'un malaxeur double-vis ou par extrusion, notamment par extrusion double-vis, peut présenter un taux de matières sèches (ou siccité ou teneur en extrait sec) d'au moins 15 % en poids notamment d'au moins 18 % en poids, en particulier compris entre 18 et 40 %, par exemple compris entre 20 et 35 % en poids.
Un des avantages du procédé selon l'invention est qu'il permet de traiter par délitage des produits (gâteaux) présentant un taux très élevé de matières sèches, en particulier d'au moins 25 % en poids, en particulier compris entre 25 et 40 %, par exemple compris entre 25 et 35 % en poids, notamment sans dégradation des propriétés de la silice précipitée finale, telles que la dispersibilité dans les élastomères.
Ainsi, dans une variante très préférée du procédé selon l'invention, celui-ci comprend une étape de compactage à pression plutôt élevée entre l'étape de séparation et l'étape de délitage telle que décrite dans l'exposé ci-dessus, permettant, en général, l'obtention d'un produit (gâteau) présentant un taux très élevé de matières sèches tel que ceux indiqués ci-dessus.
Cette étape de compactage permet d'enlever une importante quantité d'eau du gâteau obtenu à l'issue des étapes de précipitation et de séparation.
Une telle opération permet alors d'augmenter la teneur en matières sèches du produit avant les étapes de délitage et de séchage. Le produit qui est ensuite soumis au séchage contient moins d'eau, ce qui entraîne donc un gain d'énergie pour l'étape subséquente de séchage.
Plus on compacte le gâteau de filtration, plus on enlève de l'eau et donc on augmente la teneur en matières sèches dudit gâteau.
Elle peut ainsi être mise en œuvre par des techniques connues de l'homme du métier. Elle est avantageusement effectuée sur un filtre équipé d'un moyen de compactage, la pression de compactage étant relativement élevée. Elle peut être réalisée en fin de filtration, après ou vers la fin d'une éventuelle étape de lavage, par exemple sur un filtre-presse par gonflement des membranes des plateaux membranés.
Dans cette variante très préférée du procédé selon l'invention, l'étape de compactage est mise en œuvre à une pression supérieure à 10 bars, de préférence à une pression d'au moins 20 bars.
Selon un mode de réalisation de cette variante, l'étape de compactage est effectuée à une pression supérieure à 10 bars et inférieure à 60 bars, de préférence comprise entre 15 et 45 bars, en particulier entre 20 et 45 bars, notamment entre 20 et 35 bars. Cette étape peut être effectuée à une pression de compactage comprise entre 20 et 30 bars. Par exemple, la pression peut être d'environ 25 bars.
Il est généralement préférable d'effectuer cette étape de compactage à une pression d'au plus 45 bars, en particulier d'au plus 35 bars. En effet, à des pressions trop élevées, le gâteau de filtration peut être dégradé et donc ne pas conduire à des particules de silice précipitée de qualité satisfaisante.
L'étape de compactage peut éventuellement être effectuée sur le même filtre que celui employé lors de l'étape de filtration. L'étape de filtration, l'éventuelle étape de lavage et l'étape de compactage peuvent dans certains cas consister en une seule étape de séparation comprenant une filtration, un éventuel lavage (à l'eau par exemple) et un fort compactage final sur un filtre équipé d'un moyen de compactage, comme un filtre-presse.
En général, la durée de l'étape de compactage, à la pression indiquée, dans cette variante très préférée du procédé de l'invention est d'au moins 200 secondes, de préférence comprise entre 300 et 600 secondes.
De manière avantageuse, le produit obtenu à l'issue de l'étape de compactage présente un taux de matières sèches d'au moins 28 % en poids, en particulier compris entre 28 et 35 % en poids, par exemple entre 28 et 32 % en poids. Ce taux de matières sèches peut être d'au moins 29 %, notamment d'au moins 30 %, en poids, et en particulier compris entre 29 et 35 % en poids, par exemple entre 29 et 32 % en poids.
Le procédé selon l'invention concerne un procédé de synthèse de silice de précipitation, c'est-à-dire que l'on met d'abord en œuvre une étape de précipitation dans laquelle on fait réagir au moins un agent acidifiant avec au moins un silicate, sans limitation à un type particulier de silice de précipitation.
Le procédé selon l'invention peut être mis en œuvre notamment pour la préparation de silices précipitées telles qu'obtenues selon les procédés décrits par exemple dans les demandes EP 0 520 862, EP 0 670 813, EP 0 670 814, EP 0 917 519, WO 95/09127, WO 95/09128, WO 98/54090, WO 03/016215, WO 2009/1 12458 ou WO 2012/010712.
