CN114890431B - 一种改性水玻璃的湿法生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改性水玻璃的湿法生产方法，包括如下步骤：将石英砂和液体碱按照比例添加到水玻璃反应釜中，反应获得水玻璃溶液；向所述水玻璃溶液中加入硅胶粉和沸石粉，将混合后的物料在反应釜中密封，通蒸汽、升温、加压，进行反应；将反应好的物料加水稀释后进行过滤，获得液体水玻璃；将锂基膨润土和聚阴离子纤维素经有机溶剂溶解，搅拌均匀后再超声振荡10～15min得到预处理的改性助剂，将预处理好的改性助剂与液体水玻璃进行混合，水浴搅拌，即得到混合均匀的改性水玻璃。本发明所述的一种改性水玻璃的湿法生产方法，有利于生产高模数的液体水玻璃，提高水玻璃应用范围；生产得到的改性水玻璃常温强度提高，避免水玻璃老化导致粘结性下降。
Description
技术领域
本发明涉及水玻璃生产技术领域，特别涉及一种改性水玻璃的湿法生产方法。
背景技术
水玻璃俗称泡花碱，是一种水溶性硅酸盐水溶液俗称水玻璃，是一种矿黏合剂。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，称为水玻璃的摩数。水玻璃的用途非常广泛，几乎遍及国民经济的各个部门。在化工系统被用来制造硅胶、白炭黑、沸石分子筛、五水偏硅酸钠、硅溶胶、层硅及速溶粉状硅酸钠、硅酸钾钠等各种硅酸盐类产品，是硅化合物的基本原料。水玻璃的制备方法有干法和湿法两种，其中经湿法制备的水玻璃虽然生产成本较低，环保节能，但只能制备模数较低的水玻璃，导致水玻璃应用范围受限；另外生产出来的水玻璃往往因水玻璃老化导致粘结性下降，影响水玻璃强度性能。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种改性水玻璃的湿法生产方法，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种改性水玻璃的湿法生产方法，包括如下步骤：
步骤S1、将石英砂和液体碱按照比例添加到水玻璃反应釜中，反应获得水玻璃溶液；
步骤S2、向所述水玻璃溶液中加入硅胶粉和沸石粉，将混合后的物料在反应釜中密封，通蒸汽、升温、加压，进行反应；
步骤S3、将步骤S2中反应好的物料加水稀释后进行过滤，获得液体水玻璃；
步骤S4、将锂基膨润土和聚阴离子纤维素经有机溶剂溶解，搅拌均匀后再超声振荡10～15min得到预处理的改性助剂，将预处理好的改性助剂与步骤S3中的液体水玻璃进行混合，再于50℃水浴温度下搅拌30～40min，即得到混合均匀的改性水玻璃。
作为本发明的进一步优化方案，所述步骤S1中所用的液体碱为Na2O，其浓度为150-240g/l。
作为本发明的进一步优化方案，所述步骤S1中水玻璃模数为2.4～2.6。
作为本发明的进一步优化方案，所述石英砂和液体碱的质量比2.5～2.8:1。
作为本发明的进一步优化方案，所述硅胶粉为硅胶生产中的副产品。
作为本发明的进一步优化方案，所述硅胶粉和沸石粉添加的比例分别为石英砂质量的0.05～0.1％。
作为本发明的进一步优化方案，所述步骤S2反应温度为130～150℃，时间为2～5h，蒸汽压力为0.4～0.6MPa。
作为本发明的进一步优化方案，所述步骤S3中稀释用水为蒸馏水。
作为本发明的进一步优化方案，所述步骤S4有机溶剂为二甲苯或丙酮中的一种或两种，添加量为锂基膨润土和聚阴离子纤维素质量的6～10倍。
