Научная статья на тему 'Технологические особенности использования нефелиновой соды в производстве электровакуумного стекла'

Технологические особенности использования нефелиновой соды в производстве электровакуумного стекла Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
442
48
Поделиться

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Крашенинникова Н. С., Казьмина О. В., Фролова И. В.

Представлены результаты комплексного анализа свойств кальцинированной соды и соды из нефелинового сырья, а также рассмотрены технологические особенности приготовления стекольной шихты на ее основе. Установлено, что применение компактированного сырьевого концентрата является эффективным способом введения соды из нефелинового сырья в состав шихты с целью повышения ее качества.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Крашенинникова Н. С., Казьмина О. В., Фролова И. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Технологические особенности использования нефелиновой соды в производстве электровакуумного стекла»

чина а, соответственно, составляет 58; 40 и 14 %; при Ц=104 и ^°=106 она составляет уже только 4...2 %; наконец, при Ц=108и Ц=106 величина а<1 %. Итак, при прочих неизменных условиях, чем быст-

рее последующая объемная химическая реакция (чем выше Ц), тем эффективнее разделение двух соседних обратимо и необратимо окисляющихся анодных пиков.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Городовых В.Е. Исследования по теории обратимых электродных процессов в методе амальгамной полярографии с накоплением и его применение к анализу олова высокой чистоты: Автореф. дис. ... канд. хим. наук. —Томск: Томский госунивер-ситет, 1964. — 21 с.

2. Стромберг А.Г., Каплин А.А., Карбаинов Ю.А., Назаров Б.Ф., Колпакова Н.А., Слепченко ГБ., Иванов Ю.А. Инверсионная вольтамперометрия в работах Томской научной школы // Известия вузов. Химия и хим. технология. — 2000. — Т. 43. — № 3. — С. 8—33.

3. Карбаинов Ю.А., Блинникова А.А., Стромберг А.Г К теории обратимых электродных процессов, контролируемых последу-

ющими химическими реакциями, в методе амальгамной полярографии с накоплением на ртутном пленочном электроде // Электрохимия. — 1975. —Т 11. —№ 6. —С. 1621-1623.

4. Карбаинов Ю.А., Блинникова А.А., Стромберг А.Г. О влиянии последующей химической реакции на обратимые анодные пики в методе амальгамной полярографии с накоплением на ртутном пленочном электроде // Журнал физической химии. — 1976. —Т. 50. — № 1. —С. 266-268.

5. Блинникова А.А. Исследование обратимых электродных процессов с последующими химическими реакциями 1-го порядка в методе АПН на ртутном пленочном электроде: Автореферат дис. . канд. хим. наук. — Алма-Ата: Ин-т орг. катализа и электрохимии, 1977. — 20 с.

УДК 666.1.022.4:66.093.2

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕФЕЛИНОВОЙ СОДЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ ЭЛЕКТРОВАКУУМНОГО СТЕКЛА

Н.С. Крашенинникова, О.В. Казьмина, И.В. Фролова

Томский политехнический университет E-mail: kazmina@tpu.ru

Представлены результаты комплексного анализа свойств кальцинированной соды и соды из нефелинового сырья, а также рассмотрены технологические особенности приготовления стекольной шихты на ее основе. Установлено, что применение компак-тированного сырьевого концентрата является эффективным способом введения соды из нефелинового сырья в состав шихты с целью повышения ее качества.

Вопросы расширения сырьевой базы стекольной промышленности за счет использования отходов других производств остаются актуальными до настоящего времени. С одной стороны, такое решение проблемы позволяет утилизировать отходы, отрицательно влияющие на окружающую среду, с другой - экономить дефицитное дорогостоящее синтетическое сырье. В последнее время появился ряд публикаций об использовании в стекольном производстве соды, получаемой при переработке нефелинового сиенита на ОАО "Ачинском глиноземном комбинате" (АГК) [1-3]. Относительно низкая стоимость нефелиновой соды по сравнению с синтетической содой, а также возможность сокращения транспортных расходов, в случае использования ее предприятиями Западно-Сибирского региона, объясняют повышенный интерес к данному виду щелочесодержащего сырья.

