Способ получения высокомодульного жидкого стекла


 


Владельцы патента RU 2549407:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" (RU)

Изобретение относится к технологии получения высокомодульного жидкого стекла для производства строительных материалов. Способ получения высокомодульного жидкого стекла включает приготовление суспензии кремнеземсодержащего аморфного вещества в растворе гидроксида натрия и последующую гидротермальную обработку при температуре 85-95°C и атмосферном давлении. В качестве кремнеземсодержащего вещества используют регенерированный фильтровальный отработанный порошок кизельгура, который измельчают в шаровой мельнице до размеров частиц (0,1-10)·10-6 м. Полученный мелкодисперсный порошок кизельгура с размером частиц не более (0,1-1,0)·10-6 м отсеивают. Готовят суспензию из измельченного порошка кизельгура с размером частиц (1-10)·10-6 м с раствором гидроксида натрия при расходе гидроксида натрия 400-450 кг/т порошка в течение 15-30 мин. Получают жидкое стекло с модулем 2,5-3,0. При непрерывном помешивании равномерно медленно добавляют в жидкое низкомодульное стекло сухой мелкодисперсный порошок кизельгура с размером частиц не более (0,1-1,0)·10-6 м до достижения заданного модуля не менее 4,5. Изобретение позволяет получить высокомодульное жидкое стекло высокого качества с низким содержанием примесей: Al2O3, Fe2O3, СаО и водонерастворимых веществ менее 0,20 мас.%. 3 пр.

 

Изобретение относится к технологии получения высокомодульного жидкого стекла для производства строительных материалов и может быть использовано при изготовлении теплоизоляционных и других изделий.

Химический состав натриевого растворимого стекла может быть выражен формулой:

Na2O×nSiO2+mH2O, где Na2O - гидроксид натрия, SiO2 - диоксид кремния.

Из нее видно, что оно (растворимое стекло) не имеет постоянного состава, и соотношение между отдельными составными частями может меняться. Отношение SiO2:Na2O=M, показывающее, сколько кремнекислоты приходится на единицу оксида натрия, называется силикатным модулем стекла. Чаще всего производится и встречается стекло с модулем 2.6-2.8, но очень важно получать жидкое стекло с более высоким модулем.

К высокомодульным относятся водные силикатные системы с модулем примерно выше 4. Это те силикатные системы, которые нельзя получить растворением в воде безводного силикатного стекла соответствующего модуля или растворением кремнезема в щелочах. Высокомодульные щелочные силикатные системы условно делят на две группы. Системы с силикатным модулем выше 25 обычно называют золями. Это чисто коллоидные системы с частицами кремнезема определенных размеров, стабилизированные щелочами. Несмотря на полимерное происхождение, о кремнеземе уже говорят не как о полимере, а как о частицах кремнезема размерами от 2-3 нм и выше. Другая группа образует так называемые полисиликаты с модулем от 4 до 25 и является, по существу, переходной от истинных растворов к коллоидным системам. Известно, что растворы щелочных силикатов с модулем даже ниже 2 содержат сложные полисиликатные анионы. Это тем более справедливо для высокомодульных систем, где доля полисиликатных ионов высока. Поэтому название «полисиликатные растворы», не отражая нового их качества, является условным. Полисиликатные растворы натрия или калия характерны неустойчивостью по отношению к гелеобразованию или коагуляции. Устойчивость таких систем, помимо других факторов, зависит от концентрации кремнезема в системе. Время жизни полисиликатных растворов может быть настолько мало, что вынуждает использовать их по месту производства или производить на месте потребления.

Применение водорастворимых силикатов основано главным образом на использовании свойств кремнеземной составляющей. Технологические свойства водных растворов, богатых кремнеземом, существенно отличаются от свойств низкомодульных систем, так же как и свойства композиций, образующихся в результате высыхания или твердения полисиликатных растворов и золей. Поэтому высокомодульные системы имеют свои особые области применения, расширяющие возможности использования водных щелочных силикатов в хозяйственной деятельности.

