CN102951652A - 利用低浓度硅酸钠溶液生产偏硅酸钠的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用低浓度硅酸钠溶液生产偏硅酸钠的方法，是向低浓度硅酸钠溶液中添加偏硅酸钠结晶，加入或不加氢氧化钠，调节溶液的固含量至15～35wt%，模数＜1，加热溶解，添加少量晶种，降温析出偏硅酸钠结晶。既可生产五水偏硅酸钠，也可生产九水偏硅酸钠。本发明工艺过程简单易行，具有节约投资和节能降耗的优势，解决了高硅铝矿物料脱硅工艺中产生的低浓度硅酸钠溶液除硅的难题，具有较好的经济效益和工业应用价值。

Description

利用低浓度硅酸钠溶液生产偏硅酸钠的方法

技术领域

本发明涉及一种从高硅铝矿物料中分离提取二氧化硅的工艺方法，特别是涉及一种高效低耗去除低浓度硅酸钠溶液中的二氧化硅，直接用其生产带结晶水的偏硅酸钠的方法。

技术背景

我国铝土矿资源不仅短缺，而且品质差，绝大部分为一水硬铝石铝土矿，其铝硅比平均值5左右，不适于简单的拜耳法工艺生产氧化铝。

为了提高矿石的铝硅比，研究人员一直在研究开发简单易行，相对低物耗低成本的去除矿石中二氧化硅的工艺。目前，通过选矿提高铝土矿铝硅比的工艺已得到工业应用，该工艺对铝硅比5左右的铝土矿选矿效率高，铝硅比提高幅度大，可达9以上。但是，对于铝硅比＜4的铝土矿，该方法的选矿效率不高，且资源浪费大，矿石成本和选矿费用导致氧化铝产品成本高。

采用化学工艺预先脱除铝土矿中的二氧化硅，再用拜耳法提取氧化铝也是一种极具工业应用潜力的方法。该方法资源利用充分，脱硅效率高，脱硅后矿石的铝硅比可达11以上甚至更高。但是，该工艺需要预先在950～1100℃下对矿石进行焙烧处理，能耗较高，此外，化学预脱硅产出大量的低浓度硅酸钠溶液，需要消耗大量石灰去除溶液中的二氧化硅后才能循环使用，工艺复杂、物耗大。由于上述因素，阻碍了化学预脱硅方法的工业化推广应用。

化学预脱硅工艺中多使用低浓度(NaOH＜15wt%)大液固比(液固比＞4)工艺处理焙烧好的铝土矿粉，液固分离后得到的多为硅酸钠浓度不足5wt%的低浓度硅酸钠溶液。目前工艺多采用向该种溶液中添加过量石灰或石灰乳的方法，使溶液中的二氧化硅与加入的CaO或Ca(OH)₂反应生成硅酸钙沉淀出来，以达到去除二氧化硅的目的。这样做不仅增加了工序消耗，更重要的是液固分离得到的并非是有价值的硅酸钙产品，而是一种附碱较高(≥3%)的石灰、硅酸钙、铝硅酸钙和铝硅酸钠等成分复杂的混合物，不仅浪费了资源，而且不加处理势必给环境带来二次污染。与此类似，高铝粉煤灰资源化利用、煤系高岭岩资源化利用、冶金炉渣资源化利用工艺过程中也存在这种低浓度硅酸钠溶液再生及资源化回收利用的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用低浓度硅酸钠溶液生产偏硅酸钠的方法，该方法简单易行，生产偏硅酸钠低能耗低物耗。

本发明利用低浓度硅酸钠溶液生产偏硅酸钠的方法是：向低浓度硅酸钠溶液中添加偏硅酸钠结晶，加入或不加氢氧化钠，调节溶液的固含量至15～35wt%，模数＜1，加热溶解，添加少量晶种，降温析出偏硅酸钠结晶。

