Строительные статьи

Повышение эффективности производства Жидкого стекла

Жидкое стекло считается перспективным связую­щим материалом, отличающимся относительно низкой стоимостью и экологической чистотой.

Матер паты, необходимые для производства жидко­го стекла. подразделяются на две группы: материалы на основе кремнистых соединений: щелочи и соли щелоч­ных соединений. К нежелательным примесям в исход­ных материалах относятся окислы шелочно-земельны металлов.

К первой группе материалов относятся кварцевые пески, кварц и кремнезем. В России имеются залежи достаточно чистых кварцевых песков, пригодных для получения жидкого стекла, соответствующего требова­ниям ГОСТ 13078—8). В зависимости от назначения жид­кого стекла можно использовать пески местных карь­еров в природном состоянии или после обогащения.

Процесс обогащения песков при гидронамыве мож­но проводить непосредственно в карьере. При произ­водстве силикатного связующего для гранулированных утеплителей типа Бисипор (торговая марка) допускается применение кварцевых песков с содержанием примесей до 25—30*? При варке примеси полностью не растворя­ются. остаются в виде включений в расплаве и играют роль наполнителей при производстве утеплителя.

В природе встречаются кварцевые горные породы. Кварц — один из самых распространенных минералов. Встречается в кислых вулканических и плутонических породах и метаморфических, в виде обломочных зерен в осадочных образованиях. Небольшое содержание примесей обусловливает возможность использования кварца в качестве исходного сырья. Однако высокая твердость кварца и связанные с этим затраты на его из­мельчение ограничивают его применение для получе­ния жидкого стекла.

Кремнезем относится к аморфным породам и встре­чается в природе в виде трепела, диатомита и инфузори - та. Из-за наличия примесей применение этих пород для производства жидкого стекла, соответствующего ГОСТу ограничено, но хля производства утеплителей возможно.

Кроме природных кремиийсодержащих материалов для производства жидкого стекла могут использоваться отходы и попутные продукты промышленности. В зави­симости от назначения жидкого стекла применение этих продуктов дифференцировано. Например, в хвостохра - нилише одного из ГОКов ежегодно поступает более 20 млн т кварцевого песка (Si02 > 805с) с модулем круп­ности менее 1.0. Из такого кварцевого песка можно про­изводить жидкое стекло для утеплителя. Хвосты комби­ната «Фосфорит», содержащие. Sr: кварца - 96.3; поле­вого шпата - 0.63: кальцита — 0.5; фосфорита — 1.6; руд­ных минералов — 1.1 при модуле крупности чуть более 0. J4. также пригодны для производства жидкого стекла.

Около S05c электроэнергии, вырабатываемой в на­шей стране, приходится на долю тепловых электростан­ций. сжигающих твердое миогозольное топливо. В за­висимости от вида топлива, степени измельчения и способа сжигания угля дисперсность, плотность, фор­ма частиц, а также химический состав шлаков и зол колеблются в больших пределах. В настоящее время ко­личество шлаков и золы составляют сотни миллионов тонн. Шлаки и золы при содержании SiO? более 70% можно использовать для получения связующего мате­риала хля последующей переработки в утеплитель.

Ко второй группе материалов хля производства жидкого стекла относится сода, поташ, сульфат натрия, едкий натр, едкий калий. Сода, едкий натр наиболее широко используются при производстве натриевого жидкого стекла. Их выпуск освоен промышленностью. В природе имеются большие запасы сульфата натрия (мирабилита). Жидкая щелочь также выпускается про­мышленностью и является попутным продуктом при производстве поли хлоридов.

Наибольшее распространение ори производстве жидкого стекла получил дуплекс-процесс. На первой стадии в специальных стекловарочных печах при тем­пературе выше *1200°С получают промежуточный про­дукт — силикат-глыбу. Затем этот материал переводят в жидкое состояние, растворяя в специальных вращаю­щихся автоклавах при повышенной (115—150°С) темпе­ратуре и давлении 5—8 атм.

Технология производства жидкого стекла дуплекс- процессом. несмотря на отлаженность, обладает рядом недостатков: высокой энергоемкостью процесса: нали­чием двух стадий производства: длительностью и трудо­емкостью процесса: значительными эксплуатацией и чи затратами из-за высокой стоимости стекловаренных печей и их ремонта.

По другой схеме жидкое стекло получают растворе­нием кремнинсодержашего материала п растворе щело­чи в гидротермальных условиях. В зависимости от вида кремнийсодержашего материала условия получения жидкого стекла могут быть различными. Так. при при­менении аморфного и аморфизироианного тонкоди­сперсного кремнезема жидкое стекло может быть по­лучено при температурах до Ю0°С и интенсивном перемешивании раствора. Для растворения кварцевого песка наиболее подходящими являются температуры 180—230°С при давлении насыщенного пара.