Известен способ (Патент РФ №2220906) получения жидкого стекла путем взаимодействия кремнеземсодержащего вещества с водным раствором гидроксида натрия при температуре 200-250°C. В качестве исходного кремнеземсодержащего вещества используют кварцевый песок фракции 0,1-0,315 мм, содержащий 95,5-98,15 масс.% диоксида кремния. Недостатком способа является использование высокой температуры и, следовательно, высокие энергозатраты, а также трудности получения высокомодульного жидкого стекла, в связи с невозможностью уменьшения соотношения раствора гидроксида натрия к кремнеземсодержащему веществу без существенного повышения температуры нагрева смесей.

Известен способ получения жидкого стекла (Патент РФ RU 2285665) путем гидротермальной обработки кремнеземсодержащего вещества с водным раствором гидроксида натрия. В качестве исходного кремнеземсодержащего вещества используют остаток, полученный после обработки серпентинита (серпентиниты - породы, состоящие в основном из минерала серпентина состава 3MgO·2SiO2·2H2O, затем магнетита, хромита и остатков первичных минералов [Словарь по геологии нефти. Гостоптехиздат, Ленинград, 1958 г., с.600] соляной кислотой - аморфный диоксид кремния. Полученную суспензию фильтруют для удаления не прореагировавшего остатка, раствор концентрируют для получения жидкого стекла с заданными модулем и плотностью. Недостатком данного способа является использование исходного материала (серпентинита) сложного химического состава с невысоким процентным содержанием диоксида кремния, неширокое распространение месторождений серпентинита, необходимостью применения соляной кислоты и получение жидкого стекла невысокого модуля.

Известен также способ получения высокомодульного жидкого стекла для производства строительных материалов (патент РФ №2238242 C2) (прототип), включающий приготовление суспензии кремнеземсодержащего аморфного вещества в растворе гидроксида натрия и последующую гидротермальную обработку. В качестве кремнеземсодержащего аморфного вещества используют кремнезем, который является отходом производства кристаллического кремния. В качестве добавки используют «карамель», которая является промежуточным продуктом сульфатно-целлюлозной переработки древесины. Соотношение твердой и жидкой фаз составляет 1:0,97-1,03 при расходе едкого натра (в пересчете Na2O) 76,2-81,4 кг/м3, а гидротермальную обработку проводят при температуре 85-95°C и атмосферном давлении в течение 10-15 мин.

Недостатком этого способа является трудность отделения чисто аморфного кремнеземсодержащего вещества в виде отходов при производстве кристаллического кремния.

Техническим результатом изобретения является расширение сырьевой базы для получения высокомодульного жидкого стекла за счет использования в качестве кремнеземсодержащего аморфного вещества регенерированного отработанного фильтровального порошка кизельгура, снижение себестоимости производства жидкого стекла при одновременном решении вопросов улучшения экологии окружающей среды.

Технический результат достигается тем, что в способе получения высокомодульного жидкого стекла, включающем приготовление суспензии кремнеземсодержащего аморфного вещества в растворе гидроксида натрия и последующую гидротермальную обработку при температуре 85-95°C и атмосферном давлении, согласно изобретению, предварительно дозируют исходные ингредиенты, для приготовления суспензии в качестве кремнеземсодержащего вещества используют регенерированный отработанный фильтровальный порошок кизельгура, содержащего (87÷92)% аморфного диоксида кремния, который после использования в производстве растительного масла регенерируют путем прокаливания порошка при температуре 550-650°C с целью полного удаления органических остатков и свободной влаги, измельчают в шаровой мельнице регенерированный порошок кизельгура до размера частиц (0,1-10)·10-6 м, отсеивают мелкодисперсный порошок кизельгура с размером частиц не более (0,1-1,0)·10-6 м, готовят суспензию из измельченного порошка кизельгура с размером частиц (1-10)·10-6 м с раствором гидроксида натрия при расходе едкого натра 400-450 кг/т порошка в течение 15-30 мин, получают жидкое стекло с модулем 2,5-3,0, затем при непрерывном помешивании равномерно медленно добавляют в жидкое низкомодульное стекло сухой мелкодисперсный порошок кизельгура с размером частиц не более (0,1-1,0)·10-6 м до достижения заданного модуля не менее 4,5.

