Шихта для получения силикатного стекла

Изобретение относится к составам шихт для получения стекол и может быть использовано для изготовления изделий промышленного и декоративно-художественного назначения, а также в производстве керамических изделий. Шихту для получения силикатного стекла получают путем смешения отходов производства тротила и нитробензола - смеси маточников тротила и нитробензола и их огарка с кремнеземом, мелом, доломитом, каолином, ускоряющими, восстанавливающими и осветляющими добавками при следующем соотношении компонентов, мас.%: кварцевый песок 42,4-45,6; мел 1,0-1,2; доломит 10,2-10,5; каолин 2,3-2,5; огарок маточников тротила и нитробензола 28,5-30,8; смесь маточников тротила и нитробензола, твердое вещество 10,8-11,8; уголь 1,2-1,4. Плавление шихты ведут при 1350-1400°C. Технический результат - улучшение экологии окружающей среды, повышение качества и удешевление производства силикатного стекла за счет утилизации отходов производства тротила и нитробензола. 3 табл.

 

Изобретение относится к составам шихт для получения бесцветных, окрашенных в массе и других видов стекол, и может быть использовано для изготовления изделий промышленного и декоративно-художественного назначения, а также в производстве керамических изделий.

Сырьевые материалы, которые применяются для изготовления стекла, подразделяются на главные и вспомогательные. К главным сырьевым материалам относятся вещества, с помощью которых в стекло вводятся кислотные, щелочные и щелочноземельные оксиды, являющиеся основой состава современных стекол. К вспомогательным сырьевым материалам относятся различные вещества, которые применяются для улучшения качества стекломассы, ее окрашивания и глушения, а также для ускорения времени ее изготовления (Бутт Л.М., Поляк В.В. Технология стекла. - М.: Гос. изд-во литературы по строительству, архитектуре и строительству, 1960, с.67).

Основу химического состава силикатных промышленных стекол - оконных, архитектурно-строительных, тарных и других - составляют различные сочетания оксидов Na2O, CaO, SiO2. Кроме того, для снижения склонности к кристаллизации и повышения химической стойкости стекол в их состав дополнительно вводят оксиды магния и алюминия. Так, например, еще в середине 30-х годов И.И. Китайгородским было разработано и внедрено в промышленность алюмомагнезиальное стекло состава, масс.%: SiO2 71,5-72; Al2O3 1,5; CaO 8-8,5; Na2O 15; MgO 3,5 (Химическая технология стекла и ситаллов. Артамонова М.В., Асланова М.С., Бужинский И.М. и др./Под ред. Н.М.Павлушкина. - М., Стройиздат, 1983, с.211).

Для введения в состав стекла оксида натрия используют карбонат натрия или сульфат натрия. В связи с этим существуют два варианта стекольных шихт, содержащих сульфат натрия.

Сульфатная шихта - оксид натрия целиком или в количестве более 25% вводится в шихту с помощью сульфата натрия (Химическая технология стекла и ситаллов. Артамонова М.В., Асланова М.С., Бужинский И.М. и др./Под ред. Н.М.Павлушкина. - М., Стройиздат, 1983, с.106). Однако процесс изготовления стекла из сульфатной шихты становится более продолжительным и требует более высоких температур. В этом случае для ускорения процесса силикатообразования и снижения температуры прибегают к предварительному разложению сульфата натрия до оксида натрия. Для этого в стекольную шихту вводят некоторое количество углеродсодержащих материалов - каменного или древесного угля, древесных опилок или стружек (Технология стекла. Бутт Л.М., Поляк В.В. - М., Гос. изд-во литературы по строительству, архитектуре и строительству, 1960, с.64) или каких-либо органических веществ (П.Н.Григорьев, М.А.Матвеев. Растворимое стекло (получение, свойства и применение). - М.: Гос. изд. литературы по строительным материалам, 1956, 444 с.), действующих в качестве восстановителей сульфата натрия. К способу получения стекла из сульфатной шихты прибегают в случае необходимости снижения стоимости производства продукции, поскольку исходный сульфат натрия является дешевым заменителем соды. Недостатками получения стекла по сульфатному способу являются сложность технологического процесса, необходимость использования углеродсодержащих материалов, снижение качества получаемой продукции и необходимость нагрева шихты при изготовлении обычных стекол до 1500-1600°C (Химическая технология стекла и ситаллов. Артамонова М.В., Асланова М.С., Бужинский И.М. и др./Под ред. Н.М.Павлушкина. - М., Стройиздат, 1983, с.105).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению (прототип) является карбонатно-сульфатная шихта, используемая в настоящее время для получения стекла. В этом случае в стекломассу вводится 80-95% оксида натрия с помощью кальцинированной соды, остальное с помощью сульфата натрия, который играет роль осветлителя (Химическая технология стекла и ситаллов. Артамонова М.В., Асланова М.С., Бужинский И.М. и др./Под ред. Н.М.Павлушкина. - М., Стройиздат, 1983, с.106). Основным недостатком изготовления стекла из подобной шихты является относительно высокая стоимость соды и ее дефицитность, поскольку сода является сырьем, имеющим огромный спрос со стороны различных отраслей промышленности (Кукушкин Ю.Н. Химия вокруг нас: Справ. пособие. - М.: Высш. шк., 1992, с.46), и необходимость использования дополнительного углеродного топлива.

