СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКОГО СТЕКЛА Российский патент 2017 года по МПК C01B33/32 C03C3/04 

Изобретение относится к технологии получения жидкого стекла для производства строительных материалов и может быть использовано, например, при изготовлении теплоизоляционных изделий.

Себестоимость производства жидкого стекла на российских предприятиях высока и может достигать 200 $. В настоящее время предприятиями России ежегодно производится и потребляется свыше 7 миллионов тонн жидкого стекла, при этом образуется несколько миллионов тонн отходов. Все это определяет важность для народного хозяйства развития технологий производства жидкого стекла более экономичных и экологичных.

В настоящее время жидкое стекло в России получают в основном из силикат глыбы (Корнеев В.И., Данилов В.В. Растворимое и жидкое стекло. Санкт-Петербург: Стройиздат. СПб., 1996, стр. 128) [1]. Силикат-глыбу получают в печи при температуре 1000-1400°C из кремнеземсодержащего сырья и соды и растворяют в горячей воде при повышенном давлении в автоклаве.

Недостатком технологии является многостадийность, использование сложного оборудования как печного, так и автоклавного, что определяет высокие эксплуатационные затраты из-за длительности процесса, высокие капитальные вложения, большой расход электрической и тепловой энергии. Поскольку в данном процессе все примеси из сырья переходят в жидкое стекло, получаемое стекло имеет низкое качество. Способ характеризуется высокой себестоимостью, наличием отходов в виде шлаков и шламов.

Известны альтернативные процессы получения жидкого стекла, а именно гидротермальной обработкой раствором щелочи определенной концентрации кремнеземсодержащего сырья. В качестве кремнеземсодержащего материала может быть использовано природное сырье в кристаллическом виде, а именно - кварцевый песок (RU 2220906, опубл. 10.01.2004) [2] или природное сырье в аморфном виде, а именно, диатомит (RU 206443, опубл. 27.07.1996) [3]. В этом случае жидкое стекло получают в автоклаве из тонкого измельченного кварцевого песка. Для тонкого измельчения прочного кварцевого песка и проведения автоклавного процесса необходимы высокие капитальные вложения, высокие эксплуатационные затраты, связанные с длительным автоклавным процессом варки, а также большой расход электрической и тепловой энергии при низком качестве получаемого стекла.

В качестве кремнеземсодержащего материала может быть использовано техногенное сырье в аморфном виде с содержанием оксида кремния 84,4%, а именно остаток после солянокислотного выщелачивания серпентинита (RU 2285665, опубл. 20.10.2006) [4]. Согласно этому способу сырье с содержанием оксида кремния 84,4% смешивают с раствором щелочи, перемешивают в течение 15-20 минут в емкости при температуре 95°C, фильтруют и концентрируют при 100°C с уменьшением объема до 2,5 раз. Получают качественное силикатное стекло с содержанием примесей в масс. %: 0,0017 Fe₂O₃; 0,0014 СаО.

Недостатком этой технологии является высокий расход энергии на концентрирование жидкого стекла в 2,5 раза, сложное и дорогое оборудование для концентрирования жидкого стекла, которое определяет высокие капитальные вложения, высокие эксплуатационные затраты, связанные с длительным процессом концентрирования.

Наиболее близким к заявленному способу является способ получения жидкого стекла (RU 2314997, опубл. 20.01.2008) [5]. В данном способе в качестве кремнеземсодержащего материала используют техногенное сырье в аморфном виде с содержанием оксида кремния 95%, а именно остаток после кислотного выщелачивания серпентинита. Согласно данному способу сырье с содержанием оксида кремния 95% смешивают с раствором щелочи, перемешивают в течение 30-60 минут в емкости при температуре 90°C, фильтруют, промывают осадок.

Способ по прототипу экономичен, поскольку имеет низкий расход энергии, что определяется отсутствием энергоемких операций в отличие от других способов, которые их содержат. Например, способ по RU 2285665 содержит операцию концентрирования, а способ по RU 2220906 - тонкий помол и автоклавную обработку. Способ по прототипу имеет низкие эксплуатационные расходы, поскольку все его операции проводятся быстро, в то время как вышеназванные способы содержат операции, требующие много времени. Например, способ по RU 2285665 содержит длительные операции фильтрования и концентрирования, а способ по RU 2220906 - автоклавную обработку, длящуюся 8 часов.

Способ по прототипу технологичен, поскольку осуществляется на простом, стандартном оборудовании, в то время как, например, в способе по RU 2285665 операция концентрирования должна проводиться на нестандартном, уникальном оборудовании, поскольку требует температуры 100°C, то есть без достижения кипячения раствора жидкого стекла. При этом жидкое стекло очень требовательно к способам подвода тепла, т.к. быстро отверждается на горячих поверхностях в прочную корку. В способе по RU 2220906 операция автоклавной обработки проводится при давлении свыше 10 атм, что соответственно требует также сложного оборудования.

Способ по прототипу требует малых капитальных затрат, т.к. включает всего 4 простых и производительных операции, которые выполняются всего на 2-х единицах оборудования. Смешение кремнеземсодержащего материала и раствора гидроксида натрия осуществляют в недорогом стандартном реакторе с мешалкой. Гидротермальную обработку полученной суспензии осуществляют в том же стандартном реакторе с мешалкой, а отделение непрореагировавшего осадка фильтрованием - на стандартном, например вакуумном ленточном фильтре ЛОН-1,8, где фильтрация идет непрерывно и быстро. Промывку отделенного осадка выполняют на том же ЛОН-1,8 непрерывно и быстро водой на второй части фильтровального полотна одновременно с фильтрацией. В результате количество используемых фильтров незначительно, в то время как, например, для реализации операции концентрирования в способе по RU 2285665 требуется нестандартное уникальное, а потому дорогое оборудование, причем в большом количестве из-за низких скоростей концентрирования. Низкая скорость фильтрования предполагает также использование значительного количества фильтров, так, например, операция автоклавной обработки в способе по RU 2220906 продолжается 8 часов, а значит требует большого количества дорогого автоклавного оборудования.

