способ получения растворимого стекла

Формула изобретения

Способ получения растворимого стекла, включающий дробление стеклобоя и плавку с содой в руднотермическом режиме, отличающийся тем, что стеклобой загружают в расплав непрерывно, а перед загрузкой измельчают до крупности -1 мм и нагревают теплом отходящих печных газов до температуры 400-500°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности к получению растворимого стекла (силикат-глыбы), и может быть использовано для утилизации стеклобоя.

Известен способ приготовления силикат-глыбы в виде порошка, отличающийся тем, что силикат-глыбу получают помолом кварцевого песка в 45%-ном водном растворе NaOH до прохождения полученной суспензии через сито 0.04 с последующей обработкой суспензии в автоклаве при при 120-250°С и избыточном давлении 0.2-8 МПа и сушкой при 300-400°С (Патент РФ №2053970 по заявке №92014433 от 23.12.92).

Недостатком известного способа являются большой расход щелочи натрия (до 40% мас.), обусловленный применением кварцевого песка в качестве компонента, содержащего кремний, и техническая сложность процесса, связанная с применением высоких давлений.

Известен способ получения растворимого стекла путем плавления в стекловаренной печи при температуре 1300-1400°С шихты, состоящей из кварцевого песка, измельченного и тщательно смешанного с кальцинированной содой. Процесс стекловарения продолжается 7-10 ч, полученная стекломасса поступает из печи в вагонетки, где быстро охлаждается и распадается на куски силикат-глыбы (Комар А.Г. Строительные материалы и изделия. - М.: Высшая школа, 1971, с.129).

Недостатком известного способа являются большой расход кальцинированной соды (до 50% мас.) из-за применения кварцевого песка в качестве компонента, содержащего кремний, высокие энергозатраты и значительный выход диоксида углерода.

Известен способ, принятый за прототип, получения силикат-глыбы, включающий дробление и плавку с содой кремнеземсодержащего материала, отличающийся тем, что в качестве кремнеземсодержащего материала используют стеклобой, плавку ведут в руднотермическом режиме при соотношении массы стеклобоя к массе соды (10-15):1, после чего расплав гранулируют с получением силикат-глыбы (Патент РФ №2156222 по заявке 99104641 от 04.03.99).

К недостаткам прототипа относятся, техническая сложность, обусловленная цикличностью процесса, и высокие затраты электроэнергии и расходных материалов (электродов и футеровки), обусловленные длительностью проварки стеклобоя до получения однородной массы силикат-глыбы.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является устранение недостатков прототипа, а именно: упрощение процесса и увеличение скорости проварки стеклобоя в содовом расплаве.

Технический результат достигается тем, что в способе получения растворимого стекла, включающем дробление стеклобоя и плавку с содой в руднотермическом режиме, согласно изобретению стеклобой загружают в расплав непрерывно, а перед загрузкой измельчают до крупности 1 мм и нагревают теплом отходящих печных газов до температуры 400-500°С.

Известно, что растворимое стекло (силикат-глыба) представляет силикат натрия Na ₂O·nSiO₂ или силикат калия K ₂O·nSiO₂. В промышленности применяется главным образом натриевое растворимое стекло, так как кальцинированная сода Na₂СО₃ является более дешевым и доступным сырьем, чем поташ K ₂СО₃. Отношение оксида кремния к оксиду натрия - величина n - называется силикатным модулем, при этом количество оксида натрия в обычном стекле несколько меньше, чем в составе растворимого стекла. Величина силикатного модуля n у оконного стекла, например, находится в пределах от 4.0 до 5.0, а у растворимого стекла величина n составляет от 2.0 до 3.5, поэтому растворимое стекло отличается от обычного стекла способностью при определенных условиях растворяться в воде, образуя так называемое жидкое стекло (Скрамтаев Б.Г., Попов НА., Герливанов Н.А., Мудров Г.Г. Строительные материалы. - М.: Стройиздат, 1952, с.206-207).

