способ получения жидкого стекла

Формула изобретения

1. Способ получения жидкого стекла из кремнеземсодержащего материала, включающий предварительное прокаливание кремнеземсодержащего материала, обработку его водным раствором щелочи при нагревании с последующим отделением готового продукта, отличающийся тем, что в качестве кремнеземсодержащего материала используют опоку Дубенского месторождения Ульяновской области с содержанием аморфного кремнезема 63-73%, а прокаливание этого материала из опоки осуществляют при температуре 500-600^oС в течение 15-20 мин.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку водным раствором щелочи ведут при ее концентрации 5-10% при температуре 90-95^oС.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что осадок после отделения готового продукта подвергают двукратной промывке водой при соотношении твердой и жидкой фаз 1: 2, а промывные воды смешивают с щелочным раствором до доведения концентрации водного раствора щелочи до необходимой для последующей обработки опоки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству жидкого стекла гидротермальным способом из кремнеземсодержащего сырья.

Жидкое стекло представляет собой водный раствор силикатов щелочных металлов общей формулы A₂OSiO₂, где А - натрий или калий, - силикатный модуль (1,5-3,5 для натриевого и 4,0-4,5 - для калиевого стекла). Жидкое стекло получают растворением кремнеземсодержащего сырья в едких щелочах при высоких температуре и давлении в течение нескольких часов или растворением растворимого стекла в виде силикат-глыбы в горячей воде под давлением. Таким образом, сырьевым материалом для производства жидкого стекла в зависимости от технологии являются силикат-глыба, едкие щелочи и кремнеземсодержащий материал.

Для получения жидкого стекла гидротермальным способом кремнеземсодержащие породы обрабатывают раствором щелочи определенной концентрации. Шихта, полученная этим способом, обладает рядом преимуществ перед обычной шихтой, получаемой смешением сухих порошкообразных компонентов: не расслаивается, то есть не теряет своей однородности; силикатный состав компонентов шихты обуславливает большую скорость провара, так как реакция силикатообразования уже осуществлена, что приводит к сокращению времени варки; процесс ведется при более низкой температуре.

Известны способы получения жидкого стекла на основе кремнеземсодержащего сырья. Например, с использованием диатомита (патент РФ 2064431, С 01 В 33/32, 1996; А. С. СССР 1296509, С 01 В 33/32, 1987), трепела (патент РФ 2063665, С 01 В 33/32, 1994), опоки (А.С. СССР 1611860, С 01 В 33/32, 1990), перлита (А. С. СССР 1636336, С 01 В 33/32, 1991; А.С. СССР 1634636, С 01 В 33/32, 1991; А.С. СССР 1551650, С 01 В 33/32, 1990; А.С. СССР 1296509, С 01 В 33/32, 1987; А. С. СССР 1244092, С 01 В 33/32, 1986), смеси диатомита и перлита (А. С. СССР 1296509, С 01 В 33/32, 1987, А.С. СССР 1244092, С 01 В 33/32, 1986), стеклобоя, шлака или золы теплостанций (А.С. СССР 1636336, С 01 В 33/32, 1991), аморфного кремнезема (А.С. СССР 865795, С 01 В 33/32, 1981; А.С. СССР 1801945, С 01 В 33/32, 1993).

Известные способы получения жидкого стекла из разнообразного кремнеземсодержащего материала направлены, как правило, на упрощение процесса, увеличение выхода готового продукта и повышение модульности жидкого стекла.

Для этого используют дополнительные компоненты (патент РФ 2023655, С 01 В 33/32, 1994; А.С. СССР 1636336, С 01 В 33/32, 1991; А.С. СССР 1243883, С 01 В 33/32, 1986), предварительно измельчают сырье (А.С. СССР 1634636, С 01 В 33/32, 1991; А.С. СССР 1551650, С 01 В 33/32, 1990; А.С. СССР 865795, С 01 В 33/32, 1981) или обрабатывают его водой или слабым раствором щелочи. Основной процесс ведут при температуре 80-100^oС (патент РФ 2023655, С 01 В 33/32, 1994; А.С. СССР 1611860, С 01 В 33/32, 1990; А.С. СССР 1118613, С 01 В 33/32, 1984; А. С. СССР 1801945, С 01 В 33/32, 1993), с использованием крепких растворов щелочей (А.С. СССР 1118613, С 01 В 33/32, 1984; А.С. СССР 1244092, С 01 В 33/32, 1986). Если варка стекла происходит при температуре выше 100^oС, то создается избыточное давление (А.С. СССР 919992, С 01 В 33/32, 1982). А.С. СССР 1801945, С 01 В 33/32, 1993 - прототип.

Задача изобретения - способ получения жидкого стекла из кремнеземсодержащего материала, содержащего аморфный кремнезем.

