СИНТЕТИЧЕСКИЙ СЫРЬЕВОЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТЕКЛА И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ

СИНТЕТИЧЕСКИЙ СЫРЬЕВОЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТЕКЛА И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ


RU (11) 2305665 (13) C1

(51) МПК
C03C 1/02 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 07.02.2008 - действует 

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

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2006100578/03 
(22) Дата подачи заявки: 2006.01.10 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2006.01.10 
(45) Опубликовано: 2007.09.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: US 6287997 А, 11.09.2001. RU 2058944 С1, 27.04.1996. SU 1475891 А1, 09.07.1986. GB 1525873 А1, 20.09.1978. GB 1503187 А1, 08.03.1978. 
(72) Автор(ы): Аблязов Камиль Алимович (RU); Бондарева Лидия Николаевна (RU); Гордон Елена Петровна (RU); Горина Инесса Николаевна (RU); Жималов Александр Борисович (RU); Митрохин Анатолий Михайлович (RU); Поддубный Игорь Сергеевич (RU); Полкан Галина Алексеевна (RU); Сергеев Александр Сергеевич (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Открытое акционерное общество "Саратовский институт стекла" (RU); Открытое акционерное общество "Каустик" (RU) 
Адрес для переписки: 410041, г.Саратов, Московское ш., 2, ОАО "Саратовский институт стекла", отдел научно-технической информации 

(54) СИНТЕТИЧЕСКИЙ СЫРЬЕВОЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТЕКЛА И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
Изобретение относится к синтетическому сырьевому материалу (ССМ) для производства стекла. ССМ представляет собой однородную смесь химически соосажденных карбоната кальция, гидроксида магния, и/или карбоната магния, и/или силиката магния и модифицирующих добавок при следующем массовом содержании компонентов, мас.%: карбонат кальция в пересчете на СаО 30,0-40,0; гидроксид магния, и/или карбонат магния, и/или силикат магния в пересчете на MgO 10,0-20,0; железо в пересчете на Fe2O 3 0,003-0,10; модифицирующие добавки 0-5,0; вода и инертные примеси 1,0-8,0. Массовое соотношение оксидов кальция и магния CaO:MgO=(1,5-4,0):1,0. ССМ получают взаимодействием водного раствора соли или солей магния с водным раствором гидроксида и/или карбоната, и/или силиката натрия в присутствии водной суспензии химически соосажденных карбоната кальция, гидроксида и/или карбоната магния и модифицирующих добавок при температуре 20-100°С и давлении 0,05-0,7 ати. Технический результат изобретения - расширение сырьевой базы за счет использования крупнотоннажных отходов химических производств. и снижения себестоимости продукта. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 табл.




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Область техники

Изобретение относится к стекольной и химической промышленности, в частности к синтетическому сырьевому материалу для производства стекла, включающего карбонаты, гидроксиды и/или силикаты щелочноземельных металлов, и к способу получения такого материала. Предлагаемый синтетический сырьевой материал применяется для производства бесцветных, окрашенных в массе и специальных видов стекол, а также в строительной индустрии и для других целей.

2. Уровень техники

Известны композиции синтетических силикатов щелочноземельных металлов, используемые в качестве сырья в производстве стекла, которые получают путем: (1) смешения воды, дисперсных частиц силиката щелочноземельного металла и карбоната или гидроксида щелочного металла с образованием высоковязкой пасты; (2) удаления воды из этой пасты путем сушки при повышенной температуре; (3) измельчения и фракционирования сухого продукта с получением гранул размером от 0,1 до 1,0 мм [Патент США №5422320, опубл. 06.06.1995. МПК С03С 06/02, С03С 06/08]. В качестве карбонатов щелочных металлов используют карбонаты натрия и/или калия в количестве не менее 5% от массы композиции, а в качестве силикатов щелочноземельных металлов обычно используют силикаты бария и/или стронция.

Недостатками этих синтетических сырьевых материалов являются использование предварительно синтезированного силиката щелочноземельного металла и относительно ограниченная область применения получаемых материалов, обусловленная использованием преимущественно силикатов бария и стронция.

В настоящее время в производстве различных стекол в качестве кальций- и магнийсодержащих соединений применяются такие традиционные сырьевые компоненты природного происхождения, как доломит, мел и известняк. В частности, используется кусковой и молотый доломит, который выпускается согласно требованиям ГОСТ 23672-79 и предназначен для производства различных марок стекла [ГОСТ 23672-79. Доломит для стекольной промышленности. Технические условия]. В производстве стекла обычно используется мел по ГОСТ 17498-72.

