Способ приготовления стекольной шихты

 

Использование: для получения стекла. Сущность изобретения: стекольную шихту получают дозированной подачей и перемешиванием стеклообразующих компонентов, силикат-глыбы и добавок. Силикат-глыбу получают помолом песка в 45%-ном водном растворе NaOn до прохождения полученной суспензии через сито 004. Затем суспензию обрабатывают в автоклаве при 120 - 250^oС и избыточном давлении 2 -80 ати и сушат при 300 - 400^oС.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к способам варки стекла и приготовления шихты.

Известен способ приготовления стекольной шихты с использованием натриевого жидкого стекла с модулем, обеспечивающим введение всего кремнезема и всего оксида натрия через жидкое стекло [1] Для получения натриевого жидкого стекла с высоким модулем жидкое стекло с модулем 2,7-3,05 обрабатывают ионно-обменной смолой. Затем готовят доломитовое молоко, которое смешивают с полученным жидким стеклом и Al(OH)₃. Получаемую суспензию высушивают вначале в открытом реакторе, а затем в сушильном шкафу, что требует в заводских условиях дополнительных затрат на дополнительное оборудование, а также усложняет процесс приготовления шихты по сравнению с обычным традиционным способом. Этот способ нерентабелен для производства листового стекла в заводских условиях, несмотря на значительное улучшение его варочных свойств (1200^оС против 1450-1480^оС). Кроме того, в известном способе используется только натриевое жидкое стекло, в то время как известны составы стекол, содержащие в качестве щелочного металла оксид калия. Этот фактор ограничивает возможность использования жидкого стекла для любых шелочесодержащих стекол.

Шихта листового стекла при известном способе проваривается только через два часа, что увеличивает срок варки стекла. Кроме того, полученная по такому способу приготовления шихты стекломасса имеет достаточно высокую кристаллизационную способность. По всей вероятности, это связано с достаточно высоким модулем жидкого стекла (больше 3,5).

Наиболее близким к предложенному способу по технической сущности и достигаемому результату является способ приготовления стекольной шихты путем дозированной подачи и перемешивания стеклообразующих компонентов, щелочесодержащего компонента силикат-глыбы и необходимых добавок, причем силикат-глыбу получают варкой шихты, состоящей из кварцевого песка и соды или сульфата натрия в стекловаренной печи [2] Недостатком указанного способа является то, что для производства силикат-глыбы применяют соду (карбонат натрия) или сульфат натрия. Сода является крайне дефицитным материалом, а сульфат натрия интенсификатором разрушения стекло- варенных печей. Кроме того, при термической диссоциации карбоната натрия образуется углекислый газ, а при диссоциации сульфата натрия серный ангидрид. Углекислый газ способствует образованию парникового эффекта, а серный ангидрид, энергично взаимодействует с парами воды, что приводит к образованию кислых дождей. Кроме того, взаимодействие диоксида кремния с оксидом натрия, в традиционном способе, осуществляется в стекловаренной печи при температуре 1450-1500^оС, что требует сжигания огромного количества природного газа, а это, в свою очередь, тоже приводит к загрязнению окружающей среды продуктами сгорания и прежде всего углекислым газом. Таким образом применяемые в традиционной технологии материалы и сжигание огромного количества топлива, способствует интенсивному загрязнению окружающей среды.

Целью изобретения является разработка способа производства силикат-глыбы на основе гидроксида натрия вместо карбоната или сульфата натрия. Снижение температуры производства силикат-глыбы, а следовательно, сокращение расхода топлива и значительное уменьшение выброса в атмосферу углекислого газа и серного ангидрида.

Поставленная цель достигается тем, что в способе приготовления стекольной шихты путем дозированной подачи и перемешивания стеклообразующих компонентов, силикат-глыбы и добавок силикат-глыбу получают помолом песка в 45% -ном водном растворе гидроксида натрия до прохождения полученной суспензии через сито 004 с последующей обработкой в суспензии в автоклаве, при 120-250^оС и избыточном давлении 2-80 ати, и сушкой при 300-400^оС.

Ниже приведены конкретные примеры выполнения предложенного способа.

Приготовленная шихта для варки стекла системы SiO₂-CaO-MgO-Al₂O₃-Na₂O. Диоксид кремния вводили, в основном, через песок (часть через силикат-глыбу), Al₂O₃ через глинозем, CaO и MgO через доломит, Na₂O через силикат-глыбу. Отвешивали необходимое (расчетное) количество каждого компонента, перемешивали и подавали в печь для варки стекла. Силикат-глыбу получали так.

