CN1882505A - 在还原性介质中在有浸没式燃烧嘴的炉中制备硅酸盐或玻璃 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及选自碱金属、碱土金属或稀土的元素的硅酸盐制备方法，该方法包括在一个反应器中二氧化硅与所述元素硫酸盐的反应，该反应器配备至少一个在熔化物料中的浸没式燃烧嘴，所述的浸没式燃烧嘴供给含有氧气的气体，以有效消耗的氧气计，把过量的还原性燃料加到该反应器中。该方法能在相对低的温度下令人满意的实施这种反应。

Description

在还原性介质中在有浸没式燃烧嘴 的炉中制备硅酸盐或玻璃
本发明涉及玻璃或硅酸盐的制备方法，例如可以用于生产玻璃的硅酸钠或微粒状的二氧化硅(沉淀二氧化硅)。
在本发明的范围内，“原料”应该理解是所有这些材料，即可玻璃化材料、天然材料或合成产品，来自煅烧类循环的材料等，它们可以加到供给玻璃炉的组合物中。“玻璃”应该理解是任何具有玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷基质的材料，其中二氧化硅是主要组分。术语“生产”包括绝对必要的原料熔化步骤，以及任选地任何的相继/补充步骤，这些步骤的目的在于为了最后成型操作而精制/调节熔化状的玻璃，特别是平板玻璃(窗玻璃)、空心玻璃器皿(烧瓶、瓶)，用于隔热或隔音性能的矿棉状(玻璃或岩石)玻璃，或甚至任选地用于增强的所谓纺织丝状的玻璃。
本发明更特别地涉及生产具有高含量碱金属，尤其是钠的玻璃所需要的原料，例如用于生产平板玻璃的钠钙类型玻璃。为提供钠或钾而实际最常使用的原料是碳酸钠Na2CO3或碳酸钾K2CO3，选择它们依然有缺陷。事实上，一方面这种化合物只是提供钠作为玻璃组成元素，所有含碳部分在熔化时分解放出CO2。另一方面，它相对于其它原料是昂贵的原料，因为它是采用Solvay方法用氯化钠和石灰得到的合成产品，即采用许多生产步骤和消耗大量能量的方法。
因此提出不使用碳酸盐，而使用硅酸盐作为钠源，该硅酸盐任选地呈预先制备的碱金属(Na)和碱土金属(Ca)混合硅酸盐形式。使用这类中间产品的优点是同时提供多种玻璃组分，消除了去碳酸化相以及减少从熔化炉放出CO2。它还能够加速整个原料的熔化，并有利于在熔化过程中的均匀化，例如像在专利FR1211098和FR 1469109中所指出的。但是，这种方法是个这种硅酸盐的生产问题。
在WO 0046161中描述了第一个合成方式：涉及在高温下卤化物(例如NaCl)和二氧化硅转化成硅酸盐，使用浸没式燃烧嘴提供热量。例如由US 3 627 504、US 3 260 587或US 4 539 034已经知道用浸没式燃烧嘴燃烧保证生产玻璃时可玻璃化材料的熔化。在不同的硅酸盐合成范围内采用这种技术，因此在严格意义上的玻璃生产上游，事实上有许多优点：这种燃烧方式在强湍流反应过程的材料内，在浸没式燃烧嘴火焰或气体喷射流周围产生强对流运动，这样有利于非常有效的搅拌反应物。另外，这些浸没式燃烧嘴直接给反应过程中的产物本体提供必需的热量。这也是一种对环境友好的燃烧方式。以这种方式使NaCl和二氧化硅直接转化因此是因多个理由而非常诱人的。但是，显然这种直接转化对于大规模实施是很不容易的。
WO 0 303 1357说明了分两不同步骤生产硅酸盐的方法，总反应涉及生产硅酸盐的卤化物(例如NaCl)和二氧化硅，这个总反应要通过生产硫酸盐。这个文件说明了煤或硫可以起固体燃料的作用。