Качество и стоимость кальциевого и магниевого сырья существенно зависят от способа добычи и расположения месторождения по отношению к стекольным заводам. Так, в наиболее качественном отечественном кусковом доломите марки ДК-19-0,05 по ГОСТ 23672-79 Боснийского месторождения Республики Алания массовая доля оксида железа Fe 2O3 составляет около 0,025-0,05%. В кусковом доломите других марок и месторождений массовая доля оксида железа колеблется в среднем в пределах 0,1-0,3%. Как правило, при обязательном измельчении кускового доломита с получением молотого доломита или доломитовой муки происходит загрязнение целевого продукта соединениями (оксидами) железа, при этом массовая доля оксида железа в сырье возрастает в 2-8 раз и достигает 0,05-0,4%.

В природном меле, используемом в стекольной промышленности, обычно содержится от 0,06 до 0,1 мас.% оксида железа Fe 2O3, однако при измельчении и сушке мела в производственных условиях также происходит его загрязнение оксидом железа, обусловленное эрозией оборудования.

Как известно, высокое содержание оксида железа в исходном сырье определяет его повышенное содержание в вырабатываемом стекле, что приводит к падению светопрозрачности и снижению качества стекла для видов продукции с высокими значениями по светопропусканию, а также к увеличению расходных норм таких широко используемых дорогостоящих, специальных добавок, как обесцвечиватели и красители.

Известен способ получения комплексного сырья для стекловарения, включающий гидротермальную щелочную обработку кремнеземсодержащей аморфной горной породы, разделение полученной реакционной пульпы на твердую алюмосиликатную фазу и раствор жидкого стекла, который предварительно карбонизируют углекислым газом до образования твердого осадка, и смешение последнего с оксидами кальция и магния [Авт. свидетельство СССР №662493, опубл. 15.05.1979. МПК С01В 33/20, С03С 3/00]. В качестве оксидов кальция и магния используют обожженный доломит.

Основным недостатком этого способа получения комплексного сырья является использование обожженного доломита - относительно дефицитного и дорогостоящего сырья, которое к тому же содержит достаточно большое количество примесей железа - от 0,05 до 0,5 мас.%.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ получения синтетических силикатов, используемых в производстве стекла и содержащих силикат кальция, и/или силикаты магния, и/или кальций-магниевые силикаты, путем смешения и взаимодействия источников кальция и/или магния, например карбонатов или оксидов или гидроксидов кальция, и/или магния с источником диоксида кремния, в качестве которого используют кварц или растворимый силикат натрия - безводный или в гидратированной форме, преимущественно отвечающий эмпирической формуле Na2O·xSiO 2, где х имеет значения в пределах 0,5-3,75, обычно с последующей термообработкой смеси при температуре 110-1100°С или 100-700°С [Патент США №6287997, МПК С03С 06/08]. Полученные по этому способу синтетические силикаты кальция, магния или различные смешанные силикаты используются в виде шариков или цилиндрических гранул в производстве стекла. По некоторым вариантам способа в качестве источников кальция и/или магния используют доломит, доломитную известь и/или высококальциевую известь, волластонит, диопсид, акерманит.

Основными недостатками этого способа являются относительно высокое содержание оксида железа в получаемых силикатах, обусловленное использованием природных сырьевых источников кальция - доломита, доломитной извести и высококальциевой извести, а также относительно высокие энергозатраты на проведение процесса, связанные с необходимостью последующей термообработки получаемых смесей при температурах 100-700°С или 110-1100°С в специальных печах или сушилках.

3. Раскрытие изобретения

Задачей предлагаемого изобретения является расширение сырьевой базы стекольной промышленности за счет получения и использования нового синтетического сырьевого материала, содержащего кальций и магний и превосходящего по своим техническим и качественным характеристикам традиционные природные сырьевые материалы, такие как доломит, мел и известняк.

