СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАСТВОРИМОГО СТЕКЛА
METHOD FOR MAKING POTASSIUM SILICATE

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при изготовлении строительных материалов, специальных бетонов и изделий на основе растворимых силикатов.
Известны способы производства растворимых силикатов (силикат-глыбы). Их получают обжигом смеси кварцевого песка с содой или сульфатом натрия при 1300-1400°С. При охлаждении расплава стекла образуется твердая масса, называемая силикат-глыбой. Последнюю растворяют в воде и используют в качестве связующего для изготовления кислотоупорных цементов и бетонов, огнезащитных обмазок, силикатизации грунтов и при производстве различных строительных изделий (Волженский А.В. Минеральные вяжущие вещества. - М.: Стройиздат, 1986, - 464 с.).
Недостатком одного из этих способов, так называемого карбонатного, является дефицитность и дороговизна соды (Корнеев В.И., Данилов В.В. Производство и применение растворимого стекла. Жидкое стекло. - Л.: Стройиздат, 1991, - 175 с.).
2
4
Другой, сульфатный способ получения растворимого стекла основан на взаимодействии NaSO с кремнеземом в присутствии или чистого угля, или каких-либо органических веществ, действующих в качестве восстановителей сульфата натрия (П.Н.Григорьев, М.А.Матвеев. Растворимое стекло (получение, свойства и применение). - М: Гос. изд. литературы по строительным материалам, 1956, - 444 с.). К сульфатному способу получения силикатов прибегают в случае необходимости снижения стоимости производства продукции, поскольку исходный сульфат натрия является дешевым заменителем соды. Недостатками получения силикатов по сульфатному способу являются сложность технологического процесса, необходимость использования дополнительного углеродного топлива и худшее качество получаемой продукции (см. там же).
Наиболее близким к предлагаемому является карбонатно-сульфатный способ получения растворимого стекла путем сплавления смеси соды и сульфата натрия в восстановительной среде (П.Н.Григорьев, М.А.Матвеев. Растворимое стекло (получение, свойства и применение). - М: Гос. изд. литературы по строительным материалам, 1956, - 444 с.). Недостатками этого способа являются все еще достаточно высокая стоимость конечной продукции и необходимость использования дополнительного углеродного топлива.
Технический результат, на решение которого направлено изобретение, заключается в удешевлении производства силиката натрия и утилизации отходов тротилового производства.
Технический результат достигается тем, что в способе получения растворимого стекла путем нагревания до температуры плавления смеси сульфата натрия и соды с кремнеземом в восстановительной среде в качестве содово-сульфатной смеси и восстановителя используют отходы тротилового производства - сульфатсодержащую золу и сульфитный щелок.
При очистке тротила-сырца (Е.Ю.Орлова. Химия и технология бризантных взрывчатых веществ. Л.: Химия, 1973. - 688 с.) образуются десятки тысяч тонн сульфитного щелока, содержащего натриевые соли сульфокислот несимметричных изомеров тротила, нитрофенолов, нитрокислот, нитрита натрия, соды, бисульфата и сульфита натрия. По принятой в настоящее время технологии сульфитный щелок после предварительного упаривания до 30-40%-ной концентрации по твердому остатку, направляют на сжигание, а образующуюся золу в отвал. Под воздействием атмосферных осадков она превращается в токсичные стоки, загрязняющие грунтовые воды, что приводит к существенному ухудшению экологической обстановки.
Утилизация отходов крупнотоннажного химического производства путем их использования при получении растворимого стекла позволяет улучшить экологическую обстановку в районах производства тротила и значительно удешевить производство растворимого стекла без применения дополнительного углеродного топлива.
Процесс получения растворимого стекла заключается в следующем. Отходы производства тротила - сульфатсодержащая зола и сульфитный щелок - после проведения химического анализа подвергаются смешению с необходимым количеством кремнезема. Типичный химический состав сульфатсодержащей золы приведен в таблице 1. Сульфитный щелок предварительно упаривают до 40-50%-ной концентрации по твердому веществу. Внесение воды с раствором щелока в шихту способствует ее небольшому увлажнению, что приводит к образованию на поверхности частиц кварцевого песка равномерно распределенной пленки щелочных соединений, а это, в свою очередь, благоприятно сказывается на процессах силикатообразования (Корнеев В.И., Данилов В.В. Производство и применение растворимого стекла. Жидкое стекло. - Л.: Стройиздат, 1991, - 175 с.).
Таблица 1
Химический состав сульфатсодержащей золы - отхода тротилового производства
Компонент
Содержание компонентов, %
Сульфат натрия
76,49
Карбонат натрия
18,35
Сульфид натрия
2,19
Хлорид натрия
1,44
Углерод
1,29
Влага
0,16
Смесь отходов и кремнезема подается в печь ванного или вращающегося типа, где нагревается факелом природного газа до температуры плавления. Реакция силикатообразования начинается при сравнительно низких температурах (380°С) по схеме:
2
2
3
2
2
2
SiO+NaСО→NaO·nSiO+СО
2
4
2
3
2
2
Полное связывание соды завершается при температурах 920-950°С. Процесс восстановления сульфата натрия в составе содово-сульфатной шихты начинается с 600°С (Корнеев В.И., Данилов В.В. Производство и применение растворимого стекла. Жидкое стекло. - Л.: Стройиздат, 1991, - 175 с.). Органические восстановители, внесенные в шихту в составе сульфитного щелока, наряду с углеродом, имеющимся в сульфатсодержащей золе, сгорают внутри щелочного расплава за счет кислорода, находящегося в NaSО. Сульфат натрия, отдавая на сжигание углерода свой кислород, переходит в соединение меньшей валентности (NaSО). (П.Н.Григорьев, М.А.Матвеев. Растворимое стекло (получение, свойства и применение). - М: Гос. изд. литературы по строительным материалам, 1956, - 444 с.). Образующийся сульфит натрия распадается на NaO и SO, после чего оксиды натрия реагируют с кремнеземом, образуя растворимое стекло. Выделяющийся сернистый газ может быть использован для получения строительного гипса. Осветление стекломассы и ее гомогенизация требуют повышения температуры стекла до 1300-1400°С, после чего процесс завершается.
В таблице 2 приведен примерный состав шихты для получения растворимого стекла массой в 1000 кг.
Таблица 2
Состав шихты для получения 1000 кг растворимого стекла
Компонент шихты
Содержание компонента, кг/%
Сульфатсодержащая зола
500-550/36
Кремнезем
700-750/49-50
Сульфитный щелок
400-450 (40-50%-ный раствор) / 14-15 (по твердому веществу)
Как видно из табличных данных, суммарное максимальное содержание отходов в составе шихты, используемой для получения растворимого стекла по данному изобретению, составляет 51%, что значительно удешевляет весь процесс и позволяет полностью утилизировать отходы тротилового производства.