Способ получения жидкого стекла

 

Использование в литейном производстве в качестве связующего формовочных смесей для изготовления литейных стержней и форм. Сущность изобретения: жидкое стекло получают в автоклаве из кремнеземсодержащего сырья - диатомита и щелочи с частичной или полной заменой силикат-глыбы, при этом содержание диатомита в шихте изменяется в пределах от 10 до 100 мас.%. 6 з. п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится преимущественно к литейному производству, в котором жидкое стекло применяется в качестве связующего в составах формовочных смесей. Получаемое по предлагаемому способу жидкое стекло может использоваться также в химической, строительной, бумажной промышленности, а также в покрытиях электродов для сварки и других целей.

Наиболее близким к настоящему изобретению по достигаемому результату является способ получения жидкого стекла по авторскому свидетельству N 823284(21), кл. C 01 B 33/32, 1981. Согласно этому изобретению для получения жидкого стекла вместо силикат-глыбы используют кремнезем содержащий материал-диатомит и гидроокись натрия концентрацией 2 8 диатомит предварительно подвергают прокалке при 550-700 ^oC в течение 5 7 ч.

Недостатками этого способа являются необходимость длительной прокалки диатомита и использование низкой концентрации гидроокси натрия, удлиняющий процесс варки.

Задачей настоящего изобретения является снижение энергозатрат на его получение, сокращение процесса варки жидкого стекла и снижение стоимости готового продукта.

Для достижения поставленной задачи в качестве кремнеземсодержащего сырья применяется диатомит, смешиваемый с силикат-глыбой в различных соотношениях, включая и полную замену силикат-глыбы диатомитом. Для растворения диатомита в автоклав дополнительно вводится раствор едкого натра 30 50-ной концентрации. Количество вводимого едкого натра определяется молярным отношением едкого натра (в пересчете на сухое вещество) к диатомиту, изменяющимся в пределах 1 (2,0 3,16) в зависимости от конечного модуля готового жидкого стекла. Смесь диатомита и измельченной силикат-глыбы или один диатомит предварительно повергаются механической обработке в автоклаве (если автоклав вращающийся) или в другом агрегате, например, в шаровой мельнице (если автоклав стационарный) для диспергирования, механоактивации и галогенизации шихты.

С целью ускорения процесса диспергирования и механоактивации при предварительной подготовке шихты в агрегат могут помещаться керамические или металлические шары. В процессе предварительной механической обработки шихты, происходит измельчение крупных частиц, удаление инертных пленок с твердых частиц, вскрытие свежих, активных, высокореакционных поверхностей шихты, ускоряющих химическое взаимодействие между диатомитом и щелочью и ускоряющих тем самым процесс растворения диатомита и силикат-глыбы одновременно.

В процессе гомогенизации в автоклав или другой агрегат где проводится смешивание, могут вводиться поверхностно активные вещества (ПАВ) в количестве 0,05 1 от массы шихты, ускоряющих процесс измельчения диатомита и частично силикат-глыбы, улучшающих и стабилизирующих свойства жидкого стекла. Количество вводимого в шихту ПАВ зависит от вида применяемого ПАВ, плотности и содержания диатомита, его удельной поверхности. Продолжительность предварительной обработки диатомита составляет 7 10 мин, а без введения ПАВ 12 15 мин. Нижний предел содержания ПАВ (0,05) соответствует низкому содержанию диатомита в составе шихты (10), верхний предел (1) соответствует максимальному содержанию диатомит (100).

В качестве ПАВ могут использоваться вещества, выбираемые преимущественно из числа натриевых солей арилсульфокислот, моно-, ди- и трибутилнафталисульфонатов, алкилбензолсульфонатов содержащих в молекуле положительно заряженную группу SO₃Na и адсорбирующуюся на поверхности отрицательно заряженных частиц SiO₂, их которых в основном состоит диатомит и который присутствует в молекулах силикат-глыбы.

К числу наиболее распространенных и доступных ПАВ, содержащих полярные группы SO₃Na относятся: 1) ДС-РАС, представляющий собой водный раствор натриевых солей арилсульфокислот. Его структурная формула 2) Сульфонол алкилбензолсульфонат натрия 3) Некаль-водный раствор натриевых солей моно-, ди- и трибутилнафталинсульфокислот и др.

К этой же категории ПАВ относятся и техническое лигносульфонаты, в молекуле которых присутствуют катионы N_a, Ca, Md, NH₄. Поверхностно-активные вещества, адсорбируясь на поверхности твердых частиц, принимают поверхностную энергию твердого тела, способствуют диспергированию твердой фазы шихты. При адсорбции ПАВ твердые частицы разобщаются, доступ к ним гидроокиси натрия облегчается и процесс растворения диатомита и силикат-глыбы ускоряется.

