RU2808415C1 - Способ получения натриево-кальциевого силиката - Google Patents

Способ получения натриево-кальциевого силиката Download PDF

Info

Publication number
RU2808415C1
RU2808415C1 RU2023102370A RU2023102370A RU2808415C1 RU 2808415 C1 RU2808415 C1 RU 2808415C1 RU 2023102370 A RU2023102370 A RU 2023102370A RU 2023102370 A RU2023102370 A RU 2023102370A RU 2808415 C1 RU2808415 C1 RU 2808415C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sodium
calcium
silicate
glass
calcium oxide
Prior art date
Application number
RU2023102370A
Other languages
English (en)
Inventor
Светлана Александровна Бибанаева
Владимир Михайлович Скачков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук
Application granted granted Critical
Publication of RU2808415C1 publication Critical patent/RU2808415C1/ru

Links

Abstract

Изобретение относится к способам получения материалов на основе силиката натрия и кальция, которые могут быть использованы в качестве сырья для производства кальций-натрий силикатного стекла. Предложен способ получения натриево-кальциевого силиката, включающий автоклавную обработку смеси гидроксида натрия, силиката натрия и оксидного соединения кальция с последующей фильтрацией и отжигом, отличающийся тем, что в качестве силиката натрия используют жидкое натриевое стекло, в качестве оксидного соединения кальция обожженную при 1000-1300°С известь при следующем соотношении компонентов, масс.: 20% водный раствор гидроксида натрия 60,955 или 30% водный раствор гидроксида натрия 66,395; жидкое натриевое стекло 12,0-12,5; обожженная при 1000-1300°С известь - оксид кальция 10,0-12,0; при этом автоклавную обработку осуществляют при температуре 230-250°С давлении 5-6 МПа со скоростью перемешивания 100-300 об/мин в течение 3-6 часов, а отжиг проводят при температуре 350-400°С в течение 3-4 часов. Предложенный способ обеспечивает значительное сокращение длительность процесса и повышение качества конечного продукта за счет получения однофазного продукта в отсутствии примесей. Побочный продукт, получаемый в предлагаемом способе, то есть фильтрат, содержит щелочь и следы кремния, и его можно повторно использовать для получения растворов реагентов. Это делает способ экологически благоприятным. 2 пр.