本发明的目的首先是研制一种易于工业规模采用的经济效益特别好的硅酸盐生产方法。其次，这个新型生产方法对环境也是非常友好的，只要所有涉及的反应产物可能增值或再循环。
“浸没式燃烧嘴(
Figure A20048003426800051
immergé)”应该理解是在转化(反应物)过程的材料本体本身中，它们产生的火焰或来自这些火焰的燃烧气体会在进行这种转化的反应器中蔓延而配置的燃烧嘴。一般而言，它们放置得与使用反应器的侧壁或基底齐平或稍微超过。
本发明的目的首先是一种或多种碱金属(例如Na、K)和/或碱土金属(例如Ca、Mg)和/或稀土(例如Ce)硅酸盐基化合物的生产方法，所述的化合物任选地呈这些元素中至少两种元素结合而成的混合硅酸盐形式。这种方法牵涉所述硫酸盐与二氧化硅转化成相应硅酸盐的转化反应，因此至少部分地通过使用一个或多个浸没式燃烧嘴的燃烧反应给这种转化提供热量。在浸没式燃烧嘴炉中提供足够热能生成这种硅酸盐，这种硅酸盐依然是液体，并且粘度低到足以足够快速流出炉外。浸没式燃烧嘴的好处是直接给液体反应物提供必需的热量，由于通过气体搅拌它们而造成湍流，这种提供方式还会造成炉中不同材料的有效混合。根据本发明，优选的是通过浸没式燃烧嘴提供主要能量，但不排除采用其它办法提供一部分能量，例如通过电阻提供能量，尽管没有推荐将电阻和浸没式燃烧嘴结合起来共同提供能量(电阻腐蚀)。一般而言，合适的是生产每吨硅酸盐提供热量500-2500KWh。
这些浸没式燃烧嘴燃烧需要供氧，所述的氧或者呈纯氧形式，或者呈氧气和至少一种其它气体的混合物形式，例如空气便是这种情况。这种氧气用来与这种燃料进行反应，提供必需的热量。根据燃料的性质和加入方式，这种燃料与氧气可以大致快速地进行反应。因此，如果这种燃料是一种直接供给已经加有氧气的浸没式燃烧嘴的气体(烃，例如甲烷丙烷或丁烷或含硫气体，例如H2S)，这种燃烧是快速的，并且估计这种燃烧是完全的(当然，这里适合的是这种燃料和氧气到达浸没式燃烧嘴同一点，例如通过预混合室)。这意味着，如果按照化学计算量往这种浸没式燃烧嘴加入氧气和燃料气体，全部燃料气体和全部氧气一起进行反应。相反地，如果氧气以这个化学计算量计是过量的，氧气会随这些烟气跑掉，这是可测定的。如果燃料气体以这个化学计算量计是过量的，这种燃料也易于跑掉，但会有或多或少爆炸后-燃烧的危险，因此不会推荐这种方式。
还可以加入固体燃料，例如像固体硫或固体碳(煤)。在这种情况下，一般而言，将这种固体燃料加到反应槽中作为可玻璃化材料，即与浸没式燃烧嘴无关，虽然如此但可能最接近所述的燃烧嘴，如果希望它与通过所述燃烧嘴的氧气有效地进行反应。但是，即使非常靠近浸没式燃烧嘴加入这种固体燃料，也难以有完美的燃烧率，这意味着氧气可一般穿过反应物而没有与这种燃料完全反应，仍存在于这些烟(可测量的量)中，即使这种燃料相对于氧气是化学计算量的或甚至过量也是如此。
根据本发明，以有效消耗的氧气计(而不以只是加入的氧气计)加入过量的燃料(或还原剂)。事实上，本申请人已发现，如果这种反应介质是过量的燃料，硅酸盐的生成反应被激活，并且甚至可能在比没有这种过量更低的温度下进行时，这也就重新考虑指出在比没有这种过量时更低的温度下激活硅酸盐的生成反应。似乎是没有被浸没式燃烧嘴的氧气所消耗的过量燃料，事实上在这种情况下对硅酸盐的生成反应起到直接作用，一种还原剂类的作用。这种解释没有任何限制作用，但可能至少一个下述反应这时起作用：
        (1)
