CN1380249A - 一种零水偏硅酸钠的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种以离子膜液碱、细石英砂为原料制备陶瓷泥浆解胶剂的零水偏硅酸钠的方法。该方法其特征是将离子膜液碱与细石英砂按实际固体含量重量比1.2～2∶1混合，搅拌15～30分钟，混合浆料置于容器中，将容器置于250℃～800℃窑炉环境中或平板上干燥脱水反应0.5～5小时,浆料煅烧成松散粉料后出炉,冷却粉碎即得产品。

Description

一种零水偏硅酸钠的制备方法

技术领域

本发明涉及陶瓷生产中的一种添加剂，具体地说是一种零水偏硅酸钠的制备方法。

背景技术

建筑陶瓷工业的主要原料是粘土，而粘土的矿物粘度很细，一般在0.1～10mm之间。它具有很大的表面积，又有荷电与水化等性质，粘土粒子分散在水介质中形成的泥浆是介于溶胶—悬浮液—粗粒子分散体系之间的一种特殊状态。为了满足陶瓷生产工艺的需要，获得含水量低，同时又具有良好流动性、稳定性的泥浆，在生产过程中必须加入一定量的解胶剂。通常，对浆料性能最基本的要求是：①流动性好，粘度低，以满足喷雾干燥要求；②在满足流动性的前提下，浆料中含水量尽可能低，以降低喷雾干燥能耗；③浆料稳定性高，长期放置不易沉淀分层；④浆料不与压机模具材料发生反应，以便延长模具使用寿命和脱模性良好。

选用适当的电解质作解胶剂是陶瓷生产中制备高质量陶瓷浆料的主要因素。目前陶瓷生产中常用的电解质作解胶剂有三类：①无机盐电解质，如水玻璃、碳酸钠、磷酸三钠、六偏磷酸钠等；②有机酸盐电解质，如腐植酸钠、单酸钠、柠檬酸钠、松香皂等；③聚合物电解质，如甲基纤维素(钠)、海藻酸钠、木质磺酸盐、聚丙烯酸盐、阿拉伯树胶等。这些电解质作解胶剂的作用对提高陶瓷浆料的质量有一定作用，但其效果尚不能令人满意，或因解胶能力不足或因适应性不广(如对高硬水地区)，或因价格较高增加生产成本(德产PC-67，美产9300聚丙烯酸盐等)，最主要的是在降低含水量方面，这些电解质的作用均有限。

发明内容

本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处，提供一种以离子膜液碱、细石英砂为原料制备陶瓷泥浆解胶剂的零水偏硅酸钠的方法。

本发明的目的可以通过以下措施来达到：

1、主要原料及规格

离子膜液碱(NaOH)    氯化钠(NaCl)，％＜0.1

细石英砂(SiO₂)细度≤160目二氧化硅(SiO₂)，％≥98

2、制法及生产工艺路线

一种用作陶瓷泥浆解胶剂的零水偏硅酸钠的制备方法，其特征是将离子膜液碱与细石英砂按实际固体含量重量比1.2～2∶1混合，搅拌15～30分钟，混合浆料置于容器中，将容器置于250～800℃窑炉环境中或平板上干燥脱水反应0.5～5小时，浆料煅烧成松散粉料后出炉，冷却粉碎即得产品。

反应方程式代表如下：

简示工艺路线如下：

离子膜液碱和细石英砂→搅拌容器→干燥脱水反应炉→冷却粉碎→产品

本发明相比现有技术具有如下优点：

1、方法特点：

①原料价廉易得，生产成本低；②生产工艺简洁明了，易于操作；③采用离子膜液碱及细石英砂，反应易于进行，质量稳定；④温度控制250℃～800℃，能耗较低。

2、产品特点：

①可使浆、泥料流动性好，粘度低、满足喷雾干燥要求，效果好；②能减少浆、泥料的含水量，减少喷雾干燥所需能耗，在同等能耗下，单位时间内提高喷雾塔出粉产量10％左右；③可使浆料稳定性高、质量好；④以浆、泥料颗粒间有助磨润滑作用，能提高工效，节省电力能耗；⑤不与模具材料发生反应，延长模具寿命，并具有较好的脱模效果；⑥广泛适用于各类陶瓷浆、泥料的配制(包括瘠性陶瓷原料)；⑦配料方便，计量准确，能减轻劳动强度，可较大幅度地降低生产成本；⑧加料过量不会出现反凝现象。

3、用途特点：

本发明主要用作陶瓷泥浆解胶剂，可使泥浆具有良好的流动性和粘度，以满足泥浆后期喷雾干燥时的工艺要求，并可在保持泥浆同等流动性情况下，减少加入水量，从而在喷雾时减少干燥水份所需能源，还可用作火电厂煤浆球磨时煤浆稀释剂和控制石油钻井调节泥浆的粘度。另外还可用于工业清洗剂、民用洗涤剂、洗碗剂等行业。

应用机理分析

从粘土泥浆内的结构来看，要制备流动性好的泥浆，应必须将泥浆内原有的结构边—面或边—边结合的结构转变成面—面排列的结构，泥浆的粘度才会下降，这种转变越彻底，粘度降低越显著，从转变泥浆内部结构来考虑必须具备如下几个条件：

