Способ получения жидкого стекла

Изобретение относится к технологии получения жидкого стекла и может быть использовано при изготовлении строительных материалов. Суспензию для получения жидкого стекла готовят из кремнеземсодержащего аморфного вещества с размером частиц, преимущественно, (10-100)*10^-6 м в растворе гидроксида натрия. В качестве кремнеземсодержащего вещества используют отход ферросплавного производства - микрокремнезем, состоящий на 85-89 мас.% из SiO₂, 5-7 мас.% β - SiC и 5-7 мас.% графита. Гидротермальную обработку суспензии осуществляют при нагреве до температуры 70°С при постоянном перемешивании со скоростью 1 об/с. Предложенное изобретение позволяет снизить температуру нагрева сырьевой смеси, сократить длительность технологического процесса получения жидкого стекла и обеспечить возможность эффективного использования многотоннажного отхода ферросплавного производства - микрокремнезема. 1 табл.

 

Изобретение относится к технологии получения жидкого стекла, применяемого в производстве строительных материалов, изделий и конструкций, обеспечивая возможность эффективного использования многотоннажного отхода ферросплавного производства - микрокремнезема.

Известен способ получения жидкого стекла, заключающийся в сплавлении щелочесодержащих компонентов (кальцинированная сода, поташ, сульфат натрия) и молотого кварцевого песка в силикат-глыбу при температуре 1300-1400°С и дальнейшего ее растворения в автоклавах при температуре 150-175°С и давлении 0,4-0,8 МПа в течение 4-6 часов [а.с. СССР №272273, кл. С01В 33/32, 1970].

Недостатками этого способа являются трудоемкость процесса, необходимость сложного технологического оборудования и большого расхода энергии.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ получения жидкого стекла, включающий приготовление суспензии из кремнеземсодержащего аморфного вещества - микрокремнезема, являющегося отходом производства кристаллического кремния и содержащего 83-93 мас.% SiO₂ и 6-16 мас.% углеродистых примесей - графита и карборунда, в растворе гидроксида натрия и последующую гидротермальную обработку в течение 40-120 мин при температуре 80-85°С и атмосферном давлении [патент РФ №2085489, БИ №21, 27.07.97].

Недостатками описываемого способа являются сравнительно высокие температура нагрева сырьевой смеси и длительность технологического процесса.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является упрощение процесса получения жидкого стекла и снижение его энергоемкости.

Технический результат - снижение температуры нагрева сырьевой смеси и сокращение длительности технологического процесса получения жидкого стекла.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что способ получения жидкого стекла включает приготовление суспензии из кремнеземсодержащего аморфного вещества с размером частиц, преимущественно, (10-100)*10^-6 м в растворе гидроксида натрия с последующей гидротермальной обработкой сырьевой смеси, в качестве кремнеземсодержащего вещества используют отход ферросплавного производства - микрокремнезем, состоящий на 85-89 мас.% из SiO₂, 5-7 мас.% из β - SiC и 5-7 мас.% графита, а нагрев суспензии осуществляется до температуры 70°С при постоянном перемешивании со скоростью 1 об/с.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующим примером.

В заданных соотношениях готовят суспензию из 1350 г воды, 350 г микрокремнезема, что в пересчете на SiO₂ составляет 315 г, 672 г едкого натра, что в пересчете на Na₂O составляет 309 г. При постоянном перемешивании со скоростью 1 об/с суспензию нагревают до 70°С после чего подачу тепла отключают, а суспензия саморазогревается до температуры 95-98°С. Такой температурный режим поддерживается до тех пор, пока на поверхности суспензии не появится тонкая пленочка, а продукт не приобретет блестящий маслянистый вид.

Аналогичным образом приготовлены другие составы жидкого стекла.

В таблице приведены основные технологические параметры жидкого стекла, получаемого по предлагаемому способу в сравнении с прототипом.

Основные технологические параметры получения жидкого стекла
Свойства жидкого стекла	Технологические параметры получения жидкого стекла
Силикатный модуль	Плотность, г/см3	по предлагаемому варианту	по прототипу
Температура нагрева смеси, °С	Длительность обработки, мин	Температура нагрева смеси, °С	Длительность обработки, мин
1	1,23	70	105	80-85	120
2	1,37	70	45	80-85	60
3	1,30	70	25	80-85	40

Как видно из представленных в таблице данных, предлагаемый способ получения жидкого стекла проще, менее энергоемкий (нагрев сырьевой смеси осуществляется до 70°С, а не до 80-85°С как в прототипе), отличается меньшей длительностью (25-105 мин вместо 40-120 мин по прототипу).

Отмечаемые технологические и экономические преимущества предлагаемого способа обусловлены, прежде всего, наличием в микрокремнеземе примесей: мельчайших частиц β - SiC и графита.

Во-первых, мельчайшие частицы графита и β - SiC, обладая высокой теплопроводностью [Горлов Ю.П., Еремин Н.Ф. Седунов Б.У. Огнеупорные и теплоизоляционные материалы. Учеб. пособие. М.: Стройиздат, 1976, с. 91-96] и будучи равномерно распределены в сырьевой смеси, за счет постоянного перемешивания, способствуют активной передаче тепла по всему объему суспензии. Поэтому, чем больше в сырьевой смеси частиц, обладающих высокой теплопроводностью, тем быстрее будет нагреваться смесь, а следовательно, длительность всего технологического процесса будет меньше.

Во-вторых, по данным [Тотурбиев Б.Д. Строительные материалы на основе силикат-натриевых композиций. - М.: Стройиздат, 1988, с.56] β - SiC относится к кубической сингонии, что указывает на одинаковую скорость распространения теплоты по всем направлениям. Как известно [Шафрановский И.И., Алявдин В.Ф. Краткий курс кристаллографии. Учебник для негеологических специальностей вузов. - М.: Высш. шк., 1984, с.64-65], скорость распространения теплоты по телу кристалла находится в прямой зависимости от того, вдоль какого линейного элемента симметрии она распространяется. В кристаллах кубической сингонии поверхность распространения теплоты будет иметь форму сферы. Следовательно, в отношении теплопроводности кристаллы кубической сингонии являются изотропными, т.е. по всем направлениям равносвойственными. В результате этого температура нагрева сырьевой смеси может быть снижена, а длительность всего технологического процесса (за счет сокращения периода нагрева) уменьшена.

Способ получения жидкого стекла, включающий приготовление суспензии из кремнеземсодержащего аморфного вещества с размером частиц преимущественно (10-100)·10^-6 м в растворе гидроксида натрия и последующую гидротермальную обработку, отличающийся тем, что в качестве кремнеземсодержащего вещества используется отход ферросплавного производства - микрокремнезем, состоящий на 85-89 мас.% из SiO₂, 5-7 мас.% β-SiC и 5-7 мас.% графита, а нагрев суспензии осуществляется до температуры 70°С при постоянном перемешивании со скоростью 1 об./с.