本发明所述的低浓度硅酸钠溶液是指SiO₂含量＜10wt%，固含量＜18wt%的硅酸钠溶液，包括：工业铝土矿预脱硅得到的低浓度硅酸钠溶液、高铝粉煤灰脱硅得到的低浓度硅酸钠溶液、煤矸石或冶金炉渣提取二氧化硅得到的低浓度硅酸钠溶液，等等。

在上述生产方法中，添加偏硅酸钠结晶的目的是调节溶液的固含量，所使用的偏硅酸钠结晶可以包括五水偏硅酸钠结晶，九水偏硅酸钠结晶，五水偏硅酸钠结晶与九水偏硅酸钠结晶的混合物，或含有其它结晶水的偏硅酸钠混晶体。

在上述生产方法中，加入氢氧化钠的目的是调节溶液中二氧化硅与氧化钠的模数，当模数＞1时加入氢氧化钠进行调节，如果模数＜1则可以不加氢氧化钠。本发明中使用的氢氧化钠优选浓度≥25wt%的高浓度氢氧化钠溶液或固体氢氧化钠。

析出偏硅酸钠结晶后，结晶母液中的SiO₂含量降低至≤3wt%，成为一种二氧化硅含量较低的氢氧化钠溶液，可以返回循环利用。

利用本发明的偏硅酸钠生产方法，既可以用于生产五水偏硅酸钠，也可以直接生产九水偏硅酸钠。

其中，九水偏硅酸钠的生产方法是：向低浓度硅酸钠溶液中添加偏硅酸钠结晶，加入或不加氢氧化钠，调节溶液的固含量达到18～23wt%，模数0.4～0.75，加热至≥50℃溶解，降温至30～33℃添加九水偏硅酸钠晶种，降温至16～28℃析出九水偏硅酸钠结晶。

五水偏硅酸钠的生产方法是：向低浓度硅酸钠溶液中添加偏硅酸钠结晶，加入或不加氢氧化钠，调节溶液的固含量达到23～33wt%，模数0.4～0.75，加热至≥80℃溶解，降温至50～53℃添加五水偏硅酸钠晶种，降温至32～38℃析出五水偏硅酸钠结晶。

不论是生产五水偏硅酸钠还是九水偏硅酸钠，五水偏硅酸钠或九水偏硅酸钠晶种的添加量均为溶液重量的0.1～0.6wt%。

本发明提供的利用低浓度硅酸钠溶液生产偏硅酸钠的方法可以直接生产市场规模较大的偏硅酸钠产品，不仅能够低能耗低物耗的生产偏硅酸钠产品，而且去除二氧化硅后的溶液作为氢氧化钠溶液（结晶母液）还可以循环利用。因此，将本发明方法应用于高硅铝矿物料生产氧化铝工艺中，可以达到降低氧化铝生产成本的目的。

具体实施方式

实施例1

取铝土矿化学预脱硅工艺中得到的低浓度硅酸钠溶液1吨，检测其SiO₂含量4.7wt%、Na₂O含量10wt%，固含量12.45wt%，模数0.626。加入222kg九水偏硅酸钠（Na₂SiO₃·9H₂O）结晶，加热到50℃溶解，使溶液的固含量调整到18wt%，此时溶液的模数M=0.77。再将溶液冷却到30～33℃，添加3.6kg九水偏硅酸钠晶种，继续冷却，待温度降至23℃，液固分离，得到九水偏硅酸钠结晶产品和SiO₂含量2.58wt%的结晶母液，其母液可返回化学预脱硅工序，配入氢氧化钠溶液中循环使用。

实施例2

取高铝粉煤灰化学脱硅工艺得到的SiO₂含量8.5wt%、Na₂O含量14.5wt%，模数0.605的低浓度硅酸钠溶液1吨，加入254kg五水偏硅酸钠（Na₂SiO₃·5H₂O）结晶，加热到80℃溶解，使溶液的固含量调整到35wt%，此时溶液的模数M=0.74。再将溶液冷却到50～53℃，添加3kg五水偏硅酸钠晶种，继续冷却，待温度降至33℃，液固分离，得到五水偏硅酸钠结晶产品和SiO₂含量2.8wt%的结晶母液，其母液可返回化学脱硅工序，配入氢氧化钠溶液中循环使用。

