RU2189941C2

RU2189941C2 - Liquid glass manufacture process

Info

Publication number: RU2189941C2
Application number: RU2000105876A
Authority: RU
Inventors: В.А. Сырых; Г.И. Залдат
Original assignee: Сырых Валерий Александрович; Залдат Генрих Иванович
Priority date: 2000-03-10
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2002-09-27

Abstract

FIELD: manufacture of building materials. SUBSTANCE: liquid glass for refractory acid-resistant concretes, preparation of paints, etc. is obtained by preparing aqueous suspension of silicon- opal stock, e.g. microsilica or diatomite, followed by solid-phase treatment of suspension with alkali metal hydroxides. Heat treatment of reaction mixture is carried in absence of external heat supply using solid alkali metal hydroxide dissolution heat and heat provided by formation of alkali metal hydrosilicates at 96-100 C for 0.5-2 h until emission of gas bubbles ceases. Finished liquid glass is cooled at a cooling velocity 80-100oC/h. EFFECT: improved workability and quality of glass. 1 tbl

Description

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано при производстве жидкого стекла для жаростойких, кислотостойких бетонов, а также в литейном производстве, при изготовлении красок и в других областях. The invention relates to building materials and can be used in the production of water glass for heat-resistant, acid-resistant concrete, as well as in foundry, in the manufacture of paints and in other fields.

Известны способы получения жидкого стекла путем растворения различных видов кремнисто-опалового сырья природного и техногенного происхождения в растворах щелочей, включающие операции подготовки сырьевых кремнисто-опаловых материалов; их перемешивание с концентрированными растворами щелочей; нагревание смеси при атмосферном и повышенных давлениях. Например, по заявке ФРГ 2826432 от 16.06.78 автор Volgondt Peter МКИ С 01 В 33/32 "Способ получения растворов жидкого стекла", по которому жидкое стекло получают из высококремнистых пылей производства кремния и ферросплавов путем растворения их в 6-15%-ных растворах едкой щелочи при температуре 120-190^oС и давлении 2.9-18.6 атм. при массовом соотношении раствора едкой щелочи и твердой летучей пыли от 2:1 до 5:1. Другие способы переработки кремнисто-опалового сырья в жидкое стекло изложены в монографии П. Н. Григорьева и М.А. Матвеева "Растворимое стекло", М.: Промстройиздат, 1956, стр.105, 120-127.)
Для получения жидкого стекла по этим способам аморфный кремнезем как природный (трепел, диатомит, опока и др.), так и искусственный (различные производственные отходы, содержащие активный SiO₂), растворяют в концентрированных растворах едкий щелочей при атмосферном и избыточном давлении окружающей воздушной среды. Известен способ получения жидкого стекла (заявка РСТ 001 333/32 WO 97/45368), по которому жидкое стекло получают путем создания реакционной среды между пылью, образующейся при производстве кремнийсодержащих сплавов и содержащей более 80% активного кремнезема, и гидрооксидами натрия и калия, подачу к реакционной среде внешнего тепла для поддержания ее температуры от 80 до 95^oC в течение 20 минут после прекращения вспенивания.Known methods for producing liquid glass by dissolving various types of siliceous-opal raw materials of natural and technogenic origin in alkali solutions, including the operation of preparing raw siliceous-opal materials; mixing them with concentrated alkali solutions; heating the mixture at atmospheric and elevated pressures. For example, according to the application of Germany 2826432 from 06.16.78 author Volgondt Peter MKI C 01 B 33/32 "Method for the production of solutions of liquid glass", according to which liquid glass is obtained from high-silicon dust production of silicon and ferroalloys by dissolving them in 6-15% caustic alkali solutions at a temperature of 120-190 ^o C and a pressure of 2.9-18.6 atm. when the mass ratio of the solution of caustic alkali and solid flying dust from 2: 1 to 5: 1. Other methods of processing siliceous-opal raw materials into liquid glass are described in the monograph by P.N. Grigoriev and M.A. Matveeva "Soluble glass", M .: Promstroyizdat, 1956, p. 105, 120-127.)
To obtain liquid glass using these methods, amorphous silica, both natural (tripoli, diatomite, flask, etc.) and artificial (various industrial wastes containing active SiO ₂ ), are dissolved in concentrated solutions of caustic alkali at atmospheric and overpressure in ambient air . A known method of producing liquid glass (application PCT 001 333/32 WO 97/45368), in which liquid glass is obtained by creating a reaction medium between the dust generated in the production of silicon-containing alloys and containing more than 80% active silica, and sodium and potassium hydroxides, filing to the reaction medium of external heat to maintain its temperature from 80 to 95 ^o C for 20 minutes after the termination of foaming.

Данный способ выбран в качестве прототипа как наиболее близкий по технической сущности к предлагаемому изобретению. This method is selected as a prototype as the closest in technical essence to the proposed invention.

