CN105460941A - 一种利用硫酸钠生产硅酸钠的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于化工生产技术领域，涉及一种利用硫酸钠生产硅酸钠的方法，该方法也可以应用于生产水玻璃或白炭黑。该方法包括如下步骤：(1)原料准备：将硫酸钠、石英砂和还原剂按一定质量比装入熔融还原炉；(2)还原反应：原料在熔融还原炉内经加热反应、同时进行搅拌；(3)获得产品：反应结束后生成的硅酸钠熔体水淬制成硅酸钠产品，反应产生的SO2气体收集制备浓硫酸。本发明工艺流程简单，能耗低，生成的硅酸钠产品纯度高，SO2全部回收利用，具有节能环保等特点。

Description

一种利用硫酸钠生产硅酸钠的方法
技术领域
本发明属于化工生产技术领域，涉及一种利用硫酸钠生产硅酸钠的方法。
背景技术
硅酸钠俗称泡花碱，是一种水溶性硅酸盐，其水溶液俗称水玻璃，是一种黏合剂。其化学式为R2O·nSiO2，式中R2O为碱金属氧化物，n为二氧化硅与碱金属氧化物摩尔数的比值，称为水玻璃的模数。硅酸钠是一种用途非常广泛的化工原料，被用来制造硅胶、白炭黑、沸石分子筛、硅溶胶等各种硅酸盐类产品，是硅化合物的基本原料。
工业上硅酸钠的生产方法主要有两种：干法(固相法)和湿法(液相法)。干法生产是将石英砂和纯碱(Na2CO3)按一定比例混合后在反射炉中加热到1400℃左右，生成熔融状硅酸钠；其反应式为：Na2CO3+SiO2＝Na2SiO3+CO2(g)。湿法生产是以石英岩粉和烧碱(NaOH)为原料，在高压蒸锅里用0.6MPa～1.0MPa蒸汽压加热反应，直接生产液体水玻璃；其反应式为：NaOH+SiO2＝Na2SiO3+H2O。由于Na2CO3的价格较高，人们研究开发了用元明粉(Na2SO4)代替Na2CO3生产硅酸钠的方法。
用Na2SO4代替Na2CO3生产硅酸钠的方法与用Na2CO3生产硅酸钠的方法相似，但是由于Na2SO4必须在更高温度下才能分解，所以常配入一定比例的木炭、焦炭或煤等，使硫酸钠被还原成易与二氧化硅发生反应的亚硫酸钠。其反应方程式为：Na2SO4+SiO2+C＝Na2SiO3+SO2(g)+CO(g)。从生产实际来看，利用Na2SO4生产硅酸钠是可行的，但存在两个问题。一是受反应温度及操作工艺条件等限制，生产过程中会产生未反应的熔融状态Na2SO4(硝水)，硝水渗透性极强，对设备腐蚀严重，从而给连续生产带来困难。解决该问题主要是通过提高反射炉温度，使Na2SO4反应彻底，尽量不产生硝水。第二个问题是生产过程中Na2SO4分解产生大量的SO2，SO2进入反射炉产生的烟气中，由于烟气中SO2含量较低，因此难以回收利用。过去企业一般都是直接排放，给环境造成严重危害。现在受到环保法律的约束，该技术发展受到限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用硫酸钠生产硅酸钠的新方法，能够解决传统硫酸钠生产硅酸钠时存在能耗高，环境污染严重，SO2不能回收利用的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明提供一种利用硫酸钠生产硅酸钠的方法，包括如下步骤：
(1)原料准备：将硫酸钠、石英砂和还原剂按如下质量比装入熔融还原炉：石英砂量为硫酸钠量的21％～106％，还原剂量为硫酸钠量的10％～22％；
(2)还原反应：上述原料在熔融还原炉内经加热反应，同时进行搅拌；
(3)获得产品：反应结束后生成的硅酸钠熔体水淬制成硅酸钠产品，反应产生的高纯度SO2气体收集制备浓硫酸。
所述步骤(1)中，还原剂为硅铁粉和金属硅粉中的一种或两种。
所述步骤(1)中，还原剂的粒度在10目以下。
所述步骤(3)中，收集烟气中的SO2制备得到浓度为98％的浓硫酸。
所述步骤(2)中，加热方式选自电加热、微波加热和燃气外加热中的一种或几种。
所述步骤(2)中，反应温度为1350～1450℃。
所述步骤(2)中，搅拌方式选自电磁搅拌、气体搅拌和机械搅拌的一种或几种。
所述步骤(2)中，反应时间为20～120min。
该方法也可以应用于生产水玻璃或白炭黑。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明采用硅铁粉或金属硅粉作为还原剂，由于硅铁粉或金属硅粉是一种储能还原剂，还原反应是放热反应，不需要消耗其它能源进行加热，实现了节能生产。
(2)本发明采用硅铁粉或金属硅粉作为还原剂，反应产物SiO2可以代替石英砂，生成硅酸钠产品，整个工艺过程没有新的杂质产生，生产的硅酸钠产品纯度高。
(3)本发明产生的副产品SO2纯度高，可以直接制备高浓度硫酸，而且整个工艺流程短，操作简单，生产成本低，具有很好的经济效益。
(4)该方法也可以应用于生产水玻璃或白炭黑。
具体实施方式
本发明正是基于传统Na2SO4生产硅酸钠的方法存在严重的环境污染问题，提出利用储能还原剂硅铁粉或金属硅粉作为还原剂生产硅酸钠。新方法生产硅酸钠的反应是放热反应，热量消耗少，产生的烟气是纯SO2气体，可以制备浓硫酸，彻底解决了环境污染问题，而且制备得到高附加值产品。
本发明一种利用硫酸钠生产硅酸钠的方法，包括如下步骤：
(1)原料准备：将硫酸钠、石英砂和还原剂按一定质量比装入熔融还原炉；
(2)还原反应：原料在熔融还原炉内经加热、搅拌反应一定时间；
(3)获得产品：反应结束后生成的硅酸钠熔体水淬制成硅酸钠产品，反应产生的SO2气体收集制备浓硫酸。
硅酸钠可以制备水玻璃或生产白炭黑，浓硫酸可以作为产品出售。
所述步骤(1)中，还原剂为硅铁粉和金属硅粉中的一种或两种，还原剂的粒度为10目以下。
所述步骤(1)中，石英砂量为硫酸钠量的21％～106％，还原剂量为硫酸钠量的10％～22％。
Na2SO4可以与储能还原剂硅铁粉或金属硅粉反应生成亚硫酸钠和SiO2，进而继续反应生成硅酸钠。采用储能还原剂，不但还原反应容易进行，而且该反应是放热反应，反应消耗热量少。还原反应如下：
2Na2SO4+SiO2+Si＝2Na2SiO3+SO2(g)
所述步骤(2)中，加热方式选自电加热、微波加热和燃气外加热中的一种或几种。由于新方法合适的反应温度为1400℃左右，尽管反应不需要热量，但需要将物料加热到反应温度。为了得到较高纯度的SO2气体，新方法适宜采用电加热，微波加热或者燃气外加热的方式。
所述步骤(2)中，搅拌方式选自电磁搅拌、气体搅拌和机械搅拌的一种或几种。搅拌是为了加快反应速度，提高反应效率。
所述步骤(2)中，反应时间为20～120min。
下面结合实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
(1)原料：工业Na2SO4，石英砂(粒度100目)，还原剂：75#硅铁粉(粒度10目)。
(2)工艺步骤：将工业Na2SO4100kg，石英砂21kg，75#硅铁粉14kg混匀加入熔融还原炉，熔融还原炉采用电加热的方式加热到1450℃，通过电磁搅拌反应20min，反应结束后将硅酸钠熔体水淬制备得到硅酸钠产品，收集烟气中的SO2制备得到浓度为98％的浓硫酸。
实施例2
(1)原料：工业Na2SO4，石英砂(粒度50目)，还原剂：45#硅铁粉(粒度50目)。
(2)工艺步骤：将工业Na2SO4100kg，石英砂63kg，45#硅铁粉22kg混匀加入熔融还原炉，熔融还原炉采用微波加热的方式加热到1350℃，通过电磁搅拌反应60min，反应结束后将硅酸钠熔体水淬制备得到硅酸钠产品，收集烟气中的SO2制备得到浓度为98％的浓硫酸。
实施例3
(1)原料：工业Na2SO4，石英砂(粒度200目)，还原剂：金属硅粉(粒度100目)。
(2)工艺步骤：将工业Na2SO4100kg，石英砂106kg，金属硅粉10kg混匀加入熔融还原炉，熔融还原炉采用煤气外加热的方式加热到1400℃，通过电磁搅拌反应120min，反应结束后将硅酸钠熔体水淬制备得到硅酸钠产品，收集烟气中的SO2制备得到浓度为98％的浓硫酸。