Известно, что в промышленных и бытовых отходах содержится огромное количество стеклянного лома (стеклобоя), утилизация которого имеет важное значение для экологической безопасности окружающей среды. В то же время переработка данного вида вторичного сырья в стекловарении весьма затруднительна из-за необходимости тщательной сортировки стеклобоя по химическому составу (цвету).

Способ осуществляется в установке, включающей руднотермическую печь с магнезитовой ванной и трубчатую вращающаяся печь, футерованную жаростойкой торкретмассой, соединенную с руднотермической печью газоходом-течкой. В ванну печи загружают техническую соду, расплавляют ее в дуговом режиме и в руднотермическом режиме доводят до жидкоподвижного состояния с температурой расплава 950-1000°С.

Стеклобой измельчают до крупности 1 мм в щековой дробилке и с помощью питателя подают во вращающуюся трубчатую печь, где он перемещается, нагреваясь до температуры 400-500°С в противотоке печных газов. Затем стеклобой через газоход-течку попадает в содовый расплав, где быстро сжижается и проваривается, постепенно повышая вязкость и сопротивление силикатно-натриевого расплава. Загрузка и проплавление стеклянного лома продолжается непрерывно до достижения требуемого силикатного модуля расплава, температуру и текучесть расплава повышают путем увеличения напряжения на электродах или заглублением электродов в расплав, при этом температура расплава достигает 1200°С. Полученный в результате загрузки всего стеклобоя расплав выпускается в изложницу, где остывает и распадается на куски растворимого стекла. В ванну печи загружается новая порция соды и процесс приготовления растворимого стекла повторяется.

Примеры осуществления способа.

По прототипу. В двухэлектродную руднотермическую печь мощностью 75 кВА, позволяющую загружать до 100 кг шихтовых материалов, загрузили 7.5 кг карбоната натрия, расплавили его и нагрели расплав до температуры 1100-1150°С. Затем в расплав загрузили 2.5 кг стеклянного лома технологической крупностью 15-20 мм и варили полученную смесь в течение 15 мин до получения расплава однородной консистенции. После этого повысили напряжение на электродах на 20% и загрузили 3.5 кг стеклобоя. Загрузку стеклобоя, его проварку до получения однородной смеси и последующее повышение напряжения на электродах повторяли до тех пор, пока не проварили 100 кг стеклобоя. Основную часть полученного расплава в количестве 100 кг слили через выпускное отверстие печи, в оставшийся в печи расплав загрузили 7.5 кг карбоната натрия и весь цикл повторили снова.

Время, затраченное на приготовление 100 кг силикат-глыбы, составило 3.5 ч.

По предлагаемому способу. В двухэлектродную руднотермическую печь мощностью 75 кВА, позволяющую загружать до 100 кг шихтовых материалов, загрузили 7.5 кг технической соды, расплавили и довели температуру расплава до 950°С. Стеклобой в количестве 100 кг измельчили в щековой дробилке до крупности - 1 мм и с помощью шнекового питателя в течение 1 ч подавали в трубчатую печь, откуда стеклобой, нагретый до температуры 400-500°С в противотоке печных газов, через газоход-течку в течение 1 ч загружался в содовый расплав. Попадая в расплав со скоростью 1.7 кг/мин, стеклобой, уже нагретый до высокой температуры, практически сразу переходил в жидкотекучее состояние и проваривался до силиката натрия. Температуру расплава постепенно повышали, так что после загрузки 100 кг стеклобоя она достигла 1200°С, затем полученный в результате плавки стеклобоя расплав растворимого стекла выпустили в изложницу, оставив в ванне печи часть расплава, загрузили туда новую порцию соды и процесс повторили.

Время, затраченное на приготовление 100 кг растворимого стекла, составило 1 ч, то есть в 3.5 раза меньше, чем по прототипу. Соответственно в 3.5 раза уменьшились затраты электроэнергии и расходных материалов.

Таким образом, по предлагаемому способу можно значительно упростить и ускорить процесс получения растворимого стекла из стеклобоя, а следовательно, снизить затраты электроэнергии и расходных материалов - электродов и футеровки.