[go: up one dir, main page]

RU2448902C1 - Method of making solid hydrosilicate gel - Google Patents

Method of making solid hydrosilicate gel Download PDF

Info

Publication number
RU2448902C1
RU2448902C1 RU2010138880/05A RU2010138880A RU2448902C1 RU 2448902 C1 RU2448902 C1 RU 2448902C1 RU 2010138880/05 A RU2010138880/05 A RU 2010138880/05A RU 2010138880 A RU2010138880 A RU 2010138880A RU 2448902 C1 RU2448902 C1 RU 2448902C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sand
temperature
solid
gel
hydrosilicate
Prior art date
Application number
RU2010138880/05A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010138880A (en
Inventor
Илларион Арнольдович ЭЙНЕ (UA)
Илларион Арнольдович Эйне
Original Assignee
Илларион Арнольдович Эйне
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Илларион Арнольдович Эйне filed Critical Илларион Арнольдович Эйне
Publication of RU2010138880A publication Critical patent/RU2010138880A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2448902C1 publication Critical patent/RU2448902C1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/20Silicates
    • C01B33/32Alkali metal silicates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/18Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing mixtures of the silica-lime type
    • C04B28/182Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing mixtures of the silica-lime type based on calcium silicate forming mixtures not containing lime or lime producing ingredients, e.g. waterglass based mixtures heated with a calcium salt
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/24Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing alkyl, ammonium or metal silicates; containing silica sols
    • C04B28/26Silicates of the alkali metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K21/00Fireproofing materials
    • C09K21/02Inorganic materials

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)
  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to making solid gels based on complex mixtures of hydrosilicates of alkali metals. Porous silica material, which contains not less than 70 wt % amorphous SiO2 is crushed until silica sand is obtained. The sand and the air-dried granular caustic alkali are then fed into a reactor having a switched on mixer and then stirred until a hot viscous semi-finished product is obtained. The semi-finished product is loaded into containers and held therein with gradual natural cooling to ambient temperature until a mature solid hydrosilicate gel is obtained.
EFFECT: simple equipment used in the process and less need for external heat sources.
7 cl, 4 tbl

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к изготовлению твердых гелей на основе сложных смесей гидросиликатов щелочных металлов, которые получают путем обработки едкой щелочью подходящего сырья, содержащего аморфный диоксид кремния.The invention relates to the manufacture of solid gels based on complex mixtures of alkali metal hydrosilicates, which are obtained by treatment with caustic alkali of suitable raw materials containing amorphous silicon dioxide.

Такие гели могут быть обычно использованы:Such gels can usually be used:

а) после дробления и разбавления водой до требуемой вязкости - как минеральные клеи или компоненты органоминеральных клеев для изготовления разнообразных практически негорючих композиционных материалов;a) after crushing and dilution with water to the required viscosity - as mineral adhesives or components of organomineral adhesives for the manufacture of a variety of practically non-combustible composite materials;

б) после гранулирования и сушки - как сырье для изготовления нагреванием и вспучиванием засыпных теплоизоляционных материалов, основы искусственного грунта для выращивания растений и высокопористых заполнителей легких бетонов;b) after granulation and drying - as raw materials for the manufacture by heating and swelling of heat-insulating filling materials, the basis of artificial soil for growing plants and highly porous aggregates of lightweight concrete;

в) после тонкого измельчения гранул в порошок (преимущественно со средним размером частиц от 20 до 100 мкм) - как ускорители схватывания цементных композиций, сырье для формирования огнестойких покрытий на деталях зданий и инженерных сооружений и наполнители полимерных композиций.c) after fine grinding of granules into powder (mainly with an average particle size of 20 to 100 microns) - as accelerators for setting cement compositions, raw materials for the formation of fire-resistant coatings on the details of buildings and engineering structures, and fillers of polymer compositions.

Уровень техникиState of the art

Гелеобразные гидросиликатные материалы известны настолько давно, что сведения о них и об основных процессах их изготовления уже вошли в справочники.Gel-like hydrosilicate materials have been known for so long that information about them and the basic processes for their manufacture are already included in the directories.

Например, общеизвестно «жидкое стекло» (Краткая химическая энциклопедия. - М.: Издательство "Советская Энциклопедия", т.4, 1965, с.1037-1038).For example, the well-known "liquid glass" (Brief chemical encyclopedia. - M .: Publishing house "Soviet Encyclopedia", t.4, 1965, p.1037-1038).

Его основой служит твердое "растворимое стекло", которое представляет собой смесь гидросиликатов щелочных металлов общей формулы R2О·mSiO2, где R2O - оксид натрия и/или калия, а силикатный модуль (число m) обычно составляет от 2,0 до 4,5.It is based on solid "soluble glass", which is a mixture of alkali metal hydrosilicates of the general formula R 2 O · mSiO 2 , where R 2 O is sodium and / or potassium oxide, and the silicate module (number m) is usually from 2.0 up to 4.5.

Твердое растворимое стекло получают плавлением при 1100-1400°С смеси кварцевого песка, основой которого служит кристаллический SiО2, с содой и/или сульфатом натрия. При плавлении SiO2 переходит в аморфное состояние, которое закрепляется при образовании указанных силикатов. Продукт имеет вид силикат-глыбы, если расплав был охлажден в массе, или силикат-гранулята, если расплав был быстро охлажден в проточной воде и растрескался на зерна. Жидкое стекло получают, измельчая твердое растворимое стекло и перемешивая его с водой.Solid soluble glass is obtained by melting at 1100-1400 ° C a mixture of silica sand, the basis of which is crystalline SiO 2 , with soda and / or sodium sulfate. During melting, SiO 2 passes into an amorphous state, which is fixed during the formation of these silicates. The product has the form of a silicate block if the melt was cooled in bulk, or silicate granulate if the melt was quickly cooled in running water and cracked into grains. Liquid glass is obtained by grinding solid soluble glass and mixing it with water.

Понятно, что высокотемпературный процесс получения твердого растворимого стекла как основы жидкого стекла энергетически не выгоден.It is clear that the high-temperature process for producing solid soluble glass as the basis of liquid glass is not energetically favorable.

Поэтому жидкое стекло чаще изготовляют из сырья на основе аморфного SiО2. Его обрабатывают в автоклавах при температуре около 200°С растворами едких щелочей с прямым получением коллоидного раствора гидросиликатов натрия (см. вышеуказанную статью в «краткой химической энциклопедии»).Therefore, liquid glass is often made from raw materials based on amorphous SiO 2 . It is treated in autoclaves at a temperature of about 200 ° C with caustic alkali solutions with the direct preparation of a colloidal solution of sodium hydrosilicates (see the above article in the “brief chemical encyclopedia”).

Характерное для «мокрого» процесса снижение температуры обработки существенно снижает затраты энергии и удешевляет жидкое стекло.A decrease in the processing temperature, characteristic of a “wet” process, significantly reduces energy costs and reduces the cost of liquid glass.

К сожалению, растворимость гидросиликатов щелочных металлов в воде снижается, если в сырье наряду с аморфным SiО2 присутствуют примеси оксидов других металлов, например 1,0-1,35% Аl2O3+Fе2О3 и 0,4-0,6% СаО (Куколев Г.В. «Химия кремния и физическая химия силикатов». - М.: Издательство «Высшая школа», 1966, с.164).Unfortunately, the solubility of alkali metal hydrosilicates in water is reduced if, in addition to amorphous SiO 2 , impurities of other metal oxides are present in the feed, for example, 1.0-1.35% Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 and 0.4-0, 6% CaO (GV Kukolev “Silicon chemistry and physical chemistry of silicates.” - M.: Higher School Publishing House, 1966, p.164).

Поэтому базой для «мокрого» производства жидкого стекла служат редкие месторождения кремнеземистого сырья, которое содержит более 98.0% аморфного SiO2.Therefore, the basis for the "wet" production of liquid glass are rare deposits of siliceous raw materials, which contain more than 98.0% of amorphous SiO 2 .

