Способ получения кремнезоля Советский патент 1981 года по МПК C01B33/142 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КРЕМНЕЗОЛЯ

Изобретение относится к технологии ./опучения водньсс кремнезолей, при-меняемых в производстве бумаги, в мастиках для полов, в текстильной промышленностк, в органических полимерах, в качестве коагулянта при очистке воды и промпродукта при получении цеолитов. Известен способ получения кремнезоля, основанный ш удалении ионов щелочных металлов из растворов силикатов с помощью катионита в Н -форме и последующей регенерацией смолы растворами кислот JlJ Недостатком известного способа является многообразие и большие объемы аппаратуры, энергоемкость, использование Дорогих и дефицитных реагентов, кроме того, при использовании ионообменного способа образуются большие объемы жидких отходов, содержащих остаточное жидкое стекло, взвешенный кремнезем, серную кнслоту и сульфат натрия (до 50-80 г/л), после ионообменных колонн получаются слабокислые кремнезоли, склонные к гелированию. Для стабилизации в них вводят едк:ие щелочи, многоатомные спирты, эфиры и т.д. С введением добавок обычно ухудшаются показатели кремнезолей (увеличение размера коллоидных частиц, уменьшение клеящей способности), ограничиваются области их применения (например, введение ионоь щелочных металлов снижает термостойкость изделий). Наиболее близким к предлагаемому является способ получения кремнезоля путем обработки силикатсодержащего соединения (силиката натрия) разбавленной серной кислотой:арн перемешивании введение в смесь спир1а или ацетона, выдерживание смеси при пониженной температуре для высаливания кристаллов сульфата натрия, отделения их фильтрацией, разбарзления раствс а кремнезоля водой и удаления из него органического соединения отгонкой при пониженном давлении| if. К недостаткам известного способа относится: использовапне дорогостоящих логколетучих огне- и взрыгюопасиых растворителей, необходимость прово юниа процесса при пониженных гемперагурах, а также невысокая устойчивость кремнезолы (несколько часов). Цель изобретения - упрощение процесса и увеличение устойчивости кремнезоля. Поставленная цель достигается тем, что в качестве силикатсодержащего соединения используют силикат кальция или материалы на его основе при мольном соот. ношении серной кислоты к СаО 0,8-1,4:1, ,а обработку ведут при температуре -5-70 С в течение З-ЮО мин. В качестве сырья используют волластонит, ранкинит, ларнит, Са 5 О, Ca,. 4 Доменные шлаки и шлаки производств ферросплавов, отходыметасиликата кальция и им подобные материалы. Их измельчают от 0,1 мм до ОД мкм (например, измельчение в вибромельницах) и дозируют в виде попошков ИЛИ водных суспензий в реактор с серной кислотой с концентрацией от 40 до 15О г/л. Потребное количество серной кислоты рассчитьшается, исходя из содержания в исходном сырье оксида кальция, и может составлять от 0,8 до 1,4 молей на моль СаО. В случае недостатка серной кислоты получаются наиболее чистые кремнезоли с рН 3,5-5,2, но требуется более строгий контроль рН суспензии для исключения гелирования золя. Пр избытке кислоты получение кремнезолей можно вести при повышенных температурах 40-7О С. Наиболее целесообразно процесс проводить в интервале температур -5-3 5° С. Продолжительность кислотного выщела чивания и кристаллизации гипса зависит .от многих факторов: концентрации Н25О и суспензии, зернения материала, интенсивности перемешивания, температурного режима, кристаллохимических особенностей ре иетки кальциевого силиката, необходимого значения рН кремнезоля и т.п .. Кремнезоль и осадок на основе гипса разделяют отстойным центрифугированием или быстрым фильтрованием. Получаемые кремнезоли в зависимости от условий организации технологии харак теризуются следующими параметрами: вы ход сжсида кремния в золь OT.2Q до 75% концентрация S-( О2 в кремнёзоле 1280 г/л (возможно увеличение концентрации с 12-50 до 80-12О г/л упаривание при рН менее 3,2); рН от 0,8 до 5,2 (определяется соотношением H2SO4 и условиями выщелачивания)i при рН БЫ :ie 0,8 золь практически не содержит кальцк ; устойчивость кремнезолей - от 8 94 нескольких часов до 20-25 суток, Гипсосодержашие щламы содержат 42-67 масс.% CaS. 2Н20, 12-7% и 46-26% воды. Их рекомендуется использовать в качестве строительного гипса после термообработки при 115-125с. Пример 1. Измельченный до 0,1 мм спек метасиликага кальция, содержащий 49,4 масс.% СаО и 50,6% sV 03, смешивают с 10%-ным раствором серной кислоты в соотношении: ЮО вес. частей спека и 95О вес. части pacTBqia кислоты. Температуру смеси поддерживают не выше 18-25 С. Полученную суспензию перемешивают 45 мин, затем разделяют твердую и жидкую фазы фильтрованием при разрежении 680-70О мм рт.ст. В результате получают 607 вес.ч. кислого кремнезоля и 335 вес.ч. . шлама. Кремнезоль содержит 57 г/л двуокиси кремния, его плотность 1,О53 г/см, кальций, практически не обнаруживается; Выход кремния из метасиликата кальция в кремнезоль составил 64,7%. Часть воды испарилась во время реа1щии и при фильтровании. Шлам содержит 151 вес. часть гипса (Са5б4-2Н20) и 17,8 вес.ч. , остальное вода. Пример 2.100 вес.частей спека состава прим. 1 и 9ОО вес.частей 9%-ной серной кислоты перемешивают в течение 20-ЗО мин, не допуская увеличения рН выше 1,8-2,0 и температуры выше 1825 С. После отделения шлама фильтрованием получают 690-72О вес.ч. кремнезоля от 1,65 до 1,95 и концентрацией от 27 до 46 г/л, кальций практически отсутствует. Выход кремния в кремнезоль составляет 35-49%. Устой чивость кремнезоля от 3-х до 26 сут. Кроме того, получают ЗОО-31О вес.ч. белого шлама, содержащего 43-45% г.ипса, 7-9% , 15-2% CaSVo и остальное - вода. П р и м е р 3. Шлам производства ферросплавов, содержащий: СаО 44,5нО2 51,5, легОз 2,2, FeO 1,8 и 0,2 масс.%, измельчают до О,1 «мм. 2 кг измельченного материала всыпают на холоду при перемешивании в 18,5 кг 9,17%-ного расгвфа .. Смесь перемешивают ЗО мин, затем твердую и жидкую фазы разделяют отстойным центрифугированием. Получают 15,7 л .кремнезоля с концентрацией 49,4 г/л оксида к юмния, рН 1,54, его плотность 1,О46 г/см . Выход кремния в золь равен 75,2%. Кроме того, получают 3,8 кг гипсового шлама.

