способ подготовки кварцевого песка для производства стекла

Формула изобретения

Способ подготовки кварцевого песка для производства стекла, заключающийся в измельчении, рассеве и температурной обработке компонентом, содержащим натрий, в присутствии воды, отличающийся тем, что в качестве компонента, содержащего натрий, используют хлорид натрия, а температурную обработку проводят в две стадии: на первой стадии при температуре 30 - 90^oC, давлении 0,25 - 5 МПа в течение 1 - 1,5 ч и в присутствии водного насыщенного раствора аммиака, который берут с 5%-ным избытком, на второй стадии при температуре 500 - 800^oC и обычном давлении в течение 1 - 1,5 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству, в частности к способам подготовки сырьевых материалов для изготовления стекла.

Известен способ подготовки кварцевого песка, заключающийся в его просеве через сито с размером отверстий 0,8 мм [1].

Недостатками данного способа являются отсутствие повышенной химической активности песка и малая гомогенизация.

Наиболее близким к изобретению является способ подготовки кварцевого песка для производства стекла [2], заключающийся в измельчении, рассеве и термообработке натрийсодержащим в присутствии воды.

Недостатком данного способа являются применение щелочи - агрессивного реагента, разрушающего обычные материалы, требующего применения оборудования из коррозионно-стойких материалов, токсичного и дорогостоящего, а также высокий расход энергии, связанный с испарением 40 - 60% воды из раствора щелочи.

Задачей изобретения является исключение из технологического процесса подготовки кварцевого песка щелочи - агрессивного дорогостоящего компонента и снижение энергозатрат.

Это достигается тем, что в способе подготовки кварцевого песка, заключающемся в измельчении, рассеве и температурной обработке компонентом, содержащим натрий, в присутствии воды вместо гидроксида натрия в процессе подготовки кварцевого песка используют хлорид натрия и температурную обработку проводят в две стадии; на первой стадии при 30 - 90^oС, давлении 0,25-5 МПа в течение 1-1,5 ч и присутствии водного насыщенного раствора аммиака, который берут с 5%-ным избытком, и на второй стадии при 500 - 800^oC и обычном давлении в течение 1-1,5 ч.

Предлагаемый способ заключается в следующем.

В отличие от прототипного способа модификации кварцевого песка, где протекает реакция SiO₂ + 2NaOH ---> Na₂SiO₃ + H₂O при 170-200^oC, по предлагаемому способу гидроксид натрия исключается из состава смеси и заменяется на хлорид натрия, а взаимодействие компонентов осуществляется по следующей химической реакции

SiO₂+NaCl+NH₃+H₂O ---> NaHSiO₃+ NH₄Cl.

Температура этого технологического процесса 30 - 90^oC, давление 0,25 - 0,5 МПа, время 1-1,5 ч. Полученный порошкообразный материал, состоящий из зерен кварцевого песка, окруженного гидросиликатом натрия, отделяют от раствора на сите и затем нагревают до температуры 500 - 800^oC с последующей выдержкой при этой температуре 1-1,5 ч.

Аппаратурное оформление способа не представляет трудностей, так как для его реализации можно использовать стандартное оборудование, например, применяемое для производства соды.

Преимущества предлагаемого метода заключаются в замене гидроксида натрия на хлорид натрия и в снижении энергозатрат, так как в прототипном способе при использовании 45% водного раствора гидроксида натрия 65% воды удаляется ее испарением.

Данный способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Для синтеза модифицированного кварцевого песка отвешивали на технических весах с точностью 0,01 - 81 г кварцевого песка и 19 г хлорида натрия. Указанные количества примерно соответствуют соотношению Na₂O и SiO₂ в листовом стекле. Аммиак (NH₃) использовали в виде насыщенного водного раствора, который брали с 5%-ным избытком в сравнении с количеством, необходимым по уравнению химической реакции.

Навески кварцевого песка, хлорида натрия и отмеренное количество раствора аммиака помещали в автоклав. Температуру в автоклаве устанавливали на уровне 30^oС, а давление поднимали до 0,25 МПа. Затем при указанных температуре и давлении содержимое автоклава выдерживали в течение 1 ч. По истечении 1 ч снижали давление в автоклаве до атмосферного, отделяли на сите сыпучий материал и подвергали его термической обработке при 500^oC в течение 1 ч. В итоге был получен сыпучий порошок. С помощью рентгеноструктурного анализа было установлено, что он состоит из двух кристаллических фаз - силиката натрия (Na₂SiO₃) и кварца (SiO₂).

Пример 2. Для синтеза модифицированного кварцевого песка использовали кварцевый песок стекольного производства, отвешивали на технических весах с точностью 0,01 - 81 г кварцевого песка и 19 г хлорида натрия. Указанные количества примерно соответствуют их соотношению в листовом стекле. Аммиак (NH₃) использовали в виде насыщенного водного раствора, который брали с 5%-ным избытком в сравнении с количеством, необходимым по уравнению химической реакции.

Навески кварцевого песка, хлорида натрия и отмеренное количество раствора аммиака помещали в автоклав. Температуру в автоклаве устанавливали на уровне 90^oС, а давление поднимали до 0,5 МПа. Затем при указанных температуре и давлении содержимое автоклава выдерживали в течение 1,5 ч. По истечении 1,5 ч снижали давление в автоклаве до атмосферного, отделяли на сите сыпучий материал и подвергали его термической обработке при 800^oC в течение 1,5 ч. В итоге был получен сыпучий порошок. С помощью рентгено-структурного анализа было установлено, что он состоит из двух кристаллических фаз - силиката натрия (Na₂SiO₃) и кварца (SiO₂).