Кроме того, композиционные материалы на основе жидкого стекла гигроскопичны и потому нестойки во влажной среде, а в сухой газовой среде растрескиваются тем легче, чем меньше в них концентрация армирующих заполнителей.In addition, composite materials based on liquid glass are hygroscopic and therefore unstable in a humid environment, and in a dry gas environment they crack more easily, the lower the concentration of reinforcing aggregates in them.

Далее, цементные растворы на основе жидкого стекла, широко используемые в городском хозяйстве для тампонирования прорывов водопроводов и заполнения промоин, имеют крайне малую, исчисляемую несколькими минутами жизнеспособность.Further, liquid glass-based cement slurries, widely used in municipal services for plugging water breakthroughs and filling gaps, have an extremely small viability of several minutes.

И, наконец, вода в жидком стекле служит только дисперсионной средой, легко удаляется из него при сушке и потому не влияет на огнестойкость клееных изделий.And finally, water in liquid glass serves only as a dispersion medium, is easily removed from it during drying and therefore does not affect the fire resistance of glued products.

Поэтому разработка простых и экономичных способов изготовления более совершенных гидросиликатных гелей из сырья с относительно низкой концентрацией аморфного SiО2 остается актуальной проблемой.Therefore, the development of simple and economical methods for the manufacture of more advanced hydrosilicate gels from raw materials with a relatively low concentration of amorphous SiO 2 remains an urgent problem.

Ряд шагов на пути ее решения уже сделан.A number of steps towards its solution have already been taken.

Так, в DA Patent №3802 описан способ изготовления гидросиликатного геля, включающий измельчение кремнеземистого сырья, которое содержит не менее 85% аморфного SiO2, в мелкозернистую массу и обработку этой массы каустической содой в среде насыщенного водяного пара при температуре 80-100°С в течение 20-60 мин.So, in DA Patent No. 3802 describes a method of manufacturing a hydrosilicate gel, including grinding a siliceous feed, which contains at least 85% amorphous SiO 2 , into a fine-grained mass and treating this mass with caustic soda in a medium of saturated water vapor at a temperature of 80-100 ° C in within 20-60 minutes

Продукт этого способа, который в расчете на 100 массовых частей (далее - м.ч.) аморфного SiO2 содержит 1-30 м.ч. гидроксида щелочного металла и 30-125 м.ч. воды, малочувствителен к балластным примесям. Он имеет вид липкой массы и способен однократно плавиться, а при нагреве свыше 200°С необратимо отвердевать.The product of this method, which is calculated per 100 mass parts (hereinafter, parts by weight) of amorphous SiO 2, contains 1-30 parts by weight of alkali metal hydroxide and 30-125 mph water, insensitive to ballast impurities. It has the appearance of a sticky mass and is capable of melting once, and when heated above 200 ° C, it hardens irreversibly.

Удельный расход энергии на изготовление такого геля заметно ниже, чем на изготовление жидкого стекла мокрым способом.The specific energy consumption for the manufacture of such a gel is noticeably lower than for the production of liquid glass by the wet method.

Однако каустическая сода, то есть концентрированный (в норме - 48%) водный раствор едкого натра, требует осторожного обращения не только ради безопасности труда, но и для защиты от контакта с воздухом и от переохлаждения.However, caustic soda, that is, a concentrated (normally 48%) aqueous solution of caustic soda, requires careful handling not only for the safety of work, but also to protect it from contact with air and from overcooling.

Действительно, воздух всегда содержит CO2, который легко растворим в воде и способен реагировать с едким натром с образованием неактивного NaHCO3. Поэтому для длительного хранения каустической соды необходимы герметичные резервуары, оснащенные средствами формирования азотной подушки над зеркалом раствора.Indeed, air always contains CO 2 , which is readily soluble in water and able to react with sodium hydroxide to form inactive NaHCO 3 . Therefore, for long-term storage of caustic soda, hermetic tanks equipped with means for forming a nitrogen pad over the solution mirror are needed.

Далее, при температуре ниже +7°С каустическая сода приобретает желеобразную консистенцию, а на дне резервуара образуется плотный осадок NaOH. Такое сырье практически непригодно для перекачки насосами. Поэтому резервуары приходится оснащать теплоизоляцией, нагревателями и средствами перемешивания.Further, at a temperature below + 7 ° C, caustic soda acquires a jelly-like consistency, and a dense precipitate of NaOH forms at the bottom of the tank. Such raw materials are practically unsuitable for pumping. Therefore, the tanks have to be equipped with thermal insulation, heaters and mixing means.

Специалисту понятно, что сказанное выше относится и к едкому кали и что использование дорогого и сложного оборудования для работы с жидкими едкими щелочами существенно усложняет и удорожает осуществление известного способа.The specialist understands that the above applies to potassium hydroxide and that the use of expensive and complex equipment for working with liquid caustic alkalis significantly complicates and increases the cost of implementing the known method.

Мало того, липкость и вязкость гидросиликатного геля, полученного описанным способом, колеблются в весьма широких пределах.Moreover, the stickiness and viscosity of the hydrosilicate gel obtained by the described method vary widely.

Способ изготовления более стабильного твердого гидросиликатного геля известен из международной публикации WO 97/33843 от 18.09.1997. Этот способ включает:A method of manufacturing a more stable solid hydrosilicate gel is known from international publication WO 97/33843 of 09/18/1997. This method includes:

дробление выбранного пористого кремнеземистого сырья, содержащего не менее 70% по массе аморфного SiО2, до получения частиц размером 1,0-2,5 мм,crushing the selected porous silica raw material containing at least 70% by weight of amorphous SiO 2 to obtain particles with a size of 1.0-2.5 mm,

смешивание указанных частиц с водным раствором едкой щелочи,mixing these particles with an aqueous solution of caustic alkali,

пропаривание смеси (насыщенным водяным паром, если указанное сырье было обводнено при приготовлении смеси лишь частично, или нагревом полностью обводненной смеси от внешнего источника тепла до ее насыщения парами воды) при атмосферном давлении, температуре 75-90°С и перемешивании до образования гидросиликатов иsteaming the mixture (saturated water vapor, if the specified raw material was only partially watered during the preparation of the mixture, or by heating the completely watered mixture from an external heat source until it is saturated with water vapor) at atmospheric pressure, a temperature of 75-90 ° С and stirring until hydrosilicates are formed and

охлаждение пропаренной смеси до комнатной (18-25°С) температуры в течение времени, достаточного для ее перехода в состояние хрупкого гидросиликатного геля.cooling the steamed mixture to room temperature (18-25 ° C) for a time sufficient for it to transition to a brittle hydrosilicate gel state.

Этот твердый гель при нагреве выше 100°С становится пластичным, а при температуре выше 200°С интенсивно вспучивается и необратимо затвердевает.This solid gel when heated above 100 ° C becomes plastic, and at temperatures above 200 ° C it intensely swells and hardens irreversibly.

После дробления и классификации по гранулометрическому составу хрупкий гель пригоден для переработки в теплоизоляционные материалы двух типов, а именно:After crushing and grading according to particle size distribution, a brittle gel is suitable for processing into two types of heat-insulating materials, namely:

во вспученные гранулы, которые получают нагреванием исходных гранул в свободном состоянии при температуре от 200 до 250°С в течение 25-35 мин (для использования продуктов как насыпных утеплителей или заполнителей легких бетонов),into expanded granules, which are obtained by heating the initial granules in a free state at a temperature of from 200 to 250 ° C for 25-35 min (for using products as bulk insulation or aggregates of light concrete),

в блоки или плиты, которые получают вспучиванием массы слипшихся гранул при температуре от 250 до 450°С в течение 2,5-6,0 часов.into blocks or slabs, which are obtained by swelling the mass of adhered granules at a temperature of from 250 to 450 ° C for 2.5-6.0 hours.

