СЫРЬЕВОЙ КОНЦЕНТРАТ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТЕКЛА И КЕРАМИКИ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ

СЫРЬЕВОЙ КОНЦЕНТРАТ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТЕКЛА И КЕРАМИКИ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 


RU (11) 2152363 (13) C1

(51) 7 C03B1/00, C03C1/02 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 2000.07.10 
(21) Регистрационный номер заявки: 99112670/03 
(22) Дата подачи заявки: 1999.06.18 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 1999.06.18 
(45) Опубликовано: 2000.07.10 
(56) Аналоги изобретения: GB 1459930 A, 22.07.1974. RU 2107666 C1, 27.03.1998. EP 0020953 A2, 07.01.1981. GB 1433907 A, 28.04.1976. DE 1496599 A, 30.10.1969. 
(71) Имя заявителя: ЗАО "Инженер" 
(72) Имя изобретателя: Молчанов В.Н.; Поляков В.Н.; Демидов И.А.; Скрипкин В.Е. 
(73) Имя патентообладателя: ЗАО "Инженер" 
(98) Адрес для переписки: 305003, г.Курск, ул. Зеленая 30, ЗАО "Инженер" 

(54) СЫРЬЕВОЙ КОНЦЕНТРАТ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТЕКЛА И КЕРАМИКИ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 
Изобретение относится к стекольной и керамической промышленности и используется для замены кальцинированной соды и поташа при варке стекла. Сырьевой концентрат содержит гранулы, включающие частицы кремнезема, покрытые силикатами натрия и калия. Плотность концентрата - 0,8 - 0,95 г/см, размер гранул - до 0,2 мм. Концентрат получают смешиванием кремнезема с гидроксидами калия и натрия при соотношении их (3-4): 1, упариванием смеси при температуре 100 - 200°С с выдержкой 1-1,5 ч. Затем осуществляют термообработку при 350 - 550°С. Техническая задача изобретения - ускорение процессов варки и осветления стекломассы, увеличение ее удельного съема. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к стекольной и керамической промышленности, а именно к сырьевым продуктам, используемым при производстве стекла и керамики.
Варка стекла представляет собой сложный процесс превращения механической смеси сырьевых материалов в результате физических, химических и физико-химических реакций в сложный расплав стекломассы.
Количество и виды сырьевых компонентов шихты зависят от требуемых свойств стеклоизделий. Они же предопределяют ход процесса образования стекломассы. Одной из составных частей шихты стекла являются оксиды натрия и калия, которые традиционно вводятся в стекломассу с кальцинированной содой и поташом. Технология стекловарения с использованием кальцинированной соды и поташа имеет известные определенные недостатки, определяющие как режимы стекловарения, так и качество стекол.
Поэтому поиск новых материалов, заменяющих соду и поташ, свободных от недостатков, связанных с применением кальцинированной соды и поташа, является актуальным.
Вопрос замены кальцинированной соды и поташа является одним из направлений в современной технологии стекла.
Наиболее интересным с данной точки зрения представляется разработка щелочесодержащих материалов на основе гидр оксидов натрия - калия и кремнезема, т. к. гидроксиды натрия и калия имеют крупномасштабное производство и в настоящее время не являются дефицитом.
Известен способ подготовки стекольной шихты путем смешивания ее с водным раствором NaOH, упариванием смеси при 170 - 200oC в течение 1-1,5 ч и дальнейшей термообработкой при 400 - 700oC в течение 0,5 ч (патент России N 2107666, кл. С 03 B 1/00, 1998).
Указанный способ позволяет заменить только кальцинированную соду.
Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ приготовления стекольной шихты с использованием так называемого "пресиликата" (патент кл. C 03 B 1/00, 1976 Англии N 1459930), который представляет из себя скопление или агломерата частиц кремнезема и крупиц других составляющих шихты приваренных к друг другу силикатом одного или нескольких щелочных металлов, включающим другие промежуточные соединения.
Этот продукт в чистом виде имеет ряд недостатков в силу большого содержания не прореагировавшей щелочи он поражает слизистую оболочку, чувствителен к трению, поглощает влагу и затвердевает на воздухе и в силу этих свойств не может и не предлагается для использования в качестве заменителя соды в условиях современных действующих составных цехов стекольных заводов. Он может использоваться только как промежуточное связующее для агломерирования традиционного сырья, включая кальцинированную соду и поташ. Главной целью патента фирмы Сен-Гобен является снижение потерь от распыления шихты и незначительное повышение реакционной способности шихты.
Способ осуществляется в кипящем слое и требует сложного аппаратурного оформления. Контакт реагентов осуществляется при температуре не ниже 320oC. Соотношение SiO2/R2O =5:1 или 5:3.
Данный концентрат не позволяет получать хорошо классифицируемый, однородный, порошкообразный, сыпучий продукт белого, серого или голубого цвета; состоящий из песчинок кварцевого песка размером от 0,2 мм и менее в полной хорошо сформированной оболочке гидросиликатов натрия и калия, способствующей ускорению растворения зерна кварца под ней с присущими силикатам натрия и калия реакциям с другими компонентами стекольной шихты.
