способ получения жидкого стекла

Формула изобретения

Способ получения жидкого стекла, включающий термическую обработку водой измельченной силикат-глыбы при температуре 90-100^oС, отличающийся тем, что силикат-глыбу в процессе измельчения подвергают диспергированию и механоактивации до размера 0,07 мм, загружают ее в реактор с водой, подогретой до 90-95^oС, перемешивают с воздействием вибрации, ведут процесс варки 30 мин с начала кипения без дополнительного подогрева, затем раствор заливают в плотно закрытую пластмассовую емкость и отстаивают в течение 24 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу получения жидкого стекла и может быть использовано в сварочном производстве в качестве связующего при изготовлении электродов.

Известен способ растворения силиката натрия [1], в котором измельчают силикат натрия, нагревают в воде с гидроакустическим воздействием. При этом с целью снижения шламообразования измельчение проводят на дезинтеграторе до 0,03-0,06 мм. Недостатком способа является относительно большой цикл растворения, так как затраченная при измельчении энергия расходуется лишь на изменение дисперсности системы и упорядоченность ее структуры и не привносит дотацию энергии, которая ускорила бы экзотермические реакции, как это имеет место при механоактивации.

Известен способ получения жидкого стекла [2], в котором проводят гидротермическую обработку мелкодисперсного силиката при одновременном его измельчении гидроакустическим воздействием. Снижение времени растворения силиката достигается воздействием на циркуляцию воды и реакционной массы магнитного поля напряженностью 4000-10000 Э. Однако такое воздействие в основном уменьшает слеживание растворенной силикат-глыбы на дне реактора и незначительно влияет на скорость ее растворения. Кроме того, работа с магнитным полем небезопасна для окружающего персонала.

Известен также способ растворения силиката натрия [3], включающий гидротермальную обработку мелкодисперсного силиката натрия при температуре 80-90^oС и измельчение осуществляют гидроакустическим воздействием с частотой 3-10 кГц. Дополнительное измельчение силиката натрия в растворе позволило повысить скорость растворения его, однако время процесса не менее 2,5-3 ч.

Известен способ подготовки минерального сырья [4], обеспечивающий его переход в химически активное состояние. Результатом тонкого измельчения и механоактивации является не только диспергирование, но и изменение физико-химических свойств твердого тела. При тонком измельчении высвобождается часть внутренней энергии вещества, реализуемая в последующих физико-химических превращениях.

Однако в известном источнике [4] все исследования относятся в основном к механоактивации минерального сырья при получении цемента. Данная механоактивация оказывает влияние на обжиг клинкера и другие стадии производства цемента. Но специальных систематических исследований по механоактивации как цементных сырьевых шихт, так и вяжущих композиций до последнего времени не проводилась. В связи с этим в источнике [4] не приводятся данные, позволяющие использовать этот метод, например при производстве жидкого стекла.

Наиболее близким по технической сути является способ получения водных растворов силикатов [5], в котором в процессе варки силикат-глыбы при температуре 90-100^oС массу подвергают гидродинамическому кавитационному воздействию, а процесс варки ведут 2,0-2,5 ч.

В известном способе, как и в предыдущих, дополнительное измельчение силикат-глыбы происходит в растворе, что не позволяет значительно увеличить скорость растворения. Кроме того, жидкое стекло, полученное по этому способу, предназначено для использования в строительстве и нефтедобывающей промышленности, где не предъявляются высокие требования к нему как к пластификатору при изготовлении сварочных электродов.

Задачей изобретения является сокращение времени получения водного раствора силиката, повышение качества жидкого стекла, снижение энергозатрат на его производство.

Поставленная задача решена в способе получения жидкого стекла, включающем термическую обработку измельченной силикат-глыбы при температуре 90-100^oС, в котором согласно изобретению силикат-глыбу подвергают диспергированию и механоактивации до размера 0,07 мм, загружают ее в смеситель с водой, подогретой до 90-95^oС, перемешивают с воздействием вибрации, ведут процесс варки 30 мин с начала кипения в режиме экзотермического растворения без дополнительного подогрева, затем раствор заливают в пластмассовую плотно закрываемую емкость и отстаивают 24 ч.

Предлагаемое изобретение существенно отличается от известных как по времени, необходимому на растворение силикат-глыбы, так и по качеству и стабильности свойств жидкого стекла. Окончательное тонкое измельчение силикат-глыбы в шаровой вибромельнице, т.е. ее механоактивация, позволило увеличить скорость растворения ее частиц и вести процесс варки без подвода энергии.

Момент механоактивации связан с точкой вязко-хрупкого перехода, то есть перехода от хрупкого разрушения частиц к их пластической деформации. Такой переход возможен при достижении размера частиц силикат-глыбы 0,07 мм. При этом высвобождается часть внутренний энергии вещества, которая реализуется в процессе растворения силикат-глыбы, где происходит непосредственное превращение механической энергии измельчителя в химическую энергию измельченной силикат-глыбы, что в совокупности с вибрационным воздействием значительно повышает эффективность процесса растворения.

Способ осуществляется следующим образом. Загружают силикат-глыбу размером менее 5 мм, в количестве 150 кг в шаровую вибромельницу МВ-0,2 и подвергают ее диспергированию и механоактивации в течение 2 ч до размера частиц менее 0,07 мм, заливают в реактор воду, подогретую до 98-100^oС, в количестве 21,2 л (водотвердое отношение 1,5). Включают нагрев реактора в течение 10 мин, при достижении температуры воды 90-95^oС загружают активированную силикат-глыбу в количестве 14 кг и отключают нагрев реактора. Растворение силикат-глыбы происходит в экзотермическом режиме. Энергия, заложенная в силикат-глыбу при механоактивации, переходит в химическую, что значительно повышает эффективность процесса варки, который проводят при перемешивании и вибрационном воздействии. После закипания процесс варки ведут 30 мин. Выход жидкого стекла составляет в среднем 32 кг. Отстаивают раствор в течение 24 ч. Нерастворимый остаток составляет 5-7%. Для повышения эффективности осветления и качества жидкого стекла раствор сливают в пластмассовую плотно закрываемую емкость, в которой он более длительное время находится при высокой температуре и защищен от доступа к нему углекислого газа, тем самым значительно снижается появление пленки, возникающей в результате карбонизации.

Сравнительный анализ времени, затраченного на процесс растворения при оптимальной плотности, приведен в табл.1. Растворению подвергали натриевую силикат-глыбу с модулем 3,1.

В табл.2 приведена стоимость энергозатрат на получение 1 т жидкого стекла по данному способу, по сравнению с прототипом.

Таким образом, как видно из примеров конкретного выполнения, процесс растворения происходит в 4 раза быстрее, а плотность получаемого стекла выше.

Источники информации

1. Авторское свидетельство РФ 1768512, С 01 В 33/32, опубл. 15.10.1992.

2. Патент РФ 2134243, С 01 В 33/32, опубл. 10.08.1999.

3. Авторское свидетельство РФ 1721011, С 01 В 33/32, опубл. 15.03.1992.

4. Сулеменко Л. М. Механоактивация сырьевых шихт и вяжущих композиций //Второе совещание по химии цемента. - Том 3. - М., 2000. - С. 9-14.

5. Патент РФ 2115620, С 01 В 33/32, С 01 В 33/143, С 01 В 33/145, опубл. 20.07.1998 - прототип.