Способ состоит в следующем. Исходные компоненты (щелочь, воду и микрокремнезем) дозируют в заданных количествах, перемешивают до образования суспензии в течение 2-3 минут и помещают в емкость (реактор), снабженную механической мешалкой и электрообогревом. Содержимое реактора нагревают до температуры 70-75°C и отключают от сети. За счет экзотермии протекающих химических реакций, температура суспензии повышается до 85-95°C. Время варки жидкого стекла с низким силикатным модулем 2,5-3,0 при атмосферном давлении составляет 15-30 минут; затем при непрерывном перемешивании дополнительно вводят сухой регенерированный мелкодисперсный порошок кизельгура с размером частиц не более (0,1-1,0)·10-6 м до достижения силикатного модуля целевого продукта не менее 4,5.

Аморфный кремнезем (кизельгур) распространен в природе гораздо меньше, чем кристаллический. Он образовался из SiO2, входившего в состав панцирей организмов диатомовых водорослей и некоторых инфузорий. Кизельгур обладает большой пористостью и малой плотностью. Высокая пористость кизельгура связана с особенностями его строения, состоящего из крошечных связанных между собой пор или ячеек, занимающих вплоть до 85% объема материала. Кизельгур используется в процессе производства растительных масел для их очистки от восков. После обезжиривания отработанного фильтровального порошка остаточное содержание жиров в нем составляет до 10% при влажности до 60%. Удаление такого порошка на промышленные свалки существенно ухудшает экологическую обстановку. Поэтому очень важно проводить глубокую регенерацию отработанного фильтровального порошка путем его прокаливания при температуре 550-650°C с целью полного удаления органических остатков и свободной влаги. В результате регенерированный порошок не содержит окисленных жировых остатков и может использоваться в производстве жидкого стекла. Для этого в шаровой мельнице измельчают регенерированный порошок кизельгура до размером частиц (0,1-10)·10-6 м, отсеивают мелкодисперсный порошок кизельгура с размером частиц не более (0,1-1,0)·10-6 м, готовят суспензию из измельченного порошка кизельгура с размером частиц (1-10)·10-6 м с раствором гидроксида натрия при расходе едкого натра 400-450 кг/т порошка, проводят гидротермальную обработку, разогревают до температуры 85-95°C и в течение 15-30 мин получают жидкое стекло с модулем 2,5-3,0, затем при непрерывном перемешивании дополнительно вводят сухой регенерированный мелкодисперсный порошок кизельгура с размером частиц не более (0,1-1,0)·10-6 м до достижения силикатного модуля целевого продукта не менее 4,5. Получаемое при этом высокомодульное жидкое натриевое стекло имеет широкий диапазон плотности и модульного числа. Этим расширяется область безотходного производства растительного масла и применения кизельгура.

Проведенный заявителем анализ уровня техники по патентным и научно-техническим источникам информации позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем признакам прототипа, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе получения высокомодульного жидкого стекла, изложенных в формуле изобретения.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующей совокупности существенных признаков: для получения высокомодульного жидкого стекла в качестве кремнеземсодержащего вещества используют измельченный аморфный диоксид кремния, полученный после регенерации отработанного при производстве растительных масел порошка кизельгура. Отличительными признаками также является то, что в шаровой мельнице измельчают регенерированный порошок кизельгура до размером частиц (0,1-10)·10-6 м, отсеивают мелкодисперсный порошок кизельгура с размером частиц не более (0,1-1,0)·10-6 м, готовят суспензию из измельченного порошка кизельгура с размером частиц (1-10)·10-6 м с раствором гидроксида натрия при расходе едкого натра 400-450 кг/т порошка, в течение 15-30 мин разогревают при температуре 85-95°C, проводят гидротермальную обработку, получают жидкое стекло с модулем 2,5-3,0, затем при непрерывном перемешивании дополнительно вводят сухой регенерированный мелкодисперсный порошок кизельгура с размером частиц не более (0,1-1,0)·10-6 м до достижения силикатного модуля целевого продукта не менее 4,5. Предложенная совокупность признаков соответствует условию «новизна». Предложенный способ промышленно применим. Ниже приведены примеры осуществления данного способа.

