一種生產高模數矽酸鈉的方法

2023-05-22 01:08:46

專利名稱：一種生產高模數矽酸鈉的方法
技術領域：
本發明涉及粉煤灰類工業廢物的綜合利用及無機鹽--矽酸鈉的制 備，屬於一種用粉煤灰類工業廢物製備高模數矽酸鈉的技術。
背景技術：
矽酸鈉常被稱作水玻璃或泡花鹼，是一種應用範圍極廣的無機鹽產 品，主要應用於洗滌劑、制皂業、包裝業、精密鑄造、電焊條生產、塗 料、建材及冶金等行業，也是生產矽膠、分子篩和白炭黑的基本原料。
矽酸鈉溶液的表徵指標之一是模數即矽酸鈉溶液中的SK)2和Na20的質 量比，目前高模數矽酸鈉溶液的使用場合佔據主導地位。
矽酸鈉的製造方法一般分為幹法和溼法兩種。其中幹法是將石英砂 和純鹼或硫酸鈉混勻，在1400 150(TC的高溫爐中進行6 7小時熔融反 應，反應物需在熔融態水淬冷卻成玻璃狀料，然後再將該料移至溶解槽 內，通入熱蒸汽溶解，蒸汽壓力約為0.4MPa，溶解好的物料被洩到澄清 槽內長時間自然沉降或過濾去除殘渣，澄清的上清液再用泵送到蒸發濃 縮器中濃縮至要求濃度即為矽酸鈉產品，其優點是可製取各種模數的矽 酸鈉，如M為0.5-4.0，尤其是M〉2.5的高模數矽酸鈉，不足之處是能耗 高、汙染重。溼法是以苛性鹼和石英粉為原料，在約160°C、 0.6 0.8MPa 壓力的條件下，在溶解釜中攪拌反應6 8小時製成。同幹法一樣，溼法 也需去除殘渣後蒸發濃縮才能獲得產品，其優點是避開了高溫反應，但 存在原料消耗高，只能製備低模數矽酸鈉的缺點。
此外，無論溼法還是幹法，在現有技術中都沒有充分利用粉煤灰這樣的工業廢棄物來製備高模數矽酸鈉。

發明內容
本發明的目的是克服上述現有技術的不足，提供一種以粉煤灰類等 富含活性二氧化矽的工業廢棄物作為原料，在低溫常壓下製備各種模數 矽酸鈉的方法，尤其是生產高模數矽酸鈉，達到節能降耗的效果，充分 體現環境友好。
本發明涉及一種在低溫常壓下生產高模數矽酸鈉的方法，其包括如 下步驟用苛性鹼液浸溶含有較多活性Si02的粉煤灰類工業廢棄物，以 製備低模數矽酸鈉溶液；液固分離後，用脫硫C02煙氣碳酸化分解該溶 液，使溶液中的矽酸鈉轉變成矽酸(Si02，nH20)沉澱析出，再過濾分離， 濾液為碳酸鈉溶液，經苛化後再補鹼或蒸發濃縮後循環使用；所得濾餅 經簡單洗滌去除矽酸吸附的Na2CCb後，與上述過濾分離出的低模數矽酸 鈉溶液和/或苛性鹼液按最終矽酸鈉產品所需模數的化學成分配兌，在小 於該溶液沸點的溫度下攪溶，即可快速合成高模數矽酸鈉。
優選的是，所述苛性鹼液濃度是指NaOH含量》5%的任意苛性鹼液。
優選的是，所述鹼浸條件是常壓下小於該溶液沸點的任意溫度，或 高壓下大於該溶液沸點的任意溫度。
優選的是，所述含有較多活性Si02的粉煤灰類工業廢棄物是粉煤灰、 焙燒的煤矸石、焙燒的高嶺土、霞石及化工和/或冶金礦渣物料。
優選的是，所述C02煙氣是經脫硫處理後的CO2含量》10。/。的煙氣。
優選的是，所述碳酸化分解條件是指將低模矽酸鈉溶液碳分至溶液 中Na2SK)3幾乎全部轉化為Si02 nH20的條件。
優選的是，所述苛化後再補鹼或蒸發濃縮這樣來實施，即，當用低 濃度苛性鹼液浸溶粉煤灰類工業廢棄物製備的低模數矽酸鈉溶液時，經碳分並過濾去除矽酸後的碳酸鈉溶液，採用直接苛化再補鹼至原始濃度
後循環使用；而當用高濃度苛性鹼液浸溶粉煤灰類工業廢棄物製備的低 模數矽酸鈉溶液時，經碳分並過濾得到的碳酸鈉溶液，採用直接苛化再 蒸發濃縮至原始濃度後再循環使用。
優選的是，在所述用低模數矽酸鈉與矽酸配兌步驟中，嚴格分析測 定二者的化學組分。
優選的是，所述合成的溫度選擇室溫至溶液沸點間的任意溫度，在 該溫度區間確保反應在常壓下進行，溫度接近沸點，合成反應時間小於 25分鐘。
優選的是，所述合成的溫度選擇高於溶液沸點的溫度。 上述優選特徵的任意組合都可以構成本發明的一個方案，例如一具
體方案包括如下步驟
(1)在小於溶液沸點的溫度下,用質量百分比濃度》5。/。的NaOH溶