Однако при замене синтетической кальцинированной соды (Сс) (г. Стерлитамак) на нефелиновую соду (Сн) (г. Ачинск) в составе стекольной шихты для производства электровакуумного стекла на Томском электроламповом заводе (ТЭЛЗ), возникли определенные трудности, связанные с потерями

шихты и нарушением ее химической однородности. При этом, в 3.3,5 раза увеличилась доля шихты низкого качества и снизилась однородность стекломассы (табл. 1).

В данной работе приводятся результаты комплексных исследований свойств соды из нефелинового сырья АГК с целью получения шихты высокого качества.

Таблица 1. Категория шихт с использованием различных щелочесодержащих компонентов шихты

Вид соды Суммарная доля шихты различной категории, % Однородность стекломассы, нм

I-III IV—V Некондиция

Кальциниро- ванная 88,2 11,5 0,3 150

Нефелиновая 55,9 43,08 1,02 200

По содержанию в стекольной шихте сода обычно занимает второе место после кварцевого песка. В связи с этим в стекловарении предъявляются жесткие требования к ее химическому и гранулометрическому составам.

Таблица 2. Химический состав щелочесодержащих компонентов шихты

Вид соды Содержание вещества, % мас.

№2С03 №С! сГ оо пГ 2 Fe20з н.о. Атп„

Синтетическая (г. Стерлитамак) 99,16 0,37 0,02 0,003 0,03 0,417

Нефелиновая (г. Ачинск) 98,1... 98,5 К,СО, 0,5.1,1 0,3...0,7 0,01 0,05 0,1...1,0

Из нефелинового сырья ГОСТ 10689-75 87,0...96,5 К2СОз 2,3...6,5 ^04 1,2...6,5 0,005.0,02 0,1.0,2 0,5-1,0

По химическому составу (табл. 2) сода АГК в целом соответствует требованиям ГОСТ 10689-75 на соду из нефелинового сырья. Основное отличие от соды синтетической связано с присутствием солей калия, которые являются источниками оксида калия в стекле. На ТЭЛЗ для введения в состав электровакуумного стекла оксида калия применяют сравнительно дорогостоящий технический поташ, расходы которого могут быть сокращены в случае использования нефелиновой соды.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Известно, что карбонаты и сульфаты щелочных металлов способны образовывать термически неустойчивые кристаллогидраты различной степени водности. Поэтому при решении вопросов, связанных с заменой щелочесодержащих компонентов в составе стекольных шихт, следует уделять внимание изучению их фазового состава.

Результаты рентгенофазового анализа показали, что дифрактограмма нефелиновой соды содержит максимумы отражения, соответствующие безводному №2С03 (¿=2,962; 2,545; 2,366 А), двойной соли К№С03 (¿=3,07; 2,72; 2,24; 2,21 А), а также кристаллогидратам №2С03Н20 (¿=2,761; 2,668; 2,386 А) и К2С031,5Н20 (¿=2,783; 2,767; 2,742 А). В то время, как на дифратограмме синтетической кальцинированной соды главным образом присутствуют максимумы отражения, соответствующие карбонату натрия и его моногидрату.

Увлажнение стекольной шихты на стадии ее приготовления, сопровождается процессами растворения и кристаллизации химически активных компонентов и, прежде всего, кальцинированной соды. Химическую активность соды оценивали по теплоте растворения, определение которой осуществляли на учебно-лабораторном комплексе "Химия". Для расчета теплоты растворения 2 использовали уравнение теплового баланса.

Расчеты показали, что значение теплоты растворения нефелиновой соды составляет 817,39 Дж, а соды синтетической - 808,68 Дж.

Относительно высокая химическая активность нефелиновой соды подтверждается результатами термогравиметрического анализа, согласно кото-

рых потери ее массы при нагревании до 700 °С приблизительно в 1,3 раза выше, чем у синтетической (рис. 1).

