CN1033377C - 结晶二硅酸钠制备方法 - Google Patents
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Abstract
层状结构且SiO2与Na2O的摩尔比1.9到2.1∶1、含水量0.3wt%的结晶二硅酸钠制备方法中先用砂与氢氧化钠溶液反应，其中SiO2同Na2O的摩尔比率为(2.0到2.3)∶1，反应温度在180到240℃之间，压力为10到30巴，得到水玻璃液，其中固体20wt%，用200到300℃热空气处理成粉状非晶形二硅酸钠，其含水量小于15到23%，堆积密度至少为300g/l。干燥粉状非晶形二硅酸钠研磨后引入有移动固体装置的旋转炉并通过壁加热，内部有不同温度区400到800℃处理1到60分钟而得结晶二硅酸钠。
Description
本发明涉及一种制备具有层状结构、SiO2与Na2O的摩尔比率为(1.9到2.1)∶1、含水量小于0.3wt％的结晶二硅酸钠的方法，其中将砂与氢氧化钠溶液反应，SiO2与Na2O的摩尔比率为(2.0到2.3)∶1，得到含至少20wt％固体的水玻璃溶液，用温度为200到300℃的热空气对水玻璃溶液进行喷雾干燥形成粉末状非晶形二硅酸钠，其含水量(即在700℃加热时所损失的水量)为15到23wt％，堆积密度大于300g/l。
DE-OS4,031,848提出了一种通过含有至少20％的固体的水玻璃溶液制备具有层状结构、SiO2与Na2O的摩尔比率为(1.9到2.1)∶1、含水量小于0.3wt％的结晶二硅酸钠的方法。在这种方法中，水玻璃溶液是由石英砂以SiO2与Na2O的摩尔比率为(2.0到2.3)∶1的比例和氢氧化钠溶液进行反应得到的，反应温度为180到240℃，压力为10到30bar，这种水玻璃溶液在喷雾干燥区用温度为200到300℃的热空气处理，形成粉末状的非晶形硅酸钠，其含水量(在700℃加热时损失的水量)为15到23wt％，堆积密度大于300g/l。将粉末状的、非晶形含水硅酸钠引入一倾斜的装有移动固体装置的旋转炉中，用温度高于500到850℃的烟道气逆流处理1到60分钟，形成结晶硅酸钠，最后，将结晶硅酸钠移出直接加热的旋转炉，并用机械粉碎机细碎成0.1到12mm的微粒。
已知方法的缺点是难于在旋转炉中建立稳定的温度发布，因为每单位时间的烟道气量和温度都在变化。用这种方法产生的结晶二硅酸钠的质量不稳定。
因此，本发明的目的是提供一种制备结晶二硅酸钠的方法，其中可在相当长的时间内得到质量均匀的结晶二硅酸钠，根据本发明，达到这一目的方法是将喷雾干燥过的粉末状的非晶形二硅酸钠磨碎，再将粉末状的二硅酸钠引入配有移动固体装置并经过其壁外加热以及内部有多个不同的温度区域的旋转炉。最后在400-800℃的温度下将二硅酸钠处理1至60分钟，形成结晶二硅酸钠。
本发明方法的优选形式为按以下方式来设计：
a)喷雾干燥过的粉末状，非晶形二硅酸钠被粉碎成1到50μm的微粒；
b)送出旋转炉的粉末状结晶二硅酸钠是0.1到12mm的微粒，用磨粉机将其细碎成2到400μm的微粒；
c)将粉末状结晶二硅酸钠送入辊式压力机，在5到40KN/cm辊筒宽度的压力下将其压成紧密状块；
d)紧密状块被机械粉碎成堆积密度为700到1000g/l的颗粒；
e)旋转炉通过壁在外面加热，其内部至少有4个不同的温度区域；
f)在邻近入口的第一个温度区，温度维持在200至500℃，第二个温度区维持在400到600℃，第三温度区维持在550至700℃，邻近出口的第四温度区维持在650到800℃。
在本发明的方法中，对旋转炉的加热是通过炉壁在外面进行的(所谓间接加热)，这样热量可通过炉壁均匀地传递给二硅酸钠，能量得到较好地利用。