Технический результат, на решение которого направлено изобретение, заключается в утилизации отходов производств тротила и нитробензола, повышении качества стекла и удешевлении его производства.

Технический результат достигается тем, что в шихте для получения стекла, включающей кварцевый песок, кальцийсодержащие и щелочесодержащие компоненты, ускоряющие, осветляющие и восстанавливающие добавки в качестве щелочесодержащих компонентов, ускоряющих, осветляющих и восстанавливающих добавок используют смесь отходов производств тротила и нитробензола - смесь маточников производства тротила и нитробензола, и их огарок, при следующем соотношении компонентов, мас.%: кварцевый песок 42,4-45,6; мел 1,0-1,2; доломит 10,2-10,5; каолин 2,3-2,5; огарок маточников тротила и нитробензола 28,5-30,8; смесь маточников тротила и нитробензола 10,8-11,8 (30-40%-ный раствор), уголь 1,2-1,4, а плавление шихты ведут при 1350-1400°C.

Производство энергоемких соединений, таких как тротил и нитробензол, сопровождается образованием значительного количества отходов. Так, например, при очистке тротила-сырца (Е.Ю.Орлова. Химия и технология бризантных взрывчатых веществ. - Химия, 1973. - 688 с.) образуются десятки тысяч тонн сульфитного щелока - маточника производства тротила, содержащего натриевые соли сульфокислот несимметричных изомеров тротила, нитрофенолов, нитрокислот, нитрит и нитрат натрия, соду, сульфат и сульфит натрия, сульфид и хлорид натрия.

Гидролиз натриевых солей, присутствующих в сульфитном щелоке, приводит к тому, что величина рН его раствора повышается до 9,0-9,5, что соответствует слабощелочным средам.

Зачастую производства тротила и нитробензола располагаются на одних и тех же предприятиях.

После получения нитробензола производят его отделение от нитрующей смеси кислот (азотной и серной), а затем промывку аммиачной водой. Маточник производства нитробензола содержит около 8-10% растворенных в воде органических (нитропроизводных бензола) и неорганических соединений, основным из которых является сульфат аммония.

Согласно действующему регламенту обезвреживание токсичного маточника производства нитробензола допускается производить совместно с сульфитными щелоками производства тротила. Для этого производят слив маточника нитробензола в хранилище с маточником (сульфитным щелоком) тротила. По принятой в настоящее время технологии смесь маточников тротила и нитробензола после предварительного упаривания до 30-40%-ной концентрации по твердому остатку направляют на сжигание, а образующуюся золу в отвал. Под воздействием атмосферных осадков она превращается в токсичные стоки, загрязняющие грунтовые воды, что приводит к существенному ухудшению экологической обстановки.

Утилизация отходов крупнотоннажного химического производства путем их использования при получении стекла позволяет улучшить экологическую обстановку в районах производства тротила и нитробензола и значительно удешевить производство стекла.

Процесс приготовления шихты и изготовления стекла по предлагаемому изобретению заключается в следующем. Отход производства энергоемких соединений - смесь маточников производства тротила и нитробензола после проведения химического анализа смешивается с необходимым количеством кремнезема. Внесение воды с раствором маточника в шихту способствует ее увлажнению, что, наряду с присутствием слабых щелочей в растворе, приводит к образованию на поверхности частиц кварцевого песка равномерно распределенной пленки щелочных соединений, а это, в свою очередь, благоприятно сказывается на процессах силикатообразования. Кроме того, увлажнение сырьевых материалов оказывает также благоприятное влияние и на однородность шихты (Химическая технология стекла и ситаллов. Артамонова М.В., Асланова М.С., Бужинский И.М. и др./Под ред. Н.М. Павлушкина. - М., Стройиздат, 1983, с.65). Температура маточника должна составлять 50-60°C. Подготовленный таким образом кремнезем смешивают с остальными измельченными компонентами шихты, одним из которых является твердый отход производства тротила и нитробензола - огарок маточников энергоемких соединений. Стоит отметить, что благодаря существующей технологии обезвреживания смеси маточников производства тротила и нитробензола методом сжигания образующийся огарок представляет собой тонкодисперсную однородную композицию, не требующую дополнительного измельчения. Типичный химический состав огарка смеси маточников тротила и нитробензола приведен в таблице 1.

