Технические условия (по ГОСТ 4420-48)

Силикат натрия электродный — глыба и гранулят представляют собой куски стекловидного, бесцветного или слабоокрашенного материала. Гранулят в виде кусков более 20 мм представляет собой зерна силиката натрия — глыбы, полученные путем быстрого охлаждения горячего расплава силиката натрия в воде или на воздухе.

Химический состав и модуль силиката натрия должны отвечать следующим требованиям (табл. 78).

Засоряющие примеси, видимые невооруженным глазом, не до­пускаются.

Наименование показателен	Силикат натрия — глыба и гранулят класса
А 1 Б І
Si02 в °!0 •................................................................................. Na20 в °/о.............................................................................. Fe203 в ° 0, не более...................................... СаО в о/0, не более.................................... S в °/0, не более.................................................................. Модуль................................................................................	71.5- 73,5 25.5- 27,5 0,6 0,4 0,14 2,6 -3,0	67,5-70,0 29,0-31,5 0,6 0,4 0.14 22-2.5

Силикат натрия — глыба может длительно храниться на воз­духе. Силикат натрия — гранулят поглощает воду при хранении в сыром складе и может слежаться в прочный монолит.

Калиевое жидкое стекло, или силикат калия — раствор, широ­кого применения в электродной промышленности не нашло из-за дефицитности сырья, идущего для его изготовления.

Основным сырьем для производства калиевого силиката — глыбы является поташ, получаемый из растений.

Московский электродный завод произвел выплавку силиката калия — гранулята в электропечи ЦНИИТМАШ на отходах, полу­чаемых при производстве глинозема из нефелинового концентрата, содержащего в своем составе поташа около 91% и около 4% каль­цинированной соды. Результаты выплавки пробной партии сили­ката калия — гранулята оказались вполне удовлетворительными. Силикат калия — гранулят легко разваривается в силикат калия — раствор или калиевое жидкое стекло, что дает возможность нала­дить выпуск калиевого жидкого стекла на базе дешевых отходов алюминиевой промышленности.

На Березниковском химическом комбинате калиевое жидкое стекло изготовляют мокрым способом, минуя изготовление сили­ката калия — глыбы или гранулята, сырьем для производства кото­рого является едкое кали.

Калиевое жидкое стекло выпускается по техническим условиям МХП № 4668-47 и является смесью различных силикатов калия с содержанием некоторого количества посторонних примесей. Модуль калиевого жидкого стекла равен 2,7—2,8 при удельном весе 1,45—1,55 и температуре 20°.

Для электродного производства является весьма важным полу­чение жидких стекол, имеющих состав согласно ГОСТ 4419-48* и наряду с этим обладающих определенной, заранее заданной вяз­костью, скоростью высыхания и малой усадкой при сушке.

Так как промышленные сорта жидкого стекла могут поста­вляться только в соответствии с ГОСТ 4419-48 *. в котором не регламентированы три последних показателя, необходимо найти пути для «исправления жидких стекол» в соответствии с предъ­являемыми к ним производственными требованиями.

В связи с этим на Московском электродном заводе были про­ведены опыты по изучению влияния на эти показатели щелочей и различных солей.

При смешивании раствора жидкого натриевого стекла со щелочью было обнаружено, что по мере. увеличения щелочи вяз­кость жидкого стекла резко падает при одновременном уменьше­нии скорости его высыхания (фиг. 95).

Фиг. 97. Кривая изменения вязкости рас­твора жидкого стекла, предварительно обработанного щелочью, при введении в него поваренной соли в °/0 от веса рас­твора

(модуль 2,6; плотность 1,46: температура 20°).

И наоборот, при смешивании раствора натриевого жидкого стекла с поваренной солью вязкость жидкого стекла при увеличе­нии количества вводимой соли заметно увеличивается при одно­временном увеличении скорости образования пленки на поверхно­сти раствора жидкого стекла (фиг. 96).

При последовательном воздействии на раствор жидкого стекла щелочью и солью можно добиться получения раствора жидкого стекла с определенной скоростью высыхания и вязкостью.

Более активно увеличивается вязкость жидкого стекла при смешивании раствора натриевого жидкого стекла с калиевой сели­трой.

1,2— детали паровой рубашки; 3— корпус автоклава; 4 — муфта для подачи пара в паровую рубаїгку; 5 —днище автоклава; 6 — муфга для спуска грязи; 7 — патрубок для спуска готового раствора жидкого стекла; 8 — решетка; 9 — кольцо для установки решетки; 10—крышка (герме­тически закрывается).

и закрывается герметически крышкой; затем производится медлен­ный пуск острого пара под давлением 4—8 ат. У вращающегося автоклава пар пускается через полую цапфу, а у стационарного — через патрубок, соединенный с корпусом автоклава.

