Способ получения жидкого стекла Российский патент 2018 года по МПК C01B33/22 

Область техники

Изобретение относится к технологии получения жидкого стекла, в частности для производства строительных материалов, цеолитов, силикатных красок и т.д. Предложенный способ получения жидкого стекла может быть использован на предприятиях по производству фтористых солей и фторида алюминия.

Уровень техники

Жидкое натриевое стекло, далее по тексту - жидкое стекло, представляет собой водный раствор силиката натрия общей формулы Na₂O⋅nSiO₂, где n - силикатный модуль, соответствующий мольному отношению SiO₂/Na₂O. В зависимости от области применения силикатный модуль жидкого стекла по ГОСТ 13078-81 изменяется в пределах 2,3-3,6.

Известен ряд способов получения жидкого стекла при взаимодействии предварительно измельченного или фракционированного кварцевого песка с раствором гидроксида натрия при температуре 100-250°C под давлением в автоклавах и продолжительности процесса от 1 до 12 часов [Патенты РФ №2049060, дата подачи заявки 23.12.1992 г.; №2220906, дата подачи заявки 06.06.2002 г.; №2078433, дата подачи заявки 27.04.1997 г.].

Недостатком этих способов является трудоемкость процесса, необходимость сложного технологического оборудования и большого расхода энергии. Известны способы получения жидкого стекла путем растворения в щелочах природного кремнеземсодержащего сырья, содержащего аморфный кремнезем. Способ [А.с. СССР №1296509, 06.02.1985] включает обработку алюмосиликатного материала водным раствором щелочи, в качестве алюмосиликатного материала используют смесь перлита и диатомита, которую предварительно обрабатывают минеральной кислотой, затем отделяют кремнеземсодержащий осадок и подвергают его порционно-ступенчатой обработке щелочью при соотношении жидкой и твердой фаз (2,5-5):1 и температуре 70-100°C.

Известны способы, позволяющие расширить сырьевую базу для получения жидкого стекла за счет использования в качестве кремнеземсодержащих материалов техногенных отходов, в частности, микрокремнезема из производства кристаллического кремния [Патенты РФ №2085489, дата подачи заявки 06.06.1995 г.; №2135410, дата подачи заявки 23.03.1998 г.; №2171223, дата подачи заявки 16.12.1999 г.], отходов ферросплавных производств [Патенты РФ №2047559, дата подачи заявки 14.07.1992 г.; №2070540, дата подачи заявки 10.08.1993 г.; №2188155, дата подачи заявки 24.05.2001 г.; №2335456, дата подачи заявки 03.04.2007 г.; №2374177, дата подачи заявки 25.06.2008 г.].

Известен способ [патент SU 919992, дата подачи заявки 02.04.80] где в качестве сырья используют кремнеземсодержащий материал размером частиц (0,5-5)*10-6 м. Получение жидкого стекла осуществляют в щелочном растворе с концентрацией Na₂O в растворе 40-76 кг/м³ при соотношении твердой и жидкой фаз = 1 : (5,2-8,4) обработку проводят при 95-105°C и давлении (0,98-1,013)*105 Па в течение 45-90 минут.

Недостатки известного способа - необходимость измельчения или просеивания сырья, длительность перемешивания пульпы при варке жидкого стекла, что способствует переходу примесных компонентов в раствор. Наиболее близким по технической сущности является способ получения жидкого стекла из кремнегеля, отхода процесса переработки кремнефтористоводородной кислоты [Патент РФ №2022925, дата подачи заявки 04.03.1991]. В приготовленную пульпу кремнегеля вводят кальцийсодержащее соединение в количестве 5-15% от массы взятого кремнегеля и смешивают с водой до соотношения Т:Ж = 1 : (1…2,5). В приготовленную пульпу кремнегеля вводят кальцийсодержащее соединение в количестве 5…15% от массы взятого кремнегеля. 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.

Недостатком этого способа является повышение содержания примесей кальция и образование побочного продукта в виде фторида кальция, требующего утилизации.

Раскрытие сущности изобретения

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Кремнегель, являющийся отходом процесса получения фторида алюминия, смешивают с раствором гидроксида натрия концентрацией 25 масс. % при температуре 20°C, перемешивают в течение 10 минут при атмосферном давлении и затем фильтруют. Подготовленный таким образом кремнегель вводят дробно двумя равными порциями в воду, нагретую до температуры 90…95°C. Масса воды берется в количестве половины от стехеометрического.