Пример 1. Аморфный диоксид кремния, полученный путем регенерации отработанного в производстве подсолнечного масла кизельгура, имеющий химический состав, % мас.: 91,72 SiO2, 3,34 MgO, 2,86 CaO, 1,86 Fe2O3, 0,22 Al2O3, измельчили в шаровой мельнице до размеров (0,1-10)·10-6 м, отсеяли мелкодисперсный порошок кизельгура с размером частиц не более (0,1-1,0)·10-6 м, взяли 175,0 г измельченного порошка кизельгура с размером частиц (1-10)·10-6 м, смешали с 330 см3 раствора гидроксида натрия концентрацией 230 г/дм3. Гидротермальную обработку суспензии проводили при атмосферном давлении и температуре 95°C при перемешивании пульпы в течение 25 минут. Полученное жидкое стекло с плотностью 1,305 г/см3 и объемом 480 см3, содержащее, % мас.: 29,70 SiO2; 9,88 Na2O; 0,17 водонерастворимых веществ, от осадка не отделяли. Силикатный модуль жидкого стекла 3,01. При непрерывном перемешивании равномерно медленно добавили сухой мелкодисперсный порошок кизельгура с размером частиц не более (0,1-1,0)·10-6 м в количестве 135 г, в результате получили высокомодульное жидкое стекло, содержащее, % мас.: 54,60 SiO2; 8,78 Na2O; 0,18 водонерастворимых веществ, имеющее модуль 6,22.

Пример 2. Аморфный диоксид кремния, полученный путем регенерации отработанного в производстве подсолнечного масла кизельгура, имеющий химический состав, % мас.: 91,72 SiO2, 3,34 MgO, 2,86 CaO, 1,86 Fe2O3, 0,22 Al2O3, измельчили в шаровой мельнице до размеров (0,1-10)·10-6 м, отсеяли мелкодисперсный порошок кизельгура с размером частиц не более (0,1-1,0)·10-6 м, взяли 195,0 г измельченного порошка кизельгура с размером частиц (1-10)·10-6 м, смешали с 360 см3 раствора гидроксида натрия концентрацией 250 г/дм3. Гидротермальную обработку суспензии проводили при атмосферном давлении и температуре 93°C при перемешивании пульпы в течение 30 минут. Полученное жидкое стекло с плотностью 1,312 г/см3 и объемом 510 см3, содержащее, % мас.: 29,72 SiO2; 9,86 Na2O; 0,19 водонерастворимых веществ, от осадка не отделяли. Силикатный модуль жидкого стекла 3,01. При непрерывном перемешивании равномерно медленно добавили сухой мелкодисперсный порошок кизельгура с размером частиц не более (0,1-1,0)·10-6 м в количестве 162 г, в результате получили высокомодульное жидкое стекло, содержащее, % мас.: 54,80 SiO2; 8,63 Na2O; 0,16 водонерастворимых веществ, имеющее модуль 6,35.

Пример 3. Аморфный диоксид кремния, полученный путем регенерации отработанного в производстве подсолнечного масла кизельгура, имеющий химический состав, % мас.: 91,44 SiO2, 3,34 MgO, 2,96 CaO, 1,90 Fe2O3, 0,21 Al2O3, измельчили в шаровой мельнице до размеров (0,1-10)·10-6 м, отсеяли мелкодисперсный порошок кизельгура с размером частиц не более (0,1-1,0)·10-6 м, взяли 180,0 г измельченного порошка кизельгура с размером частиц (1-10)·10-6 м, смешали с 340 см3 раствора гидроксида натрия концентрацией 210 г/дм3. Гидротермальную обработку суспензии проводили при атмосферном давлении и температуре 97°C при перемешивании пульпы в течение 25 минут. Полученное жидкое стекло с плотностью 1,312 г/см3 и объемом 444 см3, содержащее, % мас.: 28,78 SiO2; 9,98 Na2O; 0,19 водонерастворимых веществ, от осадка не отделяли. Силикатный модуль жидкого стекла 2,88. При непрерывном перемешивании равномерно медленно добавили сухой мелкодисперсный порошок кизельгура с размером частиц не более (0,1-1,0)·10-6 м в количестве 135 г, в результате получили высокомодульное жидкое стекло, содержащее, % мас: 53,40 SiO2; 8,72 Na2O; 0,18 водонерастворимых веществ, имеющее модуль 6,12.