Таблица 1
Химический состав огарка маточника тротила и нитробензола
Компонент Содержание компонентов, %
Сульфат натрия 55,5
Карбонат натрия 24,6
Сульфат аммония 9,4
Хлорид натрия 8,0
Оксид железа (Fe2O3) 1,1
Углерод 1,3
Влага 0,1
Качественная реакция на тротил Положительная

Полученную шихту загружают в тигли, которые подают в печь при температуре 1100-1200°C. Варку стекла осуществляют в горшковых печах при температуре 1350-1400°C. Благодаря наличию в шихте карбонатов натрия, магния и сульфата аммония химические процессы в шихте начинаются при сравнительно низких температурах (330-350°C).

При 780-880°C происходит появление жидкой фазы за счет эвтектик силикатов магния и натрия с кремнеземом и двойных углекислых солей с Na2CO3 (Химическая технология стекла и ситаллов. Артамонова М.В., Асланова М.С., Бужинский И.М. и др./Под ред. Н.М.Павлушкина. - М., Стройиздат, 1983, с.107). Однако наличие в составе отходов различных солей натрия и аммония (ускорителей варки) приводит к появлению легкоплавких соединений, расплавы которых образуются раньше (Технология стекла. Бутт Л.М., Поляк В.В. - М., Гос. изд-во литературы по строительству, архитектуре и строительству, 1960, с.132-133).

Непосредственное участие в реакциях восстановления сульфата натрия принимают участие углерод (в виде сажи), который присутствует в огарке (от 1,1 до 5%), а также органические восстановители, внесенные в шихту в составе маточника энергоемких соединений и газообразные продукты его разложения CO, H2, CH4 и т.п., которые создают восстановительную атмосферу в шихте. В случае низкого содержания сажи в огарке в шихту дополнительно вводят углеродсодержащий материал в виде угля или древесных опилок.

Восстановление сульфата натрия начинается при 740-800°C по реакции:

Na2SO4+2C=Na2S+2CO2

Стоит отметить, что присутствующая в огарке и маточнике вода ускоряет процессы образования силикатов. Это связано с образованием едкого натра, который взаимодействует с кремнеземом энергичнее, чем сода:

Na2S+2H2O=2NaOH+H2S

2NaOH+SiO2=2Na2SiO3+H2O

При 865°C начинаются процессы силикатообразования:

Na2SO4+Na2S+2SiO2=2Na2SiO3+SO2+S

CaO+SiO2=CaSiO3

Осветление стекломассы и ее гомогенизация требуют повышения температуры стекломассы до 1350-1400°C. Присутствие сульфата натрия, хлорида натрия и сульфата аммония (до 3%) (Справочник по производству стекла./Под ред. И.И.Китайгородского. А.И.Бережной, Ю.А.Бродский, З.И.Бронштейн и др. - М., Гос. изд-во литературы по строительству, архитектуре и строительству, 1963, с.160-162) в шихте способствует ускорению процесса изготовления стекломассы, ее осветлению и гомогенизации, после чего проводится процесс студки, когда температура массы снижается (на 300-400°C) до температуры, необходимой для формования изделий.

Для оценки качества стекломассы, получаемой на основе отходов энергоемких соединений, были произведены лабораторные опытные плавки стекольных шихт в достаточно жестких условиях: максимальная температура нагрева стекломассы составляла 1350-1400°C, а время выдержки расплавленной стекломассы при максимальной температуре нагрева - 35-60 мин. Стекольные шихты были рассчитаны на получение силикатного стекла состава, мас.%: SiO2 72,0; Al2O3 1,5; CaO 7,0; Na2O 16,5; MgO 3,0. Для сравнения была изготовлена стекломасса того же состава из содовой и карбонатно-сульфатной шихт, приготовленных с использованием традиционных сырьевых материалов. Соотношение сульфата и карбоната натрия в карбонатно-сульфатной шихте соответствовало содержанию этих веществ в огарке отходов энергоемких соединений.

В таблице 2 приведен состав опытной стекольной шихты для получения алюмомагнезиальной стекломассы. Содержание сульфата аммония в шихте составило 2,7%, а хлорида натрия - 2,3%, что наряду с присутствием в шихте сульфата натрия вполне достаточно для эффективного ускорения процесса изготовления стекла, его осветления и гомогенизации.

