Способ гидротермического получения раствора силиката натрия

Изобретение относится к технологииполучения жидкого стекла, в частности кспособу гидротермического получения раствора силиката натрия,Известен способ гидротермического 5получения раствора силиката натрия с весовым соотношением двуокиси кремния и окиси натрия, составляющим 1-2,8:1, путемвзаимодействия водного раствора гидроокиси натрия концентрацией 10-50 вес. с 10избытком песка до 300, в пересчете намольное соотношение двуокиси кремния иокиси натрия в исходном растворе, при температуре 150-250 С и устанавливающемсяпри этом давлении насыщенного водяного 15пара, причем непрореагировавший избытокпеска полностью или частично используютв качестве фильтрующей среды для полученного раствора силиката натрия (см. заявкуДЕ М 30 02 857, кл. С 01 В 33/32, 1981). 20Недостаток известного способа заключается в том, что при его осуществленииполучают растворы силиката натрия с мольным соотношением двуокиси кремния иокиси натрия, составляющим максимально 25лишь 2,88;1, что ограничивает технологические возможности растворов.Другой недостаток известного способазаключается .в том, что для достижениямольного соотношения двуокиси кремния и 30окиси натрия свыше 2 продолжительностьпроцесса по меньшей мере 8 ч.Целью изобретения является расширение технологических воэможностей растворов силиката натрия путем повышения 35мольного соотношения двуокиси кремния иокиси натрия при одновременном ускорении процесса.Поставленная цель достигается предлагаемым способом гидротермического получения раствора силиката натрия путемвзаимодействия кристаллической двуокисикремния сводным раствором гидроокисинатрия при повышенной температуре и устанавливающемся при этом давлении насыщенного водяного пара, осуществляемого взакрытом автоклаве, за счет того, что в качестве кристаллической двуокиси кремнияиспользуют кварц, прошедший предварительный обжиг при температуре между 501100 С и его точкой плавления.С помощью предлагаемого способаможно получать растворы силиката натрия,имеющие мольное соотношение двуокисикремния и окиси натрия, равное 2,9-3,7:1, 55предпочтительно 3,0-3,6:1, в частности 3,33,5:1. Обычно взаимодействие осуществляют при 150-300 С и устанавливающемсяпри этом давлении насыщенного водяногопара,Предпочтительно в качестве кристаллической двуокиси кремния используют кварц, прошедший предварительный обжиг при 1200-1700 ОС, в частности 1300- 1600 С, в присутствии каталитического количества щелочи. При обжиге кварц в основном преобразуется в кристобалит. Для осуществления предлагаемого способа предпочтительно используют свежеобожженный кристобалит, находящийся еще в нагретом состоянии. Обожженный таким образом кварц предпочтительно подвергают взаимодействию с водным раствором гидроокиси натрия, имеющим концентрацию 15-30 вес.ф, предпочтительно 20-30 вес,ф( в закрытом автоклаве при 200 - 250 С и устанавливающемся при этом давлении насыщенного водяного пара.Кристабалит также, как и кварц, является кристаллической модификацией двуокиси кремния, Его получают практически исключительно искусственным путем, а именно путем кальцинации кварца, так, что кварцевый песок непрерывно преобразуют при температуре примерно 1500 С в присутствии катализатора (щелочных соединений).Согласно предпочтительному варианту предлагаемого способа обожженный кварц используют в избытке до 100, предпочтительно 1-10 ф, в пересчете на желаемое мольное соотношение двуокиси кремния и окиси натрия в целевом продукте. В общем взаимодействие также можно осуществлять с избытком обожженного кварца, превышающим 100, однако это обычно в техническом отношении не имеет смысла. Согласно изобретению особенно предпочтительно избыток обожженного кварца составляет 2- 5 в пересчете на желаемое мольное соотношение двуокиси кремния и окиси натрия в получаемом растворе силиката натрия,Для осуществления предлагаемого способа можно испольэовать любой реактор, как обычно используют для гидротермического синтеза натриевого жидкого стекла.