Спосіб одержання рідкого скла

Спосіб одержання рідкого скла, який характеризується тим, що його здійснюють у два етапи: 3 55464 Поставлене завдання вирішується таким чином. У відомому способі одержання рідкого скла, згідно з корисною моделлю, що заявляється, процес здійснюють у два етапи: попередній та основний, при цьому попередній етап включає виробництво розчину лугу (гідроксиду натрію), а основний завантаження суміші компонентів, яка складається з кремнеземовмісного матеріалу, води, підготовленого на попередньому етапі виробництва розчину лугу в автоклав при перемішуванні та нагріванні, а також проведення взаємодії компонентів з утворенням рідкого скла із заданими параметрами густини та силікатного модуля. У запропонованому способі виключається стадія високотемпературного (а отже, енергоємного) сплавлення кремнезему та соди. Крім того, внаслідок досить високої вартості натрій гідроксиду його розчин виробляють безпосередньо перед застосуванням. Для цього використовують процес каустифікації, що полягає у взаємодії розчину соди із суспензією гашеного вапна. Для ілюстрування запропонованого способу одержання рідкого скла наводимо приклад конкретного виконання. Розчинність кальцинованої соди Na2CO3 при температурі 40-80 °С складає приблизно 45 г на 100 г води. Щоб уникнути проблем приготування насичених розчинів, подальші розрахунки приводяться для розчинення 40 кг на 100 кг води. 106 г 74 г Na 2CO 3 Ca(OH)2 40 кг x 2 40 г 2NaOH CaCO 3 y Провівши розрахунки реагентів, отримують: х = 74,40/106 = 28 кг; у = 2,40,40/106 = 30 кг. Отже, для проведення реакції розчиняють 40 кг кальцинованої соди у 100 кг води і нагрівають при перемішуванні до 80-100°С. Поступово при перемішуванні додають 28 кг гашеного вапна. В результаті процесу отримують розчин 30 кг гідроксиду нагрію у 100 кг води, тобто 130 кг 23%-го розчину NaOH, густина якого становить 1250 кг/м3. Для відділення відходів СаСО3 та нерозчинних домішок проводять гаряче фільтрування реакційної суміші або відстоюють її, після чого розчин зливають. Процес проводять переважно у ємностях з неіржавіючої або м'якої сталі. На другому етапі дозовані у розрахованих кількостях вихідні матеріали у послідовності: подрібнений пісок чи інша кремнеземовмістка сировина; вода; отриманий розчин лугу відомої концентрації, завантажують в автоклав. При постійному перемішуванні вміст автоклава нагрівають до 110-130 °С, і подачу тепла відключають. Процес варіння рідкого скла 60-90 хв. Суміш за рахунок екзотермічності реакції розігрівається до 130-200 °С. Для розрахунку необхідної кількості вихідних матеріалів потрібно задати два незалежні параметри: силікатний модуль М рідкого скла і густину 0 отримуваного рідкого скла. Наведемо приклад розрахунку кількості компонентів для типового силікатного скла із силікатним модулем 2.5 і густиною 1.5 г/см3. Нехай об'єм автоклава складає 0,25 м3. Тоді маса кремнезему 4 у перерахунку на чистий SiO2, що завантажується на один цикл, становить 100 кг. Масова концентрація гідроксиду натрію в одиниці об'єму розчину дорівнює Смас = 1250 3, 3 кг/м 23%/100% = 287.5 кг/м . Необхідний об'єм розчину NaOH 100 1.29 3 V1 0.180 м . 2.5 287.5 Маса цього розчину NaOH mр.ну = 0.180 м3.1250 кг/м3 = 225 кг = 0.225 т. Об'єм кремнезему VSiO2 = 100 кг/2200 кг/м3 = 0.045 м3. Кількість води, т, яку треба додати для досягнення заданої густини рідкого скла при реакції NaOH і кремнезему, V2 0.1 0.225 1.5(0.045 0.180) 1.5 1 0.6 0.1 0.035 т 35 кг. Отже, сумарна маса рідкого скла, отримуваного за один цикл, складає 100 кг + 225 кг + 35 кг = 360 кг. Для отримання необхідної кількості розчину лугу потрібно на першому етапі витратити 70 кг соди та 49 кг вапна. З огляду на те, що отримане рідке скло пропонується направляти на подальше виробництво будівельних матеріалів, де крейда може бути використана як наповнювач, можливе двояке застосування процесу каустифікації, яке ілюструється рисунком (Фіг.). Крейда СаСО3 є відходом процесу каустифікації, проте при застосуванні її як наповнювача можливе виробництво рідкого скла Na2Si03 у суміші з крейдою. Це усуває потребу її відділення від розчину натрій гідроксиду, що спрощує технологію загального процесу. Наводимо також розрахунки пропорцій компонентів для силікатного скла з іншими величинами силікатного модуля і густини. Масу кремнезему на один цикл прийнята у кожному випадку як 100 кг. A. Силікатний модуль 3, густина 1.2 г/см3. Необхідний об'єм розчину NaOH 100 1.29 3 V1 0.150 м . 3 287.5 Маса розчину NaOH, т, mр-ну = 0.150 м3,1250 кг/м3 = 187 кг =0.187 т. Кількість додаткової води складає V2 0.1 0.187 1.2(0.045 0.150) 1.2 1 0.6 0.1 0.325 т 325 кг. Сумарна маса отриманого за один цикл рідкого скла становить 100 кг+ 187 кг +325 кг = 612 кг. Для отримання необхідної кількості розчину лугу потрібно на першому етапі витратити 58 кг соди та 40 кг ванна. B. Силікатний модуль 1.5, густина 1.3 г/см3. Необхідний об'єм розчину NaOH 100 1.29 3 V1 0.300 м . 1.5 287.5 Маса розчину NaOH, т, mр.ну = 0.300 м3.1250 кг/м3 = 375 кг = 0.375 т. Кількість додаткової води V2 0.1 0.375 1.3(0.0455 0.3) 1.2 1 0.6 0.1 0.15 т 150кг. 5 55464 Сумарна маса отриманого за один цикл рідкого скла становить 100 кг + 375 кг+ 150 кг = 625 кг. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 6 Для отримання необхідної кількості розчину лугу потрібно на першому етапі витратити і 15 кг соди та 80 кг вапна. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601