Способ гидротермического получения раствора силиката натрия

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК

ОПИСАНБЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 5001215/26 (22) 30.0791 (31) 89 3902751 (32) 31.01.89 (ЗЗ) ОЕ (46) 30.12.93 Бюл. Йя 48-47 (71) Хенкель КГаА (DE) (72) Рудольф Новотни(ОЦ; Альфред Хофф(ОЦ;

Иост Шюртц(ОЦ (73) Хенкель КГаА (ОЕ) (86) EP 90/00118 (22.01.90) (54) СПОСОБ ГИДРОТЕРМИЧЕСКОГО ПОЛУ(1Е} SU (11} 18396бЗ АЗ (51} 5 С 01 В 33 32

ЧЕНИЯ РАСТВОРА СИЛИКАТА НАТРИЯ (57) Сущность изобретения: раствор силиката натрия получают путем взаимодействия кристаллической двуокиси кремния с водным раствором гидроокиси натрия при 215 С и устанавливающемся при этом давлении насыщенного водяного пара, осуществляемого в автокпаве, в качестве кристаллической двуокиси кремния используют кварц, кварцевый песок, взятый в 3 — 5%-ном избытке от стехиометрии, прошедший предварительный обжиг при 1300-1600 С, 2 зп ф-лы,3 табл

1839663

Изобретение относится к технологии получения жидкого стекла, в частности к способу гидротермического получения раствора силиката натрия, Известен способ гидротермического получения раствора силиката натрия с весовым соотношением двуокиси кремния и окиси натрия, составляющим 1-2,8:1, путем взаимодействия водного раствора гидроокиси натрия концентрацией 10-50 вес.$ с 10 избытком песка до 300, в пересчете на мольное соотношение двуокиси кремния и окиси натрия в исходном растворе, при температуре 150-250 С и устанавливающемся при этом давлении насыщенного водяного 15 пара, причем непрореагировавший избыток песка полностью или частично используют в качестве фильтрующей среды для полученного раствора силиката натрия (см. заявку

ДЕ М 30 02 857, кл. С 01 В 33/32, 1981). -20

Недостаток известного способа заключается в том, что при его осуществлении получают растворы силиката натрия с мольным соотношением двуокиси кремния и окиси натрия, составляющим максимально 25 лишь 2,88:1, что ограничивает технологические возможности растворов.

Другой недостаток известного способа заключается .в том, что для достижения мольного соотношения двуокиси кремния и 30 окиси натрия свыше 2 продолжительность процесса по меньшей мере 8 ч.

Целью изобретения является расширение технологических воэможностей растворов силиката натрия путем повышения 35 мольного соотношения двуокиси кремния и окиси натрия при одновременном ускорении процесса.

Поставленная цель достигается предлагаемым способом гидротермического пол- 40 учения раствора силиката натрия путем взаимодействия кристаллической двуокиси кремния с водным раствором гидроокиси натрия при повышенной температуре и устанавливающемся при этом давлении насы- 45 щенного водяного пара, осуществляемого в закрытом автоклаве, за счет того, что в качестве кристаллической двуокиси кремния используют кварц, прошедший предварительный обжиг при температуре между 50

1100 С и его точкой плавления.

С помощью предлагаемого способа можно получать растворы силиката натрия, имеющие мольное соотношение двуокиси кремния и окиси натрия, равное 2,9-3,7:1, 55 предпочтительно 3,0-3,6:1, в частности 3,33,5:1. Обычно взаимодействие осуществляют при 150-ЗОООС и устанавливающемся при этом давлении насыщенного водяного пара, Предпочтительно в качестве кристаллической двуокиси кремния используют кварц, прошедший предварительный обжиг при 1200-1700ОС, в частности 13001600 С, в присутствии каталитического количества щелочи. При обжиге кварц в основном преобразуется в кристобалит.

Для осуществления предлагаемого способа предпочтительно используют свежеобожженный кристобалит, находящийся еще в нагретом состоянии. Обожженный таким образом кварц предпочтительно подвергают взаимодействию с водным раствором гидроокиси натрия, имеющим концентрацию 15-30 вес., предпочтительно 20-30 вес.ф в закрытом автоклаве при 200 — 250 С и устанавливающемся при этом давлении насыщенного водяного пара.

Кристабалит также, как и кварц, является кристаллической модификацией двуокиси кремния. Его получают практически исключительно искусственным путем, а именно путем кальцинации кварца, так, что кварцевый песок непрерывно преобразуют при температуре примерно 1500 С в присутствии катализатора (щелочн ых соединений).