Полученные с помощью предлагаемого способа растворы силиката натрия (растворы натриевого жидкого стекла) можно испольэовать для всех известных целей, описываемых в литературе, например, для изготовления наполнителей (осажденных кремниевых кислот), в качестве клеевых веществ, в качестве связующего в красках, литейных вспомогательных веществах, носителях катализаторов, в качестве компонента в моющих и очистных средствах, а также в качестве компонента огнестойких материалов.Примеры проводят в лабораторном итехническом масштабах. В них в качествеобожженного кварца используют кристабалит, прошедший предварительный обжигпри 1300-1600 С в присутствии щелочи в 5качестве катализатора.При проведении лабораторных примеров используют цилиндрический автоклав,обогреваемый снаружи до реакционнойтемпературы с помощью носителя тепла. Условия осуществления реакций согласнопримерам, а также результатц примеровприведены в табл. 1 и 2,Для осуществления примеров в техническом масштабе в качестве реактора используют установленный горизонтальноцилиндрический стальной автоклав емкостью примерно 24 м, снабженный футеровкой иэ никеля. Автоклав вращается вокруггоризонтальной оси со скоростью примерно 206 оборотов в минуту, Обогревание осуществляется паром с давлением 20 и 25 бар,соответственно, подаваемым непосредственно в автоклав через отверстие, выполненное в оси, и подключенную к автаклаву 25трубу,Используемая для осуществления примеров кристаллическая двуокись кремния, аименно, полученный в результате обжигакварца кристобалит, содержит 99,0 вес, 30двуокиси кремния..Требуемый для осуществления процесса водный раствор гидраакиси натрия (натриеваго щелока) нагреваот примерно до103 С с помощью вторичного пара с загрузки, подаваемого через сопла Вентури, установленного над запасным резервуаром длянатриевого щелока.Количество сырья (кристабалита и натриевого щелока) измеряют с помощью весов. Исходные вещества загружают вавтоклав, его закрывают и переводят во вращение, Путем непосредственной подачи пара реакционную смесь нагревают дотемпературы примерно 215 ОС и держат на 45этой температуре, По истечении 30 мин приуказанной температуре автоклав останавливают и реакционную смесь через линию,соединенную с автоклавом с помощьюфланца, под собственным давлением подают в циклонный отделитель, в котором осуществляют разделение на вторичный пар ираствор жидкого стекла, имеющий температуру примерно 105 С. Вторичный пар подсасывают и используют для подогрева 55следующей исходной смеси в сопле Венту-.ри до точки кипения раствора, составляющей примерно 103 С.Полученный раствор жидкого стекла,имеющий температуру примерно 100 ОС,подают или в сосуд н л:.нтацию для грубого отделения твердых чеществ, или при более высоких требованиях к прозрачности раствора на фильтр. Р нализируат содержание двуокиси кремни.:; окиси натрия получаемых растворов,Примеры в техническом масштабе осуществляют в условиях согласно примеру 4, Количество сырья 24000 кг. Получаемый примерно 41-ный раствор натриеваго жидкого стекла имеет мальнас соотношение двуокиси кремния и окиси натрия, саста вля ющее 3,4:1, что и ра кти чески соответствует результату примера лабораторного масштаба.Гидротермический процесс также можно осуществлять при сравнительна высокой концентрации твердого вещества, т.к. и при высоком соотношении двуокиси кремния и окиси натрия в условиях реакции 215 С и 20 бар) раствор силиката натрия имеет достаточную вязкость, По завершении реакции дополнительно можно подать воду, или пад давлением непосредственно в реактор; или в линию, ведущую к сосуду промежуточнага хранения так, что раствор силиката натрия, подаваемый через данную лини а в сосуд прамежутачнага хранения, в ц =татсчнай степени разбавляется, в резул тате чего в сосуде при температуре по 11 л е на 100 С перед седиментацией или ., ьтоацией раствор силиката натрия имев- достаточную текучесть и достаточно низкую вязкость.