           (2)
反应(1)是在碳燃料或产生碳的燃料存在下进行的，例如煤、焦炭、含有碳的塑料(聚合物，例如聚乙烯、聚丙烯等)，反应(2)是在含有或产生硫的燃料下进行的。还可以使用同时含有碳和硫的燃料，例如像硫化橡胶(例如汽车轮胎)。
根据本发明，因此特别可以是下述情况之一：
a)供给氧气(这包括空气)和燃料气体的浸没式燃烧嘴，燃料气体相对于氧气不足并被氧气完全消耗时，另外还把固体或液体燃料添加到这种反应物中，该反应物部分地与氧气进行反应，但它的量足够大，没有被氧气完全消耗，因此起到在本发明的意义上的还原剂作用，有利于生成硅酸盐，氧气可能任选地随烟跑掉；
b)供给氧气(这包括空气)和燃料气体的浸没式燃烧嘴，燃料气体相对于氧气是化学计算量的，氧气和燃料气体都完全反应了，另外把固体、液体或气体燃料(例如H2S)添加到这种反应物中，起到在本发明的意义上的还原剂作用，有利于生成硅酸盐；
c)供给氧气(这包括空气)和没有燃料气体的浸没式燃烧嘴，另外把固体或液体燃料添加到这种反应物中，与至少一部分氧气进行反应，但它的量足够大，也起到在本发明的意义上的还原剂作用，有利于生成硅酸盐，一部分氧气通常随烟跑掉；
d)供给氧气(这包括空气)和H2S燃料气体的浸没式燃烧嘴，这种燃料气体相对于氧气是过量的，相对于硫酸盐起到还原剂作用，因此有利于生成硅酸盐；
人们知道，在所有这些方式的情况下，在反应物中使用相对于氧气的过量燃料，因此有效地进行反应。测量通过烟排放的氧气量时，可以很容易估算出进行有效反应的氧气。本技术领域的技术人员如果知道未反应的氧气量，于是通过常规试验可以估算出，要达到在本发明意义上的过量燃料而必需加入的燃料量。
应该指出，所谓的“可燃烧的”或“还原性的”材料是完全相同的，可以起到这两种作用。这种燃烧作用是通过与氧气反应起作用的，这种还原性作用是在生产硅酸盐的反应中起作用的。在本发明的意义上的过量燃料有可能使这种可燃烧材料具有更大的还原作用。
于是，本发明的目的首先是选自碱金属、碱土金属或稀土的元素硅酸盐的制备方法，该方法包括在配备至少一个浸没式燃烧嘴的反应器中在熔化物料中二氧化硅与所述元素硫酸盐的反应，往所述的浸没式燃烧嘴供给含有氧气的气体，以有效消耗的氧气计，把过量的还原性燃料(combustible réducteur)加到该反应器中。
在本发明的意义上的过量燃料，借助它含有的碳或硫并与硫酸钠化合而起到还原剂的作用。对于每种燃料，有可能确定相应于这种燃料实际上提供还原剂量的纯碳或硫质量的碳当量或硫当量。事实上，作为实例，一种含碳聚合物的质量比它含有的并有效起作还原剂作用的碳大。在本发明的意义上过量的燃料优选地是每摩尔硫酸盐为0.1-2摩尔，更优选地0.3-1摩尔碳或硫当量。于是，过量还原性燃料可以是固体或液体碳源或硫源或碳和硫源两者。作为提供硫和/或碳固体或液燃料体，可列举：硫化橡胶、轮胎、木材、纸板、纸、动物粉、被石油污染的砂(这最后一种材料同时是燃料/还原剂和二氧化硅源)、燃料油。可以过量的燃料还可以是气体硫源，例如H2S。
采用希望得到硅酸盐所相应的二氧化硅/硫酸盐摩尔比。这种硅酸盐可以用式MxOy.n(SiO2)表示，式中M代表碱金属或碱土金属或稀土，x和y代表正整数或非正整数，n代表正整数或非正整数。MxOy具体可以是Na2O、K2O、CeO2。一般而言，n(SiO2/MxOy摩尔比)是1-4，更特别地1.3-4，尤其M代表碱金属或碱土金属时更是如此。对于M是Na的情况，n更具体地是1.5-3.8。对于M是稀土，例如Ce的情况，n一般可以高于5，一般而言低于1000。
