Патент на изобретение №2181692
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКОГО СТЕКЛА
(57) Реферат: Изобретение относится к технологии получения жидкого стекла для производства строительных материалов. Сущность изобретения заключается в приготовлении суспензии в растворе гидроксида натрия из кремнеземсодержащего аморфного материала – микрокремнезема – отхода производства кристаллического кремния с размером частиц (0,01-10)  10-6 м при соотношении твердой и жидкой фаз в суспензии Т:Ж = 1:(1,9-5,65) с последующей гидротермальной обработкой суспензии при атмосферном давлении и температуре 75-80oС в течение 9-63 мин. Технический результат – получение качественного однородного продукта, обладающего достаточно высокой вязкостью, хорошими клейкими и вяжущими свойствами, из микрокремнезема со сравнительно широким диапазоном значений размера его частиц. 1 табл.
Изобретение относится к технологии получения жидкого стекла для производства строительных материалов. Известен способ получения жидкого стекла, заключающийся в сплавлении щелочесодержащих компонентов (кальцинированная сода, поташ, сульфат натрия) и молотого кварцевого песка в силикат – глыбу при температуре 1300-1400oС и дальнейшего ее растворения в автоклавах при температуре 150-175oС и давлении 0,4-0,8 МПа в течение 4-6 час [А.с. СССР 272273, кл. C 01 В 33/32, 1970]. Недостатком этого способа являются трудоемкость процесса, необходимость сложного технологического оборудования и большого расхода энергии. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ получения жидкого стекла, включающий приготовление суспензии из микрокремнезема – отхода производства кристаллического кремния с размером частиц (0,1-100) )10-6 м в растворе гидроксида натрия при соотношении Т:Ж = 1: (2,0-5,32) с последующей гидротермальной обработкой суспензии при атмосферном давлении и температуре 70-75oС в течение 8-60 мин (RU 2129986, опубл. 10.05.1999 г., кл. C 01 В 33/32).
Недостатком способа является невозможность получения качественного однородного продукта (обладающего достаточно высокой вязкостью, хорошими клеящими и вяжущими свойствами) из сырья с более широким диапазоном размера частиц (более крупных), а следовательно, известный способ позволяет утилизировать такой многотоннажный отход, как микрокремнезем, лишь частично.
Задачами, решаемыми предлагаемым изобретением, являются расширение диапазона размера частиц используемого микрокремнезема, улучшение качества жидкого стекла (увеличение вязкости, улучшение клейкости и вяжущих свойств).
Технический результат – получение качественного однородного продукта, обладающего достаточно высокой вязкостью, хорошими клейкими и вяжущими свойствами, из микрокремнезема со сравнительно широким диапазоном значений размера его частиц (более крупных).
Указанный технический результат достигается тем, что приготовление суспензии осуществляют из кремнеземсодержащего аморфного материала – микрокремнезема – отхода производства кристаллического кремния с размером частиц (0,01-10)10-6 м в растворе гидроксида натрия при соотношении твердой и жидкой фаз в суспензии Т:Ж = 1:(1,9-5,65), а гидротермальную обработку суспензии проводят при атмосферном давлении и температуре 75-80oС в течение 9-63 мин.
Способ состоит в следующем.
Отдозированные в заданных количествах исходные материалы: микрокремнезем, вода, известной концентрации раствор гидроксида натрия загружают н мешалку с механическим перемешиванием и глухим паропроводом. Химический состав микрокремнезема и концентрация Na2O в растворе остаются прежними, как и в прототипе: 83-93 мас.% SiO2 и 6-16 мас.% углеродистых примесей (графит (С) и карборунд (SiC)); 95-100 кг/м3 соответственно. Соотношение твердой и жидкой фаз составляет 1:(1,9-5,65). При постоянном перемешивании содержимое мешалки нагревают до температуры 75-80oС. После этого подачу тепла отключают, а температура поднимается до 95-98oС. Варится жидкое стекло при атмосферном давлении 9-63 мин.
Температурный и временной режим процесса получения жидкого стекла обусловлен:1. Дисперсным состоянием микрокремнезема. Микрокремнезем – отход производства кристаллического кремния на Братском алюминиевом заводе. Удаляется микрокремнезем из газов, отходящих от руднотермической печи выплавки кристаллического кремния, перед выбросом их в атмосферу. Для этой цели используют газоочистное сооружение, которое условно можно разделить на несколько узлов: 1) Узел предварительной очистки газов. Здесь улавливаются крупные частицы и щепа. Узел включает в себя прямоточные циклоны. 2) Узел кондиционирования и охлаждения. Здесь происходит увлажнение газов мелкораспыленной водой. Узел включает в себя: скрубберы полного испарения, насосы, механические фильтры. 3) Узел пылеулавливания. Состоит из горизонтальных четырехпольных электрофильтров и системы пылеулавливания. Для получения жидкого стекла по предлагаемому способу используется микрокремнезем, осевший в предпоследнем (третьем) и последнем (четвертом) по ходу движения газов поле. Диапазон значений размера частиц такого микрокремнезема сравнительно широк и составляет (0,01-10) 10-6 м. При температуре 70oС растворение микрокремнезема с указанным размером частиц только начинается (растворяются наиболее мелкие частицы). Полное же его растворение происходит при температуре, близкой к 80oС (растворение более крупных частиц). Принятое время и температура процесса позволяют получать из микрокремнезема с размером частиц (0,01-10)10-6 м качественное однородное жидкое стекло, обладающее достаточно высокой вязкостью и хорошими клеящими и вяжущими свойствами, а использование микрокремнезема третьего и четвертого полей позволяет почти на половину (всего 4 поля) утилизировать многотоннажный отход промышленности.
