СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАСТВОРИМОГО СТЕКЛА Российский патент 2010 года по МПК C01B33/32 

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при изготовлении строительных материалов, специальных бетонов и изделий на основе растворимых силикатов.

Известны способы производства растворимых силикатов (силикат-глыбы). Их получают обжигом смеси кварцевого песка с содой или сульфатом натрия при 1300-1400°С. При охлаждении расплава стекла образуется твердая масса, называемая силикат-глыбой. Последнюю растворяют в воде и используют в качестве связующего для изготовления кислотоупорных цементов и бетонов, огнезащитных обмазок, силикатизации грунтов и при производстве различных строительных изделий (Волженский А.В. Минеральные вяжущие вещества. - М.: Стройиздат, 1986, - 464 с.).

Недостатком одного из этих способов, так называемого карбонатного, является дефицитность и дороговизна соды (Корнеев В.И., Данилов В.В. Производство и применение растворимого стекла. Жидкое стекло. - Л.: Стройиздат, 1991, - 175 с.).

Другой, сульфатный способ получения растворимого стекла основан на взаимодействии Na₂SO₄ с кремнеземом в присутствии или чистого угля, или каких-либо органических веществ, действующих в качестве восстановителей сульфата натрия (П.Н.Григорьев, М.А.Матвеев. Растворимое стекло (получение, свойства и применение). - М: Гос. изд. литературы по строительным материалам, 1956, - 444 с.). К сульфатному способу получения силикатов прибегают в случае необходимости снижения стоимости производства продукции, поскольку исходный сульфат натрия является дешевым заменителем соды. Недостатками получения силикатов по сульфатному способу являются сложность технологического процесса, необходимость использования дополнительного углеродного топлива и худшее качество получаемой продукции (см. там же).

Наиболее близким к предлагаемому является карбонатно-сульфатный способ получения растворимого стекла путем сплавления смеси соды и сульфата натрия в восстановительной среде (П.Н.Григорьев, М.А.Матвеев. Растворимое стекло (получение, свойства и применение). - М: Гос. изд. литературы по строительным материалам, 1956, - 444 с.). Недостатками этого способа являются все еще достаточно высокая стоимость конечной продукции и необходимость использования дополнительного углеродного топлива.

Технический результат, на решение которого направлено изобретение, заключается в удешевлении производства силиката натрия и утилизации отходов тротилового производства.

Технический результат достигается тем, что в способе получения растворимого стекла путем нагревания до температуры плавления смеси сульфата натрия и соды с кремнеземом в восстановительной среде в качестве содово-сульфатной смеси и восстановителя используют отходы тротилового производства - сульфатсодержащую золу и сульфитный щелок.

При очистке тротила-сырца (Е.Ю.Орлова. Химия и технология бризантных взрывчатых веществ. Л.: Химия, 1973. - 688 с.) образуются десятки тысяч тонн сульфитного щелока, содержащего натриевые соли сульфокислот несимметричных изомеров тротила, нитрофенолов, нитрокислот, нитрита натрия, соды, бисульфата и сульфита натрия. По принятой в настоящее время технологии сульфитный щелок после предварительного упаривания до 30-40%-ной концентрации по твердому остатку, направляют на сжигание, а образующуюся золу в отвал. Под воздействием атмосферных осадков она превращается в токсичные стоки, загрязняющие грунтовые воды, что приводит к существенному ухудшению экологической обстановки.

Утилизация отходов крупнотоннажного химического производства путем их использования при получении растворимого стекла позволяет улучшить экологическую обстановку в районах производства тротила и значительно удешевить производство растворимого стекла без применения дополнительного углеродного топлива.

Процесс получения растворимого стекла заключается в следующем. Отходы производства тротила - сульфатсодержащая зола и сульфитный щелок - после проведения химического анализа подвергаются смешению с необходимым количеством кремнезема. Типичный химический состав сульфатсодержащей золы приведен в таблице 1. Сульфитный щелок предварительно упаривают до 40-50%-ной концентрации по твердому веществу. Внесение воды с раствором щелока в шихту способствует ее небольшому увлажнению, что приводит к образованию на поверхности частиц кварцевого песка равномерно распределенной пленки щелочных соединений, а это, в свою очередь, благоприятно сказывается на процессах силикатообразования (Корнеев В.И., Данилов В.В. Производство и применение растворимого стекла. Жидкое стекло. - Л.: Стройиздат, 1991, - 175 с.).

Таблица 1 Химический состав сульфатсодержащей золы - отхода тротилового производства Компонент Содержание компонентов, % Сульфат натрия 76,49 Карбонат натрия 18,35 Сульфид натрия 2,19 Хлорид натрия 1,44 Углерод 1,29 Влага 0,16

Смесь отходов и кремнезема подается в печь ванного или вращающегося типа, где нагревается факелом природного газа до температуры плавления. Реакция силикатообразования начинается при сравнительно низких температурах (380°С) по схеме:

SiO₂+Na₂СО₃→Na₂O·nSiO₂+СО₂

Полное связывание соды завершается при температурах 920-950°С. Процесс восстановления сульфата натрия в составе содово-сульфатной шихты начинается с 600°С (Корнеев В.И., Данилов В.В. Производство и применение растворимого стекла. Жидкое стекло. - Л.: Стройиздат, 1991, - 175 с.). Органические восстановители, внесенные в шихту в составе сульфитного щелока, наряду с углеродом, имеющимся в сульфатсодержащей золе, сгорают внутри щелочного расплава за счет кислорода, находящегося в Na₂SО₄. Сульфат натрия, отдавая на сжигание углерода свой кислород, переходит в соединение меньшей валентности (Na₂SО₃). (П.Н.Григорьев, М.А.Матвеев. Растворимое стекло (получение, свойства и применение). - М: Гос. изд. литературы по строительным материалам, 1956, - 444 с.). Образующийся сульфит натрия распадается на Na₂O и SO₂, после чего оксиды натрия реагируют с кремнеземом, образуя растворимое стекло. Выделяющийся сернистый газ может быть использован для получения строительного гипса. Осветление стекломассы и ее гомогенизация требуют повышения температуры стекла до 1300-1400°С, после чего процесс завершается.

В таблице 2 приведен примерный состав шихты для получения растворимого стекла массой в 1000 кг.

Таблица 2 Состав шихты для получения 1000 кг растворимого стекла Компонент шихты Содержание компонента, кг/% Сульфатсодержащая зола 500-550/36 Кремнезем 700-750/49-50 Сульфитный щелок 400-450 (40-50%-ный раствор) / 14-15 (по твердому веществу)

Как видно из табличных данных, суммарное максимальное содержание отходов в составе шихты, используемой для получения растворимого стекла по данному изобретению, составляет 51%, что значительно удешевляет весь процесс и позволяет полностью утилизировать отходы тротилового производства.

Изобретение может быть использовано при изготовлении строительных материалов, специальных бетонов и изделий на основе растворимых силикатов. Растворимое стекло получают нагреванием до температуры плавления отходов тротилового производства - сульфатсодержащей золы и сульфитного щелока. Изобретение позволяет удешевить производство силиката натрия и утилизировать отходы тротилового производства. 2 табл.

Способ получения растворимого стекла путем нагревания до температуры плавления смеси сульфата натрия и соды с кремнеземом в восстановительной среде, отличающийся тем, что в качестве содово-сульфатной смеси и восстановителя используют отходы тротилового производства - сульфатсодержащую золу и сульфитный щелок.