在反应物中至少是下述不同相：
-固体二氧化硅，
-液体硫酸盐，
-液体硅酸盐，
-来自浸没式燃烧嘴和生成硅酸盐反应的气体(按照这种情况可以含有SO2、SO3、CO2、H2、H2O、O2等)。
该反应介质因此含有大量不同的相，而浸没式燃烧嘴技术对于激烈搅拌和使反应进行下去是特别有效的。
液体硫酸盐和液体硅酸盐构成两个不同的相。如此寻找反应条件(温度、这些浸没式燃烧嘴的搅拌、停留时间、还原剂过量)，以致液体硫酸盐相在离开反应器之前消失了，并且不管怎样在生产期间尽可能是最低量。这个残留硫酸盐的量通常是以SO3量表示的。在反应器出口没有硫酸盐表明它已完全反应。在相反的情况下，在最后的硅酸盐中用裸视可观察到不需要的硫酸盐夹杂物。此外，在热的情况下，在生产后可能有或多或少爆炸性的液体硫酸盐喷出。一般而言，通过增加过量的还原剂可以克服这个缺陷。因此，通过最后硅酸盐中的硫酸盐相消失可以确定最小量的还原剂过量。加入太多过量的还原剂是无用的，因为这可能导致最后硅酸盐的裸视可见的黄-栗色着色(由于生成硫化物离子S2-)，即可能不希望的着色。一般而言，还原剂过量是硫酸盐相消失所需要过量的1-2倍。因此，优选地加入过量的燃料，其量足以使硅酸盐不含有硫酸盐夹杂物。
选择温度足以该反应进行下去，表现在反应介质的合适粘度。事实上，如果这个粘度太高，反应物凝固，该反应就进行不下去。如果该粘度太低，这些喷出现象非常严重，这样易于侵蚀这些反应器壁和顶，因此可能给生产的产物带来不需要的外来微粒。此外，这样落在这些反应器壁和顶上的材料不再能与加入的材料进行反应。事实上，这两个极端都会使所有两种情况的反应物搅拌非常不充分，这样降低了产率。合理搅拌这种介质还能使反应物的温度达到均匀。为此寻求在反应介质温度下硅酸盐相的粘度是50-3000泊，更特别地100-1000泊。一般而言，温度1000-1500℃，更特别地1200-1400℃很合适。
最后的硅酸盐是一种在室温下半透明的固体。优选地，它不含有不熔物，即没有参与反应的起始二氧化硅微粒。通过增加在该反应器中的停留时间可以消除这种存在的不熔物。
优选地，硅酸盐制备反应器后接一个精制槽(cuve de raffinage)。将这个槽与该反应器分开，从而避免硅酸盐从该槽回流到反应器中，还避免该反应器的粗制硅酸盐污染在精制过程中的硅酸盐。这种精制可获得下述优点：
-除去最后的不熔物(二氧化硅微粒)，
-从最后的硅酸盐除去最多的硫(由最后硅酸盐释放的呈H2S形式的硫是有毒性的，产生不希望的气味)，
-降低氧化还原作用，实际上，目标是在槽出口的氧化还原(等于最后硅酸盐中总FeO/Fe2O3质量比)低于0.5，甚至低于0.4，
-消耗在该硅酸盐中还存在的过量还原剂，这样又提高了生成硅酸盐反应的产率(消耗了在该反应器中未与硫酸盐反应的还原剂)。
这种精制槽一般配备加热设备，例如至少一个浸没式燃烧嘴。按照在出口目标氧化还原，这个或这些燃烧嘴的火焰大致为氧化性的。这些燃烧嘴可以供给燃料气体和空气或氧气，并且与燃料气体相比氧气则过量。在这个精制操作过程中，使粗制硅酸盐的颜色变浅，从而变得无色和半透明。在精制槽中硅酸盐的温度通常是在与反应器相同温度至比反应器温度低150℃的温度之间，优选地在比反应器温度低50℃的温度至比反应器温度低150℃的温度之间。