Это достигается тем, что синтетический сырьевой материал для производства стекла, включающий соединения кальция и магния, представляет собой однородную смесь химически соосажденных карбоната кальция, гидроксида, и/или карбоната, и/или силиката магния и, возможно, но необязательно, модифицирующих добавок при следующем массовом содержании компонентов, мас.%:

карбонат кальция в пересчете на СаО 30,0-40,0 
гидроксид магния, и/или карбонат магния, 
и/или силикат магния в пересчете на MgO 10,0-20,0 
железо в пересчете на Fe 2O3 0,003-0,10 
модифицирующие добавки 0-5,0 
вода и инертные примеси 0,3-8,0 


причем массовое соотношение соединений кальция и магния в продукте в пересчете на оксиды кальция и магния находится в пределах СаО:MgO=(1,5-4,0):1,0, преимущественно в пределах СаО:MgO=(2,0-2,5):1,0.

Предлагаемый синтетический сырьевой материал (ССМ) указанного выше состава получают взаимодействием водного раствора соли или солей магния с водным раствором гидроксида, и/или карбоната, и/или силиката натрия в присутствии водной суспензии химически соосажденных карбоната кальция, гидроксида и/или карбоната магния и, возможно, но необязательно, модифицирующих добавок при температуре в пределах 20-100°С и атмосферном давлении или избыточном давлении в пределах 0,05-0,7 ати с последующим фильтрованием, промывкой, сушкой и, возможно, измельчением или грануляцией продукта, осуществляемыми известными способами.

Преимущественно взаимодействие водного раствора соли или солей магния с водным раствором гидроксида, и/или карбоната, и/или силиката натрия осуществляют при температуре в пределах 25-70°С и атмосферном давлении.

Согласно одному из воплощений способа в качестве водного раствора карбоната натрия используют водный раствор с массовой долей карбоната натрия в пределах 10-25%.

Согласно другому варианту предлагаемого способа в качестве водного раствора карбоната и гидроксида натрия используют карбонизированные электрощелока с массовой долей карбоната натрия в пределах 10-14%, массовой долей хлорида натрия в пределах 10-18% и массовой долей гидроксида натрия в пределах 0,2-3,0%.

Согласно одному из воплощений предлагаемого способа в качестве водного раствора гидроксида натрия используют электрощелока с массовой долей гидроксида натрия в пределах 10,0-18,0% и массовой долей хлорида натрия в пределах 10,0-18,0%.

По другому воплощению способа в качестве водного раствора силиката натрия используют раствор пятиводного или девятиводного метасиликата натрия с массовой долей метасиликата натрия в пределах 10-25%.

В предлагаемом способе в качестве водного раствора силиката натрия используют также натриевое жидкое стекло с силикатным модулем в пределах 1,5-4,0, преимущественно в пределах 2,0-3,0, и массовой долей диоксида кремния в пределах 18-35%.

Наиболее предпочтительно в предлагаемом способе в качестве водной суспензии химически соосажденных карбоната кальция, гидроксида и/или карбоната магния используют суспензию шлама, образующуюся при содово-каустической очистке рассола хлорида натрия от ионов кальция и магния.

Согласно преимущественному воплощению способа в качестве суспензии шлама, образующейся при содово-каустической очистке рассола хлорида натрия от ионов кальция и магния, используют сгущенную суспензию химически соосажденных карбоната кальция, гидроксида и/или карбоната магния в водном растворе хлорида натрия при следующем массовом соотношении компонентов, мас.%:

карбонат кальция СаСО3 20,0-35,0 
гидроксид магния и/или 
карбонат магния в пересчете на Mg(OH)2 3,0-8,0 
хлорид натрия 14,0-24,0 
вода и инертные примеси остальное 


Предлагаемый способ также предусматривает возможность введения части модифицирующих добавок в виде водных растворов и/или паст, и/или в твердом виде перед сушкой, и/или измельчением, и/или грануляцией целевого продукта.

По предлагаемому способу с целью улучшения фильтрационных характеристик получаемой водно-солевой суспензии целевого продукта в нее перед фильтрованием вводят полиакриламидный флокулянт в количестве 0,01-0,15% от массы целевого продукта.