Задача решается тем, что способ получения жидкого стекла из кремнеземсодержащего материала, включающий обработку кремнеземсодержащего материала водным раствором щелочи при нагревании с последующим отделением готового продукта, отличающийся тем, что кремнеземсодержащий материал предварительно прокаливают при температуре 500-600^oС в течение 15-20 минут. В качестве кремнеземсодержащего материала используют опоку Дубенского месторождения Ульяновской области с содержанием аморфного кремнезема 63-73%. При этом обработку раствором щелочи ведут при ее концентрации 5-10% при температуре 90-95^oС, а осадок после отделения готового продукта подвергают 2-х кратной обработке водой при соотношении твердой и жидкой фаз 1:2 и промывные воды смешивают с щелочным раствором и используют для последующей варки.

Опока Дубенского месторождения Ульяновской области отвечает требованиям, предъявляемым к кремнеземсодержащим породам, используемым для получения жидкого стекла (таблица 1), а предлагаемый способ позволяет получить жидкое стекло, соответствующее ГОСТу 13078-81 с высоким выходом готовой продукции. В таблице 2 представлены характеристики жидких стекол, выпускаемых промышленностью.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Подготовленная проба заливается водным раствором натриевой щелочи концентрации 5-10% в соотношении 1:3. Варка жидкого стекла проводится при температуре 90-95^oС в течение 1-3 часов. Готовое жидкое стекло декантацией сливается с осадка после отстоя в течение суток. Остаток после варки жидкого стекла промывают два раза, соотношение Т:Ж=1:2. Промывные воды смешиваются со щелочным раствором; раствор доводится до нужной концентрации и подается на следующую варку жидкого стекла. Конец варки определяется по достижению максимального значения силикатного модуля жидкого стекла на данной пробе. Если плотность жидкого стекла ниже нормируемой ГОСТом, проводится его выпаривание. Время выпаривания подбирается экспериментально.

Жидкое стекло и промывные воды анализируются в соответствии с ГОСТом 13078-81, при этом определяются: силикатный модуль, плотность; по материальному балансу, кроме того, определяется выход жидкого стекла. В таблице 3 приведены результаты испытаний.

Оптимальными условиями варки жидкого стекла из технологической пробы опоки Дубенского месторождения являются: концентрация раствора щелочи - 5%, время варки - 1 час, время выпаривания - 4,5 ч. При этих условиях получено высокомодульное жидкое стекло марки В, которое отвечает требованиям ГОСТа 13078-81 по всем показателям, за исключением показателя по цвету. По ГОСТу жидкое стекло должно представлять собой густую жидкость желтого или серого цвета без механических примесей и включений, видимых невооруженным взглядом. В нашем случае цвет стекла темно-коричневый, силикатный модуль равен 3,10, плотность порядка 1,370 г/см³, содержание SiO₂ 32,55%, Na₂O 10,84%; выход жидкого стекла - 58% от веса исходной породы.

При использовании 7%-го раствора щелочи получено жидкое стекло с более высоким силикатным модулем, чем при использовании 5% раствора щелочи (= 3,39, = 1,393 г/см³). Но условия варки более жесткие: время варки - 3 ч, время выпаривания - 4 ч, выход жидкого стекла - 88% от веса исходной породы.

При использовании 10%-го раствора щелочи из опоки получено жидкое стекло более низкого качества - среднемодульное марки Б и независимо от времени варки значения силикатного модуля не достигают =3,0 и колеблется от =2,62 до =2,99. Выход жидкого стекла от веса исходной породы составляет 112,5%.

Для осветления темного жидкого стекла используют термический метод активации, то есть предварительная прокалка опоки для удаления органических и красящих веществ.

Для опоки Дубенского месторождения подобраны следующие оптимальные условия прокалки: 1 вариант - температура 500^oС, время 20 минут; 2 вариант - температура 600^oС, время 15 минут. Варка жидкого стекла осуществлена при использовании 5%-го раствора щелочи, время варки 1 час - для первого варианта; для второго варианта 7%-ный раствор щелочи, время варки 3 часа (таблица 3). В обоих случаях получено высокомодульное жидкое стекло: =3,11 и =3,26, желтого и светло-желтого цвета соответственно для 1 и 2 вариантов; выход жидкого стекла от веса исходной породы - 58,5 и 137% соответственно.

Предварительная термическая обработка опоки позволяет получать жидкое стекло, соответствующее требованиям ГОСТа 13078-81 и увеличить выход жидкого стекла от веса исходной породы от 58 до 58,5% (при использовании 5%-го раствора щелочи) и от 88 до 137% (при использовании 7%-го раствора щелочи).

В таблице 4 приведены технические требования к качеству опоки как сырья для получения жидкого стекла. Из опоки Дубенского месторождения Ульяновской области можно получить темное и светло-желтое жидкое стекло с силикатным модулем порядка 3,1.