Технической задачей изобретения является создание однородного, хорошо классифицированного продукта, нетоксичного, негигроскопичного, способного повышать однородность сыпучей порошкообразной массы и существенно повышать ее реакционную способность.
Задачей изобретения является также ускорение процессов варки и осветления стекломассы, увеличения ее удельного съема. Поставленная цель достигается тем, что сырьевой концентрат для производства стекла и керамики содержит гранулы, включающие частицы кремнезема, покрытые силикатами натрия и калия, причем плотность концентрата составляет 0,8 - 0,95 г/см, а размер гранул - до 0,2 мм. Концентрат получен смешиванием кремнезема и гидроксидов натрия и калия при их соотношении (3-4):1. Сырьевой концентрат получают путем смешивания кремнезема и гидроксидами натрия и калия, упаривания полученной смеси и дальнейшей термообработки до получения сухого продукта, причем смешивание ведут при соотношении кремнезема и гидроксидов натрия и калия, равного (3 -4) : 1, а нагрев осуществляют до температуры 100 - 200oC с выдержкой в течение 1-1,5 ч, а термообработку - при 350 - 550oC. Плотность концентрата составляет 0,8 - 0,95 г/см, а размер гранул - до 0,2 мм. Ниже приведен конкретный пример получения сырьевого концентрата. Схема производства сырьевого концентрата представлена на фиг. 1.
Процесс получения сырьевого концентрата - продукта взаимодействия кварцевого песка с раствором NaOH + КОН, проводили в лабораторных условиях с использованием муфельной печи, фарфоровых и нержавеющих тиглей емкостью по 100 мл. Использовали кварцевый песок одного гранулометрического состава. В тигли или стаканчики засыпали чистый кварцевой песок и добавляли раствор NaOH + КОН в соотношении SiO2 : (NaOH + КОН) = 3,5: 1 с содержанием КОН от 0,15 до 0,5, и помещали в муфельную печь, где выдерживали в течение 1 ч при температуре 100-120oC. После чего в течение 2 ч поднимали температуру до 500oC, после получасовой выдержки нагрев отключали.
Полученный концентрат представляет собой сыпучий порошок белого, серого или голубого цвета.
Продукт хорошо классифицируется и однороден как по химическому составу, так и по строению отдельных гранул. Плотность концентрата 0,9 г/см. Основной размер гранул до 0,15 мм.
Микроскопическое исследование показывает отдельные не склеенные между собой частицы кварца, покрытие хорошо сформированной оболочкой гидросиликатов натрия и калия. Уменьшенные размеры частиц за счет произошедшей реакции их трещиноватость и пористость в совокупности с высокой удельной дисперсной поверхностью оболочки создают реальные предпосылки для ускорения процессов стекловарения, что и подтверждается графиком эксперимента по варке тарного стекла БТ-1. Из результатов исследований следует, что стекло на основе щелочного концентрата содержит в 2 раза меньше пузырей, при этом диаметр преобладающих пузырей в 2 раза больше, что и способствует более быстрому осветлению стекла.
Исследовали пробу концентрата, имеющую лучшие показатели по гранулометрическому составу, полный химический состав которого в пересчете на оксиды (в % по массе) SiO2 - 78,3/Na2O/К2O - 10,60/Fe2O3 - 0,03 /TiO2 - 0,03.
Окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) щелочного концентрата составил 30 мг O2 на 100 г материала, т.е. этот материал практически не отличается от ОВП кальцинированной соды, применяемой в промышленности (20-35 мг O2 на 100 г материала). Следовательно, при замене соды щелочным концентратом корректировки шихты по ОВП не требуется.
Изучение остатка проводили на пробе в количестве 150 г, которая пропитывалась неоднократно - 9 раз горячей водой с температурой равной 90-95oC до рH раствора 7. Всю воду от промывки собирали, выпаривали, остаток взвешивали. Нерастворимый остаток высушивали, взвешивали, просматривали под микроскопом. В процессе промывки раствор меняется от сильнощелочной среды до нейтральной (рH 7). Вес нерастворимого остатка составил 84 г 850 мл или 57% веса концентрата.
Нерастворимый в воде остаток щелочного концентрата изучали с помощью поляризационного микроскопа в проходящем и отраженном свете.
Для сравнения просматривали традиционный кварцевый песок, используемый в производстве бесцветного стекла Ташлинского месторождения.
Основная масса остатка представляет собой мелкозернистую фракцию кварцевого песка с размером зерен до 0,15 мм. Самые крупные зерна имеют диаметр 0,35 мм и доля их оценивается в 4-6%.
Традиционный песок значительно крупнее и имеет основную массу зерен 0,3 - 0,7 мм.
Другие фракции представлены в заявленном материале в основном кремнеземом в виде разрушенных угловатых зерен с наличием множества микротрещин. Зерна традиционного песка имеют округлую или вытянутую форму с скатанными краями и лишь мелкозернистые образования представляют собой вид обломков.
