Сульфатный способ получения жидкого стекла

Производства жидкого стекла

Жидкое стекло – это одно из современных изобретений, которое нашло широкое применение в повседневной жизни.

Благодаря своим уникальным свойствам и характеристикам оно активно используется почти во всех сферах и отраслях.

И хотя процесс производства жидкого стекла сложный и под силу только крупным химическим предприятиям, его изготавливают в значительных объемах.

Само жидкое стекло представляет собой щелочной раствор. Он активно применяется в строительстве и родственных ему областях из-за следующих свойств:

1. Отличная адгезия. Это означает, что жидкое стекло выступает в роли клея для самых разных материалов.
   
2. Повышенная термостойкость и огнеупорность. Данное вещество нередко добавляют в разнообразные растворы или материалы, которым нужно придать данные свойства.
   
3. Отличная водонепроницаемость. Добавляется в фундамент и прочие растворы для защиты от пагубного влияния влаги. Также используется для подвалов и бассейнов.
4. Антигнилостный эффект. Применяется в силикатных лакокрасочных продуктах.

За счет огромного количества свойств данный материал по праву пользуется таким спросом во всех областях и сферах жизни. Недостатком можно назвать то, что сложность производства жидкого стекла накладывает некоторый отпечаток на его стоимость.

Требования к производству жидкого стекла

Прежде чем перейти к вопросам производства жидкого стекла, необходимо оговорить все требования, которые выдвигаются к подобному продукту. Данный вид стекла регламентируется по ГОСТ 13078-81, однако обязательной сертификации не подлежит.

Эталонными характеристиками жидкого стекла считаются:

• плотность до 1,40 г/см3;
• время застывания около 10 минут;
• формула Na2O3Si.

Сам состав такого стекла включает в себя:

• ангидрит серный;
• двуокись кремния;
• окиси железа, алюминия, натрия, кальция;
• силикатный модуль.

Тем не менее, некоторые производители допускают дополнительные примеси для улучшения качеств и свойств смеси.

Процесс организации производства жидкого стекла

Сама технология выглядит простой, однако требует к себе повышенного внимания и точности. При изготовлении жидкого стекла встает немало задач, решить которые под силу только крупным предприятиям химической направленности.

Первым этапом является измельчение кварца до состояния песка. Он смешивается с содой, поташом и сульфатом калия или натрия.

Вся смесь сплавляется в монолит при температуре выше 1200С, после чего плавится при температуре 170С в автоклаве. Важно отметить, что на последнем этапе давление должно составлять не более 0,8 МПа, иначе конечный результат совершенно непригоден.

Для изготовления может использоваться совершенно разное оборудование, однако принцип одинаков у всех.

На конвейер поступают монолитные глыбы из смеси и доставляются в автоклав – закрытый сосуд для нагревания, где и происходит плавление и размешивание смеси. После этого весь материал поставляется дальше по конвейеру на следующие этапы производства.

Производство жидкого стекла в автоклаве

При помощи специальной обработки сырья, содержащего кремнезём, гидроксидом натрия высокой концентрации или путем сплавки кварцевого песка с содой происходит производство жидкого стекла в автоклаве.

Данный материал как таковой – это агрессивно-насыщенный водно-щелочной раствор натриевых и калиевых силикатов. Такой вид стекла из калия/натрия имеет совершенно иной химический состав, в отличие от обычного стекла. За счет этого оно способно растворяться в воде, особенно при воздействии давления или высоких температур.

Окрас жидкости колеблется между прозрачным, бесцветным и бледно-коричневым. Жидкое стекло в водном растворе содержит следующие вещества: модифицированные присадки, коллоидную, кремниевую кислоту, окись натрия и двуокись кремния.

Принцип производства жидкого стекла в автоклаве

Впервые такого рода вещество было получено немецким химиком Яном Непомук фон Фукс в первой половине XIX века.

В основе изготовления жидкого стекла (натриевого) лежит перемешивание и плавка в стекловаренной специальной печи при температуре до 15000°С, соды и чистого кварцевого песка. А для получения жидкого калиевого стекла добавляется еще и углекислый калий.

