СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИРОВАЛЬНОГО РАСТВОРА Российский патент 1994 года по МПК C03C15/00 

Изобретение относится к технологии получения полировальных растворов для стекольной промышленности и может найти применение при изготовлении изделий из хрустального стекла.

Известен способ получения полировального раствора на основе фторсульфоновой кислоты [1].

Недостатком способа является использование остродефицитного реагента, который нашей промышленностью не выпускается.

Известен способ получения полировального раствора для химической полировки изделий из стекла путем смешения серной кислоты с фтористоводородной кислотой, то есть с фторсодержащим реагентом [2].

Недостаток известного способа заключается в использовании фтористоводородной кислоты, что резко ограничивает сырьевую базу стекольной промышленности, так как фтористоводородная кислота является дефицитным фторсодержащим реагентом.

Наиболее близким к предложенному является техническое решение, в котором раствор для травления содержит смесь фтористоводородной, серной и соляной кислот [3].

Целью изобретения является расширение сырьевой базы.

Цель достигается тем, что в известном способе получения полировального раствора для химической полировки изделий из стекла путем смешения серной кислоты с фторсодержащим реагентом, в качестве последнего используют смесь фтористоводородной и соляной кислот.

При этом концентрацию фтористого водорода в смеси фтористоводородной и соляной кислот поддерживают в пределах 20-50%, а серную кислоту, с целью более полного удаления хлористого водорода из полировального раствора, смешивают в два приема; сначала до массового отношения HF/H₂SO₄ 0,55-0,9, затем - оставшееся количество.

Известных технических решений со сходными отличительными признаками не обнаружено.

П р и м е р 1. Для опытов в качестве фторсодержащего реагента взяли смесь фтористоводородной и соляной кислот - отход производства хладона - 22, содержащую, мас.%: HF 41,7; HCl 11,1; остальное - вода.

Указанную смесь, взятую в количестве 200 г, смешали с 575 г 95%-ной серной кислоты и 283 г воды и получили 1055 г полировального раствора N 1, содержащего, мас.%: HF 7,9; H₂SO₄ 51,7; HCl 1,8.

По технологии полировки изделий из хрустального стекла, действующей на хрустальном заводе г. Гусь-Хрустального (Инструкции ТР-21-23-1, 4.86 с изменением N 1), используются последовательно два вида полировальных растворов:
N 1 HF 6-10% H₂SO₄ - 50-52%
N 2 HF 2,5-6% H₂SO₄ - 52-54%.

Выделяющийся при смешении хлористый водород поглотили щелочным раствором. Затем 200 г смеси фтористоводородной и соляной кислот смешали с 885 г 95% -ной серной кислоты и 502 г воды и получили 1574 г полировального раствора N 2, содержащего, мас.%:
НF 5,3; H₂SO₄ 53,5; HCl 0,5.

Проверили эффективность приготовленных растворов.

Для этого хрустальное изделие прогрели в теплой воде до температуры 50-55^оС и в специальном реакторе обработали при температуре 55^оС в течение 3 мин полировальным раствором N 1. Затем изделие извлекли из реактора, промыли водой при температуре 55^оС в течение 2 мин и поместили во второй реактор, где обработали полировальным раствором N 2 в течение 5 мин при 62-65^оС. Изделие затем промыли сначала теплой (40^оС) водой, затем водой при комнатной температуре, просушили и визуально оценили качество химической полировки: превращение матовых граней рисунка на хрустале в прозрачные, легкость снятия осадка со стекла при промывке, блеск стекла.

(Последовательность операций и их режим были установлены в соответствии с инструкцией Хрустального завода ТР-21-23-1. 4-86 с изменением N 1).

Визуальная оценка показала, что матовая поверхность граней стала прозрачной, блестящей, осадок при промывке удаляется легко со всей поверхности стекла.

Результаты этого и других аналогичных опытов, в которых изменяли вид фторсодержащего реагента (отход производства хладона 113 или искусственно приготовленная смесь фтористоводородной и соляной кислот различного состава) приведен в табл. 1 (опыты 1-6). Там же для сравнения приведен контрольный опыт по получению полировальных растворов с использованием 40%-ной фтористоводородной кислоты (опыт 7).

П р и м е р 2. Для опытов в качестве фторсодержащего реагента взяли тот же отход производства хладона 22, что и в примере 1. Указанную смесь фтористоводородной и соляной кислот, взятую в количестве 500 г, смешали с 400 г 95% -ной серной кислоты. При этом получили 848 г промежуточного продукта, содержащего, мас. %: HF 24,4; H₂SO4 44,8; HCl 0,35 (потери HF при смешении 0,7 г или 0,3 отн.%). Выделяющийся при смешении хлористый водород и следы фтористого водорода поглотили щелочным раствором.

