СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКОГО СТЕКЛА Российский патент 1994 года по МПК C01B33/32 

Изобретение относится к технологии неорганических веществ, в частности к способу получения жидкого стекла. Жидкое стекло находит применение во многих отраслях народного хозяйства: строительной, металлургической, химической, легкой и текстильной промышленности.

Требованиями ГОСТ 13078-81 определены нормы натриевого жидкого стекла по плотности (1,35-1,5 г/см³), силикатному модулю (2,3-3,5), содержанию двуокиси кремния (22,7-35,0%) и окиси натрия (8,0-13,8%) для различных отраслей промышленности.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения натриевого жидкого стекла взаимодействием измельченной кремниевой кислоты с концентрированным раствором щелочи.

Исходный кремнегель содержит до 10% фтора (в пересчете на сухое вещество) и 30-35% влаги. Предварительно кремнегель обрабатывают водой, нагревают и фильтруют в горячем состоянии, затем промытый кремнегель сушат воздухом. Очищенный таким образом кремнегель обрабатывают избыточным количеством щелочи для связывания фтора, кипятят в течение 1,5 ч, вводят в суспензию 1-15% гидроокиси кальция в пересчете на исходное вещество и выдерживают при температуpе кипения в течение 1 ч. Далее вновь добавляют щелочь и выдерживают при температуре кипения в течение 3 ч, восполняя потери воды при кипении, и фильтруют в горячем состоянии.

Недостатком данного способа является длительность, многостадийность процесса, общая продолжительность процесса варки составляет 5,5 ч. Кремнегель перед взаимодействием предварительно подвергают очистке, необходимое количество щелочи вводят в две стадии, между которыми проводится дополнительная очистка гидроокисью кальция, возникает необходимость восполнения потерь воды при длительном кипячении.

В результате жидкое стекло получают разбавленным, содержание SiO₂ и Na₂O 13,7 и 3,29% соответственно, что ограничивает сферу его применения и не отвечает требованиям ГОСТ 13078-81.

Целью данного изобретения является упрощение процесса с одновременным повышением качества готового продукта.

Цель достигается тем, что в процессе получения жидкого стекла гидроксид щелочного металла вводят в нагретую до температуры кипения суспензию, полученную после обработки пульпы кремнегеля с соотношением Т:Ж = 1:(1-2,5) соединениями кальция.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Кремнегель, являющийся отходом процесса переработки кремнефтористоводородной кислоты на фтористый водород и фторсоли, смешивают с водой до соотношения Т:Ж = 1: (1-2,5). При введении воды менее 1 мас.ч. на 1 мас.ч. кремненеля, жидкое стекло получается вязкое, возможен непровар и образование настылей, что снижает качество готового продукта. При увеличении содержания воды в исходной суспензии более 2,5 мас.ч. на 1 мас.ч. кремнегеля, жидкое стекло получается разбавленным, увеличивается продолжительность процесса, необходима дополнительная стадия упарки готового продукта для получения жидкого стекла, соответствующего требованиям ГОСТ 13078-81.

В приготовленную пульпу кремнегеля вводят кальцийсодержащее соединение в количестве 5-15% от массы взятого кремнегеля. Кальцийсодержащим соединением могут быть природные соединения - известняк, мел или строительная известь, что определяется доступностью и дешевизной, а также достижением наиболее полного связывания фтора, присутствующего в кремнегеле. Введение в исходную пульпу менее 5% кальцийсодержащего соединения от массы исходного кремнегеля не позволяет достичь полного связывания фтора. Введение более 15% кальцийсодержащего соединения увеличивает количество шлама в продукте.

После введения кальцийсодержащего соединения суспензию при постоянном перемешивании нагревают до температуры кипения и вводят гидроокись щелочного металла, вновь нагревают до температуры кипения и выдерживают при этой температуре в течение 15-20 мин. Полученное жидкое стекло охлаждают и отделяют от шлама.

Отличительными признаками предлагаемого изобретения являются применение пульпы кремнегеля с отношением Т:Ж = =1:(1-2,5), предварительная обработка пульпы кальцийсодержащим соединением, использование кремнегеля - отхода переработки кремнефтористоводородной кислоты на фтористый водород и фторсоли.

