способ получения сырьевого концентрата для производства стекла

Формула изобретения

Способ получения сырьевого концентрата для производства стекла, включающий перемешивание сырьевых компонентов, увлажнение с последующим компактированием на валковом прессе, отличающийся тем, что в начале перемешивают песок, предварительно нагретый до температуры 50-70°С в количестве 55-65 мас.%, воду в количестве 5-7 мас.% и соду в количестве 15-25 мас.% в течение 1-2 мин, затем добавляют каолин в количестве 15-20 мас.% и перемешивают всю смесь в течение 1-2 мин, концентрат компактируют в крупку размером менее 0,5 мм при давлении 10-15 МПа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к стекольной промышленности и может быть использовано для производства тарного, листового и других видов стекол.

Качество стекла во многом зависит от качества сырьевых материалов и способа подготовки стекольной шихты. Основные оксиды (SiO₂, Аl₂O₃, Na ₂O), входящие в состав стекла, традиционно вводятся кварцевым песком, глиноземом и кальцинированной содой. Дефицит традиционных сырьевых материалов, а также известные определенные недостатки, связанные с их использованием в стекловарении, обусловливают поиск новых сырьевых материалов и способов их подготовки.

Известен способ подготовки шихты для темно-зеленого стекла с использованием хвостов обогащения медно-колчедановой руды заключается в сухом перемешивании шихты с последующим гранулированием на тарельчатом грануляторе и сушкой гранул при температуре 100°С /Шапакидзе В.Н., Жгенти Е.А. Гранулирование стекольной шихты. Стекло и керамика, 1973, №4, с.22/. Недостатками способа являются высокая влажность гранул (15%), необходимость операции сушки, что связано с дополнительными энергозатратами.

Наиболее близким является способ (взятый за прототип) получения компактированной стекольной шихты, включающий перемешивание сырьевых материалов, увлажнение и компактирование в ленту на валковом прессе /Пат. 1564125 Россия. МПК С 03 В 1/00. Калыгин В.Г., Чехов О.С., Колесов Ю.И., Нагулевич К.В. Заявл. 30.06.88, опубл. 15.05.90. Бюл. №18/. Недостатками способа являются высокие энергозатраты и давление прессования 150-230 МПа.

Известен способ получения сырьевого концентрата путем смешения кремнезема с гидроксидами калия и натрия при соотношении их (3-4):1; упариванием смеси при температуре 100-200°С с последующей термообработкой при температуре 350-550°С. /Пат. 2152363 Россия. МПК⁷ С 03 В 1/00, С 03 С 1/02. Молчанов В.Н., Поляков В.Н., Демидов И.А., Скрипкин В.Е., ЗАО “Инженер”. - №99112670/03. Заявл. 18.06.99, опубл. 10.07.00. Бюл. №19/. Недостатками изобретения являются высокие энергозатраты и коррозионное воздействие гидроксида натрия на огнеупоры. Кроме того, данный способ, в случае использования в качестве сырья тонкодисперсных материалов и прежде всего каолина, не позволяет получить химически однородную шихту, так как они склонны к окомкованию, что приводит к нарушению химической однородности шихты на стадии перемешивания всех ее компонентов, которая сохраняется и после компактирования.

Задача изобретения - расширение сырьевой базы стекольной промышленности, повышение однородности и химической активности шихт, снижение трудоемкости и энергоемкости способа, уменьшение коррозионного воздействия на огнеупоры.

Поставленная задача достигается способом получения сырьевого концентрата для производства стекла путем подачи компонентов в следующей очередности: песок в количестве 55-65 мас.%, предварительно нагретый до 50-70°С, вода в количестве 5-7 мас.%, сода в количестве 15-25 мас.%, и перемешивания в течение 1-2 минут, добавления каолина в количестве 15-20 мас.%, перемешивания всей смеси 1-2 минуты и компактирования на валковом прессе в крупку размером не более 0,5 мм при давлении 10-15 МПа. Температура песка не должна превышать 70°С, так как это приводит к увеличению скорости испарения влаги и нарушению рабочего баланса концентрата по влажности. Снижение температуры песка ниже 50°С приводит к интенсивному развитию кристаллизационных процессов и ухудшению пластичности концентрата. Дробная подача компонентов сырьевого концентрата на увлажненный, предварительно подогретый до 50-70°С песок при смешении способствует более интенсивному растворению соды, увеличению объема жидкой фазы и равномерному распределению компонентов в концентрате. Пластификации сырьевого концентрата в значительной степени способствует тонкодисперсность сырьевых материалов и наличие глинистых частиц в каолине. Кроме того, медленное развитие кристаллизационных процессов, обусловленное химическим и фазовым составом природной соды и подтвержденное результатами исследований фазовых превращений в увлажненной соде методом РФА, позволяет сохранить пластические свойства концентрата вплоть до ее компактирования.