Однако описанный выше способ также нуждается в использовании сложных и дорогих средств хранения каустической соды.However, the method described above also requires the use of complex and expensive means of storing caustic soda.

Кроме того, твердый гидросиликатный гель, полученный таким способом, малопригоден как вяжущее и, тем более, как клей, ибо введение заполнителей в высоковязкую массу и гомогенизация смесей затруднены. Особенно остро этот недостаток проявился в попытках создать механически прочные огнестойкие композиционные материалы для защиты деревянных, металлических и иных строительных конструкций от пожаров.In addition, the solid hydrosilicate gel obtained in this way is of little use as an astringent and, especially, as an adhesive, since the introduction of fillers into a highly viscous mass and the homogenization of mixtures are difficult. This drawback was especially acute in attempts to create mechanically durable fire-resistant composite materials to protect wood, metal and other building structures from fires.

Дальнейшие экспериментальные исследования показали, что возможно усиление адгезионной активности и технологических свойств твердых гидросиликатных гелей.Further experimental studies showed that it is possible to enhance the adhesive activity and technological properties of solid hydrosilicate gels.

Так, из международной публикации WO 00/46277 от 10.08.2000 известен способ изготовления твердого гидросиликатного теля, который наиболее близок по технической сущности к предлагаемому далее способу. Известный способ включает:So, from the international publication WO 00/46277 of 08/10/2000, a method for manufacturing a solid hydrosilicate body is known, which is closest in technical essence to the method proposed below. The known method includes:

дробление пористого природного кремнеземистого сырья, содержащего не менее 70% по массе аморфного SiО2, до получения массы частиц, из которых не более 15% имеют поперечник более 10 мм,crushing of porous natural silica raw materials containing at least 70% by weight of amorphous SiO 2 to obtain the mass of particles, of which not more than 15% have a diameter of more than 10 mm,

дозирование указанного сырья и водного раствора едкой щелочи,dosing the specified raw materials and an aqueous solution of caustic alkali,

предварительный нагрев водного раствора едкой щелочи до температуры, близкой к точке кипения воды,preheating an aqueous solution of caustic alkali to a temperature close to the boiling point of water,

смешивание кремнеземистого сырья с подогретым раствором едкой щелочи,mixing siliceous raw materials with a heated solution of caustic alkali,

гомогенизацию реакционной смеси для распределения насыщенного водяного пара во всем ее объеме иhomogenization of the reaction mixture to distribute saturated water vapor in its entire volume and

немедленную выгрузку смеси после ее перехода в вязкоупругое состояние.immediate unloading of the mixture after its transition to a viscoelastic state.

Этим способом получают твердый гель, который содержит смесь гидросиликатов щелочных металлов и от 30 до 40% по массе связанной воды, при этом соотношение масс «дисперсионной» и «гидратной» воды составляет от 5:3 до 4:1. Такой гель является гидросиликатным «реактопластом», которыйIn this way, a solid gel is obtained which contains a mixture of alkali metal hydrosilicates and from 30 to 40% by weight of bound water, and the ratio of the masses of “dispersed” and “hydrated” water is from 5: 3 to 4: 1. Such a gel is a hydrosilicate "thermoset", which

после измельчения пригоден для разбавления водой,after grinding, it is suitable for dilution with water,

способен однократно переходить в вязко-текучее состояние при кратковременном нагреве в интервале температур 45-250°С иable to once go into a viscous-fluid state with short-term heating in the temperature range 45-250 ° C and

необратимо затвердевает при длительном нагреве до температуры более 180°С с разрушением гидратов, предварительным вспучиванием с оплавлением поверхностного слоя и окончательным вспучиванием.irreversibly hardens upon prolonged heating to a temperature of more than 180 ° C with the destruction of hydrates, preliminary expansion with melting of the surface layer and final expansion.

Этот твердый гель особенно эффективен как огнезащитный материал (в том числе в виде композиций, которые удобно приготовлять из водных дисперсий гидросиликатов), что можно объяснить следующим образом.This solid gel is especially effective as a fire retardant material (including in the form of compositions that are conveniently prepared from aqueous dispersions of hydrosilicates), which can be explained as follows.

Экзотермический эффект ощелачивания аморфного SiO2 в частицах раздробленного сырья под действием горячего раствора едкой щелочи обеспечивает практически равномерный разогрев всего объема реакционной массы даже при минимальном перемешивании. Балластные примеси в кремнеземистом сырье способствуют гомогенизации смеси, ибо адсорбируют на себе часть ионов натрия. Охлаждение вязкоупругого полуфабриката после выгрузки обеспечивает связывание практически всей наличной воды в твердом гидрогеле и «растягивает» ощелачивание во времени вплоть до первого контакта огнезащитного материала на основе гидрогеля с пламенем. Удаление связанной воды из гидрогеля требует существенных затрат тепла. Поэтому температура поверхности защищаемого изделия при огневых испытаниях остается на уровне около 100°С тем дольше, чем толще слой огнезащитного материала.The exothermic effect of alkalization of amorphous SiO 2 in the particles of crushed raw materials under the action of a hot solution of caustic alkali provides almost uniform heating of the entire reaction mass even with minimal stirring. Ballast impurities in silica raw materials contribute to the homogenization of the mixture, because they adsorb a portion of the sodium ions. The cooling of the viscoelastic prefabricated product after unloading ensures the binding of almost all the available water in the solid hydrogel and stretches the alkalization in time until the first contact of the flame retardant material based on the hydrogel with the flame. Removing bound water from a hydrogel requires significant heat. Therefore, the surface temperature of the protected product during fire tests remains at about 100 ° C, the longer, the thicker the layer of fire-retardant material.

К сожалению, этот способ изготовления гидросиликатного геля, который наиболее близок по технической сущности к предлагаемому далее способу, также нуждается в сложном и дорогом аппаратурном оформлении, что обусловлено использованием жидких едких щелочей и их нагревом перед смешиванием с кремнеземистым сырьем.Unfortunately, this method of manufacturing a hydrosilicate gel, which is the closest in technical essence to the method proposed below, also requires complex and expensive hardware design, which is due to the use of liquid caustic alkalis and their heating before mixing with silica raw materials.

Краткое изложение сущности изобретенияSummary of the invention

В основу изобретения положена задача изменением порядка и условий подготовки реагентов и ощелачивания кремнеземистого сырья создать существенно более простой и экономичный способ изготовления гидросиликатного геля.The basis of the invention is the task of changing the order and conditions of preparation of the reagents and alkalization of siliceous raw materials to create a significantly simpler and more economical method of manufacturing a hydrosilicate gel.

Поставленная задача решена тем, что предложенный способ включает:The problem is solved in that the proposed method includes:

измельчение пористого кремнеземистого сырья, содержащего не менее 70% по массе аморфного SiO2, до получения кремнеземистого «песка»,grinding porous silica raw materials containing at least 70% by weight of amorphous SiO 2 to obtain siliceous “sand”,

дозирование этого «песка» и воздушно-сухой гранулированной едкой щелочи,dosing of this “sand” and air-dried granular caustic alkali,

их загрузку в реактор с включенной мешалкой и перемешивание, сопровождаемое саморазогреванием, до получения горячего вязкого полуфабриката,loading them into the reactor with the stirrer turned on and mixing, accompanied by self-heating, to obtain a hot viscous cake mix,

выгрузку горячего вязкого полуфабриката в контейнеры иunloading hot viscous semi-finished product in containers and

выдержку этого полуфабриката в контейнерах с постепенным естественным охлаждением до температуры, которая близка к температуре окружающей среды, до получения зрелого твердого гидросиликатного геля.holding this semi-finished product in containers with gradual free cooling to a temperature close to ambient temperature until a mature solid hydrosilicate gel is obtained.