Эти отличия являются существенными, так как известных технических решений, обладающих сходными признаками, не обнаружено.

П р и м е р 1. В реактор, представляющий емкость с мешалкой, подают 150 кг кремнегеля, являющегося отходом переработки кремнефтористоводородной кислоты на фтористый водород. Состав кремнегеля, мас.%: SiO₂ 56,0; F^- 5.0; Н₂О 35,0.

После загрузки кремнегеля в реактор заливают 230 л воды, включают мешалку и перемешивают. Полученная суспензия имеет отношение Т:Ж = 1:1,5. Далее в суспензию при работающей мешалке вводят 25,5 кг известняка, содержащего 85% СаСО₃, доводят до температуры кипения и вводят 65 л 40% раствора натриевой щелочи из расчета образования жидкого натриевого стекла с модулем 3. Полученную пульпу нагревают до температуры кипения и выдерживают при этой температуре и постоянном перемешивании в течение 20 мин. Готовое жидкое стекло охлаждают и отделяют от шлама. В результате получают 250 л натриевого жидкого стекла плотностью 1,34 г/см³ и модулем 3,06, содержащего, мас.%: Na₂O 8,35; SiO₂ 24,8; F^- 0,06.

П р и м е р 2. Методика эксперимента и состав кремнегеля аналогичны описанным в примере 1. В реактор подают 150 кг кремнегеля и 150 л воды, при этом отношение Т:Ж= = 1:1, вводят 25,5 кг известняка, содержащего 85% СаСО₃. Полученную суспензию нагревают до температуры кипения и вводят 93,5 л 30%-ного раствора натриевой щелочи из расчета образования жидкого натриевого стекла с модулем 3. Полученную пульпу нагревают до кипения и выдерживают при этой температуре в течение 20 мин. Готовое жидкое стекло охлаждают и отделяют от шлама.

В результате получают 230 л натриевого жидкого стекла плотностью 1,39 г/см³, модулем 2,9, содержащего, мас.%: Na₂O 9,1; SiO₂ 25,6; F^- 0,08.

П р и м е р 3. Методика эксперимента и состав кремнегеля аналогичны описанным в примере 1. В реактор загружают 150 кг кремнегеля и 375 л воды, отношение Т:Ж = =1:2,5. Количества известняка, гидрата окиси натрия остаются без изменения.

В результате получают 320 л натриевого жидкого стекла плотностью 1,22 г/см³; модулем 3,1, содержащего, мас.%: Na₂O 6,9; SiO₂ 20,7; F^- 0,05%.

П р и м е р 4. Методика эксперимента и состав кремнегеля аналогичны описанным в примере 1. В реактор загружают 150 кг кремнегеля и заливают 230 л воды при постоянном перемешивании. Отношение Т:Ж= = 1:1,5. Далее в суспензию при работающей мешалке вводят 18,5 кг извести строительной, содержащей 87,5% Са(ОН)₂, доводят до температуры кипения и вводят 65 л 40%-ного раствора натриевой щелочи из расчета образования жидкого натриевого стекла с модулем 3. Полученную пульпу нагревают до температуры кипения и выдерживают при этой температуре и постоянном перемешивании в течение 20 мин. Готовое жидкое стекло охлаждают и отделяют от шлама.

В результате получают 220 л натриевого жидкого стекла плотностью 1,39 и модулем 3,1, содержащего, мас.%: Na₂O 8,9; SiO₂ 26,73; F^- 0,075.

П р и м е р 5. Проводят аналогично примеру 1. В качестве гидроокиси щелочного металла используют 40%-ный раствор гидрата окиси калия в количестве 38 л в расчете на образование жидкого стекла с модулем 3,5. Полученную пульпу нагревают до кипения и выдерживают в течение 20 мин, далее продукт охлаждают и отделяют от шлама.

В результате получают 280 л калиевого жидкого стекла плотностью 1,28 г/см³ и модулем 3,4, содержащего, мас.%: K₂O 10,06; SiO₂ 22,6; F^- 0,05.

П р и м е р 6. В реактор, представляющий емкость с мешалкой, подают 150 кг кремнегеля, являющегося отходом переработки кремнефтористоводородной кислоты на фтористый водород. Состав кремнегеля, мас.%: SiO₂ 56,0; F^- 5,0; Н₂О 35.