在该熔化反应器与精制槽之间分隔物可以是小槽或溢流道或顺着侧边的隔板。
“二氧化硅”可以通过主要含有二氧化硅(硅的氧化物)SiO2的任何化合物加到该反应介质中，即使它还含有其它的元素，其它少量化合物，使用天然材料，例如砂尤其是这种情况。
燃烧嘴在各个方面的效率(混合质量，极好的传热)都说明按照这个反应的转化是极其有利的，因此没有必要要达到极高的温度。
浸没式燃烧嘴另一个优点如下：与可玻璃化原料一样，它们允许加入液体/固体燃料。因此，这样导致在该反应器中得到熔融状硅酸盐的不同氧化还原，按照停留时间可以是0.1-0.9(停留时间越长，造成的氧化还原作用就越低)。事实上，在反应器进口，在装入不同原料的地方，氧化还原作用相对高些(0.35-0.9)是合适的，因为这样有利于硫酸盐的分解反应。在精制槽后，氧化还原一般而言是在0.1-0.9的范围内。
为一个或多个浸没式燃烧嘴(反应器和精制槽)而选择的助燃剂可以只是空气。但是，优选呈富含氧空气形式的助燃剂，甚至呈基本上只是氧气形式的助燃剂。高浓度的氧气因下述不同的理由而有利：减少了燃烧烟的体积，从能量方面来看是有利的，还避免了材料在反应过程中过分流化，可能引起朝上部结构飞溅，特别是朝进行转化的反应器顶部飞溅的任何危险。此外，这些得到的“火焰”更短，更发射，这样在熔化/转化过程中能将其能量更快传递到材料中。另外，如果必要时，在这些烟中硫氧化物浓度更高，这样有利于最后转化成硫酸。
涉及为一个或多个浸没式燃烧嘴选择燃料时，三种可供选择或组合的途径是可能的：可以选择液体、气体或固体状的燃料。
如果这种燃料至少部分呈气体状，则可以直接加到这些浸没式燃烧嘴中。如果这种燃料呈液体、固体状，可以在靠近浸没式燃烧嘴加入。
作为气体燃料，可以列举天然气(主要是甲烷)、丙烷、氢气或任何其它含烃化合物和/或含硫化合物，尤其是H2S(H2S的优点：不往大气中排放CO2)。
作为固体或液体燃料，可以列举任何主要呈含碳和/或含烃和/或含硫形式的化合物(其中包括硫和碳)：例如在上述情况下，可能涉及石油工业副产品(重燃油、沥青)。还可能涉及能循环使用的聚合物基材料(任何所谓的塑料、轮胎、硫化橡胶等)，以及甚至被烃污染的砂，它还同时提供二氧化硅和这种燃料，这是在例如海面石油污染后处理海滩去污问题的一种巧妙方式。
根据本发明，特别可以使用含有硫的燃料，例如含硫化合物，像废轮胎(可以含有例如0.5-4％硫)，甚至纯硫。在任何硫化聚合物(轮胎的)中有微量硫，在石油工业副产品中也有微量硫，本发明能使它们有效增值：事实上，在这种燃料中含有的硫为进行燃烧反应而提供氧化作用。然而，可以将这些硫氧化物(SO2和/或SO3)转化成硫酸，同时从烟中回收它们，再以适当方式进行处理。这时有两种选择(事实上可供选择的或组合的，尤其根据产生的H2SO4量，这完全取决于这种燃料的所选择S含量)：或者将H2SO4作为化学工业中广泛使用的反应剂而增值，与本发明方法无关，或者按照本发明方法的一个方案再使用这种硫酸。事实上，根据一种环路方法，生成硅酸盐反应的燃烧产物用作与硅酸盐化学反应并得到沉淀二氧化硅的反应剂。因此，本发明还涉及沉淀二氧化硅的制备方法，该方法包括根据上述权利要求中任一项权利要求所述的硅酸盐制备步骤a)，该反应器装有烟囱，它配备了得到硫酸的硫氧化物回收系统，使用在a)产生的硫酸进行酸处理在a)产生的硅酸盐步骤b)，一方面得到沉淀二氧化硅，另一方面得到所述元素的硫酸盐，该硫酸盐循环到a)。