П р и м е р 1. Пример 1 подтверждает выгодное относительно сравнительно низкой концентрации исхаднага раствора использование кристабалита в стехиаметрическам количестве, в пересчете на заданное мольное соотношение двуокиси кремния и окиси натрия в получаемом растворе силиката натрия, составляющее 3,46:1. П р и м е р 2. По сравнению с примерам 1 устанавливают повышенную концентрацию гидроокиси натрия в исходном растворе при примерно одинаковом времени реакции с тем, чтобы определить влияние концентрации гидроокиси натрия на скорость реакции и достигаемое соотношение двуокиси кремния и окиси натрия вполучаемом продукте.П р и м е р ы 3 и 4, С целью достижения повышенного мольного соотношения двуокиси кремния и окиси натрия в реакционном растворе по сравнению с примером 1 используют повышающийся избыток (+3, +5) кристобалита, в пересчете на задачное соотношение, составляющее 3,46:1.1839663 Взаимодействие обожженного песка в натриевом щелоке с получением натриевого жидкого стекла, мольное соотношение двуокиси кремния и окиси натрия, равное 3,46:1." Избыток кристобалита 36, в пересчете на заданное мольное соотношение двуокиси кремния и окиси натрия в растворе, равное 3,46:1,Избыток кристобалита 5. в пересчете на заданное мольное соотношение двуокиси кремния и окиси натрия в растворе, равное 3,46:1,С учетом всех компонентов двуокиси кремния и окиси натрия, имеющихся в автоклаве. Таблица 2 П р и м е р ы 5 и 6, При избытке кристобалита, составляющем 5, в пересчете на заданное мольное соотношение двуокиси кремния и окиси натрия, равное 3,46:1, продлевают время реакции, 5П р и м е р 7. Для определения влияния температуры обжига кварца на свойства получаемых водных растворов силиката натрия кварц сперва подвергают обжигу при 850 - 1600 С в присутствии каталитического 10 количества щелочи и затем его подвергают гидротермическому взаимодействию с раствором гидроокиси натрия в следующих условиях; температура реакции 215 ОС; время реакции 30 мин; концентрация гидроокиси 15 натрия 20 вес. ; избыток двуокиси кремния 5 (в пересчете на мольное соотношение 3,46;1 в натриевом жидком стекле).Взаимодействие обожженного таким образом кварца в натриевом щелоке, в ре зультате чего получают натриевое жидкое стекло, осуществляют с нижеприведенными количествами исходных веществ и получаются приведенные в нижеследующей таблице степени конверсии и мольные 25 соотношения,Для получения натриевого Количествожидкого стекла35,37 фр обожженного песка 49,00 г 25,85, 50-ной гидроокисинатрия 35,82 г 38,78 воды 53,72 гРезультаты показывают, что только использование кварца, обожженного при температуре свыше 1100 С, в частности, при температуре 1300 С и выше, приводит кдостижению более высокой степени конверсии кристаллической двуокиси кремния и, следовательно, по сравнению с прототипом более высокого мольного соотношения двуокиси кремния и окиси натрия в получаемом растворе силиката натрия.10 1839663 Продолжение таблицы 2 та в автоклавеэбавляют до содержания твердого ст во лица 3" В присутствии каталитического коли щелочи,ормула изобрет 1, СПОСОБ ГИДРОТЕРМИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ РАСТВОРА СИЛИКАТА НАТРИЯ, включающий взаимодействие кристаллического диоксида кремния с раствором щелочи при повышенной температуре в автоклаве, отличающийся тем, что, с целью повышения силикатного модуля продукта и сокращения времени проведения процесса, в качестве кристаллического диоксида кремния ис 5 ч 5 С личающийся рут в 3 -5- в расчете на ем сил пол ный ката но обожжен- присутствии Составитель И,Веденеева Техред М.Моргентал Корректор Л,Пилипенко едактор С.Кулаков 411 Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента13035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 ельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 изводствен но сСостав целевого пр Перед фильтрацией иликата натрия41 Способ по п.1, отличающийся те заимодействие осуществляют пр 3, Способ попп,1 и 2, о что обожженный кварц б избытке от стехиометрии икатный модуль продукта. эуют кварц, предваритель при 1300 - 1600 С в лизатора - щелочи,