Description

Изобретение относится к области химических технологий, в частности к способу получения материала на основе силиката натрия и кальция, который может быть использован в качестве сырья для производства кальций-натрий силикатного стекла.
Известен способ получения натриево-кальциевого силиката путем обработки в автоклаве смеси метасиликата натрия, кремнезема и метасиликата кальция с последующей фильтрацией и сушкой осадка. При этом метасиликат натрия получают в процессе комплексной переработки нефелиновых сиенитов методом предварительного химического обогащения или прямым растворением кварцевого песка в щелочном растворе. С целью очистки от примесей технический метасиликат натрия подвергают температурной обработке, частичной карбонизации и некоторым другим видам очистки. Необходимое количество метасиликата кальция получают каустификацией заранее осветленного раствора метасиликата натрия и последующим сгущением пульпы (а.с. СССР 147585; класс 12 l, 13; 1962 год).
Недостатком способа является длительность и технологическая сложность процесса получения исходных реагентов.
Известен способ получения натриево-кальциевого силиката, включающий помещение природного известняка, массовая доля карбоната кальция которого составляет 98%, в муфельную печь, нагрев муфельной печи до 900-1000°C со скоростью нагрева 5-10°C/мин, поддержание температуры в течение 2-4 часов, прокаливание природного известняка с получением оксида кальция, смешивание оксид кальция с водой в массовом соотношении 1: (10-15), тщательное перемешивание до получения известкового молока и выдержкой 0,5-1ч; медленное добавление полученного известкового молока в воду и тщательное перемешивание до получения сырой суспензии; которую сушат в сушильной печи при 80-105°C, измельчают и просеивают в порошок, затем загружают в пресс-форму, выдерживая давление таблеточного пресса 10-30 МПа в течение 1-10мин с проведением компрессионного формования и демонтажа для получения образца; и полученный образец помещают в муфельную печь, прокаливают при 700-1200°C в течение 4-24 часов и охлаждают продукт до комнатной температуры вместе с печью для получения блок-материала из силиката натрия и кальция (патент CN 110950653; МПК C04B 35/22, C04B 35/622; 2022 год).
Недостатками известного способа являются многостадийность, требующая использования нескольких видов оборудования; необходимость проведения твердофазного синтеза, обусловливающего использования высоких температур.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является способ получения натриево-кальциевого силиката, включающий гидротермальное взаимодействие суспензии, содержащей компонент натрия, компонент, содержащий диоксид кремния, и компонент с кальцием, в котором температура реакции находится в диапазоне от 150 до 250 °С под давлением, при этом в качестве компонента, содержащий диоксид кремния, используют гидрат кремниевой кислоты, глину, кварц или силикат натрия, в качестве компонента натрия - гидроксид натрия, в качестве компонента с кальцием - гидроксид кальция, хлорид кальция или сульфат кальция, фильтрование, сушку при температуре 100°С в течение 8 часов с последующим отжигом при температуре 250-300°С (патент JPS 615412; МПК B01J 39/14, C01B 33/24, C01B 33/32, C01B 33/40; 1986 год).
Недостатками известного способа являются длительность процесса (не менее 18 часов) и наличие примеси в конечном продукте в виде аморфного диоксида кремния.
Таким образом, перед авторами стояла задача разработать способ получения натриево-кальциевого силиката, позволяющий значительно сократить его длительность и обеспечивающий повышение качества конечного продукта за счет отсутствия примесей.
Поставленная задача решена в предлагаемом способе получения натриево-кальциевого силиката, включающем автоклавную обработку смеси гидроксида натрия, силиката натрия и оксидного соединения кальция с последующей фильтрацией и отжигом, в котором в качестве силиката натрия используют жидкое натриевое стекло, в качестве оксидного соединения кальция обожженную при 1000-1300°С известь (оксид кальция) при следующем соотношении компонентов, масс.: 20-30% водный раствор гидроксида натрия 10,0 ÷ 15,0; жидкое натриевое стекло 12,0 ÷ 12,5; обожженная при 1000-1300°С известь (оксид кальция) 10,0 ÷ 12,0; при этом автоклавную обработку осуществляют при температуре 230-250°С давлении 5-6 МПа со скоростью перемешивания 100-300 об/мин в течение 3-6 часов, а отжиг проводят при температуре 350-400°С в течение 3-4 часов.
В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ получения натриево-кальциевого силиката путем автоклавной обработки с использованием в качестве компонента исходного сырья жидкого натриевого стекла и обожженной при высоких температурах извести в заявленных пределах соотношения компонентов в предлагаемых условиях.
В ходе проведения исследований авторами было предложено использовать в качестве оксидного соединения кальция обожженную при высоких температурах известь, обладающую повышенной активностью за счет высокой и равномерной степени декарбонизации (патент RU 2101243), обеспечивающей однородную мелкокристалличекую структуру продукта, при содержании активной составляющей до 85 %. При этом использование раствора жидкого натриевого стекла, содержащего натрий и кремний в ионной форме в виде Na2SiO3, обусловливает быстрое и полное взаимодействие компонентов смеси, что ведет к значительному сокращению времени процесса. В процессе синтеза оксид кальция ввиду своей высокой химической активности вступает в реакцию с натрием и кремнием в растворе с образованием натриево-кальциевогосиликата :