Однако при всех преимуществах способа по прототипу получаемое этим способом силикатное стекло, уступает по качеству стеклу, получаемому по способу [4] из-за содержания примесей, а именно жидкое стекло, получаемоме по способу-прототипу, содержит следующие примеси, масс. %: Fe₂O₃, Al₂O₃ - 0,05; CaO, MgO - 0,05. Наличие значительного количества примесей, ухудшающих качество жидкого стекла, является недостатком данной технологии.

Задачей настоящего изобретения является разработка экономичной технологии получения более качественного жидкого стекла.

Для решения поставленной задачи предложен способ получения жидкого стекла, который, как и способ по прототипу, включает приготовление суспензии кремнеземсодержащего материала в растворе гидроксида натрия, ее гидротермальную обработку, отделение непрореагировавшего остатка фильтрованием с его последующей промывкой, при этом в качестве кремнеземсодержащего материала используют кремнеземсодержащее аморфное вещество в виде остатка после кислотного выщелачивания серпентинита. Заявленный способ отличается тем, что в качестве кремнеземсодержащего материала используют кремнеземсодержащее аморфное вещество с фракцией больше 0,15 мм в виде остатка после кислотного выщелачивания серпентинита раствором гидросульфата аммония, который размалывают до частиц со средним эффективным диаметром 0,1-0,2 мм, отделяют железосодержащие частицы магнитной сепарацией, добавляют твердый гидроксид натрия, полученную смесь размалывают до равномерного состояния и до частиц со средним эффективным диаметром 0,1-0,2 мм, термоактивируют при температуре 175-200°C в течение 20-30 минут, после чего добавляют горячую воду с температурой 58-68°C и перемешивают до получения суспензии кремнеземсодержащего аморфного вещества в растворе гидроксида натрия.

Для производства чистого оксида магния для производства огнеупоров используют отход производства асбеста - серпентинит с гранулометрическим составом 0,1-0,3 мм, в котором отсутствует глина. Гранулометрический состав серпентинита обусловлен тем, что при производстве асбеста размолотая руда проходит вначале через сито 0,3 мм, а затем подается на сито 0,1 мм. Остаток, остающийся на сите 0,1 мм, продувается воздухом с целью извлечения асбеста, оставшийся отход - серпентинит с гранулометрическим составом 0,1-0,3 мм используется для выщелачивания.

Исследования, проведенные авторами, показали, что в процессе выщелачивания данного сырья раствором гидросульфата аммония происходит разложение серпентинита, состоящего из частиц смеси минералов: кристаллов магниево-гидросиликата и железистого гидросиликата. При этом извлечение магния раствором гидросульфата аммония с образованием раствора, содержащего сульфат магния, достигает 96%, а извлечение железа в раствор незначительно. В результате, при переходе в раствор ионов магния в раствор одновременно переходят ионы SiO₃^2-, которые гидролизуются до H₂SiO₃, после чего начинается реакция с выделением H₂O и ростом на поверхности не растворившихся частиц слоя частиц аморфного кремнезема SiO₂. Линейный размер таких вновь образовавшихся частиц достигает 2,5 мм, внутри них неразложившиеся частицы железистого гидросиликата - прочные и твердые, сохранившие исходные размеры, а снаружи - непрочный и нетвердый конгломерат частиц аморфного кремнезема, служащего сырьем для производства жидкого стекла. Объем образования данного сырья растет с каждым годом с ростом производства отечественного чистого оксида магния и может достигнуть 5 миллионов тонн в год, поскольку потребность промышленности России в оксиде магния превышает 2,0 миллионов тонн в год и удовлетворяется в настоящее время за счет дорогого импорта.

Согласно заявленному способу используют вышеописанное кремнеземсодержащее аморфное вещество с фракцией больше 0,15 мм. В то же время фракция меньше 0,15 мм должна быть удалена, поскольку имеет в своем составе много мелких частиц, на поверхности которых нет частиц кремнезема аморфного, но поверхность которых состоит из шпинелей и других кислотоупорных материалов, что хорошо видно в микроскоп. При магнитной сепарации такие мелкие частицы удаляются незначительно. Опытным путем доказано, что получаемое из такого кремнеземсодержащего аморфного вещества с фракцией меньше 0,15 мм жидкое стекло имеет много примесей.

Согласно заявленному способу вышеописанное кремнеземсодержащее аморфное вещество с фракцией больше 0,15 мм размалывают до частиц со средним эффективным диаметром 0,1-0,2 мм и отделяют железосодержащие частицы магнитной сепарацией. При помоле кремнеземсодержащего вещества до частиц со средним эффективным диаметром 0,1-0,2 мм происходит дробление частиц только аморфного кремнезема и появляется часть частиц, состоящих только из чистого аморфного кремнезема. При магнитной сепарации такого порошка удаляются практически все частицы, содержащие частицы железистого гидросиликата, и в результате получается чистый аморфный кремнезем в большом количестве. При более тонком помоле, до частиц со средним эффективным диаметром менее 0,1 мм, происходит резкое ухудшение качества подготовленного аморфного кремнезема, т.к. появляется масса мелких частиц, имеющих на своей поверхности не только аморфный кремнезем, но и шпинели и другие кислотоупорные материалы, которые не полностью извлекаются магнитом из слоя порошка. А при более крупном помоле, например, до размера частиц 0,3 мм качество аморфного кремнезема хорошее, однако количество подготовленного чистого кремнезема аморфного резко уменьшается, поскольку вместе с магнитными частицами удаляется значительно больше аморфного кремнезема, соединенного в частицы с железистым гидросиликатом.

Чем быстрее из обезжелезенного сырья удастся извлечь в раствор кремнезем аморфный, чем быстрее и лучше фильтруется раствор жидкого стекла, тем меньшее количество примесей успевает прореагировать и перейти в раствор, как при гидротермальной обработке, так и при фильтрации, тем более чистое получается жидкое стекло. Поэтому для получения качественного жидкого стекла необходимо обработать обезжелезненное сырье и увеличить его химическую активность. Для этого в очищенное от железа кремнеземсодержащее аморфное вещество добавляют твердый гидроксид натрия, размалывают полученную смесь до равномерного состояния и до частиц со средним эффективным диаметром 0,1-0,2 мм, термоактивируют смесь при температуре 175-200°C в течение 20-30 минут. При этом происходит как активация всех частиц кремнезема, так и частичное протекание реакции образования силиката натрия, что не только ускоряет процесс, но и повышает при гидротермальной обработке излечение в раствор кремнезема при температуре 175°C и 20 минутах активации - до 94%, а при 200°C и 30 минутах - до 96%. Дальнейшее повышение температуры и времени термоактивации не увеличивает степень извлечения кремнезема в раствор, а тоже время термоактивация при меньшей температуре недостаточна.