Таким образом, предлагаемый способ получения жидкого стекла позволяет получать высокомодульное натриевое жидкое стекло высокого качества с заданными силикатным модулем и плотностью, а также с низким содержанием примесей (Al2O3, Fe2O3, СаО) и водонерастворимых веществ (<0,20 мас. %) и соответствует требованиям «Стекло высокомодульное натриевое жидкое».

В производстве строительных материалов высокомодульное жидкое стекло, приготовленное предлагаемым способом, используют полностью, не отделяя от осадка. Осадок в виде тонкодисперсных частиц выполняет роль микронаполнителя, способствуя повышению механической прочности изделий. Таким образом, предлагаемый двухстадийный способ получения жидкого стекла является реально осуществимым методом гидротермального синтеза конечного продукта с заданными свойствами при предельно низких режимных параметрах реакции - давлении, температуре и времени - из регенерированного отработанного фильтровального диатомитового порошка кизельгура.

Способ получения высокомодульного жидкого стекла, включающий приготовление суспензии кремнеземсодержащего аморфного вещества в растворе гидроксида натрия и последующую гидротермальную обработку при температуре 85-95°C и атмосферном давлении, отличающийся тем, что предварительно дозируют исходные ингредиенты, при этом в качестве кремнеземсодержащего аморфного вещества используют регенерированный отработанный фильтровальный порошок кизельгура, который измельчают в шаровой мельнице до размеров частиц (0,1-10)·10-6 м, отсеивают мелкодисперсный порошок кизельгура с размером частиц не более (0,1-1,0)·10-6 м, готовят суспензию из порошка кизельгура с размером частиц (1-10)·10-6 м с раствором гидроксида натрия при расходе едкого натра 400-450 кг/т порошка, проводят гидротермальную обработку в течение 15-30 мин и получают промежуточный продукт - жидкое стекло с низким модулем 2,5-3,0, затем при непрерывном помешивании равномерно медленно добавляют в жидкое низкомодульное стекло сухой мелкодисперсный порошок кизельгура с размером частиц не более (0,1-1,0)·10-6 м до достижения заданного модуля не менее 4,5.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к технологии изготовления жидкого стекла. Кремнеземсодержащее вещество смешивают с раствором гидроксида натрия.
Изобретение относится к технологии получения жидкого стекла для производства строительных материалов и может быть использовано при изготовлении теплоизоляционных и других изделий.

Изобретение относится к покрытиям для антикоррозионной защиты металлических конструкций и может быть использовано для всех металлических конструкций, подвергающихся воздействию агрессивных сред, в частности к системе для антикоррозионного покрытия морских судов и плавающих платформ в условиях высокоминерализованной морской воды и ультрафиолетового облучения солнечного спектра.

Изобретение может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности, в сельском хозяйстве, строительстве, энергетике, добыче полезных ископаемых, а также в объектах военного и космического назначения.

Изобретение относится к технологии получения высокомодульного жидкого стекла для производства строительных материалов и может быть использовано при изготовлении теплоизоляционных изделий и в производстве цинк-силикатных антикоррозионных покрытий.

Изобретение относится к получению композиций гидратированных силикатов щелочных металлов для изготовления разбухающих слоев огнестойкого остекления. Предложен способ получения композиций гидратированных силикатов щелочных металлов, содержащих SiO2/M2O в мольном отношении в интервале между 3 и 7, в котором они превращаются в твердый гель без сушки, из стабильного и жидкого раствора дегидратацией, снижающей содержание воды по весу на 14% максимум, проводимой при температуре не выше 60ºС при давлении от 1 до 100 гПа.
Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Жидкое стекло получают взаимодействием в замкнутом контуре водосодержащего потока с потоком расплава силиката натрия с силикатным модулем 2,0-3,5.
Изобретение относится к технологии получения жидкого натриевого стекла, применяемого в строительстве, металлургии, в производстве бумаги, синтетических моющих средств, клеев, пропиток, замазок, катализаторов, электродов, адсорбентов, в процессах флотации, а также, для получения кремнекислотных наполнителей и высокодисперсного диоксида кремния.

