СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКОГО СТЕКЛА ИЗ ДИАТОМИТА Российский патент 2008 года по МПК C01B33/32 

Изобретение относится к технологии получения жидкого стекла из диатомитов, которое применяется в производстве строительных материалов, силикатных красок, в химической, нефтеперерабатывающей, машиностроительной, текстильной, бумажной и др. отраслях промышленности.

Известен способ получения жидкого стекла, включающий предварительную обработку диатомита водой, нагревание до 80-95°С, обработку 30-50% раствором щелочи и разбавление водой в 3-10 раз /1/.

Недостатком известного способа является то, что при таком способе растворение кремнезема в щелочах происходит недостаточно полно и жидкое стекло получается низкого качества.

Известен способ получения жидкого стекла из опоки Дубенского месторождения Ульяновской области прокаливанием ее при температуре 500-600°С в течение 15-20 минут с дальнейшей обработкой водным раствором щелочи концентрацией 5-10% /2/.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что используется опока только высокого качества с содержанием аморфного кремнезема 63-73%.

Известен также способ получения жидкого стекла путем растворения кремнисто-опалового сырья - диатомита, трепела, опоки, включающий дозирование компонентов шихты, предварительное перемешивание сырья с водой с последующим введением твердого диоксида щелочного металла, тепловую обработку реакционной смеси ведут без подвода внешнего тепла за счет теплоты реакции растворения твердого гидроксида щелочного металла и образования гидросиликатов щелочного металла при 96-100°С в течение от 0,5-2 часов, после чего готовое жидкое стекло охлаждают со скоростью от 80 до 100°С в час /3/.

Недостатком данного способа является сложность поддержания температуры кипения реакционной массы на уровне 96-100°С, так как активный кремнезем, содержание которого является важнейшим показателем получения качественного жидкого стекла, наиболее полно растворяется при 96-105°С в течение 1-2 часов. Кроме того, жидкое стекло, полученное по известному способу, не достаточно чистое, поскольку содержатся примеси, органика и красящие оксиды.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения жидкого стекла, включающий обработку диатомита раствором щелочи при нагревании с последующей фильтрацией, с целью увеличения степени чистоты целевого продукта перед обработкой диатомита щелочью его подвергают прокалке при 550-700°С в течение 5-7 часов, используют гидроокись натрия концентрации 2-8%, с соотношением диатомита к щелочи 1,2-4,1:1,1 /4/. При таком соотношении получают раствор силиката натрия SiO₂:Na₂O равным 1,2:4,2. Содержание примесей металлов в полученном продукте составляет 10^-4-10^-5 мас.%.

Недостатком известного способа является невысокое качество готового продукта вследствии большого количества примесей в диатомите, низкий выход жидкого стекла, т.к. при соотношении диатомит:щелочь (1,2-4,1):1,1 получается вязкая суспензия. Кроме того, прокалку диатомита проводят в течение 5-7 часов, что может привести к разрушению структуры диатомита.

Задача, решаемая изобретением - получение жидкого стекла из диатомитов как высококачественных, так и средне- и низкокачественных, что позволит создать отечественный рынок жидкого стекла, (см. Классификацию диатомитов. Дистанов У.Г., Конюхова Т.П. Минеральное сырье. Сорбенты. // Справочник. - М.: ЗАО "Геоинформмарк", 1998. - 26-27).

Технический результат - повышение качества и увеличение выхода жидкого стекла за счет выделения из исходного диатомитового сырья различных качественных групп опаловой фракции без разрушения структуры диатомита и более полного удаления примесей, что приводит к расширению сырьевой базы за счет вовлечения в промышленную деятельность диатомитов различного качества.

Указанный технический результат достигается тем, что известный способ получения жидкого стекла из диатомита, включающий его термообработку при 500-800°С, обработку 5-7% раствором щелочи, фильтрацию полученной суспензии для отделения твердой части от жидкой, отличается тем, что термообработке подвергают опаловую фракцию с размером частиц 0,1-0,001мм, выделенную гравиметрическим способом из исходного диатомита, в качестве которого используют высококачественный или среднекачественный, или низкокачественный диатомит, при этом термообработку высококачественного диатомита ведут при температуре 500-600°С в течение 15-20 минут, среднекачественного - при температуре 550-750°С в течение 25-40 минут, низкокачественного - при температуре 700-800°С в течение 30 минут, а обработку диатомита раствором щелочи проводят в течение 1-2 час, полученную после фильтрации суспензии жидкую часть подвергают выпариванию.