я

&

и

н

о

С

Температура, С

Рис. 1. Термогравиметрические кривые: А) нефелиновой и Б) синтетической соды

Согласно требованиям ГОСТ 3578-73 порошкообразная сода должна проходить без остатка через сито с размером отверстий 1,2 мм. Как показали результаты ситового анализа, нефелиновая сода является сравнительно тонкодисперсным материалом - до 50 % состоящим из частиц размером менее 0,2 мм, в то время как содержание данной фракции в синтетической соде не превышает 20 % (рис. 2).

Физико-механические характеристики соды представлены в табл. 3. Как видно, нефелиновая сода имеет сравнительно высокие значения гигроскопичности (84 %), удельной поверхности (4499 см2/г) и насыпной плотности (0,92 г/см3).

Установленные различия химического, фазового, гранулометрического составов, а также различная химическая активность соды по отношению к воде, очевидно, будут оказывать влияние на свойства и технологию подготовки стекольной шихты.

Важным этапом в технологии приготовления стекольной шихты является очередность подачи сырьевых материалов в смеситель. По мнению авторов [5] нефелиновую соду следует подавать в смеситель в последнюю очередь, при этом изменение

Таблица 3. Физические свойства щелочесодержащих компонентов шихты

Вид соды Плотность, г/см3 Удельная поверхность, см2/г Гигроскопичность, %

насыпная пикнометрическая

Кальцинированная 0,66 2,83 2874 54

Нефелиновая 0,92 2,38 4499 84

схемы подготовки и увлажнения шихты позволяет повысить выход качественной шихты первой и второй категории на 10.20 %. Применение данной циклограммы на ТЭЛЗ позволило снизить потери шихты, связанные с ее налипанием на рабочие поверхности смесителя. Однако химическая однородность шихты, которая оценивается по отклонениям в содержании №2С03, составила ± 2 %, в то время как согласно требованиям отраслевых стандартов она не должна превышать 1 %.

---------1

50 -г 45403530252015105 0

Размер частиц, мм

Рис. 2. Гранулометрический состав соды: 1) нефелиновой; 2) синтетической

В данной работе для улучшения качества шихты предлагается использовать нефелиновую соду в виде компактированного сырьевого концентрата.

Для получения сырьевого концентрата готовили шихту, представляющую собой смесь песка и соды, увлажнение которой осуществляли водой и раствором поташа в количестве 5.7 мас. %. Ком-пактирование шихты проводили на валковом прессе полупромышленного типа, расстояние между валками в зоне прессования - 2 мм. Выход компак-тированного сырьевого концентрата в виде плиток неправильной формы, толщиной 2 мм составил 80.85 %, остальное - просыпь в виде крупки и отдельных зерен песка.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Результаты опытов показали, что образцы, полученные с использованием для увлажнения раствора поташа, имели механическую прочность в 3.5 раз превышающую прочность образцов, полученных из смеси увлажненной водой. Количество просыпи при этом не превышало 10 %.

Компактированную шихту измельчали с целью получения крупки размером не более 0,6 мм. Химическая однородность компактированного сырьевого концентрата составила ±0,5 %.

2

1

2

2

2

1

< 0,1

0,1... 0,2

0,2... 0,5

> 0,5

Рис. 3. Технологическая схема приготовления стекольной шихты с использованием компактированного сырьевого концентрата: 1) смеситель; 2) валки; 3) транспортер; 4) классификатор; 5) дробилка; 6) бункер запаса; 7) валковый пресс; 8) кюбель

С учетом полученных данных, внесены изменения в существующую технологию приготовления стекольной шихты на ТЭЛЗ (рис. 3), согласно которой песок, сода и поташ вводятся в состав стекольной шихты в виде компактированного сырьевого концентрата. Для получения концентратов смесь песка и соды увлажняется раствором поташа и перемешивается в смесителе в течение 1.2 мин. Полученная рабочая смесь компактируется на валках, по транспортеру подается в классификатор, затем в щековую дробилку и в бункер запаса.

Схема приготовления шихты для производства электровакуумного стекла включает подачу дозированных компонентов шихты и воды в смеситель с последующим добавлением компактированного

сырьевого концентрата. Далее перемешанная шихта направляется в бункер валкового пресса, ком-пактируется и поступает в бункер запаса готовой шихты.

Использование данной схемы позволяет уменьшить гигроскопичность соды, пыление и расслоение шихты, повысить ее химическую однородность, а также создает благоприятные условия для хранения нефелиновой соды в виде компактиро-ванного сырьевого концентрата.

Таким образом, применение компактированно-го сырьевого концентрата является эффективным способом введения нефелиновой соды в состав шихты электровакуумного стекла с целью повышения ее качества.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Полкан ГА. и др. Особенности процессов приготовления шихты и стекловарения при использовании разных видов соды в производстве листового стекла // Стекло и керамика. -2003. — № 5. -С. 14-16.

2. Фотеева Т.Б., Шеломенцева В.Ф., Соснин В.А. Опытно-промышленное испытание технической кальцинированной соды из нефелинового сырья улучшенного качества // Стекло и керамика. -2003. -№ 4. - С. 15-16.

3. Левитин Л.Я., Попов О.Н., Токарев В.Д. Использование в стекловарении соды, полученной гидрохимическим методом

из нефелинового сырья // Стекло и керамика. - 2003. - № 3. -С. 3-6

4. Ефременков В.В., Чалов В.П. Оптимизация процесса приготовления стекольной шихты // Стекло и керамика. - 2000. -№ 2. -С. 3-4.

5. Кондратов В.И. и др. Опыт замены щелочесодержащего компонента стекольной шихты // Стекло и керамика. - 1999. -№ 4. -С. 3-4.

6. Полкан Г.А. и др. Кальцинированная сода из нефелинового сырья - сырье для стекольной промышленности // Стекло и керамика. -2003. - № 7. - С. 13-16.

УДК 631.893.002.237:553.973

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ГРАНУЛИРОВАНИЯ ОРГАНО-МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ НА ОСНОВЕ ОЗЕРНЫХ САПРОПЕЛЕЙ

С.А. Бабенко, О.К. Семакина, К.П. Бокуцова, О.В. Лиханова

Томский политехнический университет E-mail: SOK@ido.tpu.edu.ru

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Разработана технология гранулирования комплексных органо-минеральных удобрений пролонгированного действия на основе озерных сапропелей Томской области. Гранулирование удобрений осуществляли методом окатывания на тарельчатом грануля-торе, таблетированием и экструзией. Полученные гранулы обладают достаточной прочностью, позволяющей механизированным способом вносить их в почву, и не слеживаются в процессе хранения.

Плодородие почв и повышение урожайности определяются не только увеличением количества минеральных и органических удобрений, но и рациональным их использованием. В последнее время возрос интерес к сельскохозяйственным культурам, возделываемым интенсивным способом на малых площадях (дачные, приусадебные, фермерские хозяйства). Поэтому используемые удобрения должны иметь широкий ассортимент, а, следовательно, различные химические составы, размер и форму частиц, а также способы и дозы применения [1].

Сапропели представляют собой ценное природное органическое сырье, применяемое в сельском хозяйстве в качестве удобрений. Особенность фи-

зического состояния сапропеля (большая влажность, неравномерность гранулометрического состава и др.) не позволяет механизировать введение его в почву, что затрудняет использование этого сырья в сельскохозяйственном производстве.

Более рационально использовать озерные сапропели для получения органо-минеральных удобрений, которые обладают следующими преимуществами:

- полноценность состава (органические вещества, минеральные удобрения, микроэлементы, биологически активные вещества и т.д.);

- высокая механическая прочность гранул, обеспечивающая их транспортабельность;