作为本发明的进一步优化方案，所述步骤S4中改性助剂与液体水玻璃的质量比为0.5～2：100。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明中，通过向石英砂和液体碱的混合料内加入硅胶粉和沸石粉，提高反应活性，使得二氧化硅浸出率提高，可用于生产高模数的液体水玻璃，提高水玻璃应用范围；而硅胶粉为硅胶生产中的副产品，价格低廉，生产流程短，能耗低，易于投入使用。
2、本发明中，通过将锂基膨润土和聚阴离子纤维素经溶解、搅拌和超声振荡处理得到改性助剂，利用改性助剂得到改性液体水玻璃，提高液体水玻璃常温强度，避免水玻璃老化导致粘结性下降，改性助剂所选用的锂基膨润土具有强的吸湿性和膨胀性，在水介质中能分散成胶凝状和悬浮状，改善水玻璃的粘结性能；而聚阴离子纤维素溶解到水玻璃溶液当中，与硅羟基形成氢键,提高粘结效率，从而使常温强度得到提高；锂基膨润土和聚阴离子纤维素共同配合协同作用，使得改性水玻璃的强度性能进一步提升。
具体实施方式
下面对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
一种改性水玻璃的湿法生产方法，包括如下步骤：
步骤S1、将石英砂和浓度为200g/l的Na2O按质量比2.5:1添加到水玻璃反应釜中，反应获得模数为2.6的水玻璃溶液，其中水玻璃模数是水玻璃中二氧化硅与碱性氧化物摩尔数的比值。
步骤S2、向水玻璃溶液中加入硅胶粉和沸石粉，将混合后的物料在反应釜中密封，通蒸汽、升温、加压，进行反应，其中反应温度为140℃，时间为4h，蒸汽压力为0.5MPa，硅胶粉和沸石粉添加的比例分别为石英砂质量的0.05％；
步骤S3、将步骤S2中反应好的物料加蒸馏水稀释后进行过滤，获得液体水玻璃；
步骤S4、将锂基膨润土和聚阴离子纤维素经有机溶剂二甲苯溶解，其中有机溶剂二甲苯添加量为锂基膨润土和聚阴离子纤维素质量的8倍，搅拌均匀后再超声振荡12min得到预处理的改性助剂，将预处理好的改性助剂与步骤S3中的液体水玻璃按质量比为0.5：100进行混合，再于50℃水浴温度下搅拌35min，即得到混合均匀的改性水玻璃。
实施例2
一种改性水玻璃的湿法生产方法，包括如下步骤：
步骤S1、将石英砂和浓度为200g/l的Na2O按质量比2.5:1添加到水玻璃反应釜中，反应获得模数为2.6的水玻璃溶液，其中水玻璃模数是水玻璃中二氧化硅与碱性氧化物摩尔数的比值；
步骤S2、向水玻璃溶液中加入硅胶粉和沸石粉，将混合后的物料在反应釜中密封，通蒸汽、升温、加压，进行反应，其中反应温度为140℃，时间为4h，蒸汽压力为0.5MPa，硅胶粉和沸石粉添加的比例分别为石英砂质量的0.1％；
步骤S3、将步骤S2中反应好的物料加蒸馏水稀释后进行过滤，获得液体水玻璃；
步骤S4、将锂基膨润土和聚阴离子纤维素经有机溶剂二甲苯溶解，其中有机溶剂二甲苯添加量为锂基膨润土和聚阴离子纤维素质量的8倍，搅拌均匀后再超声振荡12min得到预处理的改性助剂，将预处理好的改性助剂与步骤S3中的液体水玻璃按质量比为2：100进行混合，再于50℃水浴温度下搅拌35min，即得到混合均匀的改性水玻璃。
实施例3
一种改性水玻璃的湿法生产方法，包括如下步骤：
步骤S1、将石英砂和浓度为200g/l的Na2O按质量比2.5:1添加到水玻璃反应釜中，反应获得模数为2.6的水玻璃溶液，其中水玻璃模数是水玻璃中二氧化硅与碱性氧化物摩尔数的比值；
步骤S2、向所述水玻璃溶液中加入硅胶粉和沸石粉，将混合后的物料在反应釜中密封，通蒸汽、升温、加压，进行反应，其中反应温度为140℃，时间为4h，蒸汽压力为0.5MPa，硅胶粉和沸石粉添加的比例分别为石英砂质量的0.08％；
步骤S3、将步骤S2中反应好的物料加水稀释后进行过滤，获得液体水玻璃；