Прекращение впуска пара контролируется давлением и кипе­нием воды в автоклаве.

Учитывая, что плотность раствора при охлаждении понижается, жидкое стекло из автоклава выпускают при удельном весе 1,45— 1,50. Тогда готовое жидкое стекло имеет удельный вес 1,48—1,52.

В процессе разварки силикат-глыбы периодически через проб­ный кран отбирается проба стекла и ареометром измеряется его концентрация.

После получения требуемой концентрации раствора произво­дится последний пуск пара для улучшения перемешивания жидкого стекла.

Остаток неразварившейся глыбы во избежание застывания («закозлеиия») после выпуска стекла тотчас же заливается горячей водой, и автоклав вновь догружается для следующей варки.

Растворение силикат-глыбы во вращающемся автоклаве идет быстрее, чем в стационарном вертикальном автоклаве. Процесс растворения силикат-глыбы продолжается обычно 3—5 час. и зави­сит от давления пара и чистоты силикат-глыбы, но силикат натрия — раствор получается мутным.

При растворении силикат-глыбы в автоклав с паровой рубаш­кой после загрузки глыбы заливается все количество необходимой по рецепту воды, затем в паровую рубашку пускается пар и через стенку нагревается вода в автоклаве до кипения.

Для растворения силикат-глыбы при атмосферном давлении (фиг. 101) в растворителе в него загружается порция силикат - глыбы или гранулята в металлической корзинке и заливается водой (по расчету применительно к размеру и типу растворителя). После этого растворитель закрывают деревянной крышкой и пускают через систему трубок острый пар под давлением 1,5—2 ат. Пар, проходя через воду и раствор стекла, частично конденсируется и доводит образовавшийся раствор до кипения.

После 2—3 час. кипения пар отключается и процесс растворе­ния продолжается за счет аккумулированного в растворителе тепла.

Процесс разварки силикат-глыбы продолжается 18—20 час.

Если при пробном выпуске стекла плотность раствора окажется недостаточной, пар вновь пускается в растворитель и раствор дово­дится до кипения.

После выпуска жидкого стекла оставшуюся неразваривщуюся в нем глыбу необходимо немедленно залить горячей водой, иначе она превратится в монолитную массу («козел»).

Раствор жидкого стекла может быть получен также в силика - товарках путем разварки молотой растворимой натриевой силикат - глыбы без давления (фиг. 102).

В сшшкатоварку заливается положенное по рецепту количество чистой воды. Залиуая вода нагревается до кипения при помощи

включенного обогрева.

... . . ' ~~ В кипящую воду неболь­

1 — корпус растворителя; 2 — решетка; 0 — рамка из уголка для кропления решетки; 4—пробный кран; 5—кран для спуска готового раствора жид* кого стекла; 6 — кран для спуска грязи; 7— люк для очистки осадка; 8— крышка растворителя; 9 — чмеевик для пуска пара; /0— изоляция.

шими порциями, при тща­тельном перемешивании, за­сыпается заранее отвешен­ная дробленая силикат - глыба. После засыпки всей глыбы бак силикатовар­ки закрывается крышкой. В процессе варки в силика - товарке необходимо поддер-

Фиг. 102. Эскиз силикатоварки с ме­шалкой (без применения давления) для растворения молотой силикат - глыбы:

живать путем периодического доливания горячей воды постоян­ный уровень раствора.

Перемешивание раствора и нерастворенной силикат-глыбы осу­ществляется лопатками, вращающимися в горизонтальной плоско­сти через систему передач от электромотора.

Непрерывное перемешивание необходимо для более ПОЛНОГО растворения молотой силикат-глыбы и предотвращения «привари­вания» разбухшей массы стекла к днищу бака силикатоварки. Для этого нижние лопатки мешалки помещают на одном уровне с днищем и придают им форму гребенок.

Скорость растворения силикат-глыбы зависит от тонины его помола: чем меньше фракция зерна, тем больше времени требуется на растворение силикат-глыбы (табл. 79).

Наряду с этим скорость растворения силикат-глыбы заметно увеличивается от повышения температуры воды выше 100°, от уве-

Таблица 79 Зависимость скорости растворения силикат-глыбы от тонины помола Размер фрак­ции зерна в мм Концентра­ ция раствора в °Ве Удельный в. ес по ареометру Время ПОЛНОГО растворе­ ния До 0,15 47,25 1,484 2 ч. 25 м. 0,15-0,3 48,20 1,49 2 ч. 28 м. 0,30-0,6 47,88 1,495 2 ч.34м. 0,60-0,8 49,50 1,528 3 ч. 51 м. 0,80-1,2 50,70 1,54 5ч.18 м. 3,00-5,0 47,00 1,48 16 ч. 20 м.

