Способ получения жидкого стекла

 

Изобретение относится к технологии получения жидкого стекла для производства строительных материалов. Готовят суспензию из кремнеземсодержащего аморфного материала с размером частиц (0,01-0,1)10^-6 м в щелочном растворе гидроксида натрия при соотношении твердой и жидкой фаз в суспензии Т:Ж=1: (2,0-5,32), затем проводят гидротермальную обработку суспензии при атмосферном давлении и температуре 70-75^oC в течение 8-60 мин. Технический результат - сокращение длительности технологического процесса производства жидкого стекла, снижение его температуры и расширение диапазона свойств жидкого стекла. 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 - 1400^oC и дальнейшего ее растворения в автоклавах при температуре 150 - 175^oC и давлении 0,4 - 0,8 МПа в течение 4 - 6 час. [SU 272273, 1970].

Недостатком этого способа является 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 кремнеземсодержащего аморфного вещества в растворе гидркосида натрия и последующую гидротермальную обработку при 80 - 85^oC и атмосферном давлении в течение 40 - 120 мин. В качестве кремнеземсодержашего вещества в данном способе используется отход производства кристаллического кремния - микрокремнезем, на 83 - 93 мас.% состоящий из SiO₂ и с размером частиц (0,1 - 100) 10^-6 м. Концентрация Na₂O в растворе составляет 95 - 100 кг/м³; соотношение твердой и жидкой фаз 1: (2,3 - 5,1) [RU 2085489, 1997] Недостатками способа являются длительность технологического процесса производства жидкого стекла (40 - 120 мин.), его относительно высокая температура (80 - 85^oC) и сравнительно узкий диапазон значений силикатного модуля (n = 1 - 3).

Задачами, решаемыми предлагаемым изобретением является упрощение технологического процесса получения жидкого стекла и расширение диапазона свойств.

Технический результат - сокращение длительности технологического процесса производства жидкого стекла и снижение его температуры, расширение диапазона значений силикатного модуля n с 1 до 8.

Указанный технический результат достигается тем, что приготовление суспензии осуществляют из кремнеземсодержащего аморфного материала с размером частиц (0,01 - 0,1) 10^-6 м в щелочном растворе гидроксида натрия при соотношении твердой и жидкой фаз в суспензии Т:Ж = 1:(2,0 - 5,32). Гидротермальную обработку суспензии проводят при атмосферном давлении и температуре 70 - 75^oC в течение 8 - 60 мин.

В качестве щелочного компонента используют натр едкий технический. В качестве кремнеземсодержащего аморфного материала используют отход производства кристаллического кремния - микрокремнезем.

Способ состоит в следующем.

Отдозированные в заданных количествах исходные материалы: микрокремнезем, вода, известной концентрации щелочной раствор загружают в мешалку с механическим перемешиванием и глухим паропроводом. Химический состав микрокремнезема и концентрация Na₂O в растворе остаются прежними, как и в прототипе: 83 - 93 мас.% SiO и 6 - 16 мас.% углеродистых примесей (графит (C) и карборунд (SiC)); 95 - 100 кг/м³ соответственно. Соотношение твердой и жидкой фаз составляет 1:(2,0 - 5,32). При постоянном перемешивании содержимое мешалки нагревают до температуры 70 - 75^oC. После этого подачу тепла отключают, а температура поднимается до 90 - 95^oC. Варится жидкое стекло при атмосферном давлении 8 - 60 мин.

Принятый температурный и временной режим процесса получения жидкого стекла обусловлен: 1. Высокодисперсным состоянием микрокремнезема.

Микрокремнезем - отход производства кристаллического кремния на Братском алюминиевом заводе. Причем, на 1 т кристаллического кремния получается около 1 т микрокремнезема. Удаляется микрокремнезем из газов, отходящих от рудно-термической 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.

Принцип действия заключается в увлажнении газов мелкораспыленной водой для уменьшения удельного электрического сопротивления пыли. Узел включает в себя: скрубберы полного испарения, насосы, механические фильтры.

3) Узел пылеулавливания Состоит из горизонтальных четырехпольных электрофильтров и системы пылеудаления.

Для получения жидкого стекла по предлагаемому способу используется микрокремнезем, осевший в последнем по ходу движения газов поле. Размер части такого микрокремнезема составляет (0,01 - 0,1) 10^-6 м, что обусловливает упрощение технологического процесса (снижение температуры и сокращение длительности варки жидкого стекла).

2. Увеличением доли микрокремнезема в суспензии (n = 1 - 8), за счет чего увеличивается поверхность контакта между реагирующими частицами, что также приводит к упрощению процесса получения жидкого стекла.

3. Наличием в микрокремнеземе значительного количества углеродистых примесей - графита и карборунда (C и SiC), обладающих высокой теплопроводностью, за счет чего равномерно распределенные в объеме микрокремнезема мельчайшие частицы C 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 - 0,1) 10^-6 м.

В заданных соотношениях готовят суспензию из 180 г микрокремнезема, что исходя из химического состава составляет 163,5 г двуокиси кремния, 375 едкого натра, что соответствует 163,5 г Na₂O 1320 г воды. Соотношение твердой и жидкой фаз в суспензии равно 4,46. Все сырьевые компоненты: микрокремнезем, едкий натр и воду дозируют одновременно при непрерывном перемешивании. При атмосферном давлении и постоянном перемешивании суспензию нагревают до 70 - 75^oC. При этой температуре начинает происходить растворение мельчайших частичек SiO₂ в NaOH, что сопровождается повышением температуры до 90 - 95^oC. 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 60 мин. Полученное жидкое стекло не очищают. Плотность готового продукта 1,20 г/см³, силикатный модуль 1.

Аналогичным образом приготовлены еще 7 составов жидкого стекла. В таблице приведены технологические 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 8 - 60 мин, а температура технологического процесса получения жидкого стекла - 70 - 75^oC.

Предлагаемый способ проще, отличается от известного меньшей длительностью и более низкой температурой технологического процесса. Время варки жидкого стекла снижается с 40 - 120 мин (в прототипе) до 8 - 60 мин (в предлагаемом варианте). Предлагаемый способ позволяет снизить температуру технологического процесса получения жидкого стекла с 80 - 85^oC до 70 - 75^oC. Кроме того, предлагаемый способ позволяет значительно расширить диапазон свойств жидкого стекла: силикатный модуль n = 1 - 3 (в прототипе) и n = 1 - 8 (в предлагаемом варианте). И наконец, увеличение доли микрокремнезема в суспензии способствует более полному использованию многотоннажного промышленного отхода, что позволяет организовать безотходное производство и тем самым способствует решению экологических проблем.

Формула изобретения

Способ получения жидкого стекла, включающий приготовление суспензии из кремнеземсодержащего аморфного материала в щелочном растворе гидроксида натрия с последующей гидротермальной обработкой, отличающийся тем, что приготовление суспензии осуществляют из кремнеземсодержащего аморфного материала микрокремнезема - отхода производства кристаллического кремния с размером частиц (0,01 - 0,1) 10^-6 м при соотношении твердой и жидкой фаз в суспензии Т : Ж = 1 : (2,0 - 5,32), а гидротермальную обработку суспензии проводят при атмосферном давлении и температуре 70 - 75^oС в течение 8 - 60 мин.

РИСУНКИ

Рисунок 1