|
147 кремнезема был изготовлен образец стекла, удовлетворяющий по своим показателям нормам содового стекла для синтетических моющих средств (табл. 5.1). Показатели этого образца жидкого стекла были следующими: = 1,397 г/см3, весовая доля 8 Юг 28,1 %, АЬОз 0,02 %, РегОз 0,02 %, СаО 0,083 %, 503<0,03, N32010,49 %, ш&= 2,76. В экспериментах 2-ой серии геотермальный кремнезем в составе реагентной смеси из натриевой щелочи и воды помещали в специально собранную камеру-реактор объемом 60 л, обогрев которой осуществляли гидротермальным паром скважины 014 Мутновского месторождения. Перед этим камеру использовали для сушки влажного кремнезема. В ходе испытаний регулировали расход пара через камеру, давление пара и температура в “паровой рубашке” и внутреннем объеме камеры. Объем реагентной смеси, помещаемой в камеру при одном испытании, составлял 40-50 л. Давление насыщенного пара в “паровой рубашке” варьировали в диапазоне 0,5-0,6 МПа, температура реагентов в камере была 150-160°С. В корпусе камеры имелись зри канала, расположенные вертикально на одинаковом расстоянии друг за другом, для забора проб раствора из разных мест внутреннего цилиндра в ходе реакции. Типичные характеристики одной из проб стекла во 2-ой серии таковы: ре= 1,34 г/см3, массовая доля 8Юг 21,9 %, АЬОз 0,12 %, РеО 0,05 %, СаО 0,11 %, те= 2,60. Скорость реакции с образованием силиката натрия увеличилась при использовании тонкодисперсного порошка кремнезема с большой удельной поверхностью, длительность процесса составляла от 0,5 до 2,0 ч. Размеры пор и частиц использованного кремнезема были сосредоточены в узком диапазоне малых значений (от 8,0-16,0 нм до 20,0-30,0 нм), поэтому все частицы растворялись одновременно и быстро, что обеспечивало однородность состава изготовленного стекла и отсутствие нерастворившихся частиц. В щелочной среде скорость растворения дисперсного геотермального кремнезема определяется тремя факторами: 1) высокая удельная поверхность; |
ровали пропорцию кремнезема и щелочи в реагентной смеси и силикатный модуль конечного продукта. Из разных мест объема с жидким стеклом отбирали пробы и определяли технические характеристики: плотность, весовая доля диоксида кремния $Ю2, оксидов натрия Ыа20, алюминия А12Оз, железа Ре20з, РеО, кальция СаО и силикатный модуль Плотность образцов стекла была в пределах 1.34-1.55 г/см3, силикатный модуль ш8= 2.0-3.5, доля оксидов алюминия и железа не превышала 0.25 весовых процентов, оксида кальция 0.2 вес.%. В лабораторных условиях на основе геотермального кремнезема был изготовлен образец стекла, удовлетворяющий по своим показателям нормам для содового стекла для синтетических моющих средств (табл. 6.6). Показатели этого образца жидкого стекла были следующими: рё = 1.397 г/см3, весовая доля 5Ю2 28.1 %, А1203 0.02 %, Ре203 0.02 %, СаО 0.083 %, $03 <0.03, Ыа20 10.49%, ше= 2.76. В экспериментах 2-ой серии геотермальный кремнезем в составе реагентной смеси из натриевой щелочи и воды помещали в специально собранную камеру-реактор объемом 60 л, обогрев которой осуществляли гидротермальным паром скважины 014 Мутновского месторождения. Перед этим камера использовали для сушки влажного кремнезема. Корпус камеры состоял из двух коаксиально совмещенных обечаек из углеродистой стали с толщиной стенок 8 мм [223] (рис. 6.9). Внутренняя обечайка в нижней части была соединена сваркой с днищем, которое прикрепляли фланцем на болтах к внешней обечайке (рис. 6.9). В верхней части корпуса находилась крышка в виде съемного фланца на болтах. Диаметр внешней обечайки был равен 377 мм, диаметр внутренней 325 мм, высота корпуса 800 мм. Корпус имел держатели для крепления трех металлических подставок, на которых камеру устанавливали на площадке рядом с сепаратором скважины 014. На внешней обечайке был слой теплоизолятора из асбеста с покрытием из тонкой алюминиевой фольги. Внутренняя обечайка представляла емкость, в