按照本发明的方法，旋转炉纵向温度控制即温度分布，可通过相互独立的多个燃烧室进行，而无需改变旋转炉中气体的速度，利用这种办法可更精确地调整形成δ-Na2Si2O5的温度范围，并且保持恒定以减少产生不希望出现的α-Na2Si2O5的危险。
按照本发明的方法，没有烟道气通过旋转炉的反应室，在反应室中的气体速度实际上很低，因而只有少量的尘埃从旋转炉中流出。
按照本发明的方法，通过炉壁对旋转炉进行外部加热所产生的约700℃的废热气体，因为不含尘埃，可被用来，例如，在喷雾干燥塔中干燥水玻璃溶液。
在附图中，部分图示了一个利用本发明方法进行生产的设备。
将喷雾干燥过的粉末状非晶形二硅酸钠通过输料管道2送进旋转炉1，并通过炉壁在外面加热，同时，通过在旋转炉1的另一端的输出管道4将结晶二硅酸钠引入冷却器3中，冷却器3配备一条用于成品的填充管道5，旋转炉1的夹套分成多个燃烧室，每个燃烧室与一个加热气体管道(6，7，8，9)相通。在这种情况下，每个加热气体管道(6，7，8，9)同一个空气供气管(10，11，12，13)和一个烟道气供气管(14，15，16，17)相连，通过这种方法，可对旋转炉夹套的每个燃烧室的加热气体温度分别进行调整。
旋转炉1侧面连有输料管2，以及输气管18，它与清洗器19相通。清洗器通过第一条管线20与废气系统相连，通过第二条管线21同废水处理设备相连。最后，从旋转炉上端接引出废气管22，该废气管可导向，例如，喷雾干燥塔。
例1(现有技术)
将砂(含99％的SiO2，颗粒尺寸：90％＜0.5mm)和以SiO2与Na2O的摩尔比率计为2.15∶1的，浓度为50wt％的氢氧化钠溶液放入一个装备有搅拌设施的，镀镍的，圆柱状的加热器中。通过注入蒸气(16巴)将混合物加热至200℃，并同时搅拌，在这个温度下放置60分钟。借助一个汽提器将加热器中的物料闪蒸而进入一个容器中。加入0.3wt％的珍珠岩作为助滤剂，在90℃下沉淀不可溶物质，并通过圆盘压滤器进行过滤。所得到的过滤液是清澄的水玻璃溶液，其SiO2与Na2O的摩尔比率为2.04∶1。用水进行稀释达到固体含量45％。
将水玻璃溶液喷入装有圆盘雾化器的热水喷雾干燥塔中，喷雾干燥塔通过燃烧气体的燃烧室加热并连结气体清洗袋滤器以分离产品。以这种方式调整加热室使得进入塔顶的热气的温度为260℃。将被喷雾的水玻璃溶液的比率以这种方式进行调整，使得离开喷雾干燥塔的硅酸盐/气体混合物的温度为105℃。根据喷雾干燥塔的体积和通过喷雾干燥塔的气体量可算出滞留时间为16秒。在袋滤器中分离出的非晶形二硅酸钠的堆积密度为480g/l，形成尘埃的趋势较小，其含铁量为0.01wt％，SiO2与Na2O的比率为2.04∶1，在700℃加热时的损失为19.4wt％，它的平均微粒直径为52μm。
每小时将60kg的非晶形的二硅酸钠装入一个直接加热的旋转炉中(长5m，直径78cm，倾斜度1.2°)，旋转炉用多层矿物纤维金属板保温，使得旋转炉内温度为730℃，其外壁温度最多54℃。在放出旋转炉的结晶二硅酸钠中，二硅酸钠含15wt％的α-Na2Si2O5，含水量(在700℃加热损失的水量)为0.1％，用机械粉碎机将其细碎成小于6mm的微粒，在经过冷却后，用圆盘研磨机(直径为30cm)以400min-1将其磨碎成直径小于110μm的微粒，所得粉末的含铁量和非晶形二硅酸钠相同。
旋转炉的废气在非晶形二硅酸钠的入口处被吸出，然后送入清洗塔中。每小时有5kg的二硅酸钠连同废气放出。
例2(本发明)
根据和例1相类似的方法，用含45％固体的水玻璃溶液在热气喷雾干燥塔中制备非晶形二硅酸钠，其含水量(在700℃加热时所损失的水量)为19.0％，堆积密度为420g/l，然后通过喷气研磨机将其磨碎成平均直径为35μm的微粒，堆积密度630g/l。
每小时将25kg的粉末非晶形二硅酸钠置入旋转炉(长度5.3m；直径40cm；倾斜度5mm/m