Например, при 150°C и 20 минутах термоактивации, извлечение кремнезема аморфного при выщелачивании 15 минут составляет меньше 50%. Следовательно, необходимо увеличивать время выщелачивания до 60 минут, при этом количество растворенных в жидком стекле примесей растет в разы. Например, если проводить термоактивацию при 150°C в течение 20 минут, а потом, как предлагается в способе, выщелачивать кремнезем аморфный 15 минут, то получится жидкое стекло хорошего качества, но извлечение кремнезема аморфного будет невелико и составит около 40%. При этом, при термоактивации при 150°C в течение 20 минут, если выщелачивать кремнезем аморфный 60 минут, извлечение возрастет до 91,5%, но жидкое стекло будет плохого качества.

Добавление в термоактивированную смесь кремнеземсодержащего аморфного вещества и твердого гидроксида натрия горячей воды позволяет практически мгновенно при перемешивании получить суспензию кремнезема аморфного в растворе гидроксида натрия с рабочей температурой гидротермической обработки, что важно для скорейшего проведения процесса. Выбор температуры горячей воды определяется температурой проведения гидротермальной обработки и составляет 58-68°C. При этом если горячая вода будет иметь температуру 58°C - получится суспензия 90°C, а если горячая вода будет иметь температуру 68°C - получится суспензия 100°C. При обеих температурах, не теряя время на подогрев, можно проводить гидротермальную обработку.

Для промышленной реализации заявленного способа для помола кремнеземсодержащего аморфного вещества, представляющего собой малопрочный конгломерат частиц, можно с большой производительностью использовать самые простые и дешевые шаровые мельницы. Оборудование для магнитной сепарации также очень дешевое и производительное. Затраты на всех операциях заявленного способа незначительны. Для смешения кремнеземсодержащего аморфного вещества и твердого гидроксида натрия можно с большой производительностью использовать самые простые и дешевые миксеры, например, те, что используются для приготовления бетона. Для помола смеси можно также использовать самые простые и дешевые шаровые мельницы, поскольку частицы твердого гидроксида натрия очень непрочные. Термоактивация проводится при низкой температуре 175-200°C и малое время, поэтому можно использовать любые дешевые и производительные сушилки, затраты на всех операциях незначительны. Для гидротермической обработки суспензии кремнезема аморфного в растворе гидроксида натрия можно использовать простую, стандартную емкость с мешалкой, затраты не перемешивание незначительны.

Новый технический результат, достигаемый заявленным способом, заключается в сокращении времени проведения процесса гидротермальной обработки суспензии кремнеземсодержащего вещества в растворе гидроксида натрия, а также в меньшем извлечении примесей в раствор жидкого стекла.

Пример 1.

Взяли серпентинит Баженовского месторождения (отход предприятия ОАО «Асбест» - остаток на сите 0,1 мм без волокон асбеста, ранее серпентинит проходит через сито 0,3 мм). Серпентинит выщелачивали раствором гидросульфата аммония, промыли, высушили, получили кремнеземсодержащее вещество: с химическим составом, пересчитанным на оксиды, % мас.: SiO₂ - 90,17, Fe₂O₃ - 6,58; MgO - 2,42. Полученное кремнеземсодержащее вещество просеяли на сите 0,15 мм и завесили образец в 1000 грамм кремнезем содержащего вещества фракции меньше 0,15 мм. Размололи образец до частиц со средним эффективным диаметром 0,1 мм, отделили часть примесей магнитной сепарацией и получили 776,7 грамм чистого аморфного кремнезема с химическим составом пересчитанным на оксиды, % мас.: SiO₂ - 95,34, Fe₂O₃ - 2,54; MgO - 1,74. Добавили 260,4 грамм твердого гидроксида натрия, размололи в ручной мельнице до получения однородного порошка со средним эффективным диаметром 0,1 мм. Перенесли порошок на нагретый противень тонким слоем и поставили в нагретую до 180°C печку на 25 минут. После перенесли порошок в мешалку с подогревом, добавили 1699 грамм воды с температурой 60°C и получили сразу температуру суспензии, равную 92°C, что укладывается в оптимальный температурный режим гидротермальной обработки суспензии, равный 90-100°C. Перемешивали при подогреве 15 минут, поддерживая температуру 92°C. Полученную суспензию отфильтровали, получили 2640,9 грамм бесцветного жидкого стекла плотностью 1,19 г/см³, с силикатным модулем 3,5, содержание SiO₂ - 26,5%, Na₂O - 7,6%. Содержание примесей составило Fe₂O₃ - 0,06%; MgO - 0,08%. Непрореагировавший осадок промыли водой. Получили 82,8 грамм влажного осадка, содержащего, мас. %: SiO₂ - 41,1, Fe₂O₃ - 23,8; MgO - 16,4, связанной и абсорбционной H₂O - 16,7%.

В опыте в качестве образца использовано кремнеземсодержащее вещество, полученное при кислотном выщелачивании серпентинита, размер частиц составил менее 0,15 мм, при этом обработка образца велась далее согласно предлагаемому способу с соблюдением всех технологических параметров: помол до частиц со средним эффективным диаметром 0,1 мм, магнитная сепарация, добавление щелочи, совместный помол, термоактивация, добавка воды и гидротермальная обработка, что позволило достичь: высокого извлечения кремнезема - 95,4% и быстрой фильтрации жидкого стекла, однако из-за несоблюдения соблюдаемой технологии, а именно в части использования в качестве образца фракции кремнеземсодержащего вещества с размером менее 0,15 мм, жидкое стекло получилось «грязное» - содержание примесей составило Fe₂O₃ - 0,06%; MgO - 0,08%.