Согласно предпочтительному варианту предлагаемого способа обожженный кварц используют в избытке до 100, предпочтительно 1 — 10, в пересчете на желаемое мольное соотношение двуокиси кремния и окиси натрия в целевом продукте. В общем взаимодействие также можно осуществлять с избытком обожженного кварца, превышающим 100, однако это обычно в техническом отношении не имеет смысла. Согласно изобретению особенно предпочтительно избыток обожженного кварца составляет 25 в пересчете на желаемое мольное соотношение двуокиси кремния и окиси натрия в получаемом растворе силиката натрия, Для осуществления предлагаемого способа можно испольэовать любой реактор, как обычно используют для гидротермического синтеза натриевого жидкого стекла.

Полученные с помощью предлагаемого способа растворы силиката натрия (растворы натриевого жидкого стекла) можно испольэовать для всех известных целей, описываемых в литературе, например, для изготовления наполнителей (осажденных кремниевых кислот), в качестве клеевых веществ, в качестве связующего в красках, литейных вспомогательных веществах, носителях катализаторов, в качестве компонента в моющих и очистных средствах, а также в качестве компонента огнестойких материалов.

1839663

Примеры проводят в лабораторном и техническом масштабах. В них в качестве обожженного кварца используют кристабалит, прошедший предварительный обжиг при 1300-1600 С в присутствии щелочи в 5 качестве катализатора.

При проведении лабораторных примеров используют цилиндрический автоклав, обогреваемый снаружи до реакционной температуры с помощью носителя тепла. Ус- 10 ловия осуществления реакций согласно примерам, а также результаты примеров приведены в табл. 1 и 2, Для осуществления примеров в техническом масштабе в качестве реактора ис- 15 пользуют установленный горизонтально цилиндрический стальной автоклав емкостью примерно 24мз, снабженный футеровкой иэ никеля. Автоклав вращается вокруг горизонтальной оси со скоростью примерно 20

6 оборотов в минуту, Обогревание осуществляется паром с давлением 20 и 25 бар, соответственно, подаваемым непосредственно в автоклав через отверстие, выполненное в оси, и подключенную к автаклаву 25 трубу.

Используемая для осуществления примеров кристаллическая двуокись кремния, а именно, полученный в результате обжига кварца кристобалит, содержит >99,0 вес.7; двуокиси кремния. .Требуемый для осуществления процесса водный раствор гидраакиси натрия (натриеваго щелока) нагрева от примерно до

103 С с помощью вторичного пара с загруз- 35 ки, подаваемого через сопла Вентури, установленного над запасным резервуаром для натриевого щелока.

Количество сырья (кристабалита и натриевого щелока) измеряют с помощью ве- 40 сов. Исходные вещества загружают в автоклав, его закрывают и переводят во вращение. Путем непосредственной подачи пара реакционную смесь нагревают до температуры примерно 215ОС и держат на 45 этой температуре. По истечении 30 мин при указанной температуре автоклав останавливают и реакционную смесь через линию, соединенную с автоклавом с помощью фланца, под собственным давлением под- 50 ают в циклонный отделитель, в котором осуществляют разделение на вторичный пар и раствор жидкого стекла, имеющий температуру примерно 105ОC. Вторичный пар подсасывают и используют для подогрева 55 следующей исходной смеси в сопле Венту-. ри до точки кипения раствора, составляющей примерно 103 С.

Полученный раствор жидкого стекла, имеющий температуру примерно 100 С, подают или в сосуд н=,;;, л:.;.нтацию для грубого отделения твердых чеществ, или при более высоких требованиях к прозрачности раствора на фильтр. Анализиру ат содержание двуокиси кремни. :; окиси натрия получаемых растворов, Примеры в техническом масштабе осуществляют в условиях согласно примеру 4, Количество сырья 24000 кг. Получаемый примерно 41 -ный раствор натриеваго жидкого стекла имеет мальнас соотношение двуокиси кремния и окиси натрия, саста вля ющее 3,4;1, что и ра кти чески соответствует результату примера лабораторного масштаба.

Гидротермический процесс также можно осуществлять при сравнительна высокой концентрации твердого вещества, т.к. и при высоком соотношении двуокиси кремния и окиси натрия в условиях реакции (215 С и 20 бар) раствор силиката натрия имеет достаточную вязкость, По завершении реакции дополнительно можно подать воду, или пад давлением непосредственно в реактор; или в линию, ведущую к сосуду промежуточнага хранения так, что раствор силиката натрия, подаваемый через данную лини а в сосуд промежуточного хранения, в =татсчнай степени разбавляется, в резул тате чего в сосуде при температуре па.1л.t.".на 100 С перед седиментацией или tj, ьтрацией раствор силиката натрия имеет достаточную текучесть и достаточно низкую вязкость.