Недостатками известных способов получения жидкого стекла путем растворения кремнисто-опалового сырья в растворах едких щелочей является необходимость принудительной термической обработки сырьевой смеси с подводом тепла извне, а также склонность жидкого стекла к коагуляции (низкая жизнеспособность жидкого стекла) за счет нерастворимых примесей, содержащихся в жидком стекле при сохраняющейся длительное время после варки высокой температуре готового жидкого стекла, слитого в большие емкости. The disadvantages of the known methods for producing liquid glass by dissolving silica-opal raw materials in solutions of caustic alkalis are the necessity of forced heat treatment of the raw material mixture with external heat supply, as well as the tendency of liquid glass to coagulate (low liquid glass viability) due to insoluble impurities contained in liquid glass at a high temperature remaining for a long time after cooking, the finished liquid glass, poured into large containers.

Цель изобретения - повышение технологичности и улучшение качества получения жидкого стекла при растворении кремнисто-опалового сырья в едких щелочах. The purpose of the invention is improving manufacturability and improving the quality of the production of liquid glass when dissolving siliceous-opal raw materials in caustic alkalis.

Это достигается за счет изменения последовательности операций и параметров получения жидкого стекла, что обеспечивает за счет зкзотермии растворения твердого гидрооксида щелочного металла и реакции образования гидросиликатов щелочных металлов получение жидкого стекла без подвода тепловой энергии извне для его изготовления. This is achieved by changing the sequence of operations and the parameters of the production of liquid glass, which provides due to the exothermic dissolution of solid alkali metal hydroxide and the reaction of formation of alkali metal hydrosilicates, the production of liquid glass without supplying thermal energy from outside for its manufacture.

Предлагаемый способ получения жидкого стекла путем растворения кремнисто-опалового сырья природного и техногенного происхождения в едких щелочах включает дозирование компонентов шихты: кремнисто-опалового сырья - диатомита, трепела, опоки, а также техногенных отходов, например ультрадисперсного "микрокремнезема" и воды, их предварительного перемешивания с последующим введением твердого гидрооксида щелочного металла и тепловую обработку реакционной смеси при атмосферном давлении с последующим принудительным охлаждением готового жидкого стекла. The proposed method for producing liquid glass by dissolving siliceous-opal raw materials of natural and technogenic origin in caustic alkali includes dosing of the charge components: silica-opal raw materials - diatomite, tripoli, flask, as well as industrial waste, such as ultrafine silica fume and water, their preliminary mixing followed by the introduction of solid alkali metal hydroxide and heat treatment of the reaction mixture at atmospheric pressure, followed by forced cooling of the finished product dkogo glass.

Отличительной особенностью способа является выполнение тепловой обработки реакционной смеси без подвода внешнего тепла за счет теплоты реакции растворения твердого гидрооксида щелочного металла и образования гидросиликатов щелочного металла при температуре 96-100^оС в течение от 0.5 до 2 часов до прекращения выделения пузырьков газа, после чего готовое жидкое стекло охлаждают со скоростью от 80 до 100^оС в час. Поддержание необходимых температур и продолжительности процесса обеспечивается путем регулирования скорости подачи твердого гидрооксида щелочного металла.A distinctive feature of the method is to perform the heat treatment of the reaction mixture without external supply of heat by the heat of the reaction of dissolution of the solid alkali metal hydroxide and alkali metal hydrosilicates formation at a temperature of 96-100 ^{° C} for 0.5 to 2 hours before termination of bubbling then ready liquid glass is cooled at a rate of from 80 to 100 ^about With per hour. Maintaining the necessary temperatures and the duration of the process is ensured by controlling the feed rate of solid alkali metal hydroxide.

Конкретный пример выполнения способа
В вертикальный аппарат с перемешивавшим устройством емкостью 2 м³, снабженный рубашкой для нагрева и охлаждения исходных и конечных продуктов, заливают отмеренную в мерном сосуде воду с температурой 60^oC в количестве 920 литров, затем в аппарат вводят при помощи дозатора "микрокремнезем" (отход производства 75%-ного ферросилиция в количестве 500 кг. В образовавшуюся однородную суспензию при помощи шнекового питателя подают 135 кг твердого гидрооксида натрия. За счет экзотермии реакций растворения гидрооксида и образования гидросиликата натрия температуру процесса подымают до 98^oС и поддерживают ее путем регулирования скорости подачи гидрооксида в течение 1 часа до прекращения выделения пузырьков газа, что характеризует окончание реакции растворения активного SiО₂. Затем в рубашку реактора подают холодную воду и жидкое стекло охлаждают в течение 40 мин в реакторе при перемешивании до температуры 38^oС, т.е. со скоростью 90^оС/час.A specific example of the method
In a vertical apparatus with a mixing device with a capacity of 2 m ³ , equipped with a jacket for heating and cooling the starting and final products, pour water measured in a measuring vessel with a temperature of 60 ^o C in the amount of 920 liters, then enter the apparatus using a silica fume dispenser (waste production of 75% ferrosilicon in the amount of 500 kg. 135 kg of solid sodium hydroxide is fed into the resulting homogeneous suspension using a screw feeder. Due to the exotherm of the reactions of dissolution of the hydroxide and the formation of sodium hydrosilicate I raise the temperature of the process to 98 ^o C and maintain it by adjusting the feed rate of hydroxide for 1 hour until the gas bubbles cease to exist, which characterizes the end of the dissolution of active SiO _2. Then cold water is fed into the reactor jacket and the liquid glass is cooled for 40 minutes in the reactor with stirring to a temperature of 38 ^o C, ie at a speed of 90 ^about C / hour.