Применение сухой едкой щелочи существенно упрощает аппаратурное оформление процесса и резко снижает потребность во внешних источниках тепла. Действительно, сухой едкий натр или сухое едкое кали в виде гранул или хлопьев можно хранить в герметичных мешках и вводить в процесс, вскрывая мешки непосредственно перед загрузкой щелочи в реактор, а саморазогревание реакционной смеси обеспечивают две одновременно протекающие экзотермические реакции, а именно:The use of dry caustic alkali significantly simplifies the hardware design of the process and dramatically reduces the need for external heat sources. Indeed, dry caustic soda or dry potassium hydroxide in the form of granules or flakes can be stored in sealed bags and introduced into the process by opening the bags immediately before loading the alkali into the reactor, and two exothermic reactions simultaneously provide self-heating of the reaction mixture, namely:

растворение сухой щелочи в воде, присутствующей в кремнеземистом «песке», иdissolving dry alkali in the water present in the siliceous “sand”, and

ощелачивание аморфного диоксида кремния в массе «песчинок».alkalization of amorphous silicon dioxide in the mass of "grains of sand".

Дополнительное отличие состоит в том, что сырье измельчают в «песок» с размером частиц не более 0,5 мм, что облегчает ощелачивание аморфного SiO2.An additional difference is that the raw materials are crushed into “sand” with a particle size of not more than 0.5 mm, which facilitates the alkalization of amorphous SiO 2 .

Следующее дополнительное отличие состоит в том, что влажность кремнеземистого сырья нормализуют. Для этого избыточно влажный кремнеземистый «песок» подсушивают при температуре не выше 100°С до загрузки в реактор, а сухой кремнеземистый «песок» увлажняют, как правило, подачей воды с температурой от 80 до 95°С непосредственно в реактор с включенной мешалкой. Эти меры стабилизируют качество продукта.The following additional difference is that the moisture content of the siliceous feed is normalized. To do this, excessively wet siliceous “sand” is dried at a temperature not exceeding 100 ° C before being loaded into the reactor, and dry siliceous “sand” is moistened, as a rule, by supplying water with a temperature of 80 to 95 ° C directly to the reactor with the mixer turned on. These measures stabilize the quality of the product.

Еще одно дополнительное отличие состоит в том, что твердый гидросиликатный гель измельчают в гранулы размером от 20 мкм до 5,00 мм и сушат эти гранулы при температуре ниже 150°С до потери способности к слипанию. Как правило, гранулы сушат в кипящем слое в потоке воздуха при температуре от 110 до 120°С. Это позволяет неограниченно долго хранить целевой продукт и расширить область его применения.Another additional difference is that the solid hydrosilicate gel is crushed into granules from 20 μm to 5.00 mm in size and these granules are dried at a temperature below 150 ° C until they lose their ability to stick together. Typically, the granules are dried in a fluidized bed in a stream of air at a temperature of from 110 to 120 ° C. This allows you to store the target product indefinitely and expand its scope.

Наилучшие примеры осуществления изобретенияThe best examples of carrying out the invention

Далее сущность изобретения поясняется подробным описанием видов сырья, способа изготовления гидросиликатного геля согласно изобретению и результатами исследований полученных продуктов.Further, the invention is illustrated by a detailed description of the types of raw materials, a method of manufacturing a hydrosilicate gel according to the invention and the results of studies of the obtained products.

Общедоступным сырьем для получения гидросиликатного геля могут служить природные или техногенные минералы, содержащие не менее 70% аморфного SiO2.Public raw materials for the preparation of a hydrosilicate gel can be natural or man-made minerals containing at least 70% amorphous SiO 2 .

Природные кремнеземистые минералы обычно выбраны из группы, состоящей из таких близких по химическому составу осадочных пород, как трепелы, диатомиты, опоки, спонголиты и радиоляриты (см. Иваненко В.Н. Строительные материалы и изделия из кремнистых пород. - Киев: "БУДИВЕЛЬНИК", 1978, с.5).Natural siliceous minerals are usually selected from the group consisting of sedimentary rocks that are close in chemical composition, such as tripoli, diatomites, flasks, spongolites, and radiolarites (see Ivanenko V.N. Building materials and products from siliceous rocks. - Kiev: "BUDYVELNIK" 1978, p. 5).

Данные о природном сырье такого рода в Украине приведены в таблице 1.Data on natural raw materials of this kind in Ukraine are shown in table 1.

Таблица 1Table 1 ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИРОДНОГО КРЕМНЕЗЕМИСТОГО СЫРЬЯCHARACTERISTICS OF NATURAL SILICA RAW MATERIALS Вид сырья и его источникType of raw material and its source ТРЕПЕЛ Коноплянского месторождения, Кировоградская областьTRIPEL Konoplyanskogo deposits, Kirovograd region СПОНГОЛИТ месторождения «Балка мокрая», Донецкая областьSPONGOLIT of the Balka wet field, Donetsk region ТРЕПЕЛ месторождения «Вокзальная гора», Винницкая областьTRIPEL of the Vokzalnaya Gora deposit, Vinnytsia region Показатели качестваQuality indicators УСРЕДНЕННЫЙ ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ СУХОГО МИНЕРАЛА, % ПО МАССЕAVERAGE CHEMICAL COMPOSITION OF DRY MINERAL,% BY MASS аморфный SiO2 amorphous SiO 2 82,1082.10 82,3482.34 90,6190.61 оксид алюминия Аl2О3 alumina Al 2 About 3 5,905.90 7,677.67 0,080.08 оксид железа Fе2О3 iron oxide Fe 2 O 3 3,043.04 2,842.84 3,993.99 оксид кальция СаОcalcium oxide CaO 2,302,30 1,251.25 1,141.14 оксид магния MqOmagnesium oxide MqO 0,650.65 0,740.74 0,880.88 сера (в пересчете на SO3)sulfur (in terms of SO 3 ) 0,060.06 0,230.23 0,330.33 органические примеси (п.п.п.)organic impurities (p.p.p.) 5,705.70 3,723.72 2,762.76 КАРЬЕРНАЯ ВЛАЖНОСТЬ (В ПРОЦЕНТАХ ОТ МАССЫ СУХОГО СЫРЬЯ)CAREER HUMIDITY (PER CENT OF THE MASS OF DRY RAW MATERIALS) 3535 55 2828 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПРИМЕСИ НЕОПРЕДЕЛЕННОГО СОСТАВАMECHANICAL IMPURITIES OF UNCERTAIN COMPOSITION не более 15no more than 15 не более 5no more than 5 не более 20no more than 20

В частности, для экспериментальной проверки осуществимости и эффективности изобретения был использован трепел Коноплянского месторождения.In particular, tripoli of the Konoplyanskoye field was used to experimentally verify the feasibility and effectiveness of the invention.

В качестве техногенного кремнеземистого сырья, содержащего не менее 70% аморфного SiO2, используют отходы ферросплавного производства (microsilica), а именно шламы газоочистных установок производства ферросилиция, которые обычно складируют в отвалах, загрязняющих природную среду.As technogenic siliceous raw materials containing at least 70% amorphous SiO 2 , ferroalloy production wastes (microsilica) are used, namely, sludge from gas treatment plants of ferrosilicon production, which are usually stored in dumps polluting the environment.

В частности, для экспериментальной проверки осуществимости и эффективности изобретения были использованы отходы Стахановского ферросплавного завода (Украина). Их состав и некоторые другие данные указаны в таблице 2.In particular, for experimental verification of the feasibility and effectiveness of the invention, waste from the Stakhanov Ferroalloy Plant (Ukraine) was used. Their composition and some other data are shown in table 2.