步骤S4、将锂基膨润土和聚阴离子纤维素经有机溶剂二甲苯溶解，其中有机溶剂二甲苯添加量为锂基膨润土和聚阴离子纤维素质量的8倍，搅拌均匀后再超声振荡12min得到预处理的改性助剂，将预处理好的改性助剂与步骤S3中的液体水玻璃按质量比为0.5：100进行混合，再于50℃水浴温度下搅拌35min，即得到混合均匀的改性水玻璃。
实施例4
一种改性水玻璃的湿法生产方法，包括如下步骤：
步骤S1、将石英砂和浓度为200g/l的Na2O按质量比2.5:1添加到水玻璃反应釜中，反应获得模数为2.6的水玻璃溶液，其中水玻璃模数是水玻璃中二氧化硅与碱性氧化物摩尔数的比值；
步骤S2、根据石英砂的量按比例添加硅胶粉和沸石粉，将混合后的物料在反应釜中密封，通蒸汽、升温、加压，进行反应，其中反应温度为140℃，时间为4h，蒸汽压力为0.5MPa，硅胶粉和沸石粉添加的比例分别为石英砂质量的0.08％；
步骤S3、将步骤S3中反应好的物料加蒸馏水稀释后进行过滤，获得液体水玻璃；
步骤S5、将锂基膨润土和聚阴离子纤维素经有机溶剂二甲苯溶解，其中有机溶剂二甲苯添加量为锂基膨润土和聚阴离子纤维素质量的8倍，搅拌均匀后再超声振荡12min得到预处理的改性助剂，将预处理好的改性助剂与步骤S3中的液体水玻璃按质量比为1：100进行混合，再于50℃水浴温度下搅拌35min，即得到混合均匀的改性水玻璃。
对比例1
一种改性水玻璃的湿法生产方法，包括如下步骤：
步骤S1、将石英砂和浓度为200g/l的Na2O按质量比2.5:1添加到水玻璃反应釜中，反应获得模数为2.6的水玻璃溶液，其中水玻璃模数是水玻璃中二氧化硅与碱性氧化物摩尔数的比值；
步骤S2、将锂基膨润土和聚阴离子纤维素经有机溶剂二甲苯溶解，其中有机溶剂二甲苯添加量为锂基膨润土和聚阴离子纤维素质量的8倍，搅拌均匀后再超声振荡12min得到预处理的改性助剂，将预处理好的改性助剂与步骤S1中的水玻璃按质量比为1：100进行混合，再于50℃水浴温度下搅拌35min，即得到混合均匀的改性水玻璃。
对比例2
一种改性水玻璃的湿法生产方法，包括如下步骤：
步骤S1、将石英砂和浓度为200g/l的Na2O按质量比2.5:1添加到水玻璃反应釜中，反应获得模数为2.6的水玻璃溶液，其中水玻璃模数是水玻璃中二氧化硅与碱性氧化物摩尔数的比值；
步骤S2、向所述水玻璃溶液中加入硅胶粉和沸石粉，将混合后的物料在反应釜中密封，通蒸汽、升温、加压、进行反应，其中反应温度为140℃，时间为4h，蒸汽压力为0.5MPa，硅胶粉和沸石粉添加的比例分别为石英砂质量的0.08％；
步骤S3、将步骤S2中反应好的物料加蒸馏水稀释后进行过滤，获得液体水玻璃；
步骤S4、将锂基膨润土经有机溶剂二甲苯溶解，其中有机溶剂二甲苯添加量为锂基膨润土质量的8倍，搅拌均匀后再超声振荡12min得到预处理的改性助剂，将预处理好的改性助剂与步骤S3中的液体水玻璃按质量比为1：100进行混合，再于50℃水浴温度下搅拌35min，即得到混合均匀的改性水玻璃。
对比例3
一种改性水玻璃的湿法生产方法，包括如下步骤：
步骤S1、将石英砂和浓度为200g/l的Na2O按质量比2.5:1添加到水玻璃反应釜中，反应获得模数为2.6的水玻璃溶液，其中水玻璃模数是水玻璃中二氧化硅与碱性氧化物摩尔数的比值；
步骤S2、向所述水玻璃溶液中加入硅胶粉和沸石粉，将混合后的物料在反应釜中密封，通蒸汽、升温、加压、进行反应，其中反应温度为140℃，时间为4h，蒸汽压力为0.5MPa，硅胶粉和沸石粉添加的比例分别为石英砂质量的0.08％；
步骤S3、将步骤S2中反应好的物料加蒸馏水稀释后进行过滤，获得液体水玻璃；
步骤S4、将聚阴离子纤维素质量经有机溶剂二甲苯溶解，其中有机溶剂二甲苯添加量为聚阴离子纤维素质量的8倍，搅拌均匀后再超声振荡12min得到预处理的改性助剂，将预处理好的改性助剂与步骤S3中的液体水玻璃按质量比为1：100进行混合，再于50℃水浴温度下搅拌35min，即得到混合均匀的改性水玻璃。