Свойства жидкого стекла, произведенного в автоклаве

Какими же характеристиками обладает жидкое стекло?

1. Свойство растворяться в воде.
2. Высокая огнеупорность. Характерна для смеси жидкого стекла и тонкомолотого мела. Такого рода смесь производят для склеивания стеклянных предметов и фарфора.
3. Повышенную пожаро-, взрывобезопасность имеет стекло, произведенное в автоклаве.
4. Термоустойчивость при низких температурах – свойство натриевого раствора. Но следует предохранять его от попадания солнечных лучей, влаги и тепла.

Применение раствора жидкого стекла, произведенного в автоклаве.

Эксплуатация такого сплава на сегодняшний день очень обширна:

1. Для пропитки ему нашли применение в строительстве. Смеси с основой из жидкого стекла используют при изготовлении шпаклевок, штукатурок. Производится добавка в цементный раствор для увеличения порога прочности и изоляционных свойств.
2. Жидкое стекло, произведенное в автоклаве, регулярно используется в роли универсального клея для бумаги, стекла, дерева и даже металла.
3. В химической промышленности раствор применяют, как одну из составляющих силикагеля, метасиликата натрия, силиката свинца.
4. В мыловаренной, текстильной, бумажной промышленностях жидкое стекло используют как надежную клеящую основу.

Больше о современных способах и технологиях производства жидкого стекла можно узнать на ежегодной выставке «Мир стекла».

Источник

Жидкое стекло: производство из стеклобоя и практическое применение

Жидкое стекло — востребованный и многофункциональный материал.

Используется в разнообразных сферах деятельности человека: от производства до прикладного искусства.

Интерес к жидкому стеклу объясняется еще и тем, что производить его можно из вторичного сырья – утилизированного боя стекла.

Рассмотрим, в чем особенности материала, как его производят и где используют.

Состав, свойства и сырьевые компоненты

В создании привычного нам твердого стекла участвуют три компонента:

Si + Na + Ca = стекло.

Если плавить только два, то получим двухкомпонентную стекловидную массу:

Si + Na = жидкое стекло.

Жидкое стекло – обобщенное понятие для всех водных щелочных растворов силикатов.

В зависимости от задействованного щелочного катиона, оно подразделяется на:

• натриевое (Na),
• калиевое (K),
• литиевое (Li),
• с органическим основанием (например, аммонием),
• комбинированного и комплексного типа.

Если коротко, то жидкое стекло – это раствор на основе натриевых, калиевых или литиевых силикатов. Выпускают также смеси натриевого и калиевого силиката в разных пропорциях.

Внешне это тягучая, густая, напоминающая резину масса желтого, зеленого, серого цвета или бесцветная без видимых глазу примесей и включений, на воздухе затвердевает.

У данного технического продукта имеется еще одно название (торговое) — силикатный клей. Он может быть представлен в виде:

• силикатной глыбы (гранул);
• жидкого раствора;
• растворимого порошка.

Авторство изобретения жидкого стекла принадлежит немецкому профессору Иоганну Фуксу. Открытый им в 1818 году состав из щелочей и кремневой кислоты остается актуальным и в наши дни, изменились лишь технологии его получения.

Каждый вид данного продукта обладает своими особенностями. От этого зависят и области использования материала, которые рассмотрим ниже.

Характеристики и сферы применения

Жидкое стекло широко применяется в бытовой и промышленной сферах. Популярность материала обусловлена:

1. Высоким уровнем вяжущих свойств и проникающих способностей.
2. Повсеместной доступностью исходных составляющих (песка, соды, поташа, стеклобоя) и их дешевизной. Это делает и конечный продукт доступным и недорогим. Натриевое жидкое стекло стоит от 16 рублей за кг, калиевое — от 54 рублей за кг.
3. Отсутствием токсичности как при производстве (в том числе из вторсырья), так и в процессе использования. Жидкое стекло относят к категории «зеленой химии», ведь оно экологично и безопасно.
4. Абсолютной негорючестью, отсутствием выделения вредных веществ при воздействии высоких температур.
5. Низкой проводимостью тепла.
6. Возможностью использования в качестве растворимого кремнезема – в этой сфере природных аналогов нет.