Claims (9)

1.一种利用硫酸钠生产硅酸钠的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
(1)原料准备：将硫酸钠、石英砂和还原剂按如下质量比装入熔融还原炉：石英砂量为硫酸钠量的21％～106％，还原剂量为硫酸钠量的10％～22％；
(2)还原反应：上述原料在熔融还原炉内经加热反应，同时进行搅拌；
(3)获得产品：反应结束后生成的硅酸钠熔体水淬制成硅酸钠产品，反应产生的高纯度SO2气体收集制备浓硫酸。
2.根据权利要求1所述的利用硫酸钠生产硅酸钠的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，还原剂为硅铁粉和金属硅粉中的一种或两种。
3.根据权利要求1或2所述的利用硫酸钠生产硅酸钠的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，还原剂的粒度在10目以下。
4.根据权利要求1所述的利用硫酸钠生产硅酸钠的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，收集烟气中的SO2制备得到浓度为98％的浓硫酸。
5.根据权利要求1所述的利用硫酸钠生产硅酸钠的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，加热方式选自电加热、微波加热和燃气外加热中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的利用硫酸钠生产硅酸钠的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，反应温度为1350～1450℃。
7.根据权利要求1所述的利用硫酸钠生产硅酸钠的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，搅拌方式选自电磁搅拌、气体搅拌和机械搅拌的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的利用硫酸钠生产硅酸钠的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，反应时间为20～120min。
9.根据权利要求1所述的利用硫酸钠生产硅酸钠的方法，其特征在于：该方法也可以应用于生产水玻璃或白炭黑。
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