личения давления в сосуде, в котором она растворяется, от умень­шения кусков загружаемой глыбы и от усиления взаимодействия частиц силиката с водой путем размешивания.

При растворении силикат-глыбы во вращающихся автоклавах или силикатоварках раствор жидкого стекла получается мутным.

Поэтому такое жидкое стекло должно выстояться в течение нескольких суток.

Если автоклав и растворитель используются непрерывно, они должны проходить очистку не реже 1 раза в декаду. При очистке этих аппаратов может быть обнаружена нерастворившаяся глыба; тогда рекомендуется произвести промывку их и вторичную раз - варку оставшейся силикат-глыбы.

Остатки неразварившейся глыбы извлекаются, и аппараты очи­щаются.

Необходимо учитывать, что скорость растворения силикат - глыбы зависит еще от имеющихся в ней примесей, главным обра­зом СаО и R203 (Fe203 + А12Оз) и RO (CaO + MgO), причем с повышением содержания этих примесей скорость растворения глыбы заметно снижается. Поэтому ГОСТ 4420-48 предусматривает предел содержания их в силикат-глыбе соответственно 0,4 и 0,6%.

Растворимость силикат-глыбы снижается и при увеличении ее модуля при любом из способов ее растворения.

В промышленном изготовлении натриевой силикат-глыбы источ­ником тепла до ее плавки в большинстве случаев является гене­раторный газ, вырабатываемый на твердом топливе.

Однако генераторный газ перед пуском его в плавильную печь часто имеет плохую очистку и в связи с этим загрязняет силикат - глыбу мелкодисперсными включениями.

Эти включения попадают в раствор жидкого стекла и загряз­няют его. Загрязненное жидкое стекло при изготовлении толстопо­крытых электродов способом опрессовки под высоким давлением влияет на появление трещин на электродных покрытиях во время провяливания и сушки электродов.

Засоренные дисперсными включениями водные растворы жид­ких стекол перед использованием их для изготовления обмазочных масс подвергаются операции «осветления».

В этих случаях жидкое стекло, доведенное при растворении силикат-глыбы до плотности 1,45—1,48, перекачивается или сли­вается в баки-отстойники, куда и добавляется чистая, не содер­жащая солей питьевая или дождевая вода. Плотность жидкого стекла снижается до 1,25—1,30.

В результате из-за возникновения гидролиза создаются благо­приятные условия для выпадения из раствора основной массы взвешенных дисперсных примесей.

Отстой раствора жидкого стекла плотностью 1,25—1,30 продол­жается 24—30 час.

Для сбора и удаления осадка, получившегося в результате «осветления» жидкого стекла, на дне бака-отстойника имеется гря­зевик с люком для очистки.

Осветленное жидкое стекло перекачивается в бак-выпариватель, в котором в результате испарения излишней воды жидкое стекло доводится до требуемой плотности.

Для того чтобы при сливании или перекачке осветленного жид­кого стекла избежать попадания в бак-выпариватель отстоя, сливной патрубок бака-отстойника должен быть расположен на высоте 150—200 мм выше дна.

Практика производства жидкого стекла путем растворения силикат-глыбы в вертикальном автоклаве показала, что при усло­вии слива жидкого стекла через патрубок, расположенный выше днища автоклава примерно па 200—250 мм, необходимость в «осветлении» стекла отпадает. Электродные обмазки, изготовлен­ные на таком стекле, обладают достаточной пластичностью, и трещин в покрытии электродов не обнаруживается.

В силикат — раствор (жидкое стекло) для изготовления обмазоч­ных масс, содержащих среднеуглеродистый или малоуглеродистый ферромарганец и ферорсилиций в пределах 45—75%, рекомен­дуется вводить перманганат калия из расчета 3 а на 1 л жидкого стекла. Тогда порошки ферросплавов при смешивании с жидким стеклом, обогащенным перманганатом калия, дополнительно окис­ляются и обмазочная масса стновится более устойчивой против реакций между ферросплавами и жидким стеклом.

Присадка в раствор жидкою стекла щелочи NaOH (в пре­делах до 0,5%) уменьшает скорость высыхания обмазочной массы.

В целях улучшения пластических свойств обмазочных масс для покрытий типа УОНИ и для торможения реакции между жидким стеклом и ферросплавами могут быть рекомендованы добавки в сухую шихту кальцинированной соды Ма^СОз. Кальцинированную соду следует добавлять в шихту электродного покрытия в воз­душно-сухом состоянии в количестве 0,4—0,5% по весу.

Водные растворы жидких стекол после их изготовления пере­качиваются насосом в расходные баки электродного цеха или сли­ваются в железные бочки.