После загрузки кремнегеля в реактор заливают 230 л воды, включают мешалку и перемешивают. Полученная суспензия имеет отношение Т:Ж = 1:1,5. Далее в суспензию при работающей мешалке вводят 26,5 кг мела, содержащего 85% СаСО₃, что составляет 15% массовых от количества введенного кремнегеля, доводят до температуры кипения и вводят 65 л 40%-ного раствора натриевой щелочи из расчета образования жидкого натриевого стекла с модулем 3. Полученную пульпу нагревают до температуры кипения и выдерживают при этой температуре и постоянном перемешивании в течение 20 мин.

Готовое жидкое стекло охлаждают и отделяют от шлама, количество которого составляет 25,6 кг. В результате получают 250 л натриевого жидкого стекла плотностью 1,36 г/см³ и модулем 3,06, содержащего, мас.%: SiO₂ 24,2; Na₂O 8,16; F^- 0,06.

П р и м е р 7. В реактор, представляющий емкость с мешалкой, подают 150 кг кремнегеля, имеющего состав, мас.%: SiO₂ 60; F^- 1,05, Н₂О 37,5 (согласно разрабатываемым техническим условиям).

После загрузки кремнегеля в реактор заливают 230 л воды, включают мешалку и перемешивают. Полученная суспензия имеет отношение Т:Ж = 1:1,5. Далее в суспензию при работающей мешалке вводят 4,2 кг строительной извести ГОСТ 9179-77, содержащей 65% СаО + MgO, что составляет 2% массовых кальцийсодержащего соединения от количества введенного кремнегеля, доводят до температуры кипения и вводят 70 л 40%-ного раствора натриевой щелочи из расчета образования жидкого натриевого стекла с модулем 3. Полученную пульпу нагревают до температуры кипения и выдерживают при этой температуре и постоянном перемешивании в течение 20 мин. Готовое жидкое стекло охлаждают, отделяют от шлама, количество которого составляет 2,5 кг.

В результате получают 250 л жидкого натриевого стекла плотностью 1,37 г/см³ и модулем 2,8, содержащего, мас.%: SiO₂ 25,8; Na₂O 9,5; F^- 0,048.

Предлагаемый способ позволяет значительно сократить время варки по сравнению с прототипом, упростить процесс и повысить качество готового продукта за счет введения кальцийсодержащего соединения на стадии приготовления исходной пульпы кремнегеля. Достигается высокая степень очистки от фтора с одновременным улучшением качества готового продукта.

Полученное жидкое стекло отвечает требованиям ГОСТ 13078-81 и может быть использовано в народном хозяйстве.

Использование: технология неорганических веществ, использование кремнегеля - отхода переработки кремнефтористоводородной кислоты. Сущность изобретения: готовят суспенизию из кремнегеля и воды с соотношением Т : Ж = 1 : (1,0 - 2,5). Вводят в суспензию кальцийсодержащее соединение (известняк, мел, строительную известь) в количестве 11 - 15% от массы кремнегеля и нагревают до кипения. Добавляют раствор гидроксида щелочного металла, нагревают до кипения и выдерживают 15 - 20 мин. После охлаждения отделяют шлам. Состав жидкого стекла, %: Na₂O ; SiO₂ ; F^- , плотность 1,22 - 1,39 г/см³ , модуль 2,9 - 3,1. 1 з.п. ф-лы.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКОГО СТЕКЛА, включающий обработку фторсодержащего кремнегеля концентрированным раствором гидроксида щелочного металла и кальцийсодержащим соединением при температуре кипения, последующее отделение продукта от осадка, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени проведения процесса и повышения содержания SiO₂ и Me₂O, где Me = Na, K в продукте, кремнегель до стадии обработки смешивают с водой при Т : Ж = 1 : (1 - 2,5), обработку проводят сначала кальцийсодержащим соединением, взятым в количестве 11 - 15% от массы кремнегеля, причем в качестве кальцийсодержащего соединения используют мел, известняк, строительную известь, затем полученную смесь нагревают до температуры кипения и вводят раствор гидроксида щелочного металла. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве фторсодержащего кремнегеля используют кремнеземсодержащий отход переработки кремнефтористоводородной кислоты на фтористый водород и фторсоли.