2. Наличием в микрокремнеземе значительного количества углеродистых примесей – графита (С) и карборунда (SiC), обладающих высокой теплопроводностью, за счет чего равномерно распределенные в объеме микрокремнезема мельчайшие частицы С и SiC способствуют интенсификации процесса образования жидкого стекла.
Предлагаемый способ иллюстрируется следующим примером.
В качестве кремнеземсодержащего компонента используют микрокремнезем, состоящий из частиц размером (0,01-10)10-6 м. В заданных соотношениях готовят суспензию из 190 г микрокремнезема, что исходя из химического состава составляет 164 г двуокиси кремния, 380 г гидроксида натрия, что соответствует 164 г Na2О, 1340 г воды. Соотношение твердой и жидкой фаз в суспензии равно 4,74. Все сырьевые компоненты: микрокремнезем, гидроксид натрия и воду дозируют одновременно при непрерывном перемешивании. При атмосферном давлении и постоянном перемешивании суспензию нагревают до 75-80oС. При этой температуре начинает происходить растворение частичек SiО2 в NaOH, что сопровождается повышением температуры до 95-98oС. Такой режим в мешалке поддерживают до тех пор, пока суспензия не станет прозрачной, а на ее поверхности не появится тонкая пленочка (свидетельство полного растворения двуокиси кремния с образованием жидкого стекла). Продолжительность этого процесса 63 мин. Полученное жидкое стекло не очищают. Плотность готового продукта p= 1,24 г/см3, силикатный модуль n=1.
Аналогичным образом приготовлены еще 8 составов жидкого стекла.
В таблице приведены параметры получения жидкого стекла по предлагаемому способу, а также основные показатели, характеризующие свойства полученного жидкого стекла.
Данные таблицы показывают, что продолжительность гидротермальной обработки суспензии составляет 9-63 мин, а температура технологического процесса получения жидкого стекла 75-80oС.
Предлагаемый способ отличается от известного, прежде всего, тем, что позволяет использовать микрокремнезем сразу двух полей со сравнительно широким диапазоном размера частиц (0,01-10)10-6 м. Установлено, что при использовании микрокремнезема с указанным размером частиц только при температуре 75-80oС и в течение 9-63 мин достигается необходимый результат (получение вязкого жидкого стекла с хорошими вяжущими и клеящими свойствами). Растворение микрокремнезема с указанным размером частиц при температуре 75oС только начинается. Полное же его растворение происходит при температуре, близкой к 80oС. В известном способе (за счет более мелких частиц) растворение микрокремнезема начинается при температуре 70oС, а заканчивается при температуре около 75oС. При использовании микрокремнезема с размером частиц, указанным в предлагаемом способе, получение жидкого стекла по технологическим параметрам, приводимым в известном способе, невозможно. Более крупные частицы микрокремнезема ((0,01-10)10-6 м) по предлагаемому способу по сравнению с известным ((0,01-0,1)10-6 м) не могут раствориться при более низкой Т= 70-75oС (против Т=75-80oС) и за более короткий срок – 8-60 мин (против 9-63 мин). В результате этого получается продукт (даже при необходимых значениях силикатного модуля и плотности), характеризующийся незначительной вязкостью, недостаточной клейкостью и плохими вяжущими свойствами, а также появлением нерастворимого осадка. Отсутствие же осадка в жидком стекле за счет полного растворения частиц микрокремнезема позволяет полностью использовать дефицитный и дорогостоящий гидроксид натрия, не допуская его перерасхода. И наконец, применение микрокремнезема двух (из четырех) полей способствует более полному (в сравнении с прототипом) использованию многотоннажного промышленного отхода, что позволяет организовать безотходное производство и тем самым способствует решению экологических проблем.
Формула изобретения
10-6 м при соотношении твердой и жидкой фаз в суспензии Т: Ж = 1: (1,9-5,65), а гидротермальную обработку суспензии проводят при атмосферном давлении и температуре 75-80oС в течение 9-63 мин.
РИСУНКИ
MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 16.12.2001
Номер и год публикации бюллетеня: 19-2003
Извещение опубликовано: 10.07.2003
|
||||||||||||||||||||||||||