有上述根据本发明生产H2SO4的方式替代或组合的另一种方式：硫酸盐转化成硅酸盐反应本身还产生硫氧化物SO2和/或SO3。因此这里还可以回收这些硫氧化物，让它们进行转化成硫酸的反应。如同前面的情况一样，可以再使用这种硫酸作为硅酸盐的反应剂和/或作为化学工业的反应剂而使其增值。
结果，如果这种燃料含有大量的硫，本发明利用的这些反应可以产生比卤化物转化成硫酸盐的反应需要更多的，甚至多得多的硫酸，这样在总体上使本发明的方法增值。
根据本发明生产硅酸盐的第一条出路涉及玻璃工业：它们可以至部分取代传统供应碱金属或稀土的原料，还特别涉及钠，至少部分的Na2CO3和砂被这种硅酸盐取代。于是特别可以采用根据本发明生产的硅酸盐供给玻璃炉。在以后的转化之前，例如在玻璃炉中，这种硅酸盐可以转变成颗粒用于临时储存。这种玻璃炉可以是通常设计的玻璃炉(例如采用浸没电极的电熔化炉，采用侧发生器运行的空气燃烧器炉，环式炉，以及在玻璃工业中任何已知类型的炉，其中包括浸没式燃烧嘴)，任选地采用稍微修改的设计和运行方式，以适合于无碳酸盐或比标准熔化的碳酸盐少的熔化过程。
应该指出，除硅酸钠之外的某些硅酸盐对于本发明生产也是非常有好处的。于是，本发明能够使用K2SO4生产硅酸钾，这样作为生产所谓“混合碱金属”玻璃的有Si和K的原料(即同时含有Na和K)至少在经济上是非常有利的。这些玻璃主要用于生产触摸屏幕、电视屏幕玻璃、可视等离子体屏幕玻璃(英语为“等离子体显示屏”)。
同样地，本发明能够以更经济的方式生产出含有特别添加剂的特种玻璃，例如稀土，像铈：有氧化铈可使玻璃具有抗紫外线的性能，而这类稀土还加到用于硬盘的高弹性模量的特种玻璃组合物中。因此，本发明可以使用含有Si和Ce的原料，即硅酸铈，且成本适当。
根据本发明生产硅酸盐(除使用作为玻璃炉的原料外)，更特别地硅酸钠的第二条出路涉及洗涤剂工业；硅酸钠常常加入洗衣粉/洗涤剂组合物中。
根据本发明生产硅酸盐的第三条出路涉及制备特种二氧化硅，这些二氧化硅通常用术语“沉淀二氧化硅”，它们例如加到混凝土组合物中，或者作为橡胶填料，尤其是车辆轮胎的填料，或加到食品(produits alimentiaires)中。事实上，有利地让硫酸与根据本发明生成的硅酸盐进行酸化学作用，以便沉淀出具有特定粒度的微粒状二氧化硅：目标微粒尺寸一般是纳米级(例如0.5-300nm，更特别地1-100nm)。
为了进行硫酸盐转化成硅酸盐的反应，如在专利WO-00/46161中所描述的，可以使用一种反应器，它配备了在熔化材料水平面下的一个或多个浸没式燃烧嘴和至少一种二氧化硅和/或硫酸盐加料设备，特别地呈一个或多个连续螺杆装料机形式。优选地，对于固体或液体燃料，同样可以使用它，如前面提到的含碳化合物和/或含烃化合物和/或含硫化合物(其中包括固体硫和固体碳)。于是至少把在反应时间前能蒸发的那些起始反应物直接加到在熔化/反应过程中的产物物料中。
本发明的方法因此有许多优点，其中：
＞减少玻璃炉排放CO2，这些玻璃炉用硅酸钠代替了全部或部分碳酸钠，这些炉子的能量消耗也比较低，因为减少或省去了除去碳酸反应，
＞使循环式方法运作(tourner le procédéen boucle)的可能性，重复使用产生的副产物H2SO4，
＞使含硫衍生物作为燃料增值的可能性。
图1表示硅酸盐生产设备，其中包括一个反应器，后接一个精制槽。
图2是本发明方法的优选实施方案，该方案循环式运行并得到沉淀二氧化硅。