Из промежуточного продукта получили полировальные растворы N 1 и N 2.

Для этого по 400 г промежуточного продукта смешали в первом случае с 455 г 95%-ной серной кислоты и 355 г воды, а во втором случае с 1030 г 95% -ной серной кислоты и 750 г воды.

При этом получили 1210 г полировального раствора N 1 (HF 8,1 мас.%, H₂SO₄ 51,4 мас.%; HCl 0,1 мас.%) и 2180 г полировального раствора N 2 (HF 4,5 мас.%, H₂SO₄ 53,1 мас.%, HCl менее 0,1 мас.%).

Проверили эффективность полировальных растворов так, как описано в примере 1.

По визуальной оценке эффективность полировальных растворов высокая, не уступает растворам, приготовленным на основе 40%-ной фтористоводородной кислоты.

Результаты этого и других опытов, в которых изменяли количество серной кислотой, добавляемой на первой стадии смешения, приведены в табл.2.

Приведенные данные показывают, что полировальные растворы, получаемые по предложенному способу, по эффективности не уступают растворам, приготовленным с использованием 40% фтористоводородной кислоты. При этом допустимая минимальная концентрация фтористого водорода в смеси кислот составляет 20%. Ниже этой концентрации не обеспечивается возможность получения полировального раствора требуемого состава. Верхний предел концентрации определяется экологическими соображениями: при концентрации фтористого водорода более 50% отмечается интенсивное выделение в газовую фазу паров фтористого водорода, что осложняет работу со смесью кислот.

Концентрация соляной кислоты в смеси кислот не оказывает практического влияния на процесс получения полировального раствора, так как значительная доля хлористого водорода удаляется при смешении с серной кислотой независимо от первоначального содержания.

Эффективность полировальных растворов не зависит от того, что смешивают серную кислоту: в один или два приема.

Однако при практическом использовании предложенного способа смешение серной кислоты в два приема предпочтительнее: в этом случае остаточное содержание хлористого водорода в полировальных растворах существенно ниже, чем при введении серной кислоты за один прием. Снижение содержания хлористого водорода в полировальном растворе имеет экологическое значение: при полировке изделий не происходит выделение паров хлористого водорода в газовую фазу.

Оптимальное соотношение HF/H₂SO₄ в смеси после добавки части серной кислоты находится в пределах 0,55-0,9.

При соотношении менее 0,55 отмечается заметное выделение фтористого водорода в газовую фазу, при соотношении более 0,9 снижается полнота выделения хлористого водорода.

Использование смеси фтористоводородной и соляной кислот в качестве фторсодержащего реагента существенно расширяет сырьевую базу стекольной промышленности, так как в производство могут быть вовлечены отходы синтеза хладонов, представляющие собой смесь кислот, содержащую 40-50% фтористого водорода и 10-15% хлористого водорода (остальное - вода).

Как показывают опыты, проведенные с отходами производства хладона 22 и хладона 113, полировальные растворы в этих опытах по эффективности не уступают "стандартным" полировальным растворам на основе фтористоводородной кислоты.

Изобретение может быть использовано в стекольной промышленности при изготовлении изделий из хрустального стекла и позволяет расширить сырьевую базу путем использования отходов производства хладонов и тем самым уменьшить загрязнение окружающей среды. Сущность изобретения: раствор для химической полировки стекла получают смешением серной кислоты с фторсодержащим реагентом, в качестве которого предлагается использовать смесь фтористоводородной и соляной кислот. В этой смеси концентрацию фтористого водорода поддерживают в пределах 20 - 50%. Серную кислоту, с целью более полного удаления хлористого водорода из полировального раствора, смешивают в два приема: сначала до массового отношения HF/H₂SO₄ 0,55 - 0,9, затем - оставшееся количество. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИРОВАЛЬНОГО РАСТВОРА путем смешения соляной, плавиковой и серной кислот, отличающийся тем, что, с целью расширения сырьевой базы, сначала готовят смесь соляной и 20 - 50%-ной плавиковой кислот, а затем вводят серную кислоту до массового отношения HF/H₂SO₄ 0,55 - 0,9, поглощают выделяющиеся при смешивании газообразные хлористый водород и фтористый водород, затем добавляют остальное количество серной кислоты. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что плавиковую и соляную кислоты вводят через отход синтеза хладона.