2CaO + 2Na2SiO3 + 2H2O→ Na2Ca2Si2O7 ⋅H2O+ 2NaOH. Предложенное содержание компонентов исходной смеси является существенным фактором проведения процесса. Введение извести (оксида кальция), используемой в качестве активной химической затравки, менее 10,0 масс. не способствует значительному ускорению процесса и в растворе останется избыточный кремний, а увеличение содержания извести (оксида кальция) более 12,0 масс. нецелесообразно, поскольку активный кальций останется в твердой фазе в виде гидроксида кальция, к тому же уменьшится объем раствора за счет образования гидроксида кальция. При увеличении дозировки жидкого стекла более 12,5 масс. оксид кремния окажется в избытке и останется в растворе. При снижении дозировки жидкого стекла менее 12,0 масс. будет недостаточно кремния для образования твердого осадка, что снизит выход конечного продукта. При использовании щелочного раствора с содержанием менее 20% NaOH увеличатся материальные потоки, что в целом снизит выход конечного продукта. При использовании щелочного раствора с содержанием более 30% NaOH для образования гидросиликата будет недостаточно H2O, и осадок будет содержать большое количество соосажденного NaOH, что увеличит расход NaOH в процессе.
Снижение температуры обработки ниже 230°С резко увеличивает время протекания процесса, а увеличение температуры выше 250°С неоправданно увеличивает энергозатраты и почти не уменьшает необходимое время обработки.
Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. Берут 20-30% водный раствор гидроксида натрия, жидкое натриевое стекло, кристаллический порошок извести СаО, обожженный при температуре 1000-1300°C, при соотношении компонентов, масс.: 20-30% водный раствор гидроксида натрия 10,0 ÷ 15,0; жидкое натриевое стекло 12,0 ÷ 12,5; обожженная при 1000-1300°С известь (оксид кальция) 10,0 ÷ 12,0 помещают в автоклавную установку. Автоклавную обработку проводят при температуре 230-250°С, давлении 5-6 МПа в течение 3-6часов. Далее полученную пульпу охлаждают, фильтруют, отделяют осадок, а раствор возвращают на переработку. Далее полученный натриево-кальциевый гидросиликат обжигают при температуре 350-400°С с получением натриево-кальциевого силиката. Полученный продукт анализируют рентгенофазовым и химическим анализами.
Предлагаемый способ получения натриево-кальциевого силиката иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Берут 50 мл 30% водного раствора гидроксида натрия, 12,5г. жидкого стекла (ГОСТ 13078-81 Стекло натриевое жидкое(массовая доля диоксида кремния, %- 24,8-34,0, массовая доля оксида железа и оксида алюминия, %, не более-0,30, массовая доля оксида кальция, %, не более- 0,20, массовая доля серного ангидрида, %, не более- 0,15, массовая доля оксида натрия, %- 8,0-12,2, силикатный модуль-2,7-3,4)), 10г. порошка извести СаО, обожженной при температуре 1000-1300°C, что соответствует соотношению, масс.: 30% водный раствор гидроксида натрия 15,0; жидкое натриевое стекло 12,5; обожженная при 1000-1300°С известь (оксид кальция) 10,0.
Помещают в автоклавную установку (Parr 4560, США, объемом 450 см3). Автоклавную обработку проводят при температуре 250°С, давлении 6 МПа со скоростью перемешивания 300 об/мин в течение 3 часов. Далее полученную пульпу охлаждают, фильтруют, отделяют осадок, а раствор возвращают на переработку. Полученный твердый осадок отжигают при температуре 350°С в течение 4 часов. Осадок представляет собой белый порошок По данным РФА и химического анализа порошок имеет состав Na2Ca2Si2O7.
Пример 2. Берут 50 мл 20% водного раствора гидроксида натрия, 12,0г. жидкого стекла (ГОСТ 13078-81 Стекло натриевое жидкое(массовая доля диоксида кремния, %- 24,8-34,0, массовая доля оксида железа и оксида алюминия, %, не более-0,30, массовая доля оксида кальция, %, не более- 0,20, массовая доля серного ангидрида, %, не более- 0,15, массовая доля оксида натрия, %- 8,0-12,2, силикатный модуль-2,7-3,4)), 12г. порошка извести СаО, обожженной при температуре 1000-1300°С, что соответствует соотношению, масс.: 20% водный раствор гидроксида натрия 10,0; жидкое натриевое стекло 12; обожженная при 1000-1300°С известь (оксид кальция) 12.
Помещают в автоклавную установку (Parr 4560, США, объемом 450 см3). Автоклавную обработку проводят при температуре 230°С, давлении 5 МПа со скоростью перемешивания 100 об/мин в течение 6 часов. Далее полученную пульпу охлаждают, фильтруют, отделяют осадок, а раствор возвращают на переработку. Полученный твердый осадок отжигают при температуре 400°С в течение 3 часов. Осадок представляет собой белый порошок. По данным РФА и химического анализа порошок имеет состав Na2Ca2Si2O7.
Таким образом, авторами предлагается способ получения натриево-кальциевого силиката, обеспечивающий значительное сокращение длительность процесса и повышение качества конечного продукта за счет получения однофазного продукта в отсутствии примесей. Побочный продукт, получаемый в предлагаемом способе, то есть фильтрат, содержит щелочь и следы кремния, и его можно повторно использовать для получения растворов реагентов. Это делает способ экологически благоприятным.