Опыты проводили с использованием микрокремнезема - отхода производства 75%-ного ферросилиция с содержанием активного кремнезема 91.5 мас.% и с Инзенским диатомитом с содержанием активного кремнезема 78 мас.%. The experiments were carried out using silica fume - a waste product of 75% ferrosilicon with an active silica content of 91.5 wt.% And Inza diatomite with an active silica content of 78 wt.%.

Состав жидкого стекла рассчитан из условия получения из микрокремнезема продукта с силикатным модулем 3.04 и плотностью 1.42 г/см³ из Инзенского диатомита - с силикатным модулем 2.8 и плотностью 1.38 г/см³.The composition of water glass was calculated from the condition of obtaining from silica fume a product with a silicate module 3.04 and a density of 1.42 g / cm ³ from Inzen diatomite with a silicate module 2.8 and a density of 1.38 g / cm ³ .

Качество жидкого стекла оценивали по его жизнеспособности - сохранению начальной вязкости и вяжущим свойствам: пределу прочности при сжатии образцов-цилиндров после их прессования при удельном давлении 50 кГс/см² и сушке до постоянного веса при 110^oС. Все образцы изготавливали из одного и того же состава - 15%-жидкого стекла и 85% Вольского песка.The quality of liquid glass was assessed by its viability — preservation of initial viscosity and astringent properties: ultimate compressive strength of cylinder samples after pressing them at a specific pressure of 50 kG / cm ² and drying to constant weight at 110 ^o C. All samples were made from the same the same composition - 15% liquid glass and 85% Volsky sand.

Результаты испытаний при различных режимах приведены в таблице. The test results for various modes are shown in the table.

Опыт 1 был выполнен по параметрам прототипа. Experience 1 was performed on the parameters of the prototype.

Из данных таблицы следует:
1. Качество жидкого стекла, полученного по техническим режимам прототипа (опыт 1) в сравнении с качеством такового. изготовленного по режимам, предложенным в данном изобретении опыты 2, 3, 8, 9) значительно лучше как по жизнеспособности, так и по показателям прочности образцов.From the data of the table it follows:
1. The quality of the liquid glass obtained according to the technical modes of the prototype (experiment 1) in comparison with the quality thereof. made according to the modes proposed in this invention, experiments 2, 3, 8, 9) are much better both in viability and in terms of strength of samples.

2. Проведение процесса при температуре менее 96^oС (опыты 4 и 10) приводит к неполному растворению кремнисто-опалового сырья и низкой жизнеспособности жидкого стекла.2. The process at a temperature of less than 96 ^o C (experiments 4 and 10) leads to incomplete dissolution of siliceous-opal raw materials and low viability of water glass.

3. Проведение процесса при температуре более 100^оС (опыты 5 и 11) несмотря на замедление скорости ввода гидрооксида натрия в течение 2.5-2.8 часов не позволяет избежать перегрева жидкого стекла, его кипения и коагуляции.3. Conducting the process at temperatures over 100 ^{° C} (Runs 5 and 11) although deceleration rate of sodium hydroxide entering within 2.5-2.8 hours not avoids overheating waterglass its boiling and coagulation.

4. Низкая скорость охлаждения жидкого стекла (опыты 6 и 12) отрицательно отражается на его качестве, уменьшаются прочность и жизнеспособность. 4. The low cooling rate of liquid glass (experiments 6 and 12) adversely affects its quality, strength and viability are reduced.

5. Повышенная скорость охлаждения жидкого стекла более 100^оС/час (опыт 7) хотя и обеспечивает достаточно хорошие свойства жидкого стекла, однако экономически нецелесообразна из-за большого исхода воды, идущей на охлаждение жидкого стекла.5. The increased cooling rate of liquid glass of more than 100 ^about C / hour (experiment 7), although it provides fairly good properties of liquid glass, is not economically feasible due to the large outcome of the water used for cooling liquid glass.

Таким образом, в диапазоне предлагаемых температурно-временных режимов, последовательности ввода компонентов и использования твердого гидрооксида щелочного металла обеспечивается получение доброкачественного жидкого стекла. Thus, in the range of the proposed temperature and time regimes, the sequence of input components and the use of solid alkali metal hydroxide, benign liquid glass is obtained.

Claims

A method of producing liquid glass by dissolving siliceous-opal raw materials of natural and technogenic origin in caustic alkali, comprising dosing the components of the charge, pre-mixing silica-opal raw materials with water, followed by the introduction of solid alkali metal hydroxide and heat treatment of the reaction mixture at atmospheric pressure, characterized in that heat treatment of the reaction mixture is carried out without external heat due to the heat of reaction of the dissolution of solid alkali metal hydroxide and the formation of alkali metal hydrosilicates at 96-100 ^o C for 0.5 to 2 hours until the cessation of gas bubbles, after which the finished liquid glass is cooled at a speed of 80 to 100 ^o C per hour.