0.3°)，旋转炉通过炉壁和测量丝在外面加热，邻近入口的第一个燃烧室的区域(见图)的温度为460℃，第二个燃烧室区域的温度为580℃，第三个燃烧室区域的温度为650℃，邻近出口处的第四个燃烧室区域的温度为690℃。在入口处装有移动固体的机械装置，其形状可防止非晶形二硅酸钠在旋转炉内壁该区域结壳并且不会在旋转炉内壁其它部分或其运输元件上结壳。
该旋转炉排出的结晶二硅酸钠仅含4wt％α-Na2Si2O5，水含量(700℃烧失量)0.1wt％，其进一步加工用粉碎机和圆盘研磨机同于例1进行。
例3(本发明)
例2所得平均直径145μm的产品用内置机械筛分装置的流化床/反喷流研磨机进一步磨碎。根据筛分器设定的转速，可得到二硅酸钠，其中没有表面粗糙颗粒，其平均直径2-15μm，水含量为0.14wt％，而且其层状结构仍保持不变。
例4(本发明)
例2所得产品再用装有刚玉球的陶瓷夹球磨机研磨，得到没有表面粗糙颗粒的二硅酸钠，根据研磨时间，其平均粒径5-14μm，层状结构以保持不变。
例5(本发明)
例2所得产物在辊压机中加工，其中用5cm宽的压辊，压力为30kN/cm辊宽，后续在筛分成粒机中研磨压块而得无尘颗粒，其平均直径750μm，堆积密度820g/l，研磨稳定性高。
为确定研磨稳定性，50g颗粒在球磨机中以100min-1的转速研磨5分钟(研磨机长10cm，直径11.5cm，放有8个直径2cm的钢球)。
进行研磨试验后，平均粒径仅615μm，这相当于缩小18％。
下表中给出的例中所得结晶二硅酸钠结合石灰的能力测定方法如下：将CaCl2液(相当于300mg CaO)加入1l蒸馏水中，得到德国硬度30°的水。
1l该水加热到20或60℃后加入1克例中所得结晶二硅酸钠和0-6ml的1摩尔甘氨酸液(75.1g甘氨酸和58.4g NaCl用水溶解达到1l)，从而调为pH10.4。该悬浮液在选定温度(20或60℃)搅拌30min，其中pH保持不变。最后，混合物过滤并配位滴定法测定滤液中剩余的钙。结合石灰能力即可从原含量减法计算而得。
表
pH10.4时二硅酸钠结合石灰能力
(mgCa/g Na2Si2O5)例 20℃ 60℃1 82 1322，3，4，5 84 136
Claims (7)
1.用水玻璃液制备层状结构，SiO2与Na2O摩尔比(1.9-2.1)∶1且水含量少于0.3wt％的方法，其中将砂与氢氧化钠溶液反应，在SiO2与Na2O摩尔比(2.0-2.3)∶1，温度180-240℃，压力10-30巴下得到水玻璃液，其固体含量至少20wt％，用200-300℃热空气喷雾干燥该水玻璃液而形成粉末状非晶形二硅酸钠，其含水量(700℃下烧失量)15-23wt％，堆积密度大于300g/l，其特征在于研磨喷雾干燥所得粉末状非晶形二硅酸钠，将研磨二硅酸钠引入装有移动固体装置并经过其壁外加热以及内部有多个不同的温度区域的旋转炉，在400-800℃下将研磨二硅酸钠处理1-60分钟而形成结晶二硅酸钠。
2.权利要求1的方法，其中将喷雾干燥后的粉末状非晶形二硅酸钠研磨成粒径1-50μm的颗粒。
3.权利要求1的方法，其中从旋转炉排出的粒径0.1-12mm的粉末状结晶二硅酸钠用研磨机成粒径2-400μm的颗粒。
4.权利要求1的方法，其中将研磨结晶二硅酸钠颗粒引入辊压机并将其以5-40kN/cm辊宽的压力压成块。
5.权利要求1的方法，其中压块经机械研磨加工成堆积密度700-1000g/l的颗粒。
6.权利要求1的方法，其中通过壁外加热的旋转炉内有至少4个不同温度的区域。
7.权利要求1的方法，其中邻近入口的第一温度区域保持200-500℃，第二温度区域保持400-600℃，第三温度区域保持550-700℃，而邻近出口的第四温度区域保持650-800℃。
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