液熱浸粉煤灰類富含Si2的原料，以製備低模數的矽酸鈉液，鹼浸時的
NaOH溶液與所述原料的液固比(重量比)為0.7 30: 1，溫度為20 125
°C，時間為40分鐘-3小時；
(2) 用脫硫C02煙氣碳酸化分解固液分離出的低模數矽酸鈉溶液，使 溶液中Na2Si3幾乎全部轉變為矽酸(Si02 tiH20), 0)2煙氣濃度》10%; 碳酸化分解溫度為55 95'C;
(3) 用60 8(TC清水逆流洗滌上述固液分離得到的矽酸，去除吸附的 Na2C03，測定所得濾餅的化學成分，特別是含水率後，與低模數的矽酸 鈉溶液和/或純苛性鹼液配兌製備矽酸鈉，合成溫度為《溶液沸點，合成 反應時間為《25分鐘；也可採用高於溶液沸點的溫度以大幅縮短合成反 應時間，如高於溶液沸點溫度約IO'C時，7-9分鐘即可完成合成反應。
(4) 按最終矽酸鈉產品所需模數的化學成分配兌，攪拌熱煮即製備M為1 4的各種矽酸鈉；
(5)將碳分母液即上述析出矽酸後的碳酸鈉溶液送去苛化或蒸濃至原 始苛性鹼濃度後返至鹼浸工序循環使用。
本發明所述製備矽酸鈉的方法的特徵在於物料為富含活性Si02的
原料，其中Si02含量應》35。/。；活性Si02包括非晶Si02和無定型Si02;
活性Si02在低溫常壓下能與苛性鹼反應生成矽酸鈉，而石英Si02反應很
慢。所述含較多活性之物料不僅表現出在低溫常壓下與苛性鹼發生反應， 且在一定溫度下能自發劇烈反應，使料液沸騰。這類原料包括粉煤灰、 焙燒的煤矸石、焙燒的高嶺土、蛋白石、霞石及化工和冶金礦渣等，當 物料較粗時，需經破碎研磨至粒度《200目。
本發明並不局限於這一具體方案，而是包括如上所述各特徵的任意 組合，由於這些組合構成的所有技術方案對於本領域普通技術人員來說 是非常容易實施的，所以這裡沒有一一列舉。
採用本發明的製備任意模數矽酸鈉的方法，尤其是生產高模數矽酸 鈉的方法，所用原料來源廣、價格低，避免了使用高溫熔融、水淬等高 耗能高汙染作業，工藝過程簡單，設備投入少，完全可用於燃煤電廠發 展循環經濟，增產增效，該工藝操作簡便，產品成本低，具有較大的經 濟效益和社會效益。
具體實施例方式
用以下實施例對本發明的方法作進一步的說明，而不作為本發明保 護範圍的限定。 實施例1
使用36%的苛性鹼液，按液固比(重量比)為4: 3，在12(TC下常壓熱 浸含Si02為47%的粉煤灰45分鐘，製備M為0.57的低模數矽酸鈉溶液， 其溶液中SiO2含量為60g/L。在8(TC的溫度下，用脫硫後的C02含量為38%的煙氣碳酸化分解該溶液，製備矽酸(Si02 nH20)。過濾分離，將矽
酸濾餅用7(TC左右的熱水逆流洗滌三次，然後測其含水率，按M為3.5
3.7的指標，將低模數矽酸鈉、苛性鹼和矽酸配兌，將配兌好的物料置於
釜中於95 11(TC間攪拌熱煮20分鐘，即製得M為3.5 3.7的矽酸鈉產 a
叩o
將碳分後過濾出的碳酸鈉液用石灰乳於95 10(TC苛化後，用蒸發器 蒸濃至原始苛性鹼濃度(36%)後返回鹼浸工序循環使用。 實施例2
將高嶺土粉碎研磨至200目，於105(TC焙燒1小時，用18%的苛性 鹼液，按液固比(重量比)為5: 1，於10(TC熱浸2小時後固液分離製備低 模數的矽酸鈉溶液，其溶液中Si02含量為41g/L。然後利用專利申請 200716062197.1中所述技術對該溶液進行兩次碳分。 一次碳分去除溶液 中的鐵、鈦和鋁等雜質，二次碳分製備較純的矽酸(Si02，nH20)。過濾分 離後，用65C的熱水洗滌矽酸數次，去除矽酸吸附的碳酸鈉後，測定矽 酸含水率，按M為3.1 3.5的指標，將低模數矽酸鈉、苛性鹼和矽酸配 兌，將配兌好的物料於95 10(TC間攪拌加熱20分鐘即製得M為3.1 3.5的矽酸鈉產品。
將過濾分離得到的碳酸鈉液用石灰苛化後，經蒸發器簡單蒸濃到原 始濃度後返回鹼浸工序循環使用。
實施例3
