Способ получения кристаллического кварца

 

Изобретение относится к технологии кварца, применяемого в стекольной промышленности для изготовления кварцевого и оптического стекла. Сущность изобретения: получение кристаллического кварца включает кристаллизацию кремнеземсодержащего сырья в автоклаве под давлением перегретого водяного пара, где в качестве кремнеземсодержащего сырья используют аморфный кремнезем, предварительно полученный обработкой газообразным аммиаком гексафторкремневой кислоты с последующей отмывкой продуктов реакции до остаточной концентрации фторида аммония 0,05 - 0,45 мас.%. Кристаллизацию данного сырья проводят в тефлоновом вкладыше автоклава, причем процесс ведут в течение 36-48 часов. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к производству кварца, применяемого в стекольной промышленности для изготовления кварцевого и оптического стекла, а также в химической, электронной и других отраслях промышленности.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ получения кристаллического кварца путем перекристаллизации смеси кремнеземсодержащего сырья, преимущественно представляющего собой аморфный кремнезем, и неорганической добавки фторида аммония, взятых в весовом соотношении 0,5 5:1 в автоклаве под давлением 5 - 15 атм в среде водяного пара при 150 400^oС.

Недостатком данного способа является большая концентрация фторида аммония в исходной смеси. Его присутствие может вызвать сильную коррозию аппаратуры при температуре 300 400^oC, т.к. в указанном температурном интервале не могут применяться тефлоновые вкладыши. Любая другая футеровка (платина, серебро) не может быть реализована промышленным способом. Большое количество фторсодержащего реагента приведет к сильному загрязнению конечного продукта фтором. Этот процесс имеет невысокую производительность из-за малого полезного объема автоклава вследствие большого содержания в нем фтористого аммония. Кроме того, процесс очень длителен: до 5 суток.

Задачей изобретения является повышение чистоты продукта, а именно получение кристаллического кварца с низким содержанием фтора, и интенсификация процесса.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения кристаллического кварца путем перекристаллизации кремнеземсодержащего сырья в автоклаве под давлением перегретого водяного пара согласно изобретению в качестве кремнеземсодержащего сырья используют аморфный кремнезем, предварительно полученный обработкой газообразным аммиаком гексафторкремневой кислоты с последующей отмывкой продуктов реакции до содержания фторида аммония 0,05 0,45 мас. и перекристаллизацию данного сырья проводят в тефлоновом вкладыше автоклава, причем перекристаллизацию осуществляют в течение 36 48 часов.

Сущность и отличительные особенности предлагаемого изобретения в следующем.

Через раствор гексафторкремневой кислоты концентрации 4 20 мас. пропускают газообразный аммиак до рН 8. Полученный осадок промывается дистиллированной водой до остаточной концентрации фторида аммония 0,06 0,45 мас. в пересчете на сухое вещество, помещается в тефлоновом вкладыше в автоклав и выдерживается при температуре 260^oС в течение 36 48 часов в атмосфере перегретого водяного пара. То есть в автоклав загружается аморфный кремнезем с низким содержанием фторида аммония 0,05 0,45 мас. и процесс перекристаллизации проходит за 36 48 часов.

Предлагаемые весовые концентрации добавки фторида аммония наиболее приемлемые, т.к. позволяют получить 100%-ный выход кристаллического кварца.

Содержание в смеси фтористого аммония ниже 0,05 мас. приводит к снижению выхода конечного продукта.

Увеличение концентрации фторида аммония выше 0,45 мас. нецелесообразно, кроме того, это приводит к повышенной загрязненности α-кварца фтором.

Продолжительность предлагаемого процесса 36 48 часов позволяет полностью перекристаллизовать аморфный кремнезем в a кварц.

Исследование порошка, полученного при прогреве менее 36 часов методами термогравиметрии и ИК-спектроскопии, указывает на присутствие в нем неперекристаллизованного аморфного кремнезема.

Выдерживание смеси в автоклаве более 48 часов нецелесообразно.

Предложенный способ позволяет увеличить производительность процесса получения кристаллического кварца благодаря тому, что свободный объем автоклава загружен практически одним кремнеземсодержащим сырьем. Снижение добавки фторида аммония позволяет получить a-кварц с высокой степенью чистоты по фтору 3-5·10^-3 мас. что удовлетворяет требованиям стекольной промышленности к кварцевому сырью.

Пример 1. Через 20%-ный раствор гексафторкремневой кислоты, взятой в количестве 6,4 л, пропускается газообразный аммиак до pH 8. Полученная смесь аморфного кремнезема, фторида аммония и фторсиликата аммония отфильтровывается от маточного раствора и промывается дистиллированной водой до остаточной концентрации фторида аммония 0,05 мас. в пересчете на сухое вещество.

600 г полученного продукта, содержащего 12% воды, заполняется тефлоновый вкладыш и помещается в автоклав емкостью 1000 см³ Автоклав устанавливается в электропечь и выдерживается при 260^oС 36 часов. После вскрытия автоклава полученный кристаллический кварц промывается и сушится.

Выход a-кварца: теоретический 528 г, практический 522,2 г, что составляет 98,86% содержание фтора 3·10^-3 мас.

Пример 2. Через 20% -ный раствор гексафторкремневой кислоты, взятой в количестве 6,4 л, пропускают газообразный аммиак до pH 8. Полученная смесь аморфного кремнезема, фторида аммония и гексафторсиликата аммония отфильтровывается от маточного раствора и промывается дистиллированной водой до остаточной концентрации фторида аммония 0,45 мас. в пересчете на сухое вещество.

600 г подученного продукта, содержащего 12% воды, заполняется тефлоновой вкладыш и помещается в автоклав емкостью 1000 см³. Автоклав устанавливается в электропечь и выдерживается при 260^oС 48 часов. После вскрытия автоклава подученный a -кварц промывается и сушится. Выход a -кварца: теоретический 528 г, практический 526 г, что составляет 99,6% Исследования, проведенные методами ИК-спектроскопии и термогравиметрии, показывают, что полученный продукт a-кварц.

Аналогично была проведена серия опытов. Результаты представлены в таблицах 1 и 2.

Предлагаемый способ позволяет значительно интенсифицировать автоклавный процесс, сделать его более экономичным вследствие загрузки в автоклав практически одного аморфного кремнезема. Содержание фтора в конечном продукте соответствует требованиям стекольной промышленности и позволяет плавить стекло промышленным методом по существующей технологии.

Промывные воды могут быть использованы для производства фторида аммония в качестве побочного продукта в производстве синтетического a -кварца.

Источник информации Авторское свидетельство СССР N 489723, кл. С 03 В 1/00, заявленное 07.12.1974 г.

Формула изобретения

1. Способ получения кристаллического кварца, включающий кристаллизацию аморфного кремнезема в автоклаве под давлением перегретого водяного пара, отличающийся тем, что используют аморфный кремнезем, полученный обработкой раствора гексафторкремниевой кислоты газообразным аммиаком с последующей отмывкой осадка до содержания в нем фторидааммония 0,05-0,45 мас. и кристаллизацию проводят в тефлоновом вкладыше автоклава.

2. Способ по п.1, отличающейся тем, что кристаллизацию проводят в течение З6-48 ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1