В качестве модифицирующих добавок в предлагаемом синтетическом материале могут использоваться как водорастворимые соединения, например хлорид натрия, сульфат, нитрат и гидроксид натрия, так и трудно растворимые в воде вещества. Содержание водорастворимых модификаторов, которые присутствуют в исходной реакционной массе (хлорид и/или сульфат или нитрат натрия), можно легко регулировать как на стадиях фильтрования и промывки, варьируя количество воды на промывку, так и путем их ввода перед сушкой и измельчением или грануляцией продукта. Другие различные водорастворимые модифицирующие добавки, обычно используемые в стекольной промышленности, например нитраты натрия, калия, кальция, бария или алюминия, борную кислоту, преимущественно вводят в ССМ перед сушкой и измельчением или грануляцией целевого продукта. Однако, таким образом можно вводить и трудно растворимые в воде модифицирующие добавки, которые преимущественно вводят на стадии синтеза гидроксида, карбоната и/или силиката магния, например красители (селен, железо, серебро и другие), обесцвечивающие добавки (соединения мышьяка, селена, церия и другие), осветлители, окислители и восстановители. Суммарное содержание всех модифицирующих добавок в целевом ССМ составляет от 0 до 5,0% от массы продукта.

В качестве инертных примесей в предлагаемом материале могут содержаться оксид или гидроксид алюминия, сульфат кальция и диоксид кремния. Суммарное содержание этих примесей и воды составляет 1,0-8,0% от массы целевого ССМ, причем основная часть приходится на воду, которая представляет собой остаточную влагу после сушки продукта и, возможно, кристаллизационную влагу в составе силиката и/или карбоната магния.

В качестве исходных солей магния по предлагаемому способу могут использоваться любые доступные водорастворимые соли магния, например хлорид магния, сульфат магния и нитрат магния или их различные смеси.

В качестве силиката магния в предлагаемом ССМ могут выступать метасиликат магния - MgSiO3, ортосиликат магния - Mg2SiO4, ди-, три-, тетра- и полисиликаты магния общей формулы MgO·nSiO 2, где n=2, 3, 4, 5 и т.д., соответственно получающиеся при взаимодействии солей магния с метасиликатом (Na 2SiO3), ортосиликатом (Na 4SiO4) или с ди-, три-, тетра- и полисиликатами натрия, входящими в состав жидкого натриевого стекла с силикатным модулем в пределах 1,5-4,0.

В предлагаемом процессе в качестве водного раствора силиката натрия преимущественно используют раствор пятиводного или девятиводного метасиликата натрия с массовой долей метасиликата натрия в пределах 10-25% или натриевое жидкое стекло с силикатным модулем в пределах 1,5-4,0, преимущественно в пределах 2,0-3,0, и массовой долей диоксида кремния в пределах 18-35%. Однако способ позволяет использовать и другие растворы силиката натрия с концентрацией компонентов и/или с силикатным модулем, отличными от указанных выше, при условии получения ССМ заданного, приведенного выше состава.

По предлагаемому способу наиболее предпочтительно в качестве водной суспензии химически соосажденных карбоната кальция, гидроксида и/или карбоната магния использовать суспензию шлама, образующуюся при содово-каустической очистке рассола хлорида натрия от ионов кальция и магния. Однако возможно использование и иных, подобных суспензий соосажденных карбоната кальция, гидроксида и/или карбоната магния, например суспензий, получаемых при карбонизации растворов хлоридов кальция и магния диоксидом углерода или при взаимодействии растворов хлоридов кальция, магния и натрия с раствором карбоната натрия.

Массовая доля оксида железа в предлагаемом ССМ (0,003-0,10%), в основном, определяется массовой долей оксида железа в исходной суспензии соосажденных карбоната кальция и гидроксида и/или карбоната магния и в исходных растворах соли или солей магния или гидроксида, карбоната или силиката натрия. ССМ с низким содержанием оксида железа (0,003-0,03 мас.%) может использоваться в производстве высококачественного флоат-стекла, а ССМ с более высоким содержанием оксида железа (0,04-0,10 мас.%) - для получения других марок бесцветного или окрашенного, или другого специального стекла.

Техническая сущность предлагаемого способа получения ССМ заключается в том, что новый материал получают путем взаимодействия водорастворимой соли или солей магния с гидроксидом и/или карбонатом, и/или силикатом натрия в присутствии суспензии карбоната кальция и гидроксида и/или карбоната магния в растворе хлорида натрия и в присутствии модифицирующих добавок. При этом происходит образование и осаждение на поверхности частиц твердой фазы, имеющейся в исходной суспензии, новых частиц твердой фазы гидроксида и/или карбоната, и/или силиката магния.

