СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СТЕКОЛЬНОЙ ШИХТЫ
METHOD FOR PREPARING GLASS BATCH

Изобретение относится к стекольной промышленности, в частности к способам приготовления шихты для производства стекла.
Известен традиционный способ приготовления стекольной шихты, путем сушки, измельчения, просеивания (песок - сито №08; мел - сито №1,1; доломит и известняк - сито №09; сульфат - сито №1,2; сода - сито №1,1; пегматит и полевой шпат - сито №07 и т.д.), отвешивания сырьевых материалов (согласно рецептуре шихты), их загрузке в смеситель, увлажнении и смешении (Павлушкин Н.М. Химическая технология стекла и ситаллов: Учеб. для вузов. - М.: Стройиздат, 1983, - с.94-100).
Недостатками данного способа приготовления стекольной шихты являются:
- расслоение получаемой сыпучей шихты при ее транспортировке и хранении;
- пыление шихты при загрузке в стекловаренную печь;
- низкая активность сырьевых материалов, требующая высоких температур при варке стекла, а также увеличивающая время варки;
- не высокая однородность получаемого стекла.
Известен также способ приготовления стекольной шихты (Евразийский патент №004463, С03В 1/00, 2004 г.) путем диспергирования традиционно приготовленной стекольной шихты до размера частиц не менее 10 мкм, причем диспергирование проводят при увлажнении до 30%, и влажность шихты сохраняют до загрузки в стекловаренную печь.
Недостатками этого способа приготовления стекольной шихты являются:
- увлажнение шликера до 30% воды по физико-химическим показателям подходит не для всех составов шихт, так как по мере измельчения при недостаточном увлажнении может возникнуть коагуляционно-кристаллизационное взаимодействие, приводящее к полной агломерации шликерной массы,
-
- подача шихты с 30% влажностью в стекловаренную печь приведет к существенному повышению содержания [ОН] групп в стекле, что повлечет за собой меньшую степень связанности кремний-кислородного мотива, и меньшую химическую устойчивость стекла. Наиболее близким к заявленному является способ приготовления стекольной шихты (Евразийский патент №014546, С03В 1/02, С03В 19/02, 2010 г.) путем смешения, увлажнения до 20-22%, измельчения в шаровой мельнице в течение 4-6 часов сырьевых компонентов, и высушивании полученного шликера, в результате чего образуются твердые брикеты.
Недостатками этого способа приготовления стекольной шихты являются:
- увлажнение шликера до 22% воды по физико-химическим показателям подходит не для всех составов шихт, так как по мере измельчения при недостаточном увлажнении может возникнуть коагуляционно-кристаллизационное взаимодействие, приводящее к полной агломерации шликерной массы внутри мельницы,
- сушка шликера при температурах 100-150°С не может обеспечить высокой прочности контактов между частицами шихты в брикете, поэтому в процессе транспортировки, брикеты будут раскалываться и крошиться, что приведет к потерям шихты, снижению ее однородности, пылению и расслаиванию.
Задачей изобретения является получение гомогенной на микроуровне стекольной шихты, обладающей повышенной варочной способностью, исключение расслаивания и пыления стекольной шихты, обеспечение сохранения достигнутого высокого уровня однородности стекольной шихты при ее транспортировке и хранении.
Поставленную задачу решают следующим образом:
Сырьевые материалы подвергают совместному измельчению до достижения, по крайней мере, у 50% компонентов размера не более 10 мкм, полученную смесь компактируют, далее нагревают со скоростью от 5 до 20°С в минуту, не допуская вспенивания, до температуры 400-1300°С, и выдерживают при максимальной температуре не более 3 часов. Измельчение производят по мокрому или сухому способу. Мокрое измельчение осуществляют при влажности шихты от 25 до 80%. При измельчении по сухому способу шихту компактируют не позднее 1 часа после окончания процесса измельчения.
Тонкое измельчение, с одной стороны, приводит к уменьшению размера зерен шихты, что увеличивает площадь контакта между ее компонентами и, соответственно, повышает выход продуктов их взаимодействия. С другой, интенсивное механическое воздействие, имеющее место при измельчении, за счет накопления структурных дефектов приводит к росту внутренней энергии вещества. Это снижает энергозатраты на процессы переноса, химическое взаимодействие, фазовые превращения и прочее. Кроме того, при совместном измельчении происходит смешение компонентов шихты, причем гомогенность получаемой смеси находится на уровне крупности помола, в нашем случае - на микроуровне. Таким образом, совместное тонкое измельчение обеспечивает перенесение существенной доли процесса гомогенизации из печи на стадию подготовки шихты. В результате, стекольная шихта, полученная после операции измельчения, обладает гомогенностью на микроуровне, повышенной химической активностью и повышенной варочной способностью.
Стадия дополнительной термообработки до температуры, соответствующей концу силикатообразования, следующая за измельчением и компактированием, позволяет:
во-первых, обеспечить взаимодействие компонентов при их максимальной активности, т.е. при более низких температурах и меньших энергозатратах;
во-вторых, за счет спекания шихты получить заготовку высокой прочности, что сохранит достигнутую однородность брикета, исключит его разрушение, предотвратит пыление, расслоение и потери шихты.
Постепенное нагревание шихты обеспечивает последовательное прохождение всех химических реакций между ее компонентами, в том числе тех реакций, в ходе которых имеет место выделение газообразных веществ. Снижение газосодержания шихты приводит к облегчению осветления при ее варке. Нагрев необходимо производить со скоростью подъема температуры, не вызывающей вспенивания брикета, другими словами не приводящей к задерживанию в шихте избыточного количества газа, затрудняющего осветление.
Осуществление способа.
Пример 1.