Таблица 2table 2 ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕХНОГЕННОГО КРЕМНЕЗЕМИСТОГО СЫРЬЯCHARACTERISTICS OF TECHNOGENIC SILICA RAW MATERIALS СОДЕРЖАНИЕ, % ПО МАССЕ В РАСЧЕТЕ НА СУХОЕ СЫРЬЕCONTENT,% BY MASS, CALCULATED ON DRY RAW MATERIAL аморфный SiO2 amorphous SiO 2 89,9089.90 оксид алюминия Аl2О3 alumina Al 2 About 3 0,960.96 оксид железа Fe2O3 iron oxide Fe 2 O 3 1,511.51 оксид кальция CаОcalcium oxide CaO 0,730.73 оксид магния МgОmagnesium oxide MgO 1,251.25 оксид натрия Na2Osodium oxide Na 2 O 0,680.68 оксид калия K2Opotassium oxide K 2 O 0,970.97 ионы хлораchlorine ions 0,0350,035 связанный углеродbonded carbon 1,101.10 сера (в пересчете на S2O3)sulfur (in terms of S 2 O 3 ) 0,990.99 органические примеси (п.п.п., то есть потери при прокаливании)organic impurities (p.p.p., i.e. loss on ignition) 2,552,55 средняя влажность на заводе, % по массеthe average humidity in the plant,% by weight 32,832.8 насыпная плотность, кг/м3 bulk density, kg / m 3 650±50650 ± 50

Предложенный способ осуществляют следующим образом. На первом этапе пористое кремнеземистое сырье, содержащее не менее 70% по массе аморфного SiО2, (в частности, указанный трепел или указанные отходы ферросплавного производства) дробят, например, на щековой дробилке и далее измельчают до кремнеземистого «песка».The proposed method is as follows. At the first stage, a porous silica raw material containing at least 70% by weight of amorphous SiO 2 (in particular, said tripoli or said ferroalloy waste) is crushed, for example, on a jaw crusher and then crushed to siliceous “sand”.

Желательно, чтобы средний размер «песчинок» не превышал 0,5 мм.It is desirable that the average size of "grains of sand" does not exceed 0.5 mm.

Переходящий запас кремнеземистого «песка» хранят в подходящей металлической или полимерной таре.A carryover stock of siliceous “sand” is stored in a suitable metal or polymer container.

Для получения гидросиликатного геля используют теплоизолированный реактор с мешалкой, оснащенный дозаторами кремнеземистого «песка» и подогретой воды и люком для загрузки сухой едкой щелочи. Кроме того, реактор может быть оснащен регулируемым нагревателем (например, в виде водяной рубашки), что позволит эффективно эксплуатировать его даже в холодное время года, и средствами контроля температуры.To obtain a hydrosilicate gel, a thermally insulated reactor with a stirrer is used, equipped with silica sand and heated water dispensers and a manhole for loading dry caustic alkali. In addition, the reactor can be equipped with an adjustable heater (for example, in the form of a water jacket), which will allow it to be operated efficiently even in the cold season, and with temperature control.

Общеизвестно, что сухой едкий натр и сухое едкое кали поставляют на рынок в виде гранул или хлопьев, которые упакованы в герметичные мешки по 25 кг. Поэтому целесообразно вскрывать эти мешки непосредственно перед загрузкой щелочи в смеситель. Также целесообразно заранее задавать количество загружаемого кремнеземистого «песка» в расчете на массу сухой щелочи, кратную 25 кг.It is well known that dry caustic soda and dry potassium hydroxide are supplied to the market in the form of granules or flakes, which are packed in sealed bags of 25 kg. Therefore, it is advisable to open these bags immediately before loading the alkali into the mixer. It is also advisable to pre-set the amount of loaded silica “sand” based on the mass of dry alkali, a multiple of 25 kg

Обычно перед подачей на переработку определяют фактическую влажность каждой очередной партии кремнеземистого «песка». Если влажность существенно (более чем на 5-10%) отклоняется от предпочтительного значения 40%, то ее нормализуют подсушкой избыточно влажного или увлажнением сухого кремнеземистого «песка».Usually, the actual humidity of each batch of siliceous “sand” is determined before submission for processing. If the humidity significantly (by more than 5-10%) deviates from the preferred value of 40%, then it is normalized by drying excessively wet or by moisturizing dry siliceous “sand”.

При этом избыточно влажный кремнеземистый «песок» заранее (до подачи в реактор) подсушивают при температуре не выше 100°С в подходящей сушилке.In this case, excessively wet siliceous “sand” is pre-dried (before being fed to the reactor) at a temperature not exceeding 100 ° C in a suitable dryer.

Кремнеземистый «песок» и сухую едкую щелочь дозируют и подают в указанный реактор при включенной мешалке.Siliceous “sand” and dry caustic alkali are dosed and fed into the specified reactor with the stirrer switched on.

Удельный расход сухой едкой щелочи определяют экспериментально для каждой очередной партии кремнеземистого сырья.The specific consumption of dry caustic alkali is determined experimentally for each batch of silica raw materials.

Как показано далее, в расчете на 100 кг кремнеземистого «песка» обычно расходуют от 5 до 20 кг сухого едкого натра и от 10 до 20 кг сухого едкого кали.As shown below, per 100 kg of siliceous “sand” usually spend from 5 to 20 kg of dry caustic soda and from 10 to 20 kg of dry caustic potassium.

Если влажность кремнеземистого «песка» недостаточна, то после механической гомогенизации смеси твердых реагентов в указанный реактор при перемешивании подают требуемое количество воды, подогретой до температуры в интервале от 80 до 95°С.If the moisture content of siliceous “sand” is insufficient, then after mechanical homogenization of the mixture of solid reagents, the required amount of water is heated into the specified reactor with stirring, heated to a temperature in the range from 80 to 95 ° C.

Дальнейшее перемешивание реакционной смеси сопровождается ее саморазогреванием вследствие указанных выше экзотермических эффектов реакций гидратации сухой щелочи и ощелачивания аморфного кремнезема. Температура реакционной смеси должна быть в интервале 75-95°С. Если она оказывается ниже 75°С (что обычно наблюдается в зимний период), то реакционную смесь дополнительно подогревают.Further mixing of the reaction mixture is accompanied by self-heating due to the above exothermic effects of dry alkali hydration reactions and alkalization of amorphous silica. The temperature of the reaction mixture should be in the range of 75-95 ° C. If it is below 75 ° C (which is usually observed in winter), then the reaction mixture is additionally heated.

Процесс ведут до получения горячего вязкого полуфабриката.The process is carried out to obtain a hot viscous cake mix.

Завершение процесса легко определяют по резкому нарастанию мощности, потребляемой приводом мешалки (в частности, по показаниям амперметра).The completion of the process is easily determined by a sharp increase in the power consumed by the stirrer drive (in particular, by the readings of the ammeter).

Затем горячий вязкий полуфабрикат немедленно выгружают в подходящие открытые контейнеры и выдерживают в них до достижения температуры, которая близка к температуре окружающей среды, и далее до получения зрелого твердого гидросиликатного геля. Зрелость твердого гидросиликатного геля определяют:Then the hot viscous semi-finished product is immediately unloaded into suitable open containers and kept there until a temperature close to ambient temperature is reached, and then until a mature solid hydrosilicate gel is obtained. The maturity of the solid hydrosilicate gel is determined by:

либо по его способности крошиться при сдавливании,either by its ability to crumble when squeezed,

либо по отскоку ударного инструмента (в частности, молотка) от поверхности блока геля, находящегося в контейнере,either by the rebound of the percussion instrument (in particular, the hammer) from the surface of the gel block located in the container,

либо по характерному неравномерному «сырному» излому, который через 10-20 минут после отламывания куска от блока приобретает блеск из-за механохимического нарушения структуры гидросиликатов и высвобождения химически не связанной воды.or by a characteristic non-uniform “cheese” fracture, which 10-20 minutes after breaking off a piece from the block gains shine due to mechanochemical violation of the structure of hydrosilicates and the release of chemically unbound water.