1、介质是碱性

粘土在酸性介质中，边面带正电，因而引起粘土边面与带负电的板面之间强烈的静电吸引而结合成边—面或边—边结构。在碱性介质中，粘土边面和板面均带负电荷，这样就消除了边—面或边—边的静电吸力，同时增加粘土表面的净负电荷，使粘土颗粒之间静电斥力增加，为泥浆的稀释创造了条件。

2、必须有一价阳离子交换粘土原来吸附的离子，粘土颗粒在介质中充分分散必须使粘土颗粒之间有足够的静电斥力及溶剂化膜。颗粒间斥力用f表示，粘土的电动电位用E表示，扩散层间的厚度用I/K表示则：

f∝E²/K

从公式中可知E越高，扩散层厚度I/K越大，则粘土胶粒间的斥力越大。

已知天然粘土一般都大量吸附Ca²⁺、Mg²⁺、H⁺离子，而Ca²⁺-粘土、Mg²⁺-粘土等的电位均低于Na⁺-粘土，且Na⁺-粘土的扩散层也较厚，所以必须使用大量的Na⁺去取代Ca²⁺、Mg²⁺使之转变为Na⁺-粘土，这就使粘土具备了稀释稳定的条件。

3、阴离子的作用

不同阴离子的Na⁺电解质对粘土的作用不相同，概括为两方面作用：

其一、是与Ca²⁺、Mg²⁺结合形式不溶物或稳定的络合物因而促使Na⁺、对Ca²⁺、Mg²⁺的交换更加完全。比如：

由于CaSiO₃溶解度很小，所以反应易于进行。

其二、聚合型阴离子在胶溶(稀释)过程中，有其特殊的作用。

聚合型阴离子能与Ca²⁺、Mg²⁺离子形成稳定的络合物，从而促使Na⁺离子与Ca²⁺、Mg²⁺离子进行交换。

根据这些理论的分析和反复无数次试验的结果显示，利用本方法生产的零水偏硅酸钠作为陶瓷解胶剂时，具有明显优势。其一，利用本方法生产的零水偏硅酸钠属于强碱弱酸性无机盐类化学物质，水溶后可自行水解，产生大量游离氢氧根离子，能长时间维持溶液环境成碱性状态；其二，利用本方法生产的零水偏硅酸钠产品中含有50％以上的氧化钠，能在同等解胶剂用量的情况下，提供较大的钠离子浓度，有利于泥浆的离子交换；其三，利用本方法生产的零水偏硅酸钠产品中含有40％以上的硅酸根离子，能与较大量的Ca²⁺、Mg²⁺离子进行沉淀反应，有利于泥浆的离子交换；其四，克服传统熔融方法生产固体硅酸钠工艺中铝离子等有害离子在硅酸钠中的危害，提高其综合性能。综合上述几方面情况，可使得泥浆颗粒表面由钠离子附着，从而使得泥浆颗粒表面水化膜加厚，斥力增加，吸引力减小，泥浆流动性变好，最终使泥浆满足陶瓷生产时的工艺参数。

具体实施方式

实施例1

将250kg含NaOH为32％的离子膜液碱加入搅拌容器中，启动搅拌，缓慢加入50kg含SiO₂为98％的细石英砂，继续搅拌15分钟，将混合浆料放至容器中，最后将容器置于250℃窑炉环境中干燥脱水反应120分钟，浆料煅烧成松散粉料后出炉，冷却粉碎即得产品。

实施例2

将250kg含NaOH为32％的离子膜液碱加入搅拌容器中，启动搅拌，缓慢加入50kg含SiO₂为98％的细石英砂，继续搅拌20分钟，将混合浆料放至容器中，最后将容器置于400℃窑炉环境中干燥脱水反应60分钟，浆料煅烧成松散粉料后出炉，冷却粉碎即得产品。

实施例3

将250kg含NaOH为32％的离子膜液碱加入搅拌容器中，启动搅拌，缓慢加入50kg含SiO₂为98％的细石英砂，继续搅拌15分钟，将混合浆料放至容器中，最后将容器置于700℃窑炉环境中干燥脱水反应30分钟，浆料煅烧成松散粉料后出炉，冷却粉碎即得产品。

Claims (2)

1、一种用作陶瓷泥浆解胶剂的零水偏硅酸钠的制备方法，其特征是将离子膜液碱与细石英砂按实际固体含量重量比1.2～2∶1混合，搅拌15～30分钟，混合浆料置于容器中，将容器置于250～800℃窑炉环境中或平板上干燥脱水反应0.5～5小时，浆料煅烧成松散粉料后出炉，冷却粉碎即得产品。

2、根据权利要求1所述的零水偏硅酸钠的制备方法，其特征是将离子膜液碱与细石英砂按实际固体含量重量比1.6∶1混合，搅拌20分钟，混合浆料置于容器中，将容器置于400℃窑炉环境中干燥脱水反应60分钟，浆料煅烧成松散粉料后出炉，冷却粉碎即得产品。