Пример 1. Пример I подтверждает выгодное относительно сравнительно низкой концентрации исхаднага раствора использование кристабалита в стехиаметрическам количестве, в пересчете на заданное мольное соотношение двуокиси кремния и окиси натрия в получаемом растворе силиката натрия, составляющее

3,46:1.

Пример 2. По сравнению с примерам

1 устанавливают повышенную концентрацию гидроокиси натрия в исходном растворе при примерно одинаковом времени реакции с тем, чтобы определить влияние концентрации гидроокиси натрия на скорость реакции и достигаемое соотношение двуокиси кремния и окиси натрия в получаемом продукте.

Пример ы 3 и 4. С целью достижения повышенного мольного соотношения двуокиси кремния и окиси натрия в реакционном растворе по сравнению с примером 1 используют повышающийся избыток (+3, +5 ) кристобалита, в пересчете на задачное соотношение, составляющее 3,46:1.

1839663

Взаимодействие обожженного песка в натриевом щелоке с получением натриевого жидкого стекла, мольное соотношение двуокиси кремния и окиси натрия, равное

3,46:1. (56) Заявка ФРГ М 40028%7, кл. С 01 В 33/32, 1981.

Таблица 1

" Избыток кристобалита 3, в пересчете на заданное мольное соотношение двуокиси кремния и окиси натрия в растворе, равное 3,46:1, Избыток кристобалита 5 . в пересчете на заданное мольное соотношение двуокиси кремния и окиси натрия в растворе, равное 3,46:1.

С учетом всех компонентов двуокиси кремния и окиси натрия, имеющихся в автоклаве.

Таблица 2

Пример ы 5 и 6. При избытке кристобалита, составляющем 5, в пересчете на заданное мольное соотношение двуокиси кремния и окиси натрия, равное 3,46:1, продлевают время реакции, 5

Пример 7. Для определения влияния температуры обжига кварца на свойства получаемых водных растворов силиката натрия кварц сперва подвергают обжигу при

850 — 1600 С в присутствии каталитического 10 количества щелочи и затем его подвергают гидротермическому взаимодействию с раствором гидроокиси натрия в следующих условиях: температура реакции 215ОС; время реакции 30 мин; концентрация гидроокиси 15 натрия 20 вес. ; избыток двуокиси кремния

57; (в пересчете на мольное соотношение

3,46:1 в натриевом жидком стекле).

Взаимодействие обожженного таким образом кварца в натриевом щелоке, в ре- 20 зультате чего получают натриевое жидкое стекло, осуществляют с нижеприведенными количествами исходных веществ и получаются приведенные в нижеследующей таблице степени конверсии и мольные 25 соотношения.

Для получения натриевого Количество жидкого стекла

35,37 р обожженного песка 49,00 r

25,857, 50 -ной гидроокиси натрия 35,82 r

38,78ф воды 53,72 r

Результаты показывают, что только использование кварца, обожженного при температуре свыше 1100 С, в частности, при температуре 1300 С и выше, приводит кдостижению более высокой степени конверсии кристаллической двуокиси кремния и, следовательно, по сравнению с прототипом более высокого мольного соотношения двуокиси кремния и окиси натрия в получаемом растворе силиката натрия.

1839663

Продолжение таблицы 2

Состав целевого продукта в автоклаве

Перед фильтрацией разбавляют до содержания твердого вещества в растворе силиката натрия < 41 (Таблица 3

" В присутствии каталитического количества щелочи.

Формула изобретения

Составитель И.Веденеева

Техред М.Моргентал Корректор Л,Пилипенко

Редактор С.Кулакова

Заказ 3411

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

1, СПОСОБ ГИДРОТЕРМИЧЕСКОГО

ПОЛУЧЕНИЯ. РАСТВОРА СИЛИКАТА НАТРИЯ, включающий взаимодействие кристаллического диоксида кремния с раствором щелочи при повышенной температуре в автоклаве, отличающийся тем, что, с целью повышения силикатного модуля продукта и сокращения времени проведения процесса, в качестве кристаллического диоксида кремния ис2, Способ по п.1, отличающийся тем, 5 что взаимодействие осуществляют при

215 С, 3. Способ по пп, 1 и 2, отличающийся тем, что обожженный кварц берут в 3 — 5 10. ном избытке от стехиометрии в расчете на силикатный модуль продукта. .пользуют кварц, предварительно обожженный при 1300 - 1600 С в присутствии катализатора - щелочи.