В указанных условиях получающийся продукт представляет собой не физическую смесь карбоната кальция и гидроксида, и/или карбоната, и/или силиката магния, а более однородные агрегаты и агломераты частиц карбоната кальция, гидроксида или карбоната магния и модифицирующих добавок с осажденными на их поверхности частицами гидроксида, карбоната и/или силиката магния. Предлагаемый способ обусловливает получение более однородного по составу многокомпонентного синтетического сырьевого материала, который не изменяет свой физико-химический состав при выделении и сушке, а также при последующей транспортировке, хранении и в процессе приготовления стекольной шихты. Данный способ позволяет стабильно получать ССМ со строго заданным соотношением оксидов кальция и магния, а также, при необходимости, с оптимальным содержанием оксида железа и модифицирующих добавок, что необходимо для получения специальных марок стекла. Достоинством предлагаемого материала является и то, что сырьевой источник магния может находиться в нем в виде гидроксида, или карбоната, или силиката магния, или в виде их различных комбинаций в зависимости от природы вещества, используемого в процессе в качестве второго реагента - гидроксида, карбоната или силиката натрия и в зависимости от желаемого состава и свойств целевого ССМ. Так, если оксид магния полностью или частично находится в предлагаемом ССМ в виде гидроксида и/или силиката магния, то несколько снижается газовыделение при варке стекла и улучшается экология производства за счет снижения количества диоксида углерода в составе абгазов производства.

К преимуществам предлагаемого ССМ для производства стекла по сравнению с природными сырьевыми материалами относятся:

1) возможность полной или частичной замены сразу двух сырьевых компонентов - доломита и мела на однородный синтетический материал без изменения самой технологии производства стекла;

2) высокая химическая и гранулометрическая однородность синтетического материала, стабильное, технически легко варьируемое заданное массовое соотношение оксидов кальция и магния в нем;

3) низкое содержание нежелательных хромофорных или балластных примесей, которые увеличивают расход дорогостоящих специальных добавок - обесцвечивателей, осветлителей, окислителей;

4) возможность целенаправленного и эффективного модифицирования материала на разных стадиях его получения различными модифицирующими добавками: хлоридом и сульфатом натрия и многими другими, что упрощает введение этих добавок в исходную стекольную шихту и повышает ее однородность;

5) упрощение процесса приготовления стекольной шихты посредством замены двух различных компонентов - доломита и мела на химически однородный синтетический материал и сокращение затрат ее приготовление путем исключения затрат на предварительную сушку и измельчение доломита и мела (известняка).

Проведение процесса при атмосферном давлении позволяет использовать обычное технологическое оборудование, а проведение процесса при небольшом избыточном давлении (от 0,05 до 0,7 атм) при температурах от 70 до 100°С позволяет сократить продолжительность синтеза и повысить производительность процесса.

Процесс по предлагаемому способу осуществляется в обычном технологическом оборудовании, используемом в химической отрасли.

4. Осуществление изобретения

Ниже приведены примеры, демонстрирующие сущность предлагаемого ССМ для производства стекла и способа его получения, которые никоим образом не ограничивают объем притязаний, определенный описанием и формулой изобретения.

Пример 1. Получение ССМ (типовая методика синтеза)

В четырехгорлый реактор из стекла или нержавеющей стали, снабженный перемешивающим устройством, термометром, капельной воронкой и обратным холодильником, помещают 1010 г шлама, полученного при содово-каустической очистке рассола хлорида натрия и содержащего 35,0 мас.% карбоната кальция, 8,0 мас.% гидроксида магния, 14,0 мас.% хлорида натрия, 0,4 мас.% инертных примесей и 42,6 мас.% воды. К указанному шламу прибавляют 367 г 20%-ного водного раствора карбоната натрия и затем при температуре в пределах 20-100°С прибавляют 205,9 г 32%-ного рассола бишофита (хлорида магния). Реакционную смесь выдерживают при указанной температуре в течение 1 часа, после чего отфильтровывают на центрифуге или фильтре осадок, промывают от хлоридов водой и затем сушат известными способами. При необходимости перед сушкой влажного продукта в него добавляют расчетное количество модифицирующих добавок в виде раствора, пасты или в твердом виде. По примеру получают 490,3 г синтетического сырьевого материала следующего состава, мас.%:

карбонат кальция 71,38 
или в пересчете на оксид кальция СаО 40,0 
гидроксид магния 16,32 
карбонат магния 11,19 
или суммарно в пересчете на MgO 16,62 
железо в пересчете на Fe2O 3 0,006 
модифицирующие добавки (хлорид натрия) 0,1 
вода и инертные примеси 1,0 