Claims (1)

  1. Способ получения натриево-кальциевого силиката, включающий автоклавную обработку смеси гидроксида натрия, силиката натрия и оксидного соединения кальция с последующей фильтрацией и отжигом, отличающийся тем, что в качестве силиката натрия используют жидкое натриевое стекло, в качестве оксидного соединения кальция обожженную при 1000-1300°С известь при следующем соотношении компонентов, масс.: 20% водный раствор гидроксида натрия 60,955 или 30% водный раствор гидроксида натрия 66,395; жидкое натриевое стекло 12,0-12,5; обожженная при 1000-1300°С известь - оксид кальция 10,0-12,0; при этом автоклавную обработку осуществляют при температуре 230-250°С давлении 5-6 МПа со скоростью перемешивания 100-300 об/мин в течение 3-6 часов, а отжиг проводят при температуре 350-400°С в течение 3-4 часов.
RU2023102370A 2023-02-03 Способ получения натриево-кальциевого силиката RU2808415C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2808415C1 true RU2808415C1 (ru) 2023-11-28

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU147585A1 (ru) * 1961-07-03 1961-11-30 н Г.С. Мелкон Способ получени натриево-кальциевого силиката Nа2O * СаО * 6SiO2
JPS615412B2 (ru) * 1979-06-14 1986-02-18 Tokuyama Soda Kk
CN110950653A (zh) * 2019-11-25 2020-04-03 浙江工业大学 一种硅酸钠钙的制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU147585A1 (ru) * 1961-07-03 1961-11-30 н Г.С. Мелкон Способ получени натриево-кальциевого силиката Nа2O * СаО * 6SiO2
JPS615412B2 (ru) * 1979-06-14 1986-02-18 Tokuyama Soda Kk
CN110950653A (zh) * 2019-11-25 2020-04-03 浙江工业大学 一种硅酸钠钙的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102107895B (zh) 一种处理含铝原料的改良碱石灰烧结的方法
CN104591234B (zh) 由工业氢氧化镁制备轻质碳酸镁的工艺
WO2013143335A1 (zh) 碱法提取粉煤灰中氧化铝的方法
CN101920978B (zh) 一种利用洗液生产拟薄水铝石的方法
CN103936045B (zh) 一种从粉煤灰中提取氧化铝的方法
US1971354A (en) Process of recovering alumina from aluminous silicious materials
RU2808415C1 (ru) Способ получения натриево-кальциевого силиката
US3642437A (en) Production of alumina and portland cement from clay and limestone
CN105540601B (zh) 一种五水偏硅酸钠的生产方法
CN109179432B (zh) 低钙煅烧黑滑石生产设备、低钙煅烧黑滑石及其制备方法
RU2707335C1 (ru) Способ переработки высококалиевого нефелин-полевошпатового сырья
CN107758713B (zh) 一种利用高铝煤和高铝煤矸石制备氧化铝的方法
RU2198842C2 (ru) Способ получения оксида магния
US2343151A (en) Method of processing dolomite
RU2787819C1 (ru) Способ получения синтетического цеолита
SU1074820A1 (ru) Способ получени окиси магни
SU1036700A1 (ru) Способ получени белого портландцементного клинкера
US1930271A (en) Manufacture of aluminates
CN115583665B (zh) 一种白云石矿联产制备高品质碳酸钙和镁建材原料方法
RU2085489C1 (ru) Способ получения жидкого стекла
CN103482644A (zh) 一种利用煤矸石碱浸一步法制备4a分子筛的技术方法
CN114573001B (zh) 一种13x分子筛的制备方法
CN115893883B (zh) 由水氯镁石-钙基固体废弃物制备镁水泥用氧化镁的方法
CN113716577B (zh) 一种含高岭土的含硅铝原料的脱硅方法
CN102583414B (zh) 利用钾长石提钾剩余铝硅滤饼生产煅烧高岭土的方法