La réaction de précipitation par réaction d'un silicate avec un agent acidifiant peut s'effectuer dans le procédé selon la présente invention selon tout mode de préparation, notamment par addition d'un agent acidifiant sur un pied de cuve de silicate, ou bien par addition simultanée, totale ou partielle, d'agent acidifiant et de silicate sur un pied de cuve d'eau, ou de silicate ou d'agent acidifiant.
Le choix de l'agent acidifiant et du silicate se fait d'une manière bien connue en soi. On utilise généralement comme agent acidifiant un acide minéral fort tel que l'acide sulfurique, l'acide nitrique ou l'acide chlorhydrique ou encore un acide organique tel que l'acide acétique, l'acide formique, l'acide carbonique.
On obtient, à l'issue de l'étape de précipitation une suspension (ou bouillie) S1 de silice précipitée, à laquelle on peut éventuellement ajouter différents additifs, qui est ensuite séparée.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, l'étape de séparation mentionnée ci-dessus consiste en une étape de séparation solide-liquide. De préférence, elle consiste en une étape de filtration à l'issue de laquelle on obtient un gâteau de filtration, le cas échéant suivie d'une étape de lavage dudit gâteau.
La filtration peut se faire selon toute méthode convenable, par exemple à l'aide d'un filtre-presse ou un filtre à bande ou un filtre rotatif sous vide.
Le produit (gâteau) obtenu est ensuite soumis à l'étape de délitage telle que décrite ci-dessus.
Dans la variante très préférée du procédé selon l'invention, celui-ci comprend une étape de compactage à pression plutôt élevée, telle qu'exposée ci-dessus, entre l'étape de séparation et cette étape de délitage.
Selon un mode de mise en oeuvre, le procédé de l'invention peut comprendre une étape d'émottage entre l'étape de séparation et l'étape de délitage ; dans le cadre de la variante très préférée du procédé selon l'invention, cette éventuelle étape d'émottage est effectuée entre l'étape de compactage et l'étape de délitage.
Cette étape facultative consiste à émietter le gâteau issu de l'étape de séparation, ou, dans le cadre de la variante très préférée du procédé selon l'invention, le produit (gâteau) issu de l'étape de compactage, et permet de diminuer la granulométrie dudit gâteau. Par exemple, cette étape peut être mise en oeuvre avec un Nibleur de Gericke, dans lequel le gâteau est forcé au travers d'une grille de diamètre inférieur à 20 mm, de préférence de taille comprise entre 2 et 14 mm. Cette étape d'émottage peut aussi être effectuée par des outils de Wyssmont tels que le "Rotocage Lumpbreaker" , le "double Rotocage Lumpbreaker" ou le " Triskelion Lumpbreaker".
La suspension de silice précipitée S2 obtenue à l'issue de l'étape de délitage est ensuite séchée.
Ce séchage peut se faire selon tout moyen connu en soi.
Selon un mode de réalisation préféré du procédé de l'invention, le séchage est effectué par atomisation.
A cet effet, on peut utiliser tout type d'atomiseur convenable, notamment un atomiseur à turbines, de préférence un atomiseur à buses, à pression liquide ou à deux fluides.
Lorsque le séchage est effectué au moyen d'un atomiseur à buses, la silice précipitée susceptible d'être alors obtenue par le procédé selon l'invention se présente avantageusement sous forme de billes sensiblement sphériques (microperles), de préférence d'une taille moyenne d'au moins 80 μηι.
A l'issue de ce séchage, on peut éventuellement procéder à une étape de broyage sur le produit récupéré ; la silice précipitée alors obtenue se présente généralement sous forme d'une poudre, de préférence de taille moyenne comprise entre 5 et 70 μηι.
Lorsque le séchage est effectué au moyen d'un atomiseur à turbines, la silice précipitée susceptible d'être alors obtenue peut se présenter sous la forme d'une poudre, par exemple de taille moyenne comprise entre 5 et 70 μηι.
De même, le produit séché, notamment lorsqu'il se présente sous forme de poudre, ou broyé peut éventuellement être soumis à une étape d'agglomération, qui consiste par exemple en une compression directe, une granulation voie humide (c'est-à-dire avec utilisation d'un liant tel que eau, suspension de silice...), une extrusion ou, de préférence, un compactage à sec. Lorsque l'on met en œuvre cette dernière technique, il peut s'avérer opportun, avant de procéder au compactage, de désaérer (opération appelée également pré-densification ou dégazage) les produits pulvérulents de manière à éliminer l'air inclus dans ceux-ci et assurer un compactage plus régulier.