Учитывая, что время варки стекла, в значительной степени зависит от величины зерен кварцевого песка, т. е. от величины и характера структуры открытой поверхности кремнезема, то в ведение в шихту тонкодисперсного и частично разрушенного кремнезема взамен обычного кварцевого песка обеспечивает значительное ускорение варки стекла.
Полученный щелочной концентрат исследован методом ренгено-фазового анализа. Кроме того, исследованы пробы щелочного концентрата прошедшими термообработку при 500oC в течение 15 мин (см. фиг.2).
Рентгенограмма исходной пробы позволила установить, что минеральный состав представлен аморфной и двумя кристаллическими фазами: - кварцем и метасиликатом натрия калия.
Рентгенограммы образцов щелочного концентрата, термообработанных при 500oC и 760oC, не выявляют каких-либо изменений фазового состава вследствие малого присутствия NaOH и Na2CO3.
Рентгенограмма концентрата обработанного при 950oC показывает, что процесс плавления метасиликата натрия, калия прошел полностью с вовлечением в расплав части -кварца, присутствующего в концентрате при нагревании щелочного концентрата, на дериватографе кривая потери веса фиксирует изменение массы на 2,23 % в температурном интервале 20oC - 680oC, а в интервале 680 - 1000oC - 2,66 % общая потеря веса составляет 4,89%, эти потери массы сопровождают тепловыми эффектами, которое на кривых Д.Т.А., Д.Т.Г. проявляются в виде эндо эффектов с минимумами при 80oC, 330oC, 820oC.
Эндоэффект с максимумами при 80oC характеризует удаление гигроскопической влаги из концентрата; слабый эндоэффект при 330oC соответствует плавлению NaOH, КОН, присутствующих в материале. Эндоэффект в интервале 76 - 822oC соответствует плавлению находящейся в материале соды. Плавление NaOH и Nа2СО3, КОН, К2СО3 сопровождаются удалением газообразных составляющих, с образованием силикатов Na (эндоэффект Т-575oC) характеризуется - полиморфный переход кварца. Плавление метасиликата Na фиксирует эндоэффект с максимумом 840oC.
Дальнейшее нагревание щелочного концентрата приводит к растворению остаточного -кварца. Таким образом использование натриево-калиевого щелочного концентрата, содержащего моносиликат NaК позволяет сократить время на процесс силикатообразования (фиг. 3). Небольшое присутствие NaOH, КОН в концентрате также способствует ускорению процесса силикатообразования, т.к. при замене соды едким Na расход тепла на реакции образования силикатов уменьшается, а температура снижается (фиг. 4). Как видно из вышеизложенного, полученный сырьевой концентрат и способ его получения претендует на скорейшее использование в промышленном масштабе, так как экономическая эффективность, получаемая от внедрения нового состава стекла, получающаяся в основном за счет улучшения варочных и выработочных свойств стекла и сокращения на этой основе брака продукции, составляет в среднем 1,5 миллиона долларов.
В отличие от предлагаемого ранее Na щелочного концентрата использование дополнительной замены поташа, осуществляемой посредством NaK щелочного концентрата создает в стеклах эффект двух щелочей, которые позволяют добиться повышения химической устойчивости стекла и улучшения технологических свойств при повышенном содержании щелочных оксидов. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Сырьевой концентрат для производства стекла и керамики, содержащий гранулы, включающие частицы кремнезема, покрытые силикатами натрия и калия, отличающийся тем, что плотность концентрата составляет 0,8 - 0,95 г/см, а размер гранул - до 0,2 мм.
2. Сырьевой концентрат по п.1, отличающийся тем, что он получен смешиванием кремнезема и гидроксидов натрия и калия при их соотношении (3 - 4) : 1.
3. Способ получения сырьевого концентрата для производства стекла и керамики путем смешивания кремнезема с гидроксидами натрия и калия, упаривания смеси и дальнейшей термообработки до получения сухого продукта, отличающийся тем, что смешивание кремнезема с гидроксидами натрия и калия ведут при их соотношении (3 - 4) : 1, упаривание осуществляют до 100 - 200oC с выдержкой в течение 1 ч, а термообработку - при 350 - 550oC.
4. Способ получения сырьевого концентрата по п.3, отличающийся тем, что плотность концентрата составляет 0,8 - 0,95 г/см, а размер гранул - до 0,2 мм.


ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян

Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к стекольной промышленности: стекольные составы и композиции, обработка стекла, оборудование для производства и разработки новых стекольных составов и композиций, приспособления и механизмы для обработки и производства стекла, специальные стекла и др.



Стекло. Стекольные составы и композиции. Обработка стекла




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "закалка стекла" будет найдено словосочетание "закалка стекла". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("закалка" или "стекла").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+закалка -стекла".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "состав" будут найдены слова "составы", "составом" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "состав!".


Рейтинг@Mail.ru