Диатомит представляет собой дисперсную пористую кремнеземсодержащую породу переменного химического состава с разнородным размером частиц, находящихся в пределах от 0,1 до 5 мм, причем частиц размером от 1 до 5 мм содержится до 20 Месторождения диатомита: Инзенское, Забалуйское, Велико-Бурмукское, Кисатибское и др. Средний химический состав диатомита следующий, мас. SiO₂ 73 90; Al₂O₃ 3,0 7,0; FeO + Fe₂O₃ 1,9 - 5,2; CaO 0,47 1,15; MdO 0,6 1,7; SO₃ 0,05 1,0; п.п.п. 2,7 6,9. Химический состав диатомита различных месторождений изменяется незначительно. Для приготовления жидкого стекла может применяться диатомит различных месторождений. Нами использовался диатомит преимущественно Инзенского диатомового комбината. Поставляется он по ТУ 36-132-83. В соответствии с этими ТУ химический состав диатомита следующий, мас. SiO₂ 82,0 84,6; Al₂O₃ 3,16 6,26; FeO + Fe₂O₃ 1,9 4,18; CaO 0,48 - 1,14; MO 0,6 1,71; K₂O 0,96 1,1; SO₃ 0,3 1,02. Диатомит может поставляться в виде диатомитовой крошки, сухой, затаренный в мешки и карьерный дробленый сырой. Влажность сырого карьерного диатомита может колебаться в пределах от 15 20 до 50 Использование диатомита вместе с силикат-глыбой в присутствии едкого натрия или калия ускоряет процесс варки жидкого стекла и снижает его стоимость. При варке жидкого стекла из одного диатомита (без силикат-глыбы) или введении диатомита по отношению к силикат-глыбе больше 50 содержание регламентированных ГОСТом окислов алюминия, железа и кальция может превысить допустимое, однако это практически не оказывает влияния на качество получаемого жидкого стекла.

Одним из отличительных признаков получения жидкого стекла с использованием диатомита по предлагаемому нами способу является отказ от предварительного прокаливания диатомита (по сравнению с прототипом) и устранение предварительной сушки диатомита, его размола и просеивания (по сравнению с публикацией).

Режим варки жидкого стекла с применением диатомита в автоклаве: температура 80 95^oC; концентрация едкого натрия 30 50 при рабочем давлении в автоклаве 2 6 атм, в то время как концентрация едкого натрия по прототипу 2 8 а по публикации 22 24 Основные отличительные признаки настоящего изображения по сравнению с прототипом и публикацией в журнале "литейное производство" N 12 за 1987 г сведены в табл. 1.

Диатомит легко растворяется в едком натрии, ускоряя тем самым процесс варки жидкого стекла.

В табл. 2 приведены данные по продолжительности варки жидкого стекла в автоклаве в зависимости от содержания в шихте диатомита.

Содержание диатомита в составе шихты с силикат-глыбой может колебаться от 10 до 100 Введение диатомита в шихту менее 10 не целесообразно, так как не оказывает заметного влияния на процесс варки жидкого стекла.

Ограничением верхнего предела количества диатомита в шихте может послужить лишь строгая регламентация в соответствии с действующим ГОСТом содержания в жидком стекле таких примесей как суммарное содержание оксидов алюминия и железа, а также оксида кальция, которые присутствуют в диатомите в повышенных количествах. Однако, даже повышенное содержание этих примесей в жидком стекле (по сравнению с ГОСТом) не оказывает существенного влияния на его связующие свойства.

Положительный эффект влияния ПАВ на приготовление и качество жидкого стекла по предлагаемому способу состоит не только в диспергирующем действии (см. выше), но и стабилизации готового жидкого стекла, предохраняя его от расслоения при последующем хранении.

Если стекло, приготовленное по данному способу без введения в шихту ПАВ начинает расслаиваться через 6 8 ч после приготовления, то при введении ПАВ жидкое стекло может храниться несколько суток без расслаивания.

Формула изобретения

1. Способ получения жидкого стекла из кремнеземсодержащего сырья и раствора едкого натра, включающий их взаимодействие при нагревании, отличающийся тем, что в качестве кремнеземсодержащего сырья используют измельченный диатомит или его предварительно гомогенизированную смесь с измельченной силикат-глыбой, содержащей не менее 10 мас. диатомита, раствор едкого натра берут 30-50% -ной концентрации и взаимодействие осуществляют в автоклаве при 2-6 атм и 80-95^oС.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что мольное соотношение едкого натра в пересчете на сухое вещество к диатомиту составляет 1:(2,0-3,16) соответственно.

3. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что измельчение диатомита или гомогенизацию смеси проводят в присутствии поверхностно-активного вещества анионного типа, молекулы которого содержат SO₃Na-группу с положительным зарядом или катионы Na⁺, или Ca²⁺, или Mg²⁺, NH⁺₄ или их сочетание.

4. Способ по пп.1-4, отличающийся тем, что в качестве поверхностно-активного вещества, содержащего SO₃Na -группу, используют смесь натриевых солей арилсульфокислот.

5. Способ по пп.1-4, отличающийся тем, что в качестве поверхностно-активного вещества, содержащего SO₃Na -группу, используют смесь натриевых моно-, ди- и трибутилнафталинсульфонатов.

6. Способ по пп.1-4, отличающийся тем, что в качестве поверхностно-активного вещества, содержащего SO₃Na -группу, используют алкилбензолсульфокислоты натрия-сульфонолы.

7. Способ по пп.1-4, отличающийся тем, что в качестве поверхностно-активного вещества, молекулы которого содержат катионы Na⁺, или Са²⁺, или Mg²⁺ или NH⁺₄, или их сочетание используют лигносульфонаты технические сульфитно-дрожжевую бражку.

РИСУНКИ

Рисунок 1