5 814850. 6

П р и м е р 4. 2 кг измельченного донезоль 56,4%. Кремнвзопь устойчив более

О,1 мм доменного шлака, содержащегоЮО ч гфи 20-25 0

СаО 48.5, 5ч О 33.9, . 9.2,Формула з обретения

3,5, М ti О 0.36, Fe 0-1,3 иСпособ получения кремнезоля путем

1,5 масс,%, смешивают с12,7 л5 обработки силикатсодержащего соединения

12,4%-ной H2SOj. В процессе смешенияразбавленной серной кислотой при перемеи выщелачивания температуру поддержива-шивании с последующим отделением деле-.

ют 3-5 С. Через 9 О мин суспензию раз-вого продукта, отличающийся

делжпот фильтрованием и получают 8,5 лтем, что, с целью упрощения процесса и

кремнезоля с концентрацией 47,7 г/л, увеличения устойчивости кремнезопя, в карН О.76. Выход кремния в золь 59,7%.честве силикатсодержашего соединения

Кремнезоль практически не содержит каль-используют силикат кальция или материция, магния, алюминия, железа, марганца.алы на его основе при мольном соотноУстойчив в течение 5-7 сут при 18-25 С.шении серной кислоты с СаО 0,8-1,4:1,

Также получают 6,8 кг влажного шлама.15 а обработку ведут при температуре -5Пример5. 2кг доменного шла-70 в течение 3-10О мин.;

ка (прим.4) смешивают с 12.7 лИсточники-информации,

12,4%-ной H2SO. Выщелачивание ведутпринятые во внимание при экспертизе

1О мин при 70°С.. Кремнезоль и шлам1. Патент США N9-3655578,

раздел5пот фильтрованием и получают20 кл. 252-313, 1971.

9,3 л ;кремнезоля, содержащего 41,08г/л2. Патент США № 2285477,

5-102, ,95. Выход кремния в крем-кл. 252-313, 1942.