Таблица 2
Состав опытных стекольных шихт
Компонент шихты Содержание компонента, %
Шихта 1 Шихта 2 Шихта 3
Кремнезем 42,4 43,8 45,6
Огарок сульфитных щелоков и маточника нитробензола 30,8 29,3 28,5
Мел 1,0 1,1 1,2
Доломит 10,5 10,4 10,2
Каолин 2,3 2,4 2,5
Маточник тротила и нитробензола (по твердому веществу) 11,8 11,6 10,8
Уголь 1,2 1,4 1,2

Качество полученного стекла оценивалось по его удельному весу, растворимости в воде, однородности и цвету. Полученные результаты приведены в таблице 3.

Таблица 3
Характеристики образцов стекломассы
Стекломасса Удельный вес, г/см3/выдержка, мин Растворимость в воде, %/выдержка, мин Однородность Цвет
Бутылочное стекло 2,59 2,8 Однородное, с единичными пузырьками Светло-зеленая, равномерная окраска
Стекломасса, изготовленная по сульфатно-карбонатной технологии 2,43/35 7,5/35 Наличие пузырьков Бледно-зеленая равномерная окраска
Стекломасса, изготовленная на основе отходов производств нитробензола и тротила 2,58/35 (шихта 1) 2,5/35 (шихта 1) Однородное, с единичными пузырьками Ярко-зеленая, равномерная, интенсивная окраска
2,59/35 (шихта 2) 2,1/35 (шихта 2)
2,62/60 (шихта 3) 1,94/60 (шихта 3)

В таблице 3 для сравнения приведены результаты оценки качества штатного бутылочного стекла, применяемого для разлива минеральной воды. Как видно из полученных результатов, применение отходов производства энергоемких соединений повышает качество получаемой стекломассы с одновременным снижением максимальной температуры плавления шихты.

Суммарное содержание отходов тротилового производства в составе опытной шихты, используемой для получения стекла по данному изобретению, составляет более 40%, что значительно удешевляет весь процесс и позволяет полностью утилизировать отходы производства тротила и нитробензола.