Выдерживает высокие температуры ( до 1200 о С). Затвердевает жидкое стекло при температуре от 0 о С.

Жидкое стекло применяется в создании:

• силикагеля;
• катализаторов;
• адсорбентов;
• силиката свинца;
• метасиликата натрия;
• изготовлении белой сажи;
• текстильного смягчителя;
• цеолитов;
• кремнезоля;
• органосилоксанов и других веществ.

Кроме того, оно широко используется для производства:

• клеев;
• красок;
• огнезащитных, защитных, противопригарных, антикоррозийных, антибликовых покрытий;
• электродов;
• в качестве компонента для укрепления грунтовок;
• пропитывающих составов для дерева, бумаги, тканей, строительных изделий и других материалов;
• окускования руд.

Добавляя жидкое стекло к разнообразным материалам, можно повысить их:

• прочность;
• плотность;
• долговечность;
• устойчивость к истиранию;
• огнеупорные и водоотталкивающие свойства;
• химическую инертность;
• коррозионностойкость.

Кроме того, можно исключить появление плесени, грибка и гнили.

Основные технические характеристики:

• плотность;
• силикатный модуль;
• процентное содержание оксидов кремнезема и металла.

Силикатный модуль указывает на клеящую способность материала. Чем больше эта величина – тем выше способность. Наибольшим спросом пользуется продукт с модулем 2,6 – 3,6.

Замерзший раствор — мягкая, желеобразная, загустевшая масса, после оттаивания свойства возвращаются.

Может появиться осадок, не влияющий на качество.

К недостаткам материала относят:

• несовместимость с кирпичными поверхностями – происходит разрушение;
• хрупкость при использовании в чистом виде — необходимо сочетание с другими веществами;
• очень быстрое схватывание – цементная смесь с добавлением жидкого стекла в зависимости от концентрации последнего (2 – 10 %) начинает застывать в течение 5 – 50 минут);
• щелочной характер – работы следует проводить в защитной одежде; избегать попадания на кожу или в глаза.

Производство

В России в промышленных объемах выпускаются такие виды жидкого стекла:

Производство регламентируется ГОСТами:

Другие виды производятся согласно временным стандартам предприятий и ТУ.

90 % общего объема выпуска растворимых силикатов приходится на натриевое жидкое стекло.

Основных технологий производства три, все они характеризуются высокими энергетическими затратами и применением сложного оборудования.

Но есть и еще одна, новая, которая отличается:

• простотой производства;
• использованием в качестве содержащего кремний сырья отходов стекла (стеклобоя).

Рассмотрим кратко каждую технологию.

Спекание смеси природного песка с технической содой

Изготовление стекла включает этапы:

• смешивание безводных компонентов;
• обжиг полученной смеси в печах при температуре, достигающей 1300°С;
• охлаждение сплавленных компонентов на движущемся транспортере до образования стекловидных кусков (силикатных глыб);
• помещение кусков в автоклав для их растворения паром под давлением, или дробление кусков до получения порошка, который затем растворяют в горячей воде.

Получение продукта путем обработки кремниевого сырья

Процесс получения включает:

• размол сырья в мельнице с вибратором;
• добавление гидроокиси натрия (калия, лития);
• размешивание кремнеземного сырья при температуре до 1000°С с насыщенным раствором щелочи; длительность — от 30 минут до 1,5 часа в автоклаве с вибратором.

Гидротермальный способ

Продукт получают, растворяя кремниевое сырье сильными щелочными растворами.

Такая технология является более упрощенной.

Нагревать компоненты до температуры, близкой к 1000°С, не требуется.

Нагрев будет проходить сам по себе за счет выделения тепла в результате щелочной реакции.