La silice précipitée susceptible d'être obtenue à l'issue de cette étape d'agglomération se présente généralement sous forme de granulés, en particulier de taille d'au moins 1 mm, en particulier comprise entre 1 et 10 mm, notamment selon l'axe de leur plus grande dimension.
Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée. EXEMPLES
Exemple 1 (selon l'invention)
La suspension de silice précipitée utilisée (S1 ) est un slurry (bouillie) de silice Z1 165MP issu d'une réaction de précipitation, présentant les caractéristiques suivantes :
Température : 60 °C
pH : 4,4 - 5,2
Humidité : 90 %
Une partie de la suspension de silice S1 est filtrée et lavée sur un filtre- presse, puis est soumise à un compactage à une pression de 8 bars. Le gâteau de silice G1 qui en résulte présente un extrait sec de 23,5 %.
L'autre partie de la suspension de silice S1 est filtrée et lavée sur un filtre- presse, puis est soumise à un compactage à une pression de 25 bars. Le gâteau de silice G2 qui en résulte présente un extrait sec de 29 %.
Le gâteau G1 est émotté par un passage dans un Nibleur (Gericke) équipé d'une grille de 8 mm.
Le gâteau de silice émotté est ensuite introduit par une vis doseuse à 5 kg/h dans une extrudeuse bi-vis Clextral BC21 en rotation à 250 tours/min. De l'aluminate de sodium est introduit par un piquage au niveau de l'extrudeuse après la zone d'alimentation (à 10 cm de l'entrée) de telle sorte que le débit d'aluminate de sodium soit de 0,33 ml/min.
Le produit sortant de l'extrudeuse est récupéré dans un bac dans lequel le pH est régulé à 6 par ajout d'acide sulfurique.
Le slurry obtenu est ensuite séché par atomisation pour donner une silice précipitée sous forme de poudre P1 .
Le gâteau G2 est émotté par un passage dans un Nibleur (Gericke) équipé d'une grille de 8 mm.
Le gâteau de silice émotté est ensuite introduit par une vis doseuse à 5 kg/h dans une extrudeuse bi-vis Clextral BC21 en rotation à 250 tours/min. De l'aluminate de sodium est introduit par un piquage au niveau de l'extrudeuse après la zone d'alimentation (à 10 cm de l'entrée) de telle sorte que le débit d'aluminate de sodium soit de 0,4 ml/min.
Le produit sortant de l'extrudeuse est récupéré dans un bac dans lequel le pH est régulé à 6 par ajout d'acide sulfurique.
Le slurry obtenu est ensuite séché par atomisation pour donner une silice précipitée sous forme de poudre P2.
On constate, dans le cas du slurry obtenu à partir du gâteau G2, un gain en consommation énergétique de 25 % et un gain de productivité associé de 33 % par rapport au séchage du slurry issu du gâteau G1 .
Le procédé de l'invention permet donc d'obtenir des résultats très satisfaisants également pour des gâteaux à extrait sec élevé.
Exemple 2 (selon l'invention)
La suspension de silice précipitée utilisée (S1 ) est un slurry (bouillie) de silice Z1 165MP issu d'une réaction de précipitation, qui présentant les caractéristiques suivantes :
Température : 60 'Ό
pH : 4,4 - 5,2
Humidité : 90 %
Une partie de la suspension de silice S1 est filtrée et lavée sur un filtre-presse, puis est soumise à un compactage à une pression de 8 bars. Le gâteau de silice G1 qui en résulte présente un extrait sec de 23,5 %.
L'autre partie de la suspension de silice S1 est filtrée et lavée sur un filtre- presse, puis est soumise à un compactage à une pression de 25 bars. Le gâteau de silice G2 qui en résulte présente un extrait sec de 29 %.
Une partie du gâteau de silice G1 est émottée par un passage dans un Nibleur (Gericke) équipé d'une grille de 8 mm.
Le gâteau de silice émotté est ensuite introduit par une vis doseuse à 76 kg/h (correspondant à un débit spécifique de gâteau, c'est-à-dire à un débit ramené au volume utile du malaxeur de 97,4 kg/h/L) dans un malaxeur double-vis UCP 2"*17" (RPA process) en rotation à 105 tours/min. De l'aluminate de sodium est introduit par un piquage au niveau du malaxeur après la zone d'alimentation de telle sorte que le débit d'aluminate de sodium soit de 4,65 ml/min.
Le produit malaxé est récupéré dans un bac dans lequel le pH est régulé à 6,2 par ajout d'acide sulfurique.
Le slurry obtenu est ensuite séché par atomisation afin d'obtenir une silice précipitée sous forme de microperles MP1 .