Шихта для получения стекла, включающая кварцевый песок, кальцийсодержащие и щелочесодержащие компоненты, ускоряющие, осветляющие и восстанавливающие добавки, отличающаяся тем, что в качестве щелочесодержащих компонентов, ускоряющих, осветляющих и восстанавливающих добавок используют смесь отходов производств тротила и нитробензола - смесь маточников производства тротила и нитробензола и их огарок, при следующем соотношении компонентов, мас.%: кварцевый песок 42,4-45,6; мел 1,0-1,2; доломит 10,2-10,5; каолин 2,3-2,5; огарок маточников тротила и нитробензола 28,5-30,8; смесь маточников тротила и нитробензола, твердое вещество 10,8-11,8; уголь 1,2-1,4, а плавление шихты ведут при температуре 1350-1400°C.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и касается составов глазурей для нанесения на керамическую черепицу. Матово-черная черепичная глазурь включает, мас.%: глину 4-6; кварцевый песок 37-39; свинцовый глет 24-26; пиролюзит 9-11; буру 5-7; пегматит 15-17.
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и касается составов шихты глазурей для нанесения на керамическую плитку, изразцы. Шихта для получения глазури включает, мас.%: каолин 3,0-5,0; полевой шпат 12.0-16,0; кварцевый песок 57,0-58,0; мел 1,0-2,0; окись олова 5,0-7,0; окись цинка 1,0-2,0; углекислый барий 1,0-2,0; сернокислый кобальт 1,0-2,0; костяная зола 12,0-16,0.
Изобретение относится к составам шихт для получения стекла. Технический результат изобретения заключается в улучшении экологии окружающей среды, удешевлении производства стекла за счет утилизации отходов тротилового производства.
Изобретение относится к технологии силикатов и касается шихтовых составов глазурей для нанесения на керамическую плитку, изразцы. .
Изобретение относится к области технологии силикатов и касается производства стекла, используемого для изготовления смальты, стеклоплитки. .
Изобретение относится к составам масс для получения эмалевого покрытия на керамических изделиях. .
Глазурь // 2481276
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и касается составов глазурей для нанесения на керамическую плитку. .
Изобретение относится к составам масс для получения эмалевого покрытия на керамических изделиях. .
Изобретение относится к составам масс для получения эмалевого покрытия на керамических изделиях. .
Глазурь // 2479504
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и касается составов глазурей для нанесения на керамическую плитку, кирпич. .
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и касается составов глазурей для нанесения на керамические изделия декоративно-художественного и хозяйственно-бытового назначения. Техническим результатом изобретения является повышение водостойкости цветной глазури. Водостойкость глазури - II класс. Цветная глазурь включает, вес.ч.: свинцовый глет 2-2,5; кварцевый песок 3-3,5; каолин 0,3-0,5; окись кобальта 0,3-0,5; фосфорит 0,1-0,2; циркон 0,1-0,2; поташ 0,1-0,2; бура 1-1,5. Температура варки составляет 1450 - 1500оС. 1 табл.
Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ совместной переработки кальцийсодержащего и сульфатсодержащего отходов включает подщелачивание исходного абгазного хлорсодержащего известкового отхода газоочистки до pH 11-11,5. Получают гипсовый шлам путем смешения хлоризвесткового отхода с водным раствором сульфатсодержащей золы - отходом тротилового производства. Гипсовый шлам отделяют с помощью фильтрации от фильтрата, направляемого на приготовление отбеливающих растворов. Затем гипсовый шлам сушат и получают силикатное стекло плавлением шихты на основе кальцийсодержащего компонента, в качестве которого используют гипсовый шлам. Шихта для изготовления силикатного стекла включает следующие компоненты, мас. %: кварцевый песок 41,60; каолин 4,60; сульфатсодержащая зола 21,47; гипсовый шлам 20,60; доломит 4,10; портафер (Fe2O3) 1,98; оксид хрома (III) 0,25; оксид титана (IV) 0,76; оксид марганца (IV) 0,01; калиевая селитра 0,46; фосфорнокислый натрий однозамещенный 0,04; гидроксид бария 0,04; сульфитный щелок (по твердому веществу) 2,45; уголь березовый 1,64. Плавление шихты ведут при температуре 1350-1400°C. Изобретение позволяет получить силикатное стекло за счет совместной переработки и утилизации кальцийсодержащего и сульфатсодержащего отходов промышленных производств. 4 табл.
Изобретение относится к составам шихт для получения окрашенных в массе свинцовых стекол и может быть использовано для изготовления изделий промышленного и декоративно-художественного назначения. Шихта для получения свинцового стекла изготавливается путем смешения отхода производства азида свинца декстринового, содержащего более 99% карбоната свинца, с кремнеземом, содой, поташом, нитратом калия и оксидом цинка при следующем соотношении компонентов, мас.%: кварцевый песок - 52,3; сода - 8,3; поташ - 13,3; оксид цинка - 2,9; отход производства азида свинца декстринового - 22,8. Технический результат - улучшение экологии окружающей среды и удешевление производства свинцового стекла за счет утилизации отходов производства азида свинца декстринового. 1 табл.

Изобретение относится к области технологии производства стекла, которое может быть использовано для изготовления изделий декоративно-художественного назначения. Техническим результатом изобретения является снижение температуры варки цветного стекла при сохранении его водостойкости. Шихта для получения цветного стекла содержит, вес.ч.: кварцевый песок 800-1000; доломит 800-1000; известь 50-100; бура 1500-2000; сернокислый кобальт 10-50. Температура варки стекла составляет 1450-1470 град С. 1 табл.

Изобретение относится к составу стекольной шихты. Технический результат изобретения заключается в снижении температуры варки стекла и расширении сырьевой базы. Шихта содержит следующие компоненты, мас.%: кремнеземсодержащее сырье 64-72; кальцинированная сода 8-10; доломит 8-10; сульфат 8-10; колеманит 4-6. 6 табл.

Заявляемая группа изобретений относится к области химии и касается составов шихты для получения теллуритных стекол, которые могут найти применение в оптике для изготовления волоконных световодов и планарных оптических волноводов, применяемых в оптоэлектронных приборах видимого, ближнего и среднего ИК диапазонов. Шихта для получения теллуритных стекол включает соединение теллура и соединение молибдена, или соединение теллура и соединение вольфрама. В качестве соединения теллура шихта содержит ортотеллуровую кислоту, а в качестве соединения молибдена - тетрагидрат гептамолибдата аммония при следующем соотношении компонентов, мас.%: тетрагидрат гептамолибдата аммония -10-52, ортотеллуровая кислота - остальное, или что в качестве соединения теллура она содержит ортотеллуровую кислоту, а в качестве соединения вольфрама она содержит декагидрат додекавольфрамата аммония при следующем соотношении компонентов, мас.%: декагидрат додекавольфрамата аммония - 6-39, ортотеллуровая кислота - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение оптической прозрачности стекол в видимой и ближней ИК областях спектра. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 9 ил., 1 табл., 7 пр.
Наверх