Зрелый гидросиликатный гель может быть самостоятельным товарным продуктом, который после дробления и разбавления водой до требуемой вязкости используют как минеральный клей или компонент органоминеральных клеев.Mature hydrosilicate gel can be an independent commercial product, which, after crushing and diluting with water to the required viscosity, is used as a mineral adhesive or a component of organomineral adhesives.

Однако предпочтительно перерабатывать зрелый гидросиликатный гель в сыпучий не слипающийся при хранении и транспортировке гранулированный материал.However, it is preferable to process the mature hydrosilicate gel into a granular material that does not stick during storage and transportation.

Для этого зрелый гель выгружают из контейнеров и дробят сначала в мелкий щебень (например, в многовальном шредере с зазором между пластинами около 3 см) и далее в гранулы (например, в роторной дробилке). При этом образуется полидисперсная смесь частиц, размер которых, как правило, находится в диапазоне от 20 мкм до 5,00 мм.For this, a mature gel is unloaded from containers and crushed first into small gravel (for example, in a multi-shaft shredder with a gap between the plates of about 3 cm) and then into granules (for example, in a rotary crusher). In this case, a polydisperse mixture of particles is formed, the size of which, as a rule, is in the range from 20 μm to 5.00 mm.

Гранулы немедленно подают в поток газообразного теплоносителя и сушат при температуре ниже 150°С до потери способности к слипанию. Этот температурный порог ниже температуры термического разрушения кристаллогидратов (160-170°С). Предпочтительна сушка гранул в кипящем слое в интервале температур от 110 до 120°С.The granules are immediately fed into the gaseous coolant stream and dried at a temperature below 150 ° C until the ability to stick together is lost. This temperature threshold is lower than the temperature of thermal destruction of crystalline hydrates (160-170 ° С). Preferred drying of the granules in a fluidized bed in the temperature range from 110 to 120 ° C.

Гранулы выводят из сушилки, когда их поверхность становится матовой, что служит признаком удаления свободной воды и замыкания химических связей в гидросиликатах.Granules are removed from the dryer when their surface becomes dull, which serves as a sign of the removal of free water and the closure of chemical bonds in hydrosilicates.

Высушенные гранулы, как правило, принудительно охлаждают до температуры окружающей среды, классифицируют по гранулометрическому составу и расфасовывают в подходящую герметичную тару во избежание контакта с капельной влагой при длительном хранении и транспортировке.Dried granules are usually forced to cool to ambient temperature, classified according to particle size distribution and packaged in a suitable sealed container to avoid contact with drip moisture during prolonged storage and transportation.

Мелкие фракции полученных гранул (особенно тонкодисперсный порошок с размером частиц от 20 до 100 мкм, который содержит от 15 до 25% кристаллогидратной воды) целесообразно использовать как минеральный клей. Действительно, при температуре 160-170°С вода высвобождается из кристаллогидратов и частично растворяет гидросиликаты натрия или калия. Таким образом, некоторое время материал находится в жидком состоянии и обладает повышенной адгезией, особенно к горячим поверхностям.Fine fractions of the obtained granules (especially finely divided powder with a particle size of from 20 to 100 microns, which contains from 15 to 25% crystalline hydrated water), it is advisable to use as mineral glue. Indeed, at a temperature of 160-170 ° C, water is released from crystalline hydrates and partially dissolves sodium or potassium hydrosilicates. Thus, for some time, the material is in a liquid state and has increased adhesion, especially to hot surfaces.

Гранулы с размером частиц более 1,0 мм целесообразно перерабатывать путем их дополнительного нагревания до температуры в интервале от 200 до 500°С (как правило, в кипящем слое газообразного теплоносителя). Экспериментально установлено, что из одной тонны гранулированного твердого гидросиликатного геля можно получать до 12 м3 вспученных гранул, которые обычно используют как насыпной водостойкий теплоизоляционный материал, компонент искусственного грунта для выращивания растений или высокопористый заполнитель, например, легких бетонов и изделий из них.Granules with a particle size of more than 1.0 mm, it is advisable to process by additional heating to a temperature in the range from 200 to 500 ° C (usually in a fluidized bed of a gaseous coolant). It has been experimentally established that from one ton of granular solid hydrosilicate gel, up to 12 m 3 of expanded granules can be obtained, which are usually used as bulk waterproof heat-insulating material, a component of artificial soil for growing plants or highly porous aggregate, for example, light concrete and products from them.

Для проверки осуществимости описанного способа и оценки качества получаемых продуктов были проведены две серии экспериментов с использованием природного и техногенного сырья, которыми служили вышеупомянутые трепел и отходы ферросплавного производства с разной исходной влажностью. В ходе экспериментов определяли:To test the feasibility of the described method and assess the quality of the products obtained, two series of experiments were carried out using natural and man-made raw materials, which were the aforementioned tripoli and ferroalloy production wastes with different initial humidity. During the experiments were determined:

удельный расход сухой едкой щелочи (кг/100 кг кремнеземистого «песка»),specific consumption of dry caustic alkali (kg / 100 kg of siliceous "sand"),

возможность получения целевого продукта в виде твердого гидросиликатного геля как такового при определенном удельном расходе сухой едкой щелочи иthe possibility of obtaining the target product in the form of a solid hydrosilicate gel as such with a specific specific consumption of dry caustic alkali and

насыпную плотность вспученных гранул, полученных из такого геля (при среднем размере таких гранул от 3 до 8 мм).bulk density of expanded granules obtained from such a gel (with an average size of such granules from 3 to 8 mm).

Наиболее показательные примеры, выбранные из каждой упомянутой серии экспериментов по признаку близости исходной влажности кремнеземистого «песка» к его значению в источнике кремнеземистого сырья, показаны в таблице 3.The most illustrative examples selected from each of the aforementioned series of experiments on the basis of the proximity of the initial moisture content of siliceous “sand” to its value in the source of siliceous raw materials are shown in table 3.

Таблица 3Table 3 ДАННЫЕ О ВОЗМОЖНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕЛЕВОГО ПРОДУКТА В ВИДЕ БЛОКОВ ТВЕРДОГО ГИДРОСИЛИКАТНОГО ГЕЛЯ, ИЗГОТОВЛЕННОГО ИЗ ПРИРОДНОГО И ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ, И О НАСЫПНОЙ ПЛОТНОСТИ ВСПУЧЕННОГО ГРАНУЛИРОВАННОГО ГИДРОСИЛИКАТНОГО ГЕЛЯDATA ON THE POSSIBILITY OF OBJECTIVES OF THE PURPOSE PRODUCT IN THE FORM OF BLOCKS OF SOLID HYDRO SILICATE GEL, PRODUCED FROM NATURAL AND TECHNOGENIC RAW MATERIALS, AND ON THE BULK DENSITY OF THE EXPLOSED GRANULATED HYDROGEN Удельный расход едкой щелочи, кг/100 кг кремнеземистого «песка»Specific consumption of caustic alkali, kg / 100 kg of siliceous “sand” Номера примеровSample Numbers 1one 22 33 4four 55 Трепел с исходной влажностью, %Tripoli with initial humidity,% Отходы ферросплавного производства с исходной влажностью, %Ferroalloy production waste with initial humidity,% 30thirty 4040 20twenty 30thirty 4040 Данные о возможности получения целевого продукта в виде блоков твердого гидросиликатного геля и о насыпной плотности вспученных гранул, кг/м3 Data on the possibility of obtaining the target product in the form of blocks of solid hydrosilicate gel and the bulk density of expanded granules, kg / m 3 Сухой едкий натрDry caustic soda 55 -- -- Твердый гель не вспучиваетсяSolid gel does not swell 180180 1010 -- 220220 128128 8686 15fifteen 110110 9090 205205 8080 5555 20twenty -- 6060 150150 6868 Твердый гель не образуетсяSolid gel does not form Сухое едкое калиDry potassium hydroxide 55 -- -- -- -- Твердый гель не образуетсяSolid gel does not form 1010 Твердый гель не образуетсяSolid gel does not form Твердый гель не образуетсяSolid gel does not form -- 185185 149149 15fifteen 240240 179179 -- 163163 117117 20twenty 165165 Твердый гель не образуетсяSolid gel does not form -- 140140 --