Le gâteau de silice G2 est émotté par un passage dans un Nibleur (Gericke) équipé d'une grille de 8 mm.
Le gâteau de silice émotté est ensuite introduit par une vis doseuse à 127 kg/h dans un malaxeur double-vis UCP 2"*17" (RPA process) en rotation à 155 tours/min. De l'aluminate de sodium est introduit par un piquage au niveau du malaxeur après la zone d'alimentation de telle sorte que le débit d'aluminate de sodium soit de 9,80 ml/min.
Le produit malaxé est récupéré dans un bac dans lequel le pH est régulé à 6,2 par ajout d'acide sulfurique.
Le slurry obtenu est ensuite séché par atomisation afin d'obtenir une silice précipitée sous forme de microperles MP2.
On constate, dans le cas du slurry obtenu à partir du gâteau G2, un gain en consommation énergétique de 25 % et un gain de productivité associé de 33 % par rapport au séchage du slurry issu du gâteau G1 .
Le procédé de l'invention permet donc d'obtenir des résultats très satisfaisants également pour des gâteaux à extrait sec élevé.
Exemple 3
Une partie du gâteau de silice G1 obtenu dans l'exemple 2 est introduite dans un bac agité continu en une heure à un débit spécifique de gâteau, c'est-à-dire à un débit ramené au volume utile dudit bac de 1 ,78 kg/h/L, soit un débit nettement inférieur à celui de l'exemple 2 pour le gâteau G1 , de l'aluminate de sodium étant également introduit à un débit de 14,75 g/min dans ledit bac agité.
Le produit obtenu est récupéré dans un bac dans lequel le pH est régulé à 6,7 par ajout d'acide sulfurique. Le slurry obtenu est ensuite séché par atomisation afin d'obtenir une silice précipitée sous forme de microperles MP3.
On constate que la silice MP1 obtenue dans l'exemple 2 présente des caractéristiques proches de celles de la silice MP3, en particulier une dispersibilité similaire.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de préparation de silice précipitée comprenant la réaction d'un silicate avec un agent acidifiant pour obtenir une suspension de silice précipitée (S1 ), suivie d'une étape de séparation pour obtenir un gâteau, d'une étape de délitage dudit gâteau pour obtenir une suspension de silice précipitée (S2) et d'une étape de séchage de cette suspension, procédé dans lequel l'étape de délitage est effectuée par malaxage au moyen d'un malaxeur double-vis ou par extrusion.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel l'étape de délitage est effectuée dans un malaxeur double-vis.
3. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel l'étape de délitage est effectuée dans une extrudeuse, notamment dans une extrudeuse mono-vis ou double-vis.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel l'étape de délitage est effectuée dans une extrudeuse double-vis.
5. Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel le temps de séjour du gâteau dans le malaxeur ou dans l'extrudeuse est inférieur à 10 minutes, en particulier compris entre 20 secondes et 5 minutes.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel l'étape de délitage est effectuée en présence d'un composé de l'aluminium tel que l'aluminate de sodium, et/ou d'un acide.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le produit soumis à l'étape de délitage présente un taux de matières sèches d'au moins 15 % en poids, notamment d'au moins 18 % en poids, en particulier compris entre 18 et 40 %, par exemple compris entre 20 et 35 % en poids.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel une étape de compactage à une pression supérieure à 10 bars est effectuée entre l'étape de séparation et l'étape de délitage.
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel l'étape de compactage est effectuée à une pression supérieure à 10 bars et inférieure à 60 bars, de préférence comprise entre 15 et 45 bars.
10. Procédé selon l'une des revendications 8 et 9, dans lequel l'étape de compactage est effectuée à une pression d'au moins 20 bars, de préférence comprise entre 20 et 35 bars.
11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel une étape d'émottage est effectuée entre l'étape de séparation ou l'éventuelle étape de compactage, et l'étape de délitage.
12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 1 1 , dans lequel l'étape de séparation consiste en une étape de filtration, le cas échéant suivie d'une étape de lavage.
13. Procédé selon la revendication 9 dans lequel l'étape de filtration est réalisée au moyen d'un filtre sous vide ou d'un filtre-presse.
14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, dans lequel l'étape de séchage est effectuée par atomisation, en particulier au moyen d'un atomiseur à buses.
15. Procédé selon l'une des revendications 1 à 14, dans lequel le produit issu de l'étape de séchage est soumis à une étape de broyage.
16. Procédé selon l'une des revendications 1 à 15, dans lequel le produit issu de l'étape de séchage ou issu de l'éventuelle étape de broyage est soumis à une étape d'agglomération.
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