При введении кремнегеля в воду, взятую в количестве менее половины от стехеометрического, жидкое стекло получается вязкое, возможен непровар и образование настылей, что снижает качество готового продукта. При увеличении содержания воды в исходной суспензии свыше стехиометрического, жидкое стекло получается разбавленным, увеличивается продолжительность процесса, необходима дополнительная стадия упарки готового продукта для получения жидкого стекла, соответствующего требованиям ГОСТ 13078-81. Готовое жидкое стекло фильтруют, образующийся шлам возвращают в цикл для более полного растворения диоксида кремния. Выход продукта составляет 90…92%, силикатный модуль 2,6…3,1, плотность жидкого стекла 1,390…1,450 г/см³.

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

Осуществление изобретения

Пример 1. 100 г кремнегеля вносят в 500 мл раствора гидроксида натрия концентрацией 25 масс. % и интенсивно перемешивают в течение 10 минут. Затем пульпу фильтруют. Половина массы модифицированного кремнегеля вносится в воду массой 150 г и температурой 90…95°C. Реакционная масса выдерживается в течение 10 мин. По истечении времени в раствор вводится вторая половина модифицированного кремнегеля и выдерживается в течение 10 мин. Готовое жидкое стекло охлаждают и отделяют от шлама. В результате получают 284 г натриевого жидкого стекла плотностью 1,41 г/см³ и модулем 2,85, содержащего, мас. %: Na₂O 12,55; SiO₂ 35,14; F^- 0,47. Раствор гидроксида натрия после модификации кремнегеля корректируется по содержанию щелочи, температуре и используется вновь.

Пример 2. 100 г кремнегеля вносят в 500 мл раствора гидроксида натрия концентрацией 22 масс. % и интенсивно перемешивают в течение 10 минут. Затем пульпу фильтруют. Половина массы модифицированного кремнегеля вносится в воду массой 120 г и температурой 90…95°C. Реакционная масса выдерживается в течение 10 мин. По истечении времени в раствор вводится вторая половина модифицированного кремнегеля и выдерживается в течение 10 мин. Готовое жидкое стекло охлаждают и отделяют от шлама. В результате получают 284 г натриевого жидкого стекла плотностью 1,45 г/см³ и модулем 3,00, содержащего, мас. %: Na₂O 11,94; SiO₂ 35,85; F^- 0,37. Раствор гидроксида натрия после модификации кремнегеля корректируется по содержанию щелочи, температуре и используется вновь.

Пример 3. 100 г кремнегеля вносят в 500 мл раствора гидроксида натрия концентрацией 28 масс. % и интенсивно перемешивают в течение 10 минут. Затем пульпу фильтруют. Половина массы модифицированного кремнегеля вносится в воду массой 170 г и температурой 90…95°C. Реакционная масса выдерживается в течение 10 мин. По истечении времени в раствор вводится вторая половина модифицированного кремнегеля и выдерживается в течение 10 мин. Готовое жидкое стекло охлаждают и отделяют от шлама. В результате получают 284 г натриевого жидкого стекла плотностью 1,39 г/см³ и модулем 2,61, содержащего, мас. %: Na₂O 13,12; SiO₂ 34,36; F^- 0,53. Раствор гидроксида натрия после модификации кремнегеля корректируется по содержанию щелочи, температуре и используется вновь.

Изобретение относится к технологии получения жидкого стекла, в частности для производства строительных материалов, цеолитов, силикатных красок и т.д. Предложенный способ получения жидкого стекла может быть использован на предприятиях по производству фтористых солей и фторида алюминия. Кремнегель, представляющий собой отход производства фторида алюминия, предварительно обрабатывают раствором щелочи с концентрацией 25 масс. % при температуре 20°C в течение 10 мин. Затем полученный раствор фильтруют. Подготовленный таким образом кремнегель вводят дробно двумя равными порциями в воду. Воду берут в количестве половины от стехиометрической и нагревают до температуры 90…95°C. Образующийся шлам производства жидкого стекла возвращают в цикл для более полного растворения диоксида кремния. Изобретение обеспечивает упрощение процесса получения жидкого стекла за счет сокращения стадий и времени синтеза с сохранением качества готового продукта.

Способ получения натриевого жидкого стекла, включающий смешение кремнегеля, представляющего собой отход производства фторида алюминия, с раствором гидроксида натрия, с последующим отделением продукта от осадка, отличающийся тем, что кремнегель предварительно обрабатывают раствором щелочи концентрацией 25 масс. % при температуре 20°С и затем фильтруют, подготовленный таким образом кремнегель вводят дробно двумя равными порциями в воду, взятую в количестве половины от стехиометрической и нагретую до температуры 90…95°С, образующийся шлам производства жидкого стекла возвращают в цикл для более полного растворения диоксида кремния.