Согласно проведенному опыту использовать кремнеземсодержащее вещество фракции меньше 0,15 мм нельзя из-за того, что будет получаться «грязное» жидкое стекло.

Пример 2.

Взяли серпентинит Баженовского месторождения (отход предприятия ОАО «Асбест» - остаток на сите 0,1 мм без волокон асбеста, ранее серпентинит проходит сито 0,3 мм). Серпентинит выщелачивали раствором гидросульфата аммония, промыли, высушили, получили кремнезем содержащее вещество: с химическим составом, пересчитанным на оксиды, % мас.: SiO₂ - 90,17, Fe₂O₃ - 6,58; MgO - 2,42. Полученное кремнеземсодержащее вещество просеяли на сите 0,15 мм и завесили образец в 1000 грамм кремнеземсодержащего вещества согласно предлагаемой технологии - фракция больше 0,15 мм.

Размололи образец до частиц со средним эффективным диаметром 0,1 мм, отделили часть примесей магнитной сепарацией и получили 652,8 грамм чистого аморфного кремнезема с химическим составом, пересчитанным на оксиды, % мас.: SiO₂ - 97,31, Fe₂O₃ - 1,01; MgO - 1,49. Добавили 220,1 грамм твердого гидроксида натрия, размололи в ручной мельнице до получения однородного порошка со средним эффективным диаметром 0,1 мм. Перенесли порошок на нагретый противень тонким слоем и поставили в нагретую до 175°C печку на 20 минут. После перенесли порошок в мешалку с подогревом, добавили 1436 грамм воды с температурой 58°C и получили сразу температуру суспензии, равную 90°C, что укладывается в оптимальный температурный режим гидротермальной обработки суспензии, равный 90-100°C. Перемешивали при подогреве 15 минут, поддерживая температуру 90°C. Полученную суспензию отфильтровали, получили 2233 грамм бесцветного жидкого стекла плотностью 1,19 г/см³, с силикатным модулем 3,5, содержание SiO₂ - 26,5%, Na₂O - 7,6%. Содержание примесей составило Fe₂O₃ - 0,005%; MgO - 0,008%. Непрореагировавший осадок промыли водой. Получили 66,4 грамм влажного осадка содержащего, мас. %: SiO₂ - 57,4, Fe₂O₃ - 9,9; MgO - 14,7, связанной и абсорбционной H₂O - 16,7%.

В опыте обработка образца ведется согласно предлагаемому способу: помол до частиц со средним эффективным диаметром 0,1 мм, магнитная сепарация, добавление щелочи, совместный помол, термоактивация, добавка воды и гидротермальная обработка, при этом термоактивация ведется на границе области термоактивации - 175°C и 20 минут, что позволяет достичь: высокого извлечения кремнезема - 94,0% и быстрой фильтрации жидкого стекла. Жидкое стекло получилось, как и нужно - «чистое» - содержание примесей составило Fe₂O₃ - 0,004%; MgO - 0,007%.

Согласно проведенному опыту технология работает на границах областей технологических параметров обработки для помола кремнеземсодержащего вещества до частиц со средним эффективным диаметром 0,1 мм.

Пример 3.

Приготовили из образца в 1000 грамм - 652,8 грамм чистого аморфного кремнезема с химическим составом пересчитанным на оксиды, % мас.: SiO₂ - 97,31, Fe₂O₃ - 1,01; MgO - 1,49, как в примере 2. Добавили 214,3 грамм твердого гидроксида натрия, размололи в ручной мельнице до получения однородного порошка со средним эффективным диаметром 0,1 мм. Перенесли порошок на нагретый противень тонким слоем и поставили в нагретую до 150°C печку на 30 минут. После перенесли порошок в мешалку с подогревом, добавили 1398 грамм воды с температурой 60°C и получили сразу температуру суспензии, равную 92°C, что укладывается в оптимальный температурный режим гидротермальной обработки суспензии, равный 90-100°C. Перемешивали при подогреве 15 минут, поддерживая температуру 92°C. Полученную суспензию отфильтровали, получили 1706 грамм бесцветного жидкого стекла плотностью 1,15 г/см³, с силикатным модулем 1,53, содержание SiO₂ - 13,6%, Na₂O - 8,9%. Содержание примесей составило Fe₂O₃ - 0,001%; MgO - 0,003%. Непрореагировавший осадок промыли водой. Получено 474,1 грамм влажного осадка, содержащего, мас. %: SiO₂ - 80,4, Fe₂O₃ - 1,4; MgO - 2,05, связанной и абсорбционной H₂O - 16,0%.

В опыте обработка образца ведется согласно предлагаемому способу: помол до частиц со средним эффективным диаметром 0,1 мм, добавление щелочи, магнитная сепарация, совместный помол, термоактивация, добавка воды и гидротермальная обработка, но при этом термоактивация ведется при температуре ниже границы температуры, предлагаемой в технологии, а конкретно при температуре 150°C, временной интервал термоактивации максимальный из предлагаемого в способе - 30 минут. При этом гидротермальную обработку провели, как в примере 2 - 15 минут. Жидкое стекло получилось «чистое» - содержание примесей составило Fe₂O₃ - 0,001%; MgO - 0,003%, но извлечение кремнезема аморфного получилось крайне низкое - 40%, а также силикатный модуль крайне низок и не соответствует ГОСТ.

Согласно проведенному опыту термоактивация не может проводиться при температуре, ниже указанной в способе, а конкретно при температуре ниже 175°C из-за низкого извлечения кремнезема аморфного и низкого получаемого силикатного модуля.

Пример 4.