將Si02含量大於45%的煤矸石破碎，於115(TC煅燒2小時，然後 研磨至200目，用15°/。的苛性鹼液，按液固比(重量比)為8: 1,於105 'C，熱浸2小時製備低模數(M0.5)的矽酸鈉溶液。然後利用專利申請 200716062197.1中所述技術對該溶液進行兩次碳分。 一次碳分去除鐵、 鈦和鋁等雜質，二次碳分製備出較純的矽酸(Si02 nH20)。過濾分離後，用7(TC熱水將矽酸所吸附的碳酸鈉洗去。按M為2.5 3.0的指標，將低 模數矽酸鈉、苛性鹼和矽酸配兌，在11(TC下攪拌至矽酸完全溶解，反應 時間約20分鐘，即製得M為2.5 3.1的矽酸鈉。
過濾分離得到的二次碳分母液用石灰苛化後少量補入苛性鹼到原始 濃度後直接返回到鹼浸工序循環使用。
權利要求
1.一種在低溫常壓下生產高模數矽酸鈉的方法，其包括如下步驟用苛性鹼液浸溶含有較多活性SiO2的粉煤灰類工業廢棄物，以製備低模數矽酸鈉溶液；液固分離後，用脫硫CO2煙氣碳酸化分解該溶液，使溶液中的矽酸鈉轉變成矽酸(SiO2·nH2O)沉澱析出，再過濾分離，濾液為碳酸鈉溶液，經苛化後再補鹼或蒸發濃縮後循環使用；所得濾餅經簡單洗滌去除矽酸吸附的Na2CO3後，與上述過濾分離出的低模數矽酸鈉溶液和/或苛性鹼液按最終矽酸鈉產品所需模數的化學成分配兌，在小於該溶液沸點的溫度下攪溶，即可快速合成高模數矽酸鈉。
2. 如權利要求1所述的生產高模數矽酸鈉的方法，其特徵在於所 述苛性鹼液濃度是指NaOH含量》5%的任意苛性鹼液。
3. 如權利要求1所述生產高模數矽酸鈉的方法，其特徵在於所述 鹼浸條件是常壓下小於該溶液沸點的任意溫度，或高壓下大於該溶液沸 點的任意溫度。
4. 如權利要求1所述的生產高模數矽酸鈉的方法，其特徵在於所 述含有較多活性Si02的粉煤灰類工業廢棄物是粉煤灰、焙燒的煤矸石、 焙燒的高嶺土、霞石及化工和/或冶金礦渣物料。
5. 如權利要求1所述的生產高模數矽酸鈉的方法，其特徵在於所述C02煙氣是經脫硫處理後的(:02含量>10%的煙氣。
6. 如權利要求1所述的生產高模數矽酸鈉的方法，其特徵在於所述碳酸化分解條件為將低模矽酸鈉溶液碳分至溶液中Na2Si03幾乎全部 轉化為Si02 nH20的條件。
7. 如權利要求1所述的生產高模數矽酸鈉的方法，其特徵在於所 述苛化後再補鹼或蒸發濃縮這樣來實施，即，當用低濃度苛性鹼液浸溶粉煤灰類工業廢棄物製備的低模數矽酸鈉溶液時，經碳分並過濾去除矽酸後的碳酸鈉溶液，採用直接苛化再補鹼至原始濃度後循環使用；而當 用高濃度苛性鹼液浸溶粉煤灰類工業廢棄物製備的低模數矽酸鈉溶液 時，經碳分並過濾得到的碳酸鈉溶液，採用直接苛化再蒸發濃縮至原始 濃度後再循環使用。
8. 如權利要求1所述的生產高模數矽酸鈉的方法，其特徵在於在 所述用低模數矽酸鈉與矽酸配兌步驟中，嚴格分析測定二者的化學組分。
9. 如權利要求1所述的生產高模數矽酸鈉的方法，其特徵在於所 述合成的溫度選擇室溫至溶液沸點間的任意溫度，在該溫度區間確保反 應在常壓下進行，溫度接近沸點，合成反應時間小於25分鐘。
10. 如權利要求1所述的生產高模數矽酸鈉的方法，其特徵在於所 述合成的溫度選擇高於溶液沸點的溫度。
全文摘要
一種低溫常壓下生產高模數矽酸鈉的方法。用燒鹼液浸取粉煤灰類工業廢棄物料中的活性二氧化矽，製備低模數的矽酸鈉溶液。然後，碳酸化分解該溶液製備矽酸(SiO2·nH2O)。再將該矽酸與上述低模數矽酸鈉和/或氫氧化鈉溶液按最終矽酸鈉產品所需模數指標進行配兌，在小於液體沸點的溫度下攪溶，即可製得高模數的矽酸鈉。這種生產方法與現有的生產矽酸鈉的幹法和溼法工藝相比原料廣、成本低、能耗少、無汙染，能生產M＝1～4間任意模數的矽酸鈉，尤其是高模數的矽酸鈉，有較大的工業化推廣應用價值。
文檔編號C01B33/32GK101318663SQ20081013227
公開日2008年12月10日 申請日期2008年7月23日 優先權日2008年7月23日
發明者頔 宋, 左春霞, 李桂豔, 秦晉國, 郭繼萍 申請人:平朔煤炭工業公司