Пример 2. Получение ССМ, содержащего гидроксид магния

Синтез проводят аналогично описанному в примере 1 исходя из 1008 г суспензии шлама следующего состава, мас.%: карбонат кальция - 35,0; гидроксид магния - 5,0; хлорид натрия - 15,1; инертные примеси - 0,3; оксид железа - 0,01; вода - 44,59. К шламу при 40-75°С прибавляют 890,5 г 20%-ного водного раствора сульфата магния и 789,0 г 15%-ного водного раствора гидроксида натрия. После выдержки реакционной массы в течение 2 часов к ней прибавляют 730 г 0,1%-ного водного раствора полиакриламида (0,15% полиакриламида - ПАА от массы целевого ССМ). Оставляют отстаиваться в течение 3-5 часов, затем сгущенную суспензию подвергают фильтрованию на центрифуге или фильтр-прессе. После промывки осадка от хлорида и сульфата натрия и сушки получают 490,3 г синтетического сырьевого материала, состав которого приведен в таблице 1.

Пример 3. Получение ССМ, содержащего метасиликат магния

Синтез проводят аналогично описанному в примере 1 исходя из 1005 г суспензии шлама содово-каустической очистки рассола, имеющей следующий состав, мас.%: карбонат кальция - 20,0; гидроксид магния - 3,0; хлорид натрия - 20,0; инертные примеси - 0,25; оксид железа - 0,02; вода - остальное. К суспензии прибавляют 415,5 г 31,6%-ного водного раствора хлорида магния (бишофита) и 1122,0 г 15%-ного водного раствора мета-силиката натрия, приготовленного растворением пятиводного метасиликата натрия в воде. Смесь перемешивают при 25-60°С в течение двух часов. Затем добавляют 75 г 0,1%-ного водного раствора полиакриламида (0,02% от массы целевого ССМ). Сгущенную часть суспензии фильтруют, осадок промывают и сушат. Получают 373,5 г целевого ССМ, состав которого приведен в таблице 1.

Пример 4. Получение ССМ, содержащего трисиликат магния

Синтез проводят аналогично описанному в примере 3 исходя из 1012 г суспензии шлама содово-каустической очистки рассола, имеющей следующий состав, мас.%: карбонат кальция - 31,8; гидроксид магния - 5,4; хлорид натрия - 15,9; инертные примеси - 0,4; оксид железа - 0,045; вода - остальное. К суспензии прибавляют 60,6 г 32,4%-ного водного раствора хлорида магния (бишофита) и 138,0 г натриевого жидкого стекла с массовой долей оксида натрия 9,2%, массовой долей диоксида кремния 27,5% и силикатным модулем 3,0 (плотность 1,38 г/см3). Смесь перемешивают при 50-60°С в течение двух часов. Затем к суспензии добавляют 44,5 г 0,1%-ного водного раствора полиакриламида (0,01% от массы целевого ССМ). Сгущенную часть суспензии фильтруют, осадок промывают от хлоридов и сушат. Получают 445,5 г целевого ССМ, его состав приведен в таблице 1.

Пример 5. Получение ССМ, содержащего MgCO3 и Mg(OH) 2

Синтез проводят аналогично описанному в примере 1 исходя из 1010 г суспензии шлама содово-каустической очистки рассола, имеющей следующий состав, мас.%: карбонат кальция - 31,4; гидроксид магния - 6,5; хлорид натрия - 15,3; инертные примеси - 0,4; оксид железа - 0,005; вода - остальное. К суспензии прибавляют 676 г карбонизированных электрощелоков с массовой долей карбоната натрия 13,75%, массовой долей гидроксида натрия 0,42% и массовой долей хлорида натрия 16,7% и 260,3 г раствора бишофита с массовой долей хлорида магния 32,1%. Смесь перемешивают при 60-75°С в течение полутора часов. Затем к суспензии добавляют 160 г 0,05%-ного водного раствора полиакриламида (0,016% от массы целевого ССМ). Сгущенную часть суспензии фильтруют, осадок промывают от хлоридов и сушат. Получают 472,7 г целевого ССМ, состав которого приведен в таблице 1.