Приготовили из образца в 1000 грамм - 652,8 грамм чистого аморфного кремнезема с химическим составом пересчитанным на оксиды, % мас.: SiO₂ - 97,31, Fe₂O₃ - 1,01; MgO - 1,49, как в примере 2. Добавили, как в примере 3, 214,3 грамм твердого гидроксида натрия, размололи в ручной мельнице до получения однородного порошка со средним эффективным диаметром 0,1 мм. Перенесли порошок на нагретый противень тонким слоем и поставили в нагретую до 150°C печку на 30 минут. Далее, как и в примере 3, перенесли порошок в мешалку с подогревом, добавили 1398 грамм воды с температурой 60°C и получили сразу температуру суспензии, равную 92°C. Перемешивали при подогреве 60 минут, поддерживая температуру 92°C, что укладывается в оптимальный температурный режим гидротермальной обработки суспензии, равный 90-100°C. Полученную суспензию отфильтровали, получили 2168 грамм бесцветного жидкого стекла плотностью 1,19 г/см³, с силикатным модулем 3,5, содержание SiO₂ - 26,5%, Na₂O - 7,6%. Содержание примесей составило Fe₂O₃ - 0,09%; MgO - 0,08%. Непрореагировавший осадок промыли водой. Получили 86,9 грамм влажного осадка, содержащего, мас. %: SiO₂ - 62,2, Fe₂O₃ - 7,6; MgO - 11,2, связанной и абсорбционной H₂O - 18,1%.

В опыте обработка образца ведется согласно предлагаемому способу: помол до частиц со средним эффективным диаметром 0,1 мм, магнитная сепарация, добавление щелочи, совместный помол, термоактивация, добавка воды и гидротермальная обработка, но при этом термоактивация ведется не в границах технологии, а при 150°C, временной интервал, как и в предлагаемом способе, 30 минут. При этом гидротермальную обработку приходится проводить, как и в прототипе, длительное время - 60 минут. Это позволяет достичь: высокого извлечения кремнезема - 91,5%, но меньшего, чем в предлагаемой технологии 94-96,0%, и быстрой фильтрации жидкого стекла. Однако жидкое стекло получилось «грязное» - содержание примесей составило Fe₂O₃ - 0,09%; MgO - 0,08%. А так же получилась большая длительность процесса.

Согласно проведенному опыту термоактивация не может проводиться при температуре ниже указанной в способе, а конкретно при температуре ниже 175°C из-за получаемого «грязного стекла».

Пример 5.

Приготовили из образца в 1000 грамм - 652,8 грамм чистого аморфного кремнезема с химическим составом пересчитанным на оксиды, % мас.: SiO₂ - 97,31, Fe₂O₃ - 1,01; MgO - 1,49, как в примере 2. Добавили 224,8 грамм твердого гидроксида натрия, размололи в ручной мельнице до получения однородного порошка со средним эффективным диаметром 0,1 мм. Перенесли порошок на нагретый противень тонким слоем и поставили в нагретую до 200°C печку на 30 минут. После перенесли порошок в мешалку с подогревом, добавили 1466 грамм воды с температурой 60°C и получили сразу температуру суспензии, равную 92°C, что укладывается в наиболее часто используемый температурный режим гидротермальной обработки суспензии, равный 90-100°C. Перемешивали при подогреве 12 минут, поддерживая температуру 92°C. Полученную суспензию отфильтровали, получили 2286 грамм бесцветного жидкого стекла плотностью 1,19 г/см³, с силикатным модулем 3,5, содержание SiO₂ - 26,5%, Na₂O - 7,6%. Содержание примесей составило Fe₂O₃ - 0,003%; MgO - 0,006%. Непрореагировавший осадок промыли водой. Получили 51,1 грамм влажного осадка ,содержащего, мас. %: SiO₂ - 49,7, Fe₂O₃ - 12,9; MgO - 19,0, связанной и абсорбционной H₂O - 16,7%.

В опыте обработка образца ведется согласно предлагаемому способу: помол до частиц со средним эффективным диаметром 0,1 мм, магнитная сепарация, добавление щелочи, совместный помол, термоактивация, добавка воды и гидротермальная обработка, при этом термоактивация ведется на границе области - 200°C и 30 минут, что позволяет достичь: высокого извлечения кремнезема - 96,0% и быстрой фильтрации жидкого стекла. Жидкое стекло получилось, как и нужно - «чистое» - содержание примесей составило Fe₂O₃ - 0,003%; MgO - 0,006%.

Согласно проведенному опыту технология работает на границах областей технологических параметров для помола кремнеземсодержащее вещества до частиц со средним эффективным диаметром 0,1 мм.

Пример 6.

Приготовили из образца в 1000 грамм - 652,8 грамм чистого аморфного кремнезема с химическим составом, пересчитанным на оксиды, % мас.: SiO₂ - 97,31, Fe₂O₃ - 1,01; MgO - 1,49, как в примере 2. Добавили, как в примере 5, 224,8 грамм твердого гидроксида натрия, размололи в ручной мельнице до получения однородного порошка со средним эффективным диаметром 0,1 мм. Перенесли порошок на нагретый противень тонким слоем и поставили в нагретую до 220°C печку на 40 минут. После перенесли порошок в мешалку с подогревом, добавили 1467 грамм воды с температурой 60°C и получили сразу температуру суспензии, равную 92°C. Перемешивали при подогреве 12 минут, поддерживая температуру 92°C, что укладывается в оптимальный температурный режим гидротермальной обработки суспензии, равный 90-100°C. Полученную суспензию отфильтровали, получили 2282 грамм бесцветного жидкого стекла плотностью 1,19 г/см³, с силикатным модулем 3,5, содержание SiO₂ - 26,5%, Na₂O - 7,6%. Содержание примесей составило Fe₂O₃ - 0,015%; MgO - 0,011%. Непрореагировавший осадок промыли водой. Получили 53,3 грамм влажного осадка, содержащего, мас. %: SiO₂ - 47,7, Fe₂O₃ - 12,3; MgO - 18,2, связанной и абсорбционной H₂O - 20,0%.

В опыте обработка образца ведется согласно предлагаемому способу: помол до частиц со средним эффективным диаметром 0,1 мм, магнитная сепарация, добавление щелочи, совместный помол, термоактивация, добавка воды и гидротермальная обработка, но при этом термоактивация ведется не в границах технологических параметров технологии, а при более высокой температуре 220°C и более длительное время - 40 минут, что позволяет достичь: высокого извлечения кремнезема, но такого же, как и в предлагаемой технологии - 96,0%, и быстрой фильтрации жидкого стекла. Однако жидкое стекло становится заметно «более грязным» - содержание примесей составило Fe₂O₃ - 0,015%; MgO - 0,011%, при этом будет повышенный расход энергии на термоактивацию, а также увеличивается длительность процесса.