которую помещали реагентную смесь [223]. В крышке имелось отверстие с сальником для ручной ме 346 шапки, с помощью которой раствор перемешивали во время проведения реакции для поддержания однородностиЧерез пространство между внешней и внутренней обечайкой, “паровую рубашку”, пропускали паровый поток, теплообмен с которым обеспечивал нагрев реагентной смеси. Корпус имел в верхней и нижней части два тангенциальных патрубка диаметром 30 мм для подачи пара в камеру и его отвода. Верхний патрубок, через который пар подавали в камеру, был соединен через вентиль с сепаратором. В камерах и паропроводах находились вставки для манометров и термометров. В ходе испытаний регулировали расход пара через камеру, давление пара и температура в “паровой рубашке” и внутреннем объеме камеры. Объем реагентной смеси, помещаемой в камеру при одном испытании, составлял 40-50 л. Давление насыщенного пара в “паровой рубашке” варьировали в диапазоне 0.5-0.6 МПа, температура реагентов в камере была 150-160°С. В корпусе камеры имелись три каната, расположенные вертикально на одинаковом расстоянии друг за другом, для забора проб раствора из разных мест внутреннего цилиндра в ходе реакции. После окончания реакции болты с крышки камеры отбалчивались и вынимались, крышка открывалась, камера охлаждалась, партия стекла разливалась в отдельные емкости и отправлялась на химические анализы. Технические характеристики стекла, полученного во 2-ой серии, варьировали путем изменения отношения весовой доли кремнезема, щелочи и воды и были в тех же пределах, что и в 1-ой серии. Типичные характеристики одной из проб стекла во 2-ой серии таковы: р8 = 1.34 г/см3, весовая доля 5Ю221.9 %, А12030.12 %, РеО 0.05 %, СаО-О.11 %, тё= 2.60. Скорость реакции с образованием силиката натрия увеличилась при использовании тонкодисперсного порошка кремнезема с большой удельной поверхностью, длительность процесса составляла от 0.5 до 2.0 ч. Размеры пор и частиц использованного кремнезема были сосредоточены в узком диапазоне малых значений (от 8.0-16.0 нм до 20.0-30.0 нм), поэтому все частицы раство 347 рялись одновременно и быстро, что обеспечивало однородность состава изготовленного стекла и отсутствие нерастворившихся частиц. В щелочной среде скорость растворения дисперсного геотермального кремнезема определяется тремя факторами: 1. высокая удельная поверхность; 2. повышение растворимости частиц коллоидных размеров; 3. повышение растворимости при высоком показателе рН. Растворимость дисперсного кремнезема Сг, согласно эффекта ТомпсонаГиббса, существенно зависит от радиуса кривизны частиц К по уравнению [59]: С;Се= ехр(2Е^-УУК8Т-К), (6.5) где Е$м, поверхностная энергия раздела фаз кремнезем-водный раствор, Е$« = 46-100 эрг/см2 при 25°С в чистой воде [59], V, молярный объем аморфного кремнезема, К.8 универсальная газовая постоянная. В щелочных средах в интервале значений рН = 9-12 растворимость аморфного кремнезема увеличивается за счет образования силикат-иона Нз$Ю4‘ помимо имеющихся в растворе молекул кремневой кислоты Н48Ю4. Концентрация С;* иона Нз$Ю4' быстро растет с увеличением показателя рН по уравнению [59]: Св= Кв-Се/СН= 10рН-Кв Се, (6.6) где Сн-концентрация иона ОН', К*константа равновесия реакции диссоциации молекул кремневой кислоты: Н4$Ю4= Н38Ю/ + ВТ Согласно экспериментальным данным, приведенным в работе Айлера [59], растворимость аморфного кремнезема в чистой воде при 25°С следующим образом зависела от рН: рН = 6-8 120 мг/кг, рН = 9 138 мг/кг, рН = 9.5 180 мг/кг, рН = 10 310 мг/кг, рН = 10.6 876 мг/кг. Скорость растворения коллоидных частиц кремнезема во многих случаях оказывается пропорциональна величине их удельной поверхности 8Р [59]. Это соотношение не выполняется для частиц с размером меньше 5.0 нм, которые согласно уравнению (6.5) проявляют значительно более высокую растворимость. Поэтому скорость растворения в щелочных растворах должна |