Из таблицы 3 видно, что:From table 3 it is seen that:

удельный расход от 5 до 20 кг сухого едкого натра и от 10 до 20 кг сухого едкого кали на 100 кг кремнеземистого «песка» в большинстве случаев достаточен для получения целевого продукта в виде блоков твердого гидросиликатного геля из природного и техногенного кремнеземистого сырья;specific consumption of 5 to 20 kg of dry caustic soda and 10 to 20 kg of dry caustic potassium per 100 kg of siliceous “sand” in most cases is sufficient to obtain the target product in the form of blocks of solid hydrosilicate gel from natural and technogenic silica raw materials;

удельный расход любой сухой едкой щелочи на уровне примерно 15 кг/100 кг позволяет получать твердый гидросиликатный гель не только в виде блоков, но и в виде сухих гранул из любого кремнеземистого сырья с разной исходной влажностью;the specific consumption of any dry caustic alkali at a level of about 15 kg / 100 kg allows you to get a solid hydrosilicate gel, not only in the form of blocks, but also in the form of dry granules from any siliceous raw materials with different initial humidity;

увеличение удельного расхода сухой едкой щелочи позволяет снижать насыпную массу вспученных гранул и тем самым снижать удельный расход целевого продукта на производство теплоизоляционных материалов и коэффициент их теплопроводности;the increase in the specific consumption of dry caustic alkali allows to reduce the bulk density of expanded granules and thereby reduce the specific consumption of the target product for the production of heat-insulating materials and their thermal conductivity;

сухой едкий натр пригоден для производства твердого гидросиликатного геля из кремнеземистого сырья любого происхождения, а сухое едкое кали предпочтительно применять при переработке техногенного кремнеземистого сырья.Dry caustic soda is suitable for the production of solid hydrosilicate gel from silica raw materials of any origin, and dry potassium hydroxide is preferably used in the processing of technogenic silica raw materials.

Дополнительным критерием оценки качества гранул служит их водостойкость, то есть способность длительное время находиться в воде без заметной потери прочности.An additional criterion for assessing the quality of granules is their water resistance, that is, the ability to be in water for a long time without a noticeable loss of strength.

Для этого вспученные гранулы выдерживали в течение двух недель в воде при комнатной температуре и оценивали относительную водостойкость по пятибалльной шкале, в которой нулевая оценка соответствовала сохранению исходной прочности при сжатии, а пять баллов указывали на размокание. Результаты таких испытаний показаны в таблице 4, в которой номера примеров и насыпная масса вспученных гранул соответствуют тому, что было указано в таблице 3.To this end, the expanded granules were kept for two weeks in water at room temperature and the relative water resistance was evaluated on a five-point scale, in which a zero rating corresponded to the preservation of the initial compressive strength, and five points indicated a softening. The results of such tests are shown in table 4, in which the numbers of examples and the bulk density of expanded granules correspond to what was indicated in table 3.

Таблица 4Table 4 ДАННЫЕ ОБ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ВОДОСТОЙКОСТИ ВСПУЧЕННЫХ ГРАНУЛ, ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ СУХОГО ГРАНУЛИРОВАННОГО ТВЕРДОГО ГИДРОСИЛИКАТНОГО ГЕЛЯDATA ON RELATIVE WATER RESISTANCE OF EXPLOSED GRANULES OBTAINED FROM DRY GRANULATED SOLID HYDRO SILICATE GEL Удельный расход едкой щелочи, кг/100 кг кремнеземистого «песка»Specific consumption of caustic alkali, kg / 100 kg of siliceous “sand” Номера примеровSample Numbers 1one 22 33 4four 55 Трепел с исходной влажностью, %Tripoli with initial humidity,% Отходы ферросплавного производства с исходной влажностью, %Ferroalloy production waste with initial humidity,% 30thirty 4040 20twenty 30thirty 4040 Водостойкость гранул, баллыWater resistance of granules, points Сухой едкий натрDry caustic soda 55 -- -- -- -- 00 1010 -- 00 -- 00 00 15fifteen 22 22 00 1one 1one 20twenty -- 33 00 33 -- Сухое едкое калиDry potassium hydroxide 55 -- -- -- -- -- 1010 -- -- -- 00 00 15fifteen 22 22 -- 1one 22 20twenty 4four -- -- 4four --

Из таблицы 3 видно:Table 3 shows:

что ни один из испытанных образцов не размок полностью;that not one of the tested samples is fully softened;

что образцы, полученные из твердых гидросиликатных гелей, которые были изготовлены при удельном расходе любой сухой едкой щелочи на уровне примерно 15 кг/100 кг кремнеземистого сырья любого происхождения, имеют относительную водостойкость не ниже двух баллов иthat samples obtained from solid hydrosilicate gels, which were made at a specific consumption of any dry caustic alkali at a level of about 15 kg / 100 kg of siliceous raw materials of any origin, have a relative water resistance of at least two points and

что повышение удельного расхода любой сухой едкой щелочи до 20 кг/100 кг кремнеземистого сырья с исходной влажностью около 30% снижает водостойкость вспученных гранул.that increasing the specific consumption of any dry caustic alkali to 20 kg / 100 kg of siliceous raw materials with an initial moisture content of about 30% reduces the water resistance of expanded granules.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Предложенный способ легко осуществим с применением общедоступного, в том числе экологически вредного техногенного кремнеземистого сырья, сухих едких щелочей и стандартных смесителей, изготовленных из углеродистой стали.The proposed method is easily feasible using publicly available, including environmentally harmful technogenic silica raw materials, dry caustic alkalis and standard mixers made of carbon steel.

Твердые гидросиликатные гели могут быть применены в производстве разнообразных (в том числе, композиционных) материалов.Solid hydrosilicate gels can be used in the production of various (including composite) materials.

Следует особо отметить, что гранулированные твердые гидросиликатные гели, которые способны к вспучиванию и поверхностному оплавлению при нагревании, служат минеральными аналогами полимерных композиционных материалов (в частности, на основе полистирола или поливинилхлорида), в которые включены вспенивающие агенты.It should be especially noted that granular solid hydrosilicate gels, which are capable of swelling and surface melting when heated, serve as mineral analogues of polymer composite materials (in particular, based on polystyrene or polyvinyl chloride), which include foaming agents.

Эти свойства гранулированных твердых гидросиликатных гелей позволяют по меньшей мере частично замещать ими полимерные связующие типа феноло-, мочевино- и меламино-формальдегидных смол в производстве изделий типа плит на основе базальтовых волокон, фанеры, органоминеральных труб и т.д. методами прессования или экструзии. Мало того, мелкие фракции гранулированных твердых гидросиликатных гелей целесообразно применять в сочетании с натуральным, бутадиен-стирольным или акрил-стирольным латексом, поливинил-ацетатной эмульсией, клеями животного и растительного происхождения и иными адгезионно-активными материалами в производстве разнообразных нетканых материалов.These properties of granular solid hydrosilicate gels make it possible to at least partially replace them with polymer binders such as phenolic, urea and melamine-formaldehyde resins in the manufacture of products such as plates based on basalt fibers, plywood, organic-mineral pipes, etc. pressing or extrusion methods. Moreover, it is advisable to use small fractions of granular solid hydrosilicate gels in combination with natural, styrene-butadiene or acrylic-styrene latex, polyvinyl acetate emulsion, animal and plant adhesives and other adhesive-active materials in the production of various non-woven materials.