Согласно проведенному опыту термоактивация не должна проводиться при температуре выше указанной в способе 175°C - 200°C, а так же более длительное время, из-за более высоких расходов энергии, большей длительности процесса при худшем качестве.

Пример 7.

Взяли серпентинит Баженовского месторождения (отход предприятия ОАО «Асбест» - остаток на сите 0,1 мм без волокон асбеста, ранее серпентинит проходит сито 0,3 мм). Серпентинит выщелачивали раствором гидросульфата аммония, промыли, высушили, получили кремнеземсодержащее вещество: с химическим составом, пересчитанным на оксиды, % мас.: SiO₂ - 90,17, Fe₂O₃ - 6,58; MgO - 2,42. Полученное кремнеземсодержащее вещество просеяли на сите 0,15 мм и завесили образец в 1000 грамм кремнеземсодержащего вещества согласно предлагаемой технологии - фракция больше 0,15 мм.

Размололи образец до частиц со средним эффективным диаметром 0,15 мм, отделили часть примесей магнитной сепарацией и получили 624,7 грамм чистого аморфного кремнезема с химическим составом, пересчитанным на оксиды, % мас.: SiO₂ - 97,37, Fe₂O₃ - 0,95; MgO - 1,48.

Добавили 211,3 грамм твердого гидроксида натрия, размололи в ручной мельнице до получения однородного порошка со средним эффективным диаметром 0,15 мм. Перенесли порошок на нагретый противень тонким слоем и поставили в нагретую до 175°C печку на 25 минут. После перенесли порошок в мешалку с подогревом, добавили 1378 грамм воды с температурой 68°C и получили сразу температуру суспензии, равную 100°C, что укладывается в оптимальный температурный режим гидротермальной обработки суспензии, равный 90-100°C. Перемешивали при подогреве 15 минут, поддерживая температуру 100°C. Полученную суспензию отфильтровали, получили 2144 грамм бесцветного жидкого стекла плотностью 1,19 г/см³, с силикатным модулем 3,5, содержание SiO₂ - 26,5%, Na₂O - 7,6%. Содержание примесей составило Fe₂O₃ - 0,004%; MgO - 0,007%. Непрореагировавший осадок промыли водой. Получили 61,0 грамм влажного осадка содержащего, мас.%: SiO₂ - 57,8, Fe₂O₃ - 9,7; MgO - 15,2, связанной и абсорбционной H₂O - 16,0%.

В опыте обработка образца ведется согласно предлагаемому способу: помол до частиц со средним эффективным диаметром 0,15 мм, добавление щелочи, совместный помол, термоактивация, добавка воды и гидротермальная обработка, при этом термоактивация ведется на границе области - 175°C и 25 минут, что позволяет достичь: высокого извлечения кремнезема - 94,2% и быстрой фильтрации жидкого стекла. Жидкое стекло получилось, как и нужно - «чистое» - содержание примесей составило Fe₂O₃ - 0,004%; MgO - 0,007%.

Согласно проведенному опыту возможно использовать помол кремнеземсодержащего вещества до частиц со средним эффективным диаметром 0,15 мм, при этом чистого кремнезема аморфного получается несколько меньше, чем при помоле до частиц со средним эффективным диаметром 0,1 мм и, соответственно, уменьшается количество получаемого жидкого стекла, но незначительное уменьшение количества жидкого стекла компенсируется меньшими затратами энергии на помол. Качество получаемого жидкого стекла одинаково хорошее.

Согласно проведенному опыту технология работает на границах областей технологических параметров способа для помола кремнеземсодержащее вещества до частиц со средним эффективным диаметром 0,15 мм.

Пример 8.

Приготовили из образца в 1000 грамм - 624,7 грамм чистого аморфного кремнезема с химическим составом, пересчитанным на оксиды, % мас.: SiO₂ - 97,37, Fe₂O₃ - 0,95; MgO - 1,48, как в примере 7. Добавили 213,9 грамм твердого гидроксида натрия, размололи в ручной мельнице до получения однородного порошка со средним эффективным диаметром 0,15 мм. Перенесли порошок на нагретый противень тонким слоем и поставили в нагретую до 180°C печку на 25 минут. После перенесли порошок в мешалку с подогревом, добавили 1396 грамм воды с температурой 68°C и получили сразу температуру суспензии, равную 100°C, что укладывается в оптимальный температурный режим гидротермальной обработки суспензии, равный 90-100°C. Перемешивали при подогреве 15 минут, поддерживая температуру 100°C. Полученную суспензию отфильтровали, получили 2174 грамм бесцветного жидкого стекла плотностью 1,19 г/см³, с силикатным модулем 3,5, содержание SiO₂ - 26,5%, Na₂O - 7,6%. Содержание примесей составило Fe₂O₃ - 0,003%; MgO - 0,007%. Непрореагировавший осадок промыли водой. Получили 53,2 грамм влажного осадка содержащего, мас.%: SiO₂ - 52,6, Fe₂O₃ - 11,1; MgO - 17,4, связанной и абсорбционной H₂O - 17,4%.

В опыте обработка образца ведется согласно предлагаемому способу: помол до 0,15 мм, магнитная сепарация, добавление щелочи, совместный помол, термоактивация, добавка воды и гидротермальная обработка, при этом термоактивация ведется на границе области - 180°C и 25 минут, что позволяет достичь: высокого извлечения кремнезема - 95,4% и быстрой фильтрации жидкого стекла. Жидкое стекло получилось, как и нужно -«чистое» - содержание примесей составило Fe₂O₃ - 0,003%; MgO - 0,007%.

Согласно проведенному опыту технология работает внутри границ технологических параметров способа для помола кремнеземсодержащего вещества до частиц со средним эффективным диаметром 0,15 мм.

Пример 9.

Взяли серпентинит Баженовского месторождения (отход предприятия ОАО «Асбест» - остаток на сите 0,1 мм без волокон асбеста, ранее серпентинит проходит сито 0,3 мм). Серпентинит выщелачивали раствором гидросульфата аммония, промыли, высушили, получили кремнеземсодержащее вещество: с химическим составом, пересчитанным на оксиды, % мас.: SiO₂ - 90,17, Fe₂O₃ - 6,58; MgO - 2,42. Полученное кремнеземсодержащее вещество просеяли на сите 0,15 мм и завесили образец в 1000 грамм кремнеземсодержащего вещества согласно предлагаемой технологии - фракция больше 0,15 мм.