Изобретение относится к области открытия способа (технологического процесса) получения твердых кристаллов/гранул вещества динатриевой соли кремниевой кислоты пятиводной, шестиводной, девятиводной (натрия метасиликата, торговое название) из такого сырья, как диоксид кремния (кварц, а также любое кремнесодержащее сырье, кремневые отходы иных производств) и карбоната натрия (соды кальцинированной - торговое название).
Изобретение относится к изготовлению твердых гелей на основе сложных смесей гидросиликатов щелочных металлов. .

Изобретение может быть использовано для производства жидкого стекла, применяемого в качестве вяжущего, добавки или реагента в строительной, химической, машиностроительной, текстильной и бумажной отраслях промышленности. Водорастворимое стекло получают путём взаимодействия шихты из кремнезёма и природного сульфата натрия или сульфатных отходов химических производств при варке их шихты в кольцевой циклонной камере с варочным бассейном. Двухкомпонентную сульфатную шихту подают в кольцевую циклонную камеру через тангенциально установленные фурмы, а процесс варки растворимого стекла осуществляют при температуре 1450÷1550 °C. Изобретение позволяет упростить и удешевить производство растворимого стекла. 1 ил., 3 табл.

Изобретение может быть использовано для получения носителей катализаторов, ионообменных материалов, сорбентов, используемых при очистке, сушке и разделении газов, при очистке воды от бактерий и пестицидов, для приготовления пигментов, для получения пищевых добавок. Способ включает взаимодействие раствора силиката натрия или калия с раствором соли алюминия, отделение образовавшегося осадка, промывание его водой и термообработку. Раствор силиката натрия или калия получают путем обработки рисовой шелухи или соломы 4-10% раствором гидроксида натрия или калия при температуре 70-90°C в течение 40-60 мин с последующим отделением нерастворившегося остатка растительного сырья. В качестве раствора соли алюминия используют насыщенный водный раствор сернокислого алюминия Al2(SO4)3·18H2O в количестве, обеспечивающем нейтральное значение pH реакционной смеси. Образовавшийся осадок целевого продукта после отстаивания промывают водой до полного удаления сульфат-ионов и подвергают термической обработке при температуре 150-600°C. При использовании гидроксида натрия осадок отстаивают в течение не менее 5 часов, а при использовании гидроксида калия осадок отстаивают в течение не менее 1 часа. Технический результат - упрощение способа и повышение его безопасности для здоровья человека и окружающей среды при одновременном расширении сырьевой базы. 2 з.п. ф-лы, 6 ил., 3 пр.
Изобретение может быть использовано в химической, металлургической, текстильной, бумажной и лакокрасочной промышленности. Сначала в измельченный до крупности менее 50 мкм кварц добавляют нерастворимый кварцевый песок крупностью -0,15+0,05 мм в количестве 5-20% от массы кварца и растворяют в растворах щелочей при температуре 120-170°C и давлении до 0,8 МПа. Полученную суспензию охлаждают и фильтруют. Растворы щелочей можно готовить непосредственно перед получением растворов силикатов щелочных металлов и силиката аммония. В фильтрат можно добавить аморфный кремнезем для повышения модуля. Получают чистые растворы силикатов щелочных металлов и силиката аммония, а также их смесей, с модулем 1-4,5, плотностью 1100-1500 кг/м3 и вязкостью 50-10000 мПа·с. 2 з.п. ф-лы, 1 пр.

Изобретение относится к способу преобразования углерода в оксид углерода. Данный способ включает приведение углерода в контакт с паром в присутствии материала со структурой типа карнегиита, имеющего формулу (Na2O)xNa2[Al2Si2O8], где 0<х≤1. Предлагаемый способ позволяет эффективно снизить количество коксовых отложений. Изобретение также относится к способу крекинга углеводородов, а также устройству для крекинга углеводородов. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл., 4 пр.
Наверх