Способ получения -кристобалита

 

Изобретение относится к способам получения α-кристобалита, применяемого в качестве наполнителя в производстве литейных форм. Сущность изобретения заключается в гидротермальной обработке в автоклаве аморфного кремнезема, предварительно полученного при взаимодействии гексафторкремневой кислоты с газообразным аммиаком. Процесс получения α-кристобалита ведут при 220-290°С в присутствии активатора кристаллизации - золя кремневой кислоты, взятой в количестве 0,02-0,06% (в пересчете на SiO₂) от массы аморфного кремнезема. Способ позволяет получить продукт с выходом 99,8%, уменьшить энергетические затраты за счет снижения температуры процесса, упростить аппаратурное оформление и, кроме того, решить проблему утилизации гексафторкремневой кислоты, являющейся отходом производства экстракционной фосфорной кислоты. 2 табл.

Изобретение относится к области неорганической химии, в частности к способам получения α-кристобалита, применяемого в производстве литейных форм.

Использование кристобалита в качестве наполнителя литейных гипсовых форм обеспечивает целостность форм, так как при их прокаливании расширение кристобалита компенсирует усадку гипса. Это позволяет получить точные размеры отливок цветных металлов и сплавов.

Известен способ получения α-кристобалита путем разложения кремнефтористого натрия, загружаемого в лодочку, которая помещена в кварцевую трубку, при 700^oC с последующим гидролизом выделяющегося четырехфтористого натрия водяным паром при 550 - 700^oC (SU 150107, 1962) Недостатком данного способа является низкий выход α-кристобалита (12,5 - 15%), а также образование в качестве побочного продукта фтористого водорода, присутствие которого может вызвать разрушение кварцевых узлов установки при 700^oC. Все это делает данный способ малоперспективным для использования его в промышленности.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ получения кристобалита путем гидротермальной обработки аморфного кремнезема в присутствии активатора кристаллизации в автоклаве при 300 - 500^oC и давлении, равном парциальному давлению водяного пара при данной температуре (100 - 300 атм). В качестве активатора кристаллизации используют хинолин в количестве 0,005 - 0,5% от массы кремнезема (SU 1388384, 1988) Недостатком известного способа является использование в качестве активатора хинолина - токсичного, обладающего резким запахом и неудобного в работе вещества. Кроме того, при работе с таким высоким давлением (100 - 300 атм) требуется использование особых автоклавов, что удорожает процесс.

Целью изобретения является упрощение процесса получения α-кристобалита.

Согласно изобретению указанная цель достигается тем, что α-кристобалит получают путем гидротермальной обработки в автоклаве аморфного кремнезема, предварительно полученного обработкой гексафторкремневой кислоты газообразным аммиаком. Процесс получения α-кристобалита ведут при 220 - 290^oC в присутствии активатора кристаллизации - золя кремневой кислоты, взятой в количестве 0,02-0,06% (в пересчете на SiO₂) от массы аморфного кремнезема.

Отличительными особенностями предложенного способа являются: - использование для получения α-кристобалита аморфного кремнезема, предварительно полученного из гексафторкремневой кислоты путем обработки ее газообразным аммиаком, - использование в качестве активатора кристаллизации золя кремневой кислоты, взятой в количестве, 0,02 - 0,06% (в пересчете на сухой SiO₂) от массы осажденного аморфного кремнезема, - проведение процесса кристаллизации при 220 - 290^oC.

Способ осуществляют следующим образом.

Через раствор гексафторкремневой кислоты концентрации 4 - 20 мас.% пропускают газообразный аммиак до pH 8. Полученный осадок аморфного кремнезема отфильтровывают от маточного раствора, смешивают с 2%-ным золем кремневой кислоты, взятой в количестве 0,02 -0,06% (в пересчете на SiO₂) от массы осажденного кремнезема, помещают во вкладыш, который затем устанавливают в автоклав и выдерживают в автоклаве при температуре 220 - 290^oC в течение 48 ч в атмосфере перегретого водяного пара.

Предлагаемые весовые концентрации (0,02 - 0,06%) золя кремневой кислоты наиболее приемлемы, так как позволяют полностью перекристаллизовать аморфный кремнезем в α-кристобалит.

Добавка золя кремневой кислоты в количестве меньшем, чем 0,02% не позволяет провести полную перекристаллизацию аморфного кремнезема в α-кристобалит. Увеличение содержания золя свыше 0,06% нецелесообразно.

Выбранный температурный интервал 220 - 290^oC позволяет полностью перекристаллизовать аморфный кремнезем в α-кристобалит. Методами кристаллооптики, рентгенофазового анализа и термогравиметрии установлено, что при температуре ниже 220^oC конечный продукт представляет собой смесь образовавшегося α-кристобалита и аморфного кремнезема.

Пример 1. Через 20%-ный раствор гексафторкремневой кислоты, взятой в количестве 6,4 л, пропускают газообразный аммиак до pH 8. Полученный осадок отфильтровывают от маточного раствора. 600 г полученного осадка, содержащего 12% воды, смешивают с 12 г 2%-ного золя кремневой кислоты (что составляет 0,02% от массы осажденного аморфного кремнезема в пересчете на SiO₂), помещают во вкладыш и устанавливают в автоклав емкостью 1000 см³. Автоклав помещают в электропечь и выдерживают при 290^oC 48 ч. После вскрытия автоклава полученный α-кристобалит промывают и сушат.

Выход α-кристобалита: теоретический 528 г, практический 526,94 г, что составляет 99,8%.

Аналогично проводят процесс при других температурах и содержании активатора кристаллизации. Данные приведены в таблицах 1 и 2.

Из данных, приведенных в таблице 1, видно, что использование аморфного кремнезема без активатора кристаллизации не приводит к получению α-кристобалита. При замене аморфного кремнезема, полученного из гексафторкремневой кислоты, на готовый реактив кремнезема при соблюдении всех прочих условий без изменения получается смесь α-кристобалита с α-кварцем. Использовать такую смесь при производстве литейных форм нельзя. Процесс же разделения смеси α-кристобалита и α-кварца слишком трудоемок, поэтому очень важно получать α-кристобалит с высоким выходом (без примеси кварца).

Предложенный способ позволяет уменьшить энергетические затраты вследствие снижения температуры процесса, увеличить производительность процесса, так как практически весь объем автоклава занят одним кремнеземсодержащим сырьем.

Проведение процесса при невысоких температурах позволяет упростить аппаратурное оформление за счет использования более дешевых и общедоступных автоклавов.

Кроме того, этот способ позволяет использовать в качестве исходного сырья гексафторкремневую кислоту - многотоннажный отход в производстве экстракционной фосфорной кислоты, производимой в Новомосковске и Череповце. Только Череповецкое ПО "Аммофос" ежегодно накапливает 180.000 тонн 20%-ного раствора гексафторкремневой кислоты (H₂SiF₆). Утилизация этих отходов позволит не только удешевить процесс получения α-кристобалита, но и решить проблему с переработкой этих отходов, а также значительно улучшить экологию в районах производства фосфорной кислоты.

Формула изобретения

Способ получения α-кристобалита, включающий гидротермальную обработку в автоклаве аморфного кремнезема в присутствии активатора кристаллизации, отличающийся тем, что обработке подвергают аморфный кремнезем, предварительно полученный при взаимодействии гексафторкремневой кислоты с газообразным аммиаком, обработку проводят при 220 - 290^oC, а в качестве активатора кристаллизации используют золь кремневой кислоты, взятой в количестве 0,02 - 0,06% (в пересчете на SiO₂) от массы аморфного кремнезема.

РИСУНКИ

Рисунок 1