Размололи образец до частиц со средним эффективным диаметром 0,20 мм, отделили часть примесей магнитной сепарацией и получили 583,7 грамм чистого аморфного кремнезема с химическим составом, пересчитанным на оксиды, % мас.: SiO₂ - 97,44, Fe₂O₃ - 0,90; MgO - 1,47.

Добавили 200,9 грамм твердого гидроксида натрия, размололи в ручной мельнице до получения однородного порошка со средним эффективным диаметром 0,2 мм. Перенесли порошок на нагретый противень тонким слоем и поставили в нагретую до 195°C печку на 20 минут. После перенесли порошок в мешалку с подогревом, добавили 1310 грамм воды с температурой 68°C и получили сразу температуру суспензии равную 100°C, что укладывается в оптимальный температурный режим гидротермальной обработки суспензии, равный 90-100°C. Перемешивали при подогреве 15 минут, поддерживая температуру 100°C. Полученную суспензию отфильтровали, получили 2043 грамм бесцветного жидкого стекла плотностью 1,19 г/см³, с силикатным модулем 3,5, содержание SiO₂ - 26,5%, Na₂O - 7,6%. Содержание примесей составило Fe₂O₃ - 0,004%; MgO - 0,008%. Непрореагировавший осадок промыли водой. Получили 46,6 грамм влажного осадка, содержащего, мас.: % SiO₂ - 51,3, Fe₂O₃ - 11,3; MgO - 18,5, связанной и абсорбционной H₂O - 17,4%.

В опыте обработка образца ведется согласно предлагаемому способу: помол до 0,20 мм, магнитная сепарация, добавление щелочи, совместный помол, термоактивация, добавка воды и гидротермальная обработка, при этом термоактивация ведется внутри границы области температуры термоактивации - 195°C и 20 минут, что позволяет достичь: высокого извлечения кремнезема - 95,8% и быстрой фильтрации жидкого стекла. Жидкое стекло получилось, как и нужно, «чистое» - содержание примесей составило Fe₂O₃ - 0,004%; MgO - 0,008%.

Согласно проведенному опыту возможно использовать помол кремнеземсодержащего вещества до частиц со средним эффективным диаметром 0,20 мм, при этом чистого кремнезема аморфного получается несколько меньше, чем при помоле до частиц со средним эффективным диаметром 0,1 мм, и соответственно уменьшается количество получаемого жидкого стекла, но незначительное уменьшение количества жидкого стекла компенсируется меньшими затратами энергии на помол. Качество получаемого жидкого стекла одинаково хорошее/

Согласно проведенному опыту технология работает внутри границ областей технологических параметров способа для помола кремнеземсодержащего вещества до частиц со средним эффективным диаметром 0,20 мм.

Пример 10.

Приготовили из образца в 1000 грамм, как в примере 9, 583,7 грамм чистого аморфного кремнезема с химическим составом, пересчитанным на оксиды, % мас.: SiO₂ - 97,44, Fe₂O₃ - 0,90; MgO - 1,47.

Добавили 201,5 грамм твердого гидроксида натрия, размололи в ручной мельнице до получения однородного порошка со средним эффективным диаметром 0,2 мм. Перенесли порошок на нагретый противень тонким слоем и поставили в нагретую до 200°C печку на 20 минут. После перенесли порошок в мешалку с подогревом, добавили 1314 грамм воды с температурой 68°C и получили сразу температуру суспензии равную 100°C, что укладывается в оптимальный температурный режим гидротермальной обработки суспензии, равный 90-100°C. Перемешивали при подогреве 15 минут, поддерживая температуру 100°C. Полученную суспензию отфильтровали, получили 2050 грамм бесцветного жидкого стекла плотностью 1,19 г/см³, с силикатным модулем 3,5, содержание SiO₂ - 26,5%, Na₂O - 7,6%. Содержание примесей составило Fe₂O₃ - 0,003%; MgO - 0,007%. Непрореагировавший осадок промыли водой. Получили 45,3 грамм влажного осадка содержащего, мас.%: SiO₂ - 49,0, Fe₂O₃ - 11,6; MgO - 19,0, связанной и абсорбционной H₂O - 18,7%.

В опыте обработка образца ведется согласно предлагаемому способу: помол до 0,20 мм, магнитная сепарация, добавление щелочи, совместный помол, термоактивация, добавка воды и гидротермальная обработка, при этом термоактивация ведется на границе области - 200°C и 20 минут, что позволяет достичь: высокого извлечения кремнезема - 96,1% и быстрой фильтрации жидкого стекла. Жидкое стекло получилось, как и нужно, «чистое» - содержание примесей составило Fe₂O₃ - 0,003%; MgO - 0,007%.

Согласно проведенному опыту технология работает на границе областей технологических параметров способа для помола кремнеземсодержащего вещества до частиц со средним эффективным диаметром 0,20 мм.

Пример 11.

Взяли серпентинит Баженовского месторождения (отход предприятия ОАО «Асбест» - остаток на сите 0,1 мм без волокон асбеста, ранее серпентинит проходит сито 0,3 мм). Серпентинит выщелачивали раствором гидросульфата аммония, промыли, высушили, получили кремнеземсодержащее вещество: с химическим составом, пересчитанным на оксиды, % мас.: SiO₂ - 90,17, Fe₂O₃ - 6,58; MgO - 2,42. Полученное кремнеземсодержащее вещество просеяли на сите 0,15 мм и завесили образец в 1000 грамм кремнеземсодержащего вещества согласно предлагаемой технологии - фракция больше 0,15 мм.

Размололи образец до частиц со средним эффективным диаметром 0,30 мм, отделили часть примесей магнитной сепарацией и получили 348,2 грамм чистого аморфного кремнезема с химическим составом, пересчитанным на оксиды, % мас.: SiO₂ - 97,39, Fe₂O₃ - 0,94; MgO - 1,48.