Использование данного способа получения жидкого стекла позволит получать указанный продукт также из средне- и низкокачественного диатомита, так как введенная стадия обогащения, т.е. удаление из диатомита песчано-алевритовой фракции и тонкодисперсной глинистой составляющей позволяет выделить опаловую фракцию с размером частиц 0,1-0,001 мм гравитационным способом, что улучшает минеральный состав диатомита за счет повышения содержания опала, и в конечном итоге влияет на качество и чистоту получаемого жидкого стекла.

Проведенные петрографические исследования показывают, что термообработка диатомита при температуре 500-800°С приводит к выгоранию органики, переводит часть железа в окисную форму и частично изменяет микроструктуру диатомита. При температуре более 800°С тонкая структура панцирей частично исчезает, как бы гефелируется, выплавляется. Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявляемом способе, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна». Для проверки соответствия заявленного изобретения условию «изобретательский уровень» заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемыми существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».

Выполнение предложенного способа. Подготовка исходного сырья.

Для работы берут диатомиты различных качественных групп: высококачественные, среднекачественные и низкокачественные. Характеристика представлена в таблице 1.

Компонентный состав исходных диатомитов различных качественных групп
Таблица 1Компонентный состав, %Качественные группыВысококачественныеСреднекачественныеНизкокачественныеОпал, слагающий панцири диатомей, 75,0-80,065,0-74,955,0-64,9 Глинистые минералы,10,0-20,025,0-30,035,0-45,0Обломочный материал (песчано-алевритовая фракция)0,5-5,05,5-10,010,5-20,0

Кусковой диатомит влажностью 50-60% оставляют на воздухе для сушки, дробят на куски 10-15 см, сушат до влажности не более 20% и измельчают до фракции менее 1,0 мм. Подготовленный таким образом диатомит взвешивают по 100 г и помещают в литровые стаканы для очистки от примесей песка и глины гравитационным методом с целью выделения опаловой фракции с размером частиц 0,1-0,001 мм.

Содержание опала после обогащения у высококачественных диатомитов повышается от 85-95%, среднекачественных от 80-84%, низкокачественных от 70-79%.

Пример 1. Выделенный осадок опаловой фракции высокачественной группы диатомитов с размером частиц 0,1-0,001 мм и содержанием опала 90% сушат и подвергают термообработке при температуре 450°С в течение 25 минут. Затем этот осадок загружают в круглодонную колбу в количестве 200 г и заливают 600 мл 5% раствора едкого натра. Суспензию нагревают при 95-105°С в течение 1 часа, после чего реакционную смесь охлаждают и выливают в отстойник для отделения твердой части от жидкой, затем отделяют декантацией. Твердый осадок промывают водой два раза при соотношении Т:Ж=1:2. Промывные воды смешивают с раствором щелочи, корректируют ее концентрацию и возвращают в процесс варки жидкого стекла. Полученное жидкое стекло по мере необходимости выпаривают на водяной бане до заданного удельного веса. Результаты представлены в таблице 2.

Примеры 2, 3, 4, 5.

Выполняются по примеру 1 с тем отличием, что термообработку опаловой фракции проводят при температуре 500, 550, 600, 650°С в течение 20, 15, 15, 15 минут соответственно, а обработку осуществляют 5% раствором едкого натра в течение 1-го часа.

Примеры 6, 7, 8, 9, 10, 11.

Выполняются по примеру 1 с тем отличием, что выделенный осадок опаловой фракции относится к диатомитам среднекачественной группы с содержанием опала 82%, термообработку которого проводят при температуре 500, 550, 600, 700, 750, 800°С в течение 45, 40, 35, 30, 25, 25 минут соответственно, а обработку осуществляют 6% раствором едкого натра в течение 3, 2, 2, 2, 2, 2-х часов соответственно.

Примеры 12, 13, 14, 15, 16.

Выполняют по примеру 1 с тем отличием, что выделенный осадок опаловой фракции относится к диатомитам низкокачественной группы с содержанием опала 75%, термообработку которого проводят при температуре 650, 700, 750, 800, 850°С в течение 45, 30, 30, 30, 30 минут соответственно, а обработку осуществляют 7% раствором едкого натра в течение 3, 2, 2, 2, 2-х часов соответственно.

Результаты представлены в таблице 2.