Аналогично осуществляют получение других образцов ССМ, имеющих состав, указанный в описании и формуле, с использованием суспензии шлама содово-каустической очистки, а также растворов карбоната, гидроксида и силиката натрия с иными массовыми концентрациями, указанными выше в описании и формуле. Некоторые примеры составов предлагаемого ССМ и их показатели приведены в таблице 1.

Выход продукта составляет 94-99% от теории в пересчете на исходную соль магния или смеси солей магния.

Полученные по предлагаемому способу синтетические материалы по ряду технических показателей выгодно отличаются от природных сырьевых материалов, обычно используемых в стекловарении, например, в производстве листового стекла. Об этих преимуществах предлагаемого ССМ свидетельствуют данные, представленные в таблице 2.

Все полученные по предлагаемому способу образцы ССМ в порошкообразной и гранулированной форме показали положительные результаты испытаний в качестве заменителей доломита и мела при варке стекла в лабораторных условиях и в стекловаренной печи периодического действия. При использовании предлагаемого ССМ вместо доломита и мела получаются различные виды стекол, имеющие меньшее количество дефектов, и снижаются расходные нормы обесцвечивателей, осветлителей и красителей.

Из представленных примеров следует, что предлагаемый синтетический сырьевой материал для производства стекла характеризуется низким содержанием железа и высокой химической и гранулометрической однородностью, а способ его получения характеризуется простотой и эффективностью, а также использованием доступных и дешевых сырьевых компонентов.

Таблица 1 
Состав и показатели синтетического сырьевого материала (ССМ) для производства стекла 
Состав и показатели ССМ Значения показателей ССМ по примерам 
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 
Массовая доля СаСО 3, % 71,38 71,38 53,55 71,38 66,43 66,58 59,79 71,38 66,75 70,32 
или в пересчете на СаО, % 40,0 40,0 30,0 40,0 37,22 37,30 33,50 40,0 37,40 39,40 
Массовая доля Mg(OH) 2, % 16,32 27,09 8,03 12,12 13,75 13,52 7,25 11,55 27,06 15,41 
или в пересчете на MgO, % 11,27 18,72 5,55 8,37 9,50 9,34 5,01 7,98 18,70 10,65 
Массовая доля MgCO3 ,% 11,19 - - - 14,73 13,97 - - - 13,40 
или в пересчете на MgO, % 5,35 - - 7,04 6,68 6,41 
Массовая доля силиката магния, % - - 35,99 10,03 - - 24,98 11,06 - - 
или в пересчете на MgO, % - - 14,45 1,83 6,27 2,02 
Массовая доля оксида железа Fe2O3, % 0,006 0,02 0,05 0,10 0,01 0,03 0,02 0,04 0,02 0,01 
Массовая доля модифицирующих добавок, % 0,1 0,2 0,10 0,50 0,46 5,0 0,32 0,1 0,44 0,12 
Массовая доля инертных примесей, % 0,8 0,6 0,67 0,90 0,85 0,52 7,28 0,87 3,08 0,29 
Массовая доля воды, % 0,2 0.7 1,61 4,97 3,77 0,38 0,36 5,0 2,65 0,45 
Массовое соотношение оксидов кальция и магния CaO:MgO 2,4:1 2,1:1 1,5:1 3,92:1 2,25:1 2,33:1 2,97:1 4,0:1 2,0:1 2,31:1 


Таблица 2 
Технические характеристики природных сырьевых материалов, карбоната кальция конверсионного и предлагаемого ССМ 
Наименование технического показателя Доломит Мел комовый Карбонат кальция конверсионный Предлагаемый ССМ (типич.) 
комовый марки ДК-18-0,25 мука марки ДМ-19-0,15 
1. Массовая доля окиси кальция СаО, % 29,35 28,09 53,71 51,90 37,0-37,4 
2. Массовая доля окиси магния MgO, % 19,01-21,43 20,95 0,99 0,21 16,2-16,6 
3. Массовая доля двуокиси кремния SiO 2, % 2,27-2,73 2,81 2,88 0,83 0,3-0,81 
4. Массовая доля окиси алюминия Al 2O3, % 0,11 0,01 0,13 0,05 
5 Массовая доля окислов железа в пересчете на Fe 2O3, % 0,16-0,25 0,11 0,16 0,02 0,01-0,05 
6. Массовая доля влаги, % 3,3-7,0 0,08 - 0,27 0,2-0,82 
7. Массовая доля модифицирующих добавок, % нет нет Нет - 0,1-2,0 
8. Массовое соотношение оксидов СаО:MgO 1,36-1,54 1,34 - - 2,2-2,35 
Примечания: 1 Приведены результаты анализа по показателю "массовая доля веществ, нерастворимых в соляной кислоте" для составов ССМ, не содержащих силикат магния. 2 Приведены результаты анализа для составов ССМ, не содержащих силикат магния. 






ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Синтетический сырьевой материал для производства стекла, включающий соединения кальция и магния, отличающийся тем, что синтетический сырьевой материал представляет собой однородную смесь химически соосажденных карбоната кальция, гидроксида магния, и/или карбоната магния, и/или силиката магния и модифицирующих добавок при следующем массовом содержании компонентов, мас.%:

карбонат кальция в пересчете на СаО 30,0-40,0 
гидроксид магния, и/или карбонат магния, 
и/или силикат магния в пересчете на MgO 10,0-20,0 
железо в пересчете на Fe 2O3 0,003-0,10 
модифицирующие добавки 0-5,0 
вода и инертные примеси 0,3-8,0, 


причем массовое соотношение соединений кальция и магния в продукте в пересчете на оксиды кальция и магния находится в пределах CaO:MgO=(1,5-4,0):1,0, преимущественно в пределах CaO:MgO=(2,0-2,5):1,0.

2. Способ получения синтетического сырьевого материала для производства стекла по п.1, отличающийся тем, что взаимодействие водного раствора соли или солей магния с водным раствором гидроксида, и/или карбоната, и/или силиката натрия осуществляют в присутствии водной суспензии химически соосажденных карбоната кальция, гидроксида и/или карбоната магния и модифицирующих добавок при температуре в пределах 20-100°С и атмосферном давлении или избыточном давлении в пределах 0,05-0,7 ати с последующим фильтрованием, промывкой, сушкой и, возможно, измельчением или грануляцией продукта, осуществляемыми известными способами.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что взаимодействие водного раствора соли или солей магния с водным раствором гидроксида, и/или карбоната, и/или силиката натрия осуществляют при температуре в пределах 25-70°С и атмосферном давлении.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве водного раствора карбоната натрия используют водный раствор с массовой долей карбоната натрия в пределах 10-25%.

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве водного раствора карбоната и гидроксида натрия используют карбонизированные электрощелока с массовой долей карбоната натрия в пределах 10-14%, массовой долей хлорида натрия в пределах 10-18% и массовой долей гидроксида натрия в пределах 0,2-3,0%.

6. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве водного раствора гидроксида натрия используют электрощелока с массовой долей гидроксида натрия в пределах 10,0-18,0% и массовой долей хлорида натрия в пределах 10,0-18,0%.

7. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве водного раствора силиката натрия используют раствор пятиводного или девятиводного метасиликата натрия с массовой долей метасиликата натрия в пределах 10-25%.

8. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве водного раствора силиката натрия используют натриевое жидкое стекло с силикатным модулем в пределах 1,5-4,0, преимущественно в пределах 2,0-3,0, и массовой долей диоксида кремния в пределах 18-35%.

9. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве водной суспензии химически соосажденных карбоната кальция, гидроксида и/или карбоната магния используют суспензию шлама, образующуюся при содово-каустической очистке рассола хлорида натрия от ионов кальция и магния.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что в качестве суспензии шлама, образующейся при содово-каустической очистке рассола хлорида натрия от ионов кальция и магния, используют сгущенную суспензию химически соосажденных карбоната кальция, гидроксида и/или карбоната магния в водном растворе хлорида натрия при следующем массовом соотношении компонентов, мас.%:

карбонат кальция СаСО3 20,0-35,0 
гидроксид магния и/или 
карбонат магния в пересчете на Mg(OH)2 3,0-8,0 
хлорид натрия 14,0-20,0 
вода и инертные примеси остальное 


11. Способ по п.2, отличающийся тем, что часть модифицирующих добавок вводят в виде водных растворов, и/или паст, и/или в твердом виде перед сушкой и/или измельчением или грануляцией целевого продукта.

12. Способ по любому из пп.2-11, отличающийся тем, что перед фильтрованием получаемой водно-солевой суспензии целевого продукта в нее вводят полиакриламидный флокулянт в количестве 0,01-0,15% от массы целевого продукта.