Подготовленный таким образом концентрат подается в расходный бункер валкового пресса. Расстояние между валками в зоне прессования составляет 0,3-0,5 мм с учетом максимального размера частиц наиболее твердого компонента сырьевого концентрата (например, песка). Давление компактирования составляет 10-15 МПа, что значительно ниже, чем в известных способах (для сравнения: 150-230 МПа по способу-прототипу). Возможность компактирования концентрата при низких давлениях объясняется достаточно высокой его пластичностью и наличием эффективной кристаллогидратной связки. Кроме того, сравнительно “мягкие” условия компактирования обеспечивают равномерное распределение жидкой фазы в объеме компактированного концентрата и его химическую однородность (отклонение в содержании Na₂CO₃ составляет ±0,5%). Предлагаемые условия компактирования тонкодисперсного сырьевого концентрата позволяют обеспечить тесный контакт реагирующих компонентов, высокую прочность и плотность плитки, а также повысить химическую активность концентрата, чему в значительной степени способствует преимущественно осколочное строение частиц тугоплавких компонентов, а также наличие на их поверхности точечных дефектов и областей локализации дефектов в виде трещин и раковин (установлено методом электронной микроскопии).

Компактированный сырьевой концентрат представляет собой смесь крупки с размером частиц 0,3-0,5 мм, содержание которой составляет 50-70%, и плитки неправильной формы с размерами 10-15 мм. Такая смесь поступает в грохот на классификацию. Готовый продукт в виде крупки направляется в бункер-запасник, а плитка поступает на доизмельчение, например, в щековую дробилку и затем в бункер-запасник.

Введение сырьевого концентрата в состав промышленных стекольных шихт в виде крупки позволяет обеспечить химическую однородность шихт на стадии их подготовки и высокую химическую активность на стадии варки. Химически однородный компактированный сырьевой концентрат из смеси тонкодисперсных песка, соды и каолина в указанном соотношении позволит частично или полностью заменить традиционные сырьевые материалы в составе различных стекольных шихт с корректировкой их рецепта.

Пример 1. Сырьевые материалы, входящие в состав концентрата: песок, сода и каолин в соотношении 60:20:20 соответственно, подаются в смеситель в следующей очередности: песок, предварительно нагретый до 50°С, вода в количестве 5 масс.%, сода. Смесь перемешивают в течение 1 минуты, затем (без остановки смесителя) добавляют каолин и перемешивают еще 1 минуту. Пластифицированную таким образом смесь подают в бункер-накопитель валкового пресса со скоростью вращения валков 22 об/мин. Зазор между валками в зоне прессования составляет 0,5 мм, давление 10 МПа. Готовый продукт содержит: 52% частиц (крупки) размером менее 0,3 мм; 43% плитки с размером 310-15 мм; количество просыпи составляет 5%. Плотность плитки составляет 2130 кг/м³, прочность - 1,2 МПа.

Полученный концентрат вводили в состав шихты для производства тарного стекла. Корректировку рецепта шихты проводили с учетом 100% замены глинозема и частичной заменой песка и соды на сырьевой концентрат. Варку осуществляли в электрической печи в корундовых тиглях при температуре 1450°С, скорость нагрева печи 5°С/мин. Установлено, что процессы силикато- и стеклообразования протекают с большей скоростью, время варки сокращается на 10-12%. Готовые изделия отвечают требованиям отраслевых стандартов.

Пример 2. Сырьевые материалы, входящие в состав концентрата: песок, сода и каолин в соотношении 65:20:15 соответственно, подают в смеситель в следующей очередности: песок, вода в количестве 7 мас.%, сода. Смесь перемешивают в течение 2 минут, затем добавляют каолин и перемешивание продолжается еще 2 минуты. Подготовленный таким образом концентрат подается в бункер-накопитель валкового пресса. Расстояние между валками 0,5 мм, давление компактирования 15 МПа. Готовый продукт содержит: 62% крупки с размером частиц менее 0,5 мм; 18% плитки с размером 8-12 мм; количество просыпи составляет 20%. Доизмельчение плитки в щековой дробилке увеличивает выход кондиционного продукта до 80-85%. Плотность плитки составляет 2100 кг/м³, прочность - 0,9-1 МПа.

Полученный концентрат вводили в состав шихты для производства тарного стекла. Корректировку рецепта шихты проводили с учетом 50% замены глинозема и частичной заменой соды и песка на сырьевой концентрат. Варку проводили по примеру 1. Время варки сокращается на 10%. Результаты исследований показали возможность использования сырьевого концентрата для замены традиционных сырьевых материалов в производстве аптечных, медицинских, тарных и других видов окрашенных стекол.

Патентуемый способ получения сырьевого концентрата позволяет расширить сырьевую базу стекольного производства за счет использования побочных продуктов обогащения руд и некондиционного природного сырья. Способ не требует введения специальных связующих добавок на стадии компактирования. Компактирование осуществляется при более низком давлении - 10-15 МПа и количестве вводимой в шихту воды - 5% (для сравнения: 150-230 МПа и 8-10% по способу-прототипу). Время варки сокращается на 10-12%.