实施例3

取化学处理焙烧矸石粉得到的SiO₂含量6.5wt%、Na₂O含量10wt%，固含量16.5wt%，模数0.671的低浓度硅酸钠溶液1吨，加入209kg五水偏硅酸钠结晶，32wt%氢氧化钠溶液50kg，加热到80℃溶解，使溶液的固含量调整到23wt%，此时M=0.71。再将溶液冷却到52℃，添加2kg五水偏硅酸钠晶种，继续冷却，待温度降至33℃，液固分离，得到五水偏硅酸钠结晶产品和SiO₂含量2.68wt%的结晶母液，其母液可返回化学处理焙烧矸石粉工序循环使用。

Claims (10)

1.利用低浓度硅酸钠溶液生产偏硅酸钠的方法，其特征是向所述低浓度硅酸钠溶液中添加偏硅酸钠结晶，加入或不加氢氧化钠，调节溶液的固含量至15～35wt%，模数＜1，加热溶解，添加少量晶种，降温析出偏硅酸钠结晶。

2.根据权利要求1所述的利用低浓度硅酸钠溶液生产偏硅酸钠的方法，其特征是所述的低浓度硅酸钠溶液中SiO₂含量＜10wt%，固含量＜18wt%。

3.根据权利要求2所述的利用低浓度硅酸钠溶液生产偏硅酸钠的方法，其特征是所述的低浓度硅酸钠溶液包括工业铝土矿预脱硅得到的低浓度硅酸钠溶液、高铝粉煤灰脱硅得到的低浓度硅酸钠溶液、煤矸石或冶金炉渣提取二氧化硅得到的低浓度硅酸钠溶液。

4.根据权利要求1所述的利用低浓度硅酸钠溶液生产偏硅酸钠的方法，其特征是所述的偏硅酸钠结晶包括五水偏硅酸钠结晶，九水偏硅酸钠结晶，五水偏硅酸钠结晶与九水偏硅酸钠结晶的混合物，或含有其它结晶水的偏硅酸钠混晶体。

5.根据权利要求1所述的利用低浓度硅酸钠溶液生产偏硅酸钠的方法，其特征是所述氢氧化钠采用浓度≥25wt%的高浓度氢氧化钠溶液或固体氢氧化钠。

6.根据权利要求1所述的利用低浓度硅酸钠溶液生产偏硅酸钠的方法，其特征是所述析出偏硅酸钠结晶后的结晶母液中SiO₂含量≤3wt%，循环使用。

7.利用低浓度硅酸钠溶液生产偏硅酸钠的方法，其特征是向所述低浓度硅酸钠溶液中添加偏硅酸钠结晶，加入或不加氢氧化钠，调节溶液的固含量达到18～23wt%，模数0.4～0.75，加热至≥50℃溶解，降温至30～33℃添加九水偏硅酸钠晶种，降温至16～28℃析出九水偏硅酸钠结晶。

8.根据权利要求7所述的利用低浓度硅酸钠溶液生产偏硅酸钠的方法，其特征是所述九水偏硅酸钠晶种的添加量为溶液重量的0.1～0.6wt%。

9.利用低浓度硅酸钠溶液生产偏硅酸钠的方法，其特征是向所述低浓度硅酸钠溶液中添加偏硅酸钠结晶，加入或不加氢氧化钠，调节溶液的固含量达到23～33wt%，模数0.4～0.75，加热至≥80℃溶解，降温至50～53℃添加五水偏硅酸钠晶种，降温至32～38℃析出五水偏硅酸钠结晶。

10.根据权利要求9所述的利用低浓度硅酸钠溶液生产偏硅酸钠的方法，其特征是所述五水偏硅酸钠晶种的添加量为溶液重量的0.1～0.6wt%。