Claims (7)

1. Способ изготовления твердого гидросиликатного геля, включающий: измельчение пористого кремнеземистого сырья, содержащего не менее 70 мас.% аморфного SiO2, до получения кремнеземистого песка, дозирование этого песка и воздушно-сухой гранулированной едкой щелочи, их загрузку в реактор с включенной мешалкой и перемешивание, сопровождаемое саморазогреванием, до получения горячего вязкого полуфабриката, выгрузку горячего вязкого полуфабриката в контейнеры и выдержку этого полуфабриката в контейнерах с постепенным естественным охлаждением до температуры, которая близка к температуре окружающей среды, до получения зрелого твердого гидросиликатного геля.1. A method of manufacturing a solid hydrosilicate gel, including: grinding a porous silica raw material containing at least 70 wt.% Amorphous SiO 2 to obtain silica sand, dosing this sand and air-dried granular caustic alkali, loading them into a reactor with an included stirrer and mixing, accompanied by self-heating, until a hot viscous semi-finished product is obtained, unloading the hot viscous semi-finished product in containers and holding this semi-finished product in containers with gradual natural cooling m to a temperature close to ambient temperature to give a solid mature hydrosilicate gel. 2. Способ по п.1, в котором пористое кремнеземистое сырье измельчают в песок с размером частиц не более 0,5 мм.2. The method according to claim 1, in which the porous silica raw material is crushed in sand with a particle size of not more than 0.5 mm 3. Способ по п.1, в котором влажность кремнеземистого сырья нормализуют подсушкой избыточно влажного или увлажнением сухого кремнеземистого песка.3. The method according to claim 1, in which the moisture content of the silica raw material is normalized by drying excessively wet or by moisturizing dry silica sand. 4. Способ по п.3, в котором избыточно влажный кремнеземистый песок подсушивают при температуре не выше 100°С до загрузки в реактор.4. The method according to claim 3, in which excessively wet siliceous sand is dried at a temperature not exceeding 100 ° C before loading into the reactor. 5. Способ по п.3, в котором сухой кремнеземистый песок увлажняют подачей воды с температурой от 80 до 95°С в реактор с включенной мешалкой.5. The method according to claim 3, in which dry silica sand is moistened by supplying water with a temperature of from 80 to 95 ° C to the reactor with the stirrer turned on. 6. Способ по п.1, в котором твердый гидросиликатный гель измельчают в гранулы размером от 20 до 5,00 мм и сушат эти гранулы при температуре ниже 150°С до потери способности к слипанию.6. The method according to claim 1, in which the solid hydrosilicate gel is crushed into granules from 20 to 5.00 mm in size and these granules are dried at a temperature below 150 ° C until they lose their ability to stick together. 7. Способ по п.6, в котором указанные гранулы сушат в кипящем слое в потоке воздуха при температуре от 110 до 120°С. 7. The method according to claim 6, in which these granules are dried in a fluidized bed in a stream of air at a temperature of from 110 to 120 ° C.
RU2010138880/05A 2008-02-22 2008-03-21 Method of making solid hydrosilicate gel RU2448902C1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA200802305 2008-02-22
UAA200802305A UA88233C2 (en) 2008-02-22 2008-02-22 Process for the production of solid hydrosilicate gel

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010138880A RU2010138880A (en) 2012-03-27
RU2448902C1 true RU2448902C1 (en) 2012-04-27

Family

ID=40343555

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010138880/05A RU2448902C1 (en) 2008-02-22 2008-03-21 Method of making solid hydrosilicate gel

Country Status (3)

Country Link
RU (1) RU2448902C1 (en)
UA (1) UA88233C2 (en)
WO (1) WO2009105051A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA029570B1 (en) * 2014-12-24 2018-04-30 ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "СлаВикСа" Method for production of porous granulated building material
RU2836941C1 (en) * 2024-03-14 2025-03-24 Общество с ограниченной ответственностью "Спадар" Method of producing porous granular construction material

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109111168A (en) * 2018-08-31 2019-01-01 史茜赟 A kind of preparation method of compound bio base grouting material
AT523824B1 (en) 2020-06-10 2021-12-15 Eine Illarion FIRE PROTECTION SYSTEM
WO2025065040A1 (en) 2023-09-27 2025-04-03 Doeberl Egon Silicate precursor for sol-gel processes, method for production thereof and use thereof

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3690822A (en) * 1970-12-21 1972-09-12 Clyde B Myers Highly siliceous solid sodium silicate
RU2085489C1 (en) * 1995-06-06 1997-07-27 Братский Индустриальный Институт Method of liquid glass production
RU2205793C1 (en) * 2002-03-19 2003-06-10 Брыков Алексей Сергеевич Light-transparent binding composition

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2374035A (en) * 1943-04-22 1945-04-17 Wyandotte Chemicals Corp Manufacture of alkali metal silicates
GB1518772A (en) * 1977-02-01 1978-07-26 Skamol Skarrehage Molerverk As Method of producing an aqueous solution of water glass
WO2000046277A2 (en) * 1999-02-05 2000-08-10 Siwood Inc. Fireproofing material

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3690822A (en) * 1970-12-21 1972-09-12 Clyde B Myers Highly siliceous solid sodium silicate
RU2085489C1 (en) * 1995-06-06 1997-07-27 Братский Индустриальный Институт Method of liquid glass production
RU2205793C1 (en) * 2002-03-19 2003-06-10 Брыков Алексей Сергеевич Light-transparent binding composition

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA029570B1 (en) * 2014-12-24 2018-04-30 ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "СлаВикСа" Method for production of porous granulated building material
RU2836941C1 (en) * 2024-03-14 2025-03-24 Общество с ограниченной ответственностью "Спадар" Method of producing porous granular construction material

Also Published As

Publication number Publication date
WO2009105051A1 (en) 2009-08-27
UA88233C2 (en) 2009-09-25
RU2010138880A (en) 2012-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lampris et al. Geopolymerisation of silt generated from construction and demolition waste washing plants
Barbosa et al. Thermal behaviour of inorganic geopolymers and composites derived from sodium polysialate
König et al. Evaluation of locally available amorphous waste materials as a source for alternative alkali activators
JP7650524B2 (en) Controlling the cure time of geopolymer compositions containing high CA reactive aluminosilicate materials
Al Saadi et al. Synthesis and properties of alkali activated borosilicate inorganic polymers based on waste glass
AU2007275015B2 (en) A method of agglomeration
US4030939A (en) Cement composition
Hwang et al. Evaluation of the performance and microstructure of ecofriendly construction bricks made with fly ash and residual rice husk ash
RU2448902C1 (en) Method of making solid hydrosilicate gel
CN111499238A (en) A kind of preparation method of zeolite geopolymer gelling material
EA013946B1 (en) Natural aluminosilicate composites and aggregates synthesized in alkaline environment and their manufacturing process
HU222625B1 (en) Process for the production of thermal insulation materials
RU2300506C1 (en) Building material and the method of its production
Chen et al. Effects of activator and aging process on the compressive strengths of alkali-activated glass inorganic binders
Esparham et al. A novel type of alkaline activator for geopolymer concrete based on metakaolin
CA2786941C (en) Method for producing expanded glass granules and expanded glass granules and the use thereof
EP2647605A1 (en) Method for production of foam glass pellets and pellets produced by this method
RU2327663C1 (en) Composition for light granulated aggregate and its production method
Mustofa et al. The Effect of Si/Al Ratio to compressive strength and water absorption of ferronickel slag-based geopolymer
Nuruddin et al. Development of geopolymer concrete with different curing conditions
CA2296386C (en) Cementitious polymeric matrix comprising silica aluminous materials
JPH0995556A (en) Fire-resistant board composition
CN104445865A (en) Preparation method of glass batch particle/block
Dal Poggetto et al. Investigation on the effect of inorganic acid attack on composite prepared with MK-based geopolymer and waste cork dust
JP3398544B2 (en) Method for producing perlite cured product

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20131023

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160322