Как видно из приведенных в таблице 2 данных для высококачественных диатомитов, силикатный модуль, выход жидкого стекла с более высокими значениями достигается при прокалке опаловой фракции при 500-600°С в течение 15-25 минут и концентрации используемой щелочи 5% (силикатный модуль 3,5-3,6, выход жидкого стекла 0,8-0,85 л) при продолжительности процесса в течение 1 часа. Прокаливание опаловой фракции при 450°С в течение 25 минут и обработке 5% раствором щелочи в течение 1 часа не обеспечивает высокого выхода жидкого стекла, снижаются показатели силикатного модуля до 3, 4. Увеличение температуры термообработки до 650°С и уменьшения времени до 15 минут также нецелесообразно из-за низкого выхода жидкого стекла и показателя силикатного модуля. Цвет полученного жидкого стекла в обоих случаях коричневый.

Для среднекачественных диатомитов выбраны оптимальные условия термообработки при 550-750°С в течение 25-40 мин, варки жидкого стекла 6% раствором щелочи в течение 2 часов. При этих условиях полученное жидкое стекло имеет силикатный модуль 3, 12-3,3, его выход составляет 0,55-0,75 л. Цвет жидкого стекла - желтый. Термообработка при 500°С в течение 45 минут и при 800°С в течение 25 минут, обработка 6% раствором щелочи в течение 3 часов нецелесообразна, т.к. не приводит к увеличению выхода жидкого стекла и показателя силикатного модуля. Цвет жидкого стекла в данных случаях коричневый.

У низкокачественных диатомитов выбраны оптимальные условия термообработки - температура 700-800°С, время 30 минут, обработка 7% раствором щелочи в течение 2-х часов. При этих условиях получается светло-коричневое стекло, силикатный модуль 3,0-3,1, выход 0,5-0,65 л. Температура ниже и выше этого (650 и 850°С) приводит к снижению выхода и показателя силикатного модуля, а следовательно, и качества жидкого стекла.

Предлагаемое изобретение является промышленно применимым, т.к. удовлетворяет следующим условиям:

- заявляемый способ предназначен для использования в промышленности, а именно для получения жидкого стекла - продукта многоцелевого назначения, который необходим для прогрессивного развития многих отраслей народного хозяйства в нефтяной промышленности для укрепления стенок скважин, их тампонажа, в строительной промышленности для производства строительных изделий, как цементирующий и вяжущий материал мыловаренной и парфюмерной промышленности, как наполнитель мыла и чистящих средств на предприятиях бытовой химии (активные наполнители).

- для заявляемого способа получения жидкого стекла, в том виде как он охарактеризован в изложенной формуле изобретения, подтверждена возможность получения качественного жидкого стекла с помощью описанных в заявке примеров.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию «промышленная применимость».

Предлагаемый способ получения жидкого стекла по сравнению с известным позволит:

- получать качественное жидкое стекло из диатомитов среднего и низкого качества, что приводит к расширению сырьевой базы;

- обеспечить доступность способа к широкому применению на практике.

Источники информации

1. А.с СССР №1118613, С03B 33/32, 1984 г.

2. Патент РФ №2188793, С01В 33/32, 2002 г.

3. Патент РФ №2189941, С01В 33/32, 2002 г.

4. А.с СССР №823284, С01B 33/32, 1982 г. (Прототип).

Изобретение относится к технологии получения жидкого стекла из диатомитов. Способ получения жидкого стекла из диатомита включает подготовку диатомита, термообработку его при 500-800°С, обработку 5-7% раствором щелочи в течение 1-2 часов, фильтрацию полученной суспензии для отделения твердой части от жидкой, выпаривание жидкой части. Термообработке подвергают опаловую фракцию с размером частиц 0,1-0,001 мм, выделенную гравиметрическим способом из исходного диатомита. Термообработку проводят для высококачественного диатомита при температуре 500-600°С в течение 15-20 минут, для среднекачественного - при температуре 550-750°С в течение 25-40 минут, для низкокачественного - при температуре 700-800°С в течение 30 минут. Изобретение позволяет повысить качество и выход жидкого стекла. 2 табл.

Способ получения жидкого стекла из диатомита, включающий подготовку диатомита, термообработку его при 500-800°С, обработку 5-7%-ным раствором щелочи, фильтрацию полученной суспензии для отделения твердой части от жидкой, отличающийся тем, что термообработке подвергают опаловую фракцию с размером частиц 0,1-0,001 мм, выделенную гравиметрическим способом из исходного диатомита, в качестве которого используют высококачественный, или среднекачественный, или низкокачественный диатомит, при этом термообработку высококачественного диатомита ведут при температуре 500-600°С в течение 15-20 мин, среднекачественного - при температуре 550-750°С в течение 25-40 мин, низкокачественного - при температуре 700-800°С в течение 30 мин, обработку диатомита раствором щелочи проводят в течение 1-2 ч, полученную после фильтрации суспензии жидкую часть подвергают выпариванию.