П р и м е р 1. Диоксид кремния вводили в виде кварцевого песка Новоселовского месторождения. Данный песок является традиционным сырьем стекольной промышленности. 500 г этого песка загружали в 4-х литровую шаровую мельницу из фарфора с фарфоровыми мелющими телами. В эту же мельницу вливали 968 мл 45%-ного водного раствора едкого натра, содержащего 500 г Na₂O. Мельницу закрывали и проводили в ней механохимический процесс, совмещенный механический помол с химическим взаимодействием активных ионов диоксида кремния, образующихся при помоле в результате разрушения кристаллической решетки низкотемпературного тригонального кварца, с ионами натрия. Механохимический процесс ведут до полного прохода суспензии через сито 004. Полученную суспензию помещают в специальную форму, изготовленную из термически и химически устойчивого материала. Форму с сырьевой смесью помещают в стационарный автоклав. В автоклаве создавали избыточное давление 2 ати, температуру 120^оС. Продолжительность нагрева автоклава до заданной температуры составляла 1 ч. Изобарноизотермическая выдержка при данных условиях 48 ч, после чего отключали нагреватель автоклава. Продолжительность охлаждения автоклава до температуры окружающей среды (20-25^оС) составляла 5 ч.

Остывший автоклав открывали и из него извлекали формы с полученным продуктом, представляющим собой железообразную массу. Для удаления влаги из желеобразного продукта, его высушивали при 400^оС. Полученный силикат натрия дробили на дробилке до фракции менее 2 мм. Материал готов к употреблению. Силикатный модуль силиката натрия 1. Его смешивают с остальными компонентами шихты.

П р и м е р 2. Получение силиката-глыбы с модулем 1,5.

SiO₂ Na₂O 59-41 мас.

Кварцевый песок Новоселовского месторождения 500 г загружали в 4-х литровую шаровую мельницу периодического действия, футерованную резиной, мелющие тела кварцевая галька. В мельницу вливали 672 мл 45%-ного раствора едкого натра (содержание Na₂O составляет 347,5 г). Помол кварцевого песка проводили в щелочном растворе, помол вели до полного прохода суспензии через сито 004. Полученную суспензию как и в примере 1 помещали в формы, а затем в автоклав. В автоклаве создавали избыточное давление 4 ати и температуру 144^оС. Время нагрева до заданной температуры составляло 1 ч 10 мин. Выдержка при данных условиях 38 ч, после чего отключали нагреватель автоклава. Время охлаждения автоклава до температуры окружающей среды (20-25^оС) составляло 5,5 ч.

Остывший автоклав открывали и из него извлекали формы с синтезированным продуктом, который представлял тестообразную массу. Для удаления влаги тестообразный продукт высушивали при 350^оС. При этом происходило сильное вспенивание, материал становился пористым и непрочным. Вспененный силикат как в примере 1 дробили и измельчали.

П р и м е р 3. Получение силикат-глыбы с модулем 2.

SiO₂ Na₂O 66,5% 33,5% Кварцевый песок Новоселовского месторождения 500 г загружали в 4-х литровую шаровую мельницу, футерованную кремниевыми плитами, мелющие тела кварцевая галька. В мельницу доливали 487 мл 45% раствора едкого натра (количество Na₂O составляло 325 г). Проводили помол кварцевого песка в щелочном растворе. Помол вели до полного прохода суспензии через сито 0063. Полученную суспензию как в примере 1 помещали в формы, а затем в автоклав. В автоклаве создавали избыточное давление 80 атм при 250^оС. Время разогрева автоклава до заданной температуры составило 1 ч 25 мин. Продолжительность изобарноизотермической выдержки при данных условиях 29 ч, после чего отключали нагреватель автоклава. Время охлаждения автоклава до температуры окружающей среды (t 20-25^оС) составило 5,5 ч.

Охлажденный автоклав открывали и извлекали формы с синтезированным силикатом натрия. Продукты представляют собой эластичную стеклообразную массу с небольшой твердостью (это объясняется тем, что в силикате натрия содержание связанной влаги превышает 20 мас.). Для удаления связанной влаги силикат натрия высушивали при 300^оС. При сушке происходило сильное вспенивание, материал становился пористым и не прочным. Вспененный силикат как в примере 1 дробили и измельчали.

Шихта, полученная с применением описанной силикат-глыбы, позволяет: производить стекло без использования дефицитной соды; сократить расход тепловой энергии, а следовательно, и топлива за счет уменьшения температуры взаимодействия диоксида кремния с оксидом натрия; практически ликвидировать выброс углекислого газа и серного ангидрида.

Формула изобретения

СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СТЕКОЛЬНОЙ ШИХТЫ путем дозированной подачи и перемешивания стеклообразующих компонентов, силикат-глыбы и добавок, отличающийся тем, что силикат-глыбу получают помолом песка в 45%-ном водном растворе NaOH до прохождения полученной суспензии через сито 0,04 с последующей обработкой суспензии в автоклаве при 120 - 250^oС и избыточном давлении 2 - 80 ати и сушкой при 300 - 400^oС.