В опыте обработка образца ведется вне технологических параметров способа, - а именно помол образца осуществлен до частиц со средним эффективным диаметром 0,30 мм (а не до частиц со средним эффективным диаметром 0,1-0,2 мм). В результате после магнитной сепарации получено 348,2 грамм чистого аморфного кремнезема с химическим составом, пересчитанным на оксиды, % мас.: SiO₂ - 97,38, Fe₂O₃ - 0,94; MgO - 1,48, качество полученного чистого кремнезема аморфного удовлетворяет предлагаемому способу, однако количество полученного сырья много меньше, чем было бы согласно предлагаемому способу.

Согласно проведенному опыту использовать помол частиц до частиц со средним эффективным диаметром больше 0,2 мм экономически не оправдано.

Пример 12.

Взяли серпентинит Баженовского месторождения (отход предприятия ОАО «Асбест» - остаток на сите 0,1 мм без волокон асбеста, ранее серпентинит проходит сито 0,3 мм). Серпентинит выщелачивали раствором гидросульфата аммония, промыли, высушили, получили кремнеземсодержащее вещество: с химическим составом, пересчитанным на оксиды, % мас.: SiO₂ - 90,17, Fe₂O₃ - 6,58; MgO - 2,42. Полученное кремнеземсодержащее вещество просеяли на сите 0,15 мм и завесили образец в 1000 грамм кремнеземсодержащего вещества согласно предлагаемой технологии -фракция больше 0,15 мм.

Размололи образец до частиц со средним эффективным диаметром 0,074 мм, отделили часть примесей магнитной сепарацией и получили 896,0 грамм чистого аморфного кремнезема с химическим составом, пересчитанным на оксиды, % мас.: SiO₂ - 96,8, Fe₂O₃ - 1,84; MgO - 1,34.

Добавили 294,6 грамм твердого гидроксида натрия, размололи в ручной мельнице до получения однородного порошка со средним эффективным диаметром 0,074 мм. Перенесли порошок на нагретый противень тонким слоем и поставили в нагретую до 180°C печку на 25 минут. После перенесли порошок в мешалку с подогревом, добавили 1921 грамм воды с температурой 60°C и получили сразу температуру суспензии, равную 92°C, что укладывается в наиболее часто используемый температурный режим гидротермальной обработки суспензии, равный 90-100°C. Перемешивали при подогреве 15 минут, поддерживая температуру 92°C. Полученную суспензию отфильтровали, получили 2968 грамм бесцветного жидкого стекла плотностью 1,19 г/см³, с силикатным модулем 3,5, содержание SiO₂ - 26,5%, Na₂O - 7,6%. Содержание примесей составило Fe₂O₃ - 0,07%; MgO - 0,06%. Непрореагировавший осадок промыли водой. Получили 128,1 грамм влажного осадка, содержащего, мас. %: SiO₂ - 54,49, Fe₂O₃ - 12,88; MgO - 9,38, связанной и абсорбционной H₂O - 24,26%.

В опыте обработка образца ведется вне параметров способа, а именно помол образца осуществлен до частиц со средним эффективным диаметром 0,074 мм (а не до частиц со средним эффективным диаметром 0,1-0,2 мм), далее все операции проведены согласно предлагаемому способу: магнитная сепарация, добавление щелочи, совместный помол, термоактивация, добавка воды и гидротермальная обработка, что позволяет достичь: высокого извлечения кремнезема - 92,1% и быстрой фильтрации жидкого стекла. Жидкое стекло получилось, «грязное» - содержание примесей составило Fe₂O₃ - 0,07%; MgO - 0,06%.

Согласно проведенному опыту использовать помол частиц до размера частиц со средним эффективным диаметром меньше 0,1 нельзя из-за получения «грязного» жидкого стекла.

В целом проведенные опыты доказали, что жидкое стекло по заявленному способу получается для всех диапазонов технологических параметров способа, включая граничные значения. Вне диапазона технологических параметров способа жидкое стекло либо получается худшего качества, либо существенно дороже.

Таким образом, заявленный способ позволяет создать экономичную технологию получения качественного жидкого стекла, используя малозатратные операции, а также простое и недорогое оборудование, при этом получаемое жидкое стекло будет более высокого качества.

Изобретение относится к технологии получения жидкого стекла для производства строительных материалов. Техническим результатом является сокращение времени проведения процесса гидротермальной обработки суспензии кремнезёмсодержащего вещества в растворе гидроксида натрия для получения более качественного жидкого стекла. Способ получения жидкого стекла включает приготовление суспензии, где в качестве кремнеземсодержащего материала используют кремнеземсодержащее аморфное вещество в виде остатка после кислотного выщелачивания серпентинита раствором гидросульфата аммония с фракцией больше 0,15 мм, который размалывают до частиц со средним эффективным диаметром 0,1-0,2 мм. Железосодержащие частицы отделяют магнитной сепарацией и добавляют твердый гидроксид натрия. Полученную смесь размалывают до равномерного состояния и до частиц со средним эффективным диаметром 0,1-0,2 мм и термоактивируют при температуре 175-200°C в течение 20-30 минут. После чего добавляют горячую воду с температурой 58-68°C и перемешивают до получения суспензии кремнеземсодержащего аморфного вещества в растворе гидроксида натрия. 12 пр.

Способ получения жидкого стекла, включающий приготовление суспензии кремнеземсодержащего материала в растворе гидроксида натрия, ее гидротермальную обработку, отделение непрореагировавшего остатка фильтрованием с его последующей промывкой, при этом в качестве кремнеземсодержащего материала используют кремнеземсодержащее аморфное вещество в виде остатка после кислотного выщелачивания серпентинита, отличающийся тем, что в качестве кремнеземсодержащего материала используют остаток после кислотного выщелачивания серпентинита раствором гидросульфата аммония с фракцией больше 0,15 мм, который размалывают до частиц со средним эффективным диаметром 0,1-0,2 мм, отделяют железосодержащие частицы магнитной сепарацией, добавляют твердый гидроксид натрия, полученную смесь размалывают до равномерного состояния и до частиц со средним эффективным диаметром 0,1-0,2 мм, термоактивируют при температуре 175-200°C в течение 20-30 минут, после чего добавляют горячую воду с температурой 58-68°C и перемешивают до получения суспензии кремнеземсодержащего аморфного вещества в растворе гидроксида натрия.