Сырьевой концентрат для производства стекла и керамики и способ его получения
Патент 2197440
Авторы
Классы МПК
Сырьевой концентрат для производства стекла и керамики и способ его получения
Реферат
Изобретение относится к стекольной и керамической промышленности. Сырьевой концентрат содержит гранулы, включающие частицы кремнезема, покрытые силикатами натрия и калия, и боросодержащие частицы при следующем соотношении компонентов, мас. %: частицы кремнезема 90-98, боросодержащие частицы 2-10. 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 (3-4): 1, сушки и термообработки до получения порошка при 573-620oС. Полученный порошок смешивают с раствором боросодержащего компонента, сушат при 100-150oС и обжигают при 250-400oС. Техническая задача изобретения - ускорение процессов варки и осветления стекломассы, увеличение ее удельного съема. 2 с.п.ф-лы, 3 ил., 4 табл.
Изобретение относится к стекольной и керамической промышленности, а именно к сырьевым материалам, используемым при производстве стекла и керамики.
Варка стекла представляет собой сложный процесс превращения механической смеси сырьевых материалов, претерпевающей сложные физико-химические взаимодействия компонентов, в расплав стекломассы. Одной из составных частей шихты для варки стекла, кроме песка, являются оксиды натрия и калия, которые традиционно вводятся в стекломассу через кальцинированную соду и поташ. Технология стекловарения с использованием указанных материалов имеет известные определенные недостатки. Кроме того, они являются довольно дефицитными и сравнительно дорогими. Другой составной частью шихты является борный ангидрид, который вводится в шихту через борную кислоту и буру. Борный ангидрид придает стеклу ряд ценных свойств, например повышает его термостойкость, механические и оптические свойства, улучшает осветление и скорость провара стекломассы. Однако борный ангидрид и бура являются очень летучими соединениями, что затрудняет процесс стекловарения. Известен сырьевой концентрат и способ его приготовления, который представляет собой скопление или агломерат частиц кремнезема и крупиц других составляющих шихты, приваренных друг к другу силикатом одного или нескольких щелочных металлов (патент Великобритании 1459930, кл. С 03 В 1/00, 1976). Способ осуществляют в кипящем слое, он требует сложного аппаратурного оформления. Контакт реагентов осуществляют при температуре не ниже 320 градусов Цельсия при соотношении SiO2/R2O=5:1 или 5:3. Наиболее близким к предложенному сырьевому концентрату и способу его получения является концентрат для производства стекла и керамики, содержащий гранулы, включающие частицы кремнезема, покрытые силикатами натрия и калия, плотность которого составляет 0,8-0,95 г/см, а размер гранул - до 0,2 мм (патент RU 2152363, кл. С 03 В 1/00, 2000). Сырьевой концентрат получают смешиванием кремнезема с гидроксидами натрия и калия при их соотношении (3-4):1, сушкой смеси при температуре 100-200oС с выдержкой в течение 1 часа и термообработкой при 350-550oС. Недостатком указанного концентрата является небольшое количество компонентов, входящее в него, невозможность варки боросиликатного стекла без применения улетучивающегося борного ангидрида. Техническим результатом изобретения является ускорение процессов варки и осветления стекломассы, увеличение ее удельного объема за счет введения борного ангидрида в состав концентрата, увеличение химической активности концентрата. Поставленная цель достигается тем, что в сырьевом концентрате для производства стекла и керамики, содержащем гранулы, включающие частицы кремнезема, покрытые силикатами натрия и калия, плотность которого составляет 0,8-0,95 г/см и размер гранул до 0,2 мм, гранулы дополнительно содержат боросодержащие частицы при следующем соотношении компонентов, мас.%: частицы кремнезема 90-98, боросодержащие частицы 2-10. Цель достигается также тем, что в способе получения сырьевого концентрата для производства стекла и керамики путем смешивания частиц кремнезема с гидроксидами натрия и калия при их соотношении (3-4):1, сушки и термообработки до получения порошка, полученный порошок смешивают с раствором боросодержащих компонентов при следующем соотношении компонентов, мас.%: частицы кремнезема 90-98, боросодержащие частицы 2-10. Смесь сушат при 100-150oС и обжигают при 250-400oС, а термообработку частиц кремнезема с гидроксидами натрия и калия осуществляют при 573-620oС. Для получения сырьевого концентрата по данному изобретению использовали чистые стекольные сырьевые материалы: кварцевый песок Раменского месторождения, борную кислоту марки "Б", применяемые на ОАО "Курский завод медицинского стекла" и натрийсодержащий компонент - гидроксид натрия технический, калийсодержащий компонент - гидроксид калия марки "Ч". Ниже приведен конкретный пример выполнения предложенного способа и получения сырьевого концентрата. Полученный концентрат использовали для варки медицинского стекла следующего состава, мас.