Технологический процесс производства жидкого стекла состоит из подготовки щелочи и кремнийсодер - жащего материала, дозирования и приготовления сус­пензии. синтеза и отстаивания жидкого стекла.

Реакция растворения кремнезема в шел очи протека­ет по уравнению:

М Si02+ 2ROH + пН20= М SiO, R20(N+1)H20,

Где М = (Si02)/(R20) К - модуль жидкого стекла: К-1.0323 хля натриевого жидкого стекла.

Интенсивность процесса получения жидкого стекла зависит от величин движущей силы, константы скоро­сти и поверхности соприкосновения фаз. Рассмотрим пути увеличения этих величин. Увеличения движущей силы процесса можно достигнуть увеличением концен­трации щелочи: повышением давления: регулировани­ем температуры процесса; отводом продуктов реакции из реакционного объема.

Увеличение константы сокрости процесса достига­ется повышением температуры, применением катали­заторов. усилением перемешивания. Растворение ин­тенсифицируется увеличен lie м межфазной иоверхиос - ти. раиной поверхности кремнезема. Для этого измель­чают кремнийсодержашие материалы.

В ФРГ (патенты №№ 3500649. 3515288) для интен­сификации процесса исходную шихту берут с более чем 100%-ным избытком измельченного кварцевого песка. Процесс ведут при нагреве до 160— 190°С и давлении 8—12 атм в автоклаве. Полученный полупродукт с большой плотностью и вязкостью сбрасывают и другой сосуд с водой. При перемешивании с водой получают жидкое стекло требуемой плотности, а из­быток песка, осевший на стенках второго сосуда, используют в повторном цикле. Но этот способ имеет ряд недостатков. Из-за балласта постоянно цирку­лирующего кварцевого песка увеличивается расход энергии. Снижается скорость растворения из-за вне­сения готового силиката в автоклав вместе с из­быточным песком.

На ряде заводов бывшего СССР применялся способ получения жидкого стекла из тонкоизмельченного кварцевого песка и щелочного раствора и автоклаве при температуре 210—215ЙС. давлении 20—25 атм. Продол­жительность выдержки при этом давлении составляла 2.5 ч. Кроме того, слив жидкого стекла проводили по необогреваемой трассе, что приводило к налипанию жидкого силиката на стенки сливного оборудования из - за большого перепаза температур. Это в свою очередь ухуд ш аз о в ы грузку жид ко го сте кл а и з а вто кл а ва.

Чтобы снизить энергозатраты и повысить произво­дительность оборудования для получения жидкого стекла, была усовершенствована технология процесса с учетом отмеченных выше путей интенсификации |1 j. В таблице приведены результаты различных способов получения жидкого стекла в автоклаве объемом 1.8 м В варках использовался тонкоизмельченныи кварцевый песок с удельной поверхностью 5000 см-Д.

В предложенной технологии увеличены концентра­ция щелочи, скорость нагрева суспензии, установлена оптимальная продолжительность варки по показателю рН жидкого стекла, выполнен подогрев трассы слива. Это обеспечило повышение производительности в 5-6 раз и снизило энергозатраты по сравнению с традици­онной технологией в 2.7—3.S раза.

Литература

1. Патент РФ N9 2067791 «'Способ получения жидкого стекла» Б И № 28.1996.

Российская конференция по проблемам бетона и железобетона

Организаторы конференции PHT0 строителей Госстрой России, ассоциация ■•Железобетон». При участии Комплекса архитектуры строительства, реконструкции и развития Москвы. Министерства строительства Московской области РОИС. ГП «Мосстройсертификзция». НИИЖБ. РИА МГСУ ВЯИИЖелезобетон

Практические семинары конференции: «Системы управления качеством продукции на предприятиях строй индустрии на основе стандартов серии ISO 9000» - «Применение химических добавок-модификаторов для повышения качества бетона и бетонных смесей» • «Проектирование составов бетона с учетом условий среды эксплуатации» • «Контроль качества бетонных работ на стройплощадке» ■ «Совершенствование технологии натяжения арматуры» • «Энергосбережение на предприятиях сборного железобетона» - «Всесезонное ведение монолитного строительства» В рамках конференции будут проведены:

Тематическая выставка - Конкурс на лучшую разработку последних пет в области бетона и железобетона.

Дополнительную информацию о конференции, выставке и нон курсе можно получить в оргкомитете 109428. Москва. Рязанский проспект. 61 НИИЖБ. ассоциация «Железобетон». АНО «<НИИЖБ-ФОРУМ» Телефон/факс (095) 174-75-11,174-75-14 E-mail Niizhblorum@comail. ru

-zo-PM/rmnwAZ. z/ts/t it x-p? ms7>?in Тычевмз*

Ж. С. БЕЛЯКОВА, инженер. Е. Г. ВЕЛИЧКО, д-р техн. наук. (ВНИИжелезобетон). А. Г. КОМАР, д-р техн. наук, академик РААСН (МИКХиС)