2
2
3
3
2
Компоненты стекольной шихты - 61,75 масс. % SiO, 20,75 масс. % NaCO, 17,5 масс. % CaCO подают в планетарную мельницу где происходит их увлажнение до 50 масс. % воды и совместный помол до состояния, когда 50% зерен шихты имеют размер, не превышающий 10 мкм. Добавка 50 масс. % воды достаточна для исключения образования коагуляционной структуры в суспензии шихты. Мельница имеет футеровку на основе SiO, и мелющие тела того же состава. Данный способ приготовления шихты предполагает проведение корректировки шихты с учетом намола материала футеровки и мелющих тел. Полученную шликерную массу разливают по металлическим поддонам и подвергают сушке в туннельной печи при температуре 250°C, в ходе которой формируются брикеты шихты.
Высушенные брикеты помешают в огнеупорные лодочки и термообрабатывают в градиентной туннельной печи. Наивысшая температура обжига составляет 900°C, она достаточна для усадки материала и завершения этапа силикатообразования. Скорость подъема температуры при продвижении брикетов по печи (максимальная скорость нагрева материала) составляет 10°C в минуту, что не вызывает вспенивания брикетов.
Пример 2.
2
2
3
2
3
2
Компоненты стекольной шихты - 49,1 масс. % SiO; 35,5 масс. % PbO; 14.2 масс. % КСО; 1,2 масс. % NCO подают в планетарную мельницу где происходит их увлажнение до 40 масс. % воды и совместный помол до состояния, когда 50% зерен шихты имеют размер, не превышающий 10 мкм. Добавка 40 масс. % воды достаточна для исключения образования коагуляционной структуры в суспензии шихты. Мельница имеет футеровку на основе SiO, и мелющие тела того же состава. Данный способ приготовления шихты предполагает проведение корректировки шихты с учетом намола материала футеровки и мелющих тел. Полученную шликерную массу разливают по металлическим поддонам и подвергают сушке в туннельной печи при температуре 250°C, в ходе которой формируются брикеты шихты. Высушенные брикеты помешают в огнеупорные лодочки и термообрабатывают в градиентной туннельной печи. Наивысшая температура обжига составляет 700°C, она достаточна для усадки материала и завершения этапа силикатообразования. Скорость подъема температуры при продвижении брикетов по печи (максимальная скорость нагрева материала) составляет 5°C в минуту, что не вызывает вспенивания брикетов.
Пример 3.
2
2
3
3
2
Компоненты стекольной шихты - 36,8 масс. % SiO; 27,7 масс. % AlO; 26,3 масс. % SrCO; 9,2 масс. % TiO подают в планетарную мельницу где происходит их увлажнение до 60 масс. % воды и совместный помол до
2
состояния, когда 50% зерен шихты имеют размер, не превышающий 10 мкм. Добавка 60 масс. % воды достаточна для исключения образования коагуляционной структуры в суспензии шихты. Мельница имеет футеровку на основе SiO, и мелющие тела того же состава. Данный способ приготовления шихты предполагает проведение корректировки шихты с учетом намола материала футеровки и мелющих тел. Полученную шликерную массу разливают по металлическим поддонам и подвергают сушке в туннельной печи при температуре 250°C, в ходе которой формируются брикеты шихты. Высушенные брикеты помешают в огнеупорные лодочки и термообрабатывают в градиентной туннельной печи. Наивысшая температура обжига составляет 1300°C, она достаточна для усадки материала и завершения этапа силикатообразования. Скорость подъема температуры при продвижении брикетов по печи (максимальная скорость нагрева материала) составляет 20°C в минуту, что не вызывает вспенивания брикетов.
Пример 4.
2
2
3
3
2
Компоненты стекольной шихты - 61,75 масс. % SiO, 20,75 масс. % NaCO, 17,5 масс. % СаСО, подают в планетарную мельницу где происходит их сухой помол до состояния, когда 50% зерен шихты имеют размер, не превышающий 10 мкм. В связи с тем, что различные по твердости материалы при измельчении ведут себя по-разному (мягкие материалы, такие как тальк, мел и т.д., обволакивают более твердые частицы, препятствуя их диспергированию), для их наиболее полной диспергации и смешения, загрузку сырьевых материалов различной твердости проводят в различное время. В первую очередь, для предварительного измельчения, подают наиболее твердые сырьевые материалы (кварцевый песок, полевые шпаты и т.д.), затем к ним добавляют остальные более мягкие компоненты. Мельница имеет футеровку на основе SiO, и мелющие тела того же состава. Данный способ приготовления шихты предполагает проведение корректировки шихты с учетом намола материала футеровки и мелющих тел.
Непосредственно после измельчения шихту подают на прессование, где ей придают форму брикетов. Далее брикеты помещают в огнеупорные лодочки и термообрабатывают в градиентной туннельной печи. Наивысшая температура обжига составляет 900°C, она достаточна для усадки материала и завершения этапа силикатообразования. Скорость подъема температуры при продвижении брикетов по печи (максимальная скорость нагрева материала) составляет 10°C в минуту, что не вызывает вспенивания брикетов.
Предлагаемый способ приготовление шихты позволяет получить гомогенную на микроуровне стекольную шихту, обладающую повышенной варочной способностью, а так же сохранить достигнутый уровень однородности стекольной шихты, избежать ее расслоения, пыления, и потерь шихты при хранении и транспортировке (даже на большие расстояния). В совокупности это позволит создать централизованное производство стекольной шихты и обеспечить нужды многих производителей стекла.
Источники информации
1. Павлушкин Н.М. - Химическая технология стекла и ситаллов. - М.: Стройиздат, стр.94-100.
2. Евразийский патент №004463, С03В 1/00, 2004 г.
3. Евразийский патент №014546, С03В 1/02, 2011 г.