%: SiО2 70-74, В2О3 4-7, Na2O 5-7, К2О 1-2. Предварительный состав шихты для получения борно-натриево-калиевого кремнеземистого концентрата следующий, мас.%. Кварцевый песок - 83,6 Борная кислота - 12,2 Натрийсодержащий компонент - 22,1 Калийсодержащий компонент - 2,5 В соответствии с предложенным составом шихты получен натриево-калиево-кремнеземистый концентрат. Способ и параметры получения приведены в таблице 1. Температура обжига 600oС обусловлена полиморфным переходом низкотемпературного кварца в высокотемпературный кварц при 573oС. При нагревании материала до 600oС, изотермической выдержке при этой температуре и последующем охлаждении происходит растрескивание кварцевого зерна, что дополнительно увеличивает его активность. Дериватографические исследования проведены на дериватографе ОД-фирмы "МОМ"(Венгрия). Навеску материала в количестве 0,4-0,8 г тщательно измельчали и засыпали, при незначительном уплотнении, в платиновый или корундовый тигель. В качестве инертного вещества использовали а-А12О3, предварительно прокаленную при 1250oС в течение 3 часов. Температуру в печном пространстве измеряли Pt/Pt-Rh термопарами. Подъем температуры проводили со скоростью 10oС/мин. Проведенные дериватографические исследования показали, что при нагревании натриево-калиево-кремнеземистого концентрата от 20 до 600oС происходит уменьшение массы на 8%. Эндоэффект с максимумом при температуре 190oС характеризует удаление влаги из концентрата. Слабые эндотермические эффекты в интервале температуры 250-374oС соответствуют плавлению щелочных компонентов, присутствующих в концентрате. Кривые дифференциально-термического и термогравиметрического анализа, натриево-калиево-кремнеземистого концентрата, представлены на фиг.1. Гранулометрический состав концентрата приведен в табл. 2. Для сравнения приведен Гранулометрический состав исходного кварцевого песка, который применяется в производстве стекла Курским заводом медицинского стекла. С целью доказательства растрескивания зерен кварца при нагревании - охлаждении произведено определение гранулометрического состава кварцевого песка, выделенного из натриево-калиевого концентрата. Как видно из таблицы 2, в кварцевом песке, выделенном из концентрата, снижено содержание фракции от 0,315 мм до 0,63 мм и увеличено количество более мелких фракций, что подтверждает разрушение зерен кварца при нагревании-охлаждении. Рентгено-фазовый анализ был проведен на дифрактометре ДРОН 2,0 (НПО "Буревестник", Ленинград), методом порошков. Условия съемки: антикатод - медный, излучение - Ка, фильтр - Ni, первая щель, ограничивающая рентгеновский пучок - 10х1 мм, вторая - 6х1 мм, щель у счетчика 0,25х10 мм, вращение счетчика - 4 град. /мин, протяжка диаграмной ленты - 1440 мм/час. На второй стадии получен боро-натриево-калиево-кремнеземистый концентрат. Способ получения и состав концентрата приведен в таблице 3. По данным рентгено-фазового анализа минералогический состав натриево-калиево-кремнеземистого и боро-натриево-калиево-кремнеземистого концентрата представлен низкотемпературной модификацией кварца. В боро-натриево-калиево-кремнеземистом концентрате присутствует стекловидная фаза. Рентгеновские порошковые дифрактограммы обоих концентратов представлены на фиг.2 и 3. Расчетный химический состав концентрата приведен в таблице 4. Плотность сырьевого концентрата 0,85 г/см, размер гранул - до 0,2 мм. В результате получения боро-натриево-калиево-кремнеземистого концентрата снижается летучесть борного ангидрида из стекломассы, концентрат является однородным, нетоксичным, негигроскопичным продуктом. При получении концентрата происходит растрескивание зерен кварца, что приводит к увеличению его химической активности. При обжиге шихты концентрата происходит уменьшение содержания фракции кварцевого песка менее 0,14 мм, что обуславливает агрегацию мелких частиц в более крупные и положительно сказывается на технологии варки стекла.Формула изобретения
1. Сырьевой концентрат для производства стекла и керамики, содержащий гранулы, включающие частицы кремнезема, покрытые силикатами натрия и калия, плотность которого составляет 0,8-0,95 г/см и размер гранул до 0,2 мм, отличающийся тем, что гранулы дополнительно содержат боросодержащие частицы при следующем соотношении компонентов, мас. %: Частицы кремнезема - 90-98 Боросодержащие частицы - 2-10 2. Способ получения сырьевого концентрата для производства стекла и керамики путем смешивания частиц кремнезема с гидроксидами натрия и калия при их соотношении (3-4): 1, сушки и термообработки до получения порошка, отличающийся тем, что полученный порошок смешивают с раствором боросодержащих компонентов при следующем соотношении компонентов, мас. %: Частицы кремнезема - 90-98 Боросодержащие частицы - 2-10 сушат при 100-150oС и обжигают при 250-400oС, а термообработку частиц кремнезема с гидроксидами натрия и калия осуществляют при 573-620oС.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7