对比例4
一种改性水玻璃的湿法生产方法，包括如下步骤：
步骤S1、将石英砂和浓度为200g/l的Na2O按质量比2.5:1添加到水玻璃反应釜中，反应获得模数为2.6的水玻璃溶液，其中水玻璃模数是水玻璃中二氧化硅与碱性氧化物摩尔数的比值；
步骤S2、向所述水玻璃溶液中加入硅胶粉和沸石粉，将混合后的物料在反应釜中密封，通蒸汽、升温、加压、进行反应，其中反应温度为140℃，时间为4h，蒸汽压力为0.5MPa，硅胶粉和沸石粉添加的比例分别为石英砂质量的0.08％；
步骤S3、将步骤S2中反应好的物料加蒸馏水稀释后进行过滤，获得液体水玻璃。
分别统计实施例1-4以及对比例1-4的常温强度和SiO2浸出率，其结果如下表：
| 项目 | 常温强度(MPa) | SiO2浸出率(％) |
| 实施例1 | 1.80 | 94.3 |
| 实施例2 | 1.82 | 94.2 |
| 实施例3 | 1.85 | 95.1 |
| 实施例4 | 1.86 | 95.6 |
| 对比例1 | 1.77 | 65.5 |
| 对比例2 | 1.32 | 95.2 |
| 对比例3 | 1.33 | 95.2 |
| 对比例4 | 1.18 | 95.3 |
综合以上实验数据，得出以下结论：
通过向石英砂和碱液混合的内加入一定量的硅胶粉和沸石粉均可提高二氧化硅浸出率，从而提高水玻璃模数，由实施例4和对比例1-4可知，向液体水玻璃内分别加入锂基膨润土或聚阴离子纤维素，可提高水玻璃的常温强度，而实施例4常温强度为1.86MPa，相比于对比例2和对比例3其常温强度进一步提升，可知锂基膨润土和聚阴离子纤维素共同加入水玻璃内，可使水玻璃常温强度进一步加强，进而提高水玻璃产品的粘结性。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.一种改性水玻璃的湿法生产方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤S1、将石英砂和液体碱按照比例添加到水玻璃反应釜中，反应获得水玻璃溶液；其中，石英砂和液体碱的质量比2.5～2.8:1，液体碱为Na2O，其浓度为150-240g/l；
步骤S2、向所述水玻璃溶液中加入硅胶粉和沸石粉，将混合后的物料在反应釜中密封，通蒸汽、升温、加压，进行反应；其中，硅胶粉和沸石粉添加的比例分别为石英砂质量的0.05～0.1%；
步骤S3、将步骤S2中反应好的物料加水稀释后进行过滤，获得液体水玻璃；
步骤S4、将锂基膨润土和聚阴离子纤维素经有机溶剂溶解，搅拌均匀后再超声振荡10～15min得到预处理的改性助剂，将预处理好的改性助剂与步骤S3中的液体水玻璃按0.5～2：100的质量比混合，再于50℃水浴温度下搅拌30～40min，即得到混合均匀的改性水玻璃；其中，有机溶剂为二甲苯或丙酮中的一种或两种，添加量为锂基膨润土和聚阴离子纤维素质量的6～10倍。
2.根据权利要求1所述的一种改性水玻璃的湿法生产方法，其特征在于： 所述步骤S1中水玻璃模数为2.4～2.6。
3.根据权利要求1所述的一种改性水玻璃的湿法生产方法，其特征在于：所述硅胶粉为硅胶生产中的副产品。
4.根据权利要求1所述的一种改性水玻璃的湿法生产方法，其特征在于：所述步骤S2反应温度为130～150℃，时间为2～5h，蒸汽压力为0.4～0.6MPa。
5.根据权利要求1所述的一种改性水玻璃的湿法生产方法，其特征在于：所述步骤S3中稀释用水为蒸馏水。
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