Новая технология – использование стеклобоя

Предварительно вторсырье подготавливают:

Необходимо избавиться от оксидов кальция, магния, железа и других металлов, чтобы сырье было пригодно для дальнейшего использования.

После расплавления стеклянный бой превращается в силикатную глыбу – в таком виде сырье задействуется для изготовления конечного продукта.

Жидкое стекло в готовом виде получают в вибрационном смесителе в результате 0,5 – 1,5-часового взаимодействия смеси с водой, нагретой до температуры 100 °C.

Использование вторсырья положительно сказывается на качестве конечного продукта и одновременно решает проблему переработки стеклотары.

Переработка 10 % стеклобоя на 3 % снижает расход газа. Другими словами, если производить стекло исключительно из боя, то расход газа снизится на 30 % .

Природный газ является основным топливом, используемым в стекольной промышленности России.

Изготовление в домашних условиях

Сразу оговоримся, что это возможно лишь в том случае, если есть автоклав или тигель.

1. Растертая в ступке смесь песка и соды (безводного карбоната натрия) в пропорции 1:4 засыпается в хорошо разогретый тигель. Там она растворяется, образуя кремнекислый натрий. Запекать смесь нужно до полного расплавления. Образовавшийся кремнекислый натрий вынуть из печи и добавить горячую воду. Полученный раствор и будет жидким стеклом. Можно также кремнесодержащее сырье обработать в автоклаве концентрированным раствором гидроксида натрия.
2. Кремниевое сырье растворяют щелочью. Условия протекания процесса: нормальное атмосферное давление плюс температура кипения используемой щелочи (зависит от концентрации, для 0,05 %-ного раствора NaOH это 101,3 °C).

Что можно сделать из жидкого стекла?

Оценить достоинства материала, можно приготовив:

1. Огнестойкую пропитку для древесины: 25 г сульфата бария + 7 г окисида цинка + 20 мл воды + 25 г жидкого стекла + по желанию цветной минеральный краситель. Покрывать в два слоя.
2. Надежный клей: сахар + жидкое стекло + глицерин в пропорции 4:10:1.
3. Ремонтную смесь для каменных строений: цемент + жидкое стекло в пропорции 4:2. Места соединений предварительно рекомендуется смочить жидким стеклом.
4. Грунтовку: цемент + жидкое стекло в соотношении 1:1.
5. Гидроизоляционный раствор для обработки колодцев, бассейнов и других поверхностей: жидкое стекло + цемент + песок в пропорции 1:1:1.
6. Антисептический раствор: жидкое стекло + вода в соотношении 1:1.
7. Замазку: цинковые белила + асбест в пропорции 1:2 + жидкое стекло до образования густой пастообразной смеси.
8. Смесь для скрепления железа: двуокись марганца + цинковые белила + жидкое стекло (1:1 + необходимое для образования густой кашицы количество). Полученный состав выдерживает даже температуры каления.

Все материалы быстро затвердевают. Рекомендуется готовить их непосредственно перед использованием.

Сначала смешивают сухие составляющие, затем дополняют их жидкими компонентами.

Этот материал привлекает и творческих людей. Легко поддаваясь видоизменению, он дает возможность создания разнообразных декоративных изделий.

Часто жидкое стекло используют для декорирования поверхностей и закрепления различных декоративных элементов:

Из него делают эксклюзивные вещи:

Также используют для оформления картин, изготовления цветов, статуэток и ваз.

Полезное видео

В видео рассказывается о том, как использовать жидкое стекло в процессе ремонта.

Вывод

Жидкое стекло является универсальным материалом с широкими возможностями применения.

Выбирая средство, следует учитывать его состав:

1. Натриевая разновидность продукта имеет лучшие склеивающие свойства и эффективно соединяет и пропитывает изделия минерального характера, поэтому его лучше использовать для упрочнения фундамента и его гидроизоляции.
2. Калиевый вид стекла хорошо подойдет для защиты от агрессивного химического воздействия, поэтому его лучше применять для покрытия поверхностей.

Продукт доступен повсеместно, а цена его невысока.

Источник