图1表示一种反应器1，它配备了浸没式燃烧嘴2，还包括在反应物料4水平面以下的固体材料加入系统3(砂、硫酸盐、碳、硫等)，这些烟通过烟囱5排掉。粗制硅酸盐通过小槽6进入精制槽7，它也配备至少一个浸没式燃烧嘴，其氧化性火焰强于该还原剂火焰。通过烟囱8排放在精制槽中产生的烟。通过溢流道10回收精制硅酸盐9。
图2表明如何用该熔化反应器中产生的硫酸可以再化学处理根据本发明生产的硅酸盐，以便制备具有校准微粒尺寸的沉淀二氧化硅。一方面硅酸盐，另一方面硫酸盐在这个方法中循环式运作。硫酸本身也循环式运作，如果必要，根据使用燃料和/或还原剂性质可能产生过量的硫酸。
实施例1
采用一个配备浸没式燃烧嘴，后接精制槽的熔化炉，该炉配备浸没式燃烧嘴。这种炉和槽两者都是圆柱形的(垂直轴)，并且两者的底表面积都是0.07m2。这些浸没式燃烧嘴(炉和槽)两者都使用化学计算量的甲烷和纯氧气进行(因此，在每个燃烧嘴火焰中氧气被完全消耗了)。按照能够得到SiO2/Na2O摩尔比为3.5的硅酸钠的比例，往该炉中加入砂和硫酸钠。还加入焦炭，按照每摩尔加入的硫酸盐高达0.5摩尔碳代替过量的燃料/还原剂。产率是每天每m23吨。这个炉和槽两者都在1300℃下操作。炉出口的氧化还原是0.7(以总FeO/Fe2O3重量计)，残留SO3(这种硅酸盐溶解的SO3)是0.42重量％(采用X荧光或采用碳/硫分析仪可测定的)，这表明，炉中这种反应的产率是约98％。在精制槽中，残留的硫酸盐与残留的还原剂进行反应。在槽出口得到式Na2O·3.5(SiO2)硅酸盐，它是半透明的，无色的，其中残留的SO3(由残留的硫酸盐放出SO3)低于0.05％。这里氧化还原是0.20。
实施例2
如前面实施例一样进行，只是精制槽的浸没式燃烧嘴是在无氧下操作的(以化学计算量计在-15％氧气流量的还原性火焰)。在槽出口得到式Na2O·3.5(SiO2)硅酸盐，它是半透明的，无色的，其中残留的SO3低于0.05％。这里氧化还原是0.55。
实施例3(对比)
如实施例1一样进行，只是不添加过量的焦炭。用裸眼再发现在最后硅酸盐中存在的可见硫酸钠夹杂物。残留的SO3高于1％。这表明反应产率明显低于实施例1的产率。加入的硫酸盐没有充分分解。富集二氧化硅是非常高的，反应物快速地变得非常粘稠，因此应该停留在该反应器中。
实施例4
如实施例1一样进行，只是用过量的呈废轮胎形式的还原剂代替过量的呈焦炭形式的还原剂，所述废轮胎的组成基本上是：2重量％硫、80重量％碳、18重量％氢。这种还原剂的加入量是加入硫酸钠质量的5％。得到的硅酸盐含有0.1％残留SO3，其氧化还原是0.5。该还原剂中存在硫能够产生补充的硫酸。

Claims (22)

1.选自碱金属、碱土金属或稀土的元素的硅酸盐制备方法，该方法包括在一个反应器中二氧化硅与所述元素硫酸盐的反应，该反应器配备至少一个在熔化物料中的浸没式燃烧嘴，所述的浸没式燃烧嘴供给含有氧气的气体，以有效消耗的氧气计，把过量的还原性燃料加到该反应器中。
2.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于过量的还原性燃料是固体或液体碳源。
3.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其特征在于过量的还原性燃料是固体或液体硫源。
4.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其特征在于过量的还原性燃料是气体硫源。
5.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其特征在于反应物中硅酸盐相的粘度是50-3000泊。
6.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于反应物中硅酸盐相的粘度是100-1000泊。
7.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其特征在于反应物的温度是1000-1500℃。
8.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于反应物的温度是1200-1400℃。
9.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其特征在于过量的燃料足以使硅酸盐不含有硫酸盐夹杂物。
10.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其特征在于过量的燃料是每摩尔硫酸盐为0.1-2摩尔碳和/或硫当量。
11.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于过量的燃料是每摩尔硫酸盐为0.3-1摩尔碳和/或硫当量。
12.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其特征在于该反应器后接从反应器出来的硅酸盐的精制槽。
13.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于在这个精制槽中的硅酸盐温度是在与该反应器温度相同的温度至比该反应器温度低150℃的温度之间。
14.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于在这个精制槽中的硅酸盐温度是在比该反应器温度低50℃的温度至比该反应器温度低150℃的温度之间。
15.根据权利要求12-14中任一项权利要求所述的方法，其特征在于该槽配备至少一个浸没式燃烧嘴。
16.根据权利要求12-15中任一项权利要求所述的方法，其特征在于在从这个槽出来的硅酸盐中铁的氧化还原小于0.5。
17.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的方法其特征在于这种硅酸盐是式MxOy·n(SiO2)，式中MxOy是Na2O或K2O，n代表摩尔数1-4。
18.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于n是1.3-4。
19.沉淀二氧化硅的制备方法，该方法包括：
-根据前述权利要求中任一项权利要求所述的硅酸盐制备步骤a)，该反应器装有烟囱，它配备了能得到硫酸的硫氧化物回收系统，
-使用在a)产生的硫酸进行酸处理在a)产生的硅酸盐的步骤b)，一方面得到沉淀二氧化硅，另一方面得到所述元素的硫酸盐，该硫酸盐循环到a)。
20.根据前述权利要求所述的方法其特征在于这种沉淀二氧化硅的尺寸是0.5-300nm。
21.根据前述两项权利要求中任一项权利要求所述方法得到的沉淀二氧化硅。
22.根据前述权利要求所述的沉淀二氧化硅在轮胎或食品中的用途。
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