О взаимодействии компонентов высокоборной стекольной шихты при гранулировании Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

из bec; nui

ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ II ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

Том 197 1975

О ВЗАИМОДЕЙСТВИИ КОМПОНЕНТОВ ВЫСОКОБОРНОЙ СТЕКОЛЬНОЙ ШИХТЫ ПРИ ГРАНУЛИРОВАНИИ

В. л\. ВНТЮГИН, Л. В. ПЕТРОВ, JL IT. СЕРДЮК, Г. Д. СПЕЦЦИ, II. И. ЛОЗБИ'НА

(Представлена научным -семинаром кафедры общей химической технологии)

Известно, что в процессе варки высокоборных стекол происходит значительное улетучивание барной кислоты и щелочных металлов, вследствие чего резко изменяются заданные свойства стекла и в производственных условиях образуется огромное количество брака. Причем наибольшее улетучивание наблюдается при загрузке шихты в печь и на первой стадии подготовки стекломассы, в результате уноса легких компонентов отходящими газами и обезвоживания борной кислоты при сравнительно низких температурах.

Исследования, проводимые нами с гранулированной борсодержа-щей шихтой для стекла С49-1, показывают, что при увлажнении шихты (в процессе гранулирования) до 10% часть борной кислоты и солей щелочных металлов переходит в раствор и вступает во взаимодействие с образованием соединений, которые в высушенных гранулах ¡(температура сушки 65°С) становятся менее летучими при нагревании по сравнению с борной кислотой и щелочами в сыпучей шихте. Кроме того, образующиеся соединения покрывают тонкой пленкой зерна кварцевого песка, способствуя более тесному контакту реагирующих комоонен-тов шихты, благодаря чему реакции начинают протекать в твердом состоянии при более низких температурах, чем в -сыпучей шихте '[1].

Взаимодействие между компонентами шихты при грануляции и сушке и образование новых соединений типа боратов натрия подтверждается результатами специально поставленных опытов.

Отдельные компоненты шихты растворялись в воде, сливались в различных комбинациях и соотношениях, и полученные таким образом растворы выпаривались при температуре не выше 65°С до постоянного леса. Выбор температуры объясняется тем, что выше 70° из раствора осаждается Na2B4Ó7*5Н20, а борная кислота при такой температуре начинает разлагаться [2].

Количественные изменения и данные анализов па С03" (для смесей с содой) позволили установить взаимодействие между компонентами шихты при низких температурах.

Часть образующихся при этом соединений улетучивается, например, продукты разложения FbCO:í, образующейся при взаимодействии НзВОз п Na2C03.

Количественные изменения зависят от того, в каком соотношении берутся исходные компоненты: а) если в стехиометрическом — остается после выпаривания и дальнейшего прокаливания до 500° С (судя по стехиометрическпм расчетам) борат натрия — МагВоз; б) если в таком

Г а О л и ц а !

Количество, г Колич. Отп. Содержание СО, "о Остаток Относит.

I [сходные после умень- после уменьшен.

компоненты каж- вьшар., шение, ДО после прока- после

£ дого оо шее г иыпар. выпар. ливания прокал.,

1 Борная кислота 20,6 73,6 66,7 9,37 40,8 29,4

Сода 53

2 Борная кислота 15,5 79,3 73,85 6,88 — —

Селитра 63,8 50

3 Борная кислота 50 50 — — —

4 Шихта 50 44 12 —- —

5 Борная кислота 37 Сода 10,9 47,9 37 22.8 1 2,86 7,47

0 Борная кислота 37 46,7 37,5 19,7 — —

Селитра 9,7

1 Борная кислота 37 Поваренная соль 1 38 36 5,27

8 Борная кислота 37 37,85 34,5 - 8,85 — —

47.8 28,3

60,04 18,7

34,85 30,3

40,88 7,08

31.9 13,75

34,Ю 8,9

22,28 38,2

23,50 26,05

Глинозем 0,85

Рис. 1. Кривые ДТЛ: 1 — борной кис-слоты, 2 — соды, 3 — борной кислоты .и соды, 4 — гранул, 5 — шихты.

9 «Известия ТПИ, т. 107»

же, как в шихте (то есть при значительном избытке борной кислоты), после выпаривания остается и борная кислота, которая затем при прокаливании разлагается, причем до 500°С ее разложение не заканчивается.

Все .компоненты шихты, за исключением 81*02, оказались активными в условиях опытов.

Количество борной кислоты при выпаривании ее раствора без добавок других компонентов не менялось, что подтверждает ее термостойкость до 65°С.

Идентичность процессов, протекающих при грануляции и сушке гранул, с одной стороны, и выпаривании растворов, с другой, подтверждается сравнением кривых дифференциально-термического анализа для шихты и гранул, во-первых, и отдельных компонентов п смесей, полученных выпариванием слитых растворов этих компонентов, во-вторых. Некоторые из этих кривых приведены на рис. 1. Большая термическая стойкость бората натрия, по сравнению с борной кислотой, подтверждается материальными расчетами и дериватограммами для борной кислоты, смеси борной кислоты с содой и шихты, согласно которым убыль в весе при 250°С: для борной кислоты — 34,1%, для смесп — 7,65%, для шихты — 19,8%.

Таким образом, благодаря грануляции устраняется главная причина улетучивания в первой стадии варки стекла, обусловленная присутствием водородного соединения бора.

ЛИТЕРАТУРА

1. И. И. Китайгородский. Технология стекла, М., Госстройиздат, 1961